Design and Analysis of LED.Optical Fiber Coupler for Efficient Line Lamps

Line lamps, which utilize leaky optical fibers based on periodic bending of plastic optical fibers, are proposed. The LED-optical fiber coupler, the key component of the line lamp, is designed and analyzed. The analysis by the Monte Carlo photon simulation method has shown that the optical coupling efficiency is affected rather sensitively by $\theta_w$, the slanting angle of the reflecting cup sidewall and $\rho_{ref}$, the reflectivity of the reflecting cup. The optical coupling efficiency of the coupler reaches the maximum when $\theta_w$ is about $60^{\circ}$, which is significantly larger than $\theta_w=45^{\circ}$, the typical sidewall slanting angle of the reflecting cup adopted in most LED lamps. When the reflectivity of the reflecting cup is above 0.8, the optical coupling efficiency is larger than 80%, which is the typical efficiency to be achieved in LD-optical fiber coupler.

효율적인 라인램프를 위한 발광다이오드-광섬유 결합기의 설계 및 해석

플라스틱 광섬유의 주기적인 bending을 이용한 누설광섬유에 기반을 둔 라인램프를 제안하고, 그 핵심요소로서 높은 광결합효율을 갖는 LED-광섬유 결합기를 설계 및 해석하였다. Monte Carlo photon simulation 기법을 이용하여 해석한 결과, 결합기의 광결합효율은 반사컵 옆면의 기울기각 $\theta_w$와 반사컵의 반사도 $\rho_{ref}$에 대해 상대적으로 민감하게 영향을 받는 사실을 확인할 수 있었다. 광결합효율은 $\theta_w=60^{\circ}C$ 근처에서 최대가 되었는데, 이 값은 일반적인 LED 램프에서 흔히 사용하는 반사컵 옆면의 기울기각 $\theta_w=45^{\circ}$보다 상당히 큰 값이다. 그리고 반사컵의 반사도 $\rho_{ref}$가 0.8정도 이상이 되면, 광결합효율은 보통의 LD-광섬유 결합기에서 얻을 수 있는 광결합효율인 80% 정도를 뛰어 넘었다.