[논문]CO2 레이저를 이용한 초정밀 광섬유 연마 레이저 기술

최훈국; 손익부; 노영철; 정덕; 이만섭; 이서영; 이형종

CO2 레이저를 이용한 초정밀 광섬유 연마 레이저 기술
Optical fiber polishing technique using a CO2 laser 원문보기

In this paper, we controlled the edge angle of fiber by using $CO_2$ laser. In order to control the angle, tilting angle of fiber on stage and the number of scan repetition are adjusted, and laser power is fixed at 30 W in the experiment. In the polishing result, the edge angle of fiber can be changed from $4^{\circ}$ to $8^{\circ}$, as changing the tilting angle and the number of scan repetition. This $CO_2$ laser polishing can fabricate ball lenses with various curvatures and a sharp probe as well as the edge angled fiber.

문제 정의

본 논문에서는 CO₂ 레이저 광섬유 연마기술을 사용하여 광섬유의 기울기 와 레이저 스캔 반복 수에 따른 광섬유 끝단 각도 변화 및 다양한 지름과 곡률을 가지는 볼 렌즈, 끝 부분이 뾰족한 탐침 형태의 광섬유 연마 기술에 대한 연구를 진행하였다.

제안 방법

2에서 보는 것과 같이 광섬유의 기울기 각도를 0, 8, 16, 24, 32, 40도로 변화 시켰으며, 연마 반복 정도를 1, 2, 3, 4, 5, 7회로 변경하여 조건에 따른 광섬유 끝단의 각도 변화를 확인 하였다. 광섬유 연마를 위하여 레이저 출력은 30 W로 고정하였으며, 초점거리가 80 mm를 가지는 F-theta scanning lens를 사용하였다. 또한 가로, 세로 5 mm 의 정사각형의 면적을 20 μm씩 채워 내려가는 방법으로 실험을 진핸 하였으며, 500 mm/s의 속도로 레이저를 이동시켜 연마를 하였다.
본 논문에서는 CO₂ 레이저를 이용한 광섬유 연마 기술에 대해 연구 하였으며, 광섬유의 기울기나 연마 반복수를 변화시켜 광섬유 끝단의 다양한 각도를 가지는 광섬유 연마 기술에 대한 실험을 진행 하였다. 광섬유의 기울기 및 연마 반복 수 변화에 따라 광섬유 끝단의 각도가 약 4~8도로 변화함을 알 수 있었으며, 이렇게 연마된 광섬유 끝단의 각도에 의해 광원으로 되돌아가는 반사 빔을 줄일 수 있을 것이라 생각된다.

대상 데이터

레이저를 이용한 광섬유 케이블 끝단의 다양한 각도를 가지는 광섬유를 제작하기 위해서 광섬유의 기울기 각도와 연마 반복 정도를 변경 하여 실험을 진행 하였다. 실험에 사용된 CO₂ 레이저는 중심파장 10.6 μm, 55 W의 최대출력을 가지는 Coherent 사의 CO₂ 레이저(모델명 : C-55L)을 사용하였다.

성능/효과

레이저를 이용한 광섬유 연마 기술에 대해 연구 하였으며, 광섬유의 기울기나 연마 반복수를 변화시켜 광섬유 끝단의 다양한 각도를 가지는 광섬유 연마 기술에 대한 실험을 진행 하였다. 광섬유의 기울기 및 연마 반복 수 변화에 따라 광섬유 끝단의 각도가 약 4~8도로 변화함을 알 수 있었으며, 이렇게 연마된 광섬유 끝단의 각도에 의해 광원으로 되돌아가는 반사 빔을 줄일 수 있을 것이라 생각된다. 또한, CO₂ 레이저 연마기술을 이용하여 다양한 지름과 곡률을 가지는 볼 렌즈나 끝이 뾰족한 형태의 광섬유 탐침도 제작이 가능함을 알 수 있었다.
광섬유의 기울기 및 연마 반복 수 변화에 따라 광섬유 끝단의 각도가 약 4~8도로 변화함을 알 수 있었으며, 이렇게 연마된 광섬유 끝단의 각도에 의해 광원으로 되돌아가는 반사 빔을 줄일 수 있을 것이라 생각된다. 또한, CO₂ 레이저 연마기술을 이용하여 다양한 지름과 곡률을 가지는 볼 렌즈나 끝이 뾰족한 형태의 광섬유 탐침도 제작이 가능함을 알 수 있었다. 이러한 광섬유 연마 기술을 사용하여, 기존의 기계적 연마나 화학적 에칭등과 같은 복잡한 공정을 거치지 않고 짧은 시간에 더욱 다양한 광섬유 응용소자 제작이 가능할 것이며, 광섬유뿐만 아니라 광학소자의 표면 연마등과 같은 다른 응용분야에도 적용이 될 수 있을 것 이라 생각된다.

후속연구

또한, CO₂ 레이저 연마기술을 이용하여 다양한 지름과 곡률을 가지는 볼 렌즈나 끝이 뾰족한 형태의 광섬유 탐침도 제작이 가능함을 알 수 있었다. 이러한 광섬유 연마 기술을 사용하여, 기존의 기계적 연마나 화학적 에칭등과 같은 복잡한 공정을 거치지 않고 짧은 시간에 더욱 다양한 광섬유 응용소자 제작이 가능할 것이며, 광섬유뿐만 아니라 광학소자의 표면 연마등과 같은 다른 응용분야에도 적용이 될 수 있을 것 이라 생각된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

광섬유는 무엇으로 구성되어 있는가?

광섬유는 코어와 그 주변을 둘러싸고 있는 클래드로 구성되어 있으며, 굴절률 차이로 인해 코어와 클래드 경계에서 전반사되어 코어를 통해 빛이 이동하도록 만들어진 광학적 섬유이다. 광섬유는 광전송뿐만 아니라 센서 및 계측 등 다양한 분야에서 응용이 되고 있으며, 기계적인 가공및 화학적 에칭 같은 방법이 아닌 고 정밀 가공및 연마 기술이 요구되고 있다1-2 .

광섬유는 광전송 외에 어떤 분야에서 응용되는가?

광섬유는 코어와 그 주변을 둘러싸고 있는 클래드로 구성되어 있으며, 굴절률 차이로 인해 코어와 클래드 경계에서 전반사되어 코어를 통해 빛이 이동하도록 만들어진 광학적 섬유이다. 광섬유는 광전송뿐만 아니라 센서 및 계측 등 다양한 분야에서 응용이 되고 있으며, 기계적인 가공및 화학적 에칭 같은 방법이 아닌 고 정밀 가공및 연마 기술이 요구되고 있다1-2 . 이러한 요구에 맞춰 레이저를 이용한 다양한 광섬유 가공 기술이 많이 연구 되고 있으며, 광섬유 끝단에 프레넬 존 플레이트를 제작하여 다양한 초점거리를 가지는 광섬유 제작 방법3과 FBG 광섬유에 V홈 가공을 통한 세기 측정4 및 장주기 격자 제작 방법5 등이 있다.

정밀 가공및 연마 기술이 요구에 따른 연구들로는 무엇이 있는가?

광섬유는 광전송뿐만 아니라 센서 및 계측 등 다양한 분야에서 응용이 되고 있으며, 기계적인 가공및 화학적 에칭 같은 방법이 아닌 고 정밀 가공및 연마 기술이 요구되고 있다1-2 . 이러한 요구에 맞춰 레이저를 이용한 다양한 광섬유 가공 기술이 많이 연구 되고 있으며, 광섬유 끝단에 프레넬 존 플레이트를 제작하여 다양한 초점거리를 가지는 광섬유 제작 방법3과 FBG 광섬유에 V홈 가공을 통한 세기 측정4 및 장주기 격자 제작 방법5 등이 있다.

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