KR101068935B1 - variable optical attenuator - Google Patents

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KR101068935B1 KR1020090085042A KR20090085042A KR101068935B1 KR 101068935 B1 KR101068935 B1 KR 101068935B1 KR 1020090085042 A KR1020090085042 A KR 1020090085042A KR 20090085042 A KR20090085042 A KR 20090085042A KR 101068935 B1 KR101068935 B1 KR 101068935B1
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Abstract

본 발명은 가변 광감쇠기에 관한 것으로서, 제1코어와 제1클래드로 된 메인부분과, 메인부분 사이에 제1코어와 제1클래드보다 각각 외경이 작게 테이퍼 지게 형성된 테이퍼부분을 갖는 테이퍼 광섬유와, 테이퍼 광섬유의 테이퍼 부분이 호형으로 굴곡지면서 굴곡 반경이 가변될 수 있게 테이퍼 광섬유과 결합된 굴곡 변형 가이드부와, 굴곡변형 가이드부를 간섭하여 테이퍼 광섬유의 굴곡 반경을 가변시키는 액츄에이터와, 액츄에이터를 구동하는 구동부를 구비한다. 이러한 가변 광감쇠기에 의하면, 구조가 간단하고 인라인 형태로의 접속이 용이하면서도 삽입손실이 적고 감쇠 범위가 큰 장점을 제공한다.

Figure R1020090085042

가변 광감쇠기, 테이퍼 광섬유, 굴곡반경

The present invention relates to a variable optical attenuator, comprising: a tapered optical fiber having a main portion consisting of a first core and a first cladding, and a tapered portion formed between the main portion and a tapered portion having a smaller outer diameter than the first core and the first cladding; The curved deformation guide portion coupled with the tapered optical fiber to allow the tapered portion of the tapered optical fiber to be bent in an arc shape, and the bending radius can be varied, an actuator for interfering the curved deformation guide portion to change the bending radius of the tapered optical fiber, and a drive unit for driving the actuator. Equipped. Such a variable optical attenuator provides the advantages of a simple structure, easy in-line connection, low insertion loss, and a large attenuation range.

Figure R1020090085042

Variable Attenuator, Tapered Fiber, Bend Radius

Description

가변 광감쇠기{variable optical attenuator} Variable optical attenuator

본 발명은 가변 광감쇠기에 관한 것으로서, 상세하게는 테이퍼 광섬유를 이용한 가변 광감쇠기에 관한 것이다.The present invention relates to a variable optical attenuator, and more particularly, to a variable optical attenuator using a tapered optical fiber.

최근 급증하는 다양한 형태의 정보를 효과적으로 전송하기 위하여 광섬유를 이용한 광통신시스템이 활발히 개발 및 보급되고 있다.Recently, optical communication systems using optical fibers have been actively developed and spread to effectively transmit a variety of types of information.

이러한 광통신 시스템은 송신단의 광송신 모듈에서 전기신호를 광신호로 변환하여 광섬유를 통해 전송하고, 광수신모듈에서는 광섬유를 통해 전송된 광신호를 수신하여 전기신호로 수신처리한다.Such an optical communication system converts an electrical signal into an optical signal in an optical transmission module of a transmitter and transmits the optical signal through an optical fiber, and receives and processes an optical signal transmitted through the optical fiber as an electrical signal.

이러한 광통신 시스템에서 광신호를 장거리 전송하기 위해 광신호가 감쇠되는 것을 감안하여 전송 중간 중간에 광증폭기를 사용하는데, 광증폭기의 이득이 파장에 따라 다르기 때문에 파장별 광출력이 서로 달라지게 된다. 따라서, 광신호를 수신하는 수신단에서 광섬유를 통해 전송되는 광출력이 너무 높게 입력되는 경우 정상적인 신호 수신처리가 이루어지지 않기 때문에 수신되는 광파워를 적합한 레벨로 조정하기 위해 광감쇠기를 이용한다.In the optical communication system, an optical amplifier is used in the middle of the transmission in consideration of the attenuation of the optical signal to transmit the optical signal over a long distance. Since the gain of the optical amplifier varies depending on the wavelength, the optical output for each wavelength is different from each other. Accordingly, when the optical power transmitted through the optical fiber is input too high at the receiving end, the optical attenuator is used to adjust the received optical power to an appropriate level because normal signal reception processing is not performed.

이러한 광감쇠기는 다양하게 알려져 있으나 구조가 복잡하거나, 감쇠율의 가 변 범위가 적거나, 인라인(in-line) 형태로의 결합성이 떨어지는 것 등의 문제점을 안고 있다.Such optical attenuators are known in various ways, but they have problems such as complex structure, low variable attenuation range, and poor in-line coupling.

특히, 인라인 구조에서는 감쇠기와 단일모드 광섬유와의 인터페이스 문제, 낮은 삽입손실, 무시할 정도의 역반사, 기계적 안정성 및 조합의 용이성등이 요구된다.In particular, in-line structures require interface problems between the attenuator and single-mode fiber, low insertion loss, negligible retroreflection, mechanical stability, and ease of assembly.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 상세하게는 광신호를 전송하는 광섬유와 인라인 형태로 접속이 용이하면서도 구조가 간단하고, 감쇠 가변범위가 큰 가변 광감쇠기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above problems, and in particular, it is easy to connect in an in-line form with an optical fiber for transmitting an optical signal and has a simple structure and a variable attenuation variable range having a large attenuation variable range. There is this.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가변 광감쇠기는 제1코어와 제1클래드로 된 메인부분과, 상기 메인부분 사이에 상기 제1코어와 상기 제1클래드보다 각각 외경이 작게 테이퍼 지게 형성된 테이퍼부분을 갖는 테이퍼 광섬유와; 상기 테이퍼 광섬유의 상기 테이퍼 부분이 호형으로 굴곡지면서 굴곡 반경이 가변될 수 있게 상기 테이퍼 광섬유과 결합된 굴곡 변형 가이드부와; 상기 굴곡변형 가이드부를 간섭하여 상기 테이퍼 광섬유의 굴곡 반경을 가변시키는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터를 구동하는 구동부;를 구비한다.In order to achieve the above object, the variable optical attenuator according to the present invention has a main portion consisting of a first core and a first cladding, and an outer diameter of each of the first core and the first cladding taper is formed between the main portions with a smaller taper diameter. A tapered optical fiber having a tapered portion; A bending deformation guide portion coupled with the tapered optical fiber such that the tapered portion of the tapered optical fiber is bent in an arc shape and the bending radius is variable; An actuator for interfering the curved deformation guide part to change a bending radius of the tapered optical fiber; And a driving unit for driving the actuator.

바람직하게는 상기 굴곡 변형 가이드부는 상기 테이퍼 부분이 삽입되는 중공을 갖으며 상기 테이퍼 부분 외측에 장착된 루즈튜브와; 상기 루즈튜브와 상기 테이터부분 사이에 충진된 충진물과; 상기 류즈튜브 외측에서 상기 류즈튜브와 결합된 판스프링;을 구비한다.Preferably, the bending deformation guide portion has a hollow in which the tapered portion is inserted, and a loose tube mounted outside the tapered portion; A filler filled between the loose tube and the data portion; And a leaf spring coupled to the Lew's tube outside the Lew's tube.

상기 충진물은 에폭시 수지가 적용되는 것이 바람직하다.The filler is preferably an epoxy resin is applied.

또한, 상기 테이퍼 부분은 상기 제1코어로부터 외경이 점진적으로 좁아지게 형성된 전이영역과, 상기 전이영역의 종단으로부터 외경이 일정하게 유지되는 제2 코어로 형성된 허리영역을 갖는 구조로 되어 있고, 상기 제1코어의 외경은 상기 제2코어의 외경에 대해 1.8 내지 2.2배가 되게 형성된다.In addition, the tapered portion has a structure having a transition region in which an outer diameter is gradually narrowed from the first core, and a waist region formed of a second core in which the outer diameter is kept constant from the end of the transition region. The outer diameter of one core is formed to be 1.8 to 2.2 times the outer diameter of the second core.

더욱 바람직하게는 상기 제2코어의 외경은 1.0 내지 2.5㎛로 형성된다.More preferably, the outer diameter of the second core is 1.0 to 2.5 μm.

본 발명에 따른 가변 광감쇠기에 의하면, 구조가 간단하고 인라인 형태로의 접속이 용이하면서도 삽입손실이 적고 감쇠 범위가 큰 장점을 제공한다.According to the variable optical attenuator according to the present invention, the structure is simple, the connection in the inline form is easy, the insertion loss is low, and the attenuation range is large.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가변 광감쇠기를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a variable light attenuator according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 가변 광감쇠기를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 테이퍼 광섬유의 단면도이고, 도 3은 도 1의 테이퍼 광섬유 외측에 결합된 요소에 대한 단면도이다.1 is a view showing a variable optical attenuator according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the tapered optical fiber of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of an element coupled to the outer side of the tapered optical fiber of FIG.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 가변 광감쇠기(100)는 테이퍼 광섬유(110), 굴곡 변형 가이드부(140), 액츄에이터(150) 및 구동부(160)를 구비한다.1 to 3, the variable optical attenuator 100 includes a tapered optical fiber 110, a bending deformation guide unit 140, an actuator 150, and a driving unit 160.

테이퍼 광섬유(110)는 코어 및 클래드의 직경이 좁아지게 테이퍼진 영역을 갖는 구조로 되어 있다.The tapered optical fiber 110 has a structure in which the tapered region is narrowed so that the diameter of the core and the clad is narrow.

테이퍼 광섬유(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 메인 부분(120) 사이에 테이퍼 부분(130)을 갖는 구조로 되어 있다.The tapered optical fiber 110 has a structure having a tapered portion 130 between the main portions 120 as shown in FIG. 2.

메인 부분(120)은 일반적인 광섬유 구조로 된 부분을 말하는 것으로서, 제1코어(121)와 제1클래드(122)로 되어 있다.The main part 120 refers to a part having a general optical fiber structure, and includes a first core 121 and a first clad 122.

테이퍼 부분(130)은 메인부분(120) 사이에 제1코어(121)와 제1클래드(122)보다 각각 외경이 작게 테이퍼 지게 형성된 부분이다.The tapered portion 130 is a portion formed between the main portion 120 and tapered to have a smaller outer diameter than the first core 121 and the first clad 122.

테이퍼 부분(130)을 구분하면, 허리영역(waist resion)과 허리영역을 중심으로 두개의 전이영역(transition resion)을 갖는 구조로 되어 있다.When the tapered portion 130 is divided, the taper 130 has a structure having a waist region and two transition regions around the waist region.

전이영역은 메인부분(120)의 제1코어(121) 및 제1클래드(122)로부터 허리부분을 향할 수록 각각 외경이 점진적으로 좁아지게 형성된 영역을 말한다. The transition region refers to a region in which the outer diameter is gradually narrowed toward the waist from the first core 121 and the first clad 122 of the main portion 120.

허리영역은 전이영역의 종단으로부터 외경이 일정하게 유지되되 제1코어(121)보다 외경이 작은 제2코어(132)와 제1클래드(122)보다 외경이 작은 제2코어(132)로 된 부분이다.The waist region is a portion consisting of a second core 132 having a smaller outer diameter than the first core 121 and a second core 132 having a smaller outer diameter than the first clad 122 while keeping the outer diameter constant from the end of the transition region. to be.

이러한 테이퍼 광섬유(110)는 통상 일반 단일모드 광섬유에 열을 인가하여 신장시킴으로써 형성된다.The tapered optical fiber 110 is usually formed by applying heat to a general single-mode optical fiber.

또한, 메인부분(120)이 단일모드 광섬유가 적용되는 경우 제1코어(121)의 외경(2a0)은 제2코어(131)의 외경(2aW)에 대해 1.8 내지 2.2배가 되게 형성된다. 또한 제2코어(131)의 외경은 1.0 내지 2.5㎛로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, when the single-mode optical fiber is applied to the main part 120, the outer diameter 2a 0 of the first core 121 is formed to be 1.8 to 2.2 times the outer diameter 2a W of the second core 131. In addition, the outer diameter of the second core 131 is preferably formed to 1.0 to 2.5㎛.

한편, 테이퍼 광섬유(110)의 메인부분(120)은 제1클래드(122) 외부에 통상적인 피복 구조로 피복처리되어 있고, 전이영역과 인접한 메인부분(120)의 일부는제1클래드(122)가 노출되거나 피복되게 처리될 수 있음은 물론이다. Meanwhile, the main part 120 of the tapered optical fiber 110 is coated with a conventional covering structure outside the first clad 122, and a part of the main part 120 adjacent to the transition region is the first clad 122. Of course it can be treated to be exposed or coated.

굴곡 변형 가이드부(140)는 테이퍼 광섬유(110)의 테이퍼 부분(130)이 호형으로 굴곡지면서 테이퍼 부분(130)의 굴곡 반경이 가변될 수 있게 테이퍼 광섬유(110)과 결합되어 있다.The bending deformation guide part 140 is coupled to the tapered optical fiber 110 so that the bending radius of the tapered portion 130 can be varied while the tapered portion 130 of the tapered optical fiber 110 is curved in an arc shape.

굴곡 변형 가이드부(140)는 루즈튜브(145), 충진물(143) 및 판스프링(141)을 구비한다.The bending deformation guide part 140 includes a loose tube 145, a filler 143, and a leaf spring 141.

루즈튜브(145)는 테이퍼 부분(130)을 감싸도록 중공을 갖는 구조로 형성되어 테이퍼 부분 외측에 장착되어 있고, 내경은 테이퍼 광섬유(110)의 제1클래드(122)의 외경보다 큰 것을 적용하는 것이 바람직하다.The loose tube 145 is formed in a structure having a hollow to surround the tapered portion 130 and mounted outside the tapered portion, and the inner diameter of the loose tube 145 is larger than the outer diameter of the first clad 122 of the tapered optical fiber 110. It is preferable.

충진물(143)은 제2클래드(132) 보다 높은 굴절율을 갖는 수지로 적용되며, 루즈튜브(145)와 테이터부분(130) 사이에 충진되어 있다.The filler 143 is applied to a resin having a higher refractive index than the second clad 132, and is filled between the loose tube 145 and the data portion 130.

충진물(143)은 바람직하게는 경화될 수 있는 에폭시 수지가 적용된다.Fill 143 is preferably applied with an epoxy resin that can be cured.

판스프링(141)은 루즈튜브(145) 외측에서 루즈튜브(145)와 접합되어 있다.The leaf spring 141 is joined to the loose tube 145 outside the loose tube 145.

판스프링(141)과 루즈튜브(145)와의 접합은 접착제를 이용하여 접합하면 된다.Bonding between the leaf spring 141 and the loose tube 145 may be performed by using an adhesive.

판스프링(141)은 호형태로 휘어질 수 있으면서 외력이 해제되면 초기 상태로 복원이 될 수 있는 형상으로 형성된 것을 적용하는 것이 바람직하다.The leaf spring 141 may be bent in an arc shape and preferably formed in a shape that can be restored to an initial state when the external force is released.

즉, 판스프링(141)은 후술되는 액츄에이터(150)의 진퇴로드(152)의 신축길이 변형에 따라 호형으로 휘어질 수 있고, 진퇴로드(152)의 간섭이 해제되면 초기 위치로 복원될 수 있게 판형 또는 약간의 곡률을 갖는 것 등 적용하고자 하는 감쇠조정 범위에 따라 적절하게 적용되면 된다.That is, the leaf spring 141 may be curved in an arc shape according to the expansion and contraction length of the extension rod 152 of the actuator 150 to be described later, so that when the interference of the advance rod 152 is released, the leaf spring 141 may be restored to its initial position. It may be appropriately applied according to the range of damping adjustment to be applied, such as a plate or one having a slight curvature.

참조부호 103은 판스프링(141)과 결합된 루즈튜브(145)의 굴곡변화시 길이방향으로의 이동을 구속되게 가이드하기 위해 기판(101)에 설치된 가이드 링이다.Reference numeral 103 is a guide ring installed in the substrate 101 to guide the movement in the longitudinal direction during the bending change of the loose tube 145 coupled with the leaf spring 141.

액츄에이터(150)는 구동부(160)에 제어되어 진퇴로드(152)를 길이방향을 따라 진퇴시킨다.The actuator 150 is controlled by the driving unit 160 to advance and retreat the forward and backward rods 152 along the longitudinal direction.

이러한 액츄에이터(150)는 굴곡변형 가이드부(140)의 판스프링(141)의 중앙부분을 진퇴로드(152)의 진퇴에 의한 간섭에 의해 테이퍼 광섬유(110)의 굴곡 반경을 가변시킬 수 있도록 설치되어 있다.The actuator 150 is installed to vary the bend radius of the tapered optical fiber 110 by the interference of the forward and backward rod 152 of the central portion of the leaf spring 141 of the curved deformation guide portion 140 have.

액츄에이터(150)는 전기에너지에 의해 진퇴로드(152)를 진퇴시키는 전자 실린더 구조, 사용자의 회전조작 또는 모터의 회전에 의해 몸체와 나사결합되어 진퇴될 수 있는 진퇴로드(152)가 회전하면서 진퇴될 수 있는 구조 등 다양한 구조가 적용될 수 있다.The actuator 150 is moved forward and backward while the electronic cylinder structure for advancing and retreating the retreat rod 152 by electric energy, and the retreat rod 152 that can be screwed and retracted with the body by the rotation operation of the user or the rotation of the motor. Various structures, such as a structure that can be applied, can be applied.

구동부(160)는 액츄에이터(150)의 진퇴로드(152)가 진퇴되게 구동한다.The driver 160 drives the retracting rod 152 of the actuator 150 to move forward and backward.

구동부(160)는 입력부(미도시)를 통해 입력된 감쇠 조정값에 대응되게 액츄에이터(150)를 구동할 수 있도록 구축될 수 있다.The driver 160 may be constructed to drive the actuator 150 to correspond to the attenuation adjustment value input through the input unit (not shown).

또한, 구동부(160)는 사용자의 수동조작에 의해 액츄에이터(150)의 진퇴로드(152)의 진퇴길이를 조정할 수 있는 수동식이 적용될 수 있음은 물론이다.In addition, the driving unit 160 may be a manual expression that can be adjusted to the length of the retracted rod 152 of the actuator 150 by the manual operation of the user.

이하에서는 이러한 가변 광감쇠기의 특성을 살펴본다.Hereinafter, the characteristics of the variable optical attenuator will be described.

먼저, 테이퍼진 광섬유(110)에서 소산장(evanescent wave)은 테이터 부분(130)의 허리영역에서 확장되고 코어 모드는 방사모드들과 쉽게 커플링된다. First, the evanescent wave in the tapered optical fiber 110 extends in the waist region of the data portion 130 and the core mode is easily coupled with the radiation modes.

즉, 코어 사이즈가 감쇠된 테이퍼진 단일모드 광섬유에 대해 전파모드의 횡방향 분포는 제2클래드(132) 영역으로 퍼지고, 그 결과 광빔의 가이드가 더욱더 약해진다. 그 결과 코어 모드의 쓰루풋(throughput)은 구부림에 매우 민감하게 되고, 이러한 특성을 이용하면 매우 정밀도가 높은 감쇠기로 이용될 수 있다. That is, for tapered single mode optical fibers with attenuated core size, the lateral distribution of the propagation mode spreads to the region of the second clad 132, resulting in a weaker guide of the light beam. As a result, the throughput of the core mode is very sensitive to bending, and with this characteristic it can be used as a very accurate attenuator.

한편, 코어의 반지름은 전송영역 선단 즉 메인부분의 제1코어(121)의 반지름인 a0에서부터 제2코어(131)의 반지름인 aw까지 감소되고, 전파모드의 횡분포는 모드 어벌류션 효과(mode evolution effect)에 의해 방사상으로 확장된다. 이때, 테이퍼진 광섬유(110)의 감쇠 특성은 테이퍼율(a0/aw), 전송영역의 길이(Lt), 허리영역의 길이(Lw)에 의존된다. On the other hand, the radius of the core is a transfer area leading end a first decreases from the radius of a 0 of the core 121 to a radius of a w of the second core 131, the lateral distribution of the propagation mode of the main part mode eobeol ryusyeon effect radially expanded by a mode evolution effect. At this time, the attenuation characteristic of the tapered optical fiber 110 depends on the taper rate a 0 / a w , the length Lt of the transmission region, and the length Lw of the waist region.

이러한 테이퍼 광섬유(110)의 감쇠율을 아래의 수학식 1로 표현할 수 있다.The attenuation rate of the tapered optical fiber 110 can be expressed by Equation 1 below.

Figure 112009055561690-pat00001
Figure 112009055561690-pat00001

Figure 112009055561690-pat00002
Figure 112009055561690-pat00002

여기서, a는 코어반지름, R은 테이퍼 부분(130)의 구부림 반경, Δ는 코어와 클래드의 굴절율 차이, K1은 한켈함수(modified Hankel function), U는 코어의 가로전파정수(transverse propagation constant), W는 클래드의 가로전파정수(transverse propagation constant), V는 정규화된 주파수이다.Where a is the core radius, R is the bending radius of the tapered portion 130, Δ is the difference in refractive index between the core and the clad, K1 is the modified Hankel function, U is the transverse propagation constant of the core, W is the transverse propagation constant of the clad and V is the normalized frequency.

도 4는 1550nm에서 스텝 인덱스(step index) 단일모드 광섬유에 대해 코어 반경을 각각 달리하였을 때 구부림 반경의 변경에 대해 산출된 감쇠율을 보여준다. 코어의 굴절율과 클래드의 굴절율은 각각 1.444, 1.449였다. 감쇠율은 구부림반경 의 증가에 따라 지수함수적으로 감소하고, 다른 파라미터가 동일할 때 코어 사이즈가 작아질 수록 매우 민감함을 알 수 있다.FIG. 4 shows the attenuation rate calculated for the change in bending radius when the core radius is different for the step index single mode fiber at 1550 nm, respectively. The refractive index of the core and the refractive index of the clad were 1.444 and 1.449, respectively. The damping rate decreases exponentially with increasing bending radius, and it is found that the smaller the core size is, the more sensitive it is when other parameters are the same.

테이퍼진 광섬유(130)의 제2클래드(132)가 공기에 대해 노출되는 경우 허리부분은 다중모드 파이버와 같은 역할을 한다. 또한, 테이퍼링 과정에서 코어와 클래드의 지름을 감소시키면 클래드는 코어의 역할을 대신하고, 공기는 클래드의 역할을 하여 고차모드는 테이퍼 영역(130)의 제2클래드(132)를 통해 가이드된다. 그 결과, 구부림 손실은 고차 모드들 사이의 결합에 따라 구부림 반경의 변화에 따라 진동형태를 보여준다. 구부림손실의 진동을 피하기 위해 테이퍼 광섬유(110)의 테이퍼 부분(130)은 제2클래드(132) 보다 굴절율이 높은 투명수지 즉, 투명 에폭시로 코팅처리되는 것이 바람직하다. 여기서 충진물(143)인 에폭시층은 고차모드를 억압할 뿐만아니라 테이퍼 광섬유(110)의 테이퍼 영역(130)에 대한 기계적 강도를 높여준다.When the second clad 132 of the tapered optical fiber 130 is exposed to air, the waist portion acts as a multimode fiber. In addition, when the diameter of the core and the cladding is reduced during the tapering process, the clad replaces the core, and air serves as the clad, so that the higher order mode is guided through the second clad 132 of the tapered region 130. As a result, the bending loss shows the oscillation pattern as the bending radius changes with the coupling between higher order modes. In order to avoid bending loss vibration, the tapered portion 130 of the tapered optical fiber 110 is preferably coated with a transparent resin, that is, a transparent epoxy having a higher refractive index than the second clad 132. Here, the epoxy layer, which is the filler 143, suppresses the higher order mode and increases the mechanical strength of the tapered region 130 of the tapered optical fiber 110.

한편, 전송과 테이퍼 광섬유(110)의 구부림 효과를 산출하기 위해 광빔전파방법을 사용하였다. 클래드과 코어의 굴절율은 각각 1.444 및 1.449였다. 도 5 내지 도 7은 허리영역의 반경이 상호 다른 구부림 없는 상태의 테이퍼 광섬유(110) 들에 대한 모드 전파 및 초과손실(excess loss)을 보여준다. 도 3을 통해 알 수 잇는 바와 같이 초과손실과 관련하여 코어 사이즈의 축소에 대해서는 실질적인 한계가 있다.Meanwhile, the light beam propagation method was used to calculate the bending effect of the transmission and tapered optical fibers 110. The refractive indices of the clad and core were 1.444 and 1.449, respectively. 5 to 7 show the mode propagation and excess loss for the tapered optical fibers 110 in an unbent state where radii of waist regions are different from each other. As can be seen from FIG. 3, there is a practical limit to the reduction of the core size in relation to the excess loss.

제2코어(131)의 직경이 4.0㎛로 축소되게 테이퍼진 광섬유에 대해서는 도 5에 도시된 바와 같이 현저한 손실없이 광빔이 전파된다. 그러나, 제2코어(131)의 지름이 3.0㎛로 축소되면 도 6과 같이 손실은 증대된다. 결과적으로 입력 광파워 부분이 테이퍼 영역(130)의 방사보드와 결합되어야 하기 때문에 제2코어(131)의 사이즈가 너무 작으면 전파모드를 지원하지 못한다. 도 7은 광파워가 제2코어(131)의 지름의 변화에 따라 테이퍼진 광섬유를 따라 감쇠되는 것을 보여준다.For the tapered optical fiber such that the diameter of the second core 131 is reduced to 4.0 μm, the light beam propagates without significant loss as shown in FIG. 5. However, if the diameter of the second core 131 is reduced to 3.0㎛, the loss is increased as shown in FIG. As a result, since the input optical power portion must be combined with the radiation board of the tapered region 130, if the size of the second core 131 is too small, the propagation mode cannot be supported. 7 shows that the optical power is attenuated along the tapered optical fiber as the diameter of the second core 131 changes.

도 8 내지 도 10은 비테이퍼진 광섬유와 테이퍼진 광섬유의 구부림에 의한 구부림 손실(bending loss)과 모드전파를 보여준다.8 to 10 show the bending loss and the mode propagation caused by the bending of the non-tapered and tapered optical fibers.

도 8은 비테이진 광섬유에 대한 것으로서, 광모드가 코어사이즈가 균일한 파이버의 구부림 영역을 통해 주목할만한 손실 없이 통과함을 보여준다. 이와는 반대로 도 9와 같이 테이퍼 광섬유(110)의 테이퍼 영역(130)에 대한 구부림시 구부림 손실은 현저하게 상승함을 보여준다. 도 10은 허리부분에서의 상호 다른 4개의 제2코어(131)직경들에 대해 테이퍼 광섬유(110)를 따라 광파워의 쓰루풋의 변화를 보여준다.FIG. 8 shows a non-teigin optical fiber, showing that the optical mode passes through the bending area of the fiber with a uniform core size without noticeable loss. On the contrary, as shown in FIG. 9, the bending loss during the bending of the tapered region 130 of the tapered optical fiber 110 is significantly increased. FIG. 10 shows the change in throughput of optical power along the tapered optical fiber 110 for four different diameters of the second core 131 at the waist.

이러한 결과로부터 테이퍼율(a0/aW)은 높은 구부림 손실과 마찬가지로 낮은 초과손실(excess loss)의 요구사항을 만족할 수 있도록 적절하게 선택하면 되고, 이러한 측정결과로부터 최적의 테이퍼율은 표준 단일모드 광섬유 통신신스템에서 2.0이 적절하다.From these results, the taper rate (a 0 / a W ) can be selected appropriately to satisfy the requirements of low excess loss as well as high bending loss. From these results, the optimum taper rate is standard single mode. 2.0 is appropriate for fiber optic communication systems.

< 실험 및 분석 ><Experiment and Analysis>

실험을 위해 표준 단일모드 광섬유(SMF 28)를 사용하였다. 파이버는 화염처리방식에 의해 테이퍼지게 제작하였다. 즉, 표준 단일모드 광섬유의 중간부분에 대 해 20mm 정도 제1클래드(122)가 노출되게 피복영역을 제거한 다음 두 개의 마이크로 토치로부터 산소와 LPG가 혼합되게 화염을 생성하여 등속도로 이동하면서 테이퍼지도록 길이방향으로 신장하였다. 3개의 다르게 테이퍼진 파이버 테어퍼 광섬유 A, B, C를 제조하였고, 신장길이는 각각 5.0mm, 7.5mm, 10mm였다. 또한, 외경은 A, B, C에 대해 허리부분이 각각 68.4, 79.6 및 90.8㎛였다. 샘플이 구부려졌을 때 테이퍼 파이버(110)를 통해 전송되는 광파워는 고굴절율의 액체에 잠기게 담갔을 대 변하지 않았다. A standard single mode fiber (SMF 28) was used for the experiment. The fibers were tapered by the flame treatment method. That is, the first clad 122 is removed to expose the first clad 122 about 20 mm from the middle of the standard single-mode fiber, and then a flame is formed to mix with oxygen and LPG from two micro torch to taper while moving at constant velocity. Elongated in the direction. Three differently tapered fiber taper fibers A, B, and C were prepared, and the elongation lengths were 5.0 mm, 7.5 mm, and 10 mm, respectively. In addition, the outer diameter was 68.4, 79.6, and 90.8 µm in the waist portions for A, B, and C, respectively. The optical power transmitted through the tapered fiber 110 when the sample was bent did not change when submerged in liquid of high refractive index.

또한, 제작된 3개의 테이퍼 광섬유(110) 샘플 A, B, C는 자외선 경화 에폭시로 코팅처리하였다. 코팅 처리된 테이퍼 광섬유(110)는 내경이 0.9mm인 루즈튜브(145) 내에 삽입하고, 굴절율 1.48인 자외선 경화 에폭시(상품명 SK-9)를 충진시켰다. 여기서 에폭시는 테이퍼 광섬유(110)가 구부려질 때 광파워가 에폭시로 누출되는 광학적 싱크(sink)의 역할도 한다.In addition, the three tapered optical fibers 110 samples A, B, and C were coated with an ultraviolet curing epoxy. The coated tapered optical fiber 110 was inserted into a loose tube 145 having an internal diameter of 0.9 mm and filled with an ultraviolet curing epoxy (trade name SK-9) having a refractive index of 1.48. In this case, the epoxy also serves as an optical sink in which optical power leaks into the epoxy when the tapered optical fiber 110 is bent.

제작된 테이퍼 광섬유(110)는 0.11mm두께의 스틸소재로된 판스프링(141)에 부착하고, 액츄에이터(150)로서 적용된 마이크로미터에 의해 연동되는 지그에 장착시켰다. The fabricated taper optical fiber 110 was attached to a plate spring 141 made of 0.11 mm thick steel and mounted on a jig interlocked by a micrometer applied as the actuator 150.

테이퍼 영역(130)에 대한 구부림 반경의 곡률은 마이크로미터 팁의 이동에 의해 조절되게 되어 있다. 마이크로미터의 작동거리는 2.5mm, 이에 상응하는 판스프링(141)의 구부림 반경은 대략 17mm였다.The curvature of the bend radius with respect to the tapered region 130 is adapted to be adjusted by the movement of the micrometer tip. The working distance of the micrometer was 2.5 mm, and the corresponding bending radius of the leaf spring 141 was approximately 17 mm.

또한, 분석을 위해 1550nm 파장의 광을 출사하는 DFB 레이저다이오드를 광원으로 사용하고, 구부림손실을 측정하기 위해 세개의 테이퍼 광섬유(110)와 마이크 로미터의 이동거리의 함수로서 비테이퍼진 광섬유가 사용되었다.In addition, a DFB laser diode that emits light of 1550 nm wavelength is used as a light source for analysis, and three tapered optical fibers 110 and a non-tapered optical fiber as a function of the moving distance of a micrometer are used to measure bending loss. .

도 11은 테이퍼진 광섬유에 대해 구부리기 전과 구부린후에 대해 제작된 테이퍼 광섬유(110)에 대해 측정된 출력 파워의 비를 dB단위로 나타낸 것이다. 여기서, 전송 절대값은 순수한 구부림 손실로 간주된다.FIG. 11 shows the ratio of the output power measured in dB units for the tapered optical fiber 110 fabricated before and after bending the tapered optical fiber. Here, the absolute transmission value is regarded as pure bending loss.

도 11에서 측정된 전송은 이동거리의 증가에 대해 지수함수적으로 감소하지 않고 있지만, 구부림손실은 점진적으로 감소하고, 이동거리에 따라 진동하지 않는 특성을 나타내고 있다. 한편, 비테이퍼진 광섬유는 마이크로미터의 작동거리의 최대범위에 대해서 구부림 손실이 거의 나타나지 않음을 알 수 있다. 감쇠는 0.24dB보다 작고, 최대 감쇠는 3개의 샘플중 가장 높은 테이퍼율을 갖는 샘플 C에서 35.1dB로 나타났다. 감쇠 범위는 제조과정에서 테이퍼링 조건을 조절하여 조정할 수 있다. 삽입손실은 구부리지 않은 테이퍼 광섬유에 대해 측정한 결과 0.2dB 이하 였다. 또한, 10dB, 20dB, 30dB 각각에서의 편광의존성(PDL: Polarization dependent loss)에 대한 실험결과 0.1dB, 0.2dB 및 0.5dB를 나타냈다.Although the transmission measured in FIG. 11 does not decrease exponentially with respect to the increase in the moving distance, the bending loss gradually decreases and does not oscillate with the moving distance. On the other hand, the non-tapered optical fiber can be seen that almost no bending loss over the maximum range of the working distance of the micrometer. The attenuation was less than 0.24 dB and the maximum attenuation was 35.1 dB in sample C with the highest taper rate of the three samples. The attenuation range can be adjusted by adjusting the tapering conditions in the manufacturing process. Insertion loss was less than 0.2dB as measured on the tapered optical fiber. In addition, the results of experiments on polarization dependent loss (PDL) at 10dB, 20dB, and 30dB, respectively, showed 0.1dB, 0.2dB, and 0.5dB.

이상에서 살펴본 바와 같이 가변 광감쇠기(100)는 단일모드 광섬유를 테이퍼 부분(130)을 갖도록 형성하여 테이퍼 부분(130)의 구부림 반경을 조정하면 35dB를 초과하는 넓은 감쇄영역과 1550nm에서 0.2dB보다 낮은 손실을 갖는 가변 광쇠기를 제공할 수 있다. As described above, the variable optical attenuator 100 forms a single-mode optical fiber with the tapered portion 130 so that the bending radius of the tapered portion 130 is adjusted to a wider attenuation region exceeding 35 dB and lower than 0.2 dB at 1550 nm. A variable madness with loss can be provided.

도 1은 본 발명에 따른 가변 광감쇠기를 나타내 보인 도면이고,1 is a view showing a variable optical attenuator according to the present invention,

도 2는 도 1의 테이퍼 광섬유의 단면도이고,2 is a cross-sectional view of the tapered optical fiber of FIG. 1,

도 3은 도 1의 테이퍼 광섬유 외측에 결합된 요소에 대한 단면도이고,3 is a cross-sectional view of an element coupled outside the tapered optical fiber of FIG. 1,

도 4는 테이퍼 광섬유의 코어 반경에 따른 구부림 손실을 나타내 보인 그래프이고,4 is a graph showing the bending loss according to the core radius of the tapered optical fiber,

도 5는 테이퍼 영역의 코어 직경이 4.0㎛인 테이퍼 광섬유에 대해 구부리지 않은 상태에서의 모드전파를 시뮬레이션한 결과를 나타내 보인 그래프이고,5 is a graph showing simulation results of mode propagation in an unbent state for a tapered optical fiber having a core diameter of 4.0 μm in the tapered region,

도 6은 테이퍼 영역의 코어 직경이 3.0㎛인 테이퍼 광섬유에 대해 구부리지 않은 상태에서의 모드전파를 시뮬레이션한 결과를 나타내 보인 그래프이고,FIG. 6 is a graph showing simulation results of mode propagation without bending a tapered optical fiber having a core diameter of 3.0 μm in the tapered region. FIG.

도 7은 테이퍼 영역의 코어 직경이 상호 다른 테이퍼 광섬유들에 대해 구부림을 인가하지 않은 상태에서 광파워변동을 시뮬레이션한 결과를 나타내 보인 그래프이고,FIG. 7 is a graph illustrating simulation results of optical power fluctuations without bending for tapered optical fibers having different core diameters of tapered regions;

도 8은 테이퍼 영역을 갖지 않은 일반 광섬유에 대해 구부림 변형을 인가하였을 때 모드전파를 시뮬레이션한 결과를 나타내 보인 그래프이고,8 is a graph showing simulation results of mode propagation when bending strain is applied to a general optical fiber having no tapered region.

도 9는 테이퍼 영역의 코어 직경이 4.0㎛인 테이퍼 광섬유에 대해 구부림 변형을 인가하였을 때 모드전파를 시뮬레이션한 결과를 나타내 보인 그래프이고,9 is a graph showing simulation results of mode propagation when bending strain is applied to a taper optical fiber having a core diameter of 4.0 μm in the tapered region.

도 10은 테이퍼 영역의 코어 직경이 상호 다른 테이퍼 광섬유들에 대해 구부림을 인가한 상태에서 광파워변동을 시뮬레이션한 결과를 나타내 보인 그래프이고,FIG. 10 is a graph illustrating simulation results of optical power fluctuations in a state in which bending is applied to tapered optical fibers having different core diameters of tapered regions;

도 11은 제작된 테이퍼 광섬유들과 일반 광섬유에 대해 구부림 손실을 특정 한 결과를 나타나 보인 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing results of specifying bending loss for fabricated tapered and normal optical fibers. FIG.

Claims (5)

삭제delete 제1코어와 제1클래드로 된 메인부분과, 상기 메인부분 사이에 상기 제1코어와 상기 제1클래드보다 각각 외경이 작게 테이퍼 지게 형성된 테이퍼부분을 갖는 테이퍼 광섬유와;A tapered optical fiber having a main portion formed of a first core and a first clad, and a tapered portion formed between the main portion and a tapered portion having an outer diameter smaller than that of the first core and the first clad; 상기 테이퍼 광섬유의 상기 테이퍼 부분이 호형으로 굴곡지면서 굴곡 반경이 가변될 수 있게 상기 테이퍼 광섬유과 결합된 굴곡 변형 가이드부와;A bending deformation guide portion coupled with the tapered optical fiber such that the tapered portion of the tapered optical fiber is bent in an arc shape and the bending radius is variable; 상기 굴곡변형 가이드부를 간섭하여 상기 테이퍼 광섬유의 굴곡 반경을 가변시키는 액츄에이터와;An actuator for interfering the curved deformation guide part to change a bending radius of the tapered optical fiber; 상기 액츄에이터를 구동하는 구동부;를 구비하고,And a driving unit for driving the actuator. 상기 굴곡 변형 가이드부는 The bending deformation guide portion 상기 테이퍼 부분이 삽입되는 중공을 갖으며 상기 테이퍼 부분 외측에 장착된 루즈튜브와;A loose tube having a hollow into which the tapered portion is inserted and mounted outside the tapered portion; 상기 루즈튜브와 상기 테이퍼 부분 사이에 충진된 충진물과;A filler filled between the loose tube and the tapered portion; 상기 루즈튜브 외측에서 상기 루즈튜브와 결합된 판스프링;을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 광감쇠기.And a leaf spring coupled to the loose tube at an outer side of the loose tube. 제2항에 있어서, 상기 충진물은 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 가변 광 감쇠기.3. The variable light attenuator of claim 2 wherein said fill is an epoxy resin. 제3항에 있어서, 상기 테이퍼 부분은 상기 제1코어로부터 외경이 점진적으로 좁아지게 형성된 전이영역과, 상기 전이영역의 종단으로부터 외경이 일정하게 유지되는 제2코어로 형성된 허리영역을 갖는 구조로 되어 있고,4. The tapered portion of claim 3, wherein the tapered portion has a structure having a transition region in which an outer diameter is gradually narrowed from the first core, and a waist region formed of a second core in which the outer diameter is kept constant from the end of the transition region. There is, 상기 제1코어의 외경은 상기 제2코어의 외경에 대해 1.8 내지 2.2배가 되게 형성된 것을 특징으로 하는 가변 광감쇠기.The outer diameter of the first core is a variable optical attenuator, characterized in that formed to be 1.8 to 2.2 times the outer diameter of the second core. 제4항에 있어서, 상기 제2코어의 외경은 1.0 내지 2.5㎛인 것을 특징으로 하는 가변 광감쇠기.The variable light attenuator of claim 4, wherein an outer diameter of the second core is 1.0 to 2.5 μm.
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