Characteristics of a Solder-Clad FBG Temperature Sensor

땜납이 용융 부착된 FBG 온도 센서의 특성

We report a solder-clad fiber Bragg grating(FBG) temperature sensor in order to obtain better Bragg wavelength sensitivity to temperature than a bare FBG sensor. The solder-clad FBG sensor shows a wavelength sensitivity improvement by a factor of four compared to the case of a bare FBG sensor at temperatures below $110^{\circ}C$. However, it has a sensitivity of 0.01 $nm/^{\circ}C$ at temperatures over $110^{\circ}C$, which is identical to that of a bare FBG sensor. Bragg wavelength of the sensor shows a blue-shift below $110^{\circ}C$ because the sensor is fabricated above melting temperature of solder. The thermal stress at the FBG-solder interface has been relieved by annealing, which results in a stable operation.

본 논문에서는 열팽창 계수가 큰 땜납을 광섬유 격자 (FBG)에 용융 부착시킨 온도센서에 관한 연구 결과를 발표하고자 한다. $110^{\circ}C$ 이하의 온도에서는 브래그 파장의 변이가 0.04 $nm/^{\circ}C$로써, 땜납이 부착되지 않은 FBG보다 약 4배의 감도가 향상되었다. 그러나 $110^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 파장 변이가 0.01 $nm/^{\circ}C$로써 땜납이 부착되자 않은 FBG와 동일한 감도가 측정되었다. 땜납을 고온에서 용융 부착하기 때문에 $110^{\circ}C$ 이하의 온도에서는 브래그 파장이 단파장 쪽으로 이동되어 나타났다. 또한, 땡납 부착 후, 땡납과 FBG의 계면에서 발생된 스트레스를 열처리 과정을 통해 이완시켜 안정된 동작을 얻을 수 있었다.