KR20130104838A - 광 결합장치 및 그를 구비한 능동 광모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 결합장치 및 그를 포함하는 능동 광모듈을 개시한다. 그의 장치는, 제 1 코어와 상기 제 1 코어를 둘러싸는 제 1 클래딩을 갖는 제 1 광섬유와, 상기 제 1 광섬유에 신호 광을 전달하는 제 2 광섬유와, 상기 제 2 광섬유와 평행한 방향의 펌프 광을 상기 제 1 광섬유에 전달하는 제 3 광섬유들과, 상기 제 1 광섬유와 상기 제 2 광섬유 사이에 연결되고, 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 상기 제 3 광섬유들을 상기 제 1 광섬유의 방향으로 연결하는 커넥터를 포함한다.
Description
본 발명은 광 결합장치 및 그를 구비한 능동 광모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 펌프 광을 광 섬유에 전달하는 광 결합장치 및 그를 구비한 능동 광모듈에 관한 것이다.
광통신은 대용량의 데이터 통신 및 정보 처리 속도를 개선시키고 있다. 광 통신에서 사용되는 광원은 단일 파장의 레이저 광을 주로 사용하고 있다. 레이저 광은 여러 종류의 레이저에 의해 발진될 수 있다. 광 통신에서 사용되는 레이저는 표면방출 레이저와, 광섬유 레이저를 포함할 수 있다. 광섬유 레이저는 이중 클래딩 구조를 갖는 광섬유를 포함할 수 있다. 광섬유 레이저는 능동 매질이 첨가된 코어에 펌프 광을 공급하여 레이저 광을 생성할 수 있다. 따라서, 광섬유의 코어에 펌프 광을 효율적으로 공급함으로서 고출력 광섬유 레이저를 구현할 수 있다.
예를 들어, 이중 클래딩 광섬유 레이저 구조에서는 펌핑 광원을 광섬유의 1차 클래딩을 통해 입사 시킨다. 1차 클래딩은 코어에 비해 약 100배 이상의 단면적을 갖고 2차 클래딩보다 높은 굴절률을 갖는다. 때문에, 1차 클래딩은 다중모드 반도체 기판의 신호 광을 효율적으로 전송할 수 있다. 또한, 1차 클래딩은 외부에서 입사되는 펌프 광을 수광할 수 있다. 펌프 광은 1차 클래딩 내의 코어에서 희토류 이온에 의해 흡수되고 여기된 희토류 이온들이 상기 코어를 따라 진행하며 광섬유 내부 또는 외부의 mirror를 통해 좋은 빔질의 광섬유 레이저를 생성시킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 광섬유들의 접합 효율을 극대화할 수 있는 광 결합장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 광섬유의 코어에 펌프 광을 효율적으로 공급할 수 있는 펌프광 결합장치 및 그를 구비한 능동 광모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 광섬유들의 접합 효율을 증대 또는 극대화할 수 있는 펌프광 결합장치 및 그를 구비한 능동 광모듈을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 광 결합장치는 제 1 코어와 상기 제 1 코어를 둘러싸는 제 1 클래딩을 갖는 제 1 광섬유; 상기 제 1 광섬유에 신호 광을 전달하는 제 2 광섬유; 상기 제 2 광섬유와 평행한 방향의 펌프 광을 상기 제 1 광섬유에 전달하는 제 3 광섬유들; 및 상기 제 1 광섬유와 상기 제 2 광섬유 사이에 연결되고, 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 상기 제 3 광섬유들을 상기 제 1 광섬유의 방향으로 연결하는 커넥터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 광섬유는 상기 제 1 클래딩을 둘러싸는 제 2 클래딩을 갖는 이중 클래딩 광섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 광섬유는 상기 신호 광을 전달하는 제 2 코어와, 상기 제 2 코어를 감싸는 제 3 클래딩을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 3 광섬유들은 제 4 클래딩을 갖는 다중모드 광섬유를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 커넥터는 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어를 연결하는 제 3 코어와, 상기 제 3 코어를 둘러싸고 상기 제 1 클래딩에 일측이 연결되고 상기 제 3 클래딩 및 상기 제 3 클래딩을 둘러싸는 제 3 광섬유들에 연결되는 제 5 클래딩을 포함할 수 있다. 상기 제 3 코어는 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어와 동일한 직경을 가질 수 있다. 상기 제 3 코어는 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어 사이에서 테이퍼질 수 있다. 상기 제 5 클래딩은 상기 제 3 코어와 반대방향으로 테이퍼질 수 있다. 상기 제 1 코어는 상기 제 2 코어보다 큰 직경을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 레이저는, 제 1 코어와 상기 제 1 코어를 둘러싸는 제 1 및 제 2 클래딩들을 갖는 제 1 광섬유; 상기 제 1 광섬유에 신호 광을 전달하는 제 2 코어와 상기 제 2 코어를 둘러싸는 제 3 클래딩을 갖는 제 2 광섬유; 상기 제 2 광섬유와 평행한 방향의 펌프 광을 상기 제 1 광섬유에 전달하고, 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 제 4 클래딩들을 갖는 제 3 광섬유들; 및 상기 제 1 광섬유의 상기 제 1 코어와 상기 제 2 광섬유의 제 2 코어 사이에 연결되고 브래그 격자를 갖는 제 3 코어와, 상기 제 3 코어를 둘러싸며 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 상기 제 3 광섬유들을 상기 제 1 광섬유의 방향으로 연결하는 제 5 클래딩을 갖는 커넥터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 커넥터의 상기 제 3 코어는 상기 제 1 코어가 상기 제 2 코어보다 큰 직경을 가질 때, 상기 제 2 코어의 방향으로 외경이 감소하는 구조로 테이퍼질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 5 클래딩은 상기 제 1 클래딩과 상기 제 3 클래딩이 동일한 직경을 가질 때, 상기 제 1 클래딩의 방향으로 테이퍼질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 능동 광모듈은, 펌프광을 공급하는 펌프 광원; 제 1 코어와 상기 제 1 코어를 둘러싸는 제 1 클래딩을 갖는 제 1 광섬유와, 상기 제 1 광섬유에 신호 광을 전달하는 제 2 광섬유와, 상기 펌프 광원으로부터 공급되는 상기 펌프 광을 상기 제 1 광섬유에 전달하는 제 3 광섬유들과, 상기 제 1 광섬유와 상기 제 2 광섬유 사이에 연결되고, 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 상기 제 3 광섬유들을 상기 제 1 광섬유의 방향으로 연결하는 커넥터를 포함하는 광 결합장치; 상기 펌프광 결합장치의 상기 제 2 광섬유에 연결된 제 1 광 소자; 및 상기 제 1 광 소자에 대향되는 상기 제 1 광섬유에 연결되고, 상기 펌프 광에 의해 상기 제 1 광섬유, 상기 제 2 광섬유, 및 상기 커넥터에서 발생되는 레이저 광을 방출하는 제 2 광 소자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 결합장치의 상기 커넥터가 상기 제 1 광 소자에서 상기 제 2 광 소자의 방향으로 배치된 순방향 펌핑 모드를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 광 결합장치의 상기 커넥터가 상기 제 2 광 소자에서 상기 제 1 광 소자의 방향으로 배치된 역방향 펌핑 모드를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 펌프광 결합장치는 복수개이고, 상기 복수개의 펌프광 결합장치의 커넥터들이 마주보는 방향으로 배치된 양방향 펌핑 모드를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 펌프광 결합장치는 복수개이고, 상기 복수개의 펌프광 결합장치의 상기 커넥터들이 상기 제 1 광 소자와 상기 제 2 광 소자의 방향으로 배치된 다중 순방향 펌핑 모드를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 광 소자와 상기 제 2 광 소자는 각각 제 1 거울과 제 2 거울로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제 1 광 소자와 상기 제 2 광 소자는 각각 제 1 아이솔레이터와 제 2 아이솔레이터로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 제 1 광섬유와 제 2 광섬유 사이를 연결하는 커넥터를 포함할 수 있다. 커넥터는 펌프 광을 전달하는 제 3 광섬유들을 상기 제 1 광섬유의 방향으로 접합시킬 수 있다. 커넥터는 제 1 광섬유의 방향으로 테이퍼질 수 있다. 커넥터는 펌프 광을 제 3 광섬유에서 제 1 광섬유까지 손실없이 전달할 수 있기 때문에 접합 효율을 극대화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 펌프광 결합장치는 광 접합 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 결합장치를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 결합장치의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 결합장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 결합장치를 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 따른 광 결합장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제 1 내지 제 3 응용예들에 따른 광섬유 레이저를 나타내는 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 능동 광모듈을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 능동 광모듈을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 능동 광모듈을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 능동 광모듈을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 결합장치의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 결합장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 결합장치를 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 따른 광 결합장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제 1 내지 제 3 응용예들에 따른 광섬유 레이저를 나타내는 단면도들이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 능동 광모듈을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 능동 광모듈을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 능동 광모듈을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 능동 광모듈을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 층이 다른 층과, 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층과, 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층 또는 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 층과 어떤 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 층들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 층들이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역, 층을 다른 영역, 층과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 광 결합장치들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 결합장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 결합장치(100)는 제 1 광섬유(10)와 제 2 광섬유(20) 사이에 배치되고, 상기 제 2 광섬유(20)와 평행한 방향으로 펌프 광을 전달하는 제 3 광섬유들(30)를 연결하는 커넥터(40)을 포함할 수 있다.
제 1 광섬유(10)는 제 1 코어(12)와, 상기 제 1 코어(12)를 둘러싸는 제 1 클래딩(14) 및 제 2 클래딩(16)을 구비하는 이중 클래딩 광섬유(double cladding optical fiber) 또는 광자결정 광섬유(photonic crystal fiber)를 포함할 수 있다. 제 1 코어(12)는 제 3 광섬유들(30)이 커넥터(40)에 접합되는 방향으로 진행되는 펌프 광을 흡수할 수 있다. 제 1 코어(12)는 펌프 광을 흡수하여 증폭 자발 방출(Amplified Spontaneous Emission: ASE)되는 활성 물질(active material)을 포함할 수 있다. 활성 물질은 희토류 원소를 포함할 수 있다. 희토류 원소는 펌프 광을 흡수하여, 준안정 상태로 여기되는 전자가 안정화되면서 단일 파장의 레이저 광을 방출 할 수 있다. 희토류 원소는 어븀(Er)과, 이터븀(Yb), 쑬륨(Tm) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어븀과 이터븀, 쑬륨 각각 1550nm, 1080nm, 2000nm 파장대역(wave band)의 레이저 광을 발진할 수 있다. 제 1 코어(12)는 단일모드 코어 또는 다중모드 코어를 포함할 수 있다. 제 1 코어(12)는 제 1 클래딩(14) 내에서 불연속적인 절단면이 없고 일정한 직경을 가질 수 있다. 제 1 코어(12)는 제 1 클래딩(14) 및 제 2 클래딩(16)보다 굴절률이 높을 수 있다.
제 1 클래딩(14) 및 제 2 클래딩(16)은 각각 실리카 유리와, 폴리머 성분을 포함할 수 있다. 이중 클래딩 광섬유의 경우, 제 1 클래딩(14) 및 제 2 클래딩(16)은 제 1 코어(12)보다 굴절률이 낮을 수 있다. 제 1 클래딩(14)은 제 2 클래딩(16)에 비해 더 높은 굴절률을 가질 수 있다. 제 1 코어(12)와 제 1 클래딩(14)은 약 0.001~0.005정도의 굴절률 차이를 가질 수 있다. 제 2 클래딩(16)은 불소계 고분자를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 광자결정 광섬유의 제 1 코어(12)는 희토류 원소가 첨가된 실리카 유리를 포함할 수 있다. 광자결정 광섬유의 제 1 코어(12)와 제 1 클래딩(14) 사이 경계면 영역은 다수의 미세 기공이 길이방향으로 무수히 배열되는 실리카 유리를 포함할 수 있다. 광자결정 광섬유의 제 2 클래딩(16)은 제 1 코어(12)와 동일한 굴절률의 실리카 유리를 포함할 수 있고 제 1 클래딩(14)과 제 2 클래딩(16) 사이 경계면 영역의 미세 기공은 마찬가지로 길이 방향으로 정렬되어 있고 미세 기공의 크기는 제 1 코어(12)와 제 1 클래딩(14) 사이 경계면 영역의 미세기공보다 크다.
제 2 광섬유(20)는 상기 제 1 광섬유(10)에 신호 광을 전달하는 단일모드 또는 퓨어 모드 광섬유를 포함할 수 있다. 여기서, 단일모드는 빛을 하나의 방향으로 전달하는 것으로 정의되고, 퓨어 모드는 2개 내지 3개의 방향으로 전달하는 것으로 정의될 수 있다. 제 2 광섬유(20)는 제 2 코어(22) 및 제 3 클래딩(24)을 가질 수 있다. 제 2 광섬유(20)의 제 2 코어(22), 제 3 클래딩(24)은 제 1 광섬유(10)의 제 1 코어(12)와 제 1 클래딩(14)과 각각 동일한 직경 및 굴절률을 가질 수 있다. 도시되지는 않았지만, 커넥터(40)에 대향되는 제 2 광섬유(20)의 타측에는 신호광을 공급하는 광학 장치가 배치될 수 있다.
제 3 광섬유(30)는 대구경 다중모드 코어 광섬유로 제 1 광섬유(10)에 펌프 광을 전달하기 위해 코어 및 클래딩 구조를 갖거나, 이들의 구조를 갖지 않는 실리카 유리의 펌프 광섬유를 포함할 수 있다. 또한, 제 3 광섬유들(30)은 하드 폴리머 클래드(hard polymer clad) 또는 하드 실리카 클래드 (hard silica clad fiber)의 형태의 제 4 코어/클래딩(32)을 갖는 다중모드 광섬유를 포함할 수 있다. 제 3 광섬유(30)들은 제 2 광섬유(20)의 제 3 클래딩(24)의 외주면을 따라 커넥터(40)에 단일 층 또는 복층으로 연결될 수 있다. 펌프 광은 제 3 광섬유들(30)을 통해 커넥터(40)와 제 1 광섬유(10)에 전달될 수 있다. 펌프 광은 제 1 광섬유(10)의 제 1 클래딩(14)으로 모두 입사될 수 있다. 이때, 제 1 클래딩(14), 제 4 코어(32) 및 제 5 클래딩(44)은 동일한 굴절률을 가질 수 있다.
펌프 광원(34)은 펌프 광을 생성할 수 있다. 펌프 광원(34)은 외부에서 공급되는 전원에 의해 펌프 광을 발진하는 레이저 다이오드(Laser Diode: LD)를 포함할 수 있다. 레이저 다이오드는 단일소스 (single emitter), 바(bar) 형태 또는 스택(stack) 형태로 제작될 수 있다. 펌프 광원(34)은 발광 물질의 종류에 따라 808nm, 915nm, 950nm, 980nm, 1480nm, 또는 그외 파장 중 적어도 하나의 파장대역을 갖는 펌프 광을 발진할 수 있다.
커넥터(40)는 제 3 코어(42) 및 제 5 클래딩(44)을 포함할 수 있다. 제 3 코어(42)는 제 1 코어(12) 및 제 2 코어(22)를 연결할 수 있다. 제 3 코어(42)는 제 1 코어(12) 및 제 2 코어(22)와 동일한 직경과 굴절률을 가질 수 있다. 제 5 클래딩(44)은 제 1 클래딩(14)과, 제 3 클래딩(24)을 일방향으로 연결할 수 있다. 또한, 제 5 클래딩(44)은 제 3 클래딩(24)의 둘레에 배치된 제 3 광섬유들(30)을 고정할 수 있다. 제 3 광섬유들(30)은 제 3 클래딩(24)의 둘레에 원형으로 한 층 또는 그 이상의 복 층으로 제 5 클래딩(44)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 제 5 클래딩(44)은 제 3 클래딩(24)의 둘레에 약 6개의 제 3 광섬유들(30)을 고정할 수 있다. 따라서, 제 5 클래딩(44)은 제 2 광섬유(20)과 제 3 광섬유(30)를 제 1 광섬유(10)에 연결시킬 수 있다.
제 5 클래딩(44)은 일측의 제 3 클래딩(24)과 상기 제 3 클래딩(24)의 둘레에 배치된 제 4 클래딩들(32)과 동일한 직경을 가지며, 타측의 제 1 클래딩(14)과 동일한 직경을 가질 수 있다. 제 5 클래딩(44)은 일측의 제 2 광섬유(20)에서 타측의 제 1 광섬유(10)까지 테이퍼질 수 있다.
제 5 클래딩(44)에 접합되는 제 1 광섬유(10)와 제 3 광섬유들(30)의 광 손실은 빔 파라미터 프로덕트(Beam Parameter Product: BPP)에 의해 결정될 수 있다. 빔 파라미터 프로덕트 값은 빛이 진행되는 광섬유의 외경과, 광섬유의 개구수의 곱에 대응될 수 있다. 여기서, 개구수는 빛의 전파를 좌우하는 입사각을 결정하는 수치이다. 개구수는 광섬유 내에서 밖으로 굴절시키지 않고 전반사하여 진행되는 최대각도의 싸인(sine) 값에 대응될 수 있다. 광섬유의 외경과 개구수가 결정되면, 빔 파라미터 프로덕트 값은 일정할 수 있다. 또한, 입력단의 빔파라미터 프로덕트 값이 출력단의 빔 파라미터 프로덕트 값보다 작으면 펌프 광의 손실이 발생되지 않는다.
예를 들어, 제 1 광섬유(10)의 제 1 클래딩(14)은 약 125㎛정도의 직경과, 약 0.46정도의 개구수(NA)를 가질 수 있다. 제 1 광섬유(10)의 빔 파라미터 프로덕트는 57.5이다. 제 2 광섬유(20) 및 제 3 광섬유들(30)은 약 375㎛정도의 직경으로 커넥터(40)에 연결될 수 있다. 보통 제 3 광섬유들(30)은 0.15 이하의 개구수를 가질 수 있고 제 4 클래딩 외경은 125 um 이다. 따라서 입력단 광섬유 다발의 파라미터 프로덕트는 125*3*0.15 로 주어지며 값은 56.25로 출력단 보다 작게 된다. 이때, 제 5 클래딩(44)은 약 2cm이상으로 테이퍼질 수 있다. 커넥터(40)는 제 1 광섬유(10)과 제 2 광섬유(20) 사이에서 제 3 광섬유(30)의 펌프광 결합 효율을 증대시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 광 결합장치(100)는 광 결합 효율을 극대화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 결합장치(100)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 결합장치(100)의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제 4 광섬유(48)의 제 6 클래딩(46)을 일부 제거하여 제 5 클래딩(44)을 노출시킨다. 제 6 클래딩(46)은 제 5 클래딩(44)에서 화학적 또는 물리적으로 벗겨질 수 있다. 제 4 광섬유(48)는 제 2 광섬유(20) 및 제 3 광섬유들(30)의 전체 외경과 동일한 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 광섬유(20) 및 제 3 광섬유들(30)은 각각 125 um 정도의 직경을 가질 수 있다. 또한, 제 5 클래딩(44)은 125 *3 = 375㎛ 또는 125 *5 = 725㎛ 정도의 직경을 가질 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 제 5 클래딩(44)을 테이퍼지게 식각한다. 제 5 클래딩(44)은 화학적 식각 방법 또는 물리적 식각 방법으로 테이퍼지게 식각될 수 있다. 제 5 클래딩(44)의 말단은 제 1 광섬유(10)와 동일한 직경으로 식각될 수 있다. 예를 들어, 제 5 클래딩(44)은 약 125㎛의 직경으로 식각될 수 있다. 이후, 제 5 클래딩(44)의 식각 표면은 광 연마(optical polishing)될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 제 5 클래딩(44)을 커넥터(40)로 절단(cleaving)한다. 제 5 클래딩(44)은 톱(saw) 또는 칼(knife)과 같은 도구에 의해 절단될 수 있다. 커넥터(40)는 일측의 제 1 광섬유(10)과 동일한 외경을 갖고, 타측의 제 2 광섬유(20) 및 제 3 광섬유들(30)과 동일한 외경을 가질 수 있다. 커넥터(40)는 제 1 광섬유(10)에 접합되고, 제 2 광섬유(20) 및 제 3 광섬유(30)에 접합될 수 있다. 제 1 내지 제 3 광섬유들(10, 20, 30)은 스플라싱에 의해 커넥터(40)에 접합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 결합장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 결합장치(100)의 제 3 코어(42)는 서로 다른 직경의 제 1 코어(12) 및 제 2 코어(22)를 연결할 수 있다. 제 3 코어(42)는 제 1 코어(12) 및 제 2 코어(22)의 직경 불일치를 상쇄시켜 광 손실을 최소화 또는 제거할 수 있다. 제 5 클래딩(44)은 제 1 광섬유(10)의 제 1 클래딩(14)과 동일한 직경을 가질 수 있다. 제 1 클래딩(14)은 제 2 광섬유(20)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 제 2 광섬유(20)와 제 3 광섬유들(30)은 동일한 직경을 가질 수 있다. 제 5 클래딩(44)은 제 2 광섬유(20)와 상기 제 2 광섬유(20)을 둘러싸는 제 3 광섬유들(30)의 전체와 동일한 직경을 가질 수 있다. 커넥터(40)의 제 3 코어(42)는 제 2 광섬유(20)의 제 2 코어(22)에서 인가되는 신호광을 손실 없이 제 1 광섬유(10)의 제 1 코어(12)에 전달할 수 있다. 또한, 커넥터(40)는 제 3 광섬유들(30)로부터 제공되는 펌프 광을 제 1 광섬유(10)의 제 1 클래딩(14)에 전달할 수 있다. 따라서, 커넥터(40) 및 제 1 광섬유(10)는 펌프 광과 신호 광을 커플링시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 결합장치(100)는 광 결합 효율을 극대화시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 결합장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 커넥터(40)의 제 5 클래딩(44)은 제 2 광섬유(20) 및 제 3 광섬유들(30)에서 제 1 광섬유(10) 방향으로 테이퍼질 수 있다. 제 3 코어(42)는 제 1 광섬유(10)에서 제 2 광섬유(20) 및 제 3 광섬유들(30)의 방향으로 테이퍼질 수 있다. 따라서, 커넥터(40)는 서로 반대방향으로 테이퍼진 제 3 코어(42)와, 제 5 클래딩(44)을 포함할 수 있다. 제 1 광섬유(10)는 제 2 광섬유(20)의 제 2 코어(22)보다 큰 직경의 제 1 코어(12)와, 상기 제 2 광섬유(20)의 제 3 클래딩(24)과 동일한 직경의 제 1 클래딩(14)을 포함할 수 있다. 제 1 클래딩(14)은 제 3 광섬유(30)의 제 4 클래딩과 동일한 직경을 가질 수 있다. 커넥터(40)는 일측의 제 1 클래딩(14)과, 타측의 제 2 광섬유(20) 및 상기 제 2 광섬유(20)를 둘러싸는 제 3 광섬유들(30)을 연결할 수 있다. 커넥터(40)의 제 3 코어(42)는 제 1 코어(12)와 제 2 코어(22)의 직경 차이의 발생에 의해 테이퍼질 수 있다. 커넥터(40)는 제 3 광섬유들(30)의 접합 효율을 증대시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 결합 장치는 광 결합 효율을 극대화할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 따른 광 결합장치(100)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 및 제 3 실시예에 따른 광 결합장치(100)의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 먼저, 제 4 광섬유(48)의 제 5 클래딩(44)을 테이퍼지게 식각한 후, 절단한다. 여기서, 제 4 광섬유(48)의 제 3 코어(42)는 제 1 코어(12)와 동일한 직경을 가질 수 있다. 제 3 코어(42)는 제 2 코어(22)보다 큰 직경을 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 제 4 광섬유(48)를 길이 방향으로 늘려서 테이퍼진 제 3 코어(42)를 형성한다. 제 5 클래딩(44) 및 제 3 코어(42)는 열처리에 의해 길어질 수 있다. 제 5 클래딩(44)는 동일한 직경으로 연장될 수 있다. 제 3 코어(42)는 테이퍼지게 연장될 수 있다. 제 3 코어(42)의 일측은 제 3 클래딩(24)과 동일한 직경을 갖고, 타측은 제 1 코어(12)와 동일한 직경을 가질 수 있다.
도 8을 참조하면, 제 5 클래딩(44)의 일부를 테이퍼지게 식각한다. 제 5 클래딩(44)는 화학적 또는 물리적 식각에 의헤 테이퍼질 수 있다. 제 5 클래딩(44)은 제 3 코어(42)와 서로 반대되는 방향으로 테이퍼질 수 있다. 테이퍼진 제 5 클래딩(44)은 제 1 클래딩(14)과 동일한 직경을 가질 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 커넥터(40)의 일측에 제 2 광섬유(20) 및 제 3 광섬유들(30)을 접합하고, 타측에 제 1 광섬유(10)를 접합한다. 제 1 내지 제 3 광섬유들(10, 20, 30)은 스플라싱에 의해 커넥터(40)에 접합될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제 1 내지 제 3 응용예들에 따른 광섬유 레이저(200)를 나타내는 단면도들이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 1 내지 제 3 응용예에 따른 광섬유 레이저(200)는 제 1 광섬유(10)와 제 2 광섬유(20) 사이에서 제 3 광섬유들(30)을 연결하는 커넥터(40)의 제 3 코어(42)에 형성된 브래그 격자(grating, 50)을 가질 수 있다. 제 3 코어(42)는 실리카 유리 내에 소량의 게르마늄으로 도핑될 수 있다. 브래그 격자(50)는 자외선(UV) 펄스에 의해 일정 간격으로 형성될 수 있다. 브래그 격자(50)는 펌프 광으로부터 단일 파장의 레이저 광을 생성시킬 수 있다. 또한, 브래그 격자(50)는 제 1 광섬유(10)의 제 1 코어(12)에서 도파되는 레이저 광의 출력을 향상시킬 수 있다. 커넥터(40)의 제 3 코어(42)는 제 1 코어(12) 및 제 2 코어(22)와 동일한 직경을 가질 수 있다. 또한, 제 3 코어(42)는 제 1 코어(12)가 제 2 코어(22)보다 큰 직경을 가질 때, 상기 제 2 코어(22)의 방향으로 다운 테이퍼질 수 있다. 제 5 클래딩(44)은 제 1 클래딩(14)과 동일한 직경을 가질 수 있다. 제 5 클래딩(44)은 상기 제 1 클래딩(14)과 상기 제 3 클래딩(24)이 동일한 직경을 가질 때, 제 1 클래딩(14)의 방향으로 테이퍼질 수 있다. 펌프 광은 제 5 클래딩(44)을 통해 제 3 광섬유들(30)에서 제 1 클래딩(14)으로 전달될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 내지 제 3 응용예에 따른 광섬유 레이저(200)는 출력을 극대화할 수 있다. 여기서, 제 1 내지 제 3 응용예에 따른 광섬유 레이저(200)는 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 광 결합장치(100)에서의 제 3 코어(42)에 형성된 격자(50)를 더 가질 수 있다. 도시 되지는 않았지만, 제 2 광섬유(20)의 제 2 코어(22)는 생략될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 광 결합장치(100)는 레이저 광이 출력되는 방향에 따라, 순방향 펌핑 모드 및 역방향 펌핑 모드를 갖는 광섬유 레이저 및 광섬유 증폭기를 구현할 수 있다. 광섬유 레이저 및 광섬유 증폭기는 순방향 및 역방향 펌핑 모드가 혼합된 양방향 펌핑 모드와, 다중 순방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 여기서, 커넥터(40)의 방향은 펌프 광의 입사방향으로 정의되고, 다시 펌프 광의 입사 방향은 커넥터(40)에 접합되는 제 3 광섬유들(30)의 연결방향으로 정의될 수 있다.
순방향 펌핑 모드는 펌프 광의 입사방향과, 상기 펌프 광으로부터 발진된 레이저 광의 출력 방향이 동일할 수 있다. 역방향 펌핑 모드는 펌프 광의 입사방향과, 상기 펌프 광으로부터 발진된 레이저 광의 출력 방향이 서로 반대될 수 있다.
때문에, 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예들에 따른 펌프광 결합장치(100)의 제 1 광섬유(10)와 제 2 광섬유(20)의 양단에 형성되는 광소자들의 종류에 따라 동작 가능한 능동 광모듈(active optical module)의 종류가 달라질 수 있다.
이하, 광 결합장치(100)가 형성된 제 1 광섬유(10)와 제 2 광섬유(20) 에 연결되는 광 소자들의 종류에 따라 다양한 종류의 펌핑 모드를 갖는 능동 광모듈에 대해 실시예들을 들어 설명한다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 능동 광모듈(60)을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 12a 내지 도 12d를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 능동 광모듈(60)은 제 1 광섬유(10)와 제 2 광섬유(20) 각각의 양측 말단에 제 1 및 제 2 거울(62, 64)이 형성된 연속 출력 레이저일 수 있다. 연속 출력 레이저(60)는 단일 파장대역을 갖는 레이저 광을 발진시킬 수 있다. 구체적으로, 펌프 광원(34)에서 제 3 광섬유들(30)에 펌프 광이 입사되면, 제 1 및 제 2 거울(62, 64)사이의 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유(20), 및 커넥터(40) 각각의 제 1 내지 제 3 코어들에서 레이저 광이 발진될 수 있다. 여기서, 제 1 광섬유(10)와 제 2 광섬유(20)는 동일한 이중 클래드 광섬유를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 거울(62, 64)은 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유(20) 및 커넥터(40)에서 발진된 레이저 광을 공진시킬 수 있다. 제 1 거울(62)은 약 100%의 레이저 광을 반사시키고, 제 2 거울(64)은 약 5% 내지 20%의 레이저 광을 반사시킬 수 있다. 제 1 거울(62)은 레이저 광을 완전 반사시키는 풀 미러 또는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating: FBG)를 포함할 수 있다. 제 2 거울(64)은 레이저 광을 반투과시키는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating: FBG), 또는 출력 커플러(output coupler)를 포함할 수 있다. 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이에서 발진되는 레이저 광은 제 2 거울(64)에서 연장되는 피그테일 광섬유(29)를 통해 엔드 캡(68) 또는 시준기로 출력될 수 있다.
도 12a를 참조 하여, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 능동 광모듈(60)은 광 결합장치(100)가 제 1 거울(62)에서 제 2 거울(64)방향으로 배치된 순방향(forward) 펌핑 모드를 가질 수 있다. 여기서, 커넥터(40)은 제 1 거울(62)에서 제 2 거울(64) 방향으로 배치될 수 있다. 레이저 광은 제 2 거울(64)에서 제 2 광섬유(20)의 피그테일 광섬유(29)를 통해 엔드 캡(68)으로 출력될 수 있다. 광 결합장치(100)는 제 1 거울(62)에 근접하여 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 1 거울(62)에서 제 2 거울(64)까지 연장되는 제 2 광섬유(20)를 따라 진행되면서 충분히 흡수될 수 있다. 따라서, 순방향 펌핑 모드는 펌프 광의 진행 방향과, 레이저 광의 출력 방향이 동일할 수 있다. 또한, 순방향 펌핑 모드는 커넥터(40)에 의해 접합되는 제 3 광섬유들(30)의 연결 방향과 레이저 광의 출력 방향이 동일할 수 있다.
도 12b를 참조 하여, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 능동 광모듈(60)은 제 2 거울(64)에서 제 1 거울(62) 방향으로 펌프광 결합장치(100)가 배치된 역방향(backward) 펌핑 모드를 가질 수 있다. 커넥터(40)는 제 2 거울(64)에서 제 1 거울(62) 방향으로 배치될 수 있다. 광 결합장치(100)는 제 2 거울(64)에 근접하는 제 2 광섬유(20)에 배치될 수 있다. 제 3 광섬유들(30)을 통해 전달되는 펌프 광은 제 2 거울(64)에서 제 1 거울(62)까지 연결되는 제 1 광섬유(10)를 따라 진행되면서 충분히 흡수될 수 있다. 따라서, 역방향 펌핑 모드는 펌프 광의 진행 방향과 레이저 광의 출력 방향이 서로 반대될 수 있다.
도 12c를 참조 하여, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 능동 광모듈(60)은 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 각각에 근접되는 제 1 광섬유(10) 제 2 광섬유(20)에 복수개의 광 결합장치들(100)이 서로 마주보게 배치된 양방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 여기서, 커넥터(40)는 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64)사이에서 서로 마주보게 배치될 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이의 제 2 광섬유(20)에 서로 반대되는 방향으로 펌프 광을 전달할 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64)에 각각 인접한 제 2 광섬유(20)에서 순방향으로 배치되고, 제 1 광섬유(10) 양측의 커넥터들(40)은 서로 마주 보며 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이의 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유들(20), 및 커넥터들(40)을 따라 진행되면서 제 1 내지 제 3 코어(12, 22, 42)에 충분히 흡수될 수 있다. 따라서, 양방향 펌핑 모드는 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이의 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유(20), 및 커넥터들(40)에서 서로 반대되는 방향으로 전달되는 펌프 광에 의해 레이저 광이 발진될 수 있다.
도 12d를 참조 하여, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 능동 광모듈(60)은 복수개의 광 결합장치들(100)이 동일한 방향으로 배치된 다중 순방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 제 1 거울(62)에서 제 2 거울(64)의 방향으로 제 1 광섬유(10)에 동일한 방향의 펌프 광을 전달할 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이에서 순방향으로 배치될 수 있다. 첫번째 광 결합장치(100)로부터 공급되는 펌프 광이 제 1 광섬유(10)에서 고갈되면, 두번째 광 결합장치(100)로부터 펌프 광이 공급되어 순차적으로 레이저 광의 출력을 증가시킬 수 있다. 두번째 광 결합장치(100)를 통해 공급되는 펌프 광의 세기는 첫번째 펌프 광의 세기보다 더 클 수 있다.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 능동 광모듈(70)을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 13a 내지 도 13d를 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 능동 광모듈(70)은 광 결합장치(100)의 일측 제 2 광섬유(20)에 제 1 거울(62)과 변조기(76)가 형성되고, 타측 상기 제 1 광섬유(10)에 제 2 거울(64)이 형성된 Q 스위칭 레이저(70) 또는 모드 록킹(mode locking) 레이저일 수 있다. Q 스위칭 레이저(70) 또는 모드 록킹 레이저는 펄스 레이저 광을 발진시킬 수 있다. 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64)사이의 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유(20) 및 커넥터(40) 에서 레이저 광이 발진될 수 있다. 제 1 및 제 2 거울(62, 64)은 레이저 광을 공진시킬 수 있다.
변조기(76)는 아날로그 또는 디지털 전기 신호를 가지고 레이저 광을 변조시킬 수 있다. 변조기(76)는 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이에서 발진되는 레이저 광을 스위칭하여 펄스 레이저 광으로 만들 수 있다. 변조기(76)의 주기적인 온오프 동작에 따라 펄스 레이저 광이 생성될 수 있다. 예를 들어, 펄스 레이저 광은 변조기(76)가 턴온될 때 발진되고, 변조기(76)가 턴오프될 때 생성되지 않을 수 있다.
제 1 거울(62)은 약 100%의 레이저 광을 반사시키고, 제 2 거울(64)은 약 5% 내지 20%의 레이저 광을 반사시킬 수 있다. 제 1 거울(62)은 레이저 광을 완전 반사시키는 풀 미러 또는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating: FBG)를 포함할 수 있다. 제 2 거울(64)은 레이저 광을 반투과시키는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating: FBG), 또는 출력 커플러(output coupler)를 포함할 수 있다. 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이에서 발진되는 레이저 광은 제 2 거울(64)에서 연장되는 피그테일 광섬유(29)를 통해 엔드 캡(68) 또는 시준기로 출력될 수 있다.
도 13a를 참조 하여, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 능동 광모듈(70)은 제 1 거울(62)에서 제 2 거울(64) 방향으로 광 결합장치(100)가 배치된 순방향(forward) 펌핑 모드를 가질 수 있다. 여기서, 펄스 레이저 광은 제 2 거울(64)에서 피그테일 광섬유(29)를 통해 앤드 캡(68)으로 출력될 수 있다. 광 결합장치(100)는 제 1 거울(62)에 근접하여 배치될 수 있다. 커넥터(40)는 제 1 거울(62)에서 제 2 거울(64) 방향으로 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 1 거울(62)에서 제 2 거울(64)까지 연결되는 제 1 광섬유(10)를 따라 진행되면서 충분히 흡수될 수 있다. 따라서, 순방향 펌핑 모드는 펌프 광의 진행 방향과 펄스 레이저 광의 출력 진행 방향이 동일할 수 있다.
도 13b를 참조 하여, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 능동 광모듈(70)은 제 2 거울(64)에서 제 1 거울(62)방향으로 광 결합장치(100)가 배치된 역방향(backward) 펌핑 모드를 가질 수 있다. 광 결합장치(100)는 제 2 거울(64)에 근접하여 배치될 수 있다. 커넥터(40)는 제 2 거울(64)에서 제 1 거울(62) 방향으로 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 2 거울(64)에서 제 1 거울(62)까지 연결되는 제 1 광섬유(10)를 따라 진행되면서 충분히 흡수될 수 있다. 펄스 레이저 광은 제 1 광섬유(10), 커넥터(40), 및 제 2 광섬유(20)를 따라 진행될 수 있다. 따라서, 역방향 펌핑 모드는 펌프 광의 진행 방향과 펄스 레이저 광의 출력 진행 방향이 서로 반대될 수 있다.
도 13c를 참조 하여, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 능동 광모듈(70)은 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이에 복수개의 광 결합장치들(100)이 서로 마주보게 배치된 양방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 제 1 거울(62)와 제 2 거울(64)사이의 제 1 광섬유(10)에 서로 반대되는 방향으로 펌프 광을 공급할 수 있다. 펌프 광은 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이의 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유들(20), 및 커넥터들(40)를 따라 진행되면서 제 1 내지 제 3 코어들(12, 22, 42)에 흡수될 수 있다. 따라서, 양방향 펌핑 모드는 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64) 사이의 제 2 광섬유(20)에서 서로 반대되는 방향으로 전달되는 펌프 광에 의해 펄스 레이저 광이 발진될 수 있다.
도 13d를 참조 하여, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 능동 광모듈(70)은 제 1 거울(62)과 제 2 거울(64)사이에 복수개의 광 결합장치들(100)이 동일한 방향으로 배치된 다중 순방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 제 1 광섬유(10)에서 동일한 방향의 펌프 광을 전달할 수 있다. 첫번째 광 결합장치(100)로부터 공급되는 펌프 광이 제 1 광섬유(10)에서 고갈되면 두번째 광 결합장치(100)로부터 펌프 광이 공급되어 순차적으로 레이저 광의 출력을 늘릴 수 있다. 두 번째 광 결합장치(100)를 통해 공급되는 펌프 광의 세기는 첫번째 광 결합장치(100)으로부터 공급되는 펌프 광의 세기보다 더 클 수 있다.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 능동 광모듈(80)을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 14a 내지 도 14d를 참조하면, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 능동 광모듈(80)은 광 결합장치(100)의 일측에 신호원(signal source, 86)과 제 1 아이솔레이터(82)가 형성되고, 타측에 제 2 아이솔레이터(84)가 형성된 레이저 광 증폭기일 수 있다. 레이저 광 증폭기(80)는 광 결합장치(100)에서 전달되는 펌프 광으로 레이저 광(86)을 증폭시킬 수 있다. 신호원(86)은 반도체 광원, 또 다른 레이저 광섬유 증폭기(80)의 출력단, 광섬유 레이저를 포함할 수 있다. 펌프 광원(34)은 제 1 광섬유(10)에 펌프 광을 공급할 수 있다. 출력 레이저 광은 신호원(86)에서 입력되는 신호가 증폭되어 출력될 수 있다. 따라서, 레이저 광 증폭기(80)는 신호원(86)의 신호에 따라 증폭되는 레이저 광을 출력시킬 수 있다.
제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84)는 레이저 광을 제 2 광섬유(20)을 따라 엔드 캡(68)으로 전달할 수 있다. 제 1 아이솔레이터(82)는 신호원(92)에서 출력되는 신호를 통과시킬 수 있다. 반면, 제 1 아이솔레이터(82)는 신호원(86)으로 되돌아오는 레이저 광을 차단할 수 있다. 제 2 아이솔레이터(82)는 피그테일 광섬유(29)를 통해 엔드 캡(68)으로 진행되는 레이저 광을 통과시킬 수 있다. 반면, 제 2 아이솔레이터(82)는 엔드 캡(68)에서 피그테일 광섬유(29)를 통해 제 2 광섬유(20)로 되돌아오는 레이저 광을 차단할 수 있다. 제 2 아이솔레이터(82)는 생략될 수 있다.
도 14a를 참조 하여, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 능동 광모듈(80)은 제 1 아이솔레이터(82)에서 제 2 아이솔레이터(84) 방향으로 광 결합장치(100)가 배치된 순방향(forward) 펌핑 모드를 가질 수 있다. 여기서, 커넥터(40)는 제 1 아이솔레이터(82)에서 제 2 아이솔레이터(84) 방향으로 배치될 수 있다. 출력 레이저 광은 제 2 아이솔레이터(84)에서 피그테일 광섬유(29)를 통해 엔드 캡(68)으로 출력될 수 있다. 광 결합장치(100)는 제 1 아이솔레이터(82)에 근접하여 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 1 아이솔레이터(82)에서 제 2 아이솔레이터(84)까지 연결되는 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유(20), 및 커넥터(40)를 따라 진행되면서 충분히 흡수될 수 있다. 따라서, 순방향 펌핑 모드는 펌프 광의 진행 방향과 증폭된 출력 레이저 광의 진행 방향이 동일할 수 있다.
도 14b를 참조 하여, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 능동 광모듈(80)은 제 2 아이솔레이터(84)에서 제 1 아이솔레이터(82) 방향으로 광 결합장치(100)가 배치된 역방향(backward) 펌핑 모드를 가질 수 있다. 광 결합장치(100)는 제 2 아이솔레이터(84)에 근접하여 배치될 수 있다. 커넥터(40)는 제 2 아이솔레이터(84)에서 제 1 아이솔레이터(82) 방향으로 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 2 아이솔레이터(84)에서 제 1 아이솔레이터(82)까지 연장되는 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유들(20), 및 커넥터(40)에서 충분히 흡수될 수 있다. 따라서, 역방향 펌핑 모드는 펌프 광의 진행 방향과 증폭된 출력 레이저 광의 진행 방향이 서로 반대될 수 있다.
도 14c를 참조 하여, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 능동 광모듈(80)은 복수개의 광 결합장치들(100)이 서로 마주보게 배치된 양방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 여기서, 제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84)는 역방향으로 진행되는 레이저 광을 차단할 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 각각 제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84)에 인접하여 배치되고, 서로 마주보게 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84)사이의 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유들(20), 및 커넥터들(40)에 흡수될 수 있다. 따라서, 양방향 펌핑 모드는 제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84)사이에 서로 반대되는 방향으로 전달되는 펌프 광에 의해 증폭된 레이저 광이 발진될 수 있다.
도 14d를 참조 하여, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 능동 광모듈(80)은 복수개의 광 결합장치들(100)이 제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84)사이에 동일한 방향으로 배치된 다중 순방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 첫번째 광 결합장치(100)로부터 공급되는 펌프광이 제 2 광섬유(20)에서 고갈되면 두번째 광 결합장치(100)로부터 펌프 광이 공급되어 순차적으로 레이저 광의 증폭을 키울수 있다. 두번째 광 커플러를 통해 공급되는 펌프 광의 세기는 첫번째 펌프 광의 세기보다 더 클 수 있다.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 능동 광모듈(90)을 개략적으로 보여주는 도면들이다.
도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 능동 광모듈(90)은 광 결합장치(100) 일측에 마스터 오실레이터(96)와 제 1 아이솔레이터(82)가 형성되고, 타측에 제 2 아이솔레이터(84)가 형성된 MOPA(Master Oscillator-Power-Amplifier) 광섬유 증폭기일 수 있다. MOPA 광섬유 증폭기(90)는 광 결합장치(100)에서 전달되는 펌프 광으로 레이저 광을 증강시킬 수 있다. 레이저 광은 마스터 오실레이터(96)에서 입력되는 펄스 신호에 따라 펄스 레이저 광으로 출력될 수 있다. 마스터 오실레이터(96)는 펄스 신호를 생성하는 주파수 발진기를 포함할 수 있다.
제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84)는 레이저 광을 엔드 캡(68)으로 전달할 수 있다. 제 1 아이솔레이터(82)는 신호원(92)에서 출력되는 신호를 통과시킬 수 있다. 또한, 제 1 아이솔레이터(82)는 신호원(86)으로 되돌아오는 레이저 광을 차단할 수 있다. 제 2 아이솔레이터(82)는 피그테일 광섬유(29)를 통해 엔드 캡(68)으로 진행되는 레이저 광을 통과시킬 수 있다. 또한, 제 2 아이솔레이터(82)는 엔드 캡(68)에서 피그테일 광섬유(29)를 통해 제 1 광섬유(10) 또는 제 2 광섬유(20)로 되돌아오는 레이저 광을 차단할 수 있다. 제 2 아이솔레이터(82)는 생략될 수 있다.
도 15a를 참조 하여, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 능동 광모듈(90)은 제 1 아이솔레이터(82)에서 제 2 아이솔레이터(84) 방향으로 광 결합장치(100)가 배치된 순방향(forward) 펌핑 모드를 가질 수 있다. 여기서, 커넥터(40)는 제 1 아이솔레이터(82)에서 제 2 아이솔레이터(84) 방향으로 배치될 수 있다. 펄스 레이저 광은 제 2 아이솔레이터(84)에서 피그테일 광섬유(29)를 통해 엔드 캡(68)으로 출력될 수 있다. 광 결합장치(100)는 제 1 아이솔레이터(82)에 근접하여 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 1 아이솔레이터(82)에서 제 2 아이솔레이터(84)까지 연장되는 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유(20), 및 커넥터(40)를 따라 진행되면서 충분히 흡수될 수 있다. 따라서, 순방향 펌핑 모드는 펌프 광의 진행 방향과 증폭된 펄스 레이저 광의 진행 방향이 동일할 수 있다.
도 15b를 참조 하여, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 능동 광모듈(90)은 제 2 아이솔레이터(84)에서 제 1 아이솔레이터(82) 방향으로 광 결합장치(100)가 배치된 역방향(backward) 펌핑 모드를 가질 수 있다. 광 결합장치(100)는 제 2 아이솔레이터(84)에 근접하여 배치될 수 있다. 커넥터(40)는 제 2 아이솔레이터(84)에서 제 1 아이솔레이터(82) 방향으로 배치될 수 있다. 펌프 광은 제 2 아이솔레이터(84)에서 제 1 아이솔레이터(82)까지 연장되는 제 1 광섬유(10), 제 2 광섬유(20), 및 커넥터(40)를 따라 진행되면서 충분히 흡수될 수 있다. 따라서, 역방향 펌핑 모드는 펌프 광의 진행 방향과 증폭된 출력 펄스 레이저 광의 진행 방향이 서로 반대될 수 있다.
도 15c를 참조 하여, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 능동 광모듈(90)은 복수개의 광 결합장치들(100)이 제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84) 각각 근접하여 서로 마주보게 배치된 양방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 제 1 아이솔레이터(82)와 제 2 아이솔레이터(84)는 역방향으로 진행되는 레이저 광을 차단할 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 서로 반대되는 방향으로 펌프 광을 전달할 수 있다. 따라서, 양방향 펌핑 모드는 서로 반대되는 방향으로 전달되는 펌프 광에 의해 펄스 레이저 광이 증폭될 수 있다.
도 15d를 참조 하여, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 능동 광모듈(90)은 복수개의 광 결합장치들(100)이 동일한 방향으로 배치된 다중 순방향 펌핑 모드를 가질 수 있다. 복수개의 광 결합장치들(100)은 제 1 아이솔레이터(82)에서 제 2 아이솔레이터(84) 방향으로 펌프 광을 전달할 수 있다. 첫번째 광 결합장치(100)로부터 공급되는 펌프 광이 제 1 광섬유(10)에서 고갈되면 두번째 광 결합장치(100)로부터 펌프 광이 공급되어 순차적으로 레이저 광의 증폭을 키울수 있다. 두번째 광 결합장치(100)를 통해 공급되는 펌프 광의 세기는 첫번째 광 결합장치(100)로부터 공급되는 펌프 광의 세기보다 더 클 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 제 1 광섬유 20: 제 2 광섬유
30: 제 3 광섬유들 40: 커넥터
50: 격자
100: 펌프광 결합장치
30: 제 3 광섬유들 40: 커넥터
50: 격자
100: 펌프광 결합장치
Claims (20)
- 제 1 코어와 상기 제 1 코어를 둘러싸는 제 1 클래딩을 갖는 제 1 광섬유;
상기 제 1 광섬유에 신호 광을 전달하는 제 2 광섬유;
상기 제 2 광섬유와 평행한 방향의 펌프 광을 상기 제 1 광섬유에 전달하는 제 3 광섬유들; 및
상기 제 1 광섬유와 상기 제 2 광섬유 사이에 연결되고, 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 상기 제 3 광섬유들을 상기 제 1 광섬유의 방향으로 연결하는 커넥터를 포함하는 광 결합장치. - 제 1 항에 있어서,
제 1 광섬유는 상기 제 1 클래딩을 둘러싸는 제 2 클래딩을 갖는 이중 클래딩 광섬유를 포함하는 광 결합장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 광섬유는 상기 신호 광을 전달하는 제 2 코어와, 상기 제 2 코어를 둘러싸는 제 3 클래딩을 갖는 광 결합장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 3 광섬유들은 제 4 클래딩을 갖는 다중모드 광섬유를 포함하는 광 결합장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 커넥터는 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어를 연결하는 제 3 코어와, 상기 제 3 코어를 둘러싸고 상기 제 1 클래딩에 일측이 연결되고 상기 제 3 클래딩 및 상기 제 3 클래딩을 둘러싸는 제 3 광섬유들에 연결되는 제 5 클래딩을 갖는 광 결합장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 3 코어는 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어와 동일한 직경을 갖는 광 결합장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 3 코어는 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어 사이에서 테이퍼진 광 결합장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 5 클래딩은 상기 제 3 코어와 반대방향으로 테이퍼진 광 결합장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 코어는 상기 제 2 코어보다 큰 직경을 갖는 광 결합 장치. - 제 1 코어와 상기 제 1 코어를 둘러싸는 제 1 및 제 2 클래딩들을 갖는 제 1 광섬유;
상기 제 1 광섬유에 신호 광을 전달하는 제 2 코어와 상기 제 2 코어를 둘러싸는 제 3 클래딩을 갖는 제 2 광섬유;
상기 제 2 광섬유와 평행한 방향의 펌프 광을 상기 제 1 광섬유에 전달하고, 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 제 4 클래딩들을 갖는 제 3 광섬유들; 및
상기 제 1 광섬유의 상기 제 1 코어와 상기 제 2 광섬유의 제 2 코어 사이에 연결되고 브래그 격자를 갖는 제 3 코어와, 상기 제 3 코어를 둘러싸며 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 상기 제 3 광섬유들을 상기 제 1 광섬유의 방향으로 연결하는 제 5 클래딩을 갖는 레이저 광섬유. - 제 10 항에 있어서,
상기 커넥터의 상기 제 3 코어는 상기 제 1 코어가 상기 제 2 코어보다 큰 직경을 가질 때, 상기 제 2 코어의 방향으로 테이퍼진 레이저 광섬유. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 5 클래딩은 상기 제 1 클래딩과 상기 제 3 클래딩이 동일한 직경을 가질 때, 상기 제 1 클래딩의 방향으로 테이퍼진 레이저 광섬유. - 펌프광을 공급하는 펌프 광원;
제 1 코어와 상기 제 1 코어를 둘러싸는 제 1 클래딩을 갖는 제 1 광섬유와, 상기 제 1 광섬유에 신호 광을 전달하는 제 2 광섬유와, 상기 펌프 광원으로부터 공급되는 상기 펌프 광을 상기 제 1 광섬유에 전달하는 제 3 광섬유들과, 상기 제 1 광섬유와 상기 제 2 광섬유 사이에 연결되고, 상기 제 2 광섬유의 둘레에 다발로 배치된 상기 제 3 광섬유들을 상기 제 1 광섬유의 방향으로 연결하는 커넥터를 포함하는 광 결합장치;
상기 펌프광 결합장치의 상기 제 2 광섬유에 연결된 제 1 광 소자; 및
상기 제 1 광 소자에 대향되는 상기 제 1 광섬유에 연결되고, 상기 펌프 광에 의해 상기 제 1 광섬유, 상기 제 2 광섬유, 및 상기 커넥터에서 발생되는 레이저 광을 방출하는 제 2 광 소자를 포함하는 능동 광모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 광 결합장치의 상기 커넥터가 상기 제 1 광 소자에서 상기 제 2 광 소자의 방향으로 배치된 순방향 펌핑 모드를 갖는 능동 광모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 광 결합장치의 상기 커넥터가 상기 제 2 광 소자에서 상기 제 1 광 소자의 방향으로 배치된 역방향 펌핑 모드를 갖는 능동 광모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 펌프광 결합장치는 복수개이고, 상기 복수개의 펌프광 결합장치의 상기 커넥터들이 마주보는 방향으로 배치된 양방향 펌핑 모드를 갖는 능동 광모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 펌프광 결합장치는 복수개이고, 상기 복수개의 펌프광 결합장치의 상기 커넥터들이 상기 제 1 광 소자와 상기 제 2 광 소자의 방향으로 배치된 다중 순방향 펌핑 모드를 갖는 능동 광모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 광 소자와 상기 제 2 광 소자는 각각 제 1 거울과 제 2 거울로 이루어진 능동 광모듈. - 제 18 항에 있어서,
상기 제 1 거울과 상기 제 2 거울 사이의 상기 제 1 광섬유에 배치된 변조기를 더 포함하는 능동 광모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 광 소자와 상기 제 2 광 소자는 각각 제 1 아이솔레이터와 제 2 아이솔레이터로 이루어진 능동 광모듈.
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Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20120315 |
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