KR20220039250A - Appratus and Method for high-speed Manufacturing Fiber Bragg Grating using laser micro-scanning technology - Google Patents

Abstract

The present invention relates to an apparatus and method for high-speed manufacturing an optical fiber bragg grating using a laser micro-scanning technology. The apparatus comprises: a light source radiating a laser beam for processing; a scanner reflecting the laser beam radiated from the light source in a pre-set direction to scan the laser beam by a pre-set area; an object lens focusing the laser beam incident through the scanner to radiate the laser beam on a location for processing an optical fiber; a scanning adaptor making the laser beam reflected from the scanner incident to an opening unit of the object lens; and a stage settling and moving the optical fiber in a pre-set moving speed and moving direction.

Description

레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치 및 방법{Appratus and Method for high-speed Manufacturing Fiber Bragg Grating using laser micro-scanning technology}Appratus and Method for high-speed Manufacturing Fiber Bragg Grating using laser micro-scanning technology

본 발명은 광섬유에 직접 미세 격자를 가공하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for high-speed manufacturing of an optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology for manufacturing a fiber Bragg grating by directly processing a fine grating on an optical fiber.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information on an embodiment of the present invention and does not constitute the prior art.

광섬유에 위상 마스크(phase mask)를 통해 자외선을 조사하여 형성되는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating; 이하 FBG)는 얇은 필름 필터(thin film filter)의 원리를 광섬유에 적용시킨 것으로서, 광섬유 자체에 자외선을 조사하여 주기적인 굴절률 변화를 만들어 특정 파장의 빛을 반사시킬 수 있다. 그러나 FBG는 우수한 특성에도 불구하고, 광섬유의 특성상 그 크기를 줄이기가 어렵고 다른 광소자와의 집적이 어려우며 대량 생산이 용이하지 않다는 단점이 있다.Fiber Bragg grating (FBG), which is formed by irradiating an optical fiber with UV light through a phase mask, applies the principle of a thin film filter to the optical fiber, and applies UV light to the optical fiber itself. By irradiating it, a periodic refractive index change can be made to reflect light of a specific wavelength. However, despite excellent characteristics, FBG has disadvantages in that it is difficult to reduce its size due to the characteristics of optical fibers, integration with other optical devices is difficult, and mass production is not easy.

도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 브래그 격자의 제작 장치를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining an apparatus for manufacturing an optical fiber Bragg grating according to the prior art.

도 1에 도시된 바와 같이, 광섬유 브래그 격자의 제작 장치는 레이저 광원(11), 미러(12), 원통형 렌즈(13), 위상 마스크(14)를 포함한다.As shown in FIG. 1 , an apparatus for fabricating an optical fiber Bragg grating includes a laser light source 11 , a mirror 12 , a cylindrical lens 13 , and a phase mask 14 .

레이저 광원(11)은 지지수단(미도시)에 의해 지지되는 광섬유(10)의 코어에 위상 마스크(14)를 통해 자외선 파장 대역의 레이저 광을 조사한다.The laser light source 11 irradiates laser light of an ultraviolet wavelength band through the phase mask 14 to the core of the optical fiber 10 supported by a support means (not shown).

레이저 광원(11)에서 조사된 레이저 광은 미러(12)에 의해 직각으로 방향을 바꾸고, 원통형 렌즈(13)에 의해 평행 광이 된다. 이때, 원통형 렌즈(13)는 초점거리가 30cm가 될 수 있다.The laser light irradiated from the laser light source 11 is changed at right angles by the mirror 12 and becomes parallel light by the cylindrical lens 13 . In this case, the cylindrical lens 13 may have a focal length of 30 cm.

원통형 렌즈(13)에 의해 광섬유의 길이 방향으로 선 초점을 맺게 되고, 원통형 렌즈(13)를 통과한 레이저 광은 위상 마스크(14)를 거쳐 광섬유에 조사된다. 이때, 레이저 광의 좌우 조정은 미러(12)의 각도를 이용하여 이루어지고, 미러(12), 원통형 렌즈(13), 위상 마스크(14) 및 광섬유(10)를 지지하는 지지수단(미도시)은 모두 같은 레일 위에 장착하여 정렬 기능을 높일 수 있다. A line is focused in the longitudinal direction of the optical fiber by the cylindrical lens 13 , and the laser light passing through the cylindrical lens 13 is irradiated to the optical fiber through the phase mask 14 . At this time, the left and right adjustment of the laser light is made using the angle of the mirror 12 , and the supporting means (not shown) supporting the mirror 12 , the cylindrical lens 13 , the phase mask 14 and the optical fiber 10 is All can be mounted on the same rail to improve alignment.

자외선 파장 대역의 레이저 광이 조사된 부분은 광섬유 코어의 굴절률을 증가시키게 되는데, 이 부분을 격자(grating)이라 부른다. 각각의 주기적인 격자에서는 진행하는 빛의 일부를 반사시키게 되며, 격자 주기가 입사광 파장의 대략 반 정도가 될 때, 모든 반사된 빛 신호를 결맞음으로 합치게 되면, 특정한 파장에서 하나의 큰 반사광이 되는데, 이를 브래그(Bragg) 조건이라 하고, 이렇게 반사된 파장을 브래그 파장(Bragg wavelength)라고 한다. 브래그 파장 이외의 파장을 가진 빛은 위상이 맞지 않아 투과하게 된다. 그러므로, 오직 브래그 조건을 만족하는 파장을 가진 빛만 영향을 받게 되어 입사 인행 방향의 반대 방향으로 반사가 일어나게 된다. The portion irradiated with laser light in the ultraviolet wavelength band increases the refractive index of the optical fiber core, and this portion is called a grating. Each periodic grating reflects a part of the traveling light, and when the grating period is about half the wavelength of the incident light, when all the reflected light signals are combined by coherence, it becomes one large reflected light at a specific wavelength. , this is called the Bragg condition, and the reflected wavelength is called the Bragg wavelength. Light having a wavelength other than the Bragg wavelength is transmitted out of phase. Therefore, only light having a wavelength that satisfies the Bragg condition is affected, and reflection occurs in the opposite direction to the incident direction.

이러한 위상 마스크법에 의해 제작된 FBG는 광섬유에 함유된 물질과 레이저 광을 반응시켜 광섬유의 성분 변화를 통해 미세격자를 제작하는 것이므로 광섬유의 물질 성분을 변화시키게 되면 광섬유 센서 응용시 고온 및 주변 환경 변화에 많은 영향을 받게 된다. 또한, 종래의 광섬유 브래그 격자의 제작 장치는 자외선 파장 대역의 레이저빔에 반응하는 게르마늄(Ge)이 함유되어 있는 광섬유만 사용하여 FBG를 제작해야 하므로, 광섬유에 도핑된 물질에 의존적일 수 밖에 없다. The FBG produced by this phase mask method reacts the material contained in the optical fiber with laser light to produce a microlattice by changing the optical fiber's composition. will be greatly influenced by In addition, since the conventional optical fiber Bragg grating has to be manufactured using only an optical fiber containing germanium (Ge) that responds to a laser beam of an ultraviolet wavelength band, the FBG is inevitably dependent on the material doped in the optical fiber.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 대물 렌즈를 적용한 레이저 스캐닝 가공 방식을 사용하여 광섬유 내부에 직접 미세격자를 주기적으로 생성하여 FBG를 제작하는 것에 목적이 있다.An object of the present invention is to produce an FBG by periodically generating a microlattice directly inside an optical fiber using a laser scanning processing method to which an objective lens is applied according to an embodiment of the present invention in order to solve the above problems.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical task to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical task as described above, and other technical tasks may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치는 가공을 위한 레이저빔을 조사하는 광원; 광원으로부터 조사된 레이저빔을 기 설정된 방향으로 반사시켜 기 설정된 면적만큼 스캐닝하는 스캐너; 상기 스캐너를 통해 입사되는 레이저 빔을 포커싱하여 광섬유의 가공 위치로 조사하는 대물렌즈; 상기 스캐너로부터 반사되는 레이저빔을 상기 대물렌즈의 개구부로 입사시키는 스캐닝 어댑터; 및 기설정된 이동속도와 이동 방향으로 상기 광섬유를 안착시키며 이동시키는 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 한다. As a technical means for achieving the above technical problem, a high-speed manufacturing apparatus of an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technique according to an embodiment of the present invention includes: a light source for irradiating a laser beam for processing; a scanner that reflects a laser beam irradiated from a light source in a preset direction to scan a preset area; an objective lens for focusing the laser beam incident through the scanner and irradiating it to a processing position of the optical fiber; a scanning adapter for injecting the laser beam reflected from the scanner into the opening of the objective lens; and a stage for seating and moving the optical fiber at a preset moving speed and moving direction.

상기 스캐닝 어댑터는, 상기 광원과 상기 스캐너의 광 경로상에 배치되어, 상기 광원에서 조사되어 상기 스캐너로 입사되는 레이저 빔을 포커싱하는 제1 렌즈를 포함하고, 상기 스캐너로부터 반사되는 레이저 빔을 평행광으로 만드는 제2 렌즈를 포함하며, 상기 스캐너로부터 반사되는 레이저빔의 광 경로를 상기 대물렌즈의 개구부의 방향으로 변화시키는 제3 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.The scanning adapter includes a first lens disposed on an optical path of the light source and the scanner to focus a laser beam that is irradiated from the light source and is incident on the scanner, and converts the laser beam reflected from the scanner into parallel light. and a second lens made of , and a third lens for changing the optical path of the laser beam reflected from the scanner in the direction of the opening of the objective lens.

레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치는, 상기 스테이지의 위치 제어를 통해 상기 광섬유를 가공 위치로 이동시키고, 상기 광섬유 내부에 기 설정된 가공 선폭과 가공 깊이로 패턴 가공을 수행하고, 상기 패턴 가공을 기 설정된 횟수 이상으로 가공 반복을 수행하여 미세 격자가 생성되도록 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A high-speed manufacturing apparatus of an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technology moves the optical fiber to a processing position through position control of the stage, performs pattern processing with a preset processing line width and processing depth inside the optical fiber, and It is characterized in that it includes a control unit for controlling the operation of each configuration so that the pattern processing is repeated more than a preset number of times to generate a fine grid.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 대물 렌즈를 이용하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 방법에 있어서, a) 가공을 위한 레이저빔이 조사되면, 상기 조사된 레이저빔을 기 설정된 방향으로 반사시켜 기 설정된 면적만큼 스캐닝하는 스캐닝 과정을 수행하는 단계; b) 상기 스캐닝 과정을 통해 반사되는 레이저빔을 평행광으로 변화시키는 스캐닝 어댑터를 통해 레이저 빔의 경로를 대물렌즈의 개구부로 입사되도록 변화시키는 단계; c) 상기 스캐닝 어댑터를 통해 입사되는 레이저 빔을 대물 렌즈에서 포커싱하여 스테이지에 놓여진 광섬유로 조사하는 단계; 및 d) 상기 스테이지의 가공 진행방향에 따라 기설정된 가공 선폭과 가공 깊이를 갖는 패턴 가공을 기 설정된 횟수로 가공 반복 수행하여 미세 격자를 생성하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법일 수 있다. On the other hand, in the high-speed manufacturing method of the optical fiber Bragg grating using the laser micro-scanning technology for manufacturing the optical fiber Bragg grating using the objective lens according to an embodiment of the present invention, a) When the laser beam for processing is irradiated, the irradiation performing a scanning process of scanning a preset area by reflecting the laser beam in a preset direction; b) changing the path of the laser beam to be incident into the opening of the objective lens through a scanning adapter that converts the laser beam reflected through the scanning process into parallel light; c) focusing the laser beam incident through the scanning adapter with an objective lens and irradiating it with an optical fiber placed on a stage; and d) manufacturing a fiber Bragg grating by repeatedly processing a pattern having a predetermined processing line width and processing depth a predetermined number of times according to the processing direction of the stage to generate a fine grid. could be a way

상기 b) 단계는, 상기 광섬유의 내부에 미세 격자를 생성하기 위한 가공 위치에 초점을 설정하고, 상기 설정된 초점 영역에 상기 레이저빔이 포커싱되도록 적어도 하나 이상의 렌즈를 이용하여 레이저 빔의 성질과 경로를 변화시키는 것을 특징으로 한다.In step b), a focus is set at a processing position for creating a fine grating inside the optical fiber, and the property and path of the laser beam are determined using at least one lens so that the laser beam is focused on the set focus area. characterized by change.

한편, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광섬유 제조 시스템은, 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용하여 광섬유를 제조하는 광섬유 제조 시스템에 있어서, 광섬유 모재를 용융하여 인출하는 방식으로, 코어와 코어 주변을 둘러싸는 클래드를 포함하는 광섬유를 제작하는 광섬유 제작 장치; 및 상기 광섬유의 제작 장치의 끝단에 설치되어 상기 광섬유에 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg Grating)를 형성시키는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, in the optical fiber manufacturing system according to another embodiment of the present invention, in the optical fiber manufacturing system for manufacturing an optical fiber using a laser micro-scanning technology, the core and the surrounding surrounding the core are formed by melting and withdrawing the optical fiber base material. an optical fiber manufacturing apparatus for manufacturing an optical fiber including a clad; and a high-speed manufacturing apparatus for an optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology installed at an end of the optical fiber manufacturing apparatus to form a Fiber Bragg grating (FBG) on the optical fiber.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 대물 렌즈를 적용한 레이저 스캐닝 가공 방식을 사용하여 광섬유 내부에 직접 미세격자를 생성하여 FBG를 제작할 수 있고, 광섬유에 도핑된 물질에 의존하지 않아 다양한 광섬유 센서 활용에 유용하게 사용될 수 있는 효과가 있다. According to the above-described means for solving the problems of the present invention, the present invention can produce a FBG by directly creating a microlattice inside an optical fiber using a laser scanning processing method to which an objective lens is applied, and does not depend on the material doped in the optical fiber There is an effect that can be usefully used for the use of optical fiber sensors.

도 1은 종래 기술에 따른 광섬유 브래그 격자의 제작 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치로부터 조사되는 레이저의 일 광 경로를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치에 의한 대상물의 가공 결과를 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 7은 도 6에 의한 광섬유 브래그 격자의 제작 결과를 보여주는 도면이다. 1 is a view for explaining an apparatus for manufacturing an optical fiber Bragg grating according to the prior art.
2 is a diagram illustrating a configuration of a high-speed manufacturing apparatus for an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technique according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating the configuration of a scanner according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing one light path of a laser irradiated from a high-speed manufacturing apparatus of an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technique according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view showing a processing result of an object by the high-speed manufacturing apparatus of an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technique according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a high-speed manufacturing method of an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technique according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing the manufacturing result of the optical fiber Bragg grating according to FIG. 6 .

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, when a part is "connected" with another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated, and one or more other features However, it is to be understood that the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded in advance.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are detailed descriptions to help the understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Accordingly, an invention of the same scope performing the same function as the present invention will also fall within the scope of the present invention.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.In addition, each configuration, process, process or method included in each embodiment of the present invention may be shared within a range that does not technically contradict each other.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스캐너의 구성을 도시한 도면이다. 2 is a diagram showing the configuration of an apparatus for high-speed manufacturing of an optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a scanner according to an embodiment of the present invention. am.

도 2를 참조하면, 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치(100)는 광원(110), 스캐너(120), 마이크로 스캐닝 어댑터(130), 대물렌즈(140), 스테이지(150) 및 제어부(미도시)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , an apparatus 100 for high-speed manufacturing of an optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology includes a light source 110 , a scanner 120 , a micro-scanning adapter 130 , an objective lens 140 , and a stage 150 . and a control unit (not shown).

광원(110)은 광섬유(160) 내부에 미세 격자를 가공하기 위한 레이저 빔을 조사한다. 여기서, 광원(110)은 극초단파 레이저일 수 있다. The light source 110 irradiates a laser beam for processing a fine grating inside the optical fiber 160 . Here, the light source 110 may be a microwave laser.

스캐너(120)는 광원(110)으로부터 조사된 레이저 빔의 방향을 조절하여 스캐닝한다. 스캐너(120)는 광원(110)으로부터 조사되어 입사(도 2에서는 -x축 방향)하는 레이저 빔을 기 설정된 방향(도 2에서는 -y축 방향)으로 반사시킨다. 이때, 스캐너(120)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 반사시키는 각도를 세밀히 조절하여, 기 설정된 방향으로 반사된 레이저 빔이 마이크로 스캐닝 어댑터(130)로 입사되는 위치를 조절한다. 스캐너(120)의 구성은 도 2에 상세히 도시되어 있다.The scanner 120 scans by adjusting the direction of the laser beam irradiated from the light source 110 . The scanner 120 reflects the laser beam irradiated from the light source 110 and incident (the -x-axis direction in FIG. 2 ) in a preset direction (the -y-axis direction in FIG. 2 ). At this time, the scanner 120 finely adjusts the reflection angle according to the control of the controller (not shown) to adjust the position where the laser beam reflected in a preset direction is incident on the micro-scanning adapter 130 . The configuration of the scanner 120 is illustrated in detail in FIG. 2 .

도 3에 도시된 바와 같이, 스캐너(120)는 미러(210), 빔 스플리터(220) 및 모터(230, 235)를 포함한다.As shown in FIG. 3 , the scanner 120 includes a mirror 210 , a beam splitter 220 , and motors 230 and 235 .

미러(210)는 광원으로부터 조사되어 빔 스플리터(220)를 통과한 레이저 빔을 다시 빔 스플리터(220) 방향으로 반사시킨다. The mirror 210 reflects the laser beam that is irradiated from the light source and has passed through the beam splitter 220 in the direction of the beam splitter 220 again.

빔 스플리터(220)는 광원으로부터 조사되는 레이저 빔은 통과시키고, 미러(210)로부터 반사된 레이저 빔은 반사시킨다. 빔 스플리터(220)는 마이크로 스캐닝 어댑터(130)가 위치한 방향(도 2 및 도 3에서 -y축 방향)으로 레이저 빔을 반사시키기 위한 반사각을 가지며, 모터(235)에 의해 기 설정된 범위 내에서 반사각이 조정되며 반사되는 레이저 빔의 방향이 변한다. 도 2에는 빔 스플리터(220)가 모터(235)에 의해 반사각을 x축 방향으로 조정하는 것만이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, z축 방향으로도 조정이 가능하다. 즉, 빔 스플리터(220)는 반사각을 x-z 평면 상에서 조정 가능하기 때문에, -y축으로 반사시키는 레이저 빔을 기 설정된 면적(반사각의 조정 범위) 내에서 스캐닝할 수 있다. 다만, 빔 스플리터(220)가 기 설정된 범위 넘어서 반사각을 조정할 경우, 후술할 대물렌즈(140)로 레이저 빔이 입사되지 못하기에 기 설정된 범위 내에서 반사각을 조정하여 레이저 빔을 스캐닝한다.The beam splitter 220 passes the laser beam irradiated from the light source and reflects the laser beam reflected from the mirror 210 . The beam splitter 220 has a reflection angle for reflecting the laser beam in the direction in which the micro-scanning adapter 130 is located (the -y-axis direction in FIGS. 2 and 3), and the reflection angle is within a range preset by the motor 235. This adjustment changes the direction of the reflected laser beam. FIG. 2 illustrates that the beam splitter 220 adjusts the reflection angle in the x-axis direction by the motor 235, but is not limited thereto, and can also be adjusted in the z-axis direction. That is, since the beam splitter 220 can adjust the reflection angle on the x-z plane, the laser beam reflected in the -y axis can be scanned within a preset area (the adjustment range of the reflection angle). However, when the beam splitter 220 adjusts the reflection angle beyond the preset range, the laser beam cannot be incident on the objective lens 140, which will be described later, by adjusting the reflection angle within the preset range to scan the laser beam.

모터(230, 235)는 미러(210) 및 빔 스플리터(220)가 이동할 수 있도록 하는 동력을 제공한다. 특히, 모터(235)는 빔 스플리터(220)에 장착되어, 빔 스플리터(220)가 반사각을 조정할 수 있도록 하는 동력을 제공한다. 모터(235)에 의해 빔 스플리터(220)가 반사각을 조정함에 따라 레이저 빔이 기 설정된 면적 내에서 스캐닝이 이루어질 수 있고, 모터(230)가 미러(210)를 이동시킴에 따라 스캐너(120)에 의해 반사되는 레이저 빔의 전체적인 방향이 변할 수 있다.Motors 230 and 235 provide power to enable mirror 210 and beam splitter 220 to move. In particular, the motor 235 is mounted on the beam splitter 220 to provide power for the beam splitter 220 to adjust the reflection angle. As the beam splitter 220 adjusts the reflection angle by the motor 235, the laser beam can be scanned within a preset area, and the motor 230 moves the mirror 210 to the scanner 120. The overall direction of the laser beam reflected by the can be changed.

한편, 도 3에는 스캐너(120)에 미러(120)와 빔 스플리터(220)가 포함된 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 일방향으로 입사되는 레이저 빔의 방향을 변이시킬 수 있는 구성(일 예로, 복수 개의 미러만으로 구현) 또는 장치(일 예로, 갈바노미터 스캐너)라면 어떠한 것으로 대체되어도 무방하다.On the other hand, although FIG. 3 shows that the scanner 120 includes the mirror 120 and the beam splitter 220, it is not necessarily limited thereto, and a configuration capable of changing the direction of the laser beam incident in one direction (one For example, if it is implemented only with a plurality of mirrors) or a device (eg, a galvanometer scanner), it may be replaced with anything.

다시 도 2을 참조하면, 마이크로 스캐닝 어댑터(130)는 스캐너(120)에서 반사되는 레이저 빔의 성질과 경로를 변화시켜, 레이저 빔을 대물렌즈(140)의 개구부(Aperture)로 입사시킨다. 스캐너(120)로부터 반사되어 스캐닝된 레이저 빔은 마이크로 스캐닝 어댑터(130)의 일 구성에 의해 발산하는 발산광의 성질을 갖는다. 그러나 대물렌즈(140)로 입사되어야 할 광이 발산될 경우, 가공을 위한 충분한 양의 레이저 빔이 대물렌즈(140)로 입사되지 못해 가공이 온전히 이루어지지 못하게 되고, 대물렌즈(140) 이외의 부분으로 발산하는 레이저 빔이 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치(100) 내 다른 구성이나 광섬유(160)의 가공되고 있는 부분 이외의 다른 부분에도 영향을 미칠 우려가 존재한다. 이러한 문제를 해소하고자, 마이크로 스캐닝 어댑터(130)는 스캐너(120)로부터 반사되어 스캐닝된 레이저 빔의 성질을 평행광으로 변화시키며, 이와 동시에 레이저 빔의 경로를 대물렌즈(140)의 개구부 내로 모두 입사되도록 변화시킨다. Referring back to FIG. 2 , the micro-scanning adapter 130 changes the nature and path of the laser beam reflected from the scanner 120 , and causes the laser beam to enter the aperture of the objective lens 140 . The laser beam reflected from the scanner 120 and scanned has a property of diverging light emitted by one component of the micro-scanning adapter 130 . However, when the light to be incident on the objective lens 140 is diverged, a sufficient amount of laser beam for processing is not incident on the objective lens 140 , so processing cannot be completed completely, and parts other than the objective lens 140 . There is a possibility that the laser beam emitted by the optical fiber Bragg grating may affect other components in the high-speed manufacturing apparatus 100 of the fiber Bragg grating or other parts other than the part being processed of the optical fiber 160 . In order to solve this problem, the micro-scanning adapter 130 changes the property of the scanned laser beam reflected from the scanner 120 into parallel light, and at the same time, the laser beam path is all incident into the opening of the objective lens 140 . change as much as possible.

마이크로 스캐닝 어댑터(130)는 연결부(125)에 의해 스캐너(120)에 연결되어, 스캐너(120)로부터 반사되어 스캐닝된 레이저 빔의 성질과 경로를 변화시킨다.The micro-scanning adapter 130 is connected to the scanner 120 by the connector 125 , and changes the property and path of the scanned laser beam reflected from the scanner 120 .

대물렌즈(140)는 입사되는 레이저 빔을 포커싱하여 광섬유(160)로 조사한다. 대물렌즈(140)는 마이크로 스캐닝 어댑터(130)로부터 평행광을 입사받아 광섬유(160)로 포커싱한다. 다만, 대물렌즈(140)로 입사되는 레이저 빔은 스캐너(120)에 의해 기 설정된 면적만큼 스캐닝되기 때문에, 대물렌즈(140)로부터 포커싱되는 레이저 빔은 일 초점으로만 조사되는 것이 아니라 기 설정된 면적, 예를 들어 광섬유의 내부에 미세 격자를 생성하기 위한 가공 위치에 설정된 초점 영역 내에서 가변된다. 마이크로 스캐닝 어댑터(130)가 스캐너(120)로부터 반사되어 스캐닝된 레이저 빔을 모두 대물렌즈(140)의 개구부 내로 입사시키기 때문에, 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치(100)는 대물렌즈(140)를 이용하여 일정한 간격과 패턴 가공이 가능함과 동시에, 스캐너(120)를 이용하여 빠른 속도로 가공할 수 있다. 즉, 마이크로 스캐닝 어댑터(130)에서 사용하는 대물 렌즈(140)에 의해 레이저 선폭을 조절하여 원하는 가공 선폭과 깊이로 광섬유 브래그 격자를 정밀하게 가공을 수행할 수 있다. The objective lens 140 focuses the incident laser beam and irradiates it with the optical fiber 160 . The objective lens 140 receives the collimated light from the micro-scanning adapter 130 and focuses it onto the optical fiber 160 . However, since the laser beam incident to the objective lens 140 is scanned as much as a preset area by the scanner 120, the laser beam focused from the objective lens 140 is not irradiated with only one focus, but a preset area, Variable within the focal region set at the machining position to create a fine grating on the inside of the optical fiber, for example. Since the micro-scanning adapter 130 injects all the scanned laser beams reflected from the scanner 120 into the opening of the objective lens 140 , the high-speed manufacturing apparatus 100 of the optical fiber Bragg grating uses the objective lens 140 . Thus, it is possible to process a pattern with a constant interval, and at the same time, process it at a high speed using the scanner 120 . That is, by adjusting the laser line width by the objective lens 140 used in the micro-scanning adapter 130 , the optical fiber Bragg grating can be precisely processed to a desired processing line width and depth.

스테이지(150)는 광섬유(160)을 안착시켜 이동시킨다. 스테이지(150)는 제어부(미도시)에서 이동 속도, 이동 방향 등을 정밀 위치 제어함에 따라 안착된 광섬유(160)을 대물렌즈(140) 하단의 가공을 위한 위치로 이동시킨다. 또한, 스테이지(150)는 제어부(미도시)의 제어에 따라, 광섬유(160)의 일정 면적, FBG 가공 영역에 가공이 완료된 경우 다른 면적의 가공을 위한 작업 위치에 노출되도록 광섬유를 이동시키고, 광섬유(160)에 가공이 모두 완료되었으면 광섬유(160)를 작업 위치 밖으로 이동시킨다.The stage 150 seats and moves the optical fiber 160 . The stage 150 moves the seated optical fiber 160 to a position for processing at the bottom of the objective lens 140 as the controller (not shown) precisely positionally controls the moving speed, the moving direction, and the like. In addition, the stage 150 moves the optical fiber to be exposed to a working position for processing of a different area when processing is completed in a certain area of the optical fiber 160, the FBG processing area, under the control of the controller (not shown), and the optical fiber When all processing is completed at 160, the optical fiber 160 is moved out of the working position.

제어부(미도시)는 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치(100) 내 각 구성의 동작을 제어한다.A control unit (not shown) controls the operation of each component in the apparatus 100 for high-speed manufacturing of an optical fiber Bragg grating.

광섬유(160)의 가공을 진행하고자 할 경우, 제어부(미도시)는 광원(110)이 레이저 빔을 조사하도록 제어한다. 광섬유(160) 내부에 미세 격자 제작이 모두 완료된 경우, 제어부(미도시)는 광원(110)이 레이저 빔의 조사를 중단하도록 제어한다.When the optical fiber 160 is to be processed, the controller (not shown) controls the light source 110 to irradiate the laser beam. When the fabrication of the fine gratings inside the optical fiber 160 is completed, the controller (not shown) controls the light source 110 to stop irradiating the laser beam.

제어부(미도시)는 광섬유(160)의 피복을 제거하지 않은 상태에서 광섬유 내부에 미세 격자의 제작이 가능하도록 스캐너(120)를 조정한다. 제어부(미도시)는 스캐너(120)를 조정하여, 광원(110)으로부터 조사된 레이저 빔을 미세격자 제작을 위한 적절한 방향으로 반사하도록 스캐너(120)를 조정한다. 이때, 제어부 스캐너(120)의 스캐닝 속도를 이용하여 광섬유 내부에 미세 격자의 연속 가공 또는 고속 가공이 가능하도록 한다. The controller (not shown) adjusts the scanner 120 so that a fine grating can be manufactured inside the optical fiber without removing the coating of the optical fiber 160 . The controller (not shown) adjusts the scanner 120 to reflect the laser beam irradiated from the light source 110 in an appropriate direction for the microgrid production. In this case, continuous processing or high-speed processing of the fine grid inside the optical fiber is possible using the scanning speed of the control unit scanner 120 .

또한, 제어부(미도시)는 스테이지(150)를 정밀 위치 제어하여, 광섬유(160)에 미세격자 제작을 위한 작업 위치로 이동시키거나, 광섬유(160)의 미세격자 제작이 완료된 부위나 최종적으로 FBG 제작이 완료된 광섬유(160)를 작업 위치 밖으로 이동시키도록 한다.In addition, the controller (not shown) precisely positionally controls the stage 150 to move the optical fiber 160 to a working position for microgrid production, or a portion where the microgrid production of the optical fiber 160 is completed or finally FBG. The manufactured optical fiber 160 is moved out of the working position.

한편, 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치는 조명부(170)와 카메라부(180)를 추가로 포함할 수 있다.On the other hand, the high-speed manufacturing apparatus of the optical fiber Bragg grating using the laser micro-scanning technology may further include an illumination unit 170 and a camera unit 180 .

조명부(170)는 광섬유(160)의 표면 상태를 확인하기 위한 조명을 조사하는데, 사용자가 확인할 수 있도록 가시광 파장 대역의 조명을 조사할 수 있다. The illumination unit 170 irradiates illumination for confirming the surface state of the optical fiber 160 , and may irradiate illumination of a visible light wavelength band so that the user can confirm it.

카메라부(180)는 광섬유(160)로부터 반사된 반사광을 수광하여 촬영한다. 조명부(170)로부터 조사된 조명은 마이크로 스캐닝 어댑터(130)에 의해 광섬유(160)로 조사되며, 광섬유(160)로부터 반사되는 반사광은 마이크로 스캐닝 어댑터(130)를 거쳐 카메라부(180)에서 촬영된다. 카메라부(180)는 사용자가 현재 광섬유(160)의 가공 상태, 가공 위치 등을 실시간 확인할 수 있도록 촬영된 레이저 스캐닝 가공 영상을 이미지화하여 보여줄 수 있다. The camera unit 180 receives the reflected light reflected from the optical fiber 160 and takes a picture. The illumination irradiated from the illumination unit 170 is irradiated to the optical fiber 160 by the micro scanning adapter 130 , and the reflected light reflected from the optical fiber 160 is photographed by the camera unit 180 via the micro scanning adapter 130 . . The camera unit 180 may display the captured laser scanning processed image as an image so that the user can check the current processing state, processing position, etc. of the optical fiber 160 in real time.

카메라부(180)에서 촬영된 레이저 스캐닝 가공 영상을 통해 사용자가 현재 광섬유(160)의 가공 상태를 확인할 수 있도록 한다. The user can check the current processing state of the optical fiber 160 through the laser scanning processed image captured by the camera unit 180 .

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치로부터 조사되는 레이저의 일 광 경로를 도시한 도면이다.4 is a view showing one light path of the laser irradiated from the high-speed manufacturing apparatus of the fiber Bragg grating using the laser micro-scanning technology according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 광원(110)으로부터 조사된 레이저 빔은 평행광 형태로 조사된다. Referring to FIG. 4 , the laser beam irradiated from the light source 110 is irradiated in the form of parallel light.

도 4의 (a)는 기존의 레이저 가공 장치에 의한 레이저 스캐닝 가공 방식으로서, 스캐너(120)에 의해 스캐닝된 레이저빔이 에프세타 렌즈(F-theta lens)를 이용하여 스테이지(150) 위에 놓여진 대상물에 집중되어 가공된다.Figure 4 (a) is a laser scanning processing method by a conventional laser processing apparatus, the laser beam scanned by the scanner 120 using an F-theta lens (F-theta lens) is placed on the object placed on the stage 150 is concentrated on processing.

에프세타 렌즈는 렌즈 설계 단계에서 적정 수준의 원통형 왜곡을 넣어 상의 높이가 중심에서 멀어질수록 가속되어 증가하는 현상을 상쇄시킬 수 있도록 한 것으로서, 가속도가 붙어 스캐닝되는 거리가 초점거리와 굴절각도와의 곱으로 계산되된다. 그러나, 에프세타 렌즈는 레이저빔이 스캐닝 영역의 외곽부에서 기울기를 가지고 입사되기 때문에 정밀 가공에 한계가 있다. The f-theta lens is designed to offset the phenomenon that the height of the image accelerates and increases as the height of the image increases further away from the center by adding an appropriate level of cylindrical distortion at the lens design stage. is calculated as However, the ftheta lens has a limitation in precision processing because the laser beam is incident with an inclination from the outer part of the scanning area.

도 4의 (b)는 기존의 레이저 가공 장치에 대물렌즈(140)를 적용한 레이저 스캐닝 가공 방식으로서, 스캐너(120)를 이용하여 레이저 빔의 방향을 조절하여, 방향이 조절된 레이저빔을 대물렌즈(140)를 거쳐 대상물로 조사되도록 한다. 이때, 스캐너(120)에 의해 방향이 조절된 레이저빔이 기설정된 범위를 벗어날 경우에 대물렌즈(140)로 레이저빔이 입사되지 못하고, 대물렌즈(140)로 입사되어야 할 광이 발산되어 가공을 위한 충분한 양의 레이저 빔이 대물렌즈(140)로 입사되지 못해 가공이 온전히 이루어지지 못하게 되고, 이렇게 반살된 레이저 빔이 다른 구성요소나 광섬유(160)의 가공 부분 이외의 다른 부분에도 영향을 미칠 우려가 존재한다. Figure 4 (b) is a laser scanning processing method in which the objective lens 140 is applied to the existing laser processing apparatus, by using the scanner 120 to adjust the direction of the laser beam, the direction of the laser beam with the objective lens It is irradiated to the object through (140). At this time, when the laser beam whose direction has been adjusted by the scanner 120 is out of a preset range, the laser beam is not incident on the objective lens 140 , and the light to be incident on the objective lens 140 is emitted and processing is performed. A sufficient amount of the laser beam for this purpose is not incident to the objective lens 140, so processing cannot be completed, and there is a concern that the laser beam halved in this way may affect other components or parts other than the processing part of the optical fiber 160. exists

따라서, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 마이크로 스캐닝 어댑터(130)와 대물렌즈(140)를 이용하여 레이저 스캐닝 가공 방식을 구현하여 레이저 빔의 선폭이 1㎛ 정도의 크기로 만들어 미세 격자를 하나씩 고속으로 광섬유에 직접 새겨 넣을 수 있도록 한다. Therefore, as shown in FIG. 4(c), in the present invention, the laser scanning processing method is implemented using the micro-scanning adapter 130 and the objective lens 140 so that the line width of the laser beam is reduced to a size of about 1 μm. It makes it possible to directly engrave fine gratings one by one into the optical fiber at high speed.

마이크로 스캐닝 어댑터(130) 내 제1 렌즈(310)는 광원(110)과 스캐너(120)의 광 경로 중간에 배치되어, 스캐너(120)로 입사될 레이저 빔을 포커싱한다. 제1 렌즈(310)는 제1 렌즈(310)를 통과한 레이저 빔이 스캐너(120)를 거쳐 스캐너(120)와 제2 렌즈(320) 사이에서 포커싱되도록 레이저 빔을 포커싱한다.The first lens 310 in the micro-scanning adapter 130 is disposed in the middle of the optical path between the light source 110 and the scanner 120 to focus the laser beam to be incident on the scanner 120 . The first lens 310 focuses the laser beam so that the laser beam passing through the first lens 310 is focused between the scanner 120 and the second lens 320 through the scanner 120 .

제1 렌즈(130)를 거친 레이저 빔은 스캐너(120)를 거치며 기 설정된 방향(본 발명에서는 -y축)으로 반사된다. 이때, 스캐너(120)의 반사각에 따라, 레이저 빔이 반사되는 방향은 기 설정된 범위 내에서 상이해진다.The laser beam passing through the first lens 130 passes through the scanner 120 and is reflected in a preset direction (-y-axis in the present invention). At this time, according to the reflection angle of the scanner 120, the direction in which the laser beam is reflected is different within a preset range.

스캐너(120)에서 반사된 레이저 빔은 서로 다른 방향으로 조사되며, 서로 다른 지점에서 포커싱된 후 발산하며 제2 렌즈(320)로 입사한다. 전술한 대로, 레이저 빔이 제1 렌즈(310)를 통과하며, 스캐너(120)와 제2 렌즈(320) 사이에서 포커싱된다. 이에 따라, 제2 렌즈(320)의 (광 경로 상의) 전단에서 포커싱된 레이저 빔은 다시 분산되며 제2 렌즈(320)로 입사하게 된다. 도 3에는 서로 다른 방향으로 조사된 레이저 빔들이 서로 다른 초점을 형성한 후 발산하는 것처럼 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 레이저 빔들이 동일한 초점을 형성한 후 각각 발산하는 광 경로를 가질 수도 있다.The laser beam reflected from the scanner 120 is irradiated in different directions, is focused at different points, diverges, and is incident on the second lens 320 . As described above, the laser beam passes through the first lens 310 and is focused between the scanner 120 and the second lens 320 . Accordingly, the laser beam focused at the front end (on the optical path) of the second lens 320 is dispersed again and is incident on the second lens 320 . In FIG. 3 , the laser beams irradiated in different directions are illustrated as diverging after forming different focal points, but the present invention is not limited thereto, and the laser beams may have optical paths each diverging after forming the same focal point. .

제2 렌즈(320)는 입사하는 레이저 빔의 경로와 성질을 변이시켜 대물렌즈(140)로 입사시킨다. 제2 렌즈(320)는 레이저 빔의 성질면에 있어서는 입사되는 발산광을 평행광으로 변이시키며, 광 경로에 있어서는 제2 렌즈(320)의 중심으로부터 멀어질수록 굴절각도가 증가하여 최종적으로 대물렌즈(140)의 개구부 내로 입사된다. 이에 따라, 스캐너(120)에서 어떠한 방향으로 반사된 레이저 빔이라도 모두 평행광의 형태로 대물렌즈(140)의 개구부에 입사된다.The second lens 320 changes the path and properties of the incident laser beam to make it enter the objective lens 140 . The second lens 320 transforms the incident divergent light into parallel light in terms of the properties of the laser beam, and in the optical path, the angle of refraction increases as the distance from the center of the second lens 320 increases, and finally the objective lens It is incident into the opening of 140 . Accordingly, any laser beam reflected in any direction from the scanner 120 is incident on the opening of the objective lens 140 in the form of parallel light.

제2 렌즈(320)는 입사되는 발산광을 평행광으로 변이시키는 동시에, 렌즈의 중심부로부터 끝단으로 갈수록 굴절시키는 각도가 상승하는 하나의 렌즈로 구현될 수 있고, 입사되는 발산광을 평행광으로 변이시키는 렌즈와 입사되는 위치에 따라 상이한 각도로 굴절시키는(렌즈의 중심부로부터 끝단으로 갈수록 굴절시키는) 렌즈 복수 개로 구현될 수도 있다. 제2 렌즈(320)가 복수의 렌즈로 구현될 경우, 각 렌즈에서 필연적으로 발생하게 되는 각종 수차들을 서로 간에 보상할 수 있는 효과를 갖는다.The second lens 320 may be implemented as a single lens that transforms the incident divergent light into parallel light and at the same time increases the angle of refracting it from the center to the end of the lens, and transforms the incident divergent light into parallel light. It may be implemented with a plurality of lenses that refract at different angles depending on the lens and the incident position (the lens is refracted from the center to the end of the lens). When the second lens 320 is implemented with a plurality of lenses, various aberrations that are inevitably generated in each lens can be compensated for with each other.

대물렌즈(140)로 입사하는 레이저 빔은 대물렌즈(140)를 거쳐 광섬유(160)에 포커싱된다.The laser beam incident on the objective lens 140 is focused on the optical fiber 160 through the objective lens 140 .

스캐너(120)에 의해 기 설정된 범위 내에서 레이저 빔이 스캐닝되고, 스캐닝되는 레이저 빔은 제2 렌즈(320)를 거치며 온전히 대물렌즈(140)로 입사되고 있기 때문에, 대물렌즈(140)에서 조사되는 레이저 빔은 미세한 초점으로 포커싱되면서도, 기 설정된 범위 내에서 변화할 수 있게 된다. 이에 따라, 레이저 가공장치(100)는 정밀하게 가공을 수행할 수 있는 동시에, 빠르게 레이저 가공을 수행할 수 있다.A laser beam is scanned within a preset range by the scanner 120 , and since the scanned laser beam passes through the second lens 320 and is completely incident on the objective lens 140 , it is irradiated from the objective lens 140 . The laser beam can be changed within a preset range while being focused to a fine focus. Accordingly, the laser processing apparatus 100 can perform the processing precisely and at the same time, it is possible to perform the laser processing quickly.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치에 의한 대상물의 가공 결과를 보여주는 예시도이다.5 is an exemplary view showing a processing result of an object by the high-speed manufacturing apparatus of an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technique according to an embodiment of the present invention.

레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치는 FBG 이외에도 실리콘 웨이퍼, 실리카(silica), PCB 기판 등이 다양한 물질을 레이저 가공할 수 있다. The high-speed manufacturing apparatus for optical fiber Bragg gratings using laser micro-scanning technology can laser process various materials, such as silicon wafers, silica, and PCB substrates, in addition to FBG.

광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치는 레이저 출력이 1.3W(대물렌즈), 2.4W(마이크로 스캐닝 어댑터)이고, 스테이지(150)의 이동 속도가 20mm/s, 마스크로 스캐닝 어댑터(130)의 가공 속도가 500mm/s, 가공 길이가 100㎛, 대물렌즈(140)가 20배율(NA-0.40)로 설정한다. 스테이지(150)가 1회 이동할 때, 가공 진행방향으로 수평하게 고속 반복 가공을 하는 가공 반복을 변화시켜 실리카의 표면에서 가공 선폭과 깊이를 측정한다. The high-speed manufacturing apparatus of the optical fiber Bragg grating has a laser output of 1.3W (objective lens), 2.4W (micro scanning adapter), a moving speed of the stage 150 is 20 mm/s, and a processing speed of the scanning adapter 130 with a mask. 500mm/s, processing length 100㎛, objective lens 140 is set to 20 magnification (NA-0.40). When the stage 150 moves once, the processing line width and depth are measured on the surface of the silica by changing the processing repetition of horizontally high-speed repetitive processing in the processing direction.

도 5에 도시된 바와 같이, 가공 반복 수가 증가할수록 실리카의 표면에서의 가공 선폭은 어느정도 유지한 채 가공 깊이가 깊게 가공됨을 확인할 수 있다. 일례로, 대물렌즈만을 이용하여 1회 가공시, 가공 선폭이 14.6㎛, 가공 깊이가 17.4㎛의 가공 결과를 얻을 수 있고(도 5의 (a)), 24회 가공 반복시 가공 선폭이 15.2㎛, 가공 깊이가 38.4㎛의 가공 결과를 얻을 수 있다(도 5의 (b)). 그러나, 대물렌즈와 아미크로 스캐닝 어댑터를 이용하여 1회 가공시 가공 선폭이 15.2㎛, 가공 깊이가 38.4㎛의 가공 결과를 얻을 수 있다(도 5의 (c)). As shown in FIG. 5 , as the number of processing repetitions increases, it can be confirmed that the processing depth is deepened while maintaining the processing line width on the surface of the silica to some extent. As an example, in one-time processing using only the objective lens, processing results of a processing line width of 14.6 μm and a processing depth of 17.4 μm can be obtained (FIG. , a processing result with a processing depth of 38.4 μm can be obtained (FIG. 5(b)). However, a machining result of 15.2 μm in processing line width and 38.4 μm in processing depth can be obtained during one-time processing using the objective lens and micro-scanning adapter (FIG. 5(c)).

이와 같이, 마이크로 스캐닝 어댑터를 이용하여 실리카 표면을 1회 가공한 가공 결과와 대물 렌즈를 이용하여 24회 가공 반복을 수행한 가공 결과가 동일함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 대물렌즈와 마이크로 스캐닝 어댑터를 이용한 아미크로 스캐닝 기술을 이용하여 가공 반복 수를 조절하여 원하는 가공 깊이를 갖는 미세 격자를 빠른 시간에 제작할 수 있고, 가공 선폭을 제어하여 주기적 또는 여러 주기의 미세 격자를 제작할 수 있다. As described above, it can be seen that the processing result of processing the silica surface once using the micro-scanning adapter and the processing result of 24 repetitions of processing using the objective lens are the same. Therefore, according to the present invention, a fine grid having a desired processing depth can be manufactured in a short time by controlling the number of processing repetitions using the micro-scanning technology using an objective lens and a micro-scanning adapter, and periodic or several cycles by controlling the processing line width It is possible to fabricate a fine lattice of

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 7은 도 6에 의한 광섬유 브래그 격자의 제작 결과를 보여주는 도면이다. 6 is a flowchart illustrating a method for high-speed manufacturing of an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technique according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a view showing the manufacturing result of the optical fiber Bragg grating according to FIG. 6 .

도 6을 참조하면, 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 방법은, 광원(110)에서 레이저빔이 조사되면(S1), 스캐너(120)는 광원으로부터 조사된 레이저빔의 방향을 조절하여 스캐닝한다(S2). 이때, 스캐너(120)는 제어부의 제어에 따라 반사시키는 각도를 세밀히 조절하여 기 설정된 방향으로 반사된 레이저 빔이 마이크로 스캐닝 어댑터(130)로 입사되는 위치를 조절한다.Referring to FIG. 6 , in the high-speed manufacturing method of a fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology, when a laser beam is irradiated from the light source 110 ( S1 ), the scanner 120 adjusts the direction of the laser beam irradiated from the light source. to scan (S2). At this time, the scanner 120 finely adjusts the reflection angle according to the control of the controller to adjust the position where the laser beam reflected in a preset direction is incident on the micro-scanning adapter 130 .

마이크로 스캐닝 어댑터(130)는 스캐너(120)에서 반사되는 레이저 빔의 성질과 경로를 변화시켜 레이저 빔을 대물렌즈(140)의 개구부로 입사시킨다(S3). 대물렌즈(140)는 마이크로 스캐닝 어댑터(130)를 통해 입사되는 레이저짐을 포커싱하여 광섬유(160)로 조사한다(S4). 이때, 스테이지(150)가 제어부에 의해 정밀 위치 제어되어, 일정한 이동 속도로 기 설정된 가공 진행 방향으로 이동되므로, 대물렌즈(140)를 통해 조사되는 레이저빔이 광섬유의 피복을 제거하지 않은 상태에서도 일정한 간격으로 가공 선폭과 가공 깊이를 갖는 패턴 가공을 통해 광섬유 내부에 미세격자가 생성되어 광섬유 브래그 격자가 제작될 수 있다(S5). The micro-scanning adapter 130 changes the nature and path of the laser beam reflected from the scanner 120 to inject the laser beam into the opening of the objective lens 140 (S3). The objective lens 140 focuses the laser beam incident through the micro-scanning adapter 130 and irradiates it to the optical fiber 160 (S4). At this time, since the stage 150 is precisely position-controlled by the control unit and moved in the preset processing direction at a constant moving speed, the laser beam irradiated through the objective lens 140 is constant even in a state where the optical fiber is not removed. Through pattern processing having a processing line width and processing depth at intervals, a fine lattice is created inside the optical fiber, so that an optical fiber Bragg lattice can be manufactured (S5).

도 7에 도시된 바와 같이, FBG 인터로게이터(interrogator)를 이용하여 FBG의 값을 측정하여 FBG에서 반사되는 빛의 파장을 분석할 수 있는데, 파장(

=1516nm)에서 광 손실이 4.3dB임을 알 수 있다. As shown in FIG. 7 , the wavelength of light reflected from the FBG can be analyzed by measuring the value of the FBG using an FBG interrogator.

=1516nm), it can be seen that the optical loss is 4.3dB.

이와 같이, 본 발명은 기존에 광섬유 내에 함유된 물질 성분의 변화를 이용하여 FBG를 제작하는 방식이 아니라, 대물 렌즈가 적용된 레이저 스캐닝 가공 방식을 이용하여 레이저 빔의 가공 선폭을 1㎛ 이내가 유지되도록 하고, 스테이지가 100mm/s 이상의 이동 속도로 이동하도록 하여 광섬유 내부에 직접 미세 격자를 가공하여 FBG를 제작하는 것이다. 따라서, 본 발명은 광섬유에 도핑된 물질에 의존하지 않기 때문에 다양한 광섬유 센서 활용에 유용하게 적용할 수 있고, 주기적인 미세 격자 또는 여러 주기를 갖는 미세 격자의 제작이 가능할 뿐만 아니라 기존에 고가의 위상 마스크를 사용하지 않게 때문에 FBG 제작 비용을 줄일 수 있고, 광학 부품들의 정밀한 위치 정렬이 요구되지 않아 제작 시간이 단축될 수 있다.As described above, the present invention is not a method of manufacturing FBG using a change in material components contained in an optical fiber, but a laser scanning processing method to which an objective lens is applied so that the processing line width of the laser beam is maintained within 1 μm. In order to make the stage move at a moving speed of 100 mm/s or more, the FBG is manufactured by directly processing the fine grating inside the optical fiber. Therefore, since the present invention does not depend on the material doped in the optical fiber, it can be usefully applied to various optical fiber sensors. Since the FBG is not used, the manufacturing cost of FBG can be reduced, and the manufacturing time can be shortened because precise positioning of optical components is not required.

한편, 본 발명은 광원으로 극초단파 레이저를 사용할 경우에 레이저 초점 부근에서만 물질에 흡수되기 때문에 광섬유의 피복에 영향을 주지 않아, 광섬유의 피복을 제거하지 않아도 광섬유 내부에 미세격자를 제작할 수 있다. 특히, 본 발명은 스캐너와 마이크로 스캐닝 어댑터를 통해 레이저빔의 고집속을 통해 레이저 초점 영역에서만 레이저 가공이 이루어져 광섬유 내부에 초점이 위치할 경우에 광섬유 내부에서만 가공이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 FBG 제작시 피복 제거에 대한 광섬유의 손상 및 단선을 예방할 수 있고, 기존에 광섬유의 피복을 제거시 필요한 리코팅 작업이 필요없어진다. On the other hand, in the present invention, when a microwave laser is used as a light source, since the material is absorbed only in the vicinity of the laser focal point, the coating of the optical fiber is not affected, and a microgrid can be manufactured inside the optical fiber without removing the coating of the optical fiber. In particular, in the present invention, when laser processing is performed only in the laser focus area through a high speed of a laser beam through a scanner and a micro-scanning adapter, and the focal point is located inside the optical fiber, processing can be performed only inside the optical fiber. Therefore, the present invention can prevent damage and disconnection of the optical fiber due to the removal of the coating during the manufacturing of the FBG, and eliminates the need for the existing coating operation when removing the coating of the optical fiber.

한편, 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용하여 광섬유를 제조하는 광섬유 제조 시스템은, 광섬유 모재를 용융하여 인출하는 방식으로 코어와 코어 주변을 둘러싸는 클래드를 포함하는 광섬유를 제작하는 광섬유 제작 장치의 끝단에 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치(100)를 위치시킴으로써 광섬유 내부에 광섬유 브래그 격자 (FBG: Fiber Bragg Grating)를 형성하도록 할 수 있다. On the other hand, an optical fiber manufacturing system for manufacturing an optical fiber using a laser micro-scanning technology is a laser micro-fabrication system at the end of an optical fiber manufacturing apparatus that produces an optical fiber including a core and a clad surrounding the core in a manner that melts and draws out an optical fiber base material. By positioning the high-speed manufacturing apparatus 100 for fiber Bragg gratings using scanning technology, it is possible to form a Fiber Bragg grating (FBG) inside the optical fiber.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.The embodiments of the present invention described above may also be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer. Such recording media includes computer-readable media, and computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer, and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Computer readable media also includes computer storage media, which include volatile and nonvolatile embodied in any method or technology for storage of information, such as computer readable instructions, data structures, program modules, or other data. , including both removable and non-removable media.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

100 : 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치
110: 광원
120: 스캐너
125: 연결부
130: 마이크로 스캐닝 어댑터
140: 대물렌즈
150: 스테이지
160: 광섬유
170 : 조명부
180 : 카메라부100: High-speed manufacturing apparatus of optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology
110: light source
120: scanner
125: connection
130: micro scanning adapter
140: objective lens
150: stage
160: optical fiber
170: lighting unit
180: camera unit

Claims (10)

가공을 위한 레이저빔을 조사하는 광원;
광원으로부터 조사된 레이저빔을 기 설정된 방향으로 반사시켜 기 설정된 면적만큼 스캐닝하는 스캐너;
상기 스캐너를 통해 입사되는 레이저 빔을 포커싱하여 광섬유의 가공 위치로 조사하는 대물렌즈;
상기 스캐너로부터 반사되는 레이저빔을 상기 대물렌즈의 개구부로 입사시키는 스캐닝 어댑터; 및
기설정된 이동속도와 이동 방향으로 상기 광섬유를 안착시키며 이동시키는 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치.a light source for irradiating a laser beam for processing;
a scanner that reflects the laser beam irradiated from the light source in a preset direction to scan a preset area;
an objective lens for focusing the laser beam incident through the scanner and irradiating it to a processing position of the optical fiber;
a scanning adapter for injecting the laser beam reflected from the scanner into the opening of the objective lens; and
A high-speed manufacturing apparatus for an optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology, comprising a stage for seating and moving the optical fiber at a predetermined moving speed and moving direction. 제1항에 있어서,
상기 스캐닝 어댑터는,
상기 광원과 상기 스캐너의 광 경로상에 배치되어, 상기 광원에서 조사되어 상기 스캐너로 입사되는 레이저 빔을 포커싱하는 제1 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치. According to claim 1,
The scanning adapter,
High-speed manufacturing of an optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology, characterized in that it comprises a first lens disposed on the light path of the light source and the scanner to focus the laser beam irradiated from the light source and incident to the scanner Device. 제1항에 있어서,
상기 스캐닝 어댑터는,
상기 스캐너로부터 반사되는 레이저 빔을 평행광으로 만드는 제2 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치. According to claim 1,
The scanning adapter,
A high-speed manufacturing apparatus for an optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology, characterized in that it comprises a second lens that converts the laser beam reflected from the scanner into parallel light. 제1항에 있어서,
상기 스캐닝 어댑터는,
상기 스캐너로부터 반사되는 레이저빔의 광 경로를 상기 대물렌즈의 개구부의 방향으로 변화시키는 제3 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치. According to claim 1,
The scanning adapter,
and a third lens for changing the optical path of the laser beam reflected from the scanner in the direction of the opening of the objective lens. 제1항에 있어서,
상기 스테이지의 위치 제어를 통해 상기 광섬유를 가공 위치로 이동시키고, 상기 광섬유 내부에 기 설정된 가공 선폭과 가공 깊이로 패턴 가공을 수행하고, 상기 패턴 가공을 기 설정된 횟수 이상으로 가공 반복을 수행하여 미세 격자가 생성되도록 각 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치. According to claim 1,
The optical fiber is moved to the processing position through the position control of the stage, the pattern processing is performed with a predetermined processing line width and processing depth inside the optical fiber, and the pattern processing is repeated more than a predetermined number of times to obtain a fine grid. High-speed manufacturing apparatus of an optical fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology, characterized in that it comprises a control unit for controlling the operation of each component so that the generated. 제1항에 있어서,
상기 스캐너의 스캐닝 속도를 이용하여 광섬유 브래그 격자의 가공 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치According to claim 1,
High-speed manufacturing apparatus for fiber Bragg grating using laser micro-scanning technology, characterized in that the processing speed of the fiber Bragg grating is adjusted using the scanning speed of the scanner 제1항에 있어서,
상기 대물렌즈를 이용하여 레이저빔의 선폭을 조절하여 상기 광섬유 내부에 기 설정된 가공 선폭과 가공 깊이로 패턴 가공을 수행하는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치.According to claim 1,
A high-speed manufacturing apparatus for an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technology, characterized in that by adjusting the line width of the laser beam using the objective lens, pattern processing is performed with a preset processing line width and processing depth inside the optical fiber. 대물 렌즈를 이용하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 방법에 있어서,
a) 가공을 위한 레이저빔이 조사되면, 상기 조사된 레이저빔을 기 설정된 방향으로 반사시켜 기 설정된 면적만큼 스캐닝하는 스캐닝 과정을 수행하는 단계;
b) 상기 스캐닝 과정을 통해 반사되는 레이저빔을 평행광으로 변화시키는 스캐닝 어댑터를 통해 레이저 빔의 경로를 대물렌즈의 개구부로 입사되도록 변화시키는 단계;
c) 상기 스캐닝 어댑터를 통해 입사되는 레이저 빔을 대물 렌즈에서 포커싱하여 스테이지에 놓여진 광섬유로 조사하는 단계; 및
d) 상기 스테이지의 가공 진행방향에 따라 기설정된 가공 선폭과 가공 깊이를 갖는 패턴 가공을 기 설정된 횟수로 가공 반복 수행하여 미세 격자를 생성하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 방법.In the high-speed manufacturing method of an optical fiber Bragg grating using a laser micro-scanning technology for manufacturing a fiber Bragg grating using an objective lens,
a) when a laser beam for processing is irradiated, reflecting the irradiated laser beam in a preset direction to perform a scanning process of scanning a preset area;
b) changing the path of the laser beam to be incident into the opening of the objective lens through a scanning adapter that converts the laser beam reflected through the scanning process into parallel light;
c) focusing the laser beam incident through the scanning adapter by an objective lens and irradiating it with an optical fiber placed on a stage; and
d) manufacturing a fiber Bragg grating by repeating processing a pattern having a predetermined processing line width and processing depth a predetermined number of times according to the processing direction of the stage to generate a fine grid. A method for high-speed fabrication of optical fiber Bragg gratings using micro-scanning technology. 제8항에 있어서,
상기 b) 단계는,
상기 광섬유의 내부에 미세 격자를 생성하기 위한 가공 위치에 초점을 설정하고, 상기 설정된 초점 영역에 상기 레이저빔이 포커싱되도록 적어도 하나 이상의 렌즈를 이용하여 레이저 빔의 성질과 경로를 변화시키는 것을 특징으로 하는 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 방법.9. The method of claim 8,
Step b) is,
Setting a focus at a processing position for creating a fine grating inside the optical fiber, and changing the property and path of the laser beam using at least one lens so that the laser beam is focused on the set focus area A method for high-speed fabrication of fiber-optic Bragg gratings using laser micro-scanning technology. 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용하여 광섬유를 제조하는 광섬유 제조 시스템에 있어서,
광섬유 모재를 용융하여 인출하는 방식으로, 코어와 코어 주변을 둘러싸는 클래드를 포함하는 광섬유를 제작하는 광섬유 제작 장치; 및
상기 광섬유의 제작 장치의 끝단에 설치되어 상기 광섬유에 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg Grating)를 형성시키는, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 레이저 마이크로 스캐닝 기술을 이용한 광섬유 브래그 격자의 고속 제조 장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 제조 시스템. In the optical fiber manufacturing system for manufacturing an optical fiber using laser micro-scanning technology,
An optical fiber manufacturing apparatus for manufacturing an optical fiber including a core and a clad surrounding the core by melting and withdrawing the optical fiber base material; and
High-speed manufacturing of an optical fiber Bragg grating using the laser micro-scanning technology of any one of claims 1 to 7, which is installed at the end of the optical fiber manufacturing device to form a Fiber Bragg grating (FBG) on the optical fiber Device;
An optical fiber manufacturing system comprising a.

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