선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 비구면 렌즈를 툴을 이용해 설계하였고, 형상정밀도를 향상시킬 수 있는 초정밀 금형을 제작하였다. 제작된 금형을 ' 사용해 유리 압축 성형 공정으로 균일하고 정밀한 광통신용 비구면 렌즈를 제작하였다.
제안 방법
- 본 연구를 위해 먼저 광통신용 비구면 렌즈를 툴을 이용하여 설계파라미터 R1 면과 R2 면의 코닉상수는 각각-4.557310, -0.360796 나타났고 R1 면의 비구면 계수는 각각-1.713X10-', 1.261X10」, -1.305XW1, 3.725X10-2 이고, R2 면의 비구면 계수는 각각 6.713X10-2, 3560X10-3, 1.45X10'3, 7.226X10" 로 최적화하였고 소재 및 금형의 열팽창 계수가 다르므로 인 해 발생하는 수축율 고려해 금형 설계를 하였다. 또한 경사축가공을 통해 형상 오차의 값은 7nm, 표면조도는 8nm인 초정밀 금형을 제작하였고, 금형을 사용해 metal can 과 글래스 렌즈를 일체화 시켜 제작하는 insert molding 공정을 통하여 직경 2.
- 광통신용 비구면 렌즈의 설계는 광섬유와의 결합효율을 고려하여 개구수의 배율 차인 5 배율로 최적화 하였으며, insert molding 공정을 고려하여 렌즈의 크기 2.4mm 및 두께 L5mm 에 대한 구속조건을 주었다. Table 1에 코닉 상수와 비구면 계수의 설계 결과를 나타내었다.
- 따라서 본 연구에서는 렌즈 설계 시뮬레이션을 통하여 광통신용비구면 렌즈를 설계하고 금형을 제작하였고, 유리압축 성형 공정을 통해 균일하고 정밀한 광통신용비구면 렌즈를 제작하였다. 성형 공정 중 insert molding 방법을 적용하여 metal can 과 글래스렌즈를 일체화시키므로 생산시 공정시간 및 단가를 줄일 수 있을 것으로 기대한다.
- 226X10" 로 최적화하였고 소재 및 금형의 열팽창 계수가 다르므로 인 해 발생하는 수축율 고려해 금형 설계를 하였다. 또한 경사축가공을 통해 형상 오차의 값은 7nm, 표면조도는 8nm인 초정밀 금형을 제작하였고, 금형을 사용해 metal can 과 글래스 렌즈를 일체화 시켜 제작하는 insert molding 공정을 통하여 직경 2.4mm인 초소형, 초정밀 비구면 렌즈를 제작하였다. 제작된 비구면 렌즈의 광학적 특성을 평가하였고, 현재 상용화되고 있는 비구면 렌즈와 비교 분석하였다.
- )를 사용하여 광원에서 입력한 파워와 출력단의 파워를 측정하였다. 또한 적외선 카메라(7290A, Electophysics Inc.)와 beam profiler(13SKP543, MGKK Inc.)를 사용하여 출력단의 빔의 형태를 관찰하였다.
- 10에 나타내었다. 먼저 TO-can 형태의 LD 와 LD 컨트롤러(LDC 3724B, ILX Inc.)를 이용하여 LD 의 출력세기를 조절한다. 제작된 비구면 렌즈와 LD 와 결합시킨 후 power meter(1835C, Newport Inc.
- 본 논문에서는 공정시간 줄임과 가격 경쟁력을갖주기 위하여 insert molding 방법을 사용하여 metal can 에 소재를 삽입하여 한 번에 광통신용 비구면렌즈를 제작하였다. Table 4에서 insert molding 방법의 예열, 프레스, 냉각 등 각 단계의 성형조건을 나타낸 것이며, 반복 실험을 통하여 최적 조건을 설정하였다.
- 기준면은 외경과 두께를 1呻 정밀도로 가공하였으며, 비구면 가공을 하기 위한 전 단계 작업으로 구면을 형성하였다. 비구면 가공은 황삭으로 비구면 계수를 적당하게 맞춘 후에, 중삭 및 정삭 연마로 가 공 정밀도가 0.1 nm 가 되도록 하였다. 최종 연마는 KURODA 사의 비구면 표면 폴리싱 장비를 활용하여 표면조도를 10nm 이하로 연마하였다.
- 비구면 렌즈의 광학적 특성평가를 위해서는 설계상에서 결합손실을 측정하였다.
- 비구면 형상이 직경 2.4mm 인 비구면 금형의 코어를 가공하기 위하여 일반적인 연삭 방법이 아닌 경사축을 이용한 가공방법을 적용하였다
- 분석할 필요가 있다. 상용화(외국 A 사) 비구면렌즈와 제작된 비구면 렌즈를 앞에서 측정한 것과 같은 방법으로 측정하였다. 상용화되고 있는 렌즈를 결합손실은 평균 5.
- 32dBm이다. 여기에 제작된 비구면 렌즈를 삽입하여 광학적 특성인 결합 손실을 측정하였다. 제작된 비구면 렌즈 5개를 추출한 결합손실은 평균 5.
- 69(jm 만큼의 팽창이 발생된다. 이는 렌즈 제작시 고온의 소재가 다시 상온으로 떨어질 때 코어의 형상이 전체적으로 0.25% 수축된다는 것을 예상할 수 있으며, 그에 따른 수축율을 0.25% 적용하여 금형을 설계하였다. 아래 Table 2는 보정값을 고려하여 수정된 코닉상수와 비구면 계수를 나타낸 것이다.
- 고려한 설계가 되어야 한다. 이때 렌즈 소재의 수축율을 계산하여 성형 후의 렌즈의 형상이 완성도면과 같이 되어야 하므로 소재 수축에 대한 보정 값을 고려해 비구면 렌즈의 코어 형상부를 설계하였다.
- metal can 은 열팽창으로 렌즈 성형온도 585℃에서 상부 코어의 직경에 비해 metal can 이 약 72nm 더 팽창하게 되고 글래스가 유입되어 이형이 되지 않는다. 이에 metal can 의 열팽창을 고려 한 수정된 insert molding 성형 조건설정 하였다.
- 금형을 제작하였다. 제작된 금형을 ' 사용해 유리 압축 성형 공정으로 균일하고 정밀한 광통신용 비구면 렌즈를 제작하였다.
- )를 이용하여 LD 의 출력세기를 조절한다. 제작된 비구면 렌즈와 LD 와 결합시킨 후 power meter(1835C, Newport Inc.)를 사용하여 광원에서 입력한 파워와 출력단의 파워를 측정하였다. 또한 적외선 카메라(7290A, Electophysics Inc.
- 제작된 비구면 렌즈의 R1, R2 면의 면형상 정도, 중심 두께, 외경 등을 형상 측정을 통해 분석하였다.
- 1 nm 가 되도록 하였다. 최종 연마는 KURODA 사의 비구면 표면 폴리싱 장비를 활용하여 표면조도를 10nm 이하로 연마하였다.
대상 데이터
- 공정 시 사용된 비구면 렌즈의 소재는 SUMITA 사(일본)의 K-VC89 이고, 금형의 상, 하 코어 소재는 TANGLOY 사(일본)의 AF-1 이며, 선팽창 계수는 각각 8.3X10-6/0, 10.2X10-6/0이다. 성형공정 시 비구면 렌즈 상하부금형 코어 부분이 동심원 정중앙에 위치되도록 하였으며, 온도 585 ℃ 에서 하중 70kg 을 가 하였다.
- 광통신 모듈의 특성을 향상시키기 위하여 BK7 보다 투과율과 굴절률이 높은 SUMITA material 사의 K-VC89 을 사용하였다.
- 설계된 상거리는 6.765116mm이며, 비구면 렌즈의 결합 효율 공차적용 시 Rl, R2 면의 곡률 공차는 각각 0.08mm, 0.02mm, 두께 공차는 5p.m로 설계 되었다. 아래 Fig.
데이터처리
- 4mm인 초소형, 초정밀 비구면 렌즈를 제작하였다. 제작된 비구면 렌즈의 광학적 특성을 평가하였고, 현재 상용화되고 있는 비구면 렌즈와 비교 분석하였다.
이론/모형
- 0, 528℃이다. 비구면 렌즈의 설계는 Schulz 관계식(식 (1))을 기반으로 한광학 설계 시뮬레이션을 이용하였다.
성능/효과
- 개발된 비구면 렌즈의 형상 오차는 90nm 로써상용화되고 있는 비구면 렌즈 데이터와 비교하여볼 때보다 약 60% 향상되었고, 표면조도는 10nm 약 10배 향상되었으며, 결합손실은 평균 5.40dB 로평균 5.66dB로 약 10%가 향상된 것으로 나타났다.
- 이러한 차이는 insert molding 공정 시 인가되는 압력의 요동이 X 축과 Y 축의 흔들림을 유발시켜 문제가 발생된 것이다. 렌즈의 기울어짐 현상은 집광된 광이광섬유에 정확히 결합하는데 큰 영향을 주는 매우 중요한 변수이고, 측정 결과 일반적인 기울어짐 공차인 약 30nm 범위를 넘지 않는 것을 확인할 수 있었다.
- 제작된 광통신용비 구면 렌즈의 결합 손실이 우수하다는 것을 알 수 있고, 실제 광통신에서 사용이 가능할 것으로 판단된다.
- 여기에 제작된 비구면 렌즈를 삽입하여 광학적 특성인 결합 손실을 측정하였다. 제작된 비구면 렌즈 5개를 추출한 결합손실은 평균 5.40dB로 측정 되었다.
- 9에서는 X축과 Y 축을 실선과 점선으로 나타내었다. 측정 결과로부터 성형된 비구면 렌즈의 표면조도 RMS(Root-mean-square)값은 모두 40nm 미만으로 나타났다.
후속연구
- 따라서 우수한 특성을 갖고 있는 제작된 비구면 렌즈는 ADSL, FTTH 등 광대역 통신망에서 광 결합 효율 및 전송 특성 향상에 적용이 가능할 것으로 사료된다.
- 제작하였다. 성형 공정 중 insert molding 방법을 적용하여 metal can 과 글래스렌즈를 일체화시키므로 생산시 공정시간 및 단가를 줄일 수 있을 것으로 기대한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.