KR100416992B1 - 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치 - Google Patents

광소자에 구비된 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 측정용 광을 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 제1 단에 입사시키고, 상기 광섬유 어레이의 제2 단으로부터 출사된 측정용 광의 광세기 분포를 측정하며, 상기 광세기 분포에서 나타나는 극대 세기점들의 위치 정보로부터 상기 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치는, 상기 광섬유 어레이를 구성하는 광섬유의 코아와 근접 또는 일치하는 굴절률을 가지는 굴절률 매칭 오일과; 상기 굴절률 매칭 오일을 수용하며, 상기 광섬유 어레이의 제1 단이 그 투명한 면과 마주하도록 상기 굴절률 매칭 오일에 담겨지는 오일 용기와; 상기 투명한 면으로 상기 측정용 광을 입사시키는 광원을 포함한다.

Description

광소자에 구비된 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치{AN APPARATUS FOR MEASURING PITCH OF FIBER ARRAY COMPRISED IN AN OPTICAL DEVICE}
본 발명은 광소자(optical device)에 관한 것으로서, 특히 광소자에 구비되는 광섬유 어레이(optical fiber array)의 피치(pitch)를 측정하는 장치에 관한 것이다.
통상적으로 광소자는 입출력이 모두 광신호(optical signal)인 소자를 지칭하는 것으로, 그 입출력단은 광도파로로 구성되어 있다. 광검출기는 광전 소자로서 광신호를 검출, 즉 광신호를 전기 신호로 출력하는 기능을 수행하는 소자이다. 이러한 광검출기로는 포토다이오드(photodiode)나 CCD(charge coupled device, CCD)를 예로 들수가 있다. CCD는 신호량에 비례하는 전하(Charge)를 외부의 클럭(clock) 신호에 의해 규칙적으로 전송시키는 소자로서 지연 소자 및 촬상 소자(image sensor)로 실용화되어 있다. 전광 소자는 입력은 전기 신호인 반면에 출력은 광신호인 소자를 지칭하며, LD(laser diode), LED(light emitted diode)와 같은 반도체 레이저 다이오드를 예로 들 수가 있다.
광소자의 출력단은 단일 광섬유 또는 광섬유 어레이로 구성될 수가 있다. 광소자의 출력단이 광섬유 어레이인 경우에는, 서로 인접한 광섬유간의 간격을 나타내는 피치(pitch)가 전체 광섬유 어레이에 대하여 일정하거나 기설정된 값을 갖는 것이 광소자의 성능 또는 품질을 평가하는 데 있어서 중요한 인자가 된다.
도 1 및 도 2는 종래의 광섬유 어레이 블록에 구비되는 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1은 상기 광섬유 어레이 블록의 제1 단이 균일하게 절단되었을 경우를 나타낸 도면이며, 도 2는 상기 광섬유 어레이 블록의 제1 단이 불균일하게 절단되었을 경우를 나타낸 도면이다.
도 1을 보면, 상기 광섬유 어레이 블록(optical fiber array block, 110)은 3심의 광섬유 어레이(120, 130 및 140)를 실장하고 있으며, 각 광섬유(120, 130 또는 140)의 중심축(126, 136 또는 146)이 도시되어 있다. 이 때, 제1 중심축(126)과제2 중심축(136) 사이의 거리를 제1 피치(P1)라고 지칭하며, 제2 중심축(136)과 제3 중심축(146) 사이의 거리를 제2 피치(P2)라고 지칭한다. 상기 광섬유 어레이(120, 130 및 140)의 제1 단(122, 132 및 142)으로 측정용 광인 백색광을 입사시키면, 도시된 바와 같은 광세기 분포(150)를 얻을 수 있다. 이러한 광세기 분포(150)의 측정은, 상기 광섬유 어레이(120, 130 및 140)의 제2 단(126, 136 및 146)으로부터 소정 거리만큼 이격된 위치에 광검출기(미도시)를 설치하고, 상기 광섬유 어레이(120, 130 및 140)의 제2 단(126, 136 및 146)으로부터 출사되는 백색광의 세기를 도시된 거리축을 따라 측정함으로써 얻어진다. 상기 광세기 분포(150)를 보면, 상기 각 광섬유(120, 130 또는 140)의 중심축들(126, 136 및 146)과 일치하는 위치에 극대 세기점들(A, B 및 C)이 위치함을 알 수 있다. 통상적으로 광섬유로부터 출사되는 광을 검출하여 얻어지는 광세기 분포는 상기 광섬유의 중심축과 동일한 위치에서 최대점을 가지는 가우시안 함수(Gaussian function) 형태를 나타낸다. 이로부터, 도 1에 도시된 광세기 분포(150)는 각 광섬유(120, 130 또는 140)로부터 얻어지는 가우시안 함수 형태의 광세기 분포가 서로 중첩되어 형성된 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 광섬유 어레이(120, 130 및 140)의 피치들(P1및 P2)은 상기 광세기 분포(150)에서 나타나는 극대 세기점들(A, B 및 C)간의 거리를 계산함으로써 얻어진다. 즉, 제1 피치(P1)는 제1 극대 세기점(A)과 제2 극대 세기점(B) 사이의 거리로부터, 제2 피치(P2)는 제2극대 세기점(B)과 제3 극대 세기점(C) 사이의 거리로부터 얻어진다. 이러한 결과는, 상기 제1, 제2 및 제3 광섬유(120, 130 및 140)각각으로부터 출사되는 광의 세기가 서로 근접하다는 전제하에서 얻어진다. 즉, 상기 제1, 제2 및 제3 광섬유(120, 130 및 140) 각각으로부터 출사되는 광의 세기가 서로 상당한 격차를 나타내는 경우에, 각 극대 세기점(A, B 또는 C)의 위치가 해당 광섬유의 중심축(126, 136 또는 146)과 일치하지 않는 경우가 발생한다는 것이다.
도 2를 보면, 광섬유 어레이 블록(210)은 3심의 광섬유 어레이(220, 230 및 240)를 실장하고 있으며, 상기 광섬유 어레이(220, 230 및 240)의 제1 단(222, 232 및 242)이 불균일하게 절단되었음을 알 수 있다. 상기 각 광섬유(220, 230 또는 240)의 중심축(226, 236 또는 246)이 도시되어 있다. 이 때, 제1 중심축(226)과 제2 중심축(236) 사이의 거리를 제1 피치(P3)라고 지칭하며, 제2 중심축(236)과 제3 중심축(246) 사이의 거리를 제2 피치(P4)라고 지칭한다. 상기 광섬유 어레이(220, 230 및 240)의 제1 단(222, 232 및 242)으로 측정용 광인 백색광을 입사시키면, 도시된 바와 같은 광세기 분포(250)를 얻을 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 및 제3 극대 세기점(D 및 F)은 각각 해당 광섬유(220, 230 또는 240)의 중심축(226, 236 또는 246)과 일치하고 있으나, 제2 극대 세기점(236)은 상기 제2 광섬유(230)의 중심축(236)과 일치하지 않고 상기 제3 극대 세기점(F)의 방향으로 치우쳐 있음을 알 수 있다. 제1 또는 제2 광섬유(220 및 230)의 제1 단(222 또는 232)은 균일하지 못한 반면에, 제3 광섬유(240)의 제1 단(242)은 균일하다. 통상적으로, 동일한 조건에서 균일한 단면과 불균일한 단면으로 광을 입사시킬 경우에 상기 광의 투과도는 균일한 단면의 경우가 더 높다. 즉, 불균일한 단면의 경우는 난반사, 입사각의 불균일 등으로 인하여 상기 불균일한 단면에서 반사되는 광의 비율이 높게 됨으로써 상대적으로 그 투과되는 광의 양이 줄어들게 되는 것이다. 이러한 이유로, 상기 제3 광섬유(240)로부터 출사되는 광의 세기가 상기 제1 또는 제2 광섬유(220 또는 230)로부터 출사되는 광의 세기보다 크게 된다. 따라서, 상기 광세기 분포(250)에서 상기 제3 광섬유(240)로부터 출사된 광이 차지하는 비중이 상기 제1 또는 제2 광섬유(220 또는 230)로부터 출사된 광이 차지하는 비중보다 크게되는 것이다. 결과적으로, 도시된 바와 같이 광세기 분포(250)는 상기 제3 광섬유(240) 방향으로 치우친 비대칭적인 형태를 나타내게 된다.
상술한 바와 같이, 종래의 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 방법은 상기 광섬유 어레이에서 측정용 광이 입사되는 제1 단의 균일 정도에 따라 그 측정 결과가 다르게 나올 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 광섬유 어레이에서 측정용 광이 입사되는 제1 단의 균일 정도와 무관하게 일관된 측정 결과를 얻을 수 있는 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따라 측정용 광을 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 제1 단에 입사시키고, 상기 광섬유 어레이의 제2 단으로부터 출사된 측정용 광의 세기 분포를 측정하며, 상기 광세기 분포에서 나타나는 극대세기점들의 위치 정보로부터 상기 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치는,
상기 광섬유 어레이를 구성하는 광섬유의 코아와 근접 또는 일치하는 굴절률을 가지는 굴절률 매칭 오일과;
상기 굴절률 매칭 오일을 수용하며, 상기 광섬유 어레이의 제1 단이 그 투명한 면과 마주하도록 상기 굴절률 매칭 오일에 담겨지는 오일 용기와;
상기 투명한 면으로 상기 측정용 광을 입사시키는 광원을 포함한다.
도 1 및 도 2는 종래의 광섬유 어레이 블록에 구비되는 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광소자에 구비되는 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치를 나타내는 사시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 광섬유 어레이 블록은 3심의 광섬유 어레이(320, 330 및 340)를 실장하고 있으며, 상기 각 광섬유(320, 330 또는 340)의 중심축(326, 336 및 346)이 도시되어 있다. 이 때, 상기 광섬유 어레이(320, 330 및 340)를 구성하는 제1 중심축(326)과 제2 중심축(336) 사이의 거리를 제1 피치(P5)라고 지칭하며, 제2 중심축(336)과 제3 중심축(346) 사이의 거리를 제2 피치(P6)라고 지칭한다. 또한, 상기 광섬유 어레이(320, 330 및 340)를 구성하는 광섬유(320, 330 또는 340)의 코아(core)와 근접한 굴절률을 가지는 굴절률 매칭 오일(index matching oil, 360)과, 상기 굴절률 매칭 오일(360)을 수용하며, 상기 광섬유 어레이(320, 330 및 340)의 제1 단(322, 333 및 342)이 그 투명한 면(355)과 마주하도록 상기 굴절률 매칭 오일(360)에 담겨지는 오일 용기(350)가 도시되어 있다. 상기 오일 용기(350)의 투명한 면(355)으로 측정용 광을 입사시키면, 도시된 바와 같은 광세기 분포(370)가 얻어진다. 상기 광섬유 어레이(320, 330 및 340)의 제1 및 제2 피치(P5 및 P6)은 상기 광세기 분포(370)에서 나타나는 극대 세기점들(G, H 및 I)간의 거리를 계산함으로써 얻어진다. 즉, 제1 피치(P5)는 상기 제1 극대 세기점(G)과 제2 극대 세기점(H) 사이의 거리로부터, 제2 피치(P6)은 상기 제2 극대 세기점(H)과 제3 극대 세기점(I) 사이의 거리로부터 얻어진다. 또한, 상기 제1, 제2 및 제3 극대 세기점(G, H 및 I)의 위치는 각각 상기 제1, 제2 및 제3 중심축(326, 336 및 346)의 위치와 일치한다. 상기 제1 및 제2 광섬유(320 및 340)의 제1 단(322 및 332)은 균일하지 못한 반면에, 상기 제3 광섬유(346)의 제1 단(342)은 균일하다.
그러나, 상기 제1, 제2 및 제3 광섬유(320, 330 및 340)는 그 단부들이 상기 굴절률 매칭 오일(360)에 담기어져 있으며, 상기 굴절률 매칭 오일(360)의 굴절률은 상기 제1, 제2 및 제3 광섬유(320, 330 및 340) 각각의 코아 굴절률과 근접, 바람직하게는 일치한다. 따라서, 광학적으로 광의 반사는 서로 다른 굴절률들을 가지는 매질들의 경계면에서 발생하며, 상기 굴절률들의 차가 클수록 그 반사도가 증가하는 것을 고려할 때, 동일하거나 서로 근접한 굴절률들을 가지는 매질들의 경계면, 즉 상기 광섬유 어레이(320, 330 및 340)의 제1 단(322, 332 및 342)과 굴절률매칭 오일(360)의 경계면에서 측정용 광의 반사가 바람직하게는 발생하지 않거나 극히 미소하게 발생함을 알 수 있다. 이 때, 상기 제1, 제2 또는 제3 광섬유(320, 330 또는 340)의 클래드(clad)들과 굴절률 매칭 오일(360)의 경계면에서 상기 측정용 광의 반사가 발생하겠지만, 광의 전송 매체가 되는 것은 클래드가 아니라 코아이므로 이러한 광의 반사는 무시할 수 있다. 또한 이러한 조건하에서, 상기 제1, 제2 또는 제3 광섬유(320, 330 또는 340)에서 제1 단(322, 332 또는 342)의 균일 정도는 그 출력되는 광의 세기에 영향을 미치지 않는다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광소자에 구비되는 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치를 나타내는 사시도이다. 도시된 바와 같이, 상기 측정 장치는 광원(410)과, 오목 렌즈(420)와, 굴절률 매칭 오일(440)이 수용된 오일 용기(430)와, 광섬유 어레이(460)를 구비하는 광섬유 어레이 블록(450)과, 그 일측면에 반사면(475)이 형성된 광검출기(470)와, 이동 스테이지(480)와, 구동전압 공급기(490)와, 이동거리 측정기(500)와, 제어부(510)로 구성된다.
상기 광원(410)은 백색광인 측정용 광(415)을 상기 오목 렌즈(420)로 출력하며, 상기 오목 렌즈(420)는 입사된 상기 측정용 광(415)의 스폿 크기(spot size)를 확대하여 출력한다. 즉, 상기 광원(410)에서 출력되는 측적용 광(415)의 스폿 크기가 그대로 사용하기에는 다소 작기 때문에, 상기 측정용 광(415)의 스폿 크기를 확대하기 위하여 상기 오목 렌즈(420)를 사용하는 것이다. 또한, 필요에 따라서 오목 렌즈와 볼록 렌즈로 구성되거나 다수의 렌즈와 반사경으로 구성된 광학계를 사용할 수도 있다.
상기 오목 렌즈(420)에 의해 확대된 측정용 광(415)은 상기 오일 용기(430)의 투명한 면(435)으로 입사된다.
상기 오일 용기(430)는 상기 광섬유 어레이(460)를 구성하는 광섬유의 코아와 근접한 굴절률을 가지는 굴절률 매칭 오일(440)을 수용하며, 상기 광섬유 어레이(460)의 제1 단(미도시), 즉 상기 측정용 광(415)이 입사하는 상기 광섬유 어레이(460)의 일단은 상기 투명한 면(435)과 마주하도록 상기 굴절률 매칭 오일(440)에 담겨진다. 즉, 상기 측정용 광(415)은 상기 오일 용기(430)의 투명한 면(435), 상기 굴절률 매칭 오일(440)을 차례로 통과하여 상기 광섬유 어레이(460)의 제1 단으로 입사하게 되는 것이다.
상기 광섬유 어레이(460)의 제1 단으로 입사된 측정용 광(415)은 상기 광섬유 어레이(460)의 제2 단(미도시), 즉 상기 측정용 광(415)이 출사하는 상기 광섬유 어레이(460)의 타단을 통해 출사된다.
상기 광검출기(470)는 상기 광섬유 어레이(460)의 제2 단으로부터 출사된 측정용 광(415)을 입력받으며, 위치에 따른 상기 광세기 분포를 나타내는 광감지 신호(474)를 출력한다. 상기 광검출기(470)로는 포토다이오드(photodiode), 포토다이오드 어레이 또는 CCD를 사용할 수가 있다. 상기 광검출기(470)의 일측면에는 반사면(478)이 형성되어 있고, 상기 반사면(478)은 진공 증착 방법으로 형성될 수 있으며, 상기 반사면(478)의 재질은 통상적인 거울의 재질과 동일할 수 있다. 또한, 상기 광섬유 어레이 블록(450)은 5심의 광섬유 어레이(460)를 실장하고 있으므로, 상기 광세기 분포에서 극대 세기점은 다섯 번 나타나게 된다.
상기 이동 스테이지(480)는 상기 광검출기(470)의 하부면을 그 상부면에 안착시키며, 상기 광검출기(470)를 상기 광섬유 어레이(460)의 배열 방향으로 이동시킨다. 이렇게 함으로써, 상기 광검출기(470)는 상기 광섬유 어레이(460)의 피치를 측정하기에 충분한 정도의 수광 거리를 확보하게 된다.
상기 구동 전압 공급기(490)는 상기 제어부(510)의 제어 신호에 따라 상기 이동 스테이지(480)에게 구동 전압을 공급한다.
상기 이동거리 측정기(500)는 상기 광검출기(470)의 일측면에 형성된 반사면(478)으로 간섭광(508)을 출력하고, 상기 반사면(478)에서 반사되어 입력되는 상기 간섭광(508)과 내부 기준광을 간섭시켜 간섭 무늬를 발생시키며, 상기 간섭 무늬의 변화로부터 상기 광검출기(470)의 이동 거리를 파악하여 그 이동거리 정보를 나타내는 변위 감지 신호(504)를 상기 제어부(510)로 출력한다.
상기 제어부(510)는 상기 광검출기(470)로부터 상기 광감지 신호(474)를 입력받고, 상기 광검출기(470)를 이동시키기 위하여 상기 구동 전압 공급기(490)로 제어 신호(515)를 출력하며, 상기 광감지 신호(474)가 나타내는 광세기 분포로부터 극대 세기점들의 위치들을 파악하고, 상기 위치들로부터 상기 광섬유 어레이(460)의 피치를 도출한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치는 측정용 광이 입사되는 상기 광섬유 어레이의 일단을 굴절률 매칭오일에 담금으로써, 상기 광섬유 어레이에서 그 일단의 균일 정도와 무관하게 일관된 측정 결과를 얻을 수 있다는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 측정용 광을 광소자에 구비된 광섬유 어레이의 제1 단에 입사시키고, 상기 광섬유 어레이의 제2 단으로 출사된 광의 세기 분포를 측정하며, 상기 광의 세기 분포에서 나타나는 극대 세기점들의 위치 정보로부터 상기 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치에 있어서,
    상기 광섬유 어레이를 구성하는 광섬유의 코아와 근접 또는 일치하는 굴절률을 가지는 굴절률 매칭 오일과;
    상기 굴절률 매칭 오일을 수용하며, 상기 광섬유 어레이의 제1 단이 그 투명한 면과 마주하도록 상기 굴절률 매칭 오일에 담겨지는 오일 용기와;
    상기 투명한 면으로 상기 측정용 광을 입사시키는 광원을 포함함을 특징으로 하는 광소자에 구비되는 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유 어레이의 제2 단으로부터 출사된 측정용 광을 입력받으며, 위치에 따른 광세기 분포를 나타내는 광감지 신호를 출력하는 광검출기와;
    상기 광감지 신호를 입력받으며, 상기 광세기 분포에서 극대 세기점들의 위치들을 파악하고, 상기 위치들로부터 상기 광섬유 어레이의 피치를 도출하는 제어부를 더 구비함을 특징으로 하는 광소자에 구비되는 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광검출기의 하부면을 그 상부면에 안착시키며, 상기 광검출기를 상기 광섬유 어레이의 배열 방향으로 이동시키는 이동 스테이지와;
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 이동 스테이지로 구동 전압을 공급하는 구동 전압 공급기를 더 구비함을 특징으로 하는 광소자에 구비되는 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광검출기의 일측면에 형성된 반사면과;
    상기 반사면으로 간섭광을 출력하고, 상기 반사면에서 반사되어 입력되는 상기 간섭광과 내부 기준광을 간섭시켜 간섭 무늬를 발생시키며, 상기 간섭 무늬의 변화로부터 상기 광검출기의 이동 거리를 파악하여 그 이동거리 정보를 나타내는 변위 감지 신호를 상기 제어부로 출력하는 이동거리 측정기를 더 구비함을 특징으로 하는 광소자에 구비되는 광섬유 어레이의 피치를 측정하는 장치.
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