KR0170329B1 - 광통신용 광합분파기 - Google Patents

Abstract

광통신에 사용될 수 있는 광통신용 광합분파기가 개시되어 있다.

이 개시된 광통신용 광합분파기는, 원통형 중공부를 가지는 몸체와; 몸체의 일단에 결합 설치되며, 광을 전송하는 적어도 두 개의 제1 및 제2광섬유의 단부가 심어진 제1페롤과; 몸체의 타단에 결합 설치되며, 광을 전송하는 적어도 하나의 제3광섬유의 단부가 심어진 제2페룰과; 몸체의 중공부 내에 설치된 렌즈홀더와; 제1 내지 제3광섬유를 통해 전송된 광을 집속시킬 수 있도록 렌즈홀더 내에 결합되며, 각각의 평면이 상호 마주하게 배치된 제1 및 제2 반구형 렌즈와; 제1 및 제2반구형렌즈 사이에 개재되어 제1 내지 제3광섬유를 통해 전송된 광을 그 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 광학필터;를 포함하여 제1 및 제3 광섬유를 통해 입력된 서로 다른 제1 및 제2파장의 광을 합산하여 제2광섬유 쪽으로 향하도록 하고, 제2광섬유 쪽에서 입사된 광이 제1 및 제2파장으로 분기되어 제1 및 제3광섬유 각각으로 향하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

광통신용 광합분파기

제1도는 종래 기술의 이중 파장 커플러(광합분파기)를 보여 주는 개략도.

제2도는 제1도의 이중 파장 커플러에서 양방향 통신의 경우의 광신호의 진행 경로를 보여 주는 도면.

제3도는 다른 종래 기술의 광합분파기의 구성과 광신호의 경로를 보여주는 개략도.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 광통신용 광학분파기의 광학적 배치를 보인 개략도.

제5도는 본 발명에 따른 실시예에서 광신호의 경로를 보여 주는 개략도.

제6도는 본 발명에 따른 실시예에서 광신호의 다른 경로를 보여 주는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제1광섬유 2 : 제2광섬유

3 : 제1페룰 4 : 렌즈홀더

5-1 : 제1반구형 렌즈 5-2 : 제2반구형 렌즈

6 : 필터 코팅층 7 : 몸체

8 : 제2페룰 9 : 제3광섬유

본 발명은 광통신에 사용되는 광합분파기(wavelength division multiplexer)에 관한 것으로서, 상세하게는 제작시 조정 및 조립이 용이하게 이루어질 수 있는 광통신용 광합분파기에 관한 것이다.

일반적으로 광합분파기는 광섬유를 사용하는 광통신에서 단일의 광섬유를 통해 서로 다른 파장의 두개의 광신호를 송수신하기 위해 두개의 광신호를 합하거나 분리하기 위한 장치를 말한다.

이러한 광통신에 사용되는 이중 파장 커플러에 대한 구조가 미합중국 특허 제4,904,043호에 개시되어 있다. 여기서는 단일의 광섬유를 통해 양방향 통신(송신기 및 수신기)와 일방향 통신(두개의 송신기 또는 두개의 수신기)가 가능한 장치가 기술되어 있다. 제1도에는 전체적으로 종래의 이중 파장 커플러(dual wavelength coupler)의 단면도가 도시되어 있다. 여기서 이중 파장 커플러는 본 발명의 광합분파기의 다른 명칭이다. 이중 파장 커플러에 포함되는 주요 광학기기 요소로는 3매의 렌즈(10)(14)(16) 즉, 1매의 그린(GRIN, gradient index)렌즈(10)와 2매의 구형 렌즈(14)(16)와 다이크로익(dichroic) 필터(30)을 사용하고 있다. 도시된 바와 같이, 입출력에 관련하여, 입력되는 신호를 수신하기 위한 광감지 수단인 PIN(positive-intrinsic-negative) 다이오드(38), 소정의 파장의 광신호를 생성하기 위한 광원인 발광 소자, 예를 들어, LED(42,) 광신호를 전달하는 광섬유(26) 등이 이중 파장 커플러의 기본적인 근간을 이루며, 3매의 렌즈(10)(14)(16), 필터(12)(32) 및 이들을 수용하고 지지하기 위한 몸체(22)로 구성되어 있다.

상기의 구조 설명은 양방향 통신, 즉, 발신과 수신이 다른 파장으로 이루어지는 경우에 대한 것으로, 예를 들어, 발신 신호는 λ₁의 파장으로 이루어 지고 수신은 λ₂의 파장으로 동시에 단일의 광섬유를 통하여 이루어지는 경우이다. 발신 신호는 발광소자(42)에 생성되며 수신 신호는 PIN 다이오드(38)에서 감지된다.

제2도는 제1도의 이중 파장 커플러에 관한 것으로 양방향 통신에서 수신과 발신이 단일 광섬유를 통해 동시에 이루어지는 경우의 광신호 진행 경로를 보여 준다. 수신되는 λ₂의 파장을 갖는 광신호는 그린렌즈(10)를 통하여 평행광이 되어 필터를 통과하여 구형렌즈(14)에 의해 집속된 후 광감지 소자인 PIN 다이오드(38)로 수신된다. 한편, 발광소자는 λ₁의 파장을 갖는 광신호를 생성하며, 이 광신호는 구형렌즈(16)를 통과하며 평행광이 되고, 필터(12)에서 반사되어 그린렌즈(10)를 통해 λ2의 파장을 갖는 광신호가 수신되어 들어 오는 광섬유와 동일한 과섬유로 발신된다. 이에 의해 두개의 다른 파장의 광신호가 단일의 광섬유를 통하여 수신되고 발신된다. 이와 같은, 이중파장 커플러는 일방향 통신에서, 하나의 광감지 소자와 하나의 발광소자를 사용하는 대신에 각각 2개의 광감지 소자만을 사용하거나, 2개의 발광 소자만을 사용하여, 2개의 신호를 동시에 수신하거나 발신하는 수시기 또는 발신기로도 사용될 수 있다.

그런데, 광학기기 특히 소형의 기기는 매우 정밀성이 요구되며 그 오차에 의한 영향도 상대적으로 높으며, 이에 따라 요구되는 기계 가공의 정밀도도 높아질 수 밖에 없다. 뿐만 아니라, 부품수가 증가하면, 오차의 양은 누적적으로 증가될 가능성이 높다. 따라서, 상기의 개시된 특허의 이중 파장 커플러는 실제의 제작에서의 어려움과 가격 상스의 요인을 안고 있음을 예측할 수 있다. 또한 사용되는 구성 요소에서 가공상의 오차가 발생하기 쉬운 점도 가격 상승의 요인이 될 수 있다. 예를 들면, 직경이 2mm∼3mm정도의 극소형의 구형 렌즈의 경우에 가공이 상대적으로 어려울 뿐만 아니라, 조립 등의 공정에서의 취급상의 어려움도 쉽게 예측할 수 있다.

또 다른 종래의 장치가 제3도에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 3개의 광섬유(1a)(2a)(3a)가 입출력에 사용되고, 광섬유(1a)(2a)를 지지하기 위한 유리로 된 지지체(8a), 광섬유(3a)를 지지하는 유리로 된 지지체(9a), 렌즈 조립체(4a)(41a)와 렌즈 조립체(5a)(51a), 및 필터(7a)를 포함하여 구성되어 있다.

이와 같은 구성에서, 두개의 다른 파장λ₁과 λ₂의 광신호를 포함하는 빛이 렌즈 조립체(4a)(41a)를 거쳐 필터(7a)로 입사한다. 파장λ₁의 광신호를 갖는 빛은 필터(7a)에서 반사되어 다시 렌즈 조립체(4a)(41a)를 거친 후, 광섬유(2a)로 집광되어 들어가고, 파장 λ₂의 광신호를 갖는 빛은 필터(7a)를 투과하여 렌즈 조립체(5a)(51a)를 거친 후, 광섬유(3a)에 집광되어 들어간다.

상기 장치의 문제점은 광섬유와 렌즈가 일체화되어 있으므로, 초점거리, 광축 등의 조정이 필터에 의해 이루어져야 하며, 이에 따라 구조가 복잡해진다. 또한 렌즈의 개수가 많으므로, 오차의 문제와 제작비 상승의 문제를 갖는다.

따라서, 본 발명의 목적을 구조가 간단하여 제작이 용이한 광합분파기를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광통신용 광합분파기는,

원통형 중공부를 가지는 몸체와; 상기 몸체의 일단에 결합 설치되며, 광을 전송하는 적어도 두 개의 제1 및 제2광섬유의 단부가 심어진 제1페룰과; 상기 몸체의 타단에 결합 설치되며, 광을 전송하는 적어도 하나의 제3광섬유의 단부가 심어진 제2페룰과; 상기 몸체의 중공부 내에 설치된 렌즈홀더와; 상기 제1 내지 제3광섬유를 통해 전송된 광을 집속시킬 수 있도록 상기 렌즈홀더 내에 결합되며, 각각의 평면이 상호 마주하게 배치된 제1 및 제2 반구형 렌즈와, 상기 제1 및 제2반구형렌즈 사이에 개재되어 제1 내지 제3광섬유를 통해 전송된 광을 그 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 광학필터;를 포함하여

상기 제1 및 제3 광섬유를 통해 입력된 서로 다른 제1 및 제2파장의 광을 합산하여 상기 제2광섬유 쪽으로 향하도록 하고, 상기 제2광섬유 쪽에서 입사된 광이 제1 및 제2파장으로 분기되어 제1 및 제3광섬유 각각으로 향하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의해 필터의 조정이 필요없는 단순한 구조가 달성되며, 이와 아울러 렌즈의 매수가 적으므로 크기가 작은 광합분파기가 제공될 수 있다. 이와 같은 광합분파기는 제작시 부품들의 조정과 정렬이 용이할 뿐만 아니라 각 부품들의 제작도 용이하다. 또한 신호광은 5개의 경계면을 통과하며, 펌프광은 6개의 경계면을 통과하므로, 종래의 기술의 경우에 비해 각각 2개의 통과 경계면의 개수가 감소되므로 효율도 증대된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제4도는 본 발명에 따른 광합분파기의 구성을 보여 주는 개략도이다. 원통형 중공부를 갖는 몸체(7)의 내부에는 원통형 렌즈홀더(4)가 설치되어 있으며, 이 렌즈홀더(4)에는 제1반구형 렌즈(5-1)와 제2반구형 렌즈(5-2)가 결합된 상태로 설치되어 있다. 반구형 렌즈들(5-1)(5-2) 사이에는 광학필터(6)가 개재된다. 이 광학필터(6)는 제1 내지 제3광섬유(1)(2)(9)를 통해 전송된 광을 그 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반시시켜 광의 진행경로를 변환한다. 여기서, 상기 광학필터(6)는 제1 및 제2반구형렌즈(5-1)(5-1)의 상호 마주하는 평면 중 어느 한 면에 코팅형성될 수도 있다. 이와 같은 구성자체는 널리 알려져 있으므로 그 자세한 설명은 생략한다.

또한 상기 몸체(7)의 중공부 내에서 제1 및 제2반구형 렌즈(5-1)(5-2)의 양측에는 각각 제1페룰(3)과 제2페룰(8)의 일부가 렌즈홀더(4)의 끝 부분에 맞닿는 위치까지 삽입되어 있다. 제1 및 제2페룰(3)(8) 각각의 단부에서 제1 및 제2반구형 렌즈(5-1)(5-2)의 마주하는 중심면까지의 거리는 제1 및 제2반구형 렌즈(5-1)(5-2)의 초점거리의 2배가 되도록 한다. 다시 말해서, 제1 및 제2반구형렌즈(5-1)(5-2)가 렌즈홀더(4)의 중앙에 설치되므로 렌즈홀더의 길이는 가공 오차와 조립 오차를 고려하여 렌즈의 초점거리의 대략 4배인 것이 바람직하다. 이에 따라 조립이 완료되었을 때, 렌즈와 광섬유는 자동적으로 초점이 맞게 된다.

제1페룰(3)에는 제1광섬유(1)와 제2광섬유(2)가 매설되어 있다. 또한 제1페룰(3)에는 또 다른 광섬유가 필요에 따라 선택적으로 매설될 수도 있다. 즉 페룰의 단면인 원의 중심과 광섬유들의 매설 지점들이 이루는 각도가 각각 120˚를 이루도록 3개의 광섬유가 매설될 수 있다. 이 다른 하나는 광섬유는 제1광섬유(1) 또는 제2광섬유(2)의 대용으로 사용될 수 도 있고, 제어용 신호를 전달하기 위한 용도로 사용될 수 있다. 제2페룰(8)에는 제3광섬유(9)가 매설되어 있다.

제5도는 본 발명의 광합분파기 내에서의 광신호의 경로를 도시하고 있다. 제1광섬유(1)로부터나온 파장 λ₁의 신호광은 광섬유 단면에서 분산되어 제1반구형 렌즈(5-1)를 통과한다. 이후, 광학필터(6)에서 반사되어 렌즈의 초점을 통과하여 제2광섬유(2)로 들어가게 된다. 한편, 제3광섬유(9)로부터 나온 파장 λ₂의 펌핑광은 광섬유의 단면에서 분산되어 제2반구형 렌즈(5-2)와 광학필터(6)를 통과하여 제2광섬유(2)로 들어가게 된다. 따라서, 제2광섬유(2)에는 파장 λ₁과 λ₂의 신호광과 함께 진행하게 된다.

본 발명의 광합 분파기의 조립과 조정에 관하여 제4도를 참조하여 설명한다. 렌즈홀더(4)에 설치된 제1 및 제2반구형 렌즈(5-1)(5-2) 각각은 일 평면을 가지고, 상기 광학필터(6)는 상기 제1 및 제2반구형 렌즈의 평면 즉, 경계면에 형성되므로 광학필터에 대한 각도 조정이 불필요하다. 따라서, 광학적 조정은 제1 및 제2반구형 렌즈(5-1)(5-2)가 렌즈홀더(4)에 조리된 상태, 즉, 렌즈홀더(4)가 몸체(7)에 결합된 상태에서 제1페룰(3)과 제2페룰(8)만을 조정하면 된다. 조립은 먼저 하나의 반구형 렌즈의 렌즈 경계면을 필터 코팅한 후 다른 반구형 렌즈를 결합시켜 하나의 렌즈를 형성시킨다. 그 다음 결합된 렌즈를 렌즈홀더(4)에 압입하고, 렌즈가 압입 설치된 렌즈홀더(4)를 몸체(7)에 결합시킨다.

이 상태에서, 제1광섬유(2)와 제2광섬유(2)가 매설된 제1페룰(3)을 광축에 수직인 X-Y 방향으로 조정한다. 이때 페룰을 원주 방향 즉, 회전 방향으로 조정할 필요는 없다. 제1페룰(3)의 조정이 끝나면, 제3광섬유(9)가 매설된 제2페룰(8)을 조정하여 광합분파기의 조립과 조정을 완료하게 된다.

또한, 수신측에서 사용되는 광합분파기인 경우에는 제6도에 도시된 바와 같은 광경로를 가진다. 즉, 제2광섬유(2)에서 파장 λ₁과 λ₂의 신호광이 진행되어 나오며, λ₁의 신호광은 제1반구형 렌즈(5-1)를 통과하고 광학필터(6)에서 반사되어 다시 제1반구형 렌즈(5-1)를 통과하여 제1광섬유(1)로 진행한다. 한편, λ₂의 신호광은 제1반구형 렌즈(5-1)와 광학필터(6)를 통과한 후 제2반구형 렌즈(5-2)를 통과하여 제3광섬유(9)로 들어가게 된다.

상기와 같은 실시예에서 각각의 광섬유의 단말에 접속되는 기기들은 그에 맞게 광신호를 발생시키는 발광소자를 포함하는 기기 또는 광신호를 감지하는 수광소자를 포함하는 기기 등이 적절히 연결된다. 물론, 하나의 단자는 수신용 또는 발신용 광케이블에 연결된다.

이상에서 설명한 실시예에 덧붙여 제1페룰(3)에 3개의 광섬유가 매설될 수도 있다. 추가되는 하나의 광섬유는 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들면, 여분의 광섬유는 통신 보안 등을 목적으로 특정의 광신호를 변형하거나 수정하는 용도로 일정한 신호를 가하는 경우에도 사용될 수 있으며, 특정의 제어 신호를 가하는 목적으로도 사용될 수 있다. 물론, 그 이상의 광섬유가 필요에 따라 매설될 수 있으며, 페룰의 단면의 중심에 대해 광학적으로 대칭인 위치들이 매설 위치로 선택될 수 있다.

상기에 설명한 바와 같이, 본 발명의 광합분파기의 구성에 의해 기본적으로 렌즈의 매수가 적으므로 구조가 간단해지며 사용 부품의 개수도 감소된다. 또한 렌즈 사이에 광학필터를 개재하는 경우에 조립시 렌즈에 대한 광축 조정으로 필터의 조정이 이루어지므로 필터에 대한 별도의 조정이 필요하지 않다. 따라서, 조립이 용이하고 부품들이 정렬이 쉽게 이루어지며, 각각의 부품의 제작이 용이한 광합분파기가 제공될 수 있다.

Claims (3)

1. 원통형 중공부를 가지는 몸체와; 상기 몸체의 일단에 결합 설치되며, 광을 전송하는 적어도 두 개의 제1 및 제2광섬유의 단부가 심어진 제1페룰과; 상기 몸체의 타단에 결합 설치되며, 광을 전송하는 적어도 하나의 제3광섬유의 단부가 심어진 제2페룰과; 상기 몸체의 중공부 내에 설치된 렌즈홀더와; 상기 제1 내지 제3광섬유를 통행 전송된 광을 집속시킬 수있도록 상기 렌즈홀더 내에 결합되며, 각각의 평면이 상호 마주하게 배치된 제1 및 제2 반구형 렌즈와; 상기 제1 및 제2반구형렌즈 사이에 개재되어 제1 내지 제3광섬유를 통해 전송된 광을 그 파장에 따라 선택적으로 투과 또는 반사시켜 광의 진행경로를 변환하는 광학필터;를 포함하여 상기 제1 및 제3 광섬유를 통해 입력된 서로 다른 제1 및 제2파장의 광을 합산하여 상기 제2광섬유 쪽으로 향하도록 하고, 상기 제2광섬유쪽에서 입사된 광이 제1 및 제2파장으로 분기되어 상기 제1 및 제3광섬유 각각으로 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 광통신용 광합분파기.
2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈홀더의 길이가 상기 제1 및 제2반구형 렌즈의 초점거리의 대략 4배인 것을 특징으로 하는 광통신용 광합분파기.
3. 제1항에 있어서, 상기 광학필터는 상기 제1 및 제2반구형 렌즈 중 어느 한 렌즈의 평면에 코팅형성된 것을 특징으로 하는 광통신용 광학분파기.