KR920006592B1 - 광섬유 모드 결합기 - Google Patents

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KR920006592B1
KR920006592B1 KR1019840007520A KR840007520A KR920006592B1 KR 920006592 B1 KR920006592 B1 KR 920006592B1 KR 1019840007520 A KR1019840007520 A KR 1019840007520A KR 840007520 A KR840007520 A KR 840007520A KR 920006592 B1 KR920006592 B1 KR 920006592B1
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씨. 영퀴스트 로버트
엘. 브룩스 자네트
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더 보드 오브 트러스티스 오브 더 리랜드 스탠포드 쥬니어 유니버시티
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Abstract

내용 없음.

Description

광섬유 모드 결합기
제1도는 비복굴절성 광섬유의 제1및 제2등급 모드(LP1및 LP11)의 각각의 전계 패턴을 도시한 개략도.
제2도는 본 발명의 모드 결합기를 확대하여 도시한 사시도.
제3도는 제2도의 선 3-3을 절취하여 모드 결합기의 릿지(ridge) 형태를 도시한 횡단면도.
제4도는 응력을 받은 영역 및 응력을 받지 않은 영역을 형성하도록 높은 복굴절성 광섬유를 압박하는 한쌍의 릿지를 도시한 도면.
제5도는 응력이 광섬유에 인가될때의 복굴절성 광섬유의 편광 축 상의 효과를 도시한 도면.
제6a도 내지 제6f도는 주기적으로 응력을 받은 광섬유를 따르는 다수의 지점에서 다수의 편광모드의 전력량을 도시한 도면.
제7도는 광섬유를 변형시키고, 각각의 릿지의 개시부 및 단부에서 광섬유 구조를 갑작스럽게 변화시키도록 비복굴절성 광섬유를 압박하는 한 쌍의 릿지를 도시한 개략도.
제8도의 (a) 내지 (f)는 응력을 받은 비복굴절성 광섬유를 따르는 다수의 지점에서 광섬유 축에 관련된 전계 분포를 도시한 도면.
제9도는 복굴절성 광섬유를 갖고 있는 본 발명의 모드 결합기를 사용하는 시스템을 도시한 도면.
제10도는 파장 대 실험적으로 결정된 모드 결합 전력 및 높은 복굴절성 광섬유에 대한 이론적으로 예상된 결과를 도시한 그래프도.
제11도는 종래의 결합 모드 이론과는 달리 비복굴절성 광섬유를 사용한 결합기의 편광 의존도 및 파장 의존도를 도시한 파장 대 결합 전력의 그래프도.
제12도는 비복굴절성 광섬유를 사용하였을때에 본 발명의 결합기의 성능을 검사하고, 제10도에 도시한 실제 결합 곡선에 대한 데이타 지점을 얻기 위해 사용된 회로장치를 도시한 개략도.
제13도는 비복굴절성 광섬유를 갖고 있는 본 발명의 모드 결합기를 사용하는 광섬유 편광기를 도시한 개략도.
제14도는 비복굴절성 광섬유를 갖고 있는 본 발명에 따라 구성된 한 쌍의 모드 결합기를 사용하는 단일 광섬유 마흐-젠더(Mach -Zehnder) 간섭계를 도시한 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 평면 11 : 블럭
12 : 릿지 영역 14 : 제 2블럭
16 : 릿지 17 : 노치 또는 흠
18 : 릿지 표면 20 : 구명
22 : 핀 24, 98 및 122 : 광섬유
26 : 광섬유 지지판 27 : 릿지 연부
28 : 단부판 30 및 34 : 응력을 받지 않은 영역
32 및 36 : 응력을 받은 영역 44 : 경계선
46 : 광섬유 축 48 : 벡터
50 : 합성 편광 벡터 52 : 합성 전계 벡터
64 : 편광 결합기 66 및 92 : 염색 레이저
68 및 80 : 편광기 70 및 96 : 렌즈
74 : 광섬유 세그먼트 75 : 빔
76 : 빔 분리기 72, 82, 92, 110 및 154 : 검출기
100, 128, 130, 148 및 152 : 모드 스트리퍼 102 및 150 : 편광 제어기
104, 106, 132, 140 및 142 : 모드 결합기 108 : 조준 렌즈
116 : 비율기 158:번환기
본 발명은 광섬유 방향성 결합기에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면 광섬유의 전파 모드 사이의 광선 에너지를 선택적으로 결합시키는 장치에 관한 것이다. 광 에너지의 이동은 비복굴절성 광섬유의 기본 모드와 제2등급 모드 사이 또는 복굴절성 광섬유의 편광 모드 사이에서 수행될 수 있다.
광섬유 방향성 결합기는 한 광섬유 도파관내에서 이동하는 광 에너지를 광섬유 도파관으로 이동시킨다. 이러한 결합기들은 다수의 응용, 예를들어 광섬유 감지기에서 유용하게 사용된다.
본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 단일 광섬유는 어떤 상태하에서 2개 이상의 도파관을 제공할 수 있다. 이 도파관들은 통상적으로 광섬유의 정상 모드라고 하는데, 이것들은 광섬유를 통하는 광 경로와 무관한 것으로 생각할 수 있다. 상기 정상 모드들은 광선이 광섬유를 통해 전파될때에 진폭을 제외하고는 변화되지않은 상태로 유지되는 독특한 전계 분포 패턴들을 갖고 있다. 부수적으로, 각각 정상 모드는 독특한 전파속도로 광섬유를 통해 전파된다.
특정한 광섬유에 의해 지지될 수 있는 모드의 갯수는 이 모드들 통해 전파되는 광선의 파장에 의해 결정된다. 광섬유는 2개의 전파 모드들 갖고 있는데, 각각의 전파 모드는 상이한 굴절률을 갖고 있으므로, 한모드에서 전파되는 광선은 다른 모드에서 전파되는 광선과 상이한 전파 속도를 갖는다. 파장이 "차단(cutoff)" 파장보다 크면, 광섬유는 기본 모드만을 지지한다. 파장이 차단 파장보다 작으면, 광섬유는 더 높은등급 모드들 지지하기 시작한다. 파장이 차단 파장보다 작지만 거의 동일한 경우에, 광섬유는 기본 또는 제l등급 모드 및 다음 또는 제2등급 모드만을 지지한다. 파장이 감소될때, 광섬유는 부수적인 모드, 예를들어 제3등급 모드, 제4등급 모드등을 지지한다.
정상 모드들은 직교하므로 이 모드들 내의 광선 사이에는 결합이 생기지 않는다. 부수적으로, 상술한 각각의 정상모드들(즉, 기본 및 제2등급 등)은 또한 정상 모드인 직교 편광 모드라고 부르는 2개의 전파 모드들 포함한다. 이 편광 모드들온 예를들어 선형 수직 편광 모드 및 선형 수평 편광 모드로서 정의될 수 있다. 이 모드들의 전계 벡터의 배향은 모드 내의 광선의 편광을 예를들어 선형 수직 또는 선형 수평을 정한다. 이 모드들의 상세한 설명 및 전계 패턴에 대응하는 모드들의 상세한 설명은 다음에 기술되어 있다.
본 발명은 광섬유의 전파 모드들 사이의 광 전력을 이동시키기 위해 모든 광섬유 모드 결합기를 포함한다. 이 광 전력은 제어된 방법으로 비복굴절성 광섬유의 기본 또는 제1등급 모드로 부터 제2등급 모드로 이동되거나 높은 복굴절성 단일 모드 광섬유의 2개의 직교 편광 모드들 사이에서 이동된다.
결합기는 유리하게도 구조가 매우 간단하고, 피복물에 의해 둘러 싸여진 코어를 갖고 있는 광섬유 및 광파를 광섬유를 통해 전파하기 위해 광섬유 내로 유입시키기 위한 광원을 포함한다. 광섬유는 2개의 전파 모드들 갖고 있는데, 각각의 전파 모드는 상이한 굴절률을 갖고 있으므로, 한 모드에서 전파되는 광선은 다른모드에서 전파되는 광선과 상이한 전파 속도를 갖는다. 비복굴절성 광섬유가 사용되면, 광원에 의해 발생된광파는 이 광파가 제1등급 모드 및 제2등급 모드로 광섬유를 통해 전파되도록 차단 파장 보다 작은 파장을 갖게 된다. 복굴절성 광섬유가 사용되면, 광원에 의해 발생된 광파의 파장은 양호하게 기본 또는 제1등급 모드만을 전파하도록 차단 파장보다 높게 된다. 이 2개의 모드들은 기본 모드의 직교 편광 모드들이다.
또한, 본 발명은 광섬유 모드들 사이에 광 에너지를 결합시키는 일련의 응력을 받은 영역을 제공하기 위해 광섬유를 따라 떨어져 있는 간격으로 응력을 광섬유에 인가시키기 위한 장치를 포함한다. 비복굴절성 광섬유의 경우에는 제1등급(즉, 기본) 모드와 제2등급 모드 사이로 이동된다. 높은 복굴절성 광섬유의 경우에는 기본 모드의 직교 편광 모드들 사이로 이동된다.
응력 인가 장치는 광섬유의 한 축을 지지하기 위한 표면을 갖고 있는 지지 구조물, 광섬유를 따라 일련의 응력을 받은 영역 및 응력을 받지 않은 영역을 제공하기 위해 지지 구조물과 표면 사이에 광섬유를 압착시키도록 광섬유의 다른 축을 압박하기 위해 광섬유를 따라 간격을 두고 배치된 다수의 표면들을 갖고 있는 구조물을 포함한다. 양호한 실시예에서, 응력 인가 장치는 각각 표면을 갖고 있는 일련의 릿지를 제공하도록 한 면상에 절개된 일련의 홈들을 갖고 있는 판을 포함한다. 이 릿지들은 광섬유의 종축에 수직으로 배향되고, 힘이 이 릿지에 인가된다. 이 힘은 각각의 응력을 받은 영역과 응력을 받지 않은 인접한 영역 사이의 경계 지역에서 광섬유 형태를 비교적 갑작스럽게 변화시키도록 응력을 받은 영역에서 광섬유를 비대칭적으로 변형시키기에 충분하다. 광섬유 형태의 이러한 갑작스런 변화는 광섬유의 모드들 사이를 결합시킨다.
양호한 실시예에서, 광섬유는 단일 모드 복굴절성 광섬유이고, 2개의 전파 모드는 제1 및 제2직교 편광모드이다. 광원의 파장이 차단 파장보다 작으므로, 기본 모드만이 전파된다. 양호하게도 방향성 결합기는 고정된 표면에 관련하여 선택 가능한 각 배향으로 고정된 표면 상에 광섬유를 유지시키기 위한 배향 장치를 포함하므로, 복굴절 축들은 인가된 압력의 방향에 관련하여 45°로 된다.
다른 양호한 실시예에서, 2개의 전파 모드들은 광섬유의 제1 및 제2등급 모드들이고, 광원은 광섬유의 차단 파장보다 짧은 파장을 갖고 있는 광파를 광섬유내로 유입시키므로, 이 광파는 광섬유를 통해 제1 및 제 2 등급 모드로 전파된다.
양호한 실시예에서, 응력을 받은 영역의 개시부는 다음의 인접한 응력을 받은 영역의 개시부로 부터 1개의 비트(beat) 길이만큼 분리된다. 또한, 광섬유 축을 따르는 방향으로 측정된 바와 같이, 각각의 응력을 받은 영역은 양호한 1/2비트 길이이므로, 각각의 응력을 받지 않은 영역도 1/2비트 길이로 된다. 또한 응력을 받은 영역 및 응력을 받지 않은 영역은 1/2비트 길이의 홀수배로 될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같은 "비트 길이" 란 용어는 수학적으로 2개의 모드들, 즉 비복굴절성 광섬유의 제1 및 제2등급 모드 또는 복굴절성 광섬유의 2개의 편광 모드의 굴절률의 차이로 나누어진 광섬유를 통해 전파되는 광파의 파장으로서 정의된다. 다른 방법으로 정의하면, 비트 길이는 상이한 모드 내의 광파가 모드들의 상이한 전파 속도로 인해 360°만큼 동상으로 분리되는데 필요한 거리이다.
이제부터 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징들에 대해서 상세하게 기술하겠다.
본 발명의 결합에는 광섬유가 기본 등급과 제2등급 안내 모드들을 지지하도록 차단 파장 이하의 파장에서 동작하는 비복굴절성 단일 모드 광섬유, 또는 기본 모드만이 전파되도록 차단 파장 이하의 파장에서 양호하게 동작하는 2개의 직교 편광 모드들 갖고 있는 높은 복굴절성 단일 모드 광섬유로 될 수 있는 광섬유의 단일 가닥을 사용한다. 광섬유의 직교 모드들 사이의 간섭성 결합은 주기적인 간격으로 예를들어 비트길이당 한번씩 광섬유에 응력을 가함으로써 달성된다. 이 직교 모드들은 광섬유를 통하는 2개의 경로를 제공하여 결합기 장치가, 예를들어 인-라인(in-line) 마흐-젠더 간섭계에서와 같은 2개의 채널 매질 및 데이타 시스템 내의 2개의 채널 매질로서 사용될 수 있게 한다. 직교 모드들은 비복굴절성 광섬유의 기본 및 제2등급 안내 모드 또는 복굴절성 광섬유의 편광 모드로 될 수 있다.
본 발명에 따른 모드 결합기의 구조 및 동작 원리를 상세하게 기술하기 전에, 본 발명을 더욱 완전히 이해하기 위해 모드 원리에 대해 간단히 기술하겠다.
[광섬유 모드 원리]
광섬유가 차단 파장 이하의 파장에서 광선을 전파할때에, 광섬유는 높은 등급 모드들을 안내하기 시작한다. 차단 파장(λc)는 광섬유 형태에 관련되고, 다음식을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure kpo00001
여기서 r은 코어(core) 반경이고, nc는 코어의 굴절률이며, nc1은 피복물의 굴절률이다.
본 분야에 숙련된 기술자들은 기본 모드 및 제2등급 모드 등이 모드들 각각 나타내는 다수의 전계 패턴을 각각 포함한다는 것을 알 수 있다. 예를들어, 기본 모드는 2개의 편광 모드들 포함한다. 혼동을 방지하기 위해서, 이후부터 기본 모드들 기본 모드 셋트라 하고, 제 2등급 모드들 제 2등급 모드 셋트라 하겠다.
안내되는 최저 등급, 또는 기본 모드 셋트는 LP1모드 셋트이다. 코어와 피복물의 굴절률이 거의 동일하면, LP11모드 셋트는 기본 모드 셋트(LP1)을 넘어 안내되는 다음 모드 셋트(즉, 제2등급 모드 셋트)로 나타날 수 있다. 이 모드 셋트들은 1971년에 발행된 응용 광학지(Applied Optics) 제10호, 제2252권 에디.글로지(D.Gloge)가 쓴 "약하게 안내되는 광섬유"라는 명칭의 논문에 정의되어 상세하게 기술되어 있다.
제1도에는 기본 모드 셋트(LP1)내의 2개의 모드 및 제2등급 모드 셋트(LP11)내의 4개의 모드들의 전계 페턴이 도시되어 있다. 화살표들은 특정한 순간에서의 전계 벡터의 방항을 표시한다.
기본 모드 셋트(LP1)의 경우에, 전계 벡터는 수직으로 편광된 광선에는 수직이나, 수평으로 편광된 광선에는 수평으로 된다. 그러나, 제2등급 모드 셋트(LP11)의 경우에, 수직 편광 및 수평 편광은 각각 2개의 전계 패턴을 갖는다. 또한 각각의 제2등급 모드 셋트 전계 패턴은 2개의 로브(1obe)를 포항한다. 이 전계 패턴를 중의 한 전계 패턴에서 로브의 전계 벡터는 0 전계선(ZFL)에 수직이지만, 다른 전계 패턴에서 로브의 전계 벡터는 0 전계선(ZFL)과 평행하게 된다. 0 전계선은 단순히 0 전계 진폭을 나타내는 각각의 제2등급 모드 패턴 내의 2개의 로브들 사이의 선이다. 이와 마찬가지로, 수평으로 편광된 제2등급 모드들은 제1도에 도시한 바와 같이, ZFL과 평행이거나 ZFL에 수직으로 배향된 전계 벡터들을 갖는다.
제1도에 도시된 각각의 6개의 전계 패턴들, 즉 2개의 패턴(LP1) 및 4개의 패턴(LP11)들은 서로 직교한다. 그러므로, 6개의 패턴 또는 모드들은 서로 결합하지 않는 광섬유를 통하는 독립적인 광 경로들로서 고찰될 수 있다.
코어 및 피복물의 굴절률이 거의 동일하면, 2개의 모드(LP1)들은 거의 동일한 전파 속도로 광섬유를 통해 전파되되고, 4개의 제2등급 모드(LP11)들은 거의 동일한 전파 속도로 광섬유를 통해 전파된다. 그러나, 기본 모드 셋트(LP1)에 대한 전파 속도는 제2등급 모드 셋트(LP11)에 대한 전파 속도보다 더 느리게 된다. 그러므로, 2개의 모드 셋트(LP1및 LP11)내에서 이동하는 광선은 광섬유를 통해 전파될때에 서로 동상 및 이상으로 이동한다. 모드(LP1및 LP11)이 동상 및 이상으로 이동하는 속도는 2개의 모드 셋트(LP01및 LP11)사이의 유효 굴절률의 차이에 따라 변한다.
광섬유의 복굴절성은 2개의 편광 모드의 유효 굴절률의 차이이고, △n으로 표시된다. 광원이 차단 파장이상의 파장이면, 모드 셋트(LP1)내의 2개의 편광 모드만이 광섬유를 통해 전파된다. 비복굴절성 광섬유에 대한 이 2개의 편광 모드의 전파 속도들 사이에는 거의 차이가 없지만, 2개의 편광 모드에 대한 굴절률들의 차이, 즉 2개의 모드들 사이의 전파 속도의 차이는 광섬유의 복굴절성이 증가할때에 증가한다. 복굴절성 광섬유내에서 전파되는 광선은 상이한 편광 모드로 상이한 속도로 이동하기 때문에, 한 편광 모드내의 광선과 다른 편광 모드내의 광선 사이의 상대 위상은 연속적으로 전이됨으로써, 광선이 광섬유를 통해 전파될 때에는 2개의 편광 모드내의 광선을 서로 동상 및 이상으로 이동시킨다.
단일의 높은 복굴절성 단일 모드 광섬유는 장거리 동안 이 광섬유내에서 이동하는 광선의 편광을 유지할수 있으므로, 한 모드로 부터 다른 모드로 광을 조금도 결합시키지 않는다. 이 편광 모드들을 일반적으로X 및 Y 편광 모드라 한다. 광섬유의 전체 복굴절성은 일반적으로 파장과 무관하다고 가정할 수 있다.
[비트 길이]
광섬유의 비트 길이는 동일한 주파수의 2개의 신호가 상대 위상을 360°전이시키기 위해 상이한 속도로 광섬유의 상이한 전송 모드로 이동하여 이 신호들이 동상으로 다시 되는데 걸리는 거리이다. 수학적으로, 이 비트 길이는 다음과 같이 표시된다.
Figure kpo00002
여기서 λ는 진공 내에서의 광 파장이고, n은 광섬유의 2개의 전파 모드의 유효 굴절률의 차이이다. 복굴절성 광섬유가 본 발명의 결합기 내에서 사용되면, △n은 모드 셋트(LP1)의 2개의 편광 모드(X, Y) 사이의 유효 굴절률의 차이와 동일하게 된다. 비복굴절성 광섬유가 본 발명에서 사용되면, △n은 제1등급 모드셋트(LP1)와 제2등급 모드 셋트(LP11) 사이의 유효 굴절률의 차이와 동일하게 된다.
2개의 모드 셋트, 즉 비복굴절성 광섬유 내의 모드 셋트(LP1및 LP11) 또는 복굴절성 광섬유 내의 X 및Y 편광 모드들 사이의 간섭성 전력 이송은 모드들의 비트 길이를 정합시키는 모드들 사이를 주기적으로 결합시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 결합은 제2도에 도시한 장치로 광섬유를 주기적으로 변형시킴으로써 실행될 수 있다.
[결합기의 구조적 특성]
제2도에는 본 발명의 결합기의 사시도가 도시되어 있다. 연마된 평면(10)은 금속 또는 플라스틱 블럭(11)상에서 가공된다. 이 평면(10)은 매끄러워야 하고, 수 미크론(micron) 정도로 납작해야 한다. 광섬유는 평면(10)과 제2블럭(14)의 하부 표면 사이에 배치되는데, 이 제2블럭(14)의 하부 표면은 그 위에 가공된 다수의 릿지 영역(12)를 갖고 있다. 이 릿지 영역(12)는 블럭(11, 14)들 사이에서 광섬유룰 압착하기 위해, 광섬유를 압착할때에 광선이 모드들 사이에 결합되도록 추가적인 간격으로 광섬유에 응력을 가하는 일련의 릿지형 결합 소자들을 제공한다.
제3도를 참조하면, 다수의 릿지(16)를이 형성된 릿지 영역(12)의 횡단면이 도시되어 있다. 릿지(16)은 나란히 간격을 두고 배치된 노치(notch) 또는 홈(17)을 제공하도록 블럭(14)를 가공함으로써 형성되므로, 폭이 W이고 인접한 릿지들의 연부 사이의 간격이 S인 다수의 연마된 릿지 표면(18)이 형성된다. 도시한 실시예에서, 폭(W) 및 간격(S)는 사용되는 특정한 주파수에서의 광선에 대한 광섬유의 1/2비트 길이이다. 이론적으로, 각각의 릿지(16)의 폭(W)는 1/2비트 길이의 홀수배로 될 수 있고, 인접한 릿지들 사이의 간격(S)는 1/2비트 길이의 홀수배로 될 수 있다.
양호한 실시예에서, 노치(17)의 횡단면은 구형인데, 그 이유는 가공하기가 가장 용이하기 때문이다. 그러나, 이 형태는 제한되지 않으며, 릿지(16)상에 평면(18)이 생기게 하는 형태라면 릿지(16)의 물질이 광섬유에 힘을 가함으로써 변형될 때에 노치(17)의 높이(H)가 응력을 유지하기에 충분하게 된다. 양호한 실시예에서, 블럭(14)는 델트린(Deltrin: 등록상표)과 같은 경질 플라스틱으로 제조된다. 이 플라스틱은 유리보다 더욱 용이하게 변형되므로, 광섬유에 응력을 가할때에 광섬유를 손상시키지 않게 된다. 전력을 완전히 이송시키기 위해서, 릿지들은 광섬유 내의 선택적 변형 및 불변형 영역을 제공하도록 광섬유에 응력을 가해야 한다. 장치의 전체 길이는 제한되지 않는데, 도시한 실시예에서, 길이는 2 내지 3인치(5 내지 7.6cm)정도이다. 또한, 비복굴절성 광섬유가 사용되면, 블럭(14)에 인가된 약 3kg의 힘이 릿지(16)의 갯수에 관계없이 최대 결합을 달성하는데 필요하다.
제2도를 참조하면, 블럭(14)는 정합 패턴으로 평면(10)으로 부터 돌출하는 한 셋트의 핀(22)를 수용하기 위한 패턴으로 간격을 두고 배치된 다수의 구멍(20)을 갖는다. 블럭(14)는 이 핀(22)를 따라 평면(10)을 향해 이 평면(10)으로 부터 떨어져서 이끄러질 수 있다. 핀(22)들은 이렇게 배열되고, 릿지(16)들은 이 릿지(16)의 연부들이 한 쌍의 광섬유 지지관(26)에 의해 평면(10)상에 지지되는 광섬유(24)의 종축에 교차하도록 배향된다. 그러므로, 제3도에서 참조 번호(27)로 표시한 릿지(16)의 연부들은 광섬유(24)의 종축에 교차한다. 또한, 핀(22)는 불균일한 압력이 광섬유(24)에 인가되는 것을 방지하도록 블럭(14)의 흔들림(rocking)을 방지한다.
필요하다면, 핀(22)의 단부들은 각각의 너트(도시하지 않음)를 수용하기 위해 나삿니(thread)에 형성될수 있고, 각각의 코일 스프링(도시하지 않음)은 광섬유(24) 상의 상부 판(14)에 의해 발생된 압력을 제어하기 위해 너트와 상부 블럭(14) 사이에 배치될 수 있다.
지지판(26)은 광섬유를 수용하기 위해 V형으로 절개된 디스크 형태로 되어 있고, 평면(10)에 수직하도록 블럭(11)의 단부에 장착된 각각의 단부판(28)의 각각의 원형 개구(aperture)내에 장착된다. 그러나, 다른 적당한 광섬유 지지방법이 선택적으로 사용될 수 있다.
[광섬유 비트 길이 결정]
릿지(16)의 크기 및 간격을 결정하기 위해서는 광섬유(24)의 비트 길이를 알아야 한다. 복굴절성 단일 모드 광섬유의 경우에, 비트 길이는 본 분야에서 공지된 바와 같이 즉시 알 수 있다. 그러나, 비복굴절성 광섬유의 비트 길이는 즉시 알 수 없으므로, 더욱 정교한 공정이 필요하게 된다. 이제 비복굴절성 광섬유의 비트 길이 결정 방법애 대해서 기술하겠다.
검사시에 광섬유(24)로서 사용된 특정한 비복굴절성 광섬유는 외경이 약 125μm이고, 차단 파장이 약650nm이여, 코어 및 피복울의 평균 굴절률이 1.458이고, 코어 굴절률이 1.4593이며, 피복물 굴절률이 1.4567이고, 코어 반경이 2.9μm인 단일 길이의 코닝(Coming) 단일 모드 광섬유이다. 수직으로 편광된 광선은 거의 동일한 크기의 수직으로 편광된 기본 모드(LP1) 및 수직-직각 모드(LP11; 제1도 참조)이 내보내지도록 광섬유의 중심 축에 관련하여 입력 빔을 편기시킴으로써 광섬유에 입력되었다. 입력 파장이 변화될 수 있도록 연속파 염색(dye)레이저가 사용되었다.
광섬유 출력은 스크린 상에 표시되고, 2개의 안내 모드들 사이의 간섭 패턴이 관찰되었다. 입력 파장이 570nm 내지 610nm로 주사되었을때, 출력 패턴은 주기적으로(즉, 자체 반복적으로) 40회 변동되었다. 본 분야에 숙련된 기술자들은 이 데이타로 부터 2개의 모드 셋트(즉, 제1 및 제2등급 모드 셋트)의 굴절률들사이의 차이가 반 노스트랜드 라인홀드사(Van Nostrand Reinhold Co.)가 1982년에 발간하고 디트리히 마르꾸제(Diretrich Marcuse)가 전술한 광 전송 광학지(Light Transmision Optics) 제2판 8장(특히, 8.6절을 참조)에 기술된 바와 같이 원통형 스텝 굴절률 광섬유의 간략화된 아이젠(Eigen)값 방정식을 사용하여 계산될 수 있다는 것을 알 수 있다.
상술한 광섬유의 경우에, 굴절률 차(△n)에 대한 값은 0.001342로 계산되었고, 파장이 600nm인 경우에식(2)에 따라 계산된 비트 길이는 약 0.447mm이었다.
이 비복굴절성 광섬유로 검사하는 경우에, 본 발명의 결합기의 양호한 실시예는 릿지(16)들 사이의 갭 폭이 0.203mm이고, 릿지 폭이 0.229mm인 30개의 릿지 구조물로 구성되었는데, 이것은 0.432mm의 릿지 주기성을 발생시킨다. 이 갭 및 릿지들은 제조 제한으로 인해 길이가 동일하지 않았다. 릿지 주기성과 동일한0.432mm의 비트 길이인 경우에 필요한 파장은 608nm로 계산되었다.
[복굴절성 광섬유인 경우의 동작 원리]
제4도에 도시한 바와 같이, 수직 힘(F)를 판(14)에 인가하면, 릿지(16)이 광섬유(24)를 압박하므로, 릿지(16) 밑의 광섬유(24)의 부분이 응력을 받게 된다. 릿지는 응력을 받은 영역의 개시부 및 단부에서의 광섬유 형태를 갑자기 변화시킨다. 설명을 하기 위해서, 광섬유 형태의 이 갑작스런 변화를 경계선(44)로서 간주할 수 있다.
편광 모드 축들의 배향의 갑작스런 변화가 매우 짧은 경계 영역 상에서 발생되는 것이 장치의 동작에 중요하다. 도시한 실시예에서, 제4도내의 이 경계선(44)들은 안전 영역(16)의 결합 표면(18)의 연부에 의해 형성되므로, 주기적으로 1/2비트 길이 만큼 간격을 두고 배치되어 있다. 다른 실시예에서, 경계선(44)는 1/2비트 길이의 홀수배 만큼 간격을 두고 배치될 수 있었다.
각각의 경계선(44)에서, 광선은 광섬유(24)의 모드들 사이에 결합된다. 복굴절성 광섬유(24)의 경우에, 본 발명자들은 편광 모드(X 및 Y)에 대응하는 편광의 직교 축(X 및 Y)가 제5도에 도시한 바와 같이, 경계선(44)에서 각(θ)만큼 편광의 직교 축(X' 및 Y')로 갑자기 전이한다는 것을 알았다. 이 갑작스런 전이는 예상하지 않았던 것인데, 그 이유는 표면(18)에 의해 인가된 응력이 응력을 인가하는 표면(18)의 폭(W)보다 더 긴 영역 상에서 편광의 축들을 혼란시키도록 광섬유(24)를 변형시킨다고 믿었기 때문이다. 이것은 릿지(16)의 표면(18)의 연부에서의 갑작스런 전이보다 비교적 긴 경계 영역 상에서 편광의 축들의 배향을 점차적으로 전이시키려고 하기 때문이다. 합성 편광 벡터가 편광의 축들의 점차적인 전이에 따라 제 위치를유지하기 때문에, 비교적 긴 거리 상에서의 편광 축들의 이러한 점차적인 회전은 상당한 전력 이송, 즉 편광 모드들 사이의 결합을 발생시키지 않았다.
[복굴절성 광섬유 내의 모드 결합]
제6a도 내지 제6f도에는 광섬유(24)내의 갑작스런 경계선(44)가 복굴절성 광섬유 내에서 전력 이송을 발생시키는 방법이 도시되어 있다. 복굴절성 광섬유 내의 편광의 X 축에 대응하는 X 편광 모드에 대한 전계벡터는 응력을 받지 않은 영역(30, 34)내에서 X로 표시되고, 응력을 받은 영역(32, 36)내에서 X'로 표시되어있다. 이와 마찬가지로, 편광의 Y 축에 대응하는 Y 편광 모드에 대한 전계 벡터는 응력을 받지 않은 영역(30, 34) 내에서 Y로 표시되고, 응력을 받은 영역(32, 36) 내에서 Y'로 표시되어 있다. X 및 X'는 벡터(제6a도 내지 제6f도 참조)는 편광의 X 및 X' 축(제5도 참조)에 각각 대응하고, Y 및 Y' 벡터(제6a도 및 제6f도 참조)는 편광의 Y 및 Y' 축(제5도 참조)에 각각 대응한다.
제6a도에는 입력 광선이 X 편광 모드에서 모든 전력과 함께 광섬유(24)로 들어가는 것을 표시한 벡터(48)이 도시되어 있다. 이 편광은 광선이 제1의 응력을 받은 영역(32)의 개시부에서, 즉 제4도내의 위치(A)에서 제1경계선(44)까지 응력을 받지 않은 영역(30)내에서 전파될 때까지 유지된다.
제6b도에는 광선이 제1경계선(44)를 넘어 응력을 받는 영역(32)내로 전파된 후의 제4도 내의 위치(B)에 있는 전력 성분이 도시되어 있다. 이 제1경계선(44)에서, 편광의 축(X 및 Y)는 제5도를 참조하여 상술한 바와 같이 각(θ)만큼 (제5도 참조) 새로운 편광 모드 축(X' 및 Y')의 배향으로 갑자기 전이한다. 이새로운 편광 모드 축(X' 및 Y')는 전자기 광파들이 이 편광 모드들 내에서 이동하는 경우의 전계 벡터의 배향을 나타낸다. X 및 Y 배향의 경우와 같이, X' 모드내의 광선은 Y' 모드내의 광과 상이한 속도로 전파되는데, 그 이유는 이것이 복굴절성 개념의 기본이기 때문이다. 광선의 전체 편광은 X' 및 Y' 또는 X 및Y 축내의 전력 성분을 기초로 한 합성 벡터이다.
응력을 받은 영역(32) 내에서는 Y' 편광 모드내의 전력의 성분이 위치(B ; 제4도 참조)에서 제일 먼저나타나지만, 제1경계선(44) 전의 위치(A)에는 Y 모드내의 전력이 없다. 이것에 대한 이유는 경계선에서의 전자계의 작용을 설명하는 공지된 수학 관계식인 맥스웰 방정식으로 부터 생기게 된다. 기본 원리는 전자계가 통과하는 갑작스런 경계선에서 고정된 관찰자에 관련된 전계 벡터의 배향 및 크기가 경계선 양축에서 동일해야 한다는 것이다. 이 경우에, 합성 편광, 즉 위치(A ; 제4도 참조)에서의 전계 벡터의 배향은 제6a도 내에 벡터(48)로 도시한 바와 같다. X' 축이 X 모드내의 배향으르 부터 전이되기 때문에, 벡터(48)에 대한 합성 편광을 유지하기 위해 작은 Y' 성분이 존재하게 되도록 제1경계선(44)의 우측의 위치(B)에서 편광 축(X' 및 Y')가 전이된다. 그러므로, 약간의 전력이 제1경계선(44)에서 X 모드로 부터 Y' 모드내로 이송된다.
2개의 X' 및 Y' 성분들이 응력을 받은 영역(32)를 통해 위치(B)로 부터 위치(C)로 이동할때, 응력을 받은 영역이 1/2비트 길이만큼 길기 때문에 이 성분들은 180° 만큼 상대 위상이 전이된다. 제2경계선(44)의 좌측의 위치 C에서의 X' 및 Y'성분들의 상대 위상은 제6C도에 도시한 바와 같다. 180° 위상 전이는 Y' 성분의 방향을 반전시킴으로써 설계된다. 180° 위상 전이가 X 또는 X' 벡터의 방향을 반전시키고 Y 또는 Y'벡터를 변화되지 않은 상태로 유지함으로써 설계된 경우에 동일한 결과가 얻어진다. 이 180°위상전이의 결과로서, 합성 편광 벡터(50)은 벡터(48)의 배향으로부터 전이된다.
제2경계선(44)에서 편광 축(X' 및 Y')의 배향은 응력을 제거함으로써 편광 축(X 및 Y)의 초기 배향으로 다시 갑자기 전이된다. 광선이 제2경계선(44)를 가로질러 전파될 때, 벡터(50)으로 표시된 편광은 보존되어야 한다. 제2경계선(44)의 우축의 위치(D), 응력을 받지 않은 영역(34)의 개시부에서의 상황은 제6d도에 도시한 바와 같다. 그러나, 편광의 축들의 전이가 X 및 Y모드들 내의 전력을 나타내는 성분 벡터 방향의 부수적인 전이를 발생시키기 때문에, X 및 Y성분들의 크기는 전체 전계 벡터(50)의 각 및 크기를 보존하도록 변화되어야 한다. 제6a도와 제6d도를 비교함으로써, 영역(32, 34)를 통해 전력의 Y성분의 크기가 상당히 증가되었다는 것을 알 수 있다.
제6e도에는 응력을 받지 않는 영역(34)를 종단시키는 제3경계선(44)의 좌측의 위치(E ; 제4도 참조)에서의 전력 성분이 도시되어 있다. 응력을 받지 않은 영역(34)은 또한 1/2비트 길이 만큼 길게 되어, X 및 Y성분들이 영역(34)를 통해 이동할 때에 이 X 및 Y성분들 사이에 다른 180° 위상 전이가 생기게 된다. 이위상 전이는 제6e도에 도시한 바와 같이 경계선(44)에서의 Y성분의 방향을 반전시킴으로써 다시 설계된다. 상기 설명을 상세히 이해함으로써, 편광 축들이 X 및 Y배향으로부터 다시 X' 및 Y' 배향(제5도 참조)으로 경계선(44)에서 다시 갑자기 전이 된다는 것을 알 수 있다. 이것은 더 많은 전력이 Y' 편광 모드 내로전이되게 하고, 경계선(44)를 가로지르는 합성 전계 벡터(52)의 크기 및 각을 보존하기 위해서 제6f도 내의 Y'성분의 크기가 X' 및 Y'축에 대한 X 및 Y축의 각의 전이로 인해 증가해야 한다는 것을 경계선(44)의 우측의 위치(F)에서의 상황을 도시한 제6f도로부터 알 수 있다.
복굴절성 광섬유에 대한 모드 결합기는 수학적으로 특성화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 높은 복굴절성 광섬유의 경우에, 축들 중의 1개의 축 밑으로 전파되는 광선은 전형적으로 다른 축에 결합하지 않는다. 부수적인 복굴절성이 광섬유에 압력을 인가시킴으로써 유도될 수 있다는 것이 증명되었다. 이 부수적인 복굴절성은 다음식으로 주어진다.
Figure kpo00003
여기서, a는 원형 광섬유인 경우에 1.58인 상수이고, n은 광섬유의 평균 굴절률이며, C는 압전 광학 계수이고, f는 광섬유에 인가된 단위 길이당 힘이며, d는 광섬유 피복물 직경이다. 계산 시에, 값은 n=1.46, C=5×10-l2(MKS) 및 d=65μm가 사용되 었다.
힘이 작은 경우에, 부수적인 복굴절성은 광섬유의 정상 복굴절성에 대한 섭동으로서 취급될 수 있다. 분석하기 위해서, 힘이 복굴절성의 광섬유 축에 45° 각도로 힘을 인가하면, 단위 힘 당 복굴절성 축들의 배향의 최대 전이를 발생시키게 된다. 그러나, 이 각은 제한되지 않고, 인가된 힘을 증가시킴으로써 45°로부터의 편차가 조정될 수 있다. 복굴절성의 섭동의 제1등급 결과는 작은 각을 통해 복굴절성의 광섬유의 원축의 회전값이다. 복굴절성이 이 작은 전이는 전체광섬유 복굴절성의 크기(△n)을 크게 변화시키지 않는다. 각 θ는 다음식으로 주어진다.
Figure kpo00004
전체 복굴절성의 크기(△n)은 파장과 함께 일정하다고 가정하는데, 이것은 공지된 진공 파장(λ)에서의 광섬유의 비트 길이인 L=λ/(△n)을 직접 관찰함으로써 측정될 수 있다. 양호한 실시예에서 사용된 광섬유의 △n의 측정값은 △n=7.4×10-4이었다.
X축을 따라 최초로 편광된 광선은 압착된 영역으로 들어갈때에 축(X' 및 Y')를 따라 편광된 성분들로 분해된다. 2개의 편광 내의 광선의 상대 위상은 1/2비트 길이 내에서 π라디안만큼 변화한다. 이 거리에서, 광섬유 상의 힘이 제거되면, 광선은 X편광 내의 cos2(2θ) 및 Y편광 내의 sin2(2θ)의 합계로 원축을 따르는 성분들로 다시 분해된다. 다른 L/2거리로 이동한 후, 제2의 응력을 받은 영역이 전력을 더욱 이송시키도록 2개의 축 내에 적당한 위상 관계가 설정된다. 단일 L/2길이의 응력을 받은 영역 및 L/2길이의 응력을 받지 않은 영역의 경우에, 존스 매트릭스(Jones matrix ; T)는 이 구조의 진폭 편광 변환을 기술하도록 다음과 같이 될 수 있다.
Figure kpo00005
이러한 구조를 N번 반복함으로써 전체 편광 변환 매트릭스가 다음과 같이 나타난다.
Figure kpo00006
그러므로, 2Nθ=π/2가 되도록 힘(F)를 N개의 릿지들에 인가함으로써, 한 편광으로부터 다른 편광까지의 완전한 결합이 달성될 수 있다. N＞5인 경우에, 이 최적한 힘은 다음과 같이 주어진다.
Figure kpo00007
예를들어,N=10이고, L=32 밀(mil)인 경우에, 앞에서 주어진 수들을 사용하면, 완전한 결합을 하기위해서 177g의 힘이 필요하게 된다.
본 발명에 따른 결합기의 릿지들은 특정한 파장으로 설계되어야 하는데, 그 이유는 광섬유 내의 광선의 비트 길이가 파장의 함수인 상수가 아니기 때문이다. 본 발명의 장치가 상이한 파장에 사용되면, 릿지 길이상의 위상 전이(△φ)가 π라디안으로부터 π+2δ라디안으로 변한다. 결국, 완전한 전력 이송이 더 이상 실행될 수 없다. 2Nθ=π/2가 되도록 적당한 힘이 각각의 릿지에 의해 인가된다고 가정하면, 단일 릿지 및갭 기간 상의 이송 매트릭스는 다음과 같이 된다.
Figure kpo00008
광선이 단지 1개의 편광에서 최초로 내보내지면, N개의 릿지 다음에, 제 2 편광 결합된 전력은 ｜k ｜2로주어진다.이때에
Figure kpo00009
이다. 여기서, b=sin2θ-cos2θ cos2δ이다.
이송 매트릭스의 비대각선(off diagonal)요소들은 편광모드들 사이에서 생기는 진폭 결합의 크기를 나타낸다. 이 진폭 결합(k)는 TN의 각각의 2개의 비 대각선 매트릭스 요소의 값이다.
[비복굴절성 광섬유 경우의 동작 원리]
제7도를 참조하면, 비복굴절성 광섬유(24)와 결합하는 모드 결합기가 도시되어 있다. 힘(F)는 상부 블럭(14)에 인가되는데, 이것은 릿지(16)의 결합 표면(18)이 광섬유(24)를 압박하여 광섬유를 비대칭적으로 변형시키게 한다. 릿지(16)은 각각의 응력을 받은 영역(32, 36)의 개시부 및 단부에서 광섬유 형태를 갑작스럽게 변형시키므로서, 응력을 받은 영역과 응력을 받지 않은 영역 사이에 경계선(44)가 생기게 한다.
비복굴절성 광섬유(24)의 경우에, 광섬유의 중심선 또는 종축(46)은 인가된 힘의 방향으로 각각의 경계선(44)에서 갑작스럽게 전이된다. 광섬유 축(46)의 이러한 갑작스런 전이는 광선이 각각의 경계선(44)에서 기본 모드 셋트(LP1)로부터 2등급 모드 셋트(LP11)까지 결합되게 한다. 광선이 결합되는 특정한 제2등급 모드는 인가된 광선의 편광에 관련하여 힘의 방향에 따라 변한다. 예를들어, 기본 모드 내의 입력 광선이 수직으로 편광되며, 이러한 광선은 수직-평행 제2등급 모드, 수평-직각 제2등급 모드 또는 수평-평행 제2등급 모드(제1도 참조)에 결합되지 않고, 유일하게 수직-직각 제2등급 모드에 결합된다. 힘이 여전히 수직이지만, 입력 광이 기본 모드내에서 수평으로 편광된다고 가정하면, 이러한 광선은 다른 제2등급 모드들에 결합되지 않고, 유일하게 수평-평행 제2등급 모드에만 결합된다.
[비복굴절성 광섬유 내의 모드 결합]
광선이 비복굴절성 광섬유(24)내의 각각의 경계선(44)에서 제2등급 모드 셋트에 결합되는 방법을 더욱 완전히 기술하기 위해서, 광파가 제7도에 도시한 바와 같이 좌측으로부터 우측으로 광섬유(24)를 통해 전파될때의 광파의 전계 분포에 대해서 추적하겠다. 광파는 기본 모드에서 수직 편광되어 내보내진다고 가정한다.
제8도의 (a)에 도시한 바와 같이, 광파가 제1경계선(44)에 도달하기 바로 직전에, 예를들어 광파가 제7도 내의 위치(A)에 있을 때, 곡선(53)으로 도시한 전계 분포는 광섬유 축 또는 중심선(46)에 대해 대칭으로 되고 광섬유 코어에 국한된다.
광파가 제7도 내의 위치(B)로 제1경계선(44)를 횡단할 때, 곡선(53)으로 도시한 전계 분포는 고정된 관찰자에 관련하여 동일하게 나타나는데, 그 이유는 전계가 맥스웰 방정식에 따라 경계선(44)를 계속 가로지르기 때문이다. 그러나, 광 섬유 축(46)은 릿지(16)에 의해 발생된 광섬유(24)의 변형으로 인해 전이되므로, 곡선(53)은 제8도의 (b)에 도시한 바와 같이 더 이상 축(46)에 대해 대칭으로 되지 않는다. 그러므로, 제8도의 (b)에 점선으로 도시한 곡선(53)은 2개의 정상 모드, 즉 곡선(54)로 도시한 기본모드 및 곡선(56)으로 도시한 작은 제2등급 모드로 다시 분해된다. 다시 말하면, 비대칭 곡선(53)은 제1및 제2등금 정상 모드 곡선(54, 56)의 합성값이다. 그러므로, 제1경제선(44)에서 곡선(53)의 분해는 소량의 기본 모드광선이 제2등급 모드로 이송되게 한다.
릿지(16)이 1/2비트 길이만큼 길기 때문에, 광선이 제7도 내의 위치(B)로부터 위치(C)로 전파될때, 제2등급 모드 내의 광선은 제1등급 또는 기본 모드 내의 광선에 관련하여 180°위상 전이를 하게 된다. 따라서, 제7도 내의 점(C)에서, 곡선(54, 56)으로 도시한 전계 분포는 제8도의 (c)에 도시한 바와 같이 180°이상된 것을 제외하면 동일하다. 광파가 제2경계선(44)를 가로지르고, 제7도 내의 점(D)에 도달하면, 광섬유의 축(46)은 응력을 받지 않고, 분해되지 않은 상태로 다시 전이되며, 모드(54, 56)은 축(46)에 관련해서 다시 비대칭적으로 된다. 결국, 기본 모드(54)내의 광선은 모드(54)보다 진폭이 작은 모드(58) 및 제2등급 모드(56)과 동상인 제2등급 모드로 다시 분해됨으로써, 제8도의 (d)에 도시한 바와 같이, 모드 곡선(56)에 관련하여 진폭이 증가된 합성 제2등급 모드(60)을 발생시키게 된다. 점(B)로부터 점(C)까지 전파되는 동안의 모드들 사이의 180°위상 변화는 기본 모드로부터 제2등급 모드에 결합된 광선을 이미 결합된 광선에 부가시키므로, 제2등급 모드 결합은 파괴적이 아니라 누진적으로 된다.
광선이 점(D)로부터 점(E)로 전파될 때, 제1 및 제2등급 모드들은 다른 180°위상 변화를 하게 되므로, 광선이 제7도 내의 점(E)에 도달하면, 전계 분포는 제8도의 (e)에 도시한 바와 같이 된다. 제3경계선 (44)에서 제8도의 (f)내에 곡선(62, 64)로 도시한 바와 같이 광선이 기본 모드로부터 제2등급 모드에 결합되도록 광섬유 축(46)은 다시 전이되고, 동일한 공정을 반복한다. 그러므로, 갑작스런 경계선(44)가 기본모드로부터 에너지의 일부분이 제2등급 모드에 결합되는 결합 위치를 제공한다는 것을 상술한 설명으로부터 알 수 있다.
[모드 결합기의 성능]
상술한 설명으로부터, 광섬유(24)의 길이에 따른 홀수배의 1/2비트 길이에서 각각의 경계선(44)는 소정의 전력량이 한 모드로부터 다른 모드에 결합되게 한다는 것을 알게 된다. 경계선(44)에 결합된 전력은 부가적인 것이므로, 광섬유(24)의 한 단부로부터 다른 단부까지의 전체 결합 전력량은 누진적으로 된다. 경계선들이 1/2비트 길이의 정확한 홀수배가 아니면, 누진적인 결합 전력은 여전히 0이 아니지만, 홀수배가 아닌 각각의 경계선은 전력이 다른 모드내로 이미 결합된 전력과 이상인 성분을 갖는 다른 모드내로 결합되게 한다. 이러한 이상 결합 전력은 이미 결합된 전력의 일부를 제거시킨다. 순(net)결합 전력이 0이 아닌지의 여부는 경계선들의 정확한 위치 및 얼마나 큰 힘이 각각의 응력을 받은 영역 내에 인가되었는지에 달려 있다. 그러나, 일반적으로, 예를들어, 경계선의 위치 내의 5% 내지 10% 정도의 오차는 본 발명의 동작에 역효과를 미치지 않는 범위에서 허용될 수 있다.
본 발명의 모드 결합기의 양호한 실시예는 복굴절성 광섬유와 비복굴절성 광섬유를 사용하여 검사되었다. 제2도에 도시한 장치에서, 광섬유 재킷은 광섬유를 릿지에 직접 노츨시키도록 광섬유(24)로부터 제거되었다. 이것은 모든 경우에 필요하지는 않다.
[복굴절성 광섬유로의 검사]
제9도에는 참조 번호(64)로 도시한 복굴절성 광섬유의 편광 모드들사이에 결합하기 위해, 제1도 내지 제6도를 참조하여 상술한 결합기를 사용하는 시스템이 도시되어 있다. 주파수 동조 가능한 염색 레이저(66)은 소스 광선은 발생시키기 위해 사용되었다. 표준 편광기(68)에 의해 편광된 이러한 편광된 광선은 광섬유의 코어 상에 집속시키는 렌즈(70)에 의해 타원형 코어 복굴절성 광섬유(24)의 길이 내로 보내진다. 편광기(68)은 광섬유(24)의 2개의 직교 편광 모드들 중의 한 모드 내로만 광선을 통과시키도록 배열된다. 광선은 편광 결합기(64)를 통하여 광섬유(24)내로 전송되고, 광섬유 세그먼트(74)에서 광섬유(24)로부터 나올때에 다른 직교 편광 모드내로 결합된 전력의 일부 또는 전체를 갖는다.
렌즈(72)는 출력 광섬유 세그먼트(74)로부터 방출되는 광선을 조준하므로, 빔 분리기(76) 상으로 향하도록 형성된 빔(75)를 발생시킨다. 이러한 빔 분리기(76)은 빔(75)의 일부분을 표준 광 검출기(78)로 보내고, 빔(75)의 나머지 부분은 편광기(80)을 통과한다. 편광기(80)은 편광기(68)에 의해 설정된 편광에 관련하여 동일한 편광의 광선만을 통과시킨다. 편광기(80)을 통과한 광선은 표준 광 검출기(82)로 보내진다. 검출기(82, 78)의 출력들은 전체 출력 전력과 비교된 직교편광내의 상대전력을 표시하는 표준 비율기(ratiometer)로 선(86, 88)에 의해 각각 입력된다.
출력에서 편광기(80)으로 19dB 내지 32dB사이의 광섬유 편광들 사이의 소광비(extinction ratio)가 측정되었다. 이러한 소광비는 수평 편광 모드 내의 광 전력에 대한 수직 편광 모드내의 광전력 비의 상용 대수값이다. 최소한 19dB에서의 소광비는 파장이 변하였을 때에 파장에 관계없이 달성되었다. 이 제한은 광섬유 내의 산란 손실에 의해 셋트되는데(150dB/km 이상), 그 이유는 어느 정도 산란된 광선이 계속 안내되기 때문이다. 소정의 파장에서, 32db까지 개량된 비는 산란된 광선의 파괴적인 간섭때문에 발생한 것이다. 릿지된 블럭(14)가 광섬유 상에 배치되어 압력이 인가되면, 32dB보다 큰 결합비가 전형적으로 약 220g의 힘으로 달성된다. 이 결합비는 직교 편광 모드에 결합되지 않은 광전력과 직교 모드 내로 결합되는 전력 사이의 비의 상용 대수값이다. 이러한 비는 633nm의 광선 파장에서 10개의 릿지들로 관찰되었고, 약 608nm의 광선 파장에서 30개 및 60개의 릿지들로 관찰되었다.
파장에 대한 결합의 의존성은 569nm 내지 614nm의 동조 가능한 염색 레이저를 사용하여 실험적으로 조사되었다. 사용된 장치는 중심파장이 609nm이고, 균일한 광전력이 인가된 60개의 릿지를 갖고 있는 결합기이다. 실현 장치는 제9도에 도시한 것과 동일하다. 초기 편광 내에 남아 있는 즉, 결합되지 않은 광선은 검출된 신호이다. 파장이 변화되었을 때에 레이저 전력 변동을 보상하기 위해 비율기(84)가 사용되었다. 이결과는 점으로서 실험 결과를 도시하고, 실선으로서 시스템에 대한 가정된 복굴절성 모델 내의 갑작스런 전이를 기초로하여 이론적으로 예상된 결과를 나타낸 제10도에 도시되어 있다. 2개의 곡선들 사이의 양호한 결합은 응력을 받은 영역의 경계선에서의 복굴절성의 변화가 잡작스럽다는 결론을 뒷받침한다. 약 λ/N와 이론적으로 동일한 1/2 최대값에서의 전체 폭은 9nm로 관찰되었다. 그러나, 축 로브들은 광섬유 상의 릿지들의 불균일한 압력으로 인해 예상된 것보다 더 높았다. 이러한 동일하지 않은 압력은 광섬유 직경 및수 Å정도의 릿지 높이의 변화에 의해 발생되었고, 가중된 릿지들을 각각 구성함으로써 처리될 수 있다. 중심 피크의 폭은 멀티플렉서 또는 노치 필터로서 사용하기 위한 이 편광 결합기의 전위를 나타낸다.
[비복굴절성 광섬유로의 검사]
비복굴절성 광섬유를 사용할때, 검사 결과는 본 발명의 결합기가 종래의 결합 모드 이론과 비교할 때에 파격적인 작용을 한다는 것을 나타내었다. 예를들어, 종래의 결합 모드 이론은 결합기가 파장에 의존한다고 예상하였다. 그러나, 검사 결과에서, 결합은 넓은 범위에 걸쳐서 광의 파장에 관계없는 것으로 나타났다.
비복굴절성 광섬유 내의 모드들 사이의 결합에 관련된 상기 분석으로부터, 한 릿지의 개시부와 다음 릿지(16)의 개시부 사이의 간격이 1비트 길이(또는, 이 비트 길이의 정수배)가 아닐때에 결합기의 성능이 극적으로 감소된다는 것을 예상할 수 있다. 계산상으로는, 이론적으로 비복굴절성 광섬유를 사용한 본 발명의 결합기의 성능은 일반적으로 제11도의 곡선(90)을 따르는 것으로 나타났다, 양호한 실시예의 경우에, 최대결합은 608nm의 파장에서 일어난다고 예상되었는데, 이것은 0.432nm의 릿지 주기성과 동일한 비트 길이를 발생시킨다. 608nm이상 또는 이하의 파장에서, 곡선(90)은 결합이 신속히 감소한다는 것을 알 수 있다.
양호한 실시예에서 30개의 릿지를 갖고 있는 결합기의 성능은 제12도에 도시한 회로 배열을 사용하여 비복굴절성 광섬유로 검사되었다. 주파수 동조 가능한 염색 레이저(92)가 소스 광선을 발생시키기 위해 사용되었다. 이 소스 광선은 광선의 약 1/2을 검출기(94)로 보내고, 나머지 1/2을 비복굴절성 광섬유(98) 내로 유입시키기 위해 광을 집속하는 렌즈(96)상에 투사하는 빔 분리기 상에 투사되었다. 염색 레이저(92)는 제1및 제2등급 모드들만이 광섬유(98)내에 내보내지도록 차단파장 이하의 파장 범위에서 동작되었다.
광섬유(98)은 내보내진 제2등급 모드들을 스트리핑(stripping)하기 위해 모드 스트러퍼(mode stripper ; 100)을 제공하도록 입력 단부에서 직경이 1.3cm인 포스트(post)둘레에 감겨졌다. 이 형태의 모드 스트리퍼는 본 분야에 공지되어 있고, 1979년 발행된 전자 공학지(Electronic Letters) 제15호, 제442권에 와이, 가쯔야마(Y.Katsuyama)가 쓴 "모드 필터를 사용한 광섬유의 2개의 모드 영역 내의 단일 모드 전송 장치"라는 논문에 기술되어 있다. 모든 광섬유 편광 제어기(102)는 모드 스트리퍼(100) 다음의 광섬유(98) 내에 형성되었다. 이러한 형태의 편광 제어기는 1983년 6월 21일자로 허여된 미합중국 특허 제 4,389,090호에 기술되어 있다. 이러한 편광 제어기(102)의 목적은 안내된 입력 광선의 편광이, 예를 들어 선형-수직으로 되도록 이 입력 광선의 편광을 변화시키는 것이다. 광섬유(98)은 양호한 실시예에서 30개의 릿지를 갖고 있는모드 결합기(104)를 형성하도록 제2도 및 제3도를 참조하여 기술한 것과 같이 릿지 구조물을 통과하였다. 광섬유는 제1모드 스트리퍼(100)과 동일한 제2모드 스트리퍼(106)을 형성하도록 다른 포스트 둘레에 감겨졌다. 광섬유의 출력 단부에서 출력 광선은 이 출력 광선을 검출기(110)에 투사하는 조준 렌즈(108)을 향해 보내진다. 2개의 검출기(94, 110)은 각각의 선(112, 114)에 의해 비율기(116)에 접속된다. 이러한 비율기(116)은 검출기(94)에 의해 측정된 입력 광선 세기와 검출기(l10)에 의해 측정된 출력 광선 세기의 비를 출력으로서 표시한다.
동작 시에, 광 섬유(98)의 입력 단부에서의 광선 입력은 모드 스트리퍼(100)에 의해 제일 먼저 제2등급 모드들이 스트립되므로, 광선이 편광 제어기로 들어 갈때에는 기본 모드만이 존재한다. 편광 제어기는 입력광선이 모드 결합기(104)로 들어갈 때에, 예를 들어 수직-선형으로 편광되도록 입력 광선의 편광을 조정하기 위해 사용된다. 결합기(104)는 상술한 바와 같이 광선을 기본 모드로부터 제2등급 모드에 결합시키도록힘을 상부 릿지 판에 인가함으로써 동작된다. 결합기(104)에서 투사된 광선은 모드 스트리퍼(106)에 의해 제2등급 모드가 스트립되므로, 기본 모드 내의 잔류 광선은 렌즈(108)을 통해 검출기(110)에 투사된다.
검사 시에, 입력 광선의 파장은 파장 내의 변화에 대한 결합기(104)의 감도를 결정하도록 570nm로부터 6l2nm로 변하였다. 예상한 바와 같이, 최대 결합이 608nm의 파장에서 발생하였다. 측정값들은 제2등급 모드(즉, 수직-직각 제2등급 모드)에 대한 수직으로 편광된 기본 모드의 결합이 매우 양호하고, 기본 모드로부터 제2등급 모드로 결합되는 전력의 99.99%에 대응하는 -40dB 이하의 잔류 전력이 광섬유(98)의 출력 단부에서 기본 모드 내에 유지되었다는 것을 나타내었다. 삽입 손실은 출력 모드 스트리퍼(106)을 제거하고, 결합기가 동작하는 동안에 광섬유 내의 전체 전력을 측정함으로써 측정되었다. 결합기가 동작하지않을 때에 이 값을 광섬유 내에 전력과 비교함으로써 9%의 손실이 측정되었다.
그러나, 소스 광선의 파장이 609nm로부터 변하면, 결합기(104)는 예상하지 않은 작용을 나타낸다, 상세하게 말하면서, 수직으로 편광된 광선의 결합이 제11도내에 곡선(118)로 도시한 바와 같이 570nm 내지 612nm의 파장 범위에 걸쳐 고레벨로 유지되었으므로, 결합은 이론적인 곡선(90)을 따르지 않았다. 곡선(118) 상의 삼각형은 실제 데이타 점들을 표시한 것이다.
선형-수평으로 편광된 입력 광선을 사용하는 제11도를 참조하여 상술한 검사들이 반복되었다. 제11도의 곡선(120)으로 표시한 바와 같이, 수평 편광의 결합은 파장 범위에 걸쳐 비교적 일정하였고, 608nm에서 최대였다. 곡선(120)상의 점들은 실제 데이타 점들을 표시한 것이다. 그러므로, 수직 및 수평으로 편광된 광선에 대한 결합 곡선(l18, l20)은 모두 폭이 넓고, 예상된 결합 모드 이론 곡선(90)을 따르지 않았다. 그러나, 수평으로 편광된 광선에 대한 곡선(120)은 결합량이 수직으로 편광된 광선의 경우보다 더 작게 되어 4dB정도로 되는 변칙적인 작용을 나타낸다. 곡선(118, 120)의 경우에, 수직 힘은 기본 모드로부터 고등급 모드로 결합시키도록 결합기(104)에 인가되었다.
그러므로, 본 발명의 결합기는 (1)결합이 상이한 파장의 경우에 비교적 일정하고, (2) 이러한 결합이 편광에 의존하는 종래의 결합 모드 이론과 비교할 때에는 비복굴절성 광섬유를 사용하였을 때의 변칙적인 직용을 나타냈다. 흥미롭게도, 결합기의 편광 의존성은 또한 릿지(16 ; 제3도 참조)의 갯수에 관련되는 것으로 나타났다. 예를 들어,l0개의 릿지를 가진 장치가 사용되면, 2개의 편광들의 결합 사이의 불일치가 감소하고, 2개의 편광들은 전력의 99% 정도를 제2등급 모드 내로 결합시킨다. 80개의 릿지를 가진 장치의 경우에는 소정의 편광도 전력의 20% 이상을 결합시키지 않는다. 결합기의 이러한 놀라운 작용에 대한 이유는 완전히 알려지지 않고 있다. 결합기는 2가지의 이유 때문에, 즉 (l) LP11모드만이 광섬유의 순수한 정상모드에 가깝고, (2) 통상적으로 비복굴절성 광섬유가 릿지(16 ; 제3도 참조)에 의해 압착될 때에 복굴절성으로 되기 때문에 종래의 모드 이론을 따르지 않는다는 것이 이론화된다.
[광섬유 편광기로서의 결합기 사용]
비복굴절성 광섬유를 사용할때, 결합기의 상술한 편광 의존성은 유리하게 모든 인-라인 광섬유 복굴절성 편광기를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 제13도에 도시한 바와 같이, 이러한 편광기는 단부(124, 126)을 갖고 있는 광섬유(122)의 단일 연속 가닥을 포함할 수 있다. 모드 스트리퍼(128, 130)은 단부(124, 126)에 각각 배치되고, 양호한 실시예에서 30개의 릿지를 갖고 있는 결합기와 같은 모드 결합기(132)는 모드 스트리퍼(128, 130)사이에 삽입된다. 양호하게도, 모드결합기(132) 상의 릿지(16)의 갯수는 한 편광(예를들어, 수직편광)내의 결합을 최대화하고, 직교 편광(예를들어, 수평 편광)의 결합을 최소화하도록 선택된다. 30개의 릿지를 갖고 있는 장치를 사용하는 제11도 및 제l2도를 참조하여 이미 기술한 바와 같이, 수직 편광된 기본 모드를 더 높은 등급 모드에 40dB로 결합시키는 것이 달성되었고, 수평 편광된 기본 모드의 4dB만이 고등급 모드에 결합되었다.
결국, 이러한 모드 결합기는 기본 모드들 내의 수직 편광과 수평 편광 사이에 36dB의 소광비를 발생시킨다. 동작시에, 광선은 광섬유(122)의 한 단부, 예를들어 단부(124)에 입력된다. 제2등급 모드들은 기본 모드만이 모드 결합기(132)로 들어가도록 모드 스트리퍼(128)에 의해 스트립된다. 수직 편광은 양호하게 결합되고, 수평 편광은 불충분하게 결합된다고 가정하겠다. 그러므로, 결합기(132)에 입력된 광선이 수직 편광되면, 거의 모든 광선은 제2등급 모드에 결합되고, 이러한 광선은 출력 광섬유 부분(126)에 도달하는 광선량이 실제로 0으로 되도록 모드 스트리퍼(130)에 의해 스트립된다. 한편, 결합기(132)로 들어가는 입력 광선의 편광이 수평이면, 광선의 일부분안이 제2등급 모드에 결합되고, 이러한 광선은 출력 광섬유 부분(126)에 도달하는 광선량이 실제로 0으로 되도록 모드 스트리퍼(130)에 의해 스트립된다. 그러므로, 대부분의 광선은 기본 모드 내에 유지되어 광섬유(122)의 출력 단부(126)으로 전파된다. 그러므로, 수평 편광되는 입력 광선은 결합기 및 모드 스트리퍼에 의해 통과되고, 수직 편광원 광선은 비복굴절성 광섬유로 효율적으로 차단된다. 상술한 바와 같이, 30개의 릿지를 갖고 있는 장치의 경우에는 기본 모드 내의 수직 편광과 수평 편광 사이에 36dB의 소광비가 예상될 수 있어서, 모든 광섬유 편광기는 얇은 편광막의 성능과 비교할수 있는 성능을 갖게 된다.
[마흐-젠더 간섭계로서의 결합기 사용]
제14도에 도시한 바와 같이, 마흐-젠더 간섭계는 비복굴절성 광섬유(144)의 단일 연속 가닥을 따라 간격을 두고 2개의 모드 결합기(140, 142)를 장착시킴으로써 구성될 수 있다. 소스 광선은 광선을 광섬유(l44)의 입력 단부 내로 유입시키도록 광학적으로 결합되는 레이저(146)에 의해 발생된다. 레이저(146)으로부터의 소스 광선은 제2등급 모드들은 제거하도록 광섬유(144)상에 형성된 모드 스트리퍼(148)을 제일 먼저 통과한다. 그 다음, 이러한 광선은 광선의 편광을, 예를들어 선형-수직으로 조정하기 위해 사용되는 편광 제어기(150)을 통과한다. 안내된 소스 광파는 약 50/50 결합으로 셋트되는 제1결합기(140)으로 들어가므로, 전력의 1/2은 제2등급 모드에 결합된다.
광섬유(l44)를 통해 일정한 거리로 전파된 후, 광선은 제2결합기(142)로 들어간다. 제2결합기(142)로부터 나오는 광선은 제2등급 모드들을 스트립하도록 광섬유(144)상에 형성된 모드 스트리퍼(152)를 통과한다. 그 다음 광선은 광섬유(144)로부터 나와 선(156)상에 전기 신호를 출력시키는 검출기(154)에 투사된다.
도시한 실시예에서, 모드 결합기(140, 142)사이의 광섬유의 길이 및 소스 광선의 파창은 제2결합기(142)의 입력 단부에 제1등급 모드와 제2등급 모드내의 광선 사이의 위상차가 0으로 되도록 선택된다. 모드들 사이의 위상차가 결합기(142)로 들어갈 때에 0으로 되면, 제2등급 모드의 결합은 최대로 되지만, 제1 및 제2등급 모드들이 180°이상되면, 결합기(142)에 의한 결합은 최소로 된다. 따라서, 결합기(142)의 이벽단부에서의 위상차가 0이면, 제2등급 모드의 결합은 최대로 된다. 이때 제2등급 모드는 모드 스트리퍼(152)에 의해 스트립되고, 검출기에서의 신호, 즉 잔류 기본 모드 전력은 최소로 된다. 결합기(l42)의 결합량은 잔류 기본 전력이 최소값으로 관찰될 때까지 변화될 수 있다. 결합은 이 값에서 고정되고, 결합기(140, 142)사이의 광섬유의 일부분은, 예를들어 온도와 같은 측정될 주위 환경에 노출된다.
온도에 노출되면, 결합기(140, 142)사이의 광섬유의 길이가 변화되므로, 광선이 결합기(142)로 들어갈 때에 제1 및 제2등급 모드 내의 광선은 이상으로 이동하게 된다. 이것은 제2등급 모드의 결합을 감소시키므로, 검출기에 의해 측정된 바와 같이 기본 모드 내의 잔류 전력이 증가하게 된다. 그러므로, 검출기(154)로부터의 선(156)상의 출력 신호는 감지된 주위 환경의 크기의 방향을 표시한다. 한 실험에서, 광섬유가 열팽창되었을 때에 30dB의 기본 모드 내의 전력의 동적 범위가 측정되었다. 이것은 본 발명의 장치가 간섭적으로 결합하고, 간섭계 시스템 내에 사용될 수 있다는 것을 증명한다.
[진폭 변조기로서의 결합기 사용]
제2도 내지 제4도를 참조하여 상술하고, 제9도 내에 도시한 시스템 내에 형성된 모드 결합기는 진폭 변조기로서 높은 복굴절성 광섬유를 사용할 수 있다. 변조 신호에 따라 제4도 내의 힘(F)를 변화시킴으로써, 전력의 변화량은 X편광 모드로부터 Y편광 모드로 결합될 수 있는데, 이때 결합량은 힘(F)의 크기에 비례한다. 즉, 종래의 변환기(l58 ; 제9도 참조)이, 예를들어 편광 결합기(64)의 릿지된 블럭(14)에 인가된 힘(F)를 변화시키도록 정현파식으로 구동되면, 광섬유(24)의 Y편광 모드 내의 광전력은 힘(F)의 크기에 정비례하는데, 이때, 입력 전력은 최초로 X편광 모드 내에서 모두 내보내진다. 식(3)으로부터, 응력에의해 유도된 부수적인 복굴절성은 단위 길이당 인가된 힘에 정비례 한다는 것을 알 수 있다. 힘이 변하면, 편광 모드의 축들을 전이시키는 각은 식(4)에 따라 변한다. 이것은 제6a도 내지 제6f도로부터 알 수 있는바와 같이, 각각의 경계선에서 각각의 새로운 축들 상에 분해되는 전력량을 변화시킴으로써 편광모드들 사이에서 전이된 전력량을 변화시킨다.
[결론]
그러므로, 본 발명의 모드 결합기는, 예를들어 단일 광섬유 편광기, 단일 광섬유 마흐-젠더 간섭계 또는 진폭 변조기로서 여러가지로 사용된다. 따라서, 이 결합기는 2개의 채널 데이타 시스템에 사용될 수 있다. 이러한 사용예는 예시적인 것에 불과하며, 본 분야에 숙련된 기술자들은 다르게 사용할 수도 있다.
지금까지 본 발명의 양호한 실시예에 대해 기술하였으나, 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명의 원리를 벗어나지 않고도 여러가지로 변형할 수 있다.

Claims (8)

1개의 전파 모드에서 전파하는 광선이 상기 다른 전파 모드에서 전파하는 광선과 다른 전파 속도를 갖도록 각각의 전파 모드가 다른 유효 굴절률을 갖는 2개의 모드에서 광선으로 하여금 광선이 파장에 대응하는 비트 길이에 따라 비트시키는 광섬유(24), 광파를 상기 광섬유 내로 유입시키기 위한 광원(72), 상기 광섬유(24)의 한 측면을 지지하기 위한 표면을 갖고 있는 지지 구조물(11) 및 상기 광섬유(24)를 따라 일련의 응력을 받은 영역 및 응력을 받지 않은 영역을 제공하기 위해 상기 광섬유(24)가 상기 표면(18)과 상기 지지 구조물(11)사이에 압착되도록 상기 광섬유(24)의 다른 측면에 대해 압박하기 위해 상기 광섬유(24)를 따라 간격을 두고 배치된 다수의 표면(18)을 갖고 있는 구조물(14, 16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기.
제1항에 있어서, 각각의 상기 표면(18)이 각각의 응력을 받은 영역의 개시부 및 단부에서 상기 광섬유의 헝태를 갑자기 변화시키기 위한 릿지 연부(27)을 갖는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기.
제1항에 있어서, 광섬유 축방향의 각각의 표면의 폭(W)가 1/2광섬유 비트 길이의 홀수배이고, 광섬유 축방향의 인접한 표면(18) 사이의 간격(S)가 1/2광섬유 비트 길이의 홀수배인 것을 특징으로 하는 방향성 결합기.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 광파가 제1등급 모드 셋트(LP1)만을 상기 광섬유 내에서 전파하기 위한 선택된 파장을 갖고 있고, 상기 광섬유가 단일 모드 복굴절성 광섬유이며, 상기2개의 전파 모드가 제1등급 모드 셋트(LP1)의 2개의 직교 편광 모드인 것을 특징으로 하는 방향성 결합기.
제1항에 있어서, 상기 광섬유(24)가 비복굴절성을 갖고 있고, 상기 전파 모드들이 상기 광섬유(24)의 제1등급 모드 셋트(LP1) 및 제2등모드 셋트(LP11)이며, 상기 광파가 기본 모드 셋트(LP1) 및 제2등급모드 셋트(LP11)내에서만 상기 광섬유(24)를 통하여 전파되도록 상기 광섬유의 차단 파장보다 짧은 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기.
제1항에 있어서, 상기 표면(18)이 릿지된 블럭(14, 16)상에 있고, 상기 지지 구조물(11)이 편평한 평판(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기.
제6항에 있어서, 상기 지지 구조물(l1)로부터 돌출되어 있는 다수의 핀(22) 및 상기 릿지된 블럭(14, 16)내에 다수의 구멍(20)을 더 포함하고, 상기 구멍(20) 및 상기 핀(22)가 대응하게 배열되어 각각의 상기핀(22)가 상기 구멍(20)중 1개의 구멍에 배열되어 고정되고, 상기 릿지된 블럭(14, 16)이 상기 핀(22)상의 상기 평판을 향해 미끄러지거나 상기 평판으로부터 멀리 미끄러질 수 있는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기.
제1항에 있어서, 상기 응력을 받은 영역(32, 36)내의 상기 광섬유(24)에 인가된 응력을 변화시키기 위해 변조 신호에 따라 상기 지지 구조물(10)에 관련하여 상기 표면(18)을 진동시키기 위한 변조 구동기(158)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기.
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