KR101975521B1 - Optical fiber interrogator using wavelength variable optical device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고가의 고분해능 분광기나 고가의 고속 파장 가변형 광원 없이도 별도로 입력되는 펌프광의 광세기 변화를 통해 반사 파장을 가변시킴으로써 기존 파장 가변 광원에서 요구되는 핵심 소자인 파장 가변 기능을 가질 뿐만 아니라, 고분해능을 발휘할 수 있는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device, and more particularly, to an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical fiber, and more particularly, to an optical fiber interrogator using an optical wavelength variable optical fiber, The present invention relates to an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device capable of exhibiting high resolution as well as having a wavelength variable function as a core element required for a wavelength variable light source.
광섬유센서는 광세기, 위상, 파장, 편광 상태 등의 광의 특징에서의 변화를 측정하여 변위, 속도, 온도, 습도, 스트레인, 압력, 전류, 전압 등으로 변환하는 것으로서, 전자기파 간섭 현상으로부터 자유로와 고전압 또는 고전류 환경에서 계측 가능한 센서이다. The optical fiber sensor measures changes in the characteristics of light such as light intensity, phase, wavelength, and polarization state and converts it into displacement, velocity, temperature, humidity, strain, pressure, current, voltage, Or a sensor that can be measured in a high current environment.
광섬유센서는 비접촉 방식으로 고감도, 고정밀 계측 및 원격 측정이 가능하고, 거의 모든 물리량의 측정이 가능하며, 원하는 거리까지 저광손실 전송이 가능 및 광을 외부로 노출하지 않고 광계측 수행할 수 있다.The optical fiber sensor is capable of high sensitivity, high precision measurement and telemetry in a noncontact manner, can measure almost all physical quantities, can transmit low light loss to a desired distance, and can perform optical measurement without exposing light to the outside.
이러한 광섬유센서는 광섬유의 일부분의 코어에 자외선을 노출하여 코어의 굴절률을 변화시키고, 주기적인 굴절률의 변화는 진행하는 빛의 특정 파장에 대한 반사를 유도한다. 이때, 반사되는 파장을 브래그 파장이라고 부르는데, 이 브래그 파장은 코어 영역에서의 유효굴절률과 굴절률이 변화되는 공간적 주기성에 의해서 결정된다. 유효굴절률의 변화나 주기성에 영향을 줄 수 있는 요인(변위, 온도, 압력 등)에 의해서 다른 반사 파장을 가질 수 있으며, 광섬유센서로부터 반사된 광을 측정하거나 또는 투과된 스펙트럼을 관찰함으로써 외부 물리량의 변화를 계측할 수 있다.Such an optical fiber sensor changes the refractive index of the core by exposing ultraviolet rays to a core of a part of the optical fiber, and the change of the periodic refractive index induces reflection of the proceeding light at a specific wavelength. At this time, the reflected wavelength is called Bragg wavelength, and the Bragg wavelength is determined by the spatial periodicity in which the effective refractive index and the refractive index in the core region change. (Reflection, temperature, pressure, etc.) that can affect the effective index of refraction or the periodicity, and can have different reflected wavelengths by measuring the reflected light from the optical fiber sensor or observing the transmitted spectrum, The change can be measured.
광섬유센서와 같이 파장 선택성을 가지는 광소자를 이용한 광센싱 방식은 보편적으로 이용되고 있는 계측법으로서, 광원으로부터 출력된 광을 파장 선택성을 가지는 광소자에서 입사시키고 특정 파장만을 가지는 반사광을 계측하여 물리량을 계측하는 시스템을 인터로게이터(Interrogator)라 한다.The optical sensing method using a wavelength selective optical element such as an optical fiber sensor is a commonly used measurement method in which light output from a light source is incident on an optical element having wavelength selectivity and a reflected light having a specific wavelength is measured to measure a physical quantity The system is called an interrogator.
인터로게이터는 건축물의 건전성 진단이나 다중 포인트 측정을 위한 분산 측정을 위한 기법으로 활용되고 있으며 온도나 스트레인 등의 다양한 물리량을 계측하는데 활용되고 있다. The interrogator is used as a method of dispersion measurement for the diagnosis of soundness of building or multipoint measurement, and it is used to measure various physical quantities such as temperature and strain.
상술한 인터로게이터는 일반적으로 다파장 광원과 분광기를 이용하는 기법과, 파장가변 광원과 수광소자인 포토디텍터를 이용하는 기법으로 구현되고 있다.The above-described interrogator is generally implemented by a technique using a multi-wavelength light source and a spectroscope, and a technique using a photodetector as a variable wavelength light source and a light receiving element.
이중 다파장 광원과 분광기를 이용하는 기법은 broadband source를 이용하여 여러 파장을 동시에 광섬유를 통해서 방출하고 이 광이 FBG 또는 파장 선택성을 가지는 광소자로부터 반사되는 광의 파장을 분광기를 통해서 측정함으로써 특정 위치에서의 물리량의 변화를 계측하는 기법이다.Using a dual-wavelength light source and a spectroscope, a broadband source simultaneously emits multiple wavelengths through an optical fiber, and the wavelength of the light reflected from the FBG or wavelength-selective optical device is measured through a spectroscope, It is a technique to measure change of physical quantity.
그리고, 파장가변 광원과 수광소자인 포토디텍터를 이용하는 기법은 방출광의 파장을 시간별로 구분해서 방출하고, FBG 또는 파장 선택성을 가지는 광소자로부터 반사된 광을 파장 선택성이 없는 수광소자로 측정하는 기법이다.A technique using a photodetector, which is a variable wavelength light source and a light receiving element, is a technique in which the wavelength of the emitted light is separated by time, and the light reflected from the FBG or an optical element having wavelength selectivity is measured by a light receiving element having no wavelength selectivity .
상기와 같은 종래의 다파장 광원과 분광기를 이용하는 기법은 고분해능의 분광기를 사용해야 파장 선택성을 가지는 광소자의 반사광을 구분할 수 있어 고가의 고분해능 분광기가 요구된다. 또한, 고속으로 구동하기 위해서는 추가적인 구동회로가 필요하므로 시스템 가격이 상승하게 되는 문제가 있다.The conventional technique using the multi-wavelength light source and the spectroscope requires a high-resolution spectroscope because it can distinguish the reflected light of an optical device having wavelength selectivity. Further, in order to drive at a high speed, an additional driving circuit is required, which raises a problem that the system price is increased.
또한, 파장가변 광원과 수광소자인 포토디텍터를 이용하는 기법은 고속 계측에는 유지하나 고가의 파장 가변 광원이 필수적이고, 파장 선택성을 가지는 광소자에서 반사되는 스펙트럼보다 좁은 선 폭을 가지는 광을 매 순간 방출해야 하므로 고가의 좁은 선 폭을 가지는 파장 필터 기능을 갖는 소자가 반드시 필요하다. 또한, 파장 가변 광원이 고속으로 구동하기 위해서는 안정성이 문제가 되며 동기화의 정확성이 분석결과에 직접적으로 영향을 주는 문제가 있다.The technique using a photodetector, which is a variable wavelength light source and a light receiving element, maintains a high-speed measurement but requires an expensive variable wavelength light source, and emits light having a line width narrower than the spectrum reflected by an optical element having wavelength selectivity An element having a wavelength filter function having an expensive narrow line width is indispensable. In addition, stability is a problem for the wavelength variable light source to operate at high speed, and the accuracy of the synchronization directly affects the analysis result.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 종래의 다파장 광원과 분광기를 이용하는 기법이나 파장가변 광원과 수광소자인 포토디텍터를 이용하는 기법을 적용하지 않고, 광세기 조절을 통해 파장을 가변할 수 있도록 함으로써 파장 가변광원에서 필요한 핵심 소자인 파장 가변 광원 기능 및 매우 좁은 선 폭을 가지는 광소자를 통해 고분해능을 발휘할 수 있는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a wavelength tunable light source that does not use a technique using a conventional multichromatic light source and a spectroscope or a technique using a variable wavelength light source and a photodetector, A variable wavelength light source function as a core element required for a wavelength variable light source and an optical fiber interrogator using an optical wavelength variable optical element capable of exhibiting high resolution through an optical element having a very narrow line width .
또한, 본 발명은 기존 인터로게이터에서 필요로 하는 고가의 고분해능 분광기나 고가의 고속 파장가변 광원이 없이 저가의 단순화된 시스템으로 구현할 수 있는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, the present invention provides an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical system that can be implemented as a low-cost simple system without expensive high-resolution spectroscope or expensive high-speed wavelength variable light source required in conventional interrogators It has its purpose.
또한, 본 발명은 파장 선택성을 가지는 광소자로써 FBG(Fiber Bragg Grating)의 특성을 그대로 이용하는 기법을 적용하여 손쉽게 제작 가능하고, 다양한 파장으로 제작 가능하며, 인가 전류에 대해서 선형성이 뛰어난 파장 가변 반응성을 가져 신호 처리가 단순한 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, the present invention is an optical element having wavelength selectivity, which can be manufactured easily by applying a technique using FBG (Fiber Bragg Grating) as it is, and can be fabricated with various wavelengths, and has a wavelength variable reactivity And to provide an optical fiber interrogator using an optical device capable of performing optical signal processing with simple optical wavelength tuning.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 광대역 파장범위를 갖는 기준광을 출력하는 광대역 광원부와; 상기 광대역 광원부에서 출력되는 기준광을 전달하는 제1 광전달부와; 상기 제1 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제1 광전달부를 통해 전달되는 기준광을 수신하며, 수신된 기준광을 제2 포트로 출력 및 제2 포트로 입력되는 제1 반사광을 제3 포트로 출력하는 제1 광서큘레이터와; 상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 기준광을 전달하는 제2 광전달부와; 상기 제2 광전달부에 형성되고, 상기 제2 광전달부를 통과하는 기준광에 포함된 복수의 파장 대역의 광들 중에서 특정 파장 대역의 광만을 상기 제1 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키는 제1 광소자와; 상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제3 광전달부와; 상기 제3 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제3 광전달부를 통해 전달되는 제1 반사광을 수신하며, 수신된 제1 반사광을 제2 포트로 출력 및 제2포트로 입력되는 제2 반사광을 제3 포트로 출력하는 제2 광서큘레이터와; 상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제4 광전달부와; 상기 제4 광전달부에 형성되고, 상기 제4 광전달부를 통과하는 제1 반사광에 대응되는 파장 대역의 광을 상기 제2 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키도록 외부에서 입력되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화되는 제2 광소자와; 상기 제2 광소자에서 반사되는 특정 파장 대역을 가변시키도록 펌프광의 세기를 조절하여 출력하는 펌프광출력부와; 상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제2 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제2 반사광을 전달하는 제5 광전달부와; 상기 제5 광전달부를 통해 전달되는 제2 반사광을 수신하는 수광부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device, the optical fiber interrogator comprising: a broadband light source for outputting a reference light having a wide wavelength range; A first optical transmission unit for transmitting the reference light output from the wideband light source unit; A first port connected to the first light transmitting portion, receiving the reference light transmitted through the first light transmitting portion, outputting the received reference light to the second port, and outputting the first reflected light, which is input to the second port, A first optical circulator for outputting a signal to a port; A second optical transmission unit for transmitting the reference light output from the second port of the first optical circulator; A first optical element formed in the second optical transmission portion and selectively reflecting only light of a specific wavelength band from the plurality of wavelength bands included in the reference light passing through the second optical transmission portion toward the first optical circulator; Wow; A third optical transmission unit that receives a first reflected light input to a second port of the first optical circulator and output to a third port of the first optical circulator; A first port connected to the third optical transmission portion and configured to receive the first reflected light transmitted through the third optical transmission portion, to output the received first reflected light to the second port, A second optical circulator for outputting the reflected light to the third port; A fourth optical transmission unit transmitting a first reflected light output from a second port of the second optical circulator; And an output intensity of the pump light, which is formed in the fourth light transmitting portion and that is externally input to selectively reflect the light of the wavelength band corresponding to the first reflected light passing through the fourth light transmitting portion toward the second optical circulator, A second optical element whose refractive index is changed according to the refractive index; A pump light output unit for adjusting the intensity of the pump light so as to vary a specific wavelength band reflected by the second optical device and outputting the adjusted intensity; A fifth optical transmission unit that receives a second reflected light input to a second port of the second optical circulator and output to a third port of the second optical circulator; And a light receiving unit receiving the second reflected light transmitted through the fifth light transmitting unit.
상기 제1 광소자는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The first optical device includes a fiber Bragg grating.
상기 수광부에 수광되는 파장 대역을 판정하는 판정부;를 더 구비하고, 상기 펌프광출력부는 인가되는 전류 값에 따라 펌프광의 세기를 조절하며, 상기 판정부는 상기 수광부에 제2 반사광이 수신된 시점의 상기 펌프광출력부에 인가되는 전류값을 이용하여 제2 반사광의 파장 대역을 판정하는 것을 특징으로 한다.And a determination unit that determines a wavelength band to be received by the light receiving unit, wherein the pump light output unit adjusts the intensity of the pump light according to a value of an applied current, and the determination unit determines whether the second reflected light is received And the wavelength band of the second reflected light is determined by using the current value applied to the pump light output section.
상기 제3 광전달부에는 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트에서 출력되는 제1 반사광을 증폭시키는 광증폭기가 더 구비된 것을 특징으로 한다.The third optical transmission unit may further include an optical amplifier for amplifying the first reflected light output from the third port of the first optical circulator.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 광대역 파장범위를 갖는 기준광을 출력하는 광대역 광원부와; 상기 광대역 광원부에서 출력되는 기준광을 전달하는 제1 광전달부와; 상기 제1 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제1 광전달부를 통해 전달되는 기준광을 수신하며, 수신된 기준광을 제2 포트로 출력 및 제2 포트로 입력되는 제1 반사광을 제3 포트로 출력하는 제1 광서큘레이터와; 상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 기준광을 전달하는 제2 광전달부와; 상기 제2 광전달부에 형성되고, 상기 제2 광전달부를 통과하는 기준광에 포함된 복수의 파장 대역의 광들 중 특정 파장 대역의 광만을 상기 제1 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키도록 외부에서 입력되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화되는 제1 광소자와; 상기 제1 광소자에서 반사되는 특정 파장 대역을 가변시키도록 상기 제1 광소자 측으로 펌프광의 세기를 조절하여 출력하는 펌프광출력부와; 상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제3 광전달부와; 상기 제3 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제3 광전달부를 통해 전달되는 제1 반사광을 수신하며, 수신된 제1 반사광을 제2 포트로 출력 및 제2포트로 입력되는 제2 반사광을 제3 포트로 출력하는 제2 광서큘레이터와; 상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제4 광전달부와; 상기 제4 광전달부에 형성되고, 상기 제4 광전달부를 통과하는 제1 반사광에 대응되는 파장 대역의 광을 상기 제2 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키는 제2 광소자와; 상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제2 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제2 반사광을 전달하는 제5 광전달부와; 상기 제5 광전달부를 통해 전달되는 제2 반사광을 수신하는 수광부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device, including: a broadband light source for outputting a reference light having a wide wavelength range; A first optical transmission unit for transmitting the reference light output from the wideband light source unit; A first port connected to the first light transmitting portion, receiving the reference light transmitted through the first light transmitting portion, outputting the received reference light to the second port, and outputting the first reflected light, which is input to the second port, A first optical circulator for outputting a signal to a port; A second optical transmission unit for transmitting the reference light output from the second port of the first optical circulator; And a second optical transmission unit for receiving light of a predetermined wavelength band from the plurality of wavelength bands included in the reference light passing through the second optical transmission unit to selectively reflect the light of a specific wavelength band toward the first optical circulator, A first optical element whose refractive index is changed according to an output intensity of the pump light; A pump light output unit for adjusting the intensity of the pump light toward the first optical device so as to vary a specific wavelength band reflected from the first optical device; A third optical transmission unit that receives a first reflected light input to a second port of the first optical circulator and output to a third port of the first optical circulator; A first port connected to the third optical transmission portion and configured to receive the first reflected light transmitted through the third optical transmission portion, to output the received first reflected light to the second port, A second optical circulator for outputting the reflected light to the third port; A fourth optical transmission unit transmitting a first reflected light output from a second port of the second optical circulator; A second optical element formed in the fourth optical transmission unit and selectively reflecting the light of a wavelength band corresponding to the first reflected light passing through the fourth optical transmission unit to the second optical circulator; A fifth optical transmission unit that receives a second reflected light input to a second port of the second optical circulator and output to a third port of the second optical circulator; And a light receiving unit receiving the second reflected light transmitted through the fifth light transmitting unit.
상기 제2 광소자는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The second optical device includes a fiber Bragg grating.
상기 수광부에 수광되는 파장 대역을 판정하는 판정부;를 더 구비하고, 상기 펌프광출력부는 인가되는 전류 값에 따라 펌프광의 세기를 조절하며, 상기 판정부는 상기 수광부에 제2 반사광이 수신된 시점의 상기 펌프광출력부에 인가되는 전류값을 이용하여 제2 반사광의 파장 대역을 판정하는 것을 특징으로 한다.And a determination unit that determines a wavelength band to be received by the light receiving unit, wherein the pump light output unit adjusts the intensity of the pump light according to a value of an applied current, and the determination unit determines whether the second reflected light is received And the wavelength band of the second reflected light is determined by using the current value applied to the pump light output section.
상기 제3 광전달부에는 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트에서 출력되는 제1 반사광을 증폭시키는 광증폭기가 더 구비된 것을 특징으로 한다.The third optical transmission unit may further include an optical amplifier for amplifying the first reflected light output from the third port of the first optical circulator.
본 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 광세기로 파장 가변 특성을 조절할 수 있기 때문에 파장 가변광원에서 필요한 핵심 소자인 파장 가변 광원의 역할을 할 수 있으며 매우 좁은 선폭을 가지는 광소자이므로 고분해능의 특징을 그대로 유지할 수 있다.The optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to the present invention can function as a wavelength variable light source, which is a core device required for a wavelength variable light source, because it can control wavelength tunable characteristics with light intensity, Because it is a device, high-resolution characteristics can be maintained.
또한, 본 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 기존 인터로게이터에서 필요로 하는 고가의 고분해능 분광기나 고가의 고속 파장가변 광원이 없이도 기존의 interrogator의 역할을 수행할 수 있고, 파장 가변 광원이나 분광기를 사용하지 않기 때문에 저가의 interrogator를 단순화된 시스템으로 구현이 가능하다. In addition, the optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to the present invention can perform the role of a conventional interrogator without the expensive high-resolution spectroscope or the expensive high-speed wavelength variable light source required in the existing interrogator, Since a tunable light source or a spectroscope is not used, a low cost interrogator can be realized as a simplified system.
또한, 본 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 기존 파장 선택성을 가지는 광소자로써 FBG의 특성을 그대로 이용하는 기법이므로 손쉽게 제작 가능하고, 다양한 파장으로 제작 가능하며, 인가 전류에 대해서 선형성이 뛰어난 파장 가변 반응성을 보이므로 센서의 신호 처리가 단순할 뿐만 아니라, 광섬유 소자이므로 광섬유 시스템을 대치하거나 implementation이 용이한 장점을 가진다.In addition, the optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to the present invention is an optical device having the existing wavelength selectivity and can be manufactured easily because it uses the characteristics of the FBG as it is, and can be manufactured with various wavelengths. Because of its excellent linearity and variable wavelength reactivity, it is not only simple to process the signal of the sensor, but also has the advantage of replacing the optical fiber system or facilitating implementation because it is an optical fiber device.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터를 도식화하여 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터를 도식화하여 나타낸 도면.
도 3a 내지 도 3e는 제1 온도조건에서 본 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터의 반사 파장 판정 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4a 내지 도 4e는 제2 온도조건에서 본 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터의 반사 파장 판정 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터를 적용하여 측정된 온도반응곡선을 나타낸 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to a first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to a second embodiment of the present invention. FIG.
FIGS. 3A to 3E are diagrams for explaining a reflected wavelength determination process of an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to the present invention at a first temperature condition; FIG.
FIGS. 4A to 4E are diagrams for explaining a reflected wavelength determination process of an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to the present invention at a second temperature condition. FIG.
5 is a graph showing a temperature response curve measured by applying an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 광대역 광원부(10)와, 제1 광전달부(20)와, 제1 광서큘레이터(30)와, 제2 광전달부(40)와, 제1 광소자(50)와, 제3 광전달부(60)와, 제2 광서큘레이터(70)와, 제4 광전달부(80)와, 제2 광소자(90)와, 펌프광출력부(100)와, 제5 광전달부(110)와, 수광부(120)와, 판정부를 구비한다.FIG. 1 shows an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to a first embodiment of the present invention. 1, an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to a first embodiment of the present invention includes a broadband
광대역 광원부(10)는 광대역 파장범위를 갖는 기준광을 출력하는 것으로서, 서로 다른 여러 파장 대역을 포함하는 넓은 파장 대역을 가지며, 레이저 빔 형태로 기준광을 제1 광전달부(20)에 출력한다.The
제1 광전달부(20)는 광섬유로서 광대역 광원부(10)에서 출력되는 기준광을 제1 광서큘레이터(30)로 전달하도록 일 단이 광대역 광원부(10)에 연결되고 타 단이 제1 광서큘레이터(30)의 제1 포트(31)에 연결된다.The first
제1 광서큘레이터(30)는 제1 포트(31) 내지 제3 포트(33)를 포함하고, 일 측의 포트로 입력되는 광신호를 인접하는 타 측의 포트로 출력한다. 제1 광서큘레이터(30)는 제1 광전달부(20)의 단부에 제1 포트(31)가 연결되어 제1 광전달부(20)를 통해 전달되는 기준광을 수신한다. 그리고, 수신된 기준광을 제2 포트(32)로 출력하며, 후술하는 제1 광소자(50)에 의해 반사되어 제2 포트(32)로 입력되는 제1 반사광을 제3 포트(33)로 출력한다.The first
제2 광전달부(40)는 제1 광서큘레이터(30)의 제2 포트(32)에서 출력되는 기준광을 전달하도록 일 단이 제2 포트(32)에 연결되고 타 단은 일정 길이 연장된다.One end of the second
제1 광소자(50)는 제2 광전달부(40)에 형성된 것으로서, 제2 광전달부(40)를 통과하는 기준광에 포함된 복수의 파장 대역의 광들 중에서 특정 파장 대역(λB)의 광만을 제1 광서큘레이터(30) 측으로 선택적으로 반사시킨다. 이하, 제1 광소자(50)에서 반사되는 광을 제1 반사광이라 한다.The first
본 실시 예에서 제1 광소자(50)는 제1 광전달부(20)의 광섬유 코어의 일정 영역에 자외선을 노출하여 코어의 굴절률을 변화시켜 코어를 따라 진행하는 여러 파장 대역의 광들 중에서 특정 파장 대역의 광만을 반사시키는 광섬유브래그격자(FBG; Fiber Bragg Grating)를 적용하였으나, 이와 다른 형태의 광소자를 적용할 수 있음은 물론이다. In this embodiment, the first
제3 광전달부(60)는 제1 광서큘레이터(30)의 제2 포트(32)로 입력되어 제1 광서큘레이터(30)의 제3 포트(33)로 출력되는 제1 반사광을 전달하도록 일 단이 제1 광서큘레이터(30)의 제3 포트(33)에 연결되고, 타 단은 제2 광서큘레이터(70)의 제1 포트(71)에 연결된다.The third
도면에 도시되어 있지 않지만, 제3 광전달부(60)에는 제1 광서큘레이터(30)의 제3 포트(33)에서 출력되는 제1 반사광을 증폭시키는 광증폭기(61)가 더 구비될 수 있다.Although not shown in the drawing, the third
제2 광서큘레이터(70)는 제3 광전달부(60)에 제1 포트(71)가 연결되어 제3 광전달부(60)를 통해 전달되는 제1 반사광을 수신한다. 그리고, 수신된 제1 반사광을 제2 포트(72)로 출력하고, 후술하는 제2 광소자(90)에 의해 반사되어 제2 포트(72)로 입력되는 제2 반사광을 제3 포트(73)로 출력한다.The second
제4 광전달부(80)는 제2 광서큘레이터(70)의 제2 포트(72)에서 출력되는 제1 반사광을 제2 광소자(90)에 전달하도록 일 단이 제2 광서큘레이터(70)의 제2 포트(72)에 연결되고, 타 단은 소정길이 연장된다.The fourth
제2 광소자(90)는 제4 광전달부(80)에 형성된 것으로서, 제4 광전달부(80)를 통과하는 제1 반사광에 대응되는 파장 대역의 광을 제2 광서큘레이터(70) 측으로 선택적으로 반사시키도록 외부에서 입력되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화된다. The second
이하, 제2 광소자(90)에서 반사되는 광을 제2 반사광이라 한다. Hereinafter, the light reflected by the second
제2 광소자(90)는 외부에서 펌프광이 입력되지 않으면 제작시 자체 설정된 파장 대역의 광을 반사시키도록 설정된 굴절률을 갖지만, 펌프광이 입력 또는 펌프광의 출력 세기가 변화되면 굴절률이 변화되는 특성을 가진다. 즉, 제2 광소자(90)는 펌프광이 없을 때에는 특정 파장 대역의 광만을 반사시킬 수 있으나, 입력되는 펌프광의 출력 세기를 조절하면 여러 파장 대역의 광을 선택적으로 반사 또는 원하는 파장 대역의 광만을 선택적으로 반사시킬 수 있다.The second
펌프광출력부(100)는 제2 광서큘레이터(70)와 제2 광소자(90) 사이의 제4 광전달부(80) 일 지점에 WDM Coupler(81)를 통해 결합되어 제2 광소자(90)부로 펌프광을 출력한다. 펌프광출력부(100)는 제2 광소자(90)에서 반사되는 특정 파장 대역을 가변시키도록 펌프광의 세기를 조절하여 출력하며, 펌프광출력부(100)에서 출력되는 펌프광의 출력 세기는 펌프광출력부(100)에 인가되는 전류의 조절을 통해 조절할 수 있다. 바람직하게 펌프광출력부(100)는 인가되는 전류를 점진적으로 증가 또는 감소시켜 펌프광의 출력 세기가 점진적으로 증가 또는 감소되게 하는 것이 바람직하다.The pump
제5 광전달부(110)는 제2 광서큘레이터(70)의 제2 포트(72)로 입력되어 제2 광서큘레이터(70)의 제3 포트(73)로 출력되는 제2 반사광을 수광부(120)에 전달하도록 일 단이 제2 광서큘레이터(70)의 제3포트에 연결되고, 타 단은 수광부(120)에 연결된다.The fifth
수광부(120)는 제5 광전달부(110)를 통해 전달되는 제2 반사광을 수신한다.The
판정부는 수광부(120)에 수광되는 파장 대역을 판정하는 것으로서, 수광부(120)에 제2 반사광이 수신된 시점의 펌프광출력부(100)에 인가되는 전류값을 이용하여 제2 반사광의 파장 대역을 판정한다. 이를 위해 판정부는 펌프광출력부(100)에 인가되는 전류값과, 각 전류값에 대응되는 파장 정보가 각각 매칭된 룩업테이블(LUT; Lookup Table)을 통해 수광부(120)에 수신되는 광의 파장을 판정할 수 있다.The determination unit determines the wavelength band to be received by the
수광부(120)에서는 제1 광소자(50)에서 반사된 제1 반사광의 파장과 제2 광소자(90)에서 반사되는 제2 반사광의 파장이 일치하지 않을 경우(펌프광출력부(100)에 인가되는 전류값이 제2 반사광의 파장에 대응되는 전류값과 일치하지 않을 경우) 제2 반사광이 수신되지 않고, 제1 광소자(50)에서 반사된 제1 반사광의 파장과 제2 광소자(90)에서 반사되는 제2 반사광의 파장이 일치하는 경우(펌프광출력부(100)에 인가되는 전류값이 제2 반사광의 파장에 대응되는 전류값과 일치하는 경우) 제2 반사광이 수신되는데, 이때 판정부는 제2 반사광이 수신될 때의 펌프광출력부(100)에 인가되는 전류값을 룩업테이블에 대조하여 해당 전류값에 대응되는 파장 정보를 추출하여 해당 제2 반사광의 파장을 판정한다.When the wavelength of the first reflected light reflected by the first
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터의 파장 판정 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of determining the wavelength of the optical fiber interrogator using the optical wavelength tunable optical device according to the first embodiment of the present invention will be described.
먼저, 광대역 광원부(10)에서 출력된 기준광은 제1 광소자(50)에서 특정 파장(λB)을 가지는 광만 반사되어 제2 광소자(90)로 입사되고, 제2 광소자(90)는 펌프광출력부(100)에 인가되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화되면서 반사 파장이 가변된다. The reference light output from the wideband
수광부(120)에서는 펌프광출력부(100)에 인가되는 전류값에 따라 가변되는 제2 광소자(90)의 반사 파장이 제1 광소자(50)에서 반사된 광의 파장(λB)과 같은 순간에만 광신호가 수신되며, 수광부(120)에 반사광 신호가 측정되는 순간의 펌프광출력부(100)에 인가된 전류값을 통해 제2 반사광의 파장을 판정할 수 있다.In the
또한, 주위 환경의 영향(온도변화, 인장력, 압축력, 변형력 등)을 받아 제1 광소자(50)의 반사 파장이 바뀌면 이와 대응하여 펌프광출력부(100)에 인가되는 다른 전류값을 조절하면서 제2 광소자(90)의 반사 파장을 가변시켜 제1 광소자(50)에서 반사되는 광이 수광부(120)에 광신호가 수광되게 하며, 이 경우 또한 상술한 바와 같이 수광부(120)에 광신호가 수신될 때 펌프광출력부(100)에 인가되는 전류값을 파악함으로써 제1 광소자(50)의 반사 파장 또는 수광부(120)에 수신된 광신호의 파장을 결정 및 판정할 수 있다.When the reflection wavelength of the first
한편, 수광된 광의 세기가 특정 노이즈 값을 넘어서는 경우 반사된 광이 측정된 것으로 고려하여, 이때의 펌프광출력부(100)에 인가된 전류값 또는 이때의 광세기와 비교함으로써 반사된 특정 파장을 결정할 수 있다.On the other hand, when the intensity of the received light exceeds a specific noise value, it is considered that the reflected light is measured, and the specific wavelength reflected by comparing the current value or the current value applied to the pump
이와 같은 본원 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 제1 광소자(50)와 제2 광소자(90)가 동일한 제작과정으로 제작할 수 있어 센서의 제작과 동시에 분광기의 가변 필터의 구현이 가능한 장점을 가진다.The optical fiber interrogator using the optical wavelength tunable optical device according to the present invention can fabricate the first
또한, 본원 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 종래의 다파장 광원과 분광기를 이용하는 기법이나 파장가변 광원과 수광소자인 포토디텍터를 이용하는 기법을 적용하지 않고, 광세기 조절을 통해 반사 파장을 가변할 수 있도록 함으로써 파장 가변광원에서 필요한 핵심 소자인 파장 가변 광원 기능 및 매우 좁은 선 폭을 가지는 광소자를 통해 고분해능을 발휘할 수 있는 장점이 있다.In addition, the optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to the present invention does not use a technique using a conventional multi-wavelength light source and a spectroscope, or a technique using a photodetector as a variable wavelength light source and a light receiving device, It is possible to exhibit high resolution through a wavelength tunable light source function as a core element necessary for a wavelength variable light source and an optical element having a very narrow line width.
또한, 본 발명은 기존 인터로게이터에서 필요로 하는 고가의 고분해능 분광기나 고가의 고속 파장가변 광원이 없이 저가의 단순화된 시스템으로 구현할 수 있는 장점이 있다.Further, the present invention is advantageous in that it can be implemented as a low-cost, simplified system without expensive high-resolution spectroscope or expensive high-speed wavelength variable light source required in existing interrogators.
한편, 도 2에는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터가 도시되어 있다.FIG. 2 illustrates an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to another embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 광대역 광원부(10)와, 제1 광전달부(20)와, 제1 광서큘레이터(30)와, 제2 광전달부(40)와, 제1 광소자(50)와, 펌프광출력부(60)와, 제3 광전달부(70)와, 제2 광서큘레이터(80)와, 제4 광전달부(90)와, 제2 광소자(100)와, 제5 광전달부(110)와, 수광부(120)와, 판정부를 구비한다.Referring to FIG. 2, an optical fiber interrogator using an optical wavelength tunable optical device according to a second embodiment of the present invention includes a broadband
광대역 광원부(10)는 광대역 파장범위를 갖는 기준광을 출력하는 것으로서, 서로 다른 여러 파장 대역을 포함하는 넓은 파장 대역을 가지며, 레이저 빔 형태로 기준광을 제1 광전달부(20)에 출력한다.The
제1 광전달부(20)는 광섬유로서 광대역 광원부(10)에서 출력되는 기준광을 제1 광서큘레이터(30)로 전달하도록 일 단이 광대역 광원부(10)에 연결되고 타 단이 제1 광서큘레이터(30)의 제1 포트(31)에 연결된다.The first
제1 광서큘레이터(30)는 제1 포트(31) 내지 제3 포트(33)를 포함하고, 일 측의 포트로 입력되는 광신호를 인접하는 타 측의 포트로 출력한다. 제1 광서큘레이터(30)는 제1 광전달부(20)의 단부에 제1 포트(31)가 연결되어 제1 광전달부(20)를 통해 전달되는 기준광을 수신한다. 그리고, 수신된 기준광을 제2 포트(32)로 출력하며, 후술하는 제1 광소자(50)에 의해 반사되어 제2 포트(32)로 입력되는 제1 반사광을 제3 포트(33)로 출력한다.The first
제2 광전달부(40)는 제1 광서큘레이터(30)의 제2 포트(32)에서 출력되는 기준광을 전달하도록 일 단이 제2 포트(32)에 연결되고 타 단은 일정 길이 연장된다.One end of the second
제1 광소자(50)는 제2 광전달부(40)에 형성된 것으로서, 제2 광전달부(40)를 통과하는 기준광에 포함된 복수의 파장 대역의 광들 중 특정 파장 대역의 광만을 제1 광서큘레이터(30) 측으로 선택적으로 반사시키도록 외부에서 입력되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화된다.The first
제1 광소자(50)는 외부에서 펌프광(굴절률 변화를 일으키기 위한 광)이 입력되지 않으면 제작시 자체 설정된 파장 대역의 광을 반사시키도록 설정된 굴절률을 갖지만, 펌프광이 입력 또는 펌프광의 출력 세기가 변화되면 굴절률이 변화되는 특성을 가진다. 즉, 제1 광소자(50)는 펌프광이 없을 때에는 특정 파장 대역의 광만을 반사시킬 수 있으나, 입력되는 펌프광의 출력 세기를 조절하면 여러 파장 대역의 광을 선택적으로 반사 또는 원하는 파장 대역의 광만을 선택적으로 반사시킬 수 있다.The first
펌프광출력부(60)는 제1 광서큘레이터(30)와 제1 광소자(50) 사이의 제2 광전달부(40) 일 지점에 WDM Coupler(61)를 통해 결합되어 제1 광소자(50)로 펌프광을 출력한다. 펌프광출력부(60)는 제1 광소자(50)에서 반사되는 특정 파장 대역을 가변시키도록 펌프광의 세기를 조절하여 출력하며, 펌프광출력부(60)에서 출력되는 펌프광의 출력 세기는 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류의 조절을 통해 조절할 수 있다. 바람직하게 펌프광출력부(60)는 인가되는 전류를 점진적으로 증가 또는 감소시켜 펌프광의 출력 세기가 점진적으로 증가 또는 감소되게 하는 것이 바람직하다.The pump
제1 광소자(50)에 펌프광을 출력하는 펌프광출력부(60)는 제1 광서큘레이터(30)와 제1 광소자(50) 사이의 제2 광전달부(40) 일 지점에 WDM Coupler(61)를 통해 결합되어 제1 광소자(50)로 펌프광을 출력한다.The pump
제3 광전달부(70)는 제1 광서큘레이터(30)의 제2 포트(32)로 입력되어 제1 광서큘레이터(30)의 제3 포트(33)로 출력되는 제1 반사광을 후술하는 제2 서큘레이터(80)로 전달하도록 일 단이 제1 광서큘레이터(30)의 제3 포트(33)에 연결되고, 타 단은 제2 광서큘레이터(80)의 제1 포트(81)에 연결된다.The third
제1 광서큘레이터(30)의 제2 포트(32)로 입력되어 제1 광서큘레이터(30)의 제3 포트(33)로 출력되는 제1 반사광을 제2 광서큘레이터(80)의 제1 포트(81)로 전달하는 제3 광전달부(70)에는 제1 광서큘레이터(30)의 제3 포트(33)에서 출력되는 제1 반사광을 증폭시키는 광증폭기(71)가 더 구비될 수 있다.The first reflected light that is input to the
제2 광서큘레이터(80)는 제3 광전달부(70)에 제1 포트(81)가 연결되어 제3 광전달부(80)를 통해 전달되는 제1 반사광을 수신한다. 그리고, 수신된 제1 반사광을 제2 포트(82)로 출력하고, 후술하는 제2 광소자(100)에 의해 반사되어 제2 포트(82)로 입력되는 제2 반사광을 제3 포트(83)로 출력한다.The second
제4 광전달부(90)는 제2 광서큘레이터(80)의 제2 포트(82)에서 출력되는 제1 반사광을 후술하는 제2 광소자(100)에 전달하도록 일 단이 제2 광서큘레이터(80)의 제2 포트(82)에 연결되고, 타 단은 소정길이 연장된다.The fourth
제2 광소자(100)는 제4 광전달부(90)에 형성된 것으로서, 제4 광전달부(90)를 통과하는 제1 반사광에 대응되는 파장 대역의 광을 제2 광서큘레이터(80) 측으로 선택적으로 반사시킨다. 본 실시 예에서 제2 광소자(100)는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Grating)를 적용하였으나, 이와 다르게 다양한 형태의 광소자를 적용할 수 있음은 물론이다.The second
제5 광전달부(110)는 제2 광서큘레이터(70)의 제2 포트(72)로 입력되어 제2 광서큘레이터(70)의 제3 포트(73)로 출력되는 제2 반사광을 수광부(120)에 전달하도록 일 단이 제2 광서큘레이터(70)의 제3포트에 연결되고, 타 단은 수광부(120)에 연결된다.The fifth
수광부(120)는 제5 광전달부(110)를 통해 전달되는 제2 반사광을 수신한다.The
판정부는 수광부(120)에 수광되는 파장 대역을 판정하는 것으로서, 수광부(120)에 제2 반사광이 수신된 시점의 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값을 이용하여 제2 반사광의 파장 대역을 판정한다. 이를 위해 판정부는 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값과, 각 전류값에 대응되는 파장 정보가 각각 매칭된 룩업테이블(LUT; Lookup Table)을 통해 수광부(120)에 수신되는 광의 파장을 판정한다.The determination unit determines the wavelength band to be received by the
이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터의 파장 판정 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of determining the wavelength of the optical fiber interrogator using the optical wavelength tunable optical device according to the first embodiment of the present invention will be described.
먼저, 광대역 광원부(10)에서 방출된 기준광은 제1 광소자(50)에서 특정 파장을 가지는 광만 반사되어 제2 광소자(100)로 제1 반사광이 전달된다. 이때 제1 광소자(50)는 인가되는 펌프광의 출력 세기에 따라 반사 파장이 가변된다. 이때, 펌프광의 출력 세기는 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값에 의해서 조절되며, 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값에 의해 제1 광소자(50)의 반사 파장이 결정된다. 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값을 주기적으로 변화시키면 제1 광소자(50)의 반사 파장이 주기적으로 가변된다. 이는 제1 광소자(50) 및 펌프광출력부(60)가 기존의 파장 가변 광원의 기능을 손쉽게 대체하므로 저비용으로 인터로게이터를 구현할 수 있는 장점을 가진다.First, the reference light emitted from the broadband
한편, 제1 광소자(50)에서 반사된 특정 파장의 제1 반사광은 제2 광소자(100)에서 제2 광소자(100)가 갖는 고유의 반사 파장과 일치하는 경우에만 제2 광소자(100)에서 반사되며, 제2 광소자(100)에서 반사된 제2 반사광은 최종적으로 수광부(120)에 수광된다.On the other hand, only when the first reflected light of a specific wavelength reflected by the first
수광부(120)는 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값에 따라 가변되는 제1 광소자(50)에서 반사된 제1 반사광이 제2 광소자(100)에서 반사된 제2 반사광의 파장과 같은 순간에만 제2 반사광을 수신하며, 판정부는 수광부(120)에 제2 반사광이 측정되는 순간의 펌프광출력부(60)에 인가된 전류값을 통해 제2 반사광의 파장을 판정할 수 있다.The
한편, 도 3a 내지 도 3e에는 본 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터를 적용하여 제1 광소자(50) 또는 제2 광소자(100)에 가해지는 환경적인 요인(온도)이 가변되는 상황에서의 파장 계측 과정이 나타나 있다. 제1 광소자(50)는 도시된 바와 같이 제1 온도(T1)에서 제1 특정파장(λB1)의 광을 반사하는 것을 적용하였다. 3A to 3E illustrate an environmental factor (temperature) applied to the first
먼저, 제1 광소자(50)가 제1 온도(T1) 상태로 유지되는 상태일 때, 제1 광소자(50)의 반사파장 즉, 제1 특정파장(λB1)을 측정하기 위해 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류를 초기 전류값(I0), 제1 전류값(I1), 제2 전류값(I2)으로 순차적 또는 점진적으로 증가시켜 수광부(120)에 광신호의 수신 여부를 모니터링한다. 그리고, 판정부는 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값이 제1 전류값(I1)일 때, 수광부(120)에 광신호가 수신되므로 룩업테이블에서 제1 전류값(I1)에 대응하는 파장 정보를 추출하여 제1 온도(T1) 상태일 때 제1 광소자(50)의 반사 파장인 제1 특정파장(λB1)을 판정한다. 도 3b 내지 도 3d에서 반사광의 세기가 적색으로 표시된 부분은 각각 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값이 각각 초기 전류값(I0), 제2 전류값(I2)일 때 수광부에 수광된 광신호를 의미한다.First, the first
한편, 도 4a 내지 도 4e에 도시된 바와 같이 제1 광소자(50)에 가해지는 온도가 제1 온도(T1)에서 제2 온도(T2)로 가변되면, 제1 광소자(50)에서 반사되는 반사 파장 또한 도시된 바와 같이 제1 특정파장(λB1)에서(도 4a의 점선 표시) 제2 특정파장(λB2)으로 가변(도 4a의 청색 표시)된다. 4A to 4E, when the temperature applied to the first
제2 특정파장(λB2)을 검출하기 위해 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류를 초기 전류값(I0), 제1 전류값(I1), 제2 전류값(I2)으로 순차적 또는 점진적으로 증가시켜 수광부(120)에 광신호의 수신 여부를 모니터링한다. 그리고, 판정부는 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값이 제2 전류값(I2)일 때, 수광부(120)에 광신호가 수신되는 것으로 나타나므로 룩업테이블에서 제2 전류값(I2)에 대응하는 파장 정보를 추출하여 제2 온도(T2) 상태일 때 제1 광소자(50)의 반사파장인 제2 특정파장(λB2)을 판정한다.The current to be applied to the pump
한편, 도 5에는 상술한 바와 같이 복수의 온도 조건에서 제1 광소자(50)에서 반사되는 반사 파장에 대한 온도반응곡선이 나타나 있다.On the other hand, FIG. 5 shows the temperature response curve for the reflected wavelength reflected by the first
도시된 온도 반응곡선은 펌프광출력부(60)에 인가되는 전류값에 대해 선형성을 가지며, 이러한 온도반응곡선을 통해서는 온도조건을 알고 파장 대역을 판정하는 과정을 역으로 분석하여 제1 광소자(50)에 가해지는 온도가 가변될 때, 수광부(120)에 수신된 파장을 판정 및 판정된 파장 정보를 토대로 제1 광소자(50)에 가해지는 온도정보를 역으로 유추 및 판정할 수 있다.The illustrated temperature response curve has a linearity with respect to the current value applied to the pump
이상에서 설명한 본 발명에 따른 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터는 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It will be appreciated that other equivalent embodiments are possible.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the technical idea of the appended claims.
10 : 광원부
20 : 제1 광전달부
30 : 제1 광서큘레이터
31 : 제1 포트
32 : 제2 포트
33 : 제3 포트
40 : 제2 광전달부
50 : 제1 광소자
60 : 제3 광전달부
70 : 제2 광서큘레이터
71 : 제1 포트
72 : 제2 포트
73 : 제3 포트
80 : 제4 광전달부
90 : 제2 광소자
100 : 펌프광출력부
110 : 제5 광전달부
120 : 수광부10:
20: first light transmitting portion
30: first broadcaster
31: First port
32: second port
33: Third port
40: second light transmitting portion
50: first optical element
60: Third light transmitting portion
70: Second broadcaster
71: First port
72: second port
73: Third port
80: Fourth light-
90: second optical element
100: Pump light output section
110: fifth optical transmission portion
120:
Claims (8)
상기 광대역 광원부에서 출력되는 기준광을 전달하는 제1 광전달부와;
상기 제1 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제1 광전달부를 통해 전달되는 기준광을 수신하며, 수신된 기준광을 제2 포트로 출력 및 제2 포트로 입력되는 제1 반사광을 제3 포트로 출력하는 제1 광서큘레이터와;
상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 기준광을 전달하는 제2 광전달부와;
상기 제2 광전달부에 형성되고, 상기 제2 광전달부를 통과하는 기준광에 포함된 복수의 파장 대역의 광들 중에서 특정 파장 대역의 광만을 상기 제1 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키는 제1 광소자와;
상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제3 광전달부와;
상기 제3 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제3 광전달부를 통해 전달되는 제1 반사광을 수신하며, 수신된 제1 반사광을 제2 포트로 출력 및 제2포트로 입력되는 제2 반사광을 제3 포트로 출력하는 제2 광서큘레이터와;
상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제4 광전달부와;
상기 제4 광전달부에 형성되고, 상기 제4 광전달부를 통과하는 제1 반사광에 대응되는 파장 대역의 광을 상기 제2 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키도록 외부에서 입력되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화되는 제2 광소자와;
상기 제2 광소자에서 반사되는 특정 파장 대역을 가변시키도록 펌프광의 세기를 조절하여 출력하는 펌프광출력부와;
상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제2 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제2 반사광을 전달하는 제5 광전달부와;
상기 제5 광전달부를 통해 전달되는 제2 반사광을 수신하는 수광부;를 구비하고,
상기 수광부에 수광되는 파장 대역을 판정하는 판정부;를 더 구비하고,
상기 펌프광출력부는 인가되는 전류 값에 따라 펌프광의 세기를 조절하며,
상기 판정부는 상기 수광부에 제2 반사광이 수신된 시점의 상기 펌프광출력부에 인가되는 전류값을 이용하여 제2 반사광의 파장 대역을 판정하는 것을 특징으로 하는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터.
A broadband light source for outputting a reference light having a wide wavelength range;
A first optical transmission unit for transmitting the reference light output from the wideband light source unit;
A first port connected to the first light transmitting portion, receiving the reference light transmitted through the first light transmitting portion, outputting the received reference light to the second port, and outputting the first reflected light, which is input to the second port, A first optical circulator for outputting a signal to a port;
A second optical transmission unit for transmitting the reference light output from the second port of the first optical circulator;
A first optical element formed in the second optical transmission portion and selectively reflecting only light of a specific wavelength band from the plurality of wavelength bands included in the reference light passing through the second optical transmission portion toward the first optical circulator; Wow;
A third optical transmission unit that receives a first reflected light input to a second port of the first optical circulator and output to a third port of the first optical circulator;
A first port connected to the third optical transmission portion and configured to receive the first reflected light transmitted through the third optical transmission portion, to output the received first reflected light to the second port, A second optical circulator for outputting the reflected light to the third port;
A fourth optical transmission unit transmitting a first reflected light output from a second port of the second optical circulator;
And an output intensity of the pump light, which is formed in the fourth light transmitting portion and that is externally input to selectively reflect the light of the wavelength band corresponding to the first reflected light passing through the fourth light transmitting portion toward the second optical circulator, A second optical element whose refractive index is changed according to the refractive index;
A pump light output unit for adjusting the intensity of the pump light so as to vary a specific wavelength band reflected by the second optical device and outputting the adjusted intensity;
A fifth optical transmission unit that receives a second reflected light input to a second port of the second optical circulator and output to a third port of the second optical circulator;
And a light receiving unit for receiving the second reflected light transmitted through the fifth light transmitting unit,
And a judging unit for judging a wavelength band to be received by the light receiving unit,
The pump light output unit adjusts the intensity of the pump light according to an applied current value,
Wherein the judging unit judges the wavelength band of the second reflected light by using the current value applied to the pump light output unit at the time when the second reflected light is received by the light receiving unit. The optical fiber interrogator .
상기 제1 광소자는 광섬유 브래그 격자(FBG)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터.
The method according to claim 1,
Wherein the first optical element comprises an optical fiber Bragg grating (FBG). ≪ Desc / Clms Page number 19 >
상기 광대역 광원부에서 출력되는 기준광을 전달하는 제1 광전달부와;
상기 제1 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제1 광전달부를 통해 전달되는 기준광을 수신하며, 수신된 기준광을 제2 포트로 출력 및 제2 포트로 입력되는 제1 반사광을 제3 포트로 출력하는 제1 광서큘레이터와;
상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 기준광을 전달하는 제2 광전달부와;
상기 제2 광전달부에 형성되고, 상기 제2 광전달부를 통과하는 기준광에 포함된 복수의 파장 대역의 광들 중에서 특정 파장 대역의 광만을 상기 제1 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키는 제1 광소자와;
상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제3 광전달부와;
상기 제3 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제3 광전달부를 통해 전달되는 제1 반사광을 수신하며, 수신된 제1 반사광을 제2 포트로 출력 및 제2포트로 입력되는 제2 반사광을 제3 포트로 출력하는 제2 광서큘레이터와;
상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제4 광전달부와;
상기 제4 광전달부에 형성되고, 상기 제4 광전달부를 통과하는 제1 반사광에 대응되는 파장 대역의 광을 상기 제2 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키도록 외부에서 입력되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화되는 제2 광소자와;
상기 제2 광소자에서 반사되는 특정 파장 대역을 가변시키도록 펌프광의 세기를 조절하여 출력하는 펌프광출력부와;
상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제2 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제2 반사광을 전달하는 제5 광전달부와;
상기 제5 광전달부를 통해 전달되는 제2 반사광을 수신하는 수광부;를 구비하고,
상기 제3 광전달부에는 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트에서 출력되는 제1 반사광을 증폭시키는 광증폭기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터.
A broadband light source for outputting a reference light having a wide wavelength range;
A first optical transmission unit for transmitting the reference light output from the wideband light source unit;
A first port connected to the first light transmitting portion, receiving the reference light transmitted through the first light transmitting portion, outputting the received reference light to the second port, and outputting the first reflected light, which is input to the second port, A first optical circulator for outputting a signal to a port;
A second optical transmission unit for transmitting the reference light output from the second port of the first optical circulator;
A first optical element formed in the second optical transmission portion and selectively reflecting only light of a specific wavelength band from the plurality of wavelength bands included in the reference light passing through the second optical transmission portion toward the first optical circulator; Wow;
A third optical transmission unit that receives a first reflected light input to a second port of the first optical circulator and output to a third port of the first optical circulator;
A first port connected to the third optical transmission portion and configured to receive the first reflected light transmitted through the third optical transmission portion, to output the received first reflected light to the second port, A second optical circulator for outputting the reflected light to the third port;
A fourth optical transmission unit transmitting a first reflected light output from a second port of the second optical circulator;
And an output intensity of the pump light, which is formed in the fourth light transmitting portion and that is externally input to selectively reflect the light of the wavelength band corresponding to the first reflected light passing through the fourth light transmitting portion toward the second optical circulator, A second optical element whose refractive index is changed according to the refractive index;
A pump light output unit for adjusting the intensity of the pump light so as to vary a specific wavelength band reflected by the second optical device and outputting the adjusted intensity;
A fifth optical transmission unit that receives a second reflected light input to a second port of the second optical circulator and output to a third port of the second optical circulator;
And a light receiving unit for receiving the second reflected light transmitted through the fifth light transmitting unit,
Wherein the third optical transmission unit further comprises an optical amplifier for amplifying the first reflected light output from the third port of the first optical circulator.
상기 광대역 광원부에서 출력되는 기준광을 전달하는 제1 광전달부와;
상기 제1 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제1 광전달부를 통해 전달되는 기준광을 수신하며, 수신된 기준광을 제2 포트로 출력 및 제2 포트로 입력되는 제1 반사광을 제3 포트로 출력하는 제1 광서큘레이터와;
상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 기준광을 전달하는 제2 광전달부와;
상기 제2 광전달부에 형성되고, 상기 제2 광전달부를 통과하는 기준광에 포함된 복수의 파장 대역의 광들 중 특정 파장 대역의 광만을 상기 제1 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키도록 외부에서 입력되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화되는 제1 광소자와;
상기 제1 광소자에서 반사되는 특정 파장 대역을 가변시키도록 상기 제1 광소자 측으로 펌프광의 세기를 조절하여 출력하는 펌프광출력부와;
상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제3 광전달부와;
상기 제3 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제3 광전달부를 통해 전달되는 제1 반사광을 수신하며, 수신된 제1 반사광을 제2 포트로 출력 및 제2포트로 입력되는 제2 반사광을 제3 포트로 출력하는 제2 광서큘레이터와;
상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제4 광전달부와;
상기 제4 광전달부에 형성되고, 상기 제4 광전달부를 통과하는 제1 반사광에 대응되는 파장 대역의 광을 상기 제2 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키는 제2 광소자와;
상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제2 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제2 반사광을 전달하는 제5 광전달부와;
상기 제5 광전달부를 통해 전달되는 제2 반사광을 수신하는 수광부;를 구비하고,
상기 수광부에 수광되는 파장 대역을 판정하는 판정부;를 더 구비하고,
상기 펌프광출력부는 인가되는 전류 값에 따라 펌프광의 세기를 조절하며,
상기 판정부는 상기 수광부에 제2 반사광이 수신된 시점의 상기 펌프광출력부에 인가되는 전류값을 이용하여 제2 반사광의 파장 대역을 판정하는 것을 특징으로 하는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터.
A broadband light source for outputting a reference light having a wide wavelength range;
A first optical transmission unit for transmitting the reference light output from the wideband light source unit;
A first port connected to the first light transmitting portion, receiving the reference light transmitted through the first light transmitting portion, outputting the received reference light to the second port, and outputting the first reflected light, which is input to the second port, A first optical circulator for outputting a signal to a port;
A second optical transmission unit for transmitting the reference light output from the second port of the first optical circulator;
And a second optical transmission unit for receiving light of a predetermined wavelength band from the plurality of wavelength bands included in the reference light passing through the second optical transmission unit to selectively reflect the light of a specific wavelength band toward the first optical circulator, A first optical element whose refractive index is changed according to an output intensity of the pump light;
A pump light output unit for adjusting the intensity of the pump light toward the first optical device so as to vary a specific wavelength band reflected from the first optical device;
A third optical transmission unit that receives a first reflected light input to a second port of the first optical circulator and output to a third port of the first optical circulator;
A first port connected to the third optical transmission portion and configured to receive the first reflected light transmitted through the third optical transmission portion, to output the received first reflected light to the second port, A second optical circulator for outputting the reflected light to the third port;
A fourth optical transmission unit transmitting a first reflected light output from a second port of the second optical circulator;
A second optical element formed in the fourth optical transmission unit and selectively reflecting the light of a wavelength band corresponding to the first reflected light passing through the fourth optical transmission unit to the second optical circulator;
A fifth optical transmission unit that receives a second reflected light input to a second port of the second optical circulator and output to a third port of the second optical circulator;
And a light receiving unit for receiving the second reflected light transmitted through the fifth light transmitting unit,
And a judging unit for judging a wavelength band to be received by the light receiving unit,
The pump light output unit adjusts the intensity of the pump light according to an applied current value,
Wherein the judging unit judges the wavelength band of the second reflected light by using the current value applied to the pump light output unit at the time when the second reflected light is received by the light receiving unit. The optical fiber interrogator .
상기 제2 광소자는 광섬유 브래그 격자(FBG)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터.
6. The method of claim 5,
Wherein the second optical device comprises a fiber Bragg grating (FBG). ≪ Desc / Clms Page number 20 >
상기 광대역 광원부에서 출력되는 기준광을 전달하는 제1 광전달부와;
상기 제1 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제1 광전달부를 통해 전달되는 기준광을 수신하며, 수신된 기준광을 제2 포트로 출력 및 제2 포트로 입력되는 제1 반사광을 제3 포트로 출력하는 제1 광서큘레이터와;
상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 기준광을 전달하는 제2 광전달부와;
상기 제2 광전달부에 형성되고, 상기 제2 광전달부를 통과하는 기준광에 포함된 복수의 파장 대역의 광들 중 특정 파장 대역의 광만을 상기 제1 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키도록 외부에서 입력되는 펌프광의 출력 세기에 따라 굴절률이 변화되는 제1 광소자와;
상기 제1 광소자에서 반사되는 특정 파장 대역을 가변시키도록 상기 제1 광소자 측으로 펌프광의 세기를 조절하여 출력하는 펌프광출력부와;
상기 제1 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제3 광전달부와;
상기 제3 광전달부에 제1 포트가 연결되고, 상기 제3 광전달부를 통해 전달되는 제1 반사광을 수신하며, 수신된 제1 반사광을 제2 포트로 출력 및 제2포트로 입력되는 제2 반사광을 제3 포트로 출력하는 제2 광서큘레이터와;
상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트에서 출력되는 제1 반사광을 전달하는 제4 광전달부와;
상기 제4 광전달부에 형성되고, 상기 제4 광전달부를 통과하는 제1 반사광에 대응되는 파장 대역의 광을 상기 제2 광서큘레이터 측으로 선택적으로 반사시키는 제2 광소자와;
상기 제2 광서큘레이터의 제2 포트로 입력되어 상기 제2 광서큘레이터의 제3 포트로 출력되는 제2 반사광을 전달하는 제5 광전달부와;
상기 제5 광전달부를 통해 전달되는 제2 반사광을 수신하는 수광부;를 구비하고,
상기 제3 광전달부에는 상기 제1 광서큘레이터의 제3 포트에서 출력되는 제1 반사광을 증폭시키는 광증폭기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 광학적 파장 가변 가능한 광소자를 이용한 광섬유 인터로게이터.
A broadband light source for outputting a reference light having a wide wavelength range;
A first optical transmission unit for transmitting the reference light output from the wideband light source unit;
A first port connected to the first light transmitting portion, receiving the reference light transmitted through the first light transmitting portion, outputting the received reference light to the second port, and outputting the first reflected light, which is input to the second port, A first optical circulator for outputting a signal to a port;
A second optical transmission unit for transmitting the reference light output from the second port of the first optical circulator;
And a second optical transmission unit for receiving light of a predetermined wavelength band from the plurality of wavelength bands included in the reference light passing through the second optical transmission unit to selectively reflect the light of a specific wavelength band toward the first optical circulator, A first optical element whose refractive index is changed according to an output intensity of the pump light;
A pump light output unit for adjusting the intensity of the pump light toward the first optical device so as to vary a specific wavelength band reflected from the first optical device;
A third optical transmission unit that receives a first reflected light input to a second port of the first optical circulator and output to a third port of the first optical circulator;
A first port connected to the third optical transmission portion and configured to receive the first reflected light transmitted through the third optical transmission portion, to output the received first reflected light to the second port, A second optical circulator for outputting the reflected light to the third port;
A fourth optical transmission unit transmitting a first reflected light output from a second port of the second optical circulator;
A second optical element formed in the fourth optical transmission unit and selectively reflecting the light of a wavelength band corresponding to the first reflected light passing through the fourth optical transmission unit to the second optical circulator;
A fifth optical transmission unit that receives a second reflected light input to a second port of the second optical circulator and output to a third port of the second optical circulator;
And a light receiving unit for receiving the second reflected light transmitted through the fifth light transmitting unit,
Wherein the third optical transmission unit further comprises an optical amplifier for amplifying the first reflected light output from the third port of the first optical circulator.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111174717A (en) * | 2020-01-10 | 2020-05-19 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | Optical fiber geometric parameter testing system and method |
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