KR900006003B1 - 반사를 감소시키는 광에너지 전송장치 - Google Patents

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KR900006003B1 KR1019860000922A KR860000922A KR900006003B1 KR 900006003 B1 KR900006003 B1 KR 900006003B1 KR 1019860000922 A KR1019860000922 A KR 1019860000922A KR 860000922 A KR860000922 A KR 860000922A KR 900006003 B1 KR900006003 B1 KR 900006003B1
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Abstract

내용 없음.

Description

반사를 감소시키는 광에너지 전송장치
제1도는 광섬유를 절단하지 않은 상태로 도시한 본 발명에 따른 광섬유 조립체의 중앙단면도.
제2도는 제1도 조립체의 우측면도.
제3도는 제1도의 광섬유와 주 하우징의 관계를 도시한 확대개략도.
제4도는 제1도 조립체의 부분확대도.
제5도는 본 발명의 제1실시예에 따른 커넥터의 중앙단면도.
제6도는 제5도 실시예의 짝지어진 섬유들의 상호관계를 도시한 개략도.
제7도는 본 발명의 제2실시예에 따른 커넥터의 중앙단면도.
제8도는 제7도 실시예의 짝지어진 섬유들의 상호관계를 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 56 : 광섬유 조립체 12, 50 : 플러그 또는 하우징
14, 48 : 섬유 16 : 통로
20 : 원추대면 18 : 하우징의 중심축
22 : 단부표면 24 : 섬유의 중심축
26 : 중심코어 32 : 무해축
34 : 각 45, 55 : 슬리브
54 : 커넥터
본 발명은 일반적으로 광에너지 전송에 관한 것으로 특히, 광에너지 전송에 악영향을 미치는 에너지 반사를 감소시키는 광에너지 전송장치에 관한 것이다.
종래의 광에너지의 전송에 있어서는, 예를들면 에너지 결합계면으로부터 전송축을 따라 전송에너지가 역반사되는 것을 제거할 수는 없을지라도 감소시킬 것을 요구하는 많은 예가 있다. 레이저 출력섬유와 기타섬유와의 결합계면에서 생길 수 있는것과 같이 레이저의 에너지 출력축으로의 이러한 에너지 반사는 의도된 레이저의 출력에너지와 그 성능에 실질적으로 손상을 끼친다.
섬유 단부 사이의 결합계면에서 생기는 에너지 반사는 다음의 방법을 사용하여 제거한다.
(a) 광전송 섬유코어를 물리적으로 접촉시킨다.
(b) 섬유사이에 광학적 정합유체 또는 겔(gel)을 넣는다.
(c) 비접촉섬유 단부를 광학적으로 피복시킨다.
(d) 광섬유 단부표면을 경사지게 하여 반사각이 광섬유의 개구수(numerical operture)보다 크게함으로써 광을 누설시킨다. 이 방법들은 각각 실제 광섬유 커플러의 사용 또는 제조에 중대한 결점을 가지고 있다.
(a), (b)의 방법은 신뢰성이 부족하여 결합 및 분리시에 불리하다. (c)의 방법은 일본 실용신안출원공개공보 81-88217에 발표되어 있는데 피막의 반사 굴절율을 1% 이하로 낮추기가 불가능하고, 섬유가 접합에 의해 결합될 때 피막이 벗겨질 수도 있다. (d)의 방법은 일본 특허출원공개공보 78-149316 및 79-150142에 발표되어 있는데 섬유의 단부표면이 특정각도로 정확하게 경사가 져야만하고 또 두 섬유를 결합할 때 각 섬유의 표면을 정확한 각도방향으로 일치시켜야 한다는 점에서 불리하다.
또 일본 특허출원 82-34705에 발표된 광섬유 커넥터는 두 하우징의 단부표면을 그들 중심축에 수직으로 형성시키고, 두 섬유의 중심축을 하우징 중심축에 대하여 경사지게 배열하며, 하우징의 단부표면들이 접근하도록 두 섬유의 중심축을 직선으로 형성함으로써 단부의 연마 및 하우징의 위치정열을 용이하게 하고 프레넬반사에 의해 야기되는 피드백을 저지하고 있으나, 이 장치에서는 광이 하우징의 중심축과 나란한 방향으로 진행하지 못하므로 광이 커넥터를 직접 가로질러 진행하지 못하게 되어 결국은 결합효율이 나빠진다.
이와같은 광섬유 커넥터 성능에 있어서의 예측성과 일관성은 전반적인 시스템 설계에 가장 중요한 점이다. 일정한 크기의 한정된 커넥터 손실은 시스템 설계시 용납이 가능하나, 에너지 전송축 예를들어 상기 레이저 출력섬유를 따라 되돌아오는 전송에너지의 반사율의 변화에 의한 커넥터 수차(收差)는 시스템 설계자에 있어 용납될 수 없다.
본 출원인의 견해로는 본 분야에 있어서의 현재 기술상태는 산업계의 요구를 충족시키지 못하고 있다.
본 발명은 비접촉 섬유를 사용하나 감소된 에너지 반사특성을 가지는 광학 커넥터를 제공하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.
이 특수한 목적으로서는 본 발명은 본질적으로 일정한 저손실·저반사율 특성을 가지는 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 하고 잇다.
상기 목적과 기타목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하우징에 원하는 출력에너지축과 일치시킨 중심축을 가지는 광에너지 전송방법 및 장치를 제공한다. 하우징의 중심축에 대하여 소정의 제1각도로 하우징을 통과하는 통로를 연장시킨다. 광섬유는 이 통로내에 들어있으며, 이 섬유의 중심축에 대하여 소정의 제2각도로 마무리한 단부표면을 가진다. 제1 및 제2각은 그 단부표면으로부터 제1섬유의 길이방향을 따라 뒤쪽으로 반사하는 것을 제거하는 동시에, 이 섬유의 단부표면으로부터 에너지 출력축을 따라 에너지의 효율적인 결합을 이루는 것을 목적으로 하여 선정한 것이다.
본 발명의 상기 목적과 기타목적은 동일한 부분에는 동일한 번호를 일관성있게 부여한 첨부도면과 후술한 본 발명에 의한 방법 및 장치의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
제1도 및 제2도를 참조하면, 광섬유 조립체(10)는 하우징 또는 프러그(12)를 구비하며, 이 하우징 통로(16)에는 그 중심축(18)을 따라 광전송 중심코어(26)를 가진 섬유(14)가 있다. 하우징(12)은 원추대 표면(20)에 의해 경계가 정해진 단부를 가지고 있으며, 이 하우징 단부내의 통로(16)는 하우징 중심축(18)에 대하여 예각의 경사를 이룬다. 섬유(14)는 그 종방향 중심축(24)에 대하여 경사져 있는 단부표면(22)을 구비하고 있다. 하우징(12)은 섬유의 단부표면(22)과 인접한 곳에 표면 연장부(12a 및 12b)를 구비하며, 또한 섬유의 중심축에 대하여 경사져 있다.
제3도를 참조하면 직경 D인 코어를 가지는 섬유(14)의 통상의 횡방향 원형 단부표면(30)을 연마하여 단부표면(22)을 형성시켰다. 섬유(14)는 하우징축(18)에 대하여 제1예각(I)만큼 경사져 있다. 단부표면(22)은 섬유 중심축(24)에 수직인 표면(30)에 대하여 제2예각(II)만큼 경사져 있다. 이제 제4도와 관련하여 본 발명의 실시에 관하여 설명하고자 한다. 이 도면은 일반적으로 표현한 다른 도면보다 본 발명의 작용을 보다 정확하게 표현한 것이다.
제4도의 실시는 역반사를 감소시키는 동시에 에너지 결합을 제1도 섬유 조립체(10)의 하우징 중심축(18)과 일치하는 출력에너지 전송축에 따르게 한다. 제4도의 실시방법을 요약설명하면, 섬유(14)와 섬유의 단부표면(22)의 각각의 굴절율을 고려하여 각도 I, II 및 III(단면(22)으로부터 주위의 외부매질로 나오는 에너지의 굴절각)을 제어한다. 단부표면(22)으로부터의 반사에 의해서 접속부에는 에너지 손실이 생기나, 접속부에서의 반사에너지의 분산은 출원인에게 있어서 훨씬 더 중요하다. 그러므로 출원인의 견해로서는, 보다 높은 결합효율을 가지나 다른 현실적인 결점을 가지는 커넥터 보다는 이미 알려진 일정한 에너지 손실과 낮은 반사특성을 가지는 커넥터가 훨씬 더 산업에 공헌한다고 한다.
하나의 관점으로써 제4도의 실시에서는 섬유 중심축(24)과 출력 전송축(18)이 예각으로 교차하는 각(I)을 발견할 수 있다. 각(II)는 섬유 단부표면(22)의 평면과 섬유 중심축(24) 사이의 각기 직각이 되지 않게끔 선정한다. 특히 단일모드의 섬유를 택할 경우, 각(
Figure kpo00001
)는
Figure kpo00002
이다. 여기에서 λo는 섬유중을 전파하는 광의 자유공간 중의 파장, nF는 섬유의 굴절율, D는 광전파 섬유의 자유공간의 파장과 같은 단위로 측정한 광안내코어의 직경이다. 이 각의 선택에 의하여 이것과 물리적 굴절 파라미터로 부터 얻은 각(III)이 결정된다.
특수한 예를들면 각(II)은 약 3.6도이면 된다. 공지의 광굴절 원리로 부터 다음 식(1)이 성립한다.
Figure kpo00003
여기서 nF는 섬유(14)의 굴절율, nM은 섬유 단부표면(22)의 외부매질의 굴절율이다. 전형적인 섬유에 있어서, nF의 값은 약 1.5이다. 매질이 공기인 경우에는 nM의 값은 약 1이다. 현재 언급하고 있는 작은 각도의 경우에는 싸인(sin)값은 각도의 크기와 동일하다. 그리고 각(III)은 nFX 각(II)이거나, 또는 현 실시예의 경우 약 5.4도이다. 이와같이 출력 전송축(18)을 따르는 결합은 각(I)이 약 1.8도인 경우에 달성된다. 예를들면, 보다 일반적으로는 각(I) 및 (II)의 합은 각(III)와 동일하다.
제4도의 실시에 대해 더 설명을 하면 이 실시는 각(II)의 최초의 선정에 의한것과 같이 원하는 반사저감이 선택으로부터 시작할 수 있다. 그리고 각(I) 및 (III)을 공동으로 선정하여 출력 전송축(18)을 따르는 전송을 달성한다.
단부표면(22)으로부터 좌측방향으로의 반사에 있어서는 광은 섬유의 중심축(24)으로부터 무해축(32)으로 각도(34)만큼 굴절된다. 상기예에서 각도(34)은 약 7.2도(각Ⅱ도의 2배)이다. 따라서 반사파는 섬유코어를 따라 큰 신호를 되돌려 보내지 못한다.
제5도를 참조하면, 커넥터(44)는 제1도 및 2도의 광섬유 조립체(10)와 제2광섬유 조립체(45)을 설치하기에 적합한 원추대면(45a), (45b)을 형성시킨 슬리브(45)를 포함한다. 제2의 광섬유 조립체(46)는 섬유(48)와 하우징 또는 프러그(50)를 포함하며 통상의 구조를 갖는다. 즉, 섬유 단부표면(52)은 섬유(48)의 중심축에 대해 횡방향의 원형단면을 가지며 결합계면(36)과 일치한다. 이 실시예에 있어서, 단부표면(52)으로 부터 광섬유(14)의 감소된 에너지 반사는 제2광섬유 조립체(46)와 같이 구성된 양자를 조합하는 경우에 적용되기 보다는 섬유 중심축(24)을 따라 발생한다. 제2광섬유 조립체(46)의 조합은 현재 상업상의 실시방법에서 볼 수 있는 것이다. 제5도의 실시에 의해 제공되는 개량은 섬유(14)의 단부표면(22)을 그 중심축에 대하여 경사지게 하고, 섬유자신을 에너지 출력축에 대해 경사지게 하는 것에 기초하여 달성된다. 구성요소의 상호관계는 제6도에 확대 도시되어 있으며, 여기서 섬유(48)의 중심축(49)은 섬유(14)의 출력축(18)과 일치한다.
이제 제7도를 참조하면, 본 발명의 커넥터의 특히 바람직한 실시예가 도시되어 있으며, 여기서 섬유 중심축(24)을 따라 일어나는 반사는 제5도의 실시예에서 얻어지는 것보다 감소한다. 여기서 커넥터(54)는 광섬유 조립체(10)와 광섬유 조립체(56)를 설치한 슬리브(55)를 포함한다. 이 조립체(56)는 조립체(10)와 같은 형태이다. 즉, 광섬유 조립체(10)의 섬유(14)의 것과 같은 경사관계를 가지고 하우징(60)내에 수용된 섬유(58)를 포함한다. 그 섬유 단부표면(62)은 모떼기를 하여 섬유(14)의 중심축(24)에 대한 단부표면(22)의 경사와 동일한 각도로 섬유(58)의 중심축(64)에 대하여 경사지게 만들었다. 제8도를 참조하면, 섬유(14)와 (58)의 기하학적 관계가 도시되어 있으며, 여기서 이 두 섬유는 에너지 전송축(18)을 공유한다.
이상 전송축에 대하여 경사진 제1도의 플러그(12)의 단부에 있는 하우징 통로(16) 전체에 대하여 본 발명을 설명하였으나, 이것에 따라 본 발명을 실시할 때 그 결과는 통로와 그 중앙의 경사진 섬유의 일부만을 배치함으로써 누릴수도 있다는 것을 이해하여야 한다. 이와같은 단부표면(22)을 포함한 섬유의 단부를 각(I)의 경사를 가지며 광섬유의 나머지부분을 하우징내의 다른부분에 위치한다.
페룰(Ferrule)을 수용하기 위한 원주형 구멍을 가지는 주슬리브의 구조에 원주형 섬유를 포함하는 페룰로써 본 발명을 수행할 수 있다는 것이 분명하다. 본 발명은 또한 당업자들이 잘 알 수 있는 바와같이, 단일모드의 광섬유에 관한 상기 설명에 입각하여 다중모드의 광섬유에 대해서도 쉽게 사용할 수 있다.
본 발명을 수행함에 있어서, 상기 및 기타변경을 도입할 수 있고, 본 발명에서 이탈함이 없이 그 구조와 모형에 수정을 가하는 것이 가능하다.
따라서 위에서 구체적으로 발표한 실시예와 수행방법은 단순한 설명의 목적으로한 것이지 제한적인 의미를 가진 것이 아니다. 본 발명의 참된 정신과 범위는 아래 특허청구 범위에 기재되어 있다.

Claims (10)

  1. a) 중앙부분에 섬유(14)를 수용하는 통로(16)와 에너지 출력축을 구성하는 중심축(18)을 가지며, 상기 에너지 출력축에 인접한 상기 통로(16)의 적어도 일부분을 상기 에너지 출력축(18)과 제1예각(I)으로 교차하는 축을 따라 연장시킨 하우징과, b) 상기 하우징 통로(16)에 있고, 따라서 상기 통로(16)의 일부중의 상기 에너지 출력축(18)에 대하여 상기 제1예각(I)을 이루며, 상기 에너지 출력축(18)가 나란히 배치된, 섬유(14)의 중심축(24)과 제2예각(II)을 이루는 이루는 단부표면(22)을 가지는 가느다란 섬유(14)를 구비하는 광섬유 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징(12)은 외면이 원추대형의 외면(20)을 가지는 단부를 포함하며, 상기 단부내의 상기 통로(16)의 전체는 상기 에너지 출력축(18)과 상기 제1예각(I)으로 교차하는 축을 따라 연장하고 있는 광섬유 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하우징(12)은 상기 섬유의 단부표면(22) 및 상기 제2예각(II)을 이루는 곳에서 상기 섬유 단부의 표면에 인접한 외면을 포함하는 광섬유 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1예각(I) 및 제2예각(II)의 합은 상기 단부표면(22)으로부터 상기 섬유(14) 외부의 주위매질로 나오는 에너지 굴절각과 같은 광섬유 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하우징(12)은 제1하우징이고 추가로 e) 중앙부분에 광섬유(48)를 수용하는 통로와 상기 제1하우징(12)의 에너지 출력축(18)과 일치하는 중심축을 가지는 제2하우징(50)과, d) 상기 제2하우징(50)의 통로내에 있으며, 상기 제1하우징(12)의 에너지 출력축(18)과 나란히 배치되며, 상기 제1섬유(14)의 단부표면(22)과 에너지 교환관계에 있는 섬유의 단면을 형성시킨 가늘고 긴 광섬유(48)를 구비하는 광섬유 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2하우징(50) 통로의 적어도 일부분이 상기 제1하우징(12)의 에너지 출력축(18)과 제3예각으로 교차하는 축을 따라 연장되어 있는 광섬유 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2섬유(48)는 그 중심축(49)과 제4예각을 이루는 단부표면을 형성시킨 광섬유 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1하우징(12)은 원추대형의 외면을 가지는 단부를 포함하고, 상기 제1섬유(14)의 통로전체는 상기 제1하우징(12)의 에너지 출력축(18)과 상기 제1예각으로 교차하며, 상기 제2하우징(50)은 원추대형의 외면을 가지는 단부를 포함하고, 상기 제2하우징(50)의 통로전체는 상기 제1하우징(12)의 에너지 출력축(18)과 상기 제3예각으로 교차하는 광섬유 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제3예각은 상기 제1예각과 같고, 상기 제4예각은 상기 제2예각과 같은 광섬유 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1예각과 제2예각의 합은 상기 제1섬유(14)의 단부표면으로부터 상기 제1섬유(14)외부의 주위매질로 나오는 에너지 굴절각과 같은 광섬유 장치.
KR1019860000922A 1985-02-11 1986-02-11 반사를 감소시키는 광에너지 전송장치 KR900006003B1 (ko)

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US700,458 1985-02-11

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KR860006711A KR860006711A (ko) 1986-09-13
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