지능형 구조물에서의 진동 등과 같이 주파수가 1 KHz에 이르는 물리량을 고감도로 측정할 수 있는 광섬유센서를 위한 신호 처리기를 구현하기 위하여 광섬유자이로스코프에 적용되었던 전디지털 위상추적신호처리(ADPT)를 교류량 측정용(다이나믹)으로 변경하여 설계하였다. 구현된 다이나믹 ADPT 신호처리기를 광섬유 Mach-Zehnder간섭계에 적용하여 성능을 평가한 결과 ADPT신호처리방식의 한계인 -50 ㏈에 가까운 전고조파 왜율을 가짐을 확인하였다.
본 논문에서는 마흐-젠더 간섭계에서 진행파의 위상정보와 직교 편광을 이용하여 광학적 암호화 시스템을 제안하였다. 두 개의 서로 직교편광의 가간섭성에 의해 간섭현상이 제거되기 때문에 복호 영상이 안정하다. 암호화 과정에서는 원 영상이 수직편광과 수평편광간의 상대적인 위상차에 의해 랜덤한 편광상태를 가지는 영상으로 암호화 된다. 따라서 랜덤한 편광분포로부터 원 영상의 정보를 알 수 없다. 영상을 복호화하기 위해서는 암호화된 영상의 랜덤한 편광분포를 서로 직교하는 두 성분으로 나누고 키영상을 간섭계에 수직 경로에 위치시킨다. 복호 영상은 검광기를 사용하여 세기형태로 재생하였다.
본 논문에서는 평판형 광도파로 상에 마하젠더 간섭계를 형성한 습도센서의 특성을 제시하고자 한다. 평판형 광도파로의 마하젠더 간섭계의 한쪽 팔에 PVP를 코팅함으로써 센서 주변의 외부 습도를 측정하였다. 습도를 계측할 간섭계의 한쪽 팔은 10 mm 폭으로 에칭하고, 에칭된 곳에 폴리비닐피롤리돈 (PVP)를 코팅하였다. PVP는 습도변화에 의해서 굴절률의 변화가 일어나므로, PVP로 코팅된 습도 센서는 평판형 광도파로 근처 상대습도의 차이에 따라 광간섭무늬의 변화를 나타내었다. 이에 대한 측정 결과를 통해 30%~80% 상대습도 범위에서 습도센서로써 작동함을 확인할 수 있었다.
광섬유를 사용하여 미소 교류자기장 (200Hz-2kHz) 감지를 위한 광섬유 간섭계 자기센서시스템을 구성하였다. 자왜효과(magnetostriction effect)가 큰 비정질 metallic glass(2605SC)를 광섬유에 부착하여 자기장 감지부를 제작하고 방향성 결합기 metallic glass(2605SC)를 광섬유에 부착하여 자기장 감지부를 제작하고 방향성 결합기(directional coupler)를 사용한 광섬유 일체식(all-fiber type)으로 Mach-Zehnder 간섭계를 구성하여 외부 자기장의 변화를 간섭계의 위상변화로 변환시켜 그 크기를 측정하였다. 온도변화, 진동 등 주위환경에서 오는 불규칙한 신호에 의한 간섭계의 신호소멸(signal fading) 문제는 능동 위상추적방법(active phase tracking method)으로 간섭계의 기준 광통로(reference arm)에 위치한 위상 변조기에 보상신호를 되먹임으로써, 직각조건(quadrature condition)을 이루어 안정시켰다. 측정 결과 metallic glass의 주파수 반응특성은 900Hz-2kHz 대역에서 거의 비슷한 경향을 보였으며 최대 감도를 나타내는 직류 바이어스 자기장은 3.5 Oe 였다. 미소 교류자기장에 대한 간섭계의 출력은 $\pm$0.5 Oe 범위 안에서 좋은 선형성을 보였다. 1 kHz 교류자기장에 대한 scale factor S는 8.0 rad/Oe 이었으며 최소감지자기장은 $3X10^{-6} Oe/\sqrt{Hz}$(1Hz detection bandwidth)이었다.
본 연구에서는 단일모드 광섬유에서의 온도에 의한 위상변조 현상을 분석하고 단일모드 광섬유 간섭계를 이용한 온도센서를 설계. 제작하여 그 온도특성을 조사하였다. 설계한 fiber-optic온도센서는 Mach-Zehnder 간섭계를 이용한 위상감지형 고감도 센서로서 온도변화는 간섭무의의 이동으로써 측정되어졌다. 간섭계에 의한 측정에서 중요한 문제중의 하나는 온도분만 아니라 모든 피측정 물리량의 변화방향에 따른 간섭무의의 이동갯수와 이동방향을 동시에 측정하는 것이다. 이를 위해 다중모드 광섬유를 이용한 배열 검출기를 제작하여 매우 간편하게 간섭무늬의 이동갯수와 이동방향을 측정하였다.
마하젠더 간섭계를 왕복한 간섭신호를 영점검출하여 광섬유 격자 센서의 신호처리를 위한 기준 트리거로 사용하는 방법을 제안하였다. 영점 트리거에 의해서 얻은 센서신호로부터 측정 물리량에 선형적으로 비례하는 위상성분을 추출하여 간단한 구조로도 정밀하게 광섬유격자의 파장변화를 감지할 수 있는 복조방식을 구현하였다. 제안한 복조방식을 적용하면 위상변조의 속도나 비선형성, 또는 환경적 외란에 관계없이 광섬유 격자 센서에 가해지는 동적, 정적 변형률과 온도변화를 효율적으로 측정할 수 있음을 실험적으로 증명하였으며, 실험결과로부터 계산된 센서시스템의 파장측정 분해능은 8 pm이었다.
감지부의 PZT tube를 이용한 위상변조기를 연결한 광섬유 Mach-Zehnder 간섭계를 구성하고, 새로운 신호처리 장치를 도입하여 인가교류전압의 주파수에 상관없이 전압의 크기 및 인가전압의 파형을 측정할 수 있는 광섬유 전압센서를 구성하였다. 이 센서에서 전압변화에 따른 간섭무늬 변화갯수의 관계는 선형적 비례관계를 가짐을 관측하였으며, 온도변화에 따른 간섭무늬의 변화갯수를 측정했다. 또한, 간섭계 출력에서 편광변조에 의해 생길 수 있는 간섭무늬의 visibility의 변화를 없애기 위해 편광유지 광섬유를 이용한 간섭계 또는 광섬유 반파장판을 이용할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 변형된 삼각 및 마하젠더 간섭계를 이용한 인코히어런트 홀로그래픽 3D 디스플레이 시스템의 광 입출력 장치를 구현하고 실험하였다. 먼저, 변형된 삼각 간섭계 기반의 광 입력장치를 구성하여 3차원 물체에 대한 인코히어런트 복소 홀로그램을 생성하고, LCD 공간광변조기와 위상 지연기가 추가된 마하젠더 간섭계 기반의 광 출력장치 구성을 통해 홀로그램의 실시간적 복원을 수행하였다. 즉, 100mm의 깊이감을 갖는 두 점광원에 대한 인코히어런트 홀로그램의 생성과 복원 실험을 통해 바이어스와 공액영상이 제거되고 초점에 따라 깊이감이 다른 두 영상의 복원이 가능함을 확인하였으며, 구현된 광 입출력 장치를 통해 서로 30 mm의 깊이감을 갖는 3차원 물체인 두개의 주사위에 대한 홀로그램을 실시간적으로 생성하고 복원시킴으로서 변형된 삼각 간섭계에 기반한 홀로그래픽 3차원 영상디스플레이 시스템의 광학적 구현 가능성을 제시하였다.
인체에 무해하며 고분해능의 단층영상과 저가격 및 소형으로 제작이 가능하여 전세계적으로 많은 연구가 진행중인 광영상 단층촬영기(Optical coherence tomography system : OCT)에 관한 것이다. 샘플에서 흡수와 산란으로 인하여 샘플로부터 반사된 광신호는 매우 미약하다. 게다가 커플러등에 의한 손실로 인하여 광검출기에 도달하는 신호는 매우 미약하다. 이러한 On시스템의 신호대 잡음비를 향상시키기 위하여 기본적인 마이켈슨 간섭계와 마흐젠더 간섭계를 구성하여 시뮬레이션과 기준샘플을 이용하여 측정하였다. 실험결과 마흐젠더 간섭계를 사용한 샘플로 반사된 광신호는 OCT 시스템의 신호대 잡음비 향상시키기 위하여 두 가지 형태의 간섭계를 구성하였으며 시뮬레이션을 통한 비교 분석과 기준 샘플의 측정에 의한 비교분석을 하였다. 실험결과 마흐젠더 간섭계형 OCT 시스템이 신호대 잡음비가 향상됨을 확인 하였다.
Single mode optical fiber interferometeric sensors using phase tracking homodyne detection are typically susceptible to environmentally induced temperature fluctuations and other types of disturbances. In this paper compensator is described, which is a simple and effective phase tracking feedback electronic circuit must be output signal stabilized to achieve maximln sensitivity and linearity of Mach-Zehnder fiber-optic interferomter in the presence of differential phase drift. The phase tracking range of the piezoelectric cylinder in the reference arm is .+-.3.7.pi.rad, and the probe mass about 1 gram in the sensing ann was used for measurements of the gravity acceleration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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