KR20030092750A - 다중 광섬유 커플러 제작장치 - Google Patents

다중 광섬유 커플러 제작장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 광섬유 커플러를 제작할 수 있는 다중 광커플러 제작장치에 관한 것으로, 복수개의 광섬유를 2 개씩 쌍으로 하여 융착하기 위하여, 일정 부위를 가열하는 다중 마이크로 토치, 마이크로 토치를 기준하여 양쪽으로 대칭되게 배치하며, 복수개의 광섬유를 2 개씩 동일 간격으로 고정하기 위한 다중 광섬유 홀더 및 다중 마이크로 토치, 다중 광섬유 홀더를 탑재하고 다중 광섬유 홀더가 이동 가능하도록 하는 이송 스테이지를 포함한다.
이러한 구성을 통해서, 짧은 시간에 여러 개의 동일 사양을 가지는 광섬유 커플러들을 제작할 수 있으며 제작 완료 후 패키징 과정을 한꺼번에 처리할 수 있어서 시간과 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중 광섬유 커플러 제작장치{Apparatus for manufacturing Multiple optical coupler}
본 발명은 광섬유 커플러 제작장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수개의 광섬유 커플러를 제작할 수 있는 다중 광커플러 제작장치에 관한 것이다.
최근, 통신속도 증가 방법들이 제시되어 왔었다. 이를 크게 세가지로 구분하면, 전자회로의 속도를 증가시키는 시간분할 다중화(TDM : Time Division Multiplexing), 광학적으로 짧은 펄스를 만드는 광학적 시간 다중화(OTDM : Optical Time Division Multiplexing) 및 복수의 다른 파장을 묶어 한 개의 광섬유를 통해 전송하는 파장분할 다중화(WDM : Wavelength Division Multiplexing) 방식이다.
이 중에서도, WDM 전송 기술은 불과 수십년전에 그 개념이 처음 알려진 이후, 전세계적으로 연구가 되어, 현재는 상용화 장비가 개발되는 등 빠른 발전이 있었다. 이 기술은 전송 속도에 상관없이 여러 채널을 각각 다른 파장에 실어줌으로써 1 개의 광섬유 코어를 이용해 전송해 주는 방법으로 향후 초고속 정보통신망의 광통신 분야에서 핵심 기술로 이용될 것이다. 특히, 최근에는 채널간 간격이 0.2 nm 까지 진행되고 있을 정도로 WDM 방식에 대한 기술 발전은 급속도로 진행되고 있다. 따라서, WDM 전송에 있어서 광섬유 커플러의 응용에는 한계가 나타나고 있다. 특히, WDM 방식이 DWDM (DWDM : Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식으로 발전하면서, 광섬유 커플러의 위상이 한층 꺽이고 있다. 주요 원인을 살펴보면, AWG (arrayed waveguide grating) 또는 필터 WDM 기술의 발달로 DWDM 기술이 표준화가 되었고, 광섬유 커플러 제조상의 문제로 채널간 10 nm 스페이서 미만은 제작이 불가능하기 때문이다.
예를 들어, 광섬유 커플러의 채널간을 5 nm 간격으로 제작한다고 하면, 그 삽입손실은 1 dB 이상이 될 것이고, 편광손실차 또한 1 dB 이상이 되기 때문에 광소자로는 적당하지 못하게 된다. 또한 채널간의 분리는 적어도 20 dB 이상이어야 하는데 10 내지 15 dB 정도로 현저히 낮은 수준이다.
따라서, 광섬유 커플러는 새로운 응용 분야가 개발되고 있는 실정이다. 즉, 비교적 채널간격이 큰 광증폭기용 펌프(pump)와 신호의 결합기, S band용 튤륨 도핑된 광증폭기(Thulium doped fiber amplifier) 또는 라만 증폭기용 다채널 펌프 광원 결합기에 응용이 제안되고 있다. 광섬유 커플러의 또 다른 응용으로는 long haul 망이 아닌 메트로 또는 액세스망 쪽으로의 응용이다.
메트로망에서는 CWDM (coarse WDM) (예를 들어, 채널 간격이 20 nm) 쪽으로 향하는 경향이 있고, 값비싼 광소자 없이 값싼 경쟁력이 있는 광소자를 이용하는 추세이기 때문에 값싼 광섬유 커플러는 여전히 시장 경쟁력을 가지고 있다.
그러나, 상술한 종래 기술에 의한 광섬유 커플러 제작장치는 1 대당 1개씩의 광섬유 커플러를 제작할 수 있도록 고안되어 있어 공정 시간이 상대적으로 길고 동일한 사양의 광섬유 커플러를 제조하는데는 문제점이 있었고, 동일 특성을 갖는 광섬유 커플러를 여러 개 제작하기 위해서는 매번 광특성을 측정해야 하는 번거로움이 있었다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 광섬유 커플러의 제조 비용을 줄이고, 1 대의 광섬유 커플러 제작장치를 이용하여 여러 개의 광섬유 커플러를 동시에 제작 가능한 광섬유 커플러 제작장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광섬유 커플러의 제작 시간을 단축함과 더불어, 동일 공정으로 동일 스팩의 제품을 한꺼번에 대량 생산할 수 있는 광섬유 커플러 제조장비를 제작하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 동일 구조와 동일 광 특성을 갖는 동일 스팩의 광섬유 커플러를 한번의 제작 공정으로 여러 개 제작하는 동안, 1개의 광섬유 커플러의 특성만을 측정하고, 다른 광섬유 커플러는 그 특성을 측정하지 않아도 동일한 스팩을 확보하는 광섬유 커플러들을 얻을 수 있으며, 패키징 공정 역시 한꺼번에 이루어질 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 목적은 광섬유를 융착하여 광섬유 커플러를 제조하는 방법중에서 기존의 커플러 장비 1대당 1번의 구동으로 1개의 커플러를 생산하는 방식에서 대량생산 하는 방식으로 제작하기 위한 장치를 개발하기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 커플러 제작장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 다중 광섬유 홀더를 확대한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 다중 마이크로 토치의 제작예를 도시하는 도면이다.
도 4는 도 1의 패키징부를 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 커플러 제작장치를 이용한 패키징 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
*도면의 주요부분에 대한 설명
110 : 운반 스테이지 120 : 다중 광섬유 홀더
130 : 다중 마이크로 토치 140 : 패키징부
131, 135 : 토치 지지부 132, 136 : 토치팁
133, 137 : 플레임 160 : 드라이빙 모터
상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 본 발명은 복수개의 광섬유를 2 개씩 쌍으로 하여 융착하기 위하여, 일정 부위를 가열하는 다중 마이크로 토치와, 마이크로 토치를 기준하여 양쪽으로 대칭되게 배치하며, 복수개의 광섬유를 2 개씩 동일 간격으로 고정하기 위한 다중 광섬유 홀더와, 다중 마이크로 토치, 다중 광섬유 홀더를 탑재하고 다중 광섬유 홀더가 이동가능하도록 하는 이송 스테이지를 포함하는 다중 광섬유 커플러 제작 장치을 제공한다.
또한, 다중 광섬유 커플러 제작 장치는 광섬유 홀더를 이동시키기 위하여, 광섬유를 고정하여 이동시키는 드라이빙 모터, 그리고 제조된 광섬유 커플러 각각을 패키징하는 패키징부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 다중 광섬유 커플러 제작 장치는 복수개의 광섬유들은 2 개씩 서로 꼬인 횟수가 같도록 하고, 융착 접속을 위해 가열될 부위를 동일한 길이로 벗겨낸다.
한편, 마이크로 토치 각각은, 플레임을 광섬유 커플러 각각의 접속부위에 인가하기 위하여, 일정 간격으로 배치되며 제작될 광섬유 커플러당 1 개의 토치팁이 대응되도록 제작할 수도 있고, 1 개의 토치칩으로 동시에 제조되는 광섬유 커플러 전체를 융착접속 하도록 제작할 수도 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어 져서는 안 된다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유 커플러 제작장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 광섬유 커플러 제작 장치는 다중 광섬유 홀더(120), 다중 마이크로 토치(130) 및 이들을 탑재할 수 있는 운반 스테이지(110)를 포함하여 구성되며, 바람직하게는, 다중 광섬유 홀더(120)가 운반스테이지(110)상에서 이동가능하도록 하는 드라이빙 모터(160)가 장착된다. 또한, 광섬유 커플러 제작장치는 광섬유 커플러 제작장치 내부에 함께 포함되어, 제조된 광섬유 커플러를 패키징하기 위한 패키징부(140)를 추가로 포함할 수 있다.
운반 스테이지(110)는 상부에 다중 마이크로 토치(120), 다중 광섬유 홀더(130) 및 패키징부(140)를 탑재할 수 있는 구조를 취하고 있으며, 드라이빙 모터(160)가 운반 스테이지(110)에 내부에 장착되어 복수개의 광섬유를 양쪽으로 균일한 속도와 힘으로 인장하여 광섬유 커플러들의 중요 부위에 해당하는 테이퍼 모양을 만들어 주는 기능을 수행하여 준다.
다중 광섬유 홀더(120)는 광섬유 테이퍼의 모양을 결정짓는 중요한 부분이며, 광섬유를 적절한 힘으로 균일하게 고정시킬 수 있도록 홈이 파여져 있으며 홈 간격은 2 개씩 균일하게 배열되어 있다. 도 2는 도 1의 다중 광섬유 홀더(120)를 확대한 도면이다.
도 2를 참조하면, 다중 광섬유 홀더(120)는 광섬유들을 일정 간격으로 배치할 수 있도록 일정 간격의 홈이 형성되어 광섬유들을 고정시킬 수 있는 구조를 가지고 있다. 이러한 홈의 간격과 배치에 따라 제작된 광섬유 커플러의 삽입손실이 결정된다. 즉, 삽입손실은 광섬유 커플러 제작시 필요한 2 개의 광섬유를 각 홈에서 어느 정도의 간격으로 배치하는지가 중요하다. 지나치게 넓은 간격 또는 좁은 간격은 삽입손실은 증가시키는 요인이 된다. 이때, 각 쌍의 광섬유들은 서로 감은 횟수를 같게 하고 광섬유를 융착 접속시키기 위해 마이크로 토치로 가열될 부분의 광섬유 폴리머 재킷을 동일한 길이로 벗겨낸다. 도 2에서는 7 개의 광섬유 커플러를 형성할 수 있도록 도시되어 있으나, 개수가 이에 한정되지 않음은 당연하다. 예를 들어, 다중 광섬유 홀더는 다음과 같이 제작될 수 있다. 즉, 한 쌍의 광섬유들 사이의 거리는 1mm, 한쌍의 광섬유(광섬유 커플러)와 다른 한쌍의 광섬유(광섬유 커플러) 사이의 거리 2mm, 꼬인 횟수 3/2 바퀴 등이다.
한편, 다중 마이크로 토치(130)는 열원으로 프로판 가스와 산소를 이용하여, MFC(mass flow controller)(도시되지 않음)에 의해 투입되는 가스양이 정밀하게 제어된다. 일반적으로, 토치 플레임을 흔들림없이 안정된 온도로 유지하는 것이 고품질의 광섬유 커플러를 생산하는 관건이다. 또한, 다중 마이크로 토치(130)는 광섬유의 길이 방향으로 2 내지 3cm 정도를 균일하게 가열해 주어야 하기 때문에 좌우로 이동 가능하게 설계되며, 운반 스테이지가 양쪽에서 인장력을 가하는 동안, 좌우로 움직이면서 광섬유의 융착 영역을 균일하게 하는 역할을 수행하게 된다. 융착 영역은 전술한 바와 같이 마이크로 토치로 가열하기 위해, 광섬유 폴리머 재킷을 동일한 길이로 벗겨 내어 형성된다. 다중 마이크로 토치(130)로 가열하는 부위, 즉, 융착 영역은 예를 들어 2 내지 3 cm 정도이다.
또한, 광섬유의 길이 방향으로 균일하게 가열해 주어야 하기 때문에 이동 스테이지가 광섬유를 양쪽으로 당기는 동안, 다중 마이크로 토치(130)는 좌우로 움직이면서 광섬유 영역을 균일하게 가열하게 된다. 광섬유를 인장하는 힘은 드라이빙 모터(160)에 의해 가능하다. 이에 대해서는 후술한다.
이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 다중 마이크로 토치(130)의 제작예를 설명한다.
도 3a를 참조하여 다중 마이크로 토치(130)의 첫번째 예를 설명하면, 이 경우는 플레임(131)이 각각의 광섬유를 따로 따로 가열하는 구조이다. 다중 마이크로 토치(130)는 토치 지지부(131), 복수 개의 토치팁(132)을 포함하여 구성되어 있으며, 토치팁(132) 각각은 동일한 구조를 가지고 일정간격을 유지하며 토치지지부(131)에 장착되어 있다. 토치팁(132)는 상하가 대칭으로 형성되어 있으며, 토치팁(132)의 정렬 간격은 특별히 한정되지 않고 다양하게 가능하며, 예를 들어, 2 내지 10 mm 정도이다. 복수 개의 토치팁(132) 각각은 토치 지지대(131) 내부를 통해서 전달된 가스의 양을 적당히 조절하여 플레임(133)을 발하게 된다.
도 3b를 참조하여 다중 마이크로 토치(130)의 두번째 예를 설명하면, 이 경우는 플레임(137)이 충분히 넓게 형성되는 구조이다. 이 구조는 여러 개의 광섬유를 한번에 균일 온도로 충분히 가열하는데 도움을 준다. 또한, 가스 주입량과 각 부위별 온도를 조절하여 균일한 온도조절이 가능하도록 할 수 있다. 토치팁(136) 각각은 동일한 구조를 가지고 일정간격을 유지하며 토치지지부(135)에 장착되어 있다.
도 4를 참조하여 설명하면, 패키징부(140)는 광섬유 커플러 제작장치 내부에 함께 포함되어, 제조된 광섬유 커플러를 패키징하는 역할을 수행한다. 이하, 패키징 방법에 대해서 설명하면, 패키징은 실리카-유-그루브(silica U groove)를 사용할 수 있다. 패키징부(140)의 끝부분에는 U 형상의 홈이 형성되어 있고, 이 곳에 U 그루브를 올려놓고 진공 펌프를 작동시켜 U 그루브가 흔들림 없이 고정시킨다. U 그루브는 예컨대 3 mm 정도 두께의 실리카 유리봉 안에 U자형 홈이 있는 것으로,이 홈에 퓨즈되어 테이퍼 형상을 갖는 광섬유 커플러를 올려 놓고 UV 에폭시로 양끝을 고정시키면 패키징이 끝나게 된다. 예를 들어, 홈사이의 거리는 약 4 내지 5 cm로 제작할 수 있다. 도 5는 이러한 패키징 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
바람직하게는, 패키징은 광섬유 커플러 제작 완료 후 즉시 시행하는 것이 유리하므로, 패티징부(140)는 광섬유 커플러 제작장치에 포함되어 제작된다. 이는 광섬유 커플러의 테이퍼 영역은 통상 30 mm 정도이기 때문에 핸들링이 용이하지 않고, 광섬유 홀더(130)에서 제거할 때 커플러의 커플링 특성이 변할 수 있기 때문이다.
드라이빙 모터(160)는 광섬유를 가열하는 동안 양쪽으로 인장력을 가하기 위한 기능을 수행하는데, 이는 대칭되게 배치되어 있는 다중 광섬유 홀더(120)를 서로 반대 방향으로 인장함으로써 가능하다.
본 발명을 실제 구현하여 광커플러 제작 시간을 비교해 본 결과, 종래 기술에 의한 광섬유 커플러는 10분 정도 소요된 반면, 본 실시예에 의한 광섬유 커플러 제작 시간은 10분에 10개 이상씩 제작이 가능하여, 제작공정 시간이 대폭 단축되었다. 또한, 제작완료 후 패키징 과정을 한꺼번에 처리할 수 있는 구조로 고안되어, 시간과 비용을 역시 절약할 수 있었다.
또한, 동일 구조와 동일 광 특성을 갖는 동일 스팩의 광섬유 커플러를 한번의 제작 공정으로 여러 개 제작하는 동안, 1개의 광섬유 커플러의 특성만을 측정하고, 다른 광섬유 커플러는 그 특성을 측정하지 않아도 동일한 스팩을 보장할 수 있는 광섬유 커플러들을 얻을 수 있었다.
본 고안의 사상이나 범위로부터 이탈됨이 없이 본 고안의 다양한 변경이 가능해질 수 있다. 따라서, 본 고안에 따른 구현 예에 대한 상기의 설명은 예시의 목적으로만 제공될 것이며, 첨부된 청구 범위 및, 그것의 등가물에 의해서 한정되는 본고안을 제한하기 위한 목적을 위해서 제공되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 한번의 제작 공정으로 동일 사양을 갖는 여러 개의 광섬유를 한꺼번에 제작할 수 있어 제작 공정상에서 한 개씩 광섬유 커플러를 측정하면서 만들어야 하는 불편함을 들 수 있고, 한번의 측정으로 여러 개의 광섬유 커플러를 얻을 수 있는 우수한 효과가 있어 실제 생산 공정에 적용하는 경우에도 쓰루풋(throughput)이 향상되는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 복수개의 광섬유를 2개씩 쌍으로 하여 융착하기 위하여, 일정 부위를 가열하는 다중 마이크로 토치;
    상기 마이크로 토치를 기준하여 양쪽으로 대칭되게 배치되며, 복수개의 광섬유를 2개씩 동일 간격으로 고정하기 위한 다중 광섬유 홀더; 및
    상기 다중 마이크로 토치 및 상기 다중 광섬유 홀더를 탑재하고, 상기 다중 광섬유 홀더가 이동가능 하도록 하는 이송 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광섬유 커플러 제작 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유 홀더를 이동시키기 위하여, 광섬유를 고정하여 이동시키는 드라이빙 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광섬유 커플러 제작 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제조된 광섬유 커플러 각각을 패키징하는 패키징부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 광섬유 커플러 제작 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 광섬유들은 2개씩 서로 꼬인 횟수가 같도록 하고, 융착 접속을 위해 가열될 부위를 동일한 길이로 벗겨내는 것을 특징으로 하는 다중 광섬유 커플러 제작 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 토치 각각은,
    플레임을 광섬유 커플러 각각의 접속부위에 인가하기 위하여, 일정 간격으로 배치되며 제작될 광섬유 커플러당 1 개의 토치팁이 대응되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 광섬유 커플러 제작 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 토치 각각은, 플레임을 광섬유 커플러 각각의 접속부위에 인가하기 위하여, 1 개의 토치칩으로 제조되는 광섬유 커플러 전체를 동시에 융착접속 하도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 광섬유 커플러 제작 장치.
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