KR100303284B1 - 편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자 제작 장치 및 그에 의해 제작된 장주기 광섬유 격자 - Google Patents

편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자 제작 장치 및 그에 의해 제작된 장주기 광섬유 격자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자 제작 장치 및 그에 의해 제작된 장주기 광섬유 격자에 관한 것으로, 편광에 무관한 장주기 광섬유 격자 제작 장치는 일단에 대해 타단이 적어도 1회전된 광섬유; 자외선 레이저 광원; 및 광섬유 위에 정렬되고, 자외선 레이저 광원에서 출력되는 광을 주기적으로 투과시키는 진폭 마스크를 포함함을 특징으로한다.
본 발명에 따르면, 장주기 광섬유 격자 제작시 미리 광섬유에 비틀림을 인가하거나 광섬유를 회전시키면서 UV광을 조사하여 광섬유 코어의 굴절률을 변화시킴으로써 광섬유의 전체 길이로 보면 등방적인 굴절률 변화를 일으킬 수 있다.

Description

편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자 제작 장치 및 그에 의해 제작된 장주기 광섬유 격자{Apparatus for manufacturing long period optical fiber gratings having less dependence on polarization and long period optical fiber gratings manufactured by the same}
본 발명은 편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자 제작 장치 및 그에 의해 제작된 장주기 광섬유 격자에 관한 것이다.
장주기 광섬유를 제작하는 것과 같이 자외선(UV) 레이저 광을 이용하여 광섬유 코어의 굴절률 변화를 유도할 때, 코어의 단면에서 보자면 비등방성(anisotropic)형태로 굴절률이 변화됨으로써 광섬유 내에 복굴절(birefringence)을 유도하는 것으로 알려져 있다. 복굴절의 원인으로는 광섬유의 측면에 UV 광을 조사하는 제작 조건상의 기하학적인 비대칭성 때문이라는 분석이 1994년 벵사카(A.M.Vengsarkar) 등에 의해 이루어졌다. 도 1은 광섬유의 일측으로만 UV광이 조사되었을 때 광이 조사된 방향으로의 굴절률 변화를 도시한 것이다. 참조번호 100은 광섬유이다. 101은 클래딩의 굴절률이고, 102는 UV광이 조사되기 전 코어의 굴절률이며, 103은 UV광이 조사된 후 코어의 굴절률을 나타낸다.
도시된 바에 따르면, UV광의 조사방향에 따라 코어의 굴절률이 서로 다르게 변화됨을 알 수 있다.
UV광에 의한 광섬유 코어의 굴절률 변화를 이용하여 제작되는 광섬유 격자(fiber grating) 역시 제작 여건상 비대칭적인 조사 방법을 사용하기 때문에편광 의존성이 발생하게된다. 특히 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating, 또는 단주기 광섬유 격자)보다 약 10배 이상의 굴절률 변화를 요구하는 장주기 광섬유 격자(long period fiber grating)의 경우 편광 의존성이 더욱 심해지게 되며, 이러한 특성은 소자의 편광에 따른 삽입손실의 변화, 즉, 편광의존손실(Polarization Dependent Loss, PDL) 또는 편광모드분산(Polarization Mode Dispersion, PMD) 등으로 나타나기 때문에 광통신용 소자로서는 적합하지 않을 수 있다. 즉, 광섬유의 일측에만 UV광을 조사함으로써 광섬유의 축을 따라 굴절률이 다른 복굴절 현상이 유도되어 장주기 광섬유 격자가 편광의존성을 갖게 된다.
도 2는 종래의 장주기 광섬유 격자의 파장에 따른 PDL응답 특성을 도시한 것이다. 도 3은 종래의 장주기 광섬유 격자의 손실 피크(Loss Peak)에 따른 PDL의 특성을 도시한 것이다. 도시된 바에 따르면, 장주기 광섬유 격자의 PDL은 광 투과시 손실 피크(loss peak)의 크기가 커짐에 따라 증가하는 특성을 보인다. 따라서, 큰 손실 피크를 갖는 장주기 광섬유 격자의 경우 PDL값이 현저하게 커지기 때문에 장주기 광섬유 격자의 편광 의존도를 감소시키는 것이 요구된다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 광섬유의 일단에 대해 타단을 적어도 1회전하여 UV광을 조사하는 편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자 제작 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 양단이 균일한 속도로 회전하는 광섬유에 UV광을 조사하는 편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자 제작 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는 양단이 고정된 광섬유에 UV광을 조사하고, 상기 광섬유를 투과한 UV광을 반사시켜서 상기 광섬유에 재조사되도록 하는 편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자 제작 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자하는 또 다른 기술적 과제는 상기 제작 장치에 의해 제작된 편광 의존성이 적은 장주기 광섬유 격자를 제공하는데 있다.
도 1은 광섬유의 일측으로만 UV광이 조사되었을 때 광이 조사된 방향으로의 굴절률 변화를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 장주기 광섬유 격자의 파장에 따른 PDL응답 특성을 도시한 것이다.
도 3은 종래의 장주기 광섬유 격자의 손실 피크(Loss Peak)에 따른 PDL의 특성을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치의 구성도이다.
도 5는 비틀어진 광섬유에 격자를 제작한 후 비틀린 광섬유를 풀었을 때의 굴절률의 변화를 개념적으로 도시한 것이다.
도 6a 및 6b는 종래의 장주기 광섬유 격자와 본 발명에 따른 장주기 광섬유 격자에 대한 실험 결과를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치에 대한 다른 실시예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치에 대한 또 다른 실시예를 도시한 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명은 일단에 대해 타단이 적어도 1회전된 광섬유; 자외선 레이저 광원; 및 상기 광섬유 위에 정렬되고, 상기 자외선 레이저 광원에서 출력되는 광을 주기적으로 투과시키는 진폭 마스크를 포함함을 특징으로한다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명은 광섬유의 양단을 지지하면서 상기 광섬유의 양단을 동일한 속도로 회전시키는 광섬유 홀더; 자외선 레이저 광원; 및 상기 광섬유 홀더에 의해 회전되고있는 광섬유 위에 정렬되고, 상기 광원에서 출사된 자외선 레이저 광을 상기 광섬유에 주기적으로 통과시키는 진폭 마스크를 포함함을 특징으로한다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명은 자외선 레이저 광원; 광섬유 위에 정렬되고, 상기 광원에서 출사된 자외선 레이저 광을 상기 광섬유에 주기적으로 통과시키는 진폭 마스크; 및 상기 광섬유를 중심으로 상기 진폭 마스크의 반대편에 위치하여 상기 광섬유를 투과한 광을 반사시키는 반사체를 포함함을 특징으로한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명은 광섬유에 적어도 1회의 비틀림을 인가하는 단계; 비틀어진 광섬유에 소정 주기로 광을 조사하는 단계; 및 상기 광섬유의 비틀림을 풀어주는 단계를 포함하여 제작됨을 특징으로한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명은 광섬유의 양단을 동일한 속도로 회전시키는 단계; 및 회전되는 광섬유에 소정 주기로 광을 조사하는 단계를 포함하여 제작됨을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치의 구성도이다. 도 4에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치는 UV 레이저 광원(400), 렌즈(402), 진폭 마스크(404), 광섬유 홀더(408) 및 광섬유 홀더(408)에 의해 비틀어진 광섬유(406)를 포함한다. 이 때, 광섬유 홀더(408)는 일측이 광섬유(406)의 일단을 고정하고, 타측은 광섬유(406)의 타단을 비틀 수 있도록 회전가능하다.
그 제작 과정은 다음과 같다. 먼저, 광섬유 홀더(408)는 광섬유(406)의 일단을 고정하고 타단을 회전시켜서 결과적으로 광섬유(406)를 비튼다. 광섬유(406)는 전체 길이에 대해 길이방향으로 360°의 비틀림이 인가됨이 적절하다.
렌즈(402)는 UV 레이저 광원(400)에서 출사된 UV 광을 집광한다. 진폭 마스크(404)는 소정 주기로 광 통과영역을 가지며, 광섬유(406) 위에 정렬된다. 진폭 마스크(404)는 렌즈(402)에 의해 집광된 광을 주기적으로 통과시켜서 비틀어진 광섬유(406)에 조사한다. 조사된 광에 의해 진폭 마스크(404)의 주기인 Λ에 따라 광섬유(406)의 코어의 굴절률이 변화됨으로써 격자가 형성된다. 이 때, 광섬유(406)의 코어의 굴절률 변화의 차이에 의해 광섬유내에서는 복굴절이 유도된다. 유도된 복굴절은 다음 식과 같이 코어의 유효 굴절률 nco및 커플링 상수 κ값을 변화시키기 때문에 입사한 광의 편광에 따라 장주기 광섬유 격자의 스펙트럼이 달라지게 된다.
따라서, 광섬유(406)가 편광에 무관하도록 만드는 것이 필요하다. 본 발명에서는 광섬유(406)가 편광에 무관하도록 하기 위해 상술한 바와 같이 광섬유(406)의 일단을 고정시키고, 타단을 적어도 1회전시켜서 360°의 비틀림이 인가되도록 한다. 이와 같이 광섬유의 일단을 회전시키는 경우 광섬유가 미끄러짐이 없도록 단단하게 고정시키는 것이 중요하다. 광섬유에 미리 비틀림을 인가하여 격자를 제작한 후 다시 풀어주었을 때 굴절률의 변화가 나선형으로 나타나게되어, 격자가 광의 특정 편광상태에 의존하지 않게 할 수 있게 된다. 도 5는 비틀어진 광섬유에 격자를 제작한 후 비틀린 광섬유를 풀었을 때의 굴절률의 변화를 개념적으로 도시한 것이다.
도시된 바에 따르면, 전체 길이에 대한 광섬유(406)의 코어의 단면상의 굴절률 변화는 등방적으로(isotropically) 일어남을 알 수 있다.
도 6a 및 6b는 종래의 장주기 광섬유 격자와 본 발명에 따른 장주기 광섬유 격자에 대한 실험 결과를 도시한 것이다. 도 6a는 파장에 따른 PDL의 측정 결과이며, 도시된 바에 따르면 측정된 파장 범위에서 본 발명의 PDL이 종래 발명의 PDL 보다 현저히 낮아졌음을 알 수 있다.
도 6b는 손실 피크에 따른 PDL의 측정 결과를 도시한 것으로, 도시된 바에 따르면 손실 피크가 22.1dB인 종래 발명의 PDL은 1.82dB이고. 손실 피크가 24.5dB인 본 발명의 PDL은 0.79dB이므로 1dB이상 PDL이 감소했음을 알 수 있다. 전체적으로는 본 발명의 PDL이 종래 발명의 PDL에 비해 60%이상 감소하였으며, 손실 피크가 커지는 경우 본 발명의 PDL과 종래 발명의 PDL간의 차가 더욱 커짐을 알 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치에 대한 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 7에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치는 UV 레이저 광원(700), 렌즈(702), 진폭 마스크(704), 광섬유(710) 및 광섬유 홀더(712)를 구비한다.
UV 레이저 광원(700), 렌즈(702) 및 진폭 마스크(704)의 동작은 도 4에 도시된 동일 구성요소들의 동작과 같다. 다른 점은, 광섬유(710)의 양단을 지지하는 광섬유 홀더(712)가 동일한 속도로 회전할 수 있으며, 그에 따라 광섬유(710)가 일정한 속도로 회전가능하다는 것이다. 즉, 광섬유 홀더(712)가 회전함으로써광섬유(710)가 회전되고, 진폭 마스크(704)를 통과한 UV 레이저 광이 회전되고 있는 광섬유(710)에 조사됨으로써 광섬유(710)의 코어의 단면상에서 보자면 코어의 굴절률이 등방적으로 변하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치에 대한 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 8에 따른 장주기 광섬유 격자 제작 장치는 UV 레이저 광원(800), 렌즈(802), 진폭 마스크(804), 광섬유(812) 및 반사체(814)를 포함한다.
반사체(814)는 광섬유(812)를 중심으로 진폭 마스크(804)의 반대편에 위치한다.
UV 레이저 광원(800), 렌즈(802) 및 진폭 마스크(804)의 동작은 도 4에 도시된 동일 구성요소들의 동작과 같다. 다른 점은, 진폭 마스크(804)를 통과한 광이 광섬유(812)에 조사될 때 광섬유(812)를 투과한 광이 반사체(814)에 의해 반사되어 광섬유(812)에 재조사됨으로써 광섬유(812)의 코어의 단면상에서 보자면 코어의 굴절률을 등방적으로 변하게하는 것이다.
본 발명에 따르면, 장주기 광섬유 격자 제작시 미리 광섬유에 비틀림을 인가하거나 광섬유를 회전시키면서 UV광을 조사하여 광섬유 코어의 굴절률을 변화시킴으로써 광섬유의 전체 길이로 보면 등방적인 굴절률 변화를 일으킬 수 있다. 따라서, 편광에 보다 덜 민감한 장주기 광섬유 격자를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 일단에 대해 타단이 적어도 1회전된 광섬유;
    자외선 레이저 광원; 및
    상기 광섬유 위에 정렬되고, 상기 자외선 레이저 광원에서 출력되는 광을 주기적으로 투과시키는 진폭 마스크를 포함함을 특징으로하는 광섬유 격자 제작 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광섬유는
    상기 광섬유의 일단을 고정하고, 상기 광섬유의 타단을 지지하되 상기 광섬유의 일단에 대해 상기 광섬유의 타단을 적어도 1회 회전시키는 광섬유 홀더를 더 구비함을 특징으로하는 광섬유 격자 제작 장치.
  3. 광섬유의 양단을 지지하면서 상기 광섬유의 양단을 동일한 속도로 회전시키는 광섬유 홀더;
    자외선 레이저 광원; 및
    상기 광섬유 홀더에 의해 회전되고있는 광섬유 위에 정렬되고, 상기 광원에서 출사된 자외선 레이저 광을 상기 광섬유에 주기적으로 통과시키는 진폭 마스크를 포함함을 특징으로하는 장주기 광섬유 격자 제작 장치.
  4. 자외선 레이저 광원;
    광섬유 위에 정렬되고, 상기 광원에서 출사된 자외선 레이저 광을 상기 광섬유에 주기적으로 통과시키는 진폭 마스크; 및
    상기 광섬유를 중심으로 상기 진폭 마스크의 반대편에 위치하여 상기 광섬유를 투과한 광을 반사시키는 반사체를 포함함을 특징으로하는 장주기 광섬유 격자 제작 장치.
  5. 광섬유에 적어도 1회의 비틀림을 인가하는 단계;
    비틀어진 광섬유에 소정 주기로 광을 조사하는 단계; 및
    상기 광섬유의 비틀림을 풀어주는 단계를 포함하여 제작되는 장주기 광섬유 격자.
  6. 광섬유의 양단을 동일한 속도로 회전시키는 단계; 및
    회전되는 광섬유에 소정 주기로 광을 조사하는 단계를 포함하여 제작되는 장주기 광섬유 격자.
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