KR100855827B1 - 전광섬유 간섭계 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

전광섬유 간섭계 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 넓은 파장 대역 및 고온에서 사용될 수 있는 전광섬유 간섭계에 관한 것이다. 상기 전광섬유 간섭계는 제 1 광섬유부, 제 2 광섬유부, 제 3 광섬유부, 광 분배부 및 광 결합부를 포함한다. 상기 제 1 광섬유부는 제 1 서브 코어 및 상기 제 1 서브 코어를 둘러싼 제 1 서브 클래딩을 가진다. 상기 제 2 광섬유부는 제 2 서브 코어 및 상기 제 2 서브 코어를 둘러싼 제 2 서브 클래딩을 가진다. 상기 제 3 광섬유부는 제 3 서브 코어 및 상기 제 3 서브 코어를 둘러싼 제 3 서브 클래딩을 가진다. 상기 광 분배부는 상기 제 1 광섬유부와 상기 제 2 광섬유부 사이에 배열되며, 상기 제 1 서브 코어를 통하여 진행된 빛을 적어도 2개의 빛들로 분배하여 상기 제 2 광섬유부로 진행시킨다. 상기 광 결합부는 상기 제 2 광섬유부와 상기 제 3 광섬유부 사이에 배열되며, 상기 제 2 광섬유부를 통하여 진행된 빛들을 결합시킨다. 여기서, 상기 광 분배부와 상기 광 결합부는 상기 제 1 광섬유부, 상기 제 2 광섬유부 및 상기 제 3 광섬유부와 다른 모드 특성을 가진다. 상기 전광섬유 간섭계가 광자결정 광섬유로 이루어지므로, 넓은 사용 가능 파장 대역 및 간단한 구조를 가진다.
Figure R1020070007417
간섭계, 광자결정 광섬유, 센서, 인장력

Description

전광섬유 간섭계 및 이를 제조하는 방법{ALL-FIBER INTERFEROMETER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
도 1a는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전광섬유 간섭계를 도시한 단면도이다.
도 1b는 일반적인 광자결정 광섬유를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1a의 전광섬유 간섭계의 출력 특성 그래프를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전광섬유 간섭계를 도시한 단면도이다.
도 4a는 제 1 실시예의 전광섬유 간섭계로부터 출력된 빛의 출력 파워 특성을 도시한 도면이다.
도 4b는 제 2 실시예의 전광섬유 간섭계로부터 출력된 빛의 출력 파워 특성을 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 전광섬유 간섭계에 인장력(strain force)을 인가할 때의 전광섬유 간섭계의 출력 파워 특성을 도시한 도면이다.
도 5b는 도 5a의 출력 파워의 간섭 무늬 피크 중 중심 파장이 다른 임의의 두 피크(① 및 ②)를 선택하여 인장력이 증가함에 따른 각 피크의 중심 파장의 이동을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 전광섬유 간섭계를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 6의 전광섬유 간섭계의 출력 특성 그래프를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 전광섬유 간섭계를 사용하는 센서를 도시한 도면이다.
본 발명은 전광섬유 간섭계 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 넓은 파장 대역 및 고온에서 사용할 수 있는 전광섬유 간섭계 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
간섭계는 광원에서 출력된 빛을 두 갈래 이상으로 분배하고, 분배된 각각의 빛이 통과하는 진행 경로에 차이가 생기도록 한 후 분배된 빛을 다시 결합시켜 간섭 현상을 관찰하는 기구를 의미한다.
종래의 간섭계로는 단일 모드 광섬유와 광섬유 격자를 이용한 제 1 간섭계 및 광 분배기와 광 결합기를 이용한 제 2 간섭계 등이 주로 사용되었다. 다만, 이러한 간섭계들이 널리 주지된 기구들이므로, 상기 간섭계들에 대한 자세한 설명은 생략하고 그들의 특징만을 살펴보겠다.
상기 제 1 간섭계는 구조적으로는 간단하지만 좁은 영역의 파장 대역 내에서만 간섭계로서 동작하는 단점이 있었다. 또한, 상기 제 1 간섭계를 제조하기 위해 서는 고가의 장비가 필요하였으며, 동일한 특성을 가지는 광섬유 격자를 쌍으로 사용해야 하는 어려움이 있었다.
상기 제 2 간섭계는 두 가닥의 광섬유를 사용하므로, 제조 과정이 어렵고 사용하기에도 많이 불편하였다.
이러한 상기 제 1 및 2 간섭계들은 간섭계로서 뿐만 아니라 온도 센서로서도 활용될 수 있었다. 그러나, 상기 제 1 및 2 간섭계들을 구성하는 광섬유의 코어가 가지는 특성상, 상기 간섭계들이 고온에서 정상적으로 동작하지 못하였으며, 그래서 상기 온도 센서가 고온 센서로서 동작하지 못하였다.
본 발명의 제 1 목적은 제조가 용이하고 넓은 파장 대역을 가지는 전광섬유 간섭계를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 고온에서 활용할 수 있는 전광섬유 간섭계를 사용하는 온도 센서를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전광섬유 간섭계는 제 1 광섬유부, 제 2 광섬유부, 제 3 광섬유부, 광 분배부 및 광 결합부를 포함한다. 상기 제 1 광섬유부는 제 1 서브 코어 및 상기 제 1 서브 코어를 둘러싼 제 1 서브 클래딩을 가진다. 상기 제 2 광섬유부는 제 2 서브 코어 및 상기 제 2 서브 코어를 둘러싼 제 2 서브 클래딩을 가진다. 상기 제 3 광섬유부는 제 3 서브 코어 및 상기 제 3 서브 코어를 둘러싼 제 3 서브 클래딩을 가진 다. 상기 광 분배부는 상기 제 1 광섬유부와 상기 제 2 광섬유부 사이에 배열되며, 상기 제 1 서브 코어를 통하여 진행된 빛을 적어도 2개의 빛들로 분배하여 상기 제 2 광섬유부로 진행시킨다. 상기 광 결합부는 상기 제 2 광섬유부와 상기 제 3 광섬유부 사이에 배열되며, 상기 제 2 광섬유부를 통하여 진행된 빛들을 결합시킨다. 여기서, 상기 광 분배부와 상기 광 결합부는 상기 제 1 광섬유부, 상기 제 2 광섬유부 및 상기 제 3 광섬유부와 다른 모드 특성을 가진다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 전광섬유 간섭계는 제 1 광섬유부, 제 2 광섬유부 및 제 3 광섬유부를 포함한다. 상기 제 1 광섬유부는 제 1 서브 코어 및 상기 제 1 서브 코어를 둘러싼 제 1 서브 클래딩을 가진다. 상기 제 2 광섬유부는 제 2 서브 코어 및 상기 제 2 서브 코어를 둘러싼 제 2 서브 클래딩을 가진다. 상기 제 3 광섬유부는 제 3 서브 코어 및 상기 제 3 서브 코어를 둘러싼 제 3 서브 클래딩을 가진다. 여기서, 상기 제 2 광섬유부는 상기 제 1 광섬유부와 상기 제 3 광섬유부 사이에 배열되며, 상기 제 1 서브 코어를 통하여 진행된 빛이 적어도 2개의 빛들로 분배되도록 상기 제 1 서브 코어와 상기 제 2 서브 코어가 제 1 단차(段差)를 가진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전광섬유 간섭계 제조 방법은 코어 및 상기 코어를 둘러싼 클래딩으로 이루어진 광자결정 광섬유의 영역 중 제 1 구간에 열을 가하여 상기 클래딩의 영역 중 상기 제 1 구간에 상응하는 부분을 변형시켜 광분배부를 제작하는 단계; 및 상기 광자결정 광섬유의 영역 중 제 2 구간에 열을 가하여 상기 클래딩 영역 중 상기 제 2 구간에 상응하는 부분을 변형시켜 광결합부를 제작하는 단계를 포함한다
본 발명에 따른 전광섬유 간섭계가 광자결정 광섬유로 이루어지므로, 상기 전광섬유 간섭계는 넓은 사용 가능 파장 대역 및 간단한 구조를 가지며, 그의 제조 공정이 용이하다.
또한, 상기 전광섬유 간섭계가 고온에서도 정상적으로 동작하므로, 본 발명에 따른 전광섬유 간섭계를 사용하는 온도 센서가 고온 센서로서 활용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 전광섬유 간섭계를 도시한 단면도이고, 도 1b는 일반적인 광자결정 광섬유를 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1a의 전광섬유 간섭계의 출력 특성 그래프를 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 본 실시예의 전광섬유 간섭계(100)는 제 1 광섬유부(102), 광 분배부(104), 제 2 광섬유부(106), 광 결합부(108) 및 제 3 광섬유부(110)를 포함한다. 여기서, 제 1 광섬유부(102), 광 분배부(104), 제 2 광섬유부(106), 광 결합부(108) 및 제 3 광섬유부(110) 중 적어도 하나는 광자결정 광섬유이며, 특히 고온에서 동작하기 위해서는 제 2 광섬유부(304)가 광자결정 광섬유이어야 한다. 다만, 바람직하게는 제 1 광섬유부(102), 광 분배부(104), 제 2 광섬유부(106), 광 결합부(108) 및 제 3 광섬유부(110)는 모두 광자결정 광섬유이다. 이러한 전광섬유 간섭계(100)의 제조 방법은 후술하겠다.
제 1 광섬유부(102)는 제 1 서브 코어(first sub-core, 102a) 및 제 1 서브 코어(102a)를 둘러싼 제 1 서브 클래딩(first sub-cladding, 102b)으로 이루어진다. 여기서, 제 1 서브 클래딩(102b)의 유효 굴절률(effective index)은 제 1 서브 코어(102a)로 입사된 빛이 손실되지 않고 제 1 서브 코어(102a) 내부로만 진행되도록 일반적으로 제 1 서브 코어(102a)의 유효 굴절률보다 작게 설정된다.
광 분배부(104)는 제 1 광섬유부(102)와 제 2 광섬유부(106) 사이에 배열되며, 제 1 서브 코어(102a)를 통하여 진행된 빛(①)을 도 1a에 도시된 바와 같이 적어도 2개의 빛들로 분배시킨다. 즉, 빛(①) 중 일부는 제 2 서브 코어(106a)로 진행되고, 다른 일부는 제 2 서브 클래딩(106b)으로 진행된다. 또한, 광 분배부(104)는 제 1 서브 코어(102a)를 통하여 진행된 빛(①)이 잘 분배되도록 전체적으로 균일한 굴절률을 가질 수 있다.
제 2 광섬유부(106)는 제 2 서브 코어(106a) 및 제 2 서브 코어(106a)를 둘러싼 제 2 서브 클래딩(106b)으로 이루어지며, 광 분배부(104)에 의해 분배된 빛들을 광 결합부(108) 방향으로 진행시킨다.
광 결합부(108)는 제 2 광섬유부(106) 및 제 3 광섬유부(110) 사이에 배열되며, 제 2 서브 코어(106a) 및 제 2 서브 클래딩(106b)으로 진행된 빛들을 결합시키며, 이 과정에서 간섭이 발생한다. 이러한 간섭 현상은 제 3 광섬유부(110)의 제 3 서브 코어(110a)로부터 출력된 빛을 광 스펙트럼 분석기(미도시)로 분석함에 의해 관찰될 수 있으며, 일 예로 도 2에 도시된 그래프의 형태로서 관찰된다. 또한, 광 결합부(108)는 상기 분배된 빛이 잘 결합되도록 전체적으로 균일한 굴절률을 가질 수 있다.
제 3 광섬유부(110)는 제 3 서브 코어(110a) 및 제 3 서브 코어(110a)를 둘러싼 제 3 서브 클래딩(110b)으로 이루어지며, 광 결합부(108)에 의해 결합된 빛을 외부로 출력한다.
위에 상술한 바와 같은 구조를 가지는 전광섬유 간섭계(100)에서, 광 분배부(104)와 광 결합부(108)는 서로 다른 굴절률을 가질 수 있으나, 바람직하게는 동일한 굴절률을 가진다. 이 것은 광 분배부(104)와 광 결합부(108)가 서로 다른 굴절률을 가지는 경우 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)의 커플링(coupling) 특성이 달라져서 전광섬유 간섭계(100)의 간섭 특성이 저하되기 때문이다.
또한, 서브 코어들(102a, 106a 및 110a)은 후술하는 제조 공정 특정상 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)의 굴절률과 동일하거나 큰 굴절률을 가진다. 이에 대하여는 후술하는 전광섬유 간섭계(100) 제조 공정에서 설명하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 서브 코어들(102a, 106a 및 110a)은 단일 모드 도파로이며, 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)는 다중 모드 도파로이다. 여기서, 단일 모드 도파로인가 다중 모드 도파로인 지의 여부는 일반적으로 서브 코어들(102a, 106a 및 110a), 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)의 직경에 의해 좌우된다. 즉, 서브 코어들(102a, 106a 및 110a)의 직경보다 긴 직경을 가지는 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)는 다중 모드 도파로로서 동작하고, 직경이 짧은 서브 코어들(102a, 106a 및 110a)은 단일 모드 도파로로서 동작한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전광섬유 간섭계(100)는 복수의 광 분배부들 및 광 결합부들을 포함할 수 있다.
이하, 본 실시예의 전광섬유 간섭계(100)의 동작 특성을 살펴보겠다.
이러한 전광섬유 간섭계(100)의 간섭 특성은 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)의 폭(W)와 광 분배부(104)와 광 결합부(108) 사이의 길이(L)에 의해 좌우된다. 따라서, 사용자는 전광섬유 간섭계(100)의 폭(W) 및 길이(L)를 적절히 설정하여 자신의 의도에 맞도록 설계할 수 있다.
또한, 전광섬유 간섭계(100)가 후술하는 바와 같이 온도 센서 또는 인장력 측정 센서로 사용될 때, 상기 센서의 센싱 정밀도 및 간섭계(100)의 광 손실이 폭(W)에 의해 좌우되므로, 사용 목적에 따라 간섭계(100)의 설계가 달라질 수 있다. 상세하게는, 폭(W)이 작은 경우 도 4a에 도시된 간섭 무늬의 깊이(K1)가 작아져서 센서의 정밀도가 떨어지는 반면에 간섭계(100)의 광 손실은 작아지므로, 광 손실이 중요한 경우에는 폭(W)을 작게 설정하고 센싱 정밀도가 중요한 경우에는 폭(W)을 크게 설정한다.
이하, 본 실시예의 전광섬유 간섭계(100)의 구성 요소들이 광자결정 광섬유로 이루어지는 경우 전광섬유 간섭계(100)의 특성을 살펴보겠다.
광자결정 광섬유의 경우, 코어(110)는 실리카(silica, SiO2) 유리 또는 저마늄(Germanium, GeO2)이 도핑된 실리카 유리로 이루어지고, 클래딩은 실리카 유리로 이루어진다. 다만, 상기 클래딩에는 도 1b에 도시된 바와 같이 복수의 공기 구멍들, 즉 홀들(112)이 형성되며, 결과적으로 상기 클래딩의 평균 굴절률은 코어(110) 의 굴절률보다 작아진다.
이러한 광자결정 광섬유는 통상 약 1150㎚ 이상의 파장에서 단일 모드로 동작하고 1150㎚ 이하의 파장에서 다중 모드로 동작하는 다른 광섬유와 달리 특성상 약 400㎚ 이상의 파장에서 단일 모드로서 동작할 수 있다. 따라서, 이러한 광자결정 광섬유를 이용하는 전광섬유 간섭계(100)는 약 1150㎚ 이상의 파장만을 사용할 수 있는 다른 간섭계들과 달리 약 400㎚ 이상의 파장을 전부 사용할 수 있으며, 이에 대한 실험예는 도 2에 도시되어 있다. 즉, 본 발명의 전광섬유 간섭계(100)는 종래의 간섭계보다 넓은 파장 대역을 사용할 수 있다.
또한, 고온, 예를 들어 800℃ 이상에서 코어가 확산되어 다중 모드로 동작하는 종래의 간섭계와 달리 광자결정 광섬유의 코어(110)는 고온에서 확산되지 않아서 계속적으로 단일 모드로 동작한다. 따라서, 본 발명의 전광섬유 간섭계(100)는 고온 온도 센서로서 활용할 수 없었던 종래의 간섭계와 달리 고온 온도 센서로서 활용할 수 있다. 이에 대한 실제 활용 방법은 이하 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
이하, 본 실시예의 전광섬유 간섭계(100)의 제조 공정을 상술하겠다.
우선적으로, 도 1b에 도시된 바와 같은 광자결정 광섬유의 광 분배부(104)에 상응하는 제 1 구간에 아크 방전, 또는 CO2 레이저 등을 이용하여 열을 가하는 제 1 공정이 수행된다. 결과적으로, 클래딩에 존재하는 홀들(112) 중 상기 제 1 구간에 해당하는 홀들이 상기 열에 의해 녹아서 상기 클래딩의 다른 부분에 접착되며, 그래서 전체적으로 균일한 굴절률을 가지는 광 분배부(104)가 형성된다.
다음으로, 상기 광자결정 광섬유의 광 결합부(108)에 상응하는 제 2 구간에 아크 방전, 또는 CO2 레이저 등을 이용하여 열을 가하는 제 2 공정이 수행된다. 결과적으로, 클래딩에 존재하는 홀들(112) 중 상기 제 2 구간에 해당하는 홀들이 상기 열에 의해 녹아서 상기 클래딩의 다른 부분에 접착되며, 그래서 전체적으로 균일한 굴절률을 가지는 광 결합부(108)가 형성된다.
여기서, 상기 제 1 공정과 상기 제 2 공정은 각기 별도로 행해질 수도 있으나, 바람직하게는 동시에 행해진다.
요컨대, 본 발명의 전광섬유 간섭계(100)는 광자결정 광섬유의 소정 영역에 열을 가하는 간단한 동작에 의해 제조되며, 따라서 종래의 간섭계 제조 공정보다 단순하며 제조하기도 쉽다.
위에서는 상기 열에 의해 해당 홀들이 전부 녹는 것으로 언급하였으나, 상기 홀들이 전부 녹지 않을 수도 있다. 이 경우, 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)에 홀들이 일부 존재하게 되며, 따라서 서브 코어들(102a, 106a 및 110a), 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)가 동일한 물질로 이루어졌음에도 불구하고 광 분배부(104) 및 광 결합부(108)의 평균 굴절률이 서브 코어들(102a, 106a 및 110a)의 굴절률보다 작게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 전광섬유 간섭계를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 전광섬유 간섭계(300)는 제 1 광섬유부(302), 제 2 광섬유부(304) 및 제 3 광섬유부(306)를 포함한다.
제 1 광섬유부(302)는 제 1 서브 코어(302a) 및 제 1 서브 코어(302a)를 둘러싼 제 1 서브 클래딩(302b)으로 이루어진다.
제 2 광섬유부(304)는 제 2 서브 코어(304a) 및 제 2 서브 코어(304a)를 둘러싼 제 2 서브 클래딩(304b)으로 이루어진다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 광섬유부(302)는 제2 광섬유부(304)와 코어간 정렬이 약간 어긋나게 배열되어 있다. 이와 같이, 제1 광섬유부(302)와 제2 광섬유부(304)가 소정 간격으로 어긋나 단이 형성된 상태 또는 부분을 단차(段差)라고 하며, 이는 광 분야의 당업자들에게 공지되어 있는 용어이다. 따라서, 제 2 광섬유부(304)는 제 1 광섬유부(302)로부터 소정 단차(段差)를 가지며, 바람직하게는 제 2 서브 코어(304a)가 제 1 서브 코어(302a)와 단차를 가진다. 결과적으로, 제 1 서브 코어(302a)를 통하여 진행된 빛(②) 중 일부는 도 3에 도시된 바와 같이 제 2 서브 코어(304b)로 진행되고, 다른 일부는 제 2 서브 클래딩(304b)으로 진행한다. 즉, 제 1 서브 코어(302a)를 통하여 진행된 빛(②)이 제 1 단차면(308)에서 적어도 2개의 빛들로 분배된다.
제 3 광섬유부(306)는 제 3 서브 코어(306a) 및 제 3 서브 코어(306a)를 둘러싼 제 3 서브 클래딩(306b)으로 이루어진다. 또한, 제 3 광섬유부(306)는 제 2 광섬유부(304)로부터 소정 단차를 가지며, 바람직하게는 제 3 서브 코어(306a)가 제 2 서브 코어(304a)와 단차를 가진다. 결과적으로, 제 2 서브 코어(304a)로 진행된 빛과 제 2 서브 클래딩(304b)으로 진행된 빛이 제 2 단차면(310)에서 결합된 후 제 3 서브 코어(306a)로 진행된다.
요컨대, 본 발명의 전광섬유 간섭계(300)는 광섬유부들(302, 304 및 306) 사이의 단차를 이용하여 간섭계를 구성한다. 여기서, 전광섬유 간섭계(300)의 광 파 워 손실은 서브 코어들(302a, 302b 및 302c)의 정렬에 따라 달라진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광섬유부들(302, 304 및 306) 중 적어도 하나는 광자결정 광섬유이며, 특히 고온에서 동작하기 위해서는 제 2 광섬유부(304)가 광자결정 광섬유이어야 한다. 바람직하게는, 광섬유부들(302, 304 및 306) 전부가 광자결정 광섬유이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광섬유부들(302, 304 및 306)은 광자결정 광섬유가 아닌 단일 모드 광섬유 또는 다중 모드 광섬유일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광섬유부들(302, 304 및 306) 중 일부는 광자결정 광섬유이고, 나머지는 일반적인 단일 모드 광섬유 또는 다중 모드 광섬유이다.
즉, 광섬유부들(302, 304 및 306)은 다양한 종류의 광섬유로 이루어질 수 있다. 다만, 광섬유의 특성상 광섬유부들(302, 304 및 306)을 전부 광자결정 광섬유인 것이 바람직하다.
이하, 전광섬유 광섬유(300)의 제조 과정을 상술하겠다.
우선, 광자결정 광섬유를 복수의 서브 광섬유들로 절단시킨다.
이어서, 상기 절단된 서브 광섬유들을 광섬유 융착기(미도시)를 이용하여 접착시켜 도 3에 도시된 전광섬유 광섬유(300)를 형성한다.
도 4a는 제 1 실시예의 전광섬유 간섭계로부터 출력된 빛의 출력 파워 특성을 도시한 도면이고, 도 4b는 제 2 실시예의 전광섬유 간섭계로부터 출력된 빛의 출력 파워 특성을 도시한 도면이다. 다만, 도 4a 및 도 4b는 일부 파장 대역에서의 출력 파워 특성을 도시하였다. 또한, 도 4a는 폭(W)을 300㎛, 아크 방전 파워를 110 Units (FITEL사의 S183PM 장비 사용), 아크 방전 지속 시간을 400㎳로 실험하여 제조된 전광섬유 간섭계(100)의 출력 파워 특성을 도시하였고, 도 4b는 단차 거리를 2 내지 3㎛, 아크 방전 파워를 90 Units, 아크 방전 지속 시간을 300㎳로 실험하여 제조된 전광섬유 간섭계(300)의 출력 파워 특성을 도시하였다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예의 전광섬유 간섭계(100)의 간섭 특성이 제 2 실시예의 전광섬유 간섭계(300)의 간섭 특성보다 우수하다. 또한, 전광섬유 간섭계(100)의 출력 스펙트럼 중 간섭 무늬의 깊이(K1)가 전광섬유 간섭계(300)의 출력 스펙트럼 중 간섭 무늬의 깊이(K2)보다 크며, 그래서 전광섬유 간섭계(100)의 센싱 정밀도가 전광섬유 간섭계(300)의 센싱 정밀도보다 우수하다.
도 5a는 본 발명의 전광섬유 간섭계에 인장력(strain force)을 인가할 때의 전광섬유 간섭계의 출력 파워 특성을 도시한 도면이다. 도 5b는 도 5a의 출력 파워의 간섭 무늬 피크 중 중심 파장이 다른 임의의 두 피크(① 및 ②)를 선택하여 인장력이 증가함에 따른 각 피크의 중심 파장의 이동을 도시한 도면이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 전광섬유 간섭계(100 및 300)에 인장력(예를 들어 1730με)이 인가되는 경우 전광섬유 간섭계(100 및 300)의 출력의 간섭 무늬가 단파장 방향으로 이동된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 두 간섭 무늬들의 피크(① 및 ②)의 중심 파장은 인장력이 증가함에 따라 단파장 방향으로 선형적으로 이동된다.
요컨대, 본 발명의 전광섬유 간섭계(100 및 300)는 인장력이 인가될 때 단파 장 방향으로 이동되는 출력 특성을 가진다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 전광섬유 간섭계를 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6의 전광섬유 간섭계의 출력 특성 그래프를 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예의 전광섬유 간섭계(600)는 제 1 실시예의 전광섬유 간섭계(100)와 동일한 구조로 이루어지나, 제 1 실시예의 전광섬유 간섭계(100)와 달리 각 광섬유부들(602, 606 및 610), 광 분배부(604) 및 광 결합부(608)가 광자결정 광섬유로 이루어지지 않는다. 상세하게는, 광섬유부들(602, 606 및 610)은 광자결정 광섬유를 제외한 일반적인 단일 모드 광섬유로 이루어지고, 광 분배부(604) 및 광 결합부(608)는 일반적인 다중 모드 광섬유로 이루어진다.
요컨대, 본 발명의 전광섬유 간섭계(100 및 600)를 구성하는 광섬유의 다양한 변형이 가능하며, 따라서 이러한 다양한 변형이 본 발명의 권리범위에 영향을 미치지 아니한다는 것은 당업자에게 있어서 자명한 사실일 것이다. 다만, 제 3 실시예의 전광섬유 간섭계(600)의 출력 파워 특성이 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이 제 1 실시예의 전광섬유 간섭계(100)의 출력 파워 특성보다 떨어지므로, 전광섬유 간섭계를 광자결정 광섬유로 구성하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 전광섬유 간섭계를 사용하는 센서를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 온도 센서 또는 인장력 측정 센서는 광원부(800), 위에 상술된 전광섬유 간섭계를 사용하는 센서부(802) 및 신호처리부(804)를 포함한다.
이하, 상기 센서의 구성 요소들의 기능을 온도 측정 과정 및 인장력 측정 과정을 통하여 상술하겠다.
우선, 온도 측정 과정을 살펴보겠다.
대상물(미도시), 예를 들어 물이 채워져 있는 수조의 온도를 측정하고자 하는 경우, 전광섬유 간섭계(802)를 수조에 담근다.
이어서, 광원부(800)는 특정 광원으로부터 발생된 빛을 광섬유(806)를 통하여 전광섬유 간섭계(802)로 제공한다.
계속하여, 광원부(800)로부터 제공된 빛은 전광섬유 간섭계(802) 내부에서 분배 및 결합 과정을 거친 후 전광섬유 간섭계(802)로부터 출력된다. 이 경우, 전광섬유 간섭계(802)로부터 출력된 빛의 스펙트럼은 상기 수조에 채워진 물의 온도로 인하여 기준 스펙트럼과 다른 스펙트럼을 가지게 된다. 여기서, 상기 기준 스펙트럼은 기설정된 기준 온도에서의 빛의 스펙트럼이다.
계속하여, 전광섬유 간섭계(802)로부터 출력된 빛은 광섬유(806)를 통하여 신호 처리부(804)로 진행하며, 신호처리부(804)는 상기 진행된 빛을 분석하여 상기 빛의 스펙트럼을 산출한다.
이어서, 신호처리부(804)는 상기 기준 스펙트럼과 상기 산출된 스펙트럼을 비교하며, 예를 들어 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 기준 스펙트럼과 상기 산출된 스펙트럼의 파장 변화를 비교한다. 이 경우, 상기 산출된 스펙트럼의 중심 파장은 상기 물의 영향으로 인하여 상기 기준 스펙트럼의 중심 파장으로부터 소정 이동되어 관찰되며, 그래서 신호처리부(804)는 상기 중심 파장의 이동 크기를 분석하여 상기 수조의 온도를 검출한다.
다음으로, 인장력 측정 과정을 살펴보자. 다만, 인장력 측정 과정도 온도 측정 과정과 유사하므로, 상세한 설명은 생략하겠다.
대상물에 전광섬유 간섭계(802)를 올려놓은 후 상기 대상물에 인장력을 가하는 경우, 전광섬유 간섭계(802)로부터 출력된 빛의 스펙트럼은 기준 인장력에서의 빛의 스펙트럼과 달라진다. 따라서, 신호처리부(804)는 전광섬유 간섭계(802)로부터 출력된 빛의 스펙트럼 분석을 통하여 상기 스펙트럼의 중심 파장의 변화 크기를 산출하여 상기 대상물에 가해진 인장력을 검출한다.
이와 같이 센서에 사용되는 본 발명의 전광섬유 간섭계(802)가 광자결정 광섬유로 이루어지는 경우 고온에서도 사용가능하므로, 상기 센서는 고온 센서로서 활용될 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전광섬유 간섭계가 광자결정 광섬유로 이루어지므로, 상기 전광섬유 간섭계는 넓은 사용 가능 파장 대역 및 간단한 구조를 가지며, 그의 제조 공정이 용이한 장점이 있다.
또한, 상기 전광섬유 간섭계가 고온에서도 정상적으로 동작하므로, 본 발명에 따른 전광섬유 간섭계를 사용하는 온도 센서가 고온 센서로서 활용될 수 있는 장점이 있다.

Claims (13)

  1. 제 1 서브 코어 및 상기 제 1 서브 코어를 둘러싼 제 1 서브 클래딩을 가지는 제 1 광섬유부;
    제 2 서브 코어 및 상기 제 2 서브 코어를 둘러싼 제 2 서브 클래딩을 가지는 제 2 광섬유부;
    제 3 서브 코어 및 상기 제 3 서브 코어를 둘러싼 제 3 서브 클래딩을 가지는 제 3 광섬유부;
    상기 제 1 광섬유부와 상기 제 2 광섬유부 사이에 배열되며, 상기 제 1 서브 코어를 통하여 진행된 빛을 적어도 2개의 빛들로 분배하여 상기 제 2 광섬유부로 진행시키는 광 분배부; 및
    상기 제 2 광섬유부와 상기 제 3 광섬유부 사이에 배열되며, 상기 제 2 광섬유부를 통하여 진행된 빛들을 결합시키는 광 결합부를 포함하며,
    상기 광 분배부와 상기 광 결합부 중 적어도 하나는 광자결정 광섬유의 미리 결정된 구간의 클래딩에 존재하는 복수개의 홀들 중 일부를 열에 의해 변형시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광자결정 광섬유에 가해지는 열은 아크 방전 또는 CO2 레이저를 이용함에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광 분배부는 상기 광 결합부와 동일한 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 코어들은 단일 모드 광섬유로 이루어지고, 상기 광 분배부 및 상기 광 결합부는 다중 모드 광섬유로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전광섬유 간섭계는 온도 센서 또는 인장력 측정 센서로서 사용되는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  6. 제 1 서브 코어 및 상기 제 1 서브 코어를 둘러싼 제 1 서브 클래딩을 가지는 제 1 광섬유부;
    제 2 서브 코어 및 상기 제 2 서브 코어를 둘러싼 제 2 서브 클래딩을 가지는 제 2 광섬유부; 및
    제 3 서브 코어 및 상기 제 3 서브 코어를 둘러싼 제 3 서브 클래딩을 가지는 제 3 광섬유부를 포함하되,
    상기 제 2 광섬유부는 상기 제 1 광섬유부와 상기 제 3 광섬유부 사이에 배열되며, 상기 제 1 서브 코어를 통하여 진행된 빛이 적어도 2개의 빛들로 분배되도록 상기 제 1 서브 코어와 상기 제 2 서브 코어가 서로 어긋나 단이 형성된 부분인 제 1 단차를 가지는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 서브 코어와 상기 제 3 서브 코어는 서로 어긋나 단이 형성된 부분인 제 2 단차를 가지는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 광섬유부, 상기 제 2 광섬유부 및 상기 제 3 광섬유부 중 적어도 하나는 광자결정 광섬유인 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 전광섬유 간섭계는 온도 센서 또는 인장력 측정 센서로서 사용되는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계.
  10. 코어 및 상기 코어를 둘러싼 클래딩으로 이루어진 광자결정 광섬유의 제1 구간에 열을 가하여 상기 클래딩의 영역 중 상기 제 1 구간에 상응하는 부분을 변형시키는 단계; 및
    상기 광자결정 광섬유의 제2 구간에 열을 가하여 상기 클래딩 영역 중 상기 제 2 구간에 상응하는 부분을 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 클래딩에는 복수의 홀들이 형성되고, 상기 열에 의해 상기 제 1 구간 및 상기 제 2 구간에 상응하는 부분들의 홀들이 변형되는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 변형에 의해 형성된 전광섬유 간섭계 중 상기 제 1 구간에 상응하는 부분은 상기 전광섬유 간섭계로 입사되는 빛을 적어도 2개 이상의 빛으로 분배시키며, 상기 전광섬유 간섭계 중 상기 제 2 구간에 상응하는 부분은 상기 분배된 빛을 결합시키는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 광자결정 광섬유에 가해지는 열은 아크 방전 또는 CO2 레이저를 이용함에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 전광섬유 간섭계 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR20030080691A (ko) * 2002-04-10 2003-10-17 학교법인 성균관대학 광자결정 광소자 및 이의 응용

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