KR20190033632A

KR20190033632A - 빔 확장을 위한 이중 반사 표면을 갖는 광섬유 연결부 페룰 조립체 및 이를 포함하는 확장형 빔 연결부

Info

Publication number: KR20190033632A
Application number: KR1020197007301A
Authority: KR
Inventors: 슈헤 리; 로버트 라이언 발렌스; 란드 디. 단넨버그; 매튜 장; 그레고리 엘. 클로츠
Original assignee: 나노프리시젼 프로덕츠 인코포레이션
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2019-03-29
Also published as: US10241275B2; JP7191011B2; CN109804287A; EP3500882A1; CA3034100A1; US20180081123A1; JP2019525257A; US20190219771A1; US10712503B2; WO2018035390A1

Abstract

확장형 빔 페룰이, 광섬유를 함께 유지하는, 제1 반사 표면을 갖는 제1 페룰 절반체 및 제2 반사 표면을 갖는 제2 페룰 절반체를 포함한다. 반사 표면의 쌍은 페룰의 중간-평면에 평행한 시준된 광을 출력한다. 외부 슬리브는 2개의 유사 페룰의 외부 표면을 정렬시키고, 페룰의 상응하는 제2 반사 표면들이 서로 대면된다. 하나의 페룰 내에서 유지되는 광섬유로부터의 출력 광은 반사 표면의 쌍에 의해서 2번 굽혀지고, 빔은 제1 굽힘 후에 발산되고, 제2 굽힘 후에 시준된다. 시준된 광은 슬리브에 의해서 정렬된 대면되는 제2 페룰 내의 대면되는 제2 반사 표면에 전송되고, 그러한 광에는 제1 페룰에서 취해진 것에 반대되는 광학적 재성형이 가해지고, 그에 따라 다른 페룰 내에서 유지되는 광섬유에 입력되도록 광을 수렴 및 포커싱한다.

Description

빔 확장을 위한 이중 반사 표면을 갖는 광섬유 연결부 페룰 조립체 및 이를 포함하는 확장형 빔 연결부

우선권

본원은 2016년 8월 17일자로 출원되고 그 전체 내용이 본원에서 기술된 바와 같이 전체가 참조로 포함되는 미국 가특허출원 제62/376,381호의 우선권을 주장한다. 후술되는 모든 공보는 그 전체가 본원에서 기술된 것과 같이 참조로 전부 포함된다.

정부 권리

본 발명은 미국 에너지국이 승인한 계약 제DE-SC0009617호 하의 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명에서 특정 권리를 갖는다.

발명의 분야

본 발명은 광학적 빔 확장형 빔 연결부, 특히 확장형 빔 연결부 내의 페룰 조립체에 관한 것이다.

광섬유 도파관을 통해서 광 신호를 전송하는 것은 많은 장점을 가지며, 그 이용은 다양하다. 단일 또는 복수의 섬유 도파관이 단순히 가시적인 광을 원격 위치로 전송하기 위해서 이용될 수 있다. 복잡한 전화 통신 및 데이터 통신 시스템이 도파관 내의 광학적 신호를 통해서 디지털화된 데이터를 전송할 수 있다. 이러한 적용예는 섬유들을 단부-대-단부 관계로 커플링시키고, 그러한 커플링은 광 손실의 하나의 원인이 된다. 섬유 링크 내의 광학적 손실이 시스템을 위한 특정 광손실 버짓(optical loss budget) 미만이 되도록 보장하기 위해서, 섬유의 2개의 폴리싱된 단부의 정밀한 정렬이 요구된다. 단일-모드 원격통신-등급 섬유의 경우에, 이는 전형적으로 1000 nm 미만인 연결부 섬유 정렬 공차에 상응한다. 이는, 다수-기가비트 레이트(multi-gigabit rate)에서 작동되는, 평행한 섬유 및 단일 섬유 링크들 모두에서, 섬유들을 정렬시키기 위해서 적용되는 구성요소들이 미크론-이하의 정밀도로 조립 및 제조되어야 한다는 것을 의미한다.

광섬유 연결에서, 광섬유 연결부는, 하나의 또는 다수의 섬유를 포함하는 케이블의 단부에서 종료되고, 스플라이싱(splicing)에 비해서 더 빠른 연결 및 분리를 가능하게 한다. 연결부는, 광이 단부-대-단부로 전달될 수 있도록, 섬유들의 코어들을 기계적으로 커플링시키고 정렬시킨다. 광섬유의 단부는 페룰 내에서 지지되고, 광섬유의 단부 면은 일반적으로 페룰의 단부 면과 같은 높이이거나 그로부터 약간 돌출된다. 연결부 조립체 내의 상보적 페룰들이 교합될 때, 하나의 페룰의 광섬유가 다른 페룰 내의 교합 광섬유와 정렬된다. 양호한 연결부에서, 섬유의 반사 또는 오정렬로 인한 광손실이 매우 작다. 병렬/다수 섬유 모두 및 단일 섬유 링크에서, 다수-기가비트 레이트에서 동작되는 연결부는 미크론 이하의 정밀도로 제조된 하위 구성요소와 함께 조립되어야 한다. 그러한 정밀도 레벨을 갖는 부품들을 생산하는 것이 아주 어렵지 않은 것처럼, 결과적인 최종 제품이 경제적이 되게 하기 위해서, 이는 자동화된 고속 프로세스에서 이루어져야 한다.

일부 적용예에서, 교합되는 광섬유들의 단부 면들이 서로 물리적으로 접촉되어, 교합 광섬유 쌍 사이에서 신호를 전송을 실시한다. 그러한 적용예에서, 섬유 단부 면 내의 불규칙부, 버어(burr) 또는 스크래치, 광섬유 쌍의 오정렬뿐만 아니라, 교합 계면에서의 광섬유들 사이의 분진 또는 파편과 같은, 다양한 인자가 광섬유 쌍 사이의 광 전송의 효율을 감소시킬 수 있다. 분진 또는 파편과 같은 임의의 이물질의 크기에 비해서 작은 광학적 경로로 인해서, 임의의 그러한 이물질은 광의 전송과 간섭할 것이다.

이제까지, 종래 기술의 확장형 빔 연결부는 광학 빔의 크기를 확장하도록 그리고 연결부들 사이의 공기 간극을 통해서 빔을 전송하도록 개발되었다. 빔을 확장함으로써, 분진 또는 파편과 빔 사이의 상대적인 크기 차이가 증가되고, 그에 따라 이는 임의의 분진 또는 파편뿐만 아니라 임의의 오정렬이 광전송의 효율에 미치는 영향이 감소된다. 결과적으로, 확장형 빔 광섬유 연결부는 비교적 더러운 그리고 큰 진동의 환경에서 종종 바람직하다.

이제까지, 종래 기술의 확장형 빔 연결부는 각각의 광섬유의 단부 면에 인접하여 장착된 렌즈를 포함한다. 2가지 유형 - 시준 및 교차-포커싱(cross-focusing) - 의 렌즈가 일반적으로 이용된다. 시준 렌즈는 제1 광섬유로부터 광 출력을 수용하고 빔을 비교적 큰 직경까지 확장시킨다. 시준 렌즈를 이용할 때, 제2 렌즈 및 페룰 조립체는 확장된 빔을 수용하기 위해서 제2 광섬유의 단부 면에 인접하여 배치되는 시준 렌즈로 유사하게 구성되고, 제2 광섬유의 입력 단부 면에서 빔을 재포커스한다. 교차-포커싱 렌즈는 제1 광섬유로부터 광을 수용하고, 이를 비교적 큰 직경까지 확장시키고, 이어서 특정 포컬 지점(focal point)에서 비교적 큰 직경으로부터 광을 포커스한다. 교차-포커싱 렌즈에서, 렌즈 및 페룰 조립체는, 당업계에 알려진 바와 같이, 교차-포커싱 렌즈를 갖는 다른 렌즈 및 페룰 조립체와 또는 비-렌즈형 페룰 조립체와 교합될 수 있다.

현재, 종래 기술의 광섬유 연결부의 제조 비용이 너무 높고, 보다 큰 신뢰성 및 손실 특성이 요구된다는 것이 일반적으로 인식되어 있다. 확장형 빔 연결부 내의 렌즈는, 조립체 내에서 광섬유의 단부 면에 광학적으로 커플링될 필요가 있는, 그에 따라 부가적인 구성요소 비용 및 부가적인 제조 비용을 필요로 하는, 부가적인 구성요소이다. 종래 기술의 확장형 빔 연결부는 비교적 큰 삽입 손실 및 복원 손실을 여전히 초래한다.

섬유 광학기기가 매우 짧은 하울(haul) 및 매우 짧은 도달거리 적용예를 위한 통신 매체의 선택인 경우에, 광섬유 연결부 생산비가 감소되어야 한다. 통신 시스템, 데이터 프로세싱 및 다른 신호 전송 시스템에서의 비교적 광범위하고 점점 증가되는 광섬유의 이용은, 종단된 광섬유 말단부들을 내부-연결하기 위한 만족스럽고 효율적인 수단의 수요를 창출하였다.

그에 따라, 삽입 손실이 작고 복원 손실이 작은 그리고 큰 처리량(throughput) 및 저비용으로 제조될 수 있는, 개선된 광섬유 확장형 빔 연결부를 개발하는 것이 바람직하다.

본 발명의 특성 및 장점뿐만 아니라 그 바람직한 사용 모드의 보다 완전한 이해를 위해서, 첨부 도면과 함께 기술된 이하의 구체적인 설명을 참조하여야 할 것이다. 이하의 도면에서, 유사한 참조 번호는 도면 전체를 통해서 유사한 또는 같은 부분을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개의 정렬된 페룰 사이의 광학적 경로의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 정렬 슬리브를 갖는 2개의 페룰의 커플링을 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 페룰 조립체의 여러 도면을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3의 광섬유 페룰 조립체 내에서 볼록한 반사 표면을 갖는 페룰 절반체의 여러 도면을 도시한다.
도 5a 및 도 5b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3의 광섬유 페룰 조립체 내에서 오목한 반사 표면을 갖는 상보적인 페룰 절반체의 여러 도면을 도시한다.
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 반사 표면을 갖는 삽입체를 구비한 광섬유 페룰 조립체의 여러 도면을 도시한다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 반사 표면을 갖는 리벳 삽입체를 구비한 광섬유 페룰 조립체의 여러 도면을 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 리벳 삽입체를 수용하기 위한 페룰 절반체의 대안적인 구성을 도시한다.
도 9a 내지 도 9i는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 반사 표면을 갖는 리벳 삽입체를 구비한 광섬유 페룰 조립체의 여러 도면을 도시한다.
도 10a 내지 도 10d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3의 페룰 조립체를 통합하는 광섬유 연결부를 도시한다.

본 발명은, 낮은 삽입 및 복원 손실, 사용 용이성 및 환경 민감도가 낮은 높은 신뢰성을 포함하여, 종래 기술의 페룰 및 연결부의 많은 단점을 극복한, 그리고 저비용으로 제조될 수 있는, 광섬유 확장형 빔 연결부 내의 광 빔을 확장하기 위한 광섬유 페룰 또는 페룰 조립체를 제공한다. 본 발명의 페룰의 구성의 경우에, 다수-섬유를 위한 본 발명의 페룰을 포함하는 광섬유 연결부의 하우징의 풋-프린트(foot-print) 또는 형상 인자는, 단일 섬유만을 위해서 설계된 종래 기술의 원통형 페룰을 현재 이용하는 하우징의 풋-프린트 또는 형상 인자와 유사할 수 있다(즉, 본 발명의 페룰은, SC, FC, ST, SMA, LC, Dual LC, 등의 유형의 하우징과 같은, 단일 섬유를 위해서 설계된 산업 표준 연결부 하우징에 포함될 수 있다).

본 발명의 일 양태에서, 본 발명의 페룰 조립체는 통합된 제1 반사 표면을 갖는 제1 페룰 절반체 및 제2 반사 표면을 갖는 상보적인 제2 페룰 절반체를 포함하고, 그러한 절반체들은 함께 확실하게 유지되고 적어도 하나의 광섬유의 단부를 페룰 절반체/조립체의 외부 기하형태에 대해서 정확하게 정렬시킨다. 일 실시예에서, 홈이 페룰 절반체 상에 제공되어 (노출된 클래딩(cladding)으로, 보호 버퍼 및 자켓 층이 없이) 각각의 광섬유의 단부에서 노출 섹션(bare section)을 유지 및 정렬시킨다. 그에 따라, 광섬유의 단부는 페룰 조립체에 의해서 종단된다.

통합된 제1 반사 표면은, 광섬유의 단부 면을 넘어서, 제1 페룰 절반체의 원위 단부 부근에 위치되고, 이는 광을 페룰 조립체 내에서 유지되는 광섬유의 광학 축에 대해서 굽힌다. 일 실시예에서, 제1 반사 표면은 광을 광섬유로부터 90도 만큼 발산 방식으로 굽힌다(또는, 역으로, 광을 광섬유의 코어에 포커싱한다). 일 실시예에서, 페룰 조립체는 복수의 광섬유를 유지하고 제1 페룰 절반체 상에 제공된 복수의 제1 반사 표면과 정렬시키도록 구성되고, 각각의 제1 반사 표면이 하나의 광섬유에 상응한다.

통합된 제2 반사 표면은, 제1 페룰 절반체 내의 제1 반사 표면에 상응하는 위치에서, 제2 페룰 절반체의 원위 단부 부근에 배치되고, 그에 따라, 제1 및 제2 페룰 절반체가 교합 방식으로 부착되어 전체 페룰 조립체를 형성할 때, 페룰 조립체의 길이방향 축에 수직인 평면 내에서, 제1 반사 표면이 제2 반사 표면과 중첩된다. 제2 반사 표면은 제1 반사 표면으로부터의 광 경로와 관련하여 광을 굽힌다. 일 실시예에서, 제2 반사 표면은 광을 시준 방식으로 90도 만큼 제1 반사 표면으로부터 굽힌다(또는, 역으로, 광을 제1 반사 표면에 수렴시킨다). 일 실시예에서, 제2 페룰 절반체는 복수의 제2 반사 표면과 함께 구성되고, 각각의 제2 반사 표면은 하나의 제1 반사 표면 및 광섬유에 상응한다.

제1 페룰 절반체 내의 제1 반사 표면은, 제1 페룰 조립체 내에서 유지되는 광섬유의 단부 면으로부터의 출력 광을 굽히고(즉, 전환시키거나 접고) 재성형하는(즉, 시준하는) (또는 역으로, 제2 반사 표면으로부터의 입사 광을 굽히고 재성형(즉, 포커스)하는) 반사 기하형태로 구조화된다. 제2 페룰 절반체 내의 제2 반사 표면은, 제1 반사 표면으로부터의 입사 광을 굽히고(즉, 전환시키거나 접고) 재성형하는(즉, 시준하는) (또는 역으로, 입사 광을 제1 페룰 절반체 내의 제1 반사 표면으로 반사시키기 위해서 수렴시키는) 반사 기하형태로 구조화된다. 제1 및 제2 페룰 절반체의 조립 후에, 광 신호가 제1 및 제2 반사 표면 사이에서 전달될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 반사 표면은 볼록 반사(예를 들어, 비구면 볼록 거울 표면)가 되도록 구조화되고, 제2 반사 표면은 오목 반사(예를 들어, 비구면 오목 거울 표면)가 되도록 구조화된다. 대안적으로, 제1 반사 표면은 광 발산 특성을 갖는 오목 반사가 되도록 구조화될 수 있다. 구조화된 제1 반사 표면은 희망 광학 경로를 따라서 광섬유의 광학 축과 광학적으로 정렬되고, 광섬유의 단부 면은 제1 반사 표면으로부터 미리 결정된 희망 거리에 위치된다. 시준된 확장 빔의 스폿 크기는, 광섬유의 단부 면과 제1 반사 표면(발산/포커싱 표면) 사이의 광학 경로를 따른 거리, 제1 반사 표면의 기하형태(발산/포커싱 표면) 그리고 추가적으로 제1 및 제2 반사 표면(시준/수렴 표면) 사이의 거리와 관련된다.

제1 및 제2 반사 표면은, (예를 들어, 제1 및/또는 제2 페룰 절반체 상에 제공된 정렬 표면 특징부 및/또는 지표에 의존하여) 제1 및 제2 페룰 절반체를 피동적으로 정렬함으로써 피동적으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 반사 표면은, 반사 표면들 사이에서 광학적 신호를 통과시킴으로써, 능동적으로 정렬될 수 있다.

페룰 조립체는 외부 정렬 슬리브의 상보적 표면(즉, 일반적으로 원통형 또는 관형인 슬리브의 내측 표면)과의 정렬을 위한 외부 표면을 갖는다. 페룰 조립체의 외부 표면은 일반적으로 원통형이고, 일반적으로 타원형인 횡단면을 갖는 접촉 표면 프로파일을 갖는다. 2개의 유사하게 종단되는 광섬유가 정렬 슬리브에 의해서 단부-대-단부로 광학적으로 커플링될 수 있다.

사용 시에, 2개의 유사한 페룰 조립체가 정렬 슬리브 내로 삽입되고, 각각의 페룰 조립체의 연장된 단부의 반사 표면들이 서로 대면된다. 제1 페룰 조립체 내에서 유지되는 광섬유로부터의 출력 광은, 제2 페룰 절반체에 위치되는 대면되는 제2 반사 표면으로 전송되도록, 제1 반사 표면에 의해서 굽혀지고 발산되고, 그에 이어서, 제1 페룰 조립체로부터 출력되도록 그리고 유사한 광학적 구성 및 경로의 대면되는 제2 페룰 조립체 내의 제2 페룰 절반체의 입력부로 지향되도록, 제2 반사 표면에 의해서 광이 굽혀지고 시준된다. 제1 페룰 조립체 내의 광학적 경로는, 일 실시예에서 2개의 90-도 굽힘부를 포함하는, "Z"와 유사하다. 제2 페룰 조립체 내로의 광에는, 제1 페룰 조립체 내에서 발생된 광학적 재성형의 반대가 적용된다. 구체적으로, 제2 페룰 조립체 내로의 광은 제2 페룰 절반체 상의 제2 반사 표면에 의해서 굽혀지고 수렴되며, 그에 이어서 제1 페룰 절반체 상의 제1 반사 표면에 의해서 추가적으로 굽혀지고 포커스된다. 제2 페룰 조립체 내의 광학적 경로는, 일 실시예에서 2개의 90-도 굽힘부를 또한 포함하나, 제1 페룰 조립체에 비해서 반대인, "Z"와 유사하다.

일 실시예에서, 반사 표면은 각각 페룰 절반체의 본체로부터 먼 쪽으로 대면되는 불투명한 자유 표면이다. 자유 표면은 외부(예를 들어, 공기 또는 지수 정합 재료(index matching material))에 노출되고, 자유 표면으로 지향되는 입사 광을 외부 측면으로부터 반사시킨다(즉, 입사 광은 페룰의 본체를 통해서 지향되지 않는다).

본 발명의 다른 양태에서, 페룰 구성요소 및/또는 슬리브는, 금속 블랭크 재료를 스탬핑하는 것과 같은 큰 처리량의 프로세스에 의해서 정밀하게 형성된다. 일 실시예에서, 페룰 본체는, 큰 경직성(예를 들어, 스테인리스 강), 화학적 불활성(예를 들어, 티타늄), 큰 온도 안정성(니켈 합금), 작은 열 팽창(예를 들어, Invar)를 가지도록, 또는 열 팽창을 다른 재료에 대해서 정합시키도록(예를 들어, 유리 정합을 위한 Kovar) 선택될 수 있는, 금속 재료로 제조된다. 각각의 페룰 절반체가 스탬핑되어, 페룰 절반체 내의 하위-구성요소의 추가적인 부착을 필요로 하지 않는, 일체형 또는 단일체형 본체를 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 페룰 조립체는 광섬유 연결부 내에 통합된다.

본 발명에 따른 페룰은 종래 기술의 결함 중 많은 것을 극복하며, 그에 따라 사용의 용이성 및 환경 민감성이 낮은 큰 신뢰성을 제공하고 저비용으로 제조될 수 있는, 낮은 삽입 손실 및 복원 손실을 갖는 광섬유 확장형 빔 연결부를 초래한다.

따라서, 본 발명은: 광섬유를 함께 유지하는, 제1 반사 표면을 갖는 제1 페룰 절반체 및 제2 반사 표면을 갖는 제2 페룰 절반체를 포함하는 확장형 빔 페룰에 관한 것이다. 반사 표면의 쌍은 페룰의 중간-평면에 평행한 시준된 광을 출력한다. 외부 슬리브는 2개의 유사 페룰의 외부 표면을 정렬시키고, 페룰의 상응하는 제2 반사 표면들이 서로 대면된다. 하나의 페룰 내에서 유지되는 광섬유로부터의 출력 광은 반사 표면의 쌍에 의해서 2번 굽혀지고, 빔은 제1 굽힘 후에 발산되고, 제2 굽힘 후에 시준된다. 시준된 광은 슬리브에 의해서 정렬된 대면되는 제2 페룰 내의 대면되는 제2 반사 표면에 전송되고, 그러한 광에는 제1 페룰에서 취해진 것에 반대되는 광학적 재성형이 가해지고, 그에 따라 다른 페룰 내에서 유지되는 광섬유에 입력되도록 광을 수렴 및 포커싱한다.

바람직한 실시예에 관한 구체적인 설명

본 발명은 도면을 참조한 여러 실시예를 참조하여 이하에서 설명된다. 본 발명이 이러한 발명의 목적을 달성하기 위한 최적의 모드와 관련하여 설명되지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고도, 이러한 교시 내용을 고려하여 변경할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광섬유 연결부 내에 통합된 2개의 정렬된 페룰 조립체들 사이의 광학적 경로를 도시한 개략도이다. 간결함을 위해서, 이하에서, "페룰 조립체"를, 2개의 페룰 절반체를 갖는, "페룰"로서 단순하게 지칭할 것이다. 페룰에 관한 추가적인 상세 내용이 이하에서 개시될 것이다.

도 1a는 공급원 페룰(12S)로부터 수용 페룰(12R)까지의 광 빔(L)을 개략적으로 도시한다. 공급원 페룰(12S) 및 수용 페룰(12R) 각각은, 2개의 페룰들 사이에서 유사한 광학적 기하형태를 갖는, 통합된 반사 표면(R1(예를 들어, 발산/포커싱 거울) 및 R2(예를 들어, 시준/수렴 거울))의 쌍을 포함한다. 일 실시예에서, 페룰들(12R 및 12S)이 유사한 또는 동일한 전체적인 물리적 구조를 가질 수 있다. 각각의 페룰 내의 반사 표면들(R1 및 R2)의 쌍이 서로 (페룰의 길이방향 축에 수직인 횡단면 평면 내에서) 중첩되고 대면된다. 공급원 페룰(12S) 내에서 유지되는 광섬유(24)의 출력 단부(코어)로부터 방출되는 광 빔(L)은, 반사 표면(R2)에서 입사되도록, 그 반사 표면(R1)에 의해서 전환되고 발산된다. 광 빔(L)은, 수용 페룰(12S)에 위치되는 상응 반사 표면(R2)에 입사되도록, 반사 표면(R2)에 의해서 전환 및 시준되고, 이어서 이는 시준된 광 빔을 수용 페룰(12R) 내의 R1으로 전환 및 수렴시킨다. 이어서, 반사 표면(R1)은 수용 페룰(12R) 내에서 유지되는 광섬유(24)의 입력 단부(코어)에서 광 빔을 전환 및 포커스한다. 일 실시예에서, 각각의 페룰 내의 반사 표면(R1 및 R2)은 광을, 광섬유 축/길이방향 축/(이하에서 설명되는 실시예에서 페룰 절반체(13 및 14)의 교합 평면(P)에 상응하는) 페룰의 중간-평면(P)에 평행한 방향으로, 광섬유(24)로부터/로 페룰로/로부터 반사시키도록 구성된다. 각각의 페룰 내의 광학적 경로(L)는, 예시된 실시예에서 2개의 90-도 굽힘부를 포함하는, "Z"와 유사하다.

도 1b는 반사 표면(R1 및 R2)의 쌍의 상대적인 기하형태들을 개략적으로 도시한다. 개략적으로 도시된 바와 같이, 반사 표면(R1)은 볼록 반사 표면(예를 들어, 볼록한 비구면 반사 표면)이고, 반사 표면(R2)은 오목 반사 표면(예를 들어, 오목한 비구면 반사 표면)이다.

도 1c에 도시된 바와 같이, 광학적 경로(L)는, 각각의 페룰 내에서 2개의 90-도 굽힘부를 포함하는, 각각의 페룰(12R 및 12S) 내의 "Z"와 유사하다. 광섬유(24)의 광학 축들(또는 중심선들)은, 페룰 절반체(13 및 14)의 교합 평면(P)에 상응하는, 각각의 페룰의 중간-평면(P)에 실질적으로 평행하게 이격된다. 공급원 페룰(12S)로부터 출력된 광 및 수용 페룰(12R) 내로 입력되는 광은, 각각의 페룰 내에서 유지되는 광섬유(24)의 광학 축(또는 중심선)에 실질적으로 평행하다. 각각의 광섬유(24)의 중심선은 각각의 페룰(12R 및 12S) 내의 중간-평면(P)의 양 측면 상에서 오프셋되고 이에 대해서 평행하다.

공급원 페룰(12S) 내에서, 페룰(12S) 내에서 유지되는 공급원 광섬유(24)로부터의 방출 광 빔(L)의 발산의 경우에, 광 빔(L)은, 반사 표면(R1)에 도달하기 전에, 확장되고, 이는, 시준 반사 표면(R2)에 도달하기 전에, 광을 더 발산/확장시킨다. 따라서, 결과적인 시준된 광은, 광섬유(24)의 단부 면으로부터 방출되는 광 빔의 스폿 크기보다, 상당히 더 큰 직경/스폿 크기(S)를 가질 것이다(도 1c 참조). 따라서, 페룰들(12S 및 12R) 사이의 광 빔(L)의 섹션은, 도 1c에 도시된 바와 같이, 확장된 빔이 될 것이다. 예시된 바와 같이, 각각의 페룰(12R 및 12S)의 상응 반사 표면(R2)이, 페룰들(12S 및 12R) 사이에서 서로에 대해서 노출된다. 반사 표면(R2)은 각각의 페룰(12R 및 12S)의 단부에 위치되는 개구부를 통해서 광학적으로 노출된다. 그러나, 반사 표면(R1)은 각각의 페룰(12R 및 12S)의 단부에 위치되는 임의의 개구부를 통해서 광학적으로 노출되지 않는다.

방출/입사를 위한 섬유 중심선 및 페룰 개구부가 페룰의 중간-평면(P)의 양 측부에서 (예를 들어, 약 0.15 mm의) 거리에 위치되고 그러한 평면에 평행한 경우에, (예를 들어, 약 0.3 mm의) 공간이 반사 표면들(R2 및 R1)(후자는 섬유 중심선에 상응한다) 사이에 존재한다. 이러한 공간 및 페룰 개구부는, 페룰의 개방 단부로부터 진입하는 분진 및 파편을 유지할 수 있는 공동(19)을 생성한다. 투명 창이 분진 캡(D)으로서 이용되고, 이는 공동(19)을 밀봉하기 위해서 각각의 페룰의 개방 단부 위에 배치된다. (분진 캡(D)의 구조는 도 3c와 관련하여 이하에서 더 설명될 것이다.) 도 1c에 더 도시된 바와 같이, 대면되는 페룰들 내의 광섬유들(24)의 단부 면들 사이에는 물리적 접촉이 존재하지 않는다. 도 1c가 페룰들의 분진 캡들(D) 사이의 공간을 도시하지만, 사용 시에, 페룰의 단부들은 분진 캡(D)에서 서로에 대항하여 가압된다. 그러나, (비록 축방향 주위의 측방향 정렬은 (도 2c에 도시된) 정렬 슬리브의 이용에서 여전히 요구되지만) 페룰의 축방향으로 페룰(12R 및 12S)의 정렬을 유지할 필요가 없는데, 이는 축방향으로 연장되는 빔이 섬유 단부 면 사이의 거리에 대한 요건을 완화하기 때문이다. 페룰 단부 면의 기계적 폴리싱이 필요치 않을 수 있고, 그에 따라 제조 프로세스를 단순화하고 제조비를 줄인다. 또한, 확장된 빔의 비교적 더 큰 스폿 크기는 분진 및 파편에 의한 오염의 영향을 감소시킨다. 광섬유(24)의 단부 면들 사이의 물리적 접촉이 필요치 않은 경우에, 광섬유 연결부들 사이의 기계적 계면의 내구성이 높아질 것이다. 더 약한 축방향 예비-부하 힘(preload force)이 이용될 수 있는데, 이는 대향 섬유 단부 면들의 물리적 접촉이 필요치 않기 때문이다. 또한, 광섬유 연결부들 사이의 더 큰 오정렬이 용인될 수 있는데, 이는 더 큰 빔 직경이 연결부들 사이의 더 큰 오정렬을 허용하기 때문이다.

공동(19)은 빈 상태로(즉, 공기로 충진되어) 유지될 수 있거나, 섬유 단부의 계면에서 반사를 최소화하기 위해서 상이한 굴절률을 가지는 상이한 재료(예를 들어, 광섬유의 코어에 합치되는 굴절률을 가지는 중합체 또는 에폭시)로 충진될 수 있다. 공동(19)을 다른 재료로 충진하는 것은, 입자/분진이 공동 내에 포획되는 것을 방지하고 반사 표면(R1 및 R2)의 손상을 방지하는 부가적인 장점을 갖는다.

도 2a 내지 도 2d는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 정렬 슬리브를 갖는 (도 2a에 도시된 것과 유사한 구조의) 2개의 페룰의 커플링을 도시한다. 각각의 페룰(12R 및 12S)은 외부 정렬 슬리브(20)의 상보적 표면(즉, 일반적으로 원통형 또는 관형인 슬리브(20)의 내측 표면)과의 정렬을 위한 외부 표면을 갖는다. 각각의 페룰의 외부 표면은 일반적으로 원통형이고, 일반적으로 타원형인 횡단면을 갖는 접촉 표면 프로파일을 갖는다. 2개의 유사하게 종단된 광섬유가 정렬 슬리브(20)에 의해서 단부-대-단부로 광학적으로 커플링될 수 있고, (도 2a에 도시된 바와 같은) 2개의 유사한 페룰(12)이 정렬 슬리브(20) 내로 삽입되고, 각각의 페룰의 반사 표면들(R2)이 서로 대면되어, 도 1c에 도시된 광학 경로에 일치된다.

도 2b를 참조하면, 분리된 페룰(12R 및 12S)이 제공되고, 그러한 페룰은 정렬 슬리브(20)를 위한 적어도 유사한 외부 곡선형 표면 프로파일, 및 2개의 페룰 사이에서 유사한 광학적 기하형태를 갖는 유사한 반사 표면(R1 및 R2)을 갖는다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 각각의 페룰(12R, 12S)은 섬유 케이블 리본(23)의 복수의 광섬유를 종단시킨다. 페룰(12R 및 12S)이 각각의 반사 표면(R1 및 R2)과 커플링되어, 도 1c에 도시된 구성과 일치된다. 슬리브(20)는 도 2b에 도시되어 있지 않으나, 도 2c에는 도시되어 있다. 페룰(12R 및 12S)은 슬리브(20)에 의해서 축방향으로 정렬된다. 페룰들 사이에서 반사되는 확장된 광 빔은 길이방향 축에 대해서 그리고 페룰의 중간-평면(교합 평면)(P)에 대해서 평행하다. 페룰(12)의 중간-평면(P)은 또한 각각의 페룰(12R 및 12S) 내의 페룰 절반체(13 및 14)의 교합 평면이다. 이러한 실시예에서, 정렬 슬리브(20)는, 페룰(12R 및 12S)의 외부 표면 프로파일에 일치되는, 분할 슬리브이다. 정렬 슬리브(20)는, 광학적 경로(L)를 갖는 도 1c에 도시된 정렬된 위치를 달성하기 위해서 페룰(12R 및 12S)의 외부 표면들을 정렬시키는 것에 의해서 광섬유(24)를 정렬시킨다(전술한 바와 같이, 페룰 단부들 사이의 간격은 존재하지 않는데, 이는 페룰들이 슬리브 내로 삽입되어 서로에 대해서 접경되기 때문이다).

다른 실시예에서, 전술한 확장형 빔 페룰이, 광학 장치(예를 들어, 밀폐식으로 밀봉된 광전자 모듈(OM)의 하우징(H))에 부착된 탈착 가능한 말단 페룰(12T)(즉, "피그테일(pigtail)")일 수 있다. 유사한 확장형 빔 페룰(12P)(예를 들어, 패치 코드)로 종단된 광섬유 리본(23)은, 정렬 슬리브(20)(예를 들어, 페룰(12T 및 12P)을 수용하기 위한 크기의 상보적인 형상을 갖는 분할 슬리브)를 이용하여, 말단 페룰(12T)에 연결될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예는, 양수인에게 포괄적으로 양도된, 이하에서 설명되는 특허 공개에서 개시된 개념을 포함하여, 광학적 데이터 전송과 함께 이용하기 위한 광학적 벤치 하위조립체를 포함하는 다양한 소유권을 포함하는, 본 발명의 양수인인 nanoPrecision Products, Inc.이 개발한 진보적인 개념의 일부를 포함한다.

예를 들어, PCT 특허출원 공개 제WO2014/011283A2호는, 종래 기술의 페룰 및 연결부의 많은 단점을 극복하고 전술한 무핀(pin-less) 정렬 페룰을 더 개선한, 광섬유 연결부용 페룰을 개시한다. 광섬유 연결부는 광섬유 페룰을 포함하고, 그러한 광섬유 페룰은 슬리브를 이용하여 복수의 광섬유의 어레이를 다른 페룰 내에서 유지되는 광섬유에 대해서 정렬시키기 위한 대체로 계란형인 횡단면을 갖는다.

미국 특허출원 공개 제US2013/0322818A1호는, 광학적 데이터 신호를 라우팅하기 위한 스탬핑된 구조화된 표면을 가지는 광학적 벤치 형태인, 광학적 신호를 라우팅하기 위한 광학적 결합 장치를 개시한다. 광학적 벤치는 그러한 미국 특허출원 공개에서 규정된 구조화된 표면을 가지는 금속 기부를 포함하고, 그러한 구조화된 표면은, 입사 광을 굴곡시키고, 반사시키며, 및/또는 재성형하는 표면 프로파일을 갖는다. 기부는, 구조화된 표면과 광학적 구성요소 사이에 형성된 경로를 따라 광이 전송될 수 있도록 기부 상의 광학적 구성요소(예를 들어, 광섬유)를 구조화된 표면과 정밀한 광학적 정렬로 정밀하게 배치하는 것을 돕기 위한 표면 특징부로 구성된, 정렬 구조물을 추가적으로 형성하며, 구조화된 표면 및 정렬 구조물은 광학적 벤치를 형성하기 위해서 가단성 금속 재료를 스탬핑하는 것에 의해서 기부 상에서 일체로 형성된다.

미국 특허출원 공개 제US2015/0355420A1호는 광 통신 모듈 내에서 이용하기 위한 광학적 신호를 라우팅하기 위한 광학적 결합 장치, 특히 광학적 벤치 형태의 광학적 결합 장치를 더 개시하며, 여기에서 입사 광을 굴곡시키고, 반사시키며, 및/또는 재성형하는 표면 프로파일을 가지는 구조화된 반사 표면이 금속 기부 상에 일체로 형성된다. 구조화된 표면과 광학적 구성요소 사이에 형성된 경로를 따라 광이 전송될 수 있도록, 정렬 구조물은, 기부 상의 광학적 구성요소(예를 들어, 광섬유)를 구조화된 표면과 광학적 정렬로 배치하는 것을 돕기 위한 표면 특징부로 구성된, 기부 상에 형성된다. 구조화된 표면 및 정렬 구조물은 기부의 가단성 금속 재료를 스탬핑하는 것에 의해서 기부 상에서 일체로 형성된다. 구조화된 표면과 광학적 구성요소 사이에 형성된 경로를 따라 광이 전송될 수 있도록, 정렬 구조물은 기부 상의 광학적 구성요소를 구조화된 표면과 광학적 정렬로 피동적으로 정렬하는 것을 돕는다.

미국 특허출원 공개 제US2013/0294732A1호는 통합된 광학적 요소를 가지는 밀폐식 광섬유 정렬 조립체, 특히 광섬유의 단부 섹션을 수용하는 복수의 홈을 가지는 금속 페룰 부분을 포함하는 광학적 벤치를 포함하는 밀폐식 광섬유 정렬 조립체를 더 개시하며, 그러한 홈은 페룰 부분에 대한 단부 섹션의 위치 및 배향을 규정한다. 조립체는 광섬유의 입/출력을 광전자 모듈 내의 광전자 장치에 결합하기 위한 통합된 광학적 요소를 포함한다. 광학적 요소는 구조화된 반사 표면의 형태일 수 있다. 광섬유의 단부는 구조화된 반사 표면에 대해서 규정된 거리에서 그와 정렬된다. 구조화된 반사 표면 및 섬유 정렬 홈은 금속 기부 상에 그러한 특징부를 형성하기 위해서 가단성 금속을 스탬핑하는 것에 의해서 형성될 수 있다.

미국 특허 제7,343,770호는 작은 공차의 부품을 제조하기 위한 신규한 정밀 스탬핑 시스템을 개시한다. 그러한 진보적인 스탬핑 시스템이 다양한 스탬핑 프로세스에서 구현되어 전술한 특허 공보에서 개시된 장치를 생산할 수 있다. 이러한 스탬핑 프로세스는, 다른 형성된 표면 특징부와 정밀하게 정렬된 희망 기하형태를 가지는 반사 표면을 포함하는, 엄격한(즉, 작은) 공차로 최종적인 전체 기하형태 및 표면 특징부의 기하형태를 형성하기 위해서, 원재료(예를 들어, 금속 블랭크)를 스탬핑하는 것을 포함한다.

미국 특허출원 공개 제US2016/0016218A1는 상이한 금속 재료들로 이루어진 주요 부분 및 보조 부분을 가지는 기부를 포함하는 복합 구조물을 더 개시한다. 기부 및 보조 부분은 스탬핑에 의해서 성형된다. 보조 부분이 스탬핑됨에 따라, 보조 부분은 기부와 서로 맞물리고, 동시에, 구조화된 반사 표면, 광섬유 정렬 특징부 등과 같은, 보조 부분 상의 희망하는 구조화된 특징부를 형성한다. 이러한 접근방식으로, 비교적 덜 중요한 구조화된 특징부는 비교적 큰 공차를 유지하기 위한 적은 노력으로 기부의 벌크 상에서 성형될 수 있는 한편, 보조 부분 상의 비교적 더 중요한 구조화된 특징부는, 비교적 작은 공차로 치수, 기하형태, 및/또는 마무리를 규정하기 위한 추가적인 사항을 고려하여, 더 정밀하게 성형된다. 보조적인 부분은 상이한 구조화된 특징부들을 스탬핑하기 위한 상이한 성질들과 연관된 2개의 상이한 금속 재료들로 이루어진 추가적인 복합 구조물을 포함할 수 있다. 이러한 스탬핑 접근 방식은 미국 특허 제7,343,770호의 초기 스탬핑 프로세스를 개선하고, 여기에서 스탬핑되는 원재료는 균질한 재료(예를 들어, Kovar, 알루미늄, 등과 같은 금속의 스트립)이다. 스탬핑 프로세스는 단일의 균질한 재료로부터 구조적 특징부를 생산한다. 그에 따라, 상이한 특징부들은 하나 이상의 특징부에 대해서 최적화되지 않을 수 있는 재료의 성질을 공유할 수 있다. 예를 들어, 정렬 특징부를 스탬핑하기에 적합한 성질을 가지는 재료는, 광학적 신호 손실을 감소시키기 위한 최적의 광 반사 효율을 가지는 반사 표면 특징부를 스탬핑하기에 적합한 성질을 가지지 않을 수 있다.

전술한 진보적인 개념은 본원에서 참조로 포함되며, 본 발명의 개시를 돕기 위해서 이하에서 참조될 것이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 광섬유 연결부(10)(도 10c 참조) 내에서 이용하기 위한 페룰(12)의 여러 도면을 도시한다. 페룰(12)은, 광섬유 리본(23)의 광섬유(24)의 어레이를 지지하는 2개의 페룰 절반체(13 및 14)를 포함한다. 페룰 절반체(13 및 14)의 구조는 도 4 및 도 5와 관련하여 이하에서 더 구체적으로 설명될 것이다. 페룰(12)은, 대체로 타원형 형상의 횡단면을 갖는, 전체적으로 대체로 원통형인 본체를 갖는다(페룰(12)의 (분진 캡(D)을 갖는) 자유 원위 단부로부터의 그 원근적 단부도인, 도 3b 참조). 페룰(12)의 측방향 측면(40)이 전반적으로 편평한 표면으로 또는 실질적으로 더 큰 곡률반경을 갖는 표면으로 절두되었다는 것을 주목하여야 한다.

슬리브를 이용하여 다수의 광섬유의 어레이를 다른 페룰 내에서 유지되는 광섬유에 대해서 정렬시키기 위해서 일반적으로 타원형 형상을 갖는, 광섬유 페룰을 포함하는 광섬유 연결부를 개시하는, PCT 특허출원 공개 제WO2014/011283A2호(본원에서 참조로 포함됨)를 참조한다. 그러나, 그러한 개시 내용은, 페룰 내에서 유지되는 광섬유의 광학적 커플링을 위해서 확장된 빔을 이용하지 않는다. 본 발명에서, 본 발명의 페룰(12)은 확장된 빔을 구현하기 위해서 통합된 반사 표면(R1 및 R2)을 포함한다.

페룰(12)은 복수의 광섬유(24)를 (이하에서 더 설명되는 바와 같이, 페룰 절반체(13 및 14) 내의 홈(34, 34') 내에서) 유지 및 정렬하도록 구성되고, 복수의 통합된 반사 표면(R1 및 R2)의 쌍의 어레이가 페룰 절반체(13 및 14) 상에 제공되고, 그 각각은 하나의 광섬유(24)에 상응한다. 페룰 절반체(14)의 원위 단부는 상보적인 페룰 절반체(13)의 원위 단부와(즉, 섬유 케이블 리본(23)이 연장되기 시작하는 타 단부에 대향되는 단부에서) 같은 높이이다. 반사 표면(R1 및 R2)의 쌍의 어레이는, 광섬유(24)의 단부 면(22)을 넘어서, 페룰 절반체(13 및 14)의 원위 단부 부근에 위치된다. 각각의 광섬유(24)의 단부 면(22)은 그 상응 반사 표면(R1 및 R2)에 대해서 규정된 거리에 위치되고 (단부 면(22)의 연부가 반사 표면(R)으로부터 규정된 거리에 제공된 정지부(25)에 대항하여 접경됨(butting against); 또한 이하에서 설명되는 도 4b 참조) 그러한 반사 표면과 정렬된다. 반사 표면(R1 및 R2)의 각각의 쌍은 광을 반사에 의해서 각각의 광섬유(24)의 입력/출력 단부(22)로/로부터 지향시키고, 그에 따라 광을 페룰(12) 내에서 유지되는 광섬유(24)의 광학 축에 대해서 전환시킨다. 이전의 실시예에서 설명한 바와 같이, 반사 표면(R1 및 R2)의 각각의 쌍은 광을 90도 만큼 2번 전환시키고(도 1c 참조), 그에 따라 페룰(12)을 빠져 나오는/그에 진입하는 확장된 빔은 섬유 축(또는 페룰 중간-평면(P), 또는 페룰 절반체 교합 평면(P))에 평행하다.

도 3c는 도 3b의 선 3C-3C를 따라서 취한 단면도이다. 이러한 도시된 실시예에서, 창/분진 캡(D)은, 이러한 창에서의 광 반사 및 후방 산란을 감소시키기 위한, 각도형 표면과 함께 도시되어 있다. 또한, 대안예에서, 반사-방지(AR) 코팅이 창에 도포될 수 있다. 도 3c에 도시된 단면도에서, 분진 캡(D)은 후크(17)를 구비할 수 있고, 그러한 후크는 공동(19) 내의 공간을 충진하기 위한 크기 및 형상을 가지며, 그에 따라 추가적으로 반사 표면(R1 및 R2)을 오염으로부터 보호하고, 광 빔을 위한 보다 양호한 매체를 공동(19) 내의 공간을 통해서 제공한다.

도 4a 및 도 4b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3의 광섬유 페룰 조립체 내에서 반사 표면(R1)을 갖는 페룰 절반체(14)의 여러 도면을 도시한다. 페룰 절반체(14)는 (일반적으로 전체적으로 타원형인 횡단면의 하나의 절반체에 일치되는; 또한 도 3a 및 도 3b 참조) 곡선형 외부 표면(15)을 구비하고, 복수의 평행한, 길이방향의, 개방형 홈(34)을 포함하는 내부 섬유 정렬 구조물이 페룰 절반체(14)의 본체의 내측 표면(39)(다른 페룰 절반체(13)에 대면되는 표면) 상에 제공된다. 홈(34)은 각각의 반사 표면(R1)에 대한 광섬유(24)의 피동적 광학적 정렬을 돕고, 그에 따라 광이 반사 표면(R1)과 광섬유(24) 사이에 형성된 경로를 따라 전송될 수 있게 한다. 예시된 실시예에서, 홈(34)은 반-원형 횡단면으로 도시되어 있다. 그러나, V-형상의 횡단면을 갖는 홈이 또한 그 대신 이용될 수 있다. 각각의 통합된 반사 표면(R1)은 페룰 절반체(14) 내의 정렬 홈(34)으로부터의 일체형 연장부이다.

예시된 실시예에서, 각각의 반사 표면(R1)은 페룰 절반체(14)의 불투명 본체로부터 먼 쪽으로 대면되는 불투명한 자유 표면이다. 자유 표면은 외부(예를 들어, 공기 또는 지수 정합 재료)에 노출되고, 자유 표면으로 지향되는 입사 광을 외부 측면으로부터 반사시킨다(즉, 입사 광은 페룰 절반체(14)의 불투명 본체를 통해서 지향되지 않는다). 각각의 반사 표면(R1)은, 페룰 절반체(14)의 홈(34) 내에서 유지되는 광섬유(24)의 단부 면(22)으로부터의 출력 광을 굽히고(즉, 전환시키거나 접고) 재성형하는(즉 발산시키는) (또는 역으로, 광섬유(24)의 단부 면(22)에서, 반사 표면(R1)에 입사되는 외부 광을 굽히고 재성형(즉, 포커스)하는) 반사 기하형태로 구조화된다. 일 실시예에서, 반사 표면(R1)은 볼록 반사적(예를 들어, 비구면 볼록 거울 표면)이 되도록 구조화된다. 이러한 반사 표면(R1)은 표면 상에서 "범프(bump)"로 보인다. 구조화된 반사 표면(R1)은 희망 광학 경로(L)를 따라서 광섬유(24)의 광학 축과 광학적으로 정렬되고, 광섬유(24)의 단부 면(22)은, 반사 표면(R1)에 도달하기 전에, 희망 레벨의 빔 확장을 위해서 반사 표면(R1)으로부터 미리 결정된 거리에 위치된다. 시준된 확장 빔의 직경/스폿 크기는 광섬유(24)의 단부 면(22)과 반사 표면(R1) 사이의 광학적 경로(L)를 따른 거리, 발산 반사 표면(R1)의 기하형태, 및 반사 표면들(R1 및 R2) 사이의 거리와 관련된다.

도 4b (및 도 3c)의 근접도를 참조하면, 정지부(25)가 제공되어, 상응하는 반사 표면(R1)으로부터 미리 결정된 거리에서 각각의 광섬유(24)의 단부 면(22)의 위치를 규정한다. 정지부(25)는, 섬유 홈(34)의 폭보다 약간 더 좁은 폭을 갖는 (예를 들어, 반-원형 횡단면의) 짧고 더 좁은 홈(26)으로 구조화된다. 정지부(25)는 규정된 한계부를 제공하고, 그러한 한계부에는 광섬유(24)의 단부 면(22)이 접경될 수 있으나, 광이 정지부(25) 내의 홈(26)을 통해서 광섬유(34)와 각각의 반사 표면(R1) 사이에서 통과할 수 있게 한다. 도 4b, 단일 광섬유(24)는 점선에 의한 가상의 선에 의해서 도시되어 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 공동(38)은 페룰 절반체(14)의 표면(39) 내에 제공된다. 홈(34)은 공동(38) 내에 제공되고, (대향 페룰 절반체(13)와의 접촉 또는 교합 평면(P)이고 또한 도 3에 도시된 전체 페룰(12)의 중간-평면(P)인) 교합 평면(P) 아래로 함몰되며, 광섬유(24)의 원통형 본체는 교합 평면(P) 위로 돌출되지 않는다. 따라서, 광섬유(24)의 중심선(광학 축)은 평면(P)으로부터 오프셋되고(즉, 아래로 오프셋되고), (도 1c의 경우에서와 같이) 그러한 평면에 평행하다. 페룰 절반체(14)의 교합 평면(P)은 또한, 광이 페룰 절반체(14)를 빠져나올 때/진입할 때 통과하는 평면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 플랫폼(16)이 페룰 절반체(14)의 섬유 케이블 단부에 제공된다. 또한 도 3a를 참조하면, 공간이 플랫폼(16)의 영역에 형성되며, 이는, 이하에서 더 설명되는 상보적인 페룰 절반체(13)에 위치되는 플랫폼(16')에 의해서 형성된 유사한 공간과 조합되어, 섬유 리본(24)의 두께를 수용하기 위한 전체적인 공간을 제공할 수 있다.

개방 구조의 반사 표면(R1) 및 섬유 정렬 홈(34)을 갖는 페룰 절반체(14) 자체는 정밀 스탬핑과 같은 대량 제조 프로세스를 가능하게 한다. 본 발명은, 본원에서 참조로 전체가 포함된, 미국 특허출원 공개 제US2013/0322818A호, 및 미국 특허출원 공개 제US2015/0355420A1호에서 개시된 광학 요소의 스탬핑의 개념을 채택한다. 이러한 특허 공개는, 가단성 금속 재료(즉, 원료 금속 재료 또는 금속 블랭크)를 스탬핑하는 것에 의해서, 가단성 금속 재료를 스탬핑하여 반사 표면 및 섬유 정렬 홈을 일체로 그리고 동시에 형성하는 것을 개시한다.

일 실시예에서, 페룰 절반체(14)의 다양한 구조물 및 특징부가 스탬핑에 의해서 형성된다. 구체적으로, 가단성 금속 재료를 스탬핑하여 외부 곡선형 표면(15), 플랫폼(16), 및 (홈(34), 정지부(25), 및 반사 표면(R1)을 포함하는) 내부 표면(39) 상의 특징부를 일체로 그리고 동시에 형성함으로써, 페룰 절반체(14)가 형성된다. 효과적으로, 하나의 단편의 개방형 페룰 절반체(14)가 생산되어, 광섬유(24)를 그 단부로 정밀한 위치에서 지지할 수 있고 반사 표면(R1)에 대해서 정렬시킬 수 있으며, 페룰 절반체(14)의 외부 기하형태에 대해서 뿐만 아니라 (이하에서 설명되고, 유사한 스탬핑 프로세스에 의해서 또한 형성될 수 있는) 다른 페룰 절반체(13)의 반사 표면(R2)에 대해서 정렬시킬 수 있다. 본 발명에서, 도 2에서 슬리브(20)에 의해서 정렬된 페룰(12R 및 12S)의 경우에서와 같이, 정렬 슬리브(20)와 (페룰 절반체(13 및 14)를 포함하는) 페룰(12) 사이의 접촉은, 페룰(12) 내의 광섬유 및 반사 표면(R1 및 R2)과 다른 유사한 페룰(12)에 대한 정렬에 기여하고 그러한 정렬을 형성한다.

도 5a 및 도 5b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3의 광섬유 페룰 조립체 내의 상보적인 페룰 절반체(13)를 도시한다. 페룰 절반체(13)는 페룰 절반체(14)의 구조적 특징부의 일부(예를 들어, 섬유 홈(34'))를 공유한다. 특히, 페룰 절반체(13)는, 반사 표면(R1)(볼록 반사)과 비교하여, 상이한 기하형태의 반사 표면(R2)(오목 반사)을 포함한다. 광섬유가 광을 반사 표면(R2)에 직접적으로 지향시키지 않는 경우에, 반사 표면(R2)과 관련하여 섬유 정지부가 제공될 필요가 없다.

예시된 실시예에서, 각각의 반사 표면(R2)은 페룰 절반체(13)의 불투명 본체로부터 먼 쪽으로 대면되는 불투명한 자유 표면이다. 자유 표면은 외부(예를 들어, 공기 또는 지수 정합 재료)에 노출되고, 자유 표면으로 지향되는 입사 광을 외부 측면으로부터 반사시킨다(즉, 입사 광은 페룰 절반체(13)의 불투명 본체를 통해서 지향되지 않는다). 각각의 반사 표면(R2)은, 반사 표면(R1)으로부터의 입사 광을 굽히고(즉, 전환시키거나 접고) 재성형하는(즉, 시준하는) (또는 역으로, 반사 표면(R1)에서, 반사 표면(R2)에 입사되는 외부 광을 굽히거나 재성형하는(수렴시키는)) 반사 기하형태로 구조화된다. 일 실시예에서, 반사 표면(R2)은 오목 반사적(예를 들어, 비구면 오목 거울 표면)이 되도록 구조화된다. 구조화된 반사 표면(R2)은, 반사 표면(R2)에 도달하기 전에 희망 레벨의 빔 확장을 위한 반사 표면(R1)으로부터의 미리 결정된 거리에서, 희망 광학 경로(L)를 따라서 반사 표면(R1)의 광학 축과 광학적으로 정렬된다. 시준된 확장 빔의 직경/스폿 크기는 광섬유(24)의 단부 면(22)과 반사 표면(R1) 사이의 광학적 경로(L)를 따른 거리, 발산 반사 표면(R1)의 기하형태, 및 반사 표면들(R1 및 R2) 사이의 거리와 관련된다.

도 3a 및 도 3b를 또한 참조하면, 페룰 절반체(14)에서와 같이, 페룰 절반체(13)는 (일반적으로 전체적으로 타원형인 횡단면의 하나의 절반체에 일치되는) 유사한 곡선형 외부 표면(15')을 구비하고, 복수의 평행한, 길이방향의, 개방형 홈(34')을 포함하는 내부 섬유 정렬 구조물이 페룰 절반체(13)의 본체의 내측 표면(39')(다른 페룰 절반체(14)에 대면되는 표면) 상에 제공된다. (페룰 절반체(34) 내의 홈(34)과 유사한) 섬유 홈(34')은 페룰 절반체(14) 내의 홈(34)에 대해서 상보적이고, 이러한 홈(34 및 34')은 함께 광섬유(24)를 정렬시킨다.

도 5b를 참조하면, 홈(34')이 형성되는 내부 표면(39')이 교합 평면(P) 위쪽으로 상승된다(상승 부분(33)). 전술한 바와 같이, 대향 페룰 절반체(14) 내의 홈(34)이 교합 평면(P) 아래에 위치되기 때문에, 이러한 상승이 필요하다. 홈(34')은, 대향 페룰 절반체(13)와의 접촉 평면(P)이고, 도 3에 도시된 전체 페룰(12)의 중간-평면(P)에 상응하는, 교합 평면(P) 위로 상승된다. 페룰 절반체(13)의 교합 평면(P)은 또한, 광이 페룰 절반체(13)를 빠져나올 때/진입할 때 통과하는 평면이다.

페룰 절반체(13)의 상승 부분(33)의 폭은 페룰 절반체(14)의 공동(38)의 폭과 유사하고(또는 용인될 수 있는 공차 내에서, 약간 더 작고), 그에 따라 상승된 부분(33)이 유격이 없이 또는 거의 없이 공동(38) 내에 피팅될 수 있다. 사실상, 상승 부분(33) 및 공동(38)은 페룰 절반체(13 및 14)를 (적어도, 페룰(12)의 축에 수직인 횡단면 평면 내에서) 정렬시키는 수단을 제공하고, 그에 따라 홈(34 및 34')이 정합되고, 페룰 절반체의 외부 곡선형 표면(15 및 15')은 희망하는 전반적으로 타원형인 단면 프로파일을 형성한다.

페룰 절반체(14)에서와 같이, 플랫폼(16')은 페룰 절반체(13)의 섬유 케이블 단부에 제공되고, 공간이 플랫폼(16')의 영역에 형성되며, 그러한 공간은, 전술한 상보적인 페룰 절반체(14)에 형성된 유사한 공간과 조합되어, 도 3a의 조립된 페룰(12)에서 도시된 바와 같은, 섬유 리본(23)의 두께를 수용하기 위한 전체적인 공간을 제공할 수 있다.

광섬유 리본(23)과 함께 조립된 페룰 절반체(13 및 14)에서, 페룰 절반체(13 및 14)가 교합 평면(P)을 따라서 교합되고, 광섬유(24)는 상보적인 홈(34 및 34')의 각각의 쌍 사이에 개재되고, 그에 의해서 도 3에 도시된 페룰(12)을 형성한다.

페룰 절반체(14)의 경우에서와 같이, 페룰 절반체(13)의 여러 가지 구조물 및 특징부가 스탬핑에 의해서 형성될 수 있다. 구체적으로, 외부 곡선형 표면(15'), 플랫폼(16'), 커버 부분(35) 및 (홈(34')을 포함하는) 내부 표면(39') 상의 특징부를 일체로 그리고 동시에 형성하기 위해서, 가단성 금속 재료를 스탬핑함으로써, 페룰 절반체(13)가 형성된다. 효과적으로, 하나의 단편의 개방형 페룰 절반체(13)는, 페룰 절반체(14)를 보완하여 정밀한 위치의 그 단부로 광섬유(24)를 지지하고 반사 표면(R1 및 R2)에 대해서 정렬시키도록, 그리고 추가적으로 페룰 절반체(13)의 외부 기하형태뿐만 아니라 페룰 절반체(14)의 특징부에 대해서 정렬시키도록, 생산될 수 있다. 페룰 절반체(14)를 참조하여 앞서 주목한 바와 같이, 본 발명은, 도 2의 슬리브(20)에 의해서 정렬된 페룰(12R 및 12S)의 경우에서와 같이, 광섬유 및 페룰(12) 내의 반사 표면(R)과 다른 유사한 페룰(12)의 정렬을 형성하기 위해서, 정렬 슬리브(20)와 (페룰 절반체(13 및 14)를 포함하는) 페룰(12) 사이의 접촉에 의존한다.

전술한 페룰에서, 광섬유 연결부에서 맞닿는 페룰의 광학적 정렬이 정렬 슬리브에 의존하는 경우, 페룰의 외부 표면은 정렬 슬리브를 이용한 정렬뿐만 아니라 큰 공차에서 유지되어야 한다. 전술한 실시예에서, 페룰의 쌍의 정렬을 위해서 정렬 핀이 요구되지 않는다. 따라서, 페룰 절반체를 스탬핑하는 경우에, 이는, 홈, 반사 표면, 페룰 부분의 교합 표면, 및 정렬 슬리브 및 다른 페룰의 단부와 접촉되는 외부 표면을 형성하는 것을 포함하여, 페룰 절반체의 전체 본체의 중요 특징부들 모두를 스탬핑하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 정렬 슬리브는 또한 스탬핑에 의해서 정밀하게 형성될 수 있다. 이는, 홈과 페룰의 외부 정렬 표면 사이의 치수적 관계를 유지하고, 그에 따라, 정렬 핀에 의존하지 않고, 정렬 슬리브만을 이용하여 광학적 정렬을 돕는다.

일 실시예에서, 페룰 본체는, 큰 경직성(예를 들어, 스테인리스 강), 화학적 불활성(예를 들어, 티타늄), 큰 온도 안정성(니켈 합금), 작은 열 팽창(예를 들어, Invar)를 가지도록, 또는 열 팽창을 다른 재료에 대해서 정합시키도록(예를 들어, 유리 정합을 위한 Kovar) 선택될 수 있는, 금속 재료로 제조된다. 각각의 페룰 절반체가 스탬핑되어, 각각의 페룰 절반체 내의 하위-구성요소의 추가적인 부착을 필요로 하지 않는, 일체형 또는 단일체형 본체를 형성할 수 있다.

도 6a 내지 도 6f는 광섬유 페룰 조립체(12')를 위한 페룰 절반체(14')의 여러 도면을 도시한다. 페룰 절반체(14')는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, (이전의 실시예와 유사한 기하형태를 갖는) 반사 표면(R1) 및 섬유 정렬 홈(34)을 갖는 삽입체(I)를 갖는다. 도시된 실시예에서, 삽입체(I)는 고반사 재료로 제조되고, 페룰 절반체(14')의 기부(B)는 스테인리스 강으로 제조될 수 있다. 도 6d에 도시된 분리된 기부(B) 및 도 6e 및 도 6f에 도시된 삽입체(I)를 획득하기 위해서, 기부(B) 및 삽입체(I) 모두가 (예를 들어, 스탬핑에 의해서) 별개로 미리 형성된다. 도 6d 및 도 6f에 도시된 바와 같이, 기부(B) 및 삽입체(I)는 상보적인 표면 특징부(예를 들어, 삽입체(I)를 기부(B) 상으로 피팅하기 위한, 삽입체(I)의 후방부 상의 융기부(80) 및 기부(B) 내의 함몰부(84) 내의 상보적 채널(82))를 구비한다. 미리-형성된 삽입체(I) 및 미리 형성된 기부(B)가 접합되고, 최종적인 고-정밀 스탬핑 동작을 실시하여, 전체적인 기하형태 및 표면 특징부들 사이의 그리고 페룰 절반체(14')의 외부 곡선형 표면에 대한 그러한 특징부들 사이의 정렬을 획득한다. 이러한 접근 방식은 보다 복잡한 표면 특징부(예를 들어, 반사 표면(R1))가 삽입체(I) 상에 미리 형성될 수 있게 하는데, 이는, 기부(B) 상의 특징부와 정렬되는 여러 특징부를 형성하기 위해서 부착하기 전에 그리고 최종 스탬핑 동작을 실시하기 전에, 삽입체(I)를 위한 보다 작은 부품을 취급하기가 상당히 더 용이하기 때문이다.

유사한 삽입체 접근 방식을 적용하여, 이전의 실시예에서 설명된 페룰 절반체(13)와 유사한 반사 표면(R2) 및 다른 특징부를 갖는 페룰 절반체(13')를 형성할 수 있다.

도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 반사 표면을 갖는 리벳 삽입체를 구비한 광섬유 페룰 조립체의 여러 도면을 도시한다. 이러한 실시예에서, 페룰(112)은 반사 표면(R1)을 갖는 페룰 절반체(114), 및 반사 표면(R2)을 갖는 페룰 절반체(113)를 포함한다. 페룰 절반체(113 및 114)의 표면 특징부는 일반적으로 이전 실시예에서 설명된 페룰 절반체(13 및 14)의 표면 특징부와 유사하다. 그러나, 섬유 정렬 홈(134 및 134') 그리고 반사 표면(R1 및 R2)은, 상이한 재료들로 이루어진 전체적인 복합 구조물을 형성하기 위해서, 페룰(114 및 113)의 기부(314 및 313)의 재료와 상이한 재료로 각각 제조될 수 있는, 리벳 삽입체(214 및 213)를 스탬핑하는 것에 의해서 형성된다.

구체적으로, (이전의 실시예의 페룰 절반체(14)와 유사한) 페룰 절반체(114)의 경우에, 반사 표면(R1)의 어레이, (이전의 실시예의 홈(34)과 유사한) 광섬유 정렬 홈(134), 및 (이전의 실시예의 섬유 정지부(25)와 유사한) 섬유 정지부(125)가, 리벳(214)을 페룰 절반체(114)의 기부(314) 내로 스탬핑함으로써, 형성된다. (이전의 실시예의 페룰 절반체(113)와 유사한) 페룰 절반체(113)의 경우에, 반사 표면(R2)의 어레이 및 (이전의 실시예의 홈(34')과 유사한) 광섬유 정렬 홈(134')이, 리벳(214)을 페룰 절반체(113)의 기부(313) 내로 스탬핑함으로써, 형성된다. 이러한 실시예에서, 부가적인 상보적 자가-정렬 특징부가 삽입체(214 및 314)의 대면 표면들 상에 제공된다. 특히, 돌출부(151)의 어레이가 섬유 홈들(134) 사이에 스탬핑 형성되고, 상보적인 슬롯(151)의 어레이는 페룰 절반체(113)의 삽입체(314) 내의 섬유 홈(134')에 인접하여 스탬핑 형성된다. 도 7f에 도시된 바와 같이, 돌출부(151)는 슬롯(151)과 정합되고, 돌출부(151)는 슬롯(152) 내에 수용된다.

이러한 "리벳" 유형의 스탬핑 접근 방식 및 그 특징 및 장점이, 본 발명의 양수인에게 공통 양도된, 미국 특허출원 공개 제US2016/0016218A1에 개시되어 있다. 그러한 스탬핑 프로세스에 관한 상세 내용을 여기에서 설명하지 않았으나, 본원에 참조로 포함된다. 그곳에서 개시된 이러한 접근 방식의 이용에서의 설계 고려사항이 본원에서 리벳 삽입체를 형성하기 위해서 스탬핑하는 것에 적용될 수 있고, 여기에서 반복 설명하지 않을 것이다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 리벳 삽입체를 수용하기 위한 페룰 절반체를 위한 기부의 대안적인 구성을 도시한다. 도 8a 및 도 8b는 리벳 형성 전의 페룰 절반체 기부(161 및 162)의 대안적인 설계를 도시한다. 리벳 삽입체를 기부(161 및 162) 내로 각각 수용하기 위해서, 관통 개구부(171 및 172)가 기부(161 및 162) 상에 제공된다. 함몰부(173 및 174)가 도 6에 도시된 삽입체와 유사한 얇은 삽입체를 수용하거나, 일부 유형의 표면 특징부에서 적절한 경우에, 개구부(171 및 172)에서 리벳 삽입체로부터의 재료 범람의 일부를 수용한다.

도 8c는 기부 재료의 관통 개구부 내에 수용되고 부분적으로 스탬핑된 리벳을 전반적으로 도시하는 개략적 단면도이다.

도 9a 내지 도 9i는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 반사 표면을 갖는 리벳 삽입체를 구비한 광섬유 페룰 조립체(112')의 여러 도면을 도시한다. 이러한 실시예에서, 적은 섬유 정렬 홈이 제공되고, 그에 따라 적은 광섬유가 페룰(112')에 의해서 수용될 수 있다. 이는, 최종 스탬핑 동작 중에, 리벳 부분 내에서 축방향 정렬 특징부를 스탬핑하기 위한 보다 큰 공간을 허용한다. 이러한 실시예에서, 상보적인 돌출부(251) 및 정렬 포켓(252)이, 각각의 페룰 절반체(114' 및 113') 상의 리벳 부분(214' 및 213') 상에 제공된다.

본 발명의 다른 양태에서, 페룰 조립체는 광섬유 연결부 내에 통합된다. 도 10a 내지 도 10d를 참조하면, LC 연결부 하우징의 형상 인자를 갖는 연결부(10)는 전술한 페룰(12)을 포함한다. 도 10a에서, 페룰(12)은, 도 10b에 도시된 형태로, 홀더(71)의 개방 단부 내로 압입된다. 수축 랩(shrink wrap)(72) 형태의 가요성 슬리브가 홀더(71)의 타 단부에 제공되고, 이를 통해서 섬유 리본(23)이 연장된다. 도 10c에서, 페룰(12)은 페룰 하우징(74) 내로 삽입되고, 홀더(71)는 예비-부하 스프링(77)을 통해서 연결부 하우징(75) 내로 삽입된다. 크림프(79)가 홀더(71)를 연결부 하우징(75) 내의 제 위치에서 유지한다. 부트(boot)(76)가, 크림핑된 단부를 덮는다. 도 10d는 완성된 연결부(10)를 도시한다. 유사 페룰들을 갖는 상보적 연결부들이, 도 1 및 도 2에 도시된 개략도와 유사하게, 정렬 슬리브(20)를 이용하여 광학적으로 연결될 수 있다.

바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 특히 도시하고 설명하였지만, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는, 본 발명의 사상, 범위, 및 교시 내용으로부터 벗어나지 않고도, 형태 및 상세 부분의 여러 가지 변화가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 개시된 발명은 단지 예시적인 것으로 간주될 것이고, 첨부된 청구항에서 구체화된 것과 같은 것으로만 범위가 제한된다.

Claims

확장형 빔 페룰이며:
제1 반사 표면을 갖는 제1 페룰 절반체;
제2 반사 표면을 갖는 제2 페룰 절반체로서, 제1 페룰 절반체 및 제2 페룰 절반체가 광섬유를 함께 유지하는, 제2 페룰 절반체를 포함하고,
제1 및 제2 반사 표면의 쌍이 페룰의 중간-평면에 평행한 시준된 광을 출력하는, 확장형 빔 페룰.
확장형 빔 광학 연결부이며:
제1항에서와 같은 제1 및 제2 확장형 빔 페룰;
페룰들의 상응하는 제2 반사 표면들이 서로 대면되는 상태로, 제1 및 제2 페룰의 외부 표면을 정렬시키는 외부 정렬 슬리브를 포함하고, 하나의 페룰 내에서 유지되는 광섬유로부터의 출력 광이 반사 표면의 쌍에 의해서 2번 굽혀지고, 빔은 제1 굽힘 후에 발산되고 제2 굽힘 후에 시준되며, 시준된 광은 슬리브에 의해서 정렬된 대면되는 제2 페룰 내의 대면되는 제2 반사 표면에 전송되고, 그러한 광에 대해서는, 제1 페룰 내에서 취해진 것과 반대로, 광학적 재성형이 이루어지고, 그에 따라 다른 페룰 내에서 유지되는 광섬유에 입력되도록 광을 수렴 및 포커스하는, 확장형 빔 광학 연결부.
제2항에 있어서,
제1 및 제2 페룰 사이의 확장된 광 빔이 정렬 슬리브의 길이방향 축에 평행한, 확장형 빔 페룰.
명세서에 개시된 바와 같은 확장형 빔 페룰 및 확장형 빔 연결부.