KR20220086133A - 아웃가스에 의한 불량을 제거한 파장 분할 다중화용 광소자 - Google Patents

아웃가스에 의한 불량을 제거한 파장 분할 다중화용 광소자 Download PDF

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KR20220086133A
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Abstract

아웃가스에 의한 불량을 제거한 파장 분할 다중화용 광소자를 개시한다
본 실시예의 일 측면에 의하면, 파장 분할 다중화 필터 내에 생성되는 아웃가스에 의한 결함을 제거하는 파장 분할 다중화 필터를 제공한다.

Description

아웃가스에 의한 불량을 제거한 파장 분할 다중화용 광소자{Optical Device for Wavelength Division Multiplexing to Eliminate Defects caused by Outgas}
본 발명은 파장 분할 다중화용 광소자에 관한 것으로, 특히 아웃가스에 의해서 불량을 제거한 파장 분할 다중화용 광소자에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
파장 분할 다중(영어: Wavelength Division Multiplexing, WDM) 또는 파장 분할 다중화는 레이저 빛의 다른 파장을 사용하여 여러 반송파 신호를 단일 광섬유에 적용하는 기술이다. 파장 분할 다중화는 단일 광섬유에 동시에 복수의 신호를 보낼 수 있기 때문에 데이터 통신 용량을 사용되는 파장의 개수의 비례해서 보낼 수 있다는 장점이 있다.
단일 광섬유 내에서 복수의 신호를 각각 수신하기 위해서는 사용되는 복수의 파장을 구분해 내는 광소자가 필수적이다. 파장 분할 다중화용 광소자는 대표적으로 필터형 파장 분할 다중화 광소자 (이하 '파장 분할 다중화 필터'라 함.)와 배열형 광도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating, AWG)가 사용되어진다.
최근 5G 통신에서는 대용량 무선 신호를 기지국에서 유선으로 변환해서 송수신을 한다. 이 과정에서 파장 분할 다중화 기술을 이용해서 복수의 대용량 무선 신호를 동시에 전송을 한다. 5G 통신에서는 다양한 이유에서 복수의 파장을 구분하는 광소자로 배열형 광도파로 격자보다는 파장 분할 다중화 필터가 사용되어지고 있다.
이러한 파장 분할 다중화 필터는 제조과정에서 내부 광소자들을 결합하기 위해서 에폭시 등 접착제 사용이 필수적이다. 접착제를 경화하는 과정에서 아웃가스가 발생되고, 아웃가스가 파장 분할 다중화 필터 내부에 존재하게 된다. 내부의 아웃가스는 시간이 지남에 따라 파장 분할 다중화 필터의 결함을 유발시키는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 파장 분할 다중화 필터 내에 생성되는 아웃가스에 의한 결함을 제거하는 파장 분할 다중화 필터를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 복수의 파장을 갖는 제1 광신호를 인가받는 제1 광섬유와 제1 광신호로부터 기 설정된 파장대역을 제외한 나머지 파장대역을 갖는 제2 광신호를 인가받는 제2 광섬유를 고정하는 듀얼 파이버 고정부재와 입사되는 광 중 기 설정된 파장대역의 광은 통과시키되, 나머지 파장대역의 광은 상기 제2 광섬유의 방향으로 반사시키는 필터와 상기 듀얼 파이버 고정부재로부터 출력되는 광을 상기 필터로 커플링시키고, 상기 필터로부터 반사되는 광을 상기 제2 광섬유로 입사시키는 제1 렌즈와 상기 필터와 상기 제1 렌즈 사이에 밀착하여 배치되는 제1 갭 충진부와 상기 필터와 상기 제1 렌즈를 본딩하여 고정하는 제1 본딩부와 상기 필터와 물리적으로 떨어져 배치되며, 상기 필터를 통과한 광을 포커싱하는 제2 렌즈와 상기 제2 렌즈에서 포커싱된 광을 입사받는 제3 광섬유와 상기 제3 광섬유를 고정하는 싱글 파이버 고정부재와 상기 제2 렌즈와 상기 싱글 파이버 고정부재 사이에 밀착하여 배치되는 제2 갭 충진부 및 상기 제2 렌즈와 상기 싱글 파이버 고정부재를 본딩하여 고정하는 제1 본딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 필터를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 갭 충진부 및 상기 제2 갭 충진부는 굴절률이 1인 물질 또는 1로부터 기 설정된 오차범위 내인 물질로 구현되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 파장 분할 다중화 필터 내에 생성되는 아웃가스에 의한 결함을 제거할 수 있어, 불량을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1 및 2는 파장 분할 다중화 필터를 이용하여 복수의 파장을 구분하는 동작 원리를 개시한 도면이다.
도 3은 종래의 파장 분할 다중화 필터의 구성을 도시한 단면도이다.
도 4는 종래의 파장 분할 다중화 필터 내 일 구성을 확대한 확대도이다.
도 5는 종래의 파장 분할 다중화 필터 내 광 경로를 도시한 도면이다.
도 6은 종래의 파장 분할 다중화 필터 내 광섬유 코어를 촬영한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중화 필터의 구성을 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1과 2는 파장 분할 다중화 필터를 이용하여 복수의 파장을 구분하는 동작 원리를 개시한 도면이다.
도 1를 참조하면, 서로 다른 파장을 분리해 낼 수 있는 7개의 파장 분할 다중화 필터가 있는 경우, 8개의 파장을 분리해 낼 수 있다.
도 2를 참조하면, 파장 분할 다중화 필터로 복수의 파장의 광신호들이 제1 광섬유(21)로 인가된다. 인가된 광신호는 제1 렌즈(23) 및 박막필터(24)를 거쳐, 기 설정된 파장의 광은 박막필터(24)를 통과하여 출력되며, 나머지 파장의 광은 박막필터(24)에서 필터링되어 제2 광섬유(26)로 반사된다.
듀얼 파이버 고정부재(22)의 내부에는 제1 광섬유(21)와 제2 광섬유(26)을 배치되어 고정된다.
파장 분할 다중화 필터는 듀얼 파이버 고정부재(22), 제1 렌즈(23), 박막필터(24)와 같은 광소자를 이용하여 구성된다. 각각의 광소자는 소정의 간격을 두고 배치되며, 각각의 광소자는 에폭시와 같은 접착제(25)를 이용해서 서로 고정이 된다.
도 3 내지 5는 종래의 파장 분할 다중화 필터(100)의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 종래의 파장 분할 다중화 필터(100)에 광신호는 제1 광섬유(110)로 인가된다. 인가된 광신호는 제1 렌즈(130) 및 필터(140)를 거쳐, 기 설정된 파장의 광은 필터(140)를 통과하여 제3 광섬유(118)로 출력되며, 나머지 파장의 광은 필터(140)에서 필터링되어 제2 광섬유(114)로 반사된다.
듀얼 파이버 고정부재 고정부재(120)는 내부에 제1 광섬유(110)와 제2 광섬유(114)를 배치하며 고정시킨다.
제1 렌즈(130)는 듀얼 파이버 고정부재(120)로부터 출력되는 광을 필터(140)로 커플링시키고, 필터(140)로부터 필터링되어 반사되는 광을 듀얼 파이버 고정부재(120) 내 제2 광섬유(114)로 포커싱시켜서 입사시킨다. 제1 렌즈(130)는 GRIN렌즈가 사용될 수 있으며, GRIN렌즈는 평행광을 만들어주거나, 포커싱된 광을 만들어주는 역할을 한다. 제1 렌즈(130)는 듀얼 파이버 고정부재(120)로부터 출력되는 광을 필터(140)로 커플링시킬 때는 광을 평행광으로 만들어주고, 그 반대의 방향의 경우에는 포커싱된 광을 만들어준다.
필터(140)는 입사되는 광 중 기 설정된 파장대역의 광만을 제3 광섬유(118) 방향으로 통과시키고, 나머지 파당대역의 광은 제2 광섬유(114) 방향으로 반사시킨다. 필터(140)에 의해, 원하는 파장대역의 광만이 통과되며 원활히 송·수신측이 통신할 수 있다. 필터(140)는 박막 칩형태의 필터가 사용되어질 수 있다.
제2 렌즈(150)는 필터(140)와 물리적으로 떨어져 배치되며, 필터(140)를 통과한 광을 포커싱한다. 제2 렌즈(150)는 제3 광섬유(118) 측에 위치하여 필터(140)를 통과한 광이 온전히 싱글 파이버 고정부재(160)에 위치한 제3 광섬유(118)로 입사할 수 있도록 한다. 제2 렌즈(150)는 시준렌즈가 사용될 수 있으며, 평행광을 포커싱시키는 기능을 수행한다. 즉, 제2 렌즈(150)는 필터(140)를 통과한 평행광을 제3 광섬유(118)로 포커싱 한다.
하우징(170)은 파장 분할 다중화 필터(100)의 최외곽에 배치되는 구성으로서, 파장 분할 다중화 필터(100) 내부의 구성을 외력으로부터 물리적으로 보호하고, 외력에 의해 광축이 틀어지는 것을 방지한다.
제1 본딩부(180)는 듀얼 파이버 고정부재(120)와 제1 렌즈(130)를 소정의 간격 만큼 에어갭부(191)를 형성한 후 본딩하여 연결하며 고정한다. 듀얼 파이버 고정부재(120)와 제1 렌즈(130) 사이에 에폭시 등 본딩물질이 주입되며, 본딩물질이 경화됨으로써 제1 본딩부(180)가 완성된다.
제2 본딩부(182)는 제1 렌즈(130) 및 필터(140)를 본딩하여 연결하며 고정한다.
제3 본딩부(184)는 제2 렌즈(150) 및 싱글 파이버 고정부재(160)를 본딩하여 연결하며 고정한다.
제4 본딩부(186)는 하우징(170)과 제1 및 제3 광섬유(110, 114)를 본딩하여 연결하며 고정한다.
제5 본딩부(188)는 하우징(170)과 제1 및 제3 광섬유(118)를 본딩하여 연결하며 고정한다.
제1 본딩부(180) 내지 제3 본딩부(184)에는 결합과정에서 공기갭부(190)가 형성이 된다. 공기갭부(190)는 굴절률이 1이므로, 소정의 간격의 공기갭부(190)는 제1 렌즈(130)와 싱글 파이버 고정부재(160) 내의 제3 광섬유(118)로 광을 커플링하는 데 필수적이다.
제1 광섬유(110)에서 출력된 광은 듀얼 파이버 고정부재(120)의 끝단에서 소정의 각도만큼(통상 개구수에 해당하는 만큼) 광이 퍼지며, 퍼진 광은 공기갭부(190)에 의해서 제1 렌즈(130)에서 평행광으로 만들 수 있을 만큼 광의 빔폭을 확장된다. 제1 렌즈(130)에 의해서 만들어진 평행광의 빔폭은 필터(140)에서 파장 분할 다중화 기능을 온전히 수행(크로스톡, 손실, 파장 분할 정도 등)할 수 있는 정도가 보장되어야 한다. 즉, 필터(140)가 온전한 기능을 할 수 있는 정도로 공기갭부(190)에 의해서 제1 렌즈(130)가 온전한 평행광을 만들 수 있을 만큼 광의 빔폭이 변화된다.
제3 본딩부(184)에 의해서 형성된 공기갭부(190)는 소정의 폭이 보장되어야만, 제2 렌즈(150)에 의해서 포커싱된 광이 제3 광섬유(118)에 온전히 커플링 될 수 있다. 즉, 제3 본딩부(184)에 의해서 형성된 공기갭부(190)의 폭은 광이 제3 광섬유(118)에 코어(광이 커플링되는 부분)의 폭을 고려한 제2 렌즈(150)의 초점 거리가 된다.
도 4를 참조하면, 제1 내지 3 본딩부에 사용되는 본딩 물질은 통상 양이온을 띄는 Cationic 광 경화제인 에폭시가 사용된다. 에폭시는 본딩하고자 하는 부위에 바르고, 광으로 경화를 한다.
에폭시에서는 사용한 표면양에 비례하여 전체 사용한 에폭시의 최대 0.1%정도의 아웃가스가 방출된다. 특히, 후공정에서 열경화를 사용하는 경우에는 제1 내지 3 본딩부에서 휘발성 응축물질, 반응하지 않은 광개시제, 포화 수증기 등이 아웃가스로 방출되어 에어갭부(190)에 갇혀 있게 된다. 아웃가스는 상온에서 응축을 통해 수분 성분과 Radical을 내포한 일종의 기화 물질(191)이 발생한다.
기화 물질(191)의 radical이 광(121, 122)과 반응하여 친수성을 띄고 점차적으로 광섬유 코어로 모이게 된다. 특히 광의 세기가 강한 곳으로 잘 모이는 성질 때문에, 가우시안 프로파일의 광세기 분포를 갖는 광(121, 122)을 사용하는 경우에는 광섬유의 코어의 중심으로 더 잘 모이게 된다. 광섬유 코어에 모인 기화 물질(192)은 광(121, 122)에 의해서 다시 광경화가 일어나며, 광경화된 기화 물질(191)은 에어갭부(190)에 이물질이 삽입되어 있는 효과를 일으킨다.
도 5에 개시된 것과 같이, 특히 가우시안 프로파일의 광세기 분포를 갖는 광(121, 122)을 사용하는 경우에는 광경화된 이물질(192)은 반구형태를 갖으며 볼록렌즈와 같은 기능을 하게 된다. 볼록렌즈 기능을 하는 광경화된 이물질때문에 앞서 설명한 에어갭부(190)는 초점거리와 빔폭 확장 거리를 보장할 수 없다. 이러한 문제는 파장 분할 다중화용 광소자의 크로스토크 값을 상승시키는 불량을 야기시킨다.
도 6은 광경화된 이물질이 광섬유 코어에 집중되어 불량을 촬영한 도면이다. 대부분의 이물질이 광섬유 코어에 집중되는 것을 확인할 수 있다. 이처럼 광섬유 코어에 집중되는 이물질이 에어갭부(190)의 초점거리와 빔폭 확장거리의 확보를 방해하여 불량을 야기한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중화 필터의 구성을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중화 필터(100)는 제1 광섬유(110), 제2 광섬유(114), 제3 광섬유(118), 듀얼 파이버 고정부재(120), 제1 렌즈(130), 필터(140), 제2 렌즈(150), 싱글 파이버 고정부재(160), 하우징(170), 본딩부(180 내지 188) 및 갭 충진부(195)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 분할 다중화 필터(100)는 종래의 파장 분할 다중화 필터에 갭 충진부(195)를 더 포함한다.
갭 충진부(195)는 각각 듀얼 파이버 고정부(120)와 제1 렌즈(130)의 사이 및 제2 렌즈(150)와 싱글 파이버 고정부재(160)의 사이에 밀착하여 배치된다. 갭 충진부(195)는 에폭시, 젤(Gel) 또는 마이크로 렌즈와 같이 굴절률이 1이거나 1에 근접한 성분 또는 구성으로 구현된다. 이에, 듀얼 파이버 고정부(120)와 제1 렌즈(130)의 사이에 배치된 갭 충진부(195, 이하에서 '제1 갭 충진부'라 칭함)는 종래의 파장 분할 다중화 필터 내 공기 갭부(190)와 같이 제1 광섬유(110)에서 조사되는 광의 적절한 초점거리와 빔폭 확정거리를 확보할 수 있도록 한다.
이와 동시에, 제1 갭 충진부(195)는 양 구성(120, 130)의 사이에 배치되기 때문에, 양 구성(120, 130)이 제1 본딩부(180)에 의해 본딩(경화 등)되는 과정에서 기화물질(191, 192)이 발생하는 것이나 발생한 기화물질(191, 192)이 제1 광섬유(110)의 코어로 집중되는 것을 물리적으로 방지할 수 있다. 이러한 점은 제2 렌즈(150)와 싱글 파이버 고정부재(160)의 사이에 배치된 갭 충진부(195, 이하에서 '제2 갭 충진부'라 칭함) 역시 마찬가지이다. 제2 갭 충진부(195)도 양 구성(150, 160) 사이에 배치되기 때문에, 양 구성(150, 160)이 제3 본딩부(184)에 의해 본딩(경화 등)되는 과정에서 기화물질(191)이 발생하는 것이나 발생한 기화물질(191)로 인해 제3 광섬유(118) 코어의 주변에 이물질(192)이 발생하는 것을 물리적으로 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
21, 110: 제1 광섬유
22, 120: 듀얼 파이버 고정부재
23, 130: 제1 렌즈
24: 박막필터
25: 접착제
26, 114: 제2 광섬유
100: 파장 분할 다중화 필터
118: 제3 광섬유
140: 필터
150: 제2 렌즈
160: 싱글 파이버 고정부재
170: 하우징
180, 182, 184, 188: 본딩부
190: 공기갭부
191: 기화 물질
192: 이물질
195: 갭 충진부

Claims (2)

  1. 복수의 파장을 갖는 제1 광신호를 인가받는 제1 광섬유와 제1 광신호로부터 기 설정된 파장대역을 제외한 나머지 파장대역을 갖는 제2 광신호를 인가받는 제2 광섬유를 고정하는 듀얼 파이버 고정부재;
    입사되는 광 중 기 설정된 파장대역의 광은 통과시키되, 나머지 파장대역의 광은 상기 제2 광섬유의 방향으로 반사시키는 필터;
    상기 듀얼 파이버 고정부재로부터 출력되는 광을 상기 필터로 커플링시키고, 상기 필터로부터 반사되는 광을 상기 제2 광섬유로 입사시키는 제1 렌즈;
    상기 필터와 상기 제1 렌즈 사이에 밀착하여 배치되는 제1 갭 충진부;
    상기 필터와 상기 제1 렌즈를 본딩하여 고정하는 제1 본딩부;
    상기 필터와 물리적으로 떨어져 배치되며, 상기 필터를 통과한 광을 포커싱하는 제2 렌즈;
    상기 제2 렌즈에서 포커싱된 광을 입사받는 제3 광섬유;
    상기 제3 광섬유를 고정하는 싱글 파이버 고정부재;
    상기 제2 렌즈와 상기 싱글 파이버 고정부재 사이에 밀착하여 배치되는 제2 갭 충진부; 및
    상기 제2 렌즈와 상기 싱글 파이버 고정부재 를 본딩하여 고정하는 제1 본딩부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 갭 충진부 및 상기 제2 갭 충진부는,
    굴절률이 1인 물질 또는 1로부터 기 설정된 오차범위 내인 물질로 구현되는 것을 특징으로 하는 파장 분할 다중화 필터.
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