광섬유 격자는 외부의 가해진 물리량에 대해 선형적인 응답을 하며, 광섬유 격자의 파장 인코딩 특성으로 인해 S/N비가 높은 신호 처리를 할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 편광 유지 광섬유 격자를 이용한 압력 센서에 관한 실험을 수행하였다. 편광 유지 광섬유 격자는 위상 마스크를 이용하여 Bow-Tie형 광섬유에 형성시켰는데, 편광 유지 광섬유는 두 개의 고유 편광 축을 가지므로 두 개의 브래그 peak을 가진다. 종방향 스트레인과 온도 변화에 따른 두 개의 브래그 파장 변화를 측정한 결과 각각 1.2 pm/.mu..epsilon.의 종방향 스트레인에 대한 파장 민감도와 11.4 pm/.deg. C의 온도에 대한 파장 민감도가 관측되어, 단일 모드 광섬유 격자의 보고된 값과 거의 일치하였다. 반면에 편광 유지 광섬유 격자에 횡방향 스트레스를 가하면 두 브래그 파장사이의 간격이 변화함을 관측하였고, 두 브래그 파장 간격에 대하여는 14.6 pm/N의 횡방향 스트레스에 대한 파장 민감도를 얻었다. 편광 유지 광섬유 격자 센서는 온도의 변화에 무관한 횡방향 스트레스 즉, 압력센서로 이용할 수 있음을 보였다.
일반 광섬유에 아크 방전을 인가하여 코어 및 클래딩의 직경 변화를 발생시켜 장주기 격자를 제작하는 방법이 소개되었다. 본 연구에서는 매우 약한 아크를 반복적으로 발생시켜 광섬유에 매우 약한 변형을 수 차례 주어 광섬유 격자 직경을 정밀하게 조절 할 수있는 방법을 사용한 중첩 장주기 광섬유 격자 제조 방법을 제안하였다. 또한 위상정합 조건을 이용하여 장주기 광섬유 격자의 직경 변화에 따른 공진 파장의 변화를 이론적으로 유도하였으며, 실험을 통해 확인하였다. 또한 실험 결과 아크 유도 광섬유 격자의 주기와 공진 파장과의 관계가 위상 정합 조건과 일치하는 것을 확인하였으며, 온도 변화에 따른 공진 파장의 변화를 측정하고 기계적 강도를 측정하였다.
광섬유 센서 구성을 위한 장주기 광섬유 격자(Long-Period Fiber Grating, LPFG)는 코어 모드로 진행하는 빔이 위상 정합 조건(Phase Matching Condition)에 의해 특정 파장에서 클래딩 모드와 커플링이 일어나는 광소자이다. 공진 파장과 커플링의 세기는 온도, 스트레인, 주변 굴절 지수 등에 의해 민감하게 변화하는 특성을 이용하여 광섬유 센서에 넓게 응응될 수 있다 일반적으로 광섬유 격자는 광섬유 코어를 자외선에 노출시킴으로서 굴절률의 주기적인 변화가 유도되는 원리, 즉 광민감성 (Photosensitivity)에 기초를 두고 있으며 광민감성을 가진 격자제조용 광섬유 제작은 광섬유 격자 연구에 대단히 중요한 부분이다. 이 논문에서는 보론 첨가의 양에 의한 코어와 클래딩의 굴절률 차 변화와 그것에 따른 장주기 광섬유 격자의 온도 및 구부림 특성 변화를 분석하였다. 보론의 양이 증가할수록 코어와 클래딩의 굴절률 차가 줄어드는 것$(1.69{\times}10^{-4}/SCCM)$을 실험을 통해 알 수 있었고, 그로 인해 보론의 음의 온도 의존성으로 인해 장주기 광섬유 격자의 온도 의존성이 억제됨$(0.01145nm/^{\circ}C/SCCM)$을 확인할 수 있었다. 또한, 보론의 증가로 인해 코어와 클래딩의 굴절률차가 줄어들수록 장주기 광섬유 격자는 구부림에 더 민감함을 알 수 있었다.
광섬유격자를 이용하는 단순구조의 발진 loop를 구성하여 erbium 첨가 광섬유 증폭기를 발진시킴으로써 광섬유 증폭기의 동작이득을 제어하는 방식을 제안하고 실험하였다. 하나의 광섬유격자가 loop내에서 발진 파장을 선택하는 기능과 함께 발진광이 출력단으로 나오지 못하도록 차단하는 기능의 두가지의 역할을 수행하도록 loop가 구성되었다. 광섬유 증폭기의 동작이득이 발진 loop의 손실과 같은 크기에 고정되어 입력광 파워의 변화에 무관하게 일정하게 제어되었으며, 가변형 결합기로 loop 손실을 변화시킴으로써 동작이득의 조절이 가능하였다. 이러한 loop 구성방식으로 이득제어된 erbium 첨가 광섬유 증폭기는 WDM 시스템에서 여러 가지의 장점을 가질 수 있다.
21세기 광통신 분야는 보다 많은 정보를 동시에 전송하기 위해 다양한 다중화 방식들을 요구 받고 있다. 광섬유 Brags격자 소자를 이용한 모든 광 분기/결합 장치는 분기/결합할 수 있는 신호가 광섬유 격자 소자의 Bragg파장에 의해 정해지므로 하나의 광섬유 격자 소자는 고정된 한 채널만을 분기, 결합할 수 있다는 단점을 지니고 있다. 그러나 광섬유 격자에 온도와 스트레인(strain) 같은 외부 물리량을 가하게 되면 광섬유 격자의 주기가 변하게 되어 반사파장이 고정되지 않고 파장을 가변 할 수 있는 장점을 가지게 된다. 이에 본 논문에서는 광섬유 격자 소자에 가해진 온도, 스트레인에 의해 Bragg파장이 변화하는 성질을 이용하여 파장 가변형 Bragg 격자를 제작 및 실험을 통하여 전광필터 특성에 대하여 제시하였다.
할로우 코어 포토닉 밴드갭 광섬유(hollow core photonic bandgap fiber, HC-PBGF)와 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating, FBG)를 이용하여 새로운 형태의 가스 검출 방식을 제안하였다. 제안하는 가스 측정 방식에서는 할로우 코어 포토닉밴드갭 광섬유에 채워진 가스의 흡수 스펙트럼을 우선 측정하고, 광섬유 브래그 격자를 파장 변조함으로써 얻어진 신호로부터 가스 농도에 대한 정보를 얻을 수 있다. 가스 측정 실험에서는 2m의 할로우 코어 포토닉 밴드갭 광섬유와 중심 파장이 1539.02nm인 광섬유 브래그 격자를 사용하였으며, 광섬유 브래그 격자의 반사파장을 1539.3nm에서 1539.6nm까지 2Hz의 주기로 가변하였다. 제안하는 가스센서는 2.5%, 5%의 아세틸렌가스를 선별적으로 잘 검출할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
광탄성효과를 이용해 채널 간격을 가변할 수 있는 샘플격자를 구현하고 이론적으로 고찰해 보았다. 제안된 샘플격자의 채널 간격은 광섬유격자에 인가되는 압력주기를 변화시킴으로써 간단히 가변될 수 있으며, 실험결과 580㎛에서 1000㎛로 압력주기를 튜닝해서 채널 간격을 1.4nm에서 0.8nm로 가변할 수 있었다. 샘플격자에 대한 시뮬레이션 결과 실험치와 잘 일치하고 있음을 알았다.
장주기 광섬유격자는 센서 시스템의 센싱 부분과 광통신 시스템에서의 여러 가지 필터 등 다양한 응용분야에서 연구되어져 왔다. 이러한 장주기 격자는 광섬유의 코어에 균일한 굴절률 변화를 인가했을때 다음과 같은 위상정합조건(phase matching condition)을 만족하는 투과 스펙트럼을 보인다. (중략)
본 논문에서는 500 A용 bus bar에 적용할 수 있는 광섬유 브래그 격자를 이용한 전류 센서를 제안하여 실험으로 구현하였다. Bus bar와 영구자석을 광섬유 격자로 연결하여 전류 인가 시, 연결된 두 소자 사이에서 발생하는 자기력에 의해 광섬유 브래그 격자의 브래그 파장이 변하게 된다. 실험 결과 500 A 직류 전류를 인가 시 브래그 파장은 650 pm의 변화를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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