KR100274273B1

KR100274273B1 - 광파이버 커플러 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100274273B1
Application number: KR1019970032649A
Authority: KR
Inventors: 후미오 스즈끼; 히데끼 사사끼; 시게후미 야마사끼; 토미오 아비루; 료조 야마우치
Original assignee: 타나카 시게노부; 가부시키가이샤 후지꾸라
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 2001-01-15
Also published as: KR980010470A; US5848208A; TW360807B; JP3874892B2; EP0821252A3; EP0821252B1; CN1175003A; CN1188720C; CA2210611A1; JPH1090548A; SG53018A1; CA2210611C; DE69739921D1; EP0821252A2

Abstract

두 개의 단일 모드 광파이버(1, 2)를 평행하게 배치시키고 광파이버(1, 2)의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시켜 형성된 광파이버 커플러에서, 융착 연장부분(3)의 광결합부(3′)에 꼬임을 만들어 편광 상태에 의한 삽입 손실 변동을 줄일 수 있어서, 상기 광파이버(1, 2)의 길이 방향과 수직하게 교차하는 평면상에서 상기 두 개의 광파이버(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향이 광결합부(3′)의 양측에서 90도 각도를 이룬다.

Description

광파이버 커플러 및 그 제조 방법

제1도는 본 발명에 따른 광파이버 커플러(optical-fiber coupler)의 실시예를 도시하고 있는 사시도이고,

제2(a)도는 제1도에 도시된 광파이버 커플러를 A-A선을 따라 절취한 단면도이고,

제2(b)도는 x 편광된 빛이 입사한 제1도에 도시된 광파이버 커플러를 B-B선을 따라 절취한 단면도이고,

제3(a)도는 y 편광된 빛이 입사한 제1도에 도시된 광파이버 커플러를 A-A선을 따라 절취한 단면도이고,

제3(b)도는 y 편광된 빛이 입사한 제1도에 도시된 광파이버 커플러를 B-B선을 따라 절취한 단면도이고,

제4(a)도 및 제4(b)도는 본 발명에 따른 광파이버 커플러의 제조 방법의 제3 실시예의 단계를 순차적으로 도시한 사시도이고,

제5(a)도 및 제5(b)도는 본 발명에 따른 광파이버 커플러의 제조 방법의 제4 실시예의 단계를 순차적으로 도시하는 사시도이고,

제6도는 본 발명의 제4 실시예에 의한 광파이버 커플러를 도시하는 사시도이고,

제7도는 광파이버 커플러의 PDL을 측정하기 위한 측정 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이고,

제8도는 본 발명의 실시예에 따라 구한 광파이버 커플러의 PDL 특성을 도시하는 그래프이고,

제9도는 본 발명의 실시예에 따라 구한 광파이버 커플러의 PDL 특성을 도시하는 그래프이고,

제10도는 비교예에 따라 구한 광파이버 커플러의 PDL 특성을 도시하는 그래프이고,

제11도는 종래의 광파이버 커플러의 일례를 도시하는 사시도이고,

제12도는 제11도의 C-C 선을 따라 절취한 단면도이고,

제13도는 x 편광된 빛이 입사한 제11도에 도시된 종래의 광파이버 커플러를 C-C 선을 따라 절취한 단면도이고,

제14도는 y 편광된 빛이 입사한 제11도에 도시된 종래의 광파이버 커플러를 C-C 선을 따라 절취한 단면도이고,

제15도는 종래의 광파이버 커플러를 사용하여 x와 y 편광된 빛의 파장 결합비 특성을 도시한 그래프이고,

제16(a)도, 제16(b)도 및 제16(c)도는 x 편광된 빛을 사용하여, 180도 꼬인 광결합부의 단면을 도시하는 도면이다.

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 단일 모드 광파이버를 융착, 연장시켜 형성된 융착 연장형 광파이버 커플러(fused and elongated-type optical-fiber coupler)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편광 의존성을 개선시킬 수 있도록 하는 광파이버 커플러와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

광통신, 광기기, 광파이버 센서 등의 분야에서, 단일 모드 광파이버를 융착, 연장시켜 형성된 융착 연장형 광파이버 커플러(이하에서는 간단히 “광파이버”로 칭함)는 광파이버 내에서 전송되는 광신호를 나누거나 합할 목적으로 사용되어 왔다.

제11도는 종래 광파이버 커플러의 예시를 보여주는 사시도이다. 도면에서, 도면 부호 1과 2는 광파이버를 나타내고, 도면 부호 1a와 2a는 클래딩을 나타내며, 도면 부호 3은 융착 연장부분을 나타낸다. 더욱이, 도면 부호 P1, P2, P3, P4 각각은 포트(port)를 나타낸다.

이러한 형태의 광파이버 커플러는 보통 다음과 같은 방법으로 제조한다.

첫째, 각각 플라스틱 코팅으로 덮인 두 개의 단일 모드 광파이버 각각을 마련하고, 다음으로 광파이버(1, 2)의 각각의 중앙부의 코팅층의 일부를 제거하여 광파이버 클래딩(1a, 2a)을 노출시킨다. 다음으로, 두 개의 광파이버(1, 2)를 평행하게 배열시키고 노출 부분이 서로 접하도록 하여 광파이버 커플러 제조 장비에 위치시킨다. 다음으로, 이러한 공정에 사용되는 광파이버 커플러용 제조 장비는 광파이버(1, 2)를 길이 방향을 잡아늘이기 위한 구동 장치를 가진 스테이지를 포함한다. 두 개의 광파이버는 코팅층이 제거된 각 부분의 단부에서 접착제, 스트링 등을 사용하여 서로 접합되어, 코팅층이 제거된 부분에서 두 개의 광파이버의 클래딩(1a, 2a)의 표면이 서로 접촉하도록 된다. 이러한 조건에서, 클래딩(1a, 2a)이 서로 접촉하는 중앙부는 클래딩(1a, 2a)가 서로 융착하도록 가열된다. 두 개의 광파이버의 융착부(3)를 길이 방향으로 잡아 늘여 연장시키는 동안 더 계속 가열된다. 즉, 빛이 광파이버(1 또는 2)의 한 단부에 있는 두 개의 포트 P1 또는 P2 중 하나를 통해 입사하는 경우, 입사광의 일부는 융착 연장부분(3)에서의 광결합에 의해 다른 광파이버로 입사되어 광파이버(1, 2) 모두는 다른 단부에 있는 포트 P3와 P4를 통해 빛을 방출할 수 있게 된다. 따라서, 출사측으로부터 출사된 광량을 측정하는 동안 연장 공정이 수행되고, 목표로 하는 광결합 수준이 될 때 완료된다. 연장 공정 후에, 융착 연장부분(3)은 주위의 영향으로부터 보호하기 위해 보호 케이스에 넣어져 광파이버 커플러를 얻는다.

이러한 방식으로 두 개의 광파이버를 융착, 연장시켜 제조한 광파이버 커플러는 융착 연장부분(3)에서 광결합이 되고, 이 광결합에 의해 광파이버 커플러의 기능인 빛을 나누고 합할 수 있게 된다.

그러나, 광원으로 레이저를 사용하는 통신 시스템에서, 광파이버 커플러의 광결합 수준이 입사하는 빛의 편광 상태에 의존한다는 문제점이 생겼다. 즉, 빛이 입사측의 포트 P1으로 입사하고 출사측의 포트 P3 또는 P4로 출사되는 경우, 커플러의 삽입 손실은 입사광의 편광에 의존한다는 문제가 있었다. 특히, 다수의 광파이버 커플러를 다수의 단계에서 사용하는 시스템에서는, 편광에 따른 삽입 손실 변동이 축적되어 더 큰 문제가 생길 수도 있다. 편광에 의존하는 삽입 손실의 변동은 “편광 의존성 손실(polarization-dependent loss)” 또는 “PDL”이라고 한다.

전술한 바와 같이 종래의 방법에 의해 제조된 광파이버 커플러를 사용하면 다음과 같은 이유로 PDL을 없앨 수 없다.

제12도는 제11도에 도시된 광파이버 커플러에서 융착 연장부분(3)의 광결합부를 C-C선을 따라 절취한 단면을 도시하고 있다. 이러한 단면도에서 좌표축의 원점은 광파이버 커플러를 구성하는 두 개의 광파이버(1, 2) 중 하나인 광파이버(1)의 중심이고, z 축은 광파이버(1)의 길이 방향으로 뻗어있다. x축은 z축에 수직한 평면 상에서 두 개의 광파이버(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향으로 뻗어있고, y 축은 x 축에 수직한 방향으로 뻗어 있다.

이제, 소정의 편광 상태의 빛이 포트 P1을 통해 광결합부로 입사한다고 가정하자. 예를 들어, 제13도는 x축 방향으로 편광된 면편광 빛이 입사하는 상황을 도시하고 있고, 제14도는 y축 방향으로 편광된 면편광 빛이 입사하는 상황을 도시하고 있다. 이러한 도면에서, 화살표는 인접한 광파이버에서 입사광과 결합하는 결합광의 편광 방향을 나타낸다. 광결합부에서, 코어-클래딩 구조는 비대칭이고, 따라서 x 편광 모드와 y 편광 모드의 축퇴가 풀려, 전파 상수(propagation constant)의 차이가 발생한다. 결과적으로, 광결합이 최대/최소가 되는 파장 차이가 발생하여 PDL이 생긴다. 결과적으로 광파이버 커플러에서 출사되는 빛의 결합비는 입사광의 편광에 의존하여 변동하고, 예를 들어, 제15도와 같이 입사광이 x 방향 또는 y 방향으로 편광되었는지에 의존한다. 따라서, 포트 P1과 포트 P3 사이 또는 포트 P1과 포트 P3 사이의 커플러의 삽입 손실은 입사광의 편광에 따라 변동하고, PDL이 생긴다.

여기서, 예를 들어, 빛이 포트 P1을 통해 입사하는 경우, 포트 P3로부터 출사되는 광량이 P3, 포트 P4로부터 출사되는 광량이 P4일 때, 결합비는 다음 공식으로 주어진다.

결합비 (%) = { p4 / (p3 + p4)} × 100

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

본 발명의 목적은 편광에 의존하는 삽입 손실의 변동(편광 의존성 손실, PDL)을 없앨 수 있도록 단일 모드 광파이버를 융착, 연장시켜 형성된 광파이버 커플러와 이러한 광파이버 커플러를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 특징은 광결합부를 가진 융착 연장부분을 형성하기 위해 두 개의 단일 모드 광파이버를 평행하게 배치시키고 상기 광파이버의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시켜 형성된 광파이버 커플러이다. 상기 광파이버의 길이 방향과 수직하게 교차하는 평면 상에서 상기 두 개의 광파이버의 중심을 연결하는 라인의 방향은 광결합부의 양측에서 90±10도 범위의 각도를 이룬다.

본 발명의 제1 특징에 따른 광파이버 커플러의 이러한 구성에 따라, 광파이버의 길이 방향과 수직하게 교차하는 평면 상에서 상기 두 개의 광파이버의 중심을 연결하는 라인의 방향이 광결합부의 양측에서 90±10도 범위의 각도를 이루도록 하는 비교적 간단한 기술에 의해, 종래의 광파이버 커플러의 PDL 특성이 개선될 수 있다. 더욱이, 이러한 광파이버 커플러가 복잡한 구조를 가지지 않으면서 종래와 거의 동일한 크기를 가지기 때문에, 광파이버 커플러는 비용과 소형화면에서 유리하다.

본 발명의 제2 특징은 광결합부를 가진 융착 연장부분을 형성하기 위해 두 개의 단일 모드 광파이버를 평행하게 배치시키고 상기 광파이버의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시키도록 가열하여 광파이버 커플러를 제조하는 방법으로서, 상기 가열 단계 도중에 상기 융착 연장부분의 광결합부에서 광파이버에 꼬임을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제2 특징에 따른 광파이버 커플러 제조 방법의 상기 구성에 따라, 광파이버 커플러의 PDL은 융착 연장 단계 도중에 융착 연장부분에 꼬임(twist)을 주는 것에 의해 간단히 개선될 수 있다. 따라서, 조작이 간단해지고, 더욱이 사용되는 제조 장비는 단지 광파이버 커플러용의 종래의 제조 장비에 융착 연장부분에 꼬임을 주는 메커니즘만을 추가하기만 하면 된다. 또한, 이러한 제조 장비는 저가로 기존의 생산 라인에 용이하게 사용될 수 있다. 더욱이, 생산 시간은 종래의 방법과 거의 동일하기 때문에 제2 특징에 의한 방법은 효율 면에서 유용하다.

더욱이, 꼬임이 융착 연장 단계의 도중에 만들어지기 때문에, 이렇게 꼬인 부분은 꼬임이 형성된 후 더 가열된다. 따라서, 꼬임에 의한 뒤틀림을 없앨 수 있으며, 우수한 광학 특성과 기계적인 신뢰도를 가진 광파이버 커플러를 만들 수 있다.

본 발명의 제3 특징은 융착 연장부분을 형성하기 위해 두 개의 단일 모드 광파이버를 평행하게 배치시키고 상기 광파이버의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시키도록 가열하여 광파이버 커플러를 제조하는 방법으로서, 상기 가열 단계 전에 광파이버에 꼬임을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 특징에 따른 광파이버 커플러 제조 방법의 상기 구성에 따라, 광파이버 커플러의 PDL은 융착 연장 단계 전에 두 개의 광파이버에 꼬임을 만들어 간단히 개선될 수 있다. 따라서, 조작이 간단해지고, 더욱이, 사용되는 제조 장비는 단지 광파이버 커플러용의 종래의 제조 장비에 융착 연장부분 꼬임을 주는 메커니즘만을 추가하기만 하면 된다. 또한, 이러만 제조 장비는 저가로 기존의 생산라인에 용이하게 사용될 수 있다. 더욱이, 생산 시간은 종래의 방법과 거의 동일하기 때문에 제3 특징에 의한 방법은 효율 면에서 유용하다.

더욱이, 꼬임이 융착 연장 단계 전에 만들어지기 때문에, 이렇게 꼬인 부분은 꼬임이 형성된 후 가열된다. 따라서, 꼬임에 의한 뒤틀림을 없앨 수 있으며, 우수한 광학 특성과 기계적인 신뢰도를 가진 광파이버 커플러를 만들 수 있다.

본 발명의 제4 특징은 광결합부를 가진 융착 연장부분을 형성하기 위해 두 개의 단일 모드 광파이버를 평행하게 배치시키고 상기 광파이버의 길이 방향의 한지점에서 광파이버를 융착, 연장시키도록 가열하여 광파이버 커플러를 제조하는 방법으로서, 상기 가열 단계 도중에 융착 연장부분의 광결합부를 두 개의 단면으로 절단하는 단계와, 상기 절단면에 수직한 중심축 주위로 한 단면을 회전시키는 단계와, 상기 절단면에서 상기 두 단면을 접합하는 단계와, 상기 융착 연장부분을 융착하고 연장시키도록 더 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 특징에 따른 광파이버 커플러 제조 방법의 상기 구성에 따라, 융착 연장 단계 도중에, 상기 융착 연장부분의 광결합부를 두 개의 단면으로 절단하고, 절단면에 수직한 중심축 주위로 한 단면을 회전시키며, 절단면에서 상기 두단면을 접합하여, 광파이버 커플러의 PDL을 간단히 개선시킬 수 있다. 따라서, 조작이 간단해지고, 더욱이, 사용되는 제조 장비는 단지 광파이버 커플러용의 종래의 제조 장비에 절단과 광파이버 회전 메커니즘만을 추가하기만 하면 된다. 또한, 이러한 제조 장비는 저가로 기존의 생산 라인에 용이하게 사용될 수 있다.

더욱이, 절단 단계와 접합 단계는 융착 연장 단계의 도중에 수행되기 때문에, 이렇게 접합된 부분은 접합 단계 후 더 가열된다. 따라서, 접합 단계에 의한 계단 구조(stepped structure)를 없앨 수 있으며, 우수한 광학 특성과 기계적인 신뢰도를 가진 광파이버 커플러를 만들 수 있다.

[발명의 구성 및 작용]

본 발명은 이하에서 상세히 설명된다. 제1도는 본 발명에 따른 광파이버 커플러의 실시예를 도시하는 사시도이다.

본 실시예에서, 광파이버 커플러는 두개의 단일 모드 광파이버(1, 2)를 평행하게 배열하고 광파이버의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시킴으로써 형성된다. 이러한 광파이버는(꼬임부(4)를 형성하기 위하여) 융착 연장부분(3)의 광결합부(3′)에 꼬임이 마련되어 광파이버(1, 2)의 길이 방향에 수직한 평면 상에서 두 광파이버(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향이 융착 연장부분(3)의 광결합부(3′)의 양측에서 대략 90도의 각도를 이룬다는 점에서 종래의 형태와는 다르다.

제2도와 제3도는 제1도에 도시된 광파이버 커플러의 융착 연장부분(3)에서 광결합부(3′)의 입사측 및 출사측 양측의 단면을 도시한 도면이다. 제2(a)도와 3(a)도는 제1도의 A-A선을 따라 절취한 단면도이다. 제2(b)도와 제3(b)도는 제1도의 B-B선을 따라 절취한 단면도이다. 좌표축은 제12도와 동일하다.

소정의 방향으로 편광된 빛이 입사측에서 포트 P1을 통해 꼬임부(4)로 입사한다고 가정하자. 예를 들어, 제2(a)도와 제2(b)도는 x축 방향으로 면 편광된 빛이 입사하는 상황을 도시한다. 제2(a)도에 도시된 꼬임부(4)의 입사측에서의 x 편광된 빛은 제2(b)도에 도시된 꼬임부(4)의 출사측에서 x 편광된 빛으로 변화된다. 한편, 제3(a)도와 제2(b)도는 y축 방향으로 면 편광된 빛이 입사하는 상황을 도시한다. 제3(a)도에 도시된 꼬임부(4)의 입사측에서의 y 편광된 빛은 제3(b)도에 도시된 꼬임부(4)의 출사측에서 x 편광된 빛으로 변화된다.

따라서, 본 실시예의 광파이버 커플러에서 광파이버(1, 2)는 모두 꼬임부(4)에서 약 90도 틀어져 있기 때문에, 빛이 꼬임부(4)를 통과한 후, x 편광된 빛이 입사하여 y 편광된 빛으로 변화되고, y 편광된 빛이 입사하여 x 편광된 빛으로 변화된다. 따라서, x 편광된 빛이 입사하는 경우 뿐 아니라 y 편광된 빛이 입사하는 경우에도 동일한 수준의 x 편광과 Y 편광으로 광결합부(3′)에서 결합되게 된다. 결과적으로 편광 의존성 손실의 변동(PDL)을 극히 낮은 레벨로 감소시킬 수 있다.

이론적으로, 광파이버(1, 2) 모두를 광결합부(3′)에서 90도 비틀어 형성된 광파이버 커플러를 사용하여 입사된 x 편광된 (또는 y 편광된) 빛의 100%를 y 편광된 빛 (또는 x 편광된 빛)으로 변화시킬 수 있다. 따라서, PDL을 완전히 없앨 수 있다. 따라서, 입사광의 편광 상태를 표시하는 벡터가 x 와 y 편광 벡터의 합으로 표시될 수 있기 때문에, 입사광의 편광에 의존하는 삽입 손실 (PDL)의 변동은 거의 영으로 감소시킬 수 있다고 가정할 수 있다.

본 실시예에서와 같이 광결합부에 약 90도의 꼬임이 생기더라도, 광파이버(1, 2)는 여러 번 꼬일 수 있기 때문에 광결합부(3′)의 입사측에서 광파이버(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향은 출사측에서 광파이버(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향과 대략 90도 각도를 이루게 된다. 즉, 광결합부(3′)은 (2n+1)× 90도로 광파이버(1, 2)를 꼬아 형성될 수 있다. (이때 n은 정수)

더욱이, 꼬임이 정확히 (2n+1)× 90도의 각도를 가지는 것이 바람직하지만, 꼬임의 각도가 (2n+1)×90±10도의 범위에 있을 때에는 충분한 PDL 감소 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예에 따라, 두 개의 광파이버(1, 2)를 평행하게 배치하고, 광파이버의 길이 방향으로의 한 지점에서 광파이버를 융착 연장시켜 형성된 종래의 광파이버 커플러의 PDL 특성은 광파이버 커플러의 융착 연장부분(3)의 광결합부(3′)에 90도의 꼬임을 만들어 간단히 개선시킬 수 있다. 따라서, 이러한 광파이버 커플러가 복잡한 구조를 가지지 않고 종래와 거의 동일한 크기를 가지기 때문에, 종래의 보호 케이스 또는 기타 관련부를 변경시킴 없이 본 광파이버 커플러에 그대로 사용할 수 있고, 따라서, 광파이버 커플러는 비용과 소형화 면에서 바람직하다.

더욱이, 광파이버(1, 2)가 함께 꼬인 꼬임부(4)는 융착 연장부분(3)에 존재하기 때문에 꼬임에 의한 스트레스가 존재하지 않으며 광학 특성 및 신뢰도는 거의 열화되지 않는다.

꼬임부(4)에서 꼬임 각도가 90도의 짝수배 (2n×90도)인 경우, 편광 상태 중 하나, 즉 x 또는 y 편광의 광결합이 우세해져서, PDL 개선 효과를 볼 수 없다. 제16(a)도, 제16(b)도 및 제16(c)도는 광파이버 커플러의 광결합부가 180도 꼬인 경우를 도시하고 있다. 제16(a)도는 광결합부의 입사측을 도시하고 있는 단면도이다. 제16(b)도는 광결합부의 중간 부분을 도시하고 있는 단면도이다. 제16(c)도는 광결합부의 출사측을 도시하고 있는 단면도이다. 이러한 단면도에서, 좌표축은 제12도와 동일하다. 더욱이, x축 방향으로 면편광된 빛이 입사할 때, 일단 광결합부의 입사측에서 x 편광된 빛은 광결합부의 중간 부분에서 y 편광으로 되고, 광 결합부의 출사측에서 다시 x 편광된 상태로 복귀한다. 따라서, 광결합부가 대략 180도로 꼬인 경우에는, x 편광된 입사광이 광결합부를 통과하면서 y 편광 상태를 지나 다시 x 편광 상태로 되기 때문에, x 편광이 우세해지고 편광 의존성 손실(PDL)의 변동을 줄이는 효과를 얻을 수 없다.

본 실시예의 광파이버 커플러는 예를 들어 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 광파이버 커플러를 제조하는 방법의 제1 실시예는 이하에서 설명된다.

첫째, 플라스틱 코팅으로 둘러싸인 두 개의 단일 모드 광파이버(1, 2)를 각각 마련하고, 광파이버(1, 2) 각각의 중앙부의 코팅층의 일부를 바람직하기로는 30mm 정도의 길이로 제거하여 광파이버 클래딩(1a, 2a)을 노출시킨다.

다음으로, 두 개의 광파이버(1, 2)는 광파이버(1, 2)가 서로 평행하게 배열되고 노출 부분이 서로 인접하도록 광파이버 커플러용 제조 장비에 배치된다. 본 제조 과정에 사용되는 광파이버 커플러용 제조 장비는 광파이버(1, 2)를 길이 방향으로 연장시키기 위한 구동 장치를 가지는 스테이지를 가지며, 바람직하게는 스테이지에 고정된 클램프로 노출 부분의 양측을 지지하도록 구성된다.

다음으로, 두 개의 광파이버의 클래딩(1a, 2a)은 코팅층이 제거된 각 부분의 단부에서 접착제, 스트링 등을 사용하여 서로 붙여져서, 코팅층이 제거된 부분에서 두 개의 광파이버의 클래딩(1a 2a)의 표면이 서로 접촉하도록 된다.

이러한 조건에서, 클래딩(1a, 2a)이 서로 접촉하는 부분(바람직하게는 그 중앙부)는 클래딩(1a, 2a)가 서로 융착하도록 가열된다. 다음으로, 융착부(3)의 길이 방향으로 잡아 늘여 연장시키는 동안 더 계속 가열된다. 이러한 가열 공정에는, 바람직하게는 가스 버너 또는 전기 히터가 가열원으로 사용된다.

다음으로, 융착, 연장 단계 도중에 두 개의 광파이버(1, 2)의 단부를 지지하는 클램프 중 하나를 다른 클램프에 대해 약 90도 정도를 회전시켜, 융착 연장부분(3)의 광결합부(3′)에 90도 꼬임을 준다.

더욱이, 각각의 출사측(release end)에서 출사된 빛의 양을 측정하는 동안 융착 연장 단계가 수행되고, 바람직한 수준으로 광결합될 때 융착 연장 단계가 완료된다. 이 단계 다음에, 융착 연장부분(3)은 주위의 영향으로부터 보호하기 위해 보호 케이스에 넣어져 광파이버 커플러를 얻는다.

본 실시예에서 광파이버 커플러의 제조 방법에 따라, 융착 연장 단계 동안에 융착 연장부분(3)의 광결합부(3′)에 꼬임을 만들어 간단히 광파이버 커플러의 PDL을 감소시킬 수 있다. 따라서, 조작이 간단하고, 더욱이, 사용되는 제조 장비가 종래의 광파이버 커플러용 제조 장비에 단지 클램프의 하나를 회전시키는 메커니즘을 추가한 것이므로 제조 장비도 저가로 기존의 생산 라인에 용이하게 도입될 수 있다. 더욱이, 생산에 필요한 시간이 종래의 공정과 거의 동일하기 때문에, 제1 실시예의 공정은 효율적인 측면에서도 유용하다.

또한, 융착 연장 단계의 도중에 꼬임이 만들어지기 때문에, 이러한 꼬임부(4)는 꼬임의 형성 후에 더 가열된다. 따라서, 꼬임으로 인한 뒤틀림을 줄일 수 있고, 우수한 광학 특성과 기계적인 신뢰도를 가지는 광파이버 커플러를 만들 수 있다.

융착 연장 단계 도중에 융착 연장부분(3)에 꼬임이 만들어지지만, 융착 연장단계는 광파이버(1, 2)에 꼬임이 만들어진 후에도 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 광파이버 커플러용 제조 방법의 제2 실시예가 이하에서 설명된다.

첫째, 상기 제1 실시예와 유사한 방법으로, 플라스틱 코팅으로 둘러싸인 두 개의 단일 모드 광파이버(1, 2) 각각이 마련되고, 광파이버(1, 2) 각각의 중앙부의 코팅층의 일부가 제거되어 광파이버 클래딩(1a, 2a)가 노출되도록 한다.

다음으로, 두 개의 광파이버(1, 2)는 광파이버(1, 2)가 서로 평행하게 배열되고 노출 부분이 서로 인접하도록 광파이버 커플러용 제조 장비에 배치된다. 광파이버 커플러용의 제조 장비로는 상기 제1 실시예에서 사용된 것과 유사한 장비가 바람직하게 사용된다.

다음으로, 두 개의 광파이버(1, 2)의 양측을 지지하는 클램프 중 하나를 다른 클램프에 대해 몇 번 회전시켜, 두 개의 광파이버의 클래딩(1a, 2a)의 표면이 서로 접촉하도록 한다. 이 후에, 광파이버(1, 2)가 서로 꼬인 부분이 융착 연장단계 후에 90도의 꼬임을 가진 광결합부를 형성하도록, 플라스틱 스틱과 같이 광파이버의 클래딩의 표면을 손상시키지 않는 매끈한 표면을 가진 도구를 사용하여 꼬임의 간격과 위치를 조정한다.

이어서, 전술한 바와 같이 형성된 꼬임부의 일부를 가열하여 클래딩(1a, 2a)는 이 부분에서 서로 융착된다. 계속 가열하는 동안 융착부(3)은 길이 방향으로 잡아늘임으로써 연장된다. 이러한 가열 공정에는, 바람직하게는 가스 버너 또는 전기 히터가 가열원으로 사용된다.

더욱이, 각각의 출사측에서 출사된 빛의 양을 측정하는 동안 융착 연장 단계가 수행되고, 바람직한 수준으로 광결합될 때 융착 연장 단계가 완료된다. 이 단계 다음에, 융착 연장부분(3)은 주위의 영향으로부터 보호하기 위해 보호 케이스에 넣어져 광파이버 커플러를 얻는다.

본 실시예에서 광파이버 커플러의 제조 방법에 따라, 융착 연장 단계 전에 두 개의 광파이버(1, 2)에 꼬임을 만들어 간단히 광파이버 커플러의 PDL을 감소시킬 수 있다. 따라서, 조작이 간단하고, 더욱이, 사용되는 제조 장비가 종래의 광파이버 커플러용 제조 장비에 단지 클램프의 하나를 회전시키는 메커니즘을 추가한 것이므로 제조 장비도 저가로 기존의 생산 라인에 용이하게 도입될 수 있다. 더욱이, 생산에 필요한 시간이 종래의 공정과 거의 동일하기 때문에, 제2 실시예의 공정은 효율적인 측면에서도 유용하다.

또한, 융착 연장 단계 전에 꼬임이 만들어지기 때문에, 이러한 꼬임부(4)는 꼬임의 형성 후에 더 가열된다. 따라서, 꼬임으로 인한 뒤틀림이 줄일 수 있고, 우수한 광학 특성과 기계적인 신뢰도를 가지는 광파이버 커플러를 만들 수 있다.

제1도에 도시된 광파이버 커플러는 다음과 같이 제조될 수도 있다.

본 발명에 따른 광파이버 커플러용 제조 방법의 제3 실시예가 이하에서 설명된다.

제4(a)도와 제4(b)도는 본 실시예에 따른 광파이버 커플러의 제조 방법의 단계를 순차적으로 도시하고 있다.

다음으로, 두 개의 광파이버의 클래딩(1a, 2a)은 코팅층이 제거된 각 부분의 단부에서 접착제, 스트링 등을 사용하여 서로 붙여져서, 코팅층이 제거된 부분에서 두 개의 광파이버의 클래딩(1a, 2a)의 표면이 서로 접촉하도록 된다.

이러한 조건에서, 클래딩(1a, 2a)이 서로 접촉하는 부분 (바람직하게는 그 중앙부)는 클래딩(1a, 2a)가 서로 융착하도록 가열된다. 다음으로, 융착부(3)의 길이 방향으로 잡아 늘여 연장시키는 동안 더 계속 가열된다. 이러한 가열 공정에는, 바람직하게는 가스 버너 또는 전기 히터가 가열원으로 사용된다.

다음으로, 제4(a)도에 도시된 바와 같이, 이러한 융착 연장 단계 도중에, 바람직하기로는 광결합이 생성될 때, 융착 연장부분(3)가 그 중간 지점에서 두 개의 단면으로 절단된다.

이어서, 한 단면은 제4(b)도에 도시된 절단면에 수직한 중심축 주위로 90도 (예를 들어, 두 개의 광파이버(1, 2)의 양측을 지지하는 클램프 중 하나를 다른 클램프에 대해 90도 회전시킴으로써) 회전된다. 이후에 두 단면은 절단면에서 접합되고 (접합부(5)), 융착과 연장을 위해 더 가열된다.

본 실시예에서 광파이버 커플러의 제조 방법에 따라, 융착 연장 단계 도중에 융착 연장부분(3)을 두 단면으로 절단하고 한 단면을 회전시켜 다시 두 단면을 맞붙여 광파이버 커플러의 PDL을 간단히 감소시킬 수 있다. 따라서, 조작이 간단하고, 더욱이, 사용되는 제조 장비가 종래의 광파이버 커플러용 제조 장비에 단지 절단 수단과 클램프의 하나를 회전시키는 메커니즘을 추가한 것이므로 제조 장비도 저가로 기존의 생산 라인에 용이하게 도입될 수 있다.

또한, 융착 연장 단계 도중에 절단과 접합 단계가 수행되기 때문에, 이러한 접합부(5)는 접합 단계 후에 더 가열된다. 따라서, 접합으로 인한 계단 구조를 없앨 수 있고, 우수한 광학 특성과 기계적인 신뢰도를 가지는 광파이버 커플러를 만들 수 있다.

본 실시예에서, 꼬임부(4)가 융착 연장부분을 절단하여 형성하는 과정은 융착 연장부분에 단순히 꼬임을 주는 과정에 비해 크게 PDL을 줄일 수 있다.

더욱이, 상기 제1 실시예 내지 제3 실시예는 코팅층으로 싸인 광파이버 커플러의 한 단부에서 두 개의 광파이버(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향이 다른 단부에서의 라인의 방향과 대략 90도를 이루는 구조를 가진 광파이버 커플러를 제조하는 방법을 설명했다. 그러나, 본 발명의 광파이버 커플러는 광결합부의 한 단부에서 두 개의 광파이버(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향이 광결합부의 다른 단부에서의 라인의 방향과 대략 90도 각도를 이루는 한 기능을 할 수 있다. 따라서, 광파이버 커플러는 코팅층으로 싸인 광파이버 커플러의 한 단부에서 두 개의 광파이버(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향이 다른 단부에서의 라인의 방향과 동일한 구조일 수 있다. 이러한 광파이버 커플러는 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 광파이버 커플러용 제조 방법의 제4 실시예가 이하에서 설명된다.

제5(a)도와 제5(b)도는 본 실시예에 따른 광파이버 커플러의 제조 방법의 단계를 순차적으로 도시하고 있다.

다음으로, 두 개의 광파이버(1, 2)의 단부를 지지하는 클램프 중 하나를 다른 클램프에 대해 약 90도 정도를 회전시켜, 두 개의 광파이버(1, 2)의 클래딩(1a, 2a)의 표면을 서로 접촉하게 한다.

다음으로, 광파이버(1, 2)가 서로 접촉하는 부분의 일부를 가열하여 클래딩(1a, 2a)는 이 부분에서 서로 융착된다. 계속 가열하는 동안, 융착부(3)은 길이방향으로 잡아늘임으로써 연장된다. 이러한 가열 공정에는, 바람직하게는 가스 버너 또는 전기 히터가 가열원으로 사용된다.

각각의 출사측에서 출사된 광량을 측정하는 동안 융착 연장 단계가 수행되고, 광결합이 바람직한 수준으로 접근할 때, 제5(b)도에 도시된 바와 같이 두 개의 광파이버(1, 2)의 단부를 지지하는 클램프 중 하나가 다른 클램프에 대해 약 90도로 회전된다. 이러한 회전은 광결합부(3′)에 대해 약 90도의 꼬임을 만들고 코팅층으로 싸인 광파이버 커플러의 한 단부에서 두 개의 광파이버(1, 2)의 중심은 연결하는 라인의 방향은 다음 단부에서의 라인의 방향과 일치하게 하도록 수행된다. 클램프의 이러한 회전 방향은 융착 연장 단계 전에 수행되는 약 90도로 회전시키는 방향과 같거나 반대일 수 있다.

바람직한 광결합 특성을 얻을 때, 연장 공정이 완료되고 융착 연장부분(3)은 주위의 영향으로부터 보호하기 위해 보호 케이스에 넣어져 광파이버 커플러를 얻는다.

본 실시예의 광파이버 커플러용 제조 방법에 따라, 두 개의 광파이버(1, 2)를 약 90도 정도로 함께 꼬아두고 융착 연장 단계가 수행될 때, 광결합부에 꼬임을 만들지 않는다. 이후에 두 개의 광파이버(1, 2)가 함께 꼬여져 광파이버 커플러의 한 단부에서 두 개의 광파이퍼(1, 2)의 중심을 연결하는 라인의 방향과 다른 단부에서의 라인의 방향을 일치시키도록 하여 광결합부에 대략 90도의 꼬임을 만들고 낮은 PDL을 가지는 광파이버 커플러를 만들 수 있다.

이러한 구조를 가진 광파이버 커플러는 양쪽 단부에서 동일한 모양을 가지기 때문에, 길이 방향으로 같은 폭을 가진 홈을 가지는 보호 케이스에 편리하게 넣을 수 있다. 따라서, 이러한 광파이버 커플러는 종래의 보호 케이스에 넣을 수 있기 때문에 바람직하다. 더욱이, 사용되는 제조 장비가 종래의 광파이버 커플러용 제조 장비에 단지 클램프 중 하나를 회전시키는 메커니즘을 추가한 것이므로 제조 장비도 저가로 기존의 생산 라인에 용이하게 도입될 수 있다. 또한, 생산 시간이 종래의 공정과 거의 동일하기 때문에 본 실시예의 방법은 효율 면에서도 유용하다.

[실시예]

[실시예 1]

상기 제1 실시예의 제조 방법으로, 1.48μm 파장의 빛과 1.55μm 파장의 빛을 분리하거나 합할 수 있는 1.48/1.55μm용의 WDM(파장 분할 멀티플렉싱, wavelength-division-multiplexing) 광파이버 커플러를 만들었다.

즉, 두 개의 단일 모드 광파이버를 마련했다. 각각의 단일 모드 광파이버중 하나는 9.5μm의 모드 필드 직경, 125.5μm의 클래딩 직경, 255μm의 코팅 직경 및 커트 오프 파장 1.23μm인 광파이버를 사용했다.

다음으로, 각각의 광파이버의 코팅층의 일부가 30mm 길이 정도로 제거되었고, 광파이버 커플러용 제조 장비에서 노출된 클래딩이 서로 접촉하도록 하였다.

이어서, 노출된 클래딩 부분의 대략적인 중심을 가열하고, 가열 중 연장 공정이 더 계속되었다. 이러한 연장 공정 동안, 1.48μm 파장의 빛과 1.55μm파장의 빛은 입사 단부에서의 포트 중 하나인 P1은 통해 입사되었고, 출사측의 두 포트인 P3와 P4로부터 출사된 광량은 감시되었다. 1.55μm 파장의 100% 결합 광을 출사측의 포트 중 하나인 P3에서 구하고 1.48μm의 100% 결합광을 다른 포트 P4에서 구하는 광결합 상태를 목표로 하였다.

다음으로, 1.48μm 파장의 빛이 광결합하는 수준이 대략 100%로 될 때, 두 개의 광파이버의 단부를 지지하는 클램프 중 하나를 다른 클램프에 대해 약 90도 정도로 회전시켜 융착 연장부분에 90도의 꼬임을 주었다. 이후에, 목표로 했던 광결합 상태가 될 때까지 연장 공정이 더 수행되었다. 최종적인 연장 길이는 35mm였다.

이렇게 구한 광파이버 커플러의 PDL특성을 특정하였다.

제7도는 광파이버 커플러의 PDL을 측정하는 측정 시스템을 도시하고 있다. 본 측정 시스템은 파장 가변 레이저 다이오드 광원(11), 편광 제어기(12), 광파이버 커플러(13), 및 광 파워 미터(14)로 구성되어 있다. 광원(11)으로부터의 빛은 편광 제어기(14)를 사용하여 미리 설정된 편광 상태까지 조정된 후, 광파이버 커플러(13)의 포트 P1으로 입사한다. 포트 P3로부터 출사된 투과광은 광 파워 미터(14)로 측정된다. 다음으로, 광파이버 커플러(13)에 입력된 편광된 빛을 변화시켜 얻은 투과 광량의 최소값에 대한 최대값의 비를 구하여 PDL을 얻는다.

제8도는 본 실시예에 따라 구한 광파이버 커플러의 PDL 특성을 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 1.55±0.001μm의 파장 범위에서 PDL의 최대값은 0.03dB이고, 이 값은 극히 낮은 값이다.

본 실시예에서 광파이버 커플러의 PDL이 완전히 0으로 떨어질 수 없는 이유는 융착 연장부분의 광결합부에 완전히 90도의 꼬임이 만들어진 것이 아니었기 때문이라고 생각된다. 따라서, PDL은 낮게 하려면, 클램프 사이의 꼬임을 90도 이상으로 조정할 수 있도록 하여 광결합부 외에의 부분에 생긴 꼬임의 양을 고려하여 광결합부에 정확히 90도의 꼬임을 만들도록 해야 한다.

더욱이, 낮은 PDL을 가진 광파이버 커플러를 효율적으로 제조하기 위해서는 광파이버 커플러를 제조하기 앞서, 클램프의 꼬임의 양과 PDL 사이의 관계를 아는 것이 바람직하다.

[실시예 2]

상기 제2 실시예의 제조 방법으로, 1.48/1.55μm용의 WDM(파장 분할 멀티플렉싱) 광파이버 커플러를 만들었다.

즉, 실시예 1과 유사한 방법으로, 일단 두 개의 단일 모드 광파이버를 마련했다. 각각의 광파이버의 코팅층의 일부를 제거하였고, 광파이버 커플러용 제조장비에서 노출된 클래딩이 서로 접촉하도록 하였다.

이어서, 두 개의 광파이버의 단부를 지지하는 클램프 중 하나를 다른 클램프에 대해 270도로 회전시켰다. 더욱이, 꼬임은 매끈한 면을 가진 직경 1.5mm의 플라스틱 봉을 사용하여 조정하여 융착 연장부분의 중심에 대략 8mm 정도의 피치를 가진 꼬임을 만들었다.

상기 공정 후에, 꼬임부의 중심부는 대략 6mm 정도의 길이에 가열되어 클래딩이 서로 융착하도록 했다. 다음으로, 방출되는 광량을 감시하면서, 목표로 했던 광결합 상태가 될 때까지 연장 공정이 더 수행되었다. 최종적인 연장 길이는 35mm였다.

이렇게 구한 광파이버 커플러의 PDL 특성의 측정 결과는 실시예 1과 유사했다. 즉, 실시예 2에 따른 1.55±0.001μm의 파장 범위에서 PDL의 최대값은 0.03dB이고, 이 값은 극히 낮은 값이다.

[실시예 3]

상기 제3 실시예의 제조 방법으로, 1.48/1.55μm용의 WDM(파장 분할 멀티플렉싱) 광파이버 커플러를 만들었다.

이어서, 노출된 클래딩 부분의 대략적인 중심을 가열하여 서로 융착되도록 하고, 출사된 광량을 측정하면서 가열과 연장 공정을 수행했다.

다음으로, 1.48μm 파장의 빛이 광결합하는 수준이 대략 100%로 될 때, 융착연장부분의 중심이 두 단면으로 절단되었다. 다음으로, 두 개의 광파이버의 단부를 지지하는 클램프 중 하나를 다른 클램프에 대해 약 90도 정도를 회전시켜 광파이버의 두 단면 중 하나가 회전하도록 했다. 다음에, 광파이버의 두 단면은 절단면에서 접합되었다. 접합부는 두 단면이 함께 융착하도록 가열되고, 목표로 했던 광결합 상태가 될 때까지 연장 공정이 더 수행되었다. 최종적인 연장 길이는 35mm였다.

제9도는 본 실시예에 따라 구한 광파이버 커플러의 PDL 특성을 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이 1.55±0.001μm의 파장 범위에서 PDL의 최대값은 0.01dB이고, 이 값은 매우 낮은 값이다.

본 실시예에서 광파이버 커플러의 PDL이 완전히 0으로 떨어질 수 없는 이유는 두 개의 광파이버의 단부를 지지하는 클램프 중 하나가 90도 회전될 때 각도에 오차가 있었고, 융착 연장부분의 꼬임이 정확히 90도가 아니었기 때문이라고 생각된다.

[비교예 1]

1.48/1.55μm용 WDM(광분할 멀티플렉싱) 광파이버가 종래의 방법에 따라 제조되었다.

이어서, 노출된 클래딩 부분의 대략적인 중심을 가열하여 서로 융착되도록하고, 출사된 광량을 측정하면서 목표로 하는 광결합 상태가 될 때까지 가열과 연장 공정을 수행했다. 최종적인 연장 길이는 35mm였다.

제10도는 본 비교예에 따라 구한 광파이버 커플러의 PDL 특성을 도시한 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 1.55±0.001μm의 파장 범위에서 PDL의 최대값은 0.09dB이고, 이 값은 높은 값이다.

Claims

광결합부를 가진 융착 연장부분을 형성하기 위해 두 개의 단일 모드 광파이버를 평행하게 배치시키고 상기 광파이버의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시켜 형성된 광파이버 커플러로서, 상기 광파이버의 길이 방향과 수직하게 교차하는 평면 상에서 상기 두 개의 광파이버의 중심을 연결하는 라인의 방향이 광결합부의 양측에서 90±10도 범위의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러.
광결합부를 가진 융착 연장부분을 형성하기 위해 두 개의 단일 모드 광파이버를 평행하게 배치시키고 상기 광파이버의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시키도록 가열하여 광파이버 커플러를 제조하는 방법으로서, 상기 가열 단계 도중에 상기 융착 연장부분의 광결합부에서 상기 광파이버에 꼬임을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러 제조 방법.
융착 연장부분을 형성하기 위해 두 개의 단일 모드 광파이버를 평행하게 배치시키고 상기 광파이버의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시키도록 가열하여 광파이버 커플러를 제조하는 방법으로서, 상기 가열 단계 전에 광파이버에 꼬임을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러 제조 방법.
광결합부를 가진 융착 연장부분을 형성하기 위해 두 개의 단일 모드 광파이버를 평행하게 배치시키고 상기 광파이버의 길이 방향의 한 지점에서 광파이버를 융착, 연장시키도록 가열하여 광파이버 커플러를 제조하는 방법으로서, 상기 가열 단계 도중에 상기 융착 연장부분의 광결합부를 두 개의 단면으로 절단하는 단계와, 상기 절단면에 수직한 중심축 주위로 한 단면을 회전시키는 단계와, 상기 절단면에서 상기 두 단면을 접합하는 단계와, 상기 융착 연장부분을 융착하고 연장시키도록 더 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광파이버 커플러 제조 방법.