Measurement of Refractive Index Profile of Optical Fiber Using the Diffraction Phase Microscope

We have developed a measurement method of the refractive index profile of an optical fiber by using diffraction phase microscopy. In the microscope system, the reference light was extracted directly from the probe light that passed through the sample by means of pinhole filtering with a diffraction grating. The spatial interference pattern produced by the probe light and the reference light was processed to generate the phase image of the sample fiber. The index profile was obtained by the inverse Abel transform of the phase profile. In order to remove the background phase that originated from the index difference between the cladding and the surrounding medium, the background phase was calculated from the phase data of the cladding to make a core phase profile that can be directly transformed to the index profile of the core without the full phase image that includes the entire cladding part.

회절위상현미경을 이용한 광섬유의 굴절률 프로파일 측정

본 연구에서는 공동경로간섭계(common-path interferometer)에 기반한 회절위상현미경(diffraction phase microscopy)을 이용한 광섬유의 굴절률 프로파일(refractive index profile) 측정기술을 개발하였다. 투과형 회절격자를 이용하여 광섬유 시료를 통과한 빛으로부터 핀홀을 이용하여 영의 공간주파수 성분만을 갖는 기준광을 생성하고, 기준광을 다시 시료의 위상정보를 갖는 시료광과 간섭시키는 방법을 통해 시료의 위상정보를 가진 간섭무늬를 형성시켰다. 이렇게 얻어진 간섭 이미지로부터 수치적 처리과정을 거쳐 공간적 위상정보 곧, 위상 이미지를 획득하고 이 데이터를 역아벨변환(inverse Abel transform)을 통해 굴절률 프로파일로 변환할 수 있었다. 이때 클래딩과 광섬유 주변의 매질 사이의 굴절률차로 인해 발생하는 배경위상을 이론적으로 얻어진 함수형태에 맞춰 예측하고 이를 측정된 위상에서 제거하는 배경위상제거 방법을 개발하여 사용하였다. 이를 통해 광섬유 코어 부근의 위상정보만으로도 굴절률 프로파일을 성공적으로 이뤄질 수 있음이 입증되었다. 본 연구를 통하여 회절위상현미경 특유의 측정 안정성과 편의성을 가진 광섬유 굴절률 프로파일 측정장치를 개발하였고 광섬유 및 도파로의 굴절률 분포를 비파괴적으로 분석할 수 있어 광섬유 및 광섬유소자 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.