본 논문에서는 광민감 광섬유와 일반 단일모드 광섬유로 제작된 광섬유 브래그 격자 센서의 감마방사선 영향을 분석하였다. 제작된 광섬유 브래그 격자는 $Co^{60}$ 감마선원을 이용하여 300 Gy/min의 선량률로 총선량 17.8 kGy 감마선을 조사하였다. 실험결과를 통하여 수소로딩을 하지 않은 광민감 광섬유로 제작된 브래그 격자가 가장 낮은 약 18 pm의 브래그 파장 이동을 보였다. 또한 방사선 조사에 의한 브래그 파장변화는 광섬유 코어의 $GeO_2$ 함량보다는 수소로딩 공정에 훨씬 큰 영향을 받는다는 것을 확인하였다.
한 개의 감지 광섬유 라인으로 분포 온도와 몇 개의 변형률을 측정할 수 있는 새로운 광섬유 센서 연구를 수행하였다. 분포 온도는 감지 광섬유의 라만 안티-스토크스 산란광을 시간영역 반사계(OTDR: optical time domain reflectometry)로 측정하고, 변형률은 광섬유 브래그 격자(FBG: fiber Bragg grating)를 사용하여 측정하였다. 분포 온도는 4 km의 단일 모드 광섬유의 감지 광섬유로부터 안티-스토크스 후방 산란광을 양방향에서 취득하고 새로이 고안된 수식으로 온도를 계산하였다. 온도 실험은 감지 광섬유의 중간쯤에서 약 50 m의 광섬유 부분의 온도를 $30^{\circ}C$부터 $70^{\circ}C$까지 $10^{\circ}C$ 간격으로 변화시키면서 실험한 결과 온도 측정 오차 범위는 $0.50^{\circ}C$이하로 확인되었다. 또한 감지 광섬유에 설치된 FBG는 변위 스테이지로 변형시키고 파장 변화를 광학 스펙트럼 분석기로 측정한 결과 각각 0.10 nm, 0.17 nm, 0.29 nm, and 0.00 nm를 얻었다. 이러한 파장 이동은 각각 $85.76{\mu}{\epsilon}$, $145.55{\mu}{\epsilon}$, $247.86{\mu}{\epsilon}$, $0.00{\mu}{\epsilon}$에 해당되었다.
본 논문에서는 광섬유 브래그 격자를 이용하여 광 분기 결합기(Optical add/drop mutiplexer)의 성능을 감시하기 위해서 다 채널 광신호의 채널별 광신호 대 잡음비를 실시간으로 측정하였다. 광 분기 결합기에 입력되는 다 채널 광신호의 채널별 세기가 -6 ㏈m에서 -23㏈m 까지 변화할 경우 채널별 광신호 대 잡음비는 0.1 ㎜의 분해능을 가지는 광 스펙트럼 분석기 (Optical spectrum analyzer)와 비교해서 0.8㏈ 오차 이내로 측정되었다.
본 논문에서는 전기 잡음과 장기 계측이 어려운 스트레인 게이지 센서의 단점을 보완하기 위하여 FBG 광섬유 센서를 사용하여 저속용 축중기를 개발하였고 현장에 축중 시스템에 적용하여 실험하였다. 각기 다른 브라그 파장을 갖는 FBG 센서로부터 반사되는 파장 변화를 이 센서들과 동일한 FBG 필터들을 사용하여 빛의 강도로 변화시켜 차량의 무게를 측정하였다. 광원의 광전력과 온도 변화를 보상을 하였으며 잡음의 영향을 감소시키기 위해 위해 lock-in 증폭기를 사용하였다. 모의 실험을 통해서 차량의 하중인가 위치에 관계없이 동일하게 축중이 측정되는 구조의 설계가 가능하였다. 현장 실험을 통하여 실제차량 축중 측정에 대한 선형성과 재현성을 확인하였다.
We demonstrate a novel wavelength -division add/drop multiplexer employing fiber bragg gratings and polarization beam splitters. the multiplexer is easy to fbricate without any special technique such as UV trimming, and yet shows very stable performance with less than 0.3-dB crosstalk power penalty in a 0.8-nm-spaced, 2.5Gbps-per-channel WDM transmission system. We find that the rejection of adjacent channels is more than -6dB, and the signal leakage through output port is less than -34dB.
최근 액정을 주입한 속이 빈 광섬유(Hollow fiber)와 주기적인 전극을 이용하여 전기적으로 제어 가능한 장주기 격자에 대해서 보고된 바 있다. 액정의 중요한 특성 중의 하나는 그 광축이 외부의 전기장에 의해 동적으로 재배열된다는 점이다. 또한 액정은 광축에 따라 굴절률이 다른 비등방성 물질이기 때문에 광축의 배열에 따라, 그리고 입사하는 빛의 편광에 따라 그 빛이 느끼는 굴절률이 달라지게 된다. 본 논문에서는 입사하는 빛의 편광에 따른 액정 장주기 광섬유 격자의 특성에 대해 연구하였다. 주기적인 전극의 길이는 3 cm이고 주기는 500 ${\mu}m$ 이다. 액정을 주입한 속이 빈 광섬유의 길이는 15 mm 이다. 입사하는 빛이 이상(extraordinary) 편광 상태일 때 약 6 dB 의 투과 손실을 나타냈으며 그 대역폭은 약 15 nm 이었다. 이 때 외부에서 인가한 전압은 150 V 였다. 입사하는 빛이 정상(ordinary) 편광 상태일 때에는 액정의 유효 굴절률이 외부 전기장에 대해 변하지 않기 때문에 장주기 투과 특성을 얻을 수 없었다.
본 논문에서는 광민감 광섬유와 일반 단일모드 광섬유로 제작된 광섬유 브래그 격자 센서의 감마방사선 영향을 분석하였다. 제작된 광섬유 브래그 격자 센서는 $Co^{60}$ 감마선원을 이용하여 300 Gy/min의 선량률로 총선량 17.8 kGy 감마선을 조사하였다. 실험결과를 통하여 수소로딩을 하지 않은 광민감 광섬유로 제작된 격자 센서가 가장 낮은 18 pm의 브래그 파장 이동을 보였다.
본 논문에서는 격자 공정 중에 KrF 엑시머 UV 레이저 노출시간에 따른 광섬유 브래그 격자의 $Co^{60}$ 감마방사선 영향을 연구하였다. 광섬유 브래그 격자는 게르마늄이 첨가된 일반 광섬유를 이용하였으며, UV KrF 엑시머 레이저 노출시간(30, 60, 90, 120초)을 달리하여 제작하였다. 제작된 광섬유 브래그 격자에 106 Gy/min 선량률로 총 선량 34.3 kGy 감마선을 조사한 후 방사선에 의한 온도감도 계수와 브래그 파장 변화를 분석하였다. 실험결과를 통하여, 격자 공정을 위한 UV 레이저 노출시간이 광섬유 브래그 격자의 방사선 민감도에 큰 영향을 줄 수 있다는 것을 확인하였다. 레이저 노출조건 변화에 따른 방사선에 의한 광섬유 브래그 파장의 변화는 최대 50 % 이상의 차이를 보였다.
본 연구에서는 선박이송용 트레슬의 표면에 부착할 수 있는 광섬유센서 패키지를 설계하고 파장다중분할방식에 기초한 센서 네트워크를 설계한 후, 모의 트레슬 유닛을 이용한 실험을 통하여 트레슬의 구조적 건전 모니터링을 위한 스마트 트레슬의 가능성을 확인하였다. 광섬유 브래그 격자 센서는 알루미늄 관으로 만들어진 원통형으로 패키징 되었다. 또한, 패키징 된 광섬유 센서를 폴리머 튜브에 삽입 한 후, 튜브 내부에 에폭시를 충전하여 센서가 해수에 대한 부식저항과 내구성을 갖도록 하였다. 패키지 된 광섬유 센서는 0.2 MPa 하의 수압테스트를 통하여 해수에서의 사용에 대한 신뢰성도 검증되었다. 트레슬의 변형에 관한 유한 요소 해석에 의해 얻어진 트레슬 부재의 변위가 큰 곳을 중심으로 트레슬에 부착할 브래그 격자의 수와 위치를 결정하였다. 최대 하중이 가해지는 트레슬 부재의 변형은 ${\sim}1000{\mu}{\varepsilon}$의 변형율로 분석되었으며, 그 때 트레슬에 걸리는 최대 하중으로 인한 센서의 브래그 파장 변화는 ~1,200 pm으로 계산되었다. 유한 요소 해석에서 얻은 결과에 따라 센서의 브래그 파장 간격을 3~5 nm로 결정하여 트레슬에 하중이 가해 졌을 때 센서 사이의 브래그 격자 파장값이 겹치지 않도록 설계하였다. 5개의 광섬유센서 패키지로 구성된 센서 모듈 5개를 연결하면 브래그 격자 센서 50개가 네트워크 될 수 있으므로, 브래그 격자 파장 검출기의 광원 중심 파장이 1550 nm에서 150 nm 광학 창 내에서 모두 검출될 수 있도록 하였다. 모의 트레슬 유닛에 부착 된 5개의 광섬유 센서 패키지의 브래그 파장 이동은 광섬유 루프미러를 사용하는 브래그 격자 파장검출기에 의해 잘 검출되었으며, 그 때 검출된 브래그 격자 센서의 값은 최대 변형률이 약 $235.650{\mu}{\varepsilon}$로 측정되었다. 센서 패키징과 네트워킹의 모델링 결과는 실험 결과와 서로 잘 일치하였다.
재구성이 가능한 광 크로스-커넥트(optical cross connect)는 전광 네트워크를 구성하기 위한 핵심소자 중의 하나이다. 일반적인 구조의 파장분배기는 공간분할 스위치(space division switch)를 두 쌍의 파장 다중화기(multiplexer)와 역다중화기(demultiplexer)의 가운데에 삽입하여 구현된다$^{(1)}$ . 최근에, 광섬유 브래그 격자와 광스위치 쌍을 직렬 연결하여 재구성이 가능한 광 크로스-커넥트가 제안되었다$^{(2)}$ . 그러나, 이 구조는 광신호에 따라 광섬유 브래그 격자에 반사되면서 겪는 광스위치에 의한 삽입손실이 다르다는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 한 쌍의 파장 다중화기/역다중화기와 파장가변 광섬유 브래그 격자를 이용한 새로운 구조의 광 크로스-커넥트를 제안하고자 한다. 또한, 제안된 구조는 일반적인 구조의 파장분배기에 비해 파장 다중화기/역다중화기의 개수를 반으로 줄일 수 있는 장점이 있다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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