KR100464335B1 - 가변 정렬형 광섬유 블럭 및 이를 이용한 광도파로열 격자 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 광섬유 연결을 위한 광섬유 블럭은, 그 일단에 소정 체적의 수용부를 구비하는 기판과; 상기 수용부 내에 안착되며, 구비된 홀을 통하여 상기 광섬유가 삽입되는 페룰과; 상기 페룰의 일측면과 대향된 상기 수용부의 내측벽 사이에 개재되며, 제1 열팽창 계수값을 갖는 제1 신축 블럭과; 상기 페룰의 타측면과 대향된 상기 수용부의 내측벽 사이에 개재되며, 제2 열팽창 계수값을 갖는 제2 신축 블럭을 포함한다.

Description

가변 정렬형 광섬유 블럭 및 이를 이용한 광도파로열 격자 모듈{VARIABLE ALIGNMENT TYPE OPTICAL FIBER BLOCK AND ARRAYED WAVEGUIDES GRATING MODULE USING THE SAME}

본 발명은 광소자에 관한 것으로서, 특히 광커넥터(optical connector)로서 사용되는 광섬유 블럭 및 이를 이용한 광도파로열 격자 모듈에 관한 것이다.

광섬유 블럭은 평면 도파로 소자(Planar Lightwave Circuit, PLC)의 입출력단에 광섬유 또는 광섬유열(optical fiber array)을 정렬하여 연결할 때 주된 부품으로 사용될 뿐만 아니라, 마이크로 광소자(micro-optic device) 등의 입출력 단자로도 이용되는 광소자 중의 하나이다.

도 1은 종래의 따른 광도파로열 격자 모듈의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 단심 광섬유 블럭을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 단심 광섬유 블럭을 A-A에 따라 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 다심 광섬유 블럭을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 다심 광섬유 블럭을 B-B에 따라 나타낸 단면도이다.

상기 광도파로열 격자 모듈(arrayed waveguides grating module)은 단심 광섬유 블럭(110)과, 광도파로열 격자(130)와, 다심 광섬유 블럭(150)으로 구성된다.

상기 단심 광섬유 블럭(110)은 제1 광섬유(112)와, 제1 기판(118)과, 제1 유리 평판(120)으로 구성된다.

상기 제1 광섬유(112)는 베어 광섬유(bare optical fiber, 114)와 피복(116)으로 구성되며, 그 단부의 피복(116)이 소정 길이만큼 제거되어 있다.

상기 제1 기판(118)은 그 상부면에 브이-홈(V-groove, 119)을 구비하며, 상기 브이-홈(119)에 상기 베어 광섬유(114)가 안착된다. 이후, 상기 제1 광섬유(112)의 고정을 위하여 상기 제1 기판(118) 및 제1 광섬유(112) 상에 에폭시(epoxy)가 도포된다.

상기 제1 유리 평판(120)은 상기 에폭시가 도포된 제1 기판(118) 및 제1 광섬유(112) 상에 놓임으로써, 상기 제1 광섬유(112)를 고정하고 외부 환경으로부터 보호한다.

상기 광도파로열 격자(130)는 평면 도파로 소자로서, 제1 도파로(132)와, 제1 슬랩 도파로(slab waveguide, 134)와, 격자 도파로열(136)과, 제2 슬랩 도파로(138), 제2 도파로열(140)로 구성된다.

상기 제1 도파로(132)는 그 일단이 상기 제1 광섬유(112)와 연결되고, 그 타단이 상기 제1 슬랩 도파로(134)에 연결된다.

상기 제1 슬랩 도파로(134)는 상기 제1 도파로(132)를 통해 입력된 광신호를 상기 격자 도파로열(136)에 분배하는 기능을 수행한다.

상기 격자 도파로열(136)은 서로 다른 길이를 갖는 다수의 도파로로 구성되며, 그 일단이 상기 제1 슬랩 도파로(134)에 연결되고, 그 타단이 상기 제2 슬랩 도파로(138)에 연결된다.

상기 제2 슬랩 도파로(138)는 상기 격자 도파로열(136)을 통해 입력된 광신호를 파장에 따라 상기 제2 도파로열(140)에 분배하는 기능을 수행한다.

상기 제2 도파로열(140)은 다수의 도파로로 구성되며, 그 일단이 상기 제2 슬랩 도파로(138)에 연결되고, 그 타단이 상기 다심 광섬유 블럭(150)에 연결된다.

상기 다심 광섬유 블럭(150)은 제2 광섬유열(152)과, 제2 기판(158)과, 제2 유리 평판(160)으로 구성된다.

상기 제2 광섬유열(152)은 베어 광섬유열(154)과 피복(156)으로 구성되며, 그 단부의 피복(156)이 소정 길이만큼 제거되어 있다.

상기 제2 기판(158)은 그 상부면에 소정 피치로 배열된 브이-홈 어레이(V-groove array, 159)를 구비하며, 상기 브이-홈 어레이(159)에 상기 베어 광섬유열(154)이 안착된다. 이후, 상기 제2 광섬유열(152)의 고정을 위하여 상기 제2 기판(158) 및 제2 광섬유열(152) 상에 에폭시가 도포된다.

상기 제2 유리 평판(160)은 상기 에폭시가 도포된 제2 기판(158) 및 제2 광섬유열(152) 상에 놓임으로써, 상기 제2 광섬유열(152)을 고정하고 외부 환경으로부터 보호한다.

상기 광도파로열 격자 모듈에 있어서, 광도파로열 격자(130)의 제2 도파로(140) 각각은 일정한 출력 파장 및 출력 파워를 유지하는 것이 중요하며, 작동 온도 범위 내에서 ITU 파장 스펙(spec)을 만족하여야 한다. 즉, 출력 파장 간의 간격이 100㎓인 경우에 ±0.04㎚ 이내에 있어야 한다. 또한, 상기 광도파로열 격자(130)를 제작할 당시에 가지고 있는 파장 편차때문에 출력 파장 간의 간격은그보다 작은 ±0.01㎚를 만족하는 것이 바람직하다. 이 때, 작동 온도 범위는 제품에 따라 다르지만, 현재 가장 넓은 작동 온도 범위를 갖는 히터 타입 모듈(heater type module)의 경우에 -5℃∼65℃의 작동 온도 범위를 제공하고 있다. 이와 같이, 광도파로열 격자 모듈에서 작동 온도가 변화될 때 각 제2 도파로에서 출력되는 광의 파장이 약간씩 변동된다. 이러한 파장 변동은 상기 광도파로열 격자 모듈의 성능을 저하시킨다. 즉, 상기 광도파로열 격자(130)가 실리콘 또는 실리카 재질로 되어 있으므로 온도에 따라 굴절률값이 변화하게 되며, 이에 따라 상기한 파장 변동이 발생된다.

따라서, 하기 <수학식 1>로 정의되는 열적 변동 Θ을 보정해야 한다.

또한, 상기 광도파로열 격자 모듈의 제작시에 소정의 보정 인자 αL(α: 광도파로열 격자와 광섬유 블럭의 열팽창 계수들의 차, L : 소정 거리)를 고려해 주어야 한다.

상술한 바와 같이, 종래에 따른 광도파로열 격자 모듈에 있어서 온도 변화에 대한 보정이 요구된다. 한편, 항온을 유지하는 히터 타입의 광도파로열 격자 모듈의 경우에 수명이 길지 않다는 문제점과, 추가로 온도 유지에 필요한 전기 회로를 구비해야된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 온도에 따른 정렬 변화가 가능한 가변 정렬형 광섬유 블럭 및 이를 이용한 광도파로열 격자 모듈을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광섬유 연결을 위한 광섬유 블럭에 있어서,

그 일단에 소정 체적의 수용부를 구비하는 기판과;

상기 수용부 내에 안착되며, 구비된 홀을 통하여 상기 광섬유가 삽입되는 페룰과;

상기 페룰의 일측면과 대향된 상기 수용부의 내측벽 사이에 개재되며, 제1 열팽창 계수값을 갖는 제1 신축 블럭과;

상기 페룰의 타측면과 대향된 상기 수용부의 내측벽 사이에 개재되며, 제2 열팽창 계수값을 갖는 제2 신축 블럭을 포함한다.

도 1은 종래의 따른 광도파로열 격자 모듈의 구성을 나타내는 도면,

도 2는 도 1에 도시된 단심 광섬유 블럭을 나타내는 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 단심 광섬유 블럭을 A-A에 따라 나타낸 단면도,

도 4는 도 1에 도시된 다심 광섬유 블럭을 나타내는 사시도,

도 5는 도 4에 도시된 다심 광섬유 블럭을 B-B에 따라 나타낸 단면도,

도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 가변 정렬형 단심 광섬유 블럭의 구성을 나타내는 정면도,

도 7은 도 6에 도시된 단심 광섬유 블럭에서 유리 평판이 제거된 경우를 C-C에 따라 나타낸 단면도,

도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 가변 정렬형 다심 광섬유 블럭의 구성을 나타내는 정면도,

도 9는 도 8에 도시된 다심 광섬유 블럭에서 유리 평판이 제거된 경우를 D-D에 따라 나타낸 단면도,

도 10은 도 4 및 도 6에 도시된 광섬유 블럭들을 이용한 온도 무의존성 광도파로열 격자 모듈의 구성을 나타내는 도면,

도 11은 도 2 및 도 8에 도시된 광섬유 블럭들을 이용한 온도 무의존성 광도파로열 격자 모듈의 구성을 나타내는 도면.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 가변 정렬형 단심 광섬유 블럭의 구성을 나타내는 정면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 단심 광섬유 블럭에서 유리 평판이 제거된 경우의 평면도이다.

상기 단심 광섬유 블럭(210)은 광섬유(212)와, 기판(218)과, 사각 페룰(rectangular ferrule, 224)과, 제1 신축 블럭(226)과, 제2 신축 블럭(228)과, 스폰지(230)와, 유리 평판(232)으로 구성된다.

상기 광섬유는 베어 광섬유(214)와 피복(216)으로 구성되며, 그 단부의 피복(216)이 소정 길이만큼 제거되어 있다.

상기 기판(218)은 그 일단에 소정 체적의 수용부(220)를 구비하며, 상기 수용부(220)는 상면과 전면이 개방된 박스(box) 형태를 갖는다. 상기 수용부(220)는 사진 식각 공정(photolithography)에 의해 생성될 수 있다.

상기 사각 페룰(224)은 상기 수용부(220) 내에 안착되며, 구비된 홀을 통하여 상기 베어 광섬유(214)가 삽입된다. 상기 베어 광섬유(214)는 그 직경보다 큰 직경을 갖는 상기 사각 페룰(224)의 홀에 삽입된 후, 상기 홀에 에폭시를 주입함으로써 고정될 수 있다.

상기 제1 신축 블럭(226)은 상기 사각 페룰(224)의 일측면과 대향된 상기 수용부(220)의 내측벽 사이에 개재되며, 소정의 열팽창 계수값을 갖는다. 상기 제1 신축 블럭(226)의 재질로는 폴리머, 금속 등을 사용할 수 있다.

상기 제2 신축 블럭(228)은 상기 사각 페룰(224)의 타측면과 대향된 상기 수용부(220)의 내측벽 사이에 개재되며, 상기 제1 신축 블럭(226)의 것과 다른 열팽창 계수값을 갖는다. 상기 제2 신축 블럭(228)의 재질로는 폴리머, 금속 등을 사용할 수 있다. 즉, 작동 온도가 변화된 경우에 상기 제1 및 제2 신축 블럭(226 및228)의 열팽창 계수값이 상이함으로 인하여 상기 사각 페룰(224)은 상기 제1 또는 제2 신축 블럭(226 또는 228) 쪽으로 이동하게 된다. 따라서, 기설정된 온도 대 이동량 조건에 부합하도록, 상기 제1 및 제2 신축 블럭(226 및 228)의 열팽창 계수값들을 조절한다.

상기 스폰지(230)는 상기 베어 광섬유(214)가 삽입되는 사각 페룰(224)의 일단에 인접하여 위치하며, 상기 베어 광섬유(214)가 삽입되는 과정에서 발생하는 벤딩을 완화하는 기능을 수행한다.

상기 유리 평판(232)은 상기 수용부(220)를 제외한 기판(218)의 상부면 및 광섬유(212)에 에폭시를 도포한 상태에서 상기 기판(218) 위에 놓여지게 된다. 상기 유리 평판(232)은 상기 광섬유(212)를 고정하고 외부 환경으로부터 보호한다.

도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 가변 정렬형 다심 광섬유 블럭의 구성을 나타내는 정면도이며, 도 9는 도 8에 도시된 다심 광섬유 블럭에서 유리 평판이 제거된 경우의 평면도이다.

상기 다심 광섬유 블럭(410)은 광섬유열(412)과, 기판(418)과, 다수의 사각 페룰(424)과, 다수의 제1 신축 블럭(426)과, 다수의 제2 신축 블럭(428)과, 다수의 스폰지(430)와, 유리 평판(432)으로 구성된다.

상기 광섬유열(412)은 각각 베어 광섬유(414) 및 피복(416)으로 구성되며, 그 단부의 피복(416)이 소정 길이만큼 제거되어 있다.

상기 기판(418)은 그 일단에 각각 소정 체적을 갖는 다수의 수용부(420)를 구비하며, 상기 각 수용부(420)는 상면과 전면이 개방된 박스 형태를 갖는다. 상기수용부(420)는 사진 식각 공정에 의해 생성될 수 있다.

상기 각 사각 페룰(424)은 해당 수용부(420) 내에 안착되며, 구비된 홀을 통하여 해당 베어 광섬유(414)가 삽입된다. 상기 베어 광섬유(414)는 그 직경보다 큰 직경을 갖는 상기 사각 페룰(424)의 홀에 삽입된 후, 상기 홀에 에폭시를 주입함으로써 고정될 수 있다.

상기 각 제1 신축 블럭(426)은 해당 사각 페룰(424)의 일측면과 대향된 해당 수용부(420)의 내측벽 사이에 개재되며, 소정의 열팽창 계수값을 갖는다. 상기 제1 신축 블럭(426)의 재질로는 폴리머, 금속 등을 사용할 수 있다.

상기 각 제2 신축 블럭(428)은 해당 사각 페룰(424)의 타측면과 대향된 해당 수용부(420)의 내측벽 사이에 개재되며, 대응된 제1 신축 블럭(426)의 것과 다른 열팽창 계수값을 갖는다. 상기 제2 신축 블럭(428)의 재질로는 폴리머, 금속 등을 사용할 수 있다. 즉, 작동 온도가 변화된 경우에 대응된 제1 및 제2 신축 블럭(426 및 428)의 열팽창 계수값이 상이함으로 인하여 해당 사각 페룰(424)은 상기 제1 또는 제2 신축 블럭(426 또는 428) 쪽으로 이동하게 된다. 따라서, 기설정된 온도 대 이동량 조건에 부합하도록, 상기 제1 및 제2 신축 블럭(426 및 428)의 열팽창 계수값들을 조절한다.

상기 각 스폰지(430)는 해당 베어 광섬유(414)가 삽입되는 해당 사각 페룰(424)의 일단에 인접하여 위치하며, 상기 베어 광섬유(414)가 삽입되는 과정에서 발생하는 벤딩을 완화하는 기능을 수행한다.

상기 유리 평판(432)은 상기 다수의 수용부(420)를 제외한 기판(418)의 상부면 및 광섬유열(412)에 에폭시를 도포한 상태에서 상기 기판(418) 위에 놓여지게 된다. 상기 유리 평판(432)은 상기 광섬유열(412)을 고정하고 외부 환경으로부터 보호한다.

도 10은 도 6 및 도 8에 도시된 광섬유 블럭들을 이용한 온도 무의존성 광도파로열 격자 모듈의 구성을 나타내는 도면이다. 이하, 중복되는 기술을 생략하기로 한다.

상기 광도파로열 격자(310)는 평면 도파로 소자로서, 제1 슬랩 도파로(314)와, 격자 도파로열(316)과, 제2 슬랩 도파로(318), 제2 도파로열(320)로 구성된다.

상기 제1 슬랩 도파로(314)는 그 일단이 단심 광섬유 블럭(210)과 연결되고, 그 타단이 상기 격자 도파로열(316)에 연결된다. 상기 제1 슬랩 도파로(314)는 광섬유(212)를 통해 입력된 광신호를 상기 격자 도파로열(316)에 분배하는 기능을 수행한다.

상기 격자 도파로열(316)은 서로 다른 길이를 갖는 다수의 도파로로 구성되며, 그 일단이 상기 제1 슬랩 도파로(314)에 연결되고, 그 타단이 상기 제2 슬랩 도파로(318)에 연결된다.

상기 제2 슬랩 도파로(318)는 상기 격자 도파로열(316)을 통해 입력된 광신호를 파장에 따라 상기 제2 도파로열(320)에 분배하는 기능을 수행한다.

상기 제2 도파로열(320)은 다수의 도파로로 구성되며, 그 일단이 상기 제2 슬랩 도파로(318)에 연결되고, 그 타단이 다심 광섬유 블럭(150)에 연결된다.

상기 광도파로열 격자 모듈의 작동 온도가 변화된 경우에 굴절률 변화로 인하여 상기 단심 광섬유 블럭(210)에 실장된 광섬유(212)와 상기 제1 슬랩 도파로(314)의 결합 손실이 증가될 수 있으며, 상기 단심 광섬유 블럭(210)은 온도 변화에 따른 제1 및 제2 신축 블럭(226 및 228)의 신축에 의해 사각 블럭(224)을 이동시키게 된다. 즉, 상기 제1 및 제2 신축 블럭(226 및 228)의 열팽창 계수값들이 상이함으로 인하여, 상기 사각 블럭(224)은 상기 제1 또는 제2 신축 블럭(226 또는 228)의 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라서, 상기한 결합 손실을 감소시키도록 상기 광섬유(212)와 제1 슬랩 도파로(314)의 재정렬이 이루어진다.

도 11은 도 2 및 도 8에 도시된 광섬유 블럭들을 이용한 온도 무의존성 광도파로열 격자 모듈의 구성을 나타내는 도면이다. 이하, 중복되는 기술을 생략하기로 한다.

상기 광도파로열 격자(510)는 평면 도파로 소자로서, 제1 도파로열(512), 제1 슬랩 도파로(514)와, 격자 도파로열(516)과, 제2 슬랩 도파로(518)로 구성된다.

상기 제1 도파로열(512)은 다수의 도파로로 구성되며, 그 일단이 상기 제1 슬랩 도파로(514)에 연결되고, 그 타단이 단심 광섬유 블럭(110)에 연결된다. 상기 제1 도파로열(512)은 다수의 도파로를 구비함으로써 그 중 하나를 입력 광신호의 파장에 따라 선택할 수 있도록 한다.

상기 제1 슬랩 도파로(514)는 그 일단이 단심 광섬유 블럭(110)과 연결되고, 그 타단이 상기 격자 도파로열(516)에 연결된다. 상기 제1 슬랩 도파로(514)는 상기 상기 제1 도파로열(512) 중의 한 도파로를 통해 입력된 광신호를 상기 격자 도파로열(516)에 분배하는 기능을 수행한다.

상기 격자 도파로열(516)은 서로 다른 길이를 갖는 다수의 도파로로 구성되며, 그 일단이 상기 제1 슬랩 도파로(514)에 연결되고, 그 타단이 상기 제2 슬랩 도파로(518)에 연결된다.

상기 제2 슬랩 도파로(518)는 상기 격자 도파로열(516)을 통해 입력된 광신호를 파장에 따라 다심 광섬유 블럭(410)에 실장된 광섬유열(412)에 분배하는 기능을 수행한다.

출력단의 굴절률 변화로 인하여 상기 다심 광섬유 블럭(410)에 실장된 광섬유열(412)과 상기 제2 슬랩 도파로(518)의 결합 손실이 증가될 수 있다. 상기 다심 광섬유 블럭(410)은 온도 변화에 따른 각 제1 신축 블럭(426)과 대응하는 제2 신축 블럭(428)의 신축에 의해 해당 사각 블럭(424)을 이동시키게 된다. 즉, 상기 제1 및 제2 신축 블럭(426 및 428)의 열팽창 계수값들이 상이함으로 인하여, 상기 사각 블럭(424)은 상기 제1 또는 제2 신축 블럭(426 또는 428)의 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라서, 상기한 결합 손실을 감소시키도록 해당 광섬유(412)와 제2 슬랩 도파로(318)의 재정렬이 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 정렬형 광섬유 블럭 및 이를 이용한 광도파로열 격자 모듈은 온도 변화에 따라 서로 다른 열팽창 계수값들을 갖는 제1 및 제2 신축 블럭을 이용하여 광섬유가 삽입된 사각 페룰을 이동시킴으로써, 온도 변화에 따른 광섬유의 재정렬이 가능하다는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 광섬유 연결을 위한 광섬유 블럭에 있어서,

   그 일단에 소정 체적의 수용부를 구비하는 기판과;

   상기 수용부 내에 안착되며, 구비된 홀을 통하여 상기 광섬유가 삽입되는 페룰과;

   상기 페룰의 일측면과 대향된 상기 수용부의 내측벽 사이에 개재되며, 제1 열팽창 계수값을 갖는 제1 신축 블럭과;

   상기 페룰의 타측면과 대향된 상기 수용부의 내측벽 사이에 개재되며, 제2 열팽창 계수값을 갖는 제2 신축 블럭을 포함함을 특징으로 하는 가변 정렬형 광섬유 블럭.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수용부는 상면과 전면이 개방된 박스 형태를 가짐을 특징으로 하는 가변 정렬형 광섬유 블럭.
3. 광도파로열 격자 모듈에 있어서,

   다수의 도파로로 구성된 격자 도파로열과, 입력된 광신호를 상기 격자 도파로열에 분배하기 위한 제1 슬랩 도파로와, 상기 격자 도파로열을 통해 입력된 상기 광신호를 파장에 따라 분배하기 위한 제2 슬랩 도파로를 갖는 광도파로열 격자와;

   상기 광도파로열 격자의 일측에 연결되며, 상기 제1 슬랩 도파로와 광섬유를 정렬시키기 위한 가변 정렬형 광섬유 블록을 포함하며, 상기 가변 정렬형 광섬유 블록은,

   그 일단에 소정 체적의 수용부를 구비하는 기판과;

   상기 수용부 내에 안착되며, 구비된 홀을 통하여 상기 광섬유가 삽입되는 페룰과;

   상기 페룰의 일측면과 대향된 상기 수용부의 내측벽 사이에 개재되며, 제1 열팽창 계수값을 갖는 제1 신축 블럭과;

   상기 페룰의 타측면과 대향된 상기 수용부의 내측벽 사이에 개재되며, 제2 열팽창 계수값을 갖는 제2 신축 블럭을 포함함을 특징으로 하는 광도파로열 격자 모듈.