개회로 구성의 FOG용 All-Digital Closed Loop(ADCL) 신호처리기는 종래의 아날로그 방식의 위상추적 신호처리를 디지털로 구현한 것으로 안정화기를 채용하지 않고 이를 FOG에 적용하였을 때 0.26$\mu$rad/$^{\circ}C$의 온도의존성을 가지기 때문에 중급 이상의 FOG(fiber optics gyroscope)용 신호처리기로서는 문제가 있다. 온도드리프트는 위상변조를 위해 사용되는 위상변조기의 변조진폭과 위상지연의 온도드리프트에 의해 발생하는 것으로 FOG의 출력에서 위상변조신호의 고조파 성분의 비를 일정하게 함으로 써 광섬유 위상변조기의 동작을 안정화하여 FOG의 드리프트를 측정 불가한 수준으로 줄일 수 있었다.
사냑간섭계 원리를 이용한 자이로는 연구의 계기가 된 발명 또는 연구시기에 따라서 크게 3세대로 구분되어질 수 있다. 사냑간섭계 원리를 이용한 첫 번째 자이로인 링레이저 자이로는 레이저의 발명에 의해서 1960년대 부터 연구되어 왔으며, 사냑간섭계 원리를 이용한 2세대 자이로인 광섬유 자이로는 통신용 광섬유의 발명에 의해서 1970년대부터 연구되어 왔다. 원자의 파동성이 입증된 1990년대 후반에는 차기세대 자이로 개발을 위한 원자간섭계 연구가 시작되었다. 본 논문은 이러한 세 분류의 사냑간섭계 원리를 이용한 자이로의 동작원리, 응용분야, 그리고 발전전망에 대하여 논의하였다.
Thermal characteristics, such as diffusivity and temperature induced change in the fiber mode index of rotation sensing fiber coil are critical factors which determine the time varying, thermo-optically induced bias drift of interferometric fiber-optic gyroscopes (IFOGs). In this study, temperature dependence of the transient effect is analyzed in terms of the thermal characteristics of the fiber coil at three different temperatures. By applying an analytic model to the measured bias in the experiments, comprehensive thermal factors of the fiber coil could be extracted effectively. The validity of the model was confirmed by the fact that the extracted values are reasonable results in comparison with well known properties of the materials of the fiber coil. Temperature induced changes in the critical factors were confirmed to be essential in compensating the transient effect over a wide temperature range.
고출력 erbium 첨가 광섬유 광원을 이용하는 광섬유 자이로스코프에서 측정감도를 개선하기 위하여 신호처리를 통해 자이로의 출력단에서 출력신호에 포함된 광원의 과잉잡음 성분을 소거하였다. 진폭 1.8rad으로 변조된 자이로의 잡음 스펙트럼을 측정한 결과, 본 논문의 방식으로 과잉잡음을 소거한 경우가 소거하지 않은 경우에 비해서 잡음이 13.5dB 감소하였다. 또한, 회전에 따른 자이로 출력을 측정한 결과, 불규칙잡음 계수가 1/4∼1/5 정도로 감소하였다.
자이로의 불감응영역은 외부 회전이 인가되고 있음에도 불구하고 이를 감지하지 못하는 영역을 말한다. 본 논문에서는 모델링/시뮬레이션을 이용하여 불감응영역의 원인을 분석하고 불감응영역을 제거하기 위해 디지털 펄스 디더링 기법을 도입하였다. 900m 광섬유를 적용한 3축 자이로 시스템으로 시험한 결과, 디더 진폭, 주파수, 그리고 자이로 루프이득의 조합에 의해 불감응영역이 효과적으로 제거될 수 있음을 확인하였다.
Superluminescent diodes(SLDs)는 광섬유 자이로스코프, OTDR, 중단거리 광통신시스템과 같은 광측정 시스템으로의 응용에 있어서 최적의 광원이다. SLD의 넓은 스펙트럼 특성은 Rayleigh 후방산란 잡음, 편광잡음, 광섬유 자이로 스코프에서의 비선형 Ken 효과에 의한 bias offset을 감소시킨다. 본 논문에서 레이징을 억제하기 위해서 윈도우 영역을 갖고 측방향으로 경사진 SCH(Separate Confinement Heterostructure)-SLD를 제안하였다. 제작된 소자의 출력은 펄스 구동 200mA, $25^{\circ}C$에서 11mW였다. 그리고, 120mA에서 수평 및 수직 방사각은 31$^{\circ}$$\times$38$^{\circ}$였다.
자이로스코프용 광대역폭 erbium 첨가 광섬유 광원에서 중심파장의 편광의존성을 억제하기 위하여 펌프광의 편광을 변조함으로써 스크램블링하는 방식을 사용하였다. 원통형 PZT에 광섬유를 감은 형태의 편광변조기에 적정진폭의 변조를 가함으로써 펌프광의 편광도(시간평균치)를 1.4%까지 낮출 수 있었다. 펌프 편광 스크램블러와 출력단 depolarizer를 함께 사용한 경우에 임의의 편광변화에 대한 광원의 중심파장 변화가 측정기의 측정한계(∼5 ppm) 이하로 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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