본 연구에서는 반복률 200 kHz 를 가지는 Pharos 펨토초 레이저를 사용하였다.
광섬유 표면에 Y축 방향으로 라인 가공을 한 다음, 광섬유의 한쪽 방향으로 장력 을 주어 클리빙을 진행 하였으며, 실험에 사용된 광섬유는 SMF-28로 일반 통신용 단일모드 광섬유를 사용하였다. 광섬유를 클리빙 하기 위해 먼저 펨토초 레이저에 의해 가공된 광섬유의 단면 깊이를 조절하고자, 가공속도는 0.1 mm/s 로 고정하고 10 배율 (NA = 0.25)를 가지는 대물렌즈를 사용하였다.
그림 22는 펨토초 레이저 펄스에너지에 따라 클리빙된 광섬유의 손상을 확인 한 현미경 측정 사진이다. 그림 22의 (a),(b),(c),(d),(e),는 각각 9.5 μJ, 11.02 μJ, 13.9 μJ, 15.6 μJ, 18.4 μJ의 펄스에너지로 클리빙 한 결과이다. 그림 23의 그래프는 펄스에너지에 따라 광섬유 표면에 손상되는 깊이를 측정한 결과이며, 펄스에너지가 클수록 깊게 가공됨을 알 수 있다.
(a) 9.5 μJ (b) 11.02 μJ
(c) 13.9 μJ (d) 15.6 μJ
(e) 18.4 μJ
그림 22. 펨토초 레이저 펄스에너지에 따른 클리빙시 발생되는 광섬유 단면 손상 현미경 측정 사진
그림 23. 펄스에너지에 따른 광섬유 표면에 손상 깊이
그림 24는 공초점 현미경을 통해 클리빙된 광섬유의 표면 거칠기 Ra를 측정한 사진이다. 9.5 μJ로 가공된 경우와 11.02 μJ로 가공된 광섬유의 표면을 측정 하였 다. 펄스에너지 9.5 μJ을 사용하였을 때, 표면의 깊이는 7.2 m 로 가공이 되나 클 리빙된 광섬유의 단면을 보면 광섬유가 깨끗하게 클리빙되지 않음을 육안으로도 확인할 수 있다. Ra 값을 측정 한 결과 9.5 μJ로 클리빙 할 경우 표면의 거칠기가 0.536 로 측정되었으며, 11.02 μJ로 클리빙 했을 때 0.169 m 로 측정되어 9.5 μ J로 클리빙한 것보다 11.02 μJ로 클리빙한 결과가 약 2.5배정도 거칠기가 줄어든 것을 확인하였다. 이번 실험결과로 펨토초 레이저에 의해 광섬유 단면의 손상을 최 대한 줄이고 깨끗하게 클리빙하는 조건은 펄스에너지가 11.02 μJ임을 알 수 있었 다.
(a) Ra 0.536 (b) Ra 0.169
그림 24. 공초점 현미경을 이용한 광섬유 표면 거칠기 측정
(a) 297.23 m (b) 479.7 m
(c) 1004.55 m
그림 25. 현미경을 이용한 클리빙된 단일모드 광섬유 길이 측정
그림 25는 펨토초 레이저로 광섬유 끝단 길이 조절 실험을 진행한 결과를 광학현미 경으로 측정한 사진이다. 그림 25 (a)는 페룰 앞 기준으로 300 m앞에서 클리빙한 결과이며, 그림 25 (b)와 (c)는 각각 480 m , 1000 m 로 클리빙한 결과이다. 현미 경에 부속적으로 설치되어 있는 프로그램을 통해 각각의 실험결과를 측정한 결과 각각 297.23 m , 1004.55 m, 479.7 m 로 측정 되었다. 각 조건 별로 1~4 m의 오차가 생김을 확인 되었으나, 이는 측정프로그램 내에서의 측정 오차로 생각되어 진다.
그림 26은 하나의 단일모드 광섬유뿐만 아니라 12개의 단일모드 광섬유 묶음으 로 되어 있는 리본 광섬유에도 클리빙 기술을 적용한 결과이다. 이는 펨토초 레이 저를 이용한 광섬유 클리빙 연구를 산업에 응용하고자 진행한 실험이다. 리본 광섬 유도 자유롭게 사용자가 원하는 길이만큼 조절되는 결과를 보여준다. 펨토초 레이 저에 의해 각 각 클리빙된 리본 광섬유의 길이는 임의적으로 20 m 혹은 200 m 씩 길이 차이를 준 결과이다. 12개의 광섬유 모두를 동일하게 클리빙할 수 있지만, 원하는 광섬유의 길이를 조절이 가능하다는 것을 부각시키기 위함이다.
그림 26. 펨토초 레이저를 이용한 리본광섬유 길이 조절 현미경 측정 결과