광 통신망에 적용 가능한 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기를 굽힘에 민감한 특수 광섬유를 이용하여 제작하였다. 제작에 사용된 특수 광섬유는 내부코어 영역, 외부 코어 영역, 내부 코어 중심의 굴절률하강영역 그리고 클래드 영역으로 나누어진 굴절률 분포를 가지도록 설계되었다. 이러한 구조의 특수 광섬유는 코어를 통해 진행하는 빛이 굽힘이나 압력 같은 외부의 기계적 작용에 민감하게 반응하여 코어 밖으로 빠져나가는 특성을 보인다. 이러한 특성을 이용하여 제작된 가변 광 감쇄기는 탄력 있는 고무로 만들어진 사각 링과 사각 링 안에 일정한 곡률 반경의 역수 값을 가지도록 고정된 특수 광섬유로 구성되며 제작된 가변 광 감쇄기의 특성은 1540-1560nm 의 광 파장대역에서 약 -38㏈ 이상의 감쇄 특성을 보였고 1550nm의 파장에 대하여 곡률반경의 역수 범위(0.33$cm^{-1}$ /∼0.76$cm^{-1}$ /)에서 -88.4［㏈$.$$cm^{-1}$ /］의 감쇄 특성을 보였다. 본 논문의 실험에 따르면 광 에너지는 사각 링의 상층부에 가해진 기계적인 압력에 비례하여 감쇄하였고, 삽입손실은 0.68㏈ 이하였으며, 편광 손실은 0.5㏈ 이내, 반사손실은 -60㏈ 이하의 값을 보였다. 또한 본 논문께서 제작된 가변 광 감쇄기는 높은 재연성 및 간단한 구조와 낮은 제작비용 등의 장점을 가진다.
광 통신망에 적용 가능한 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기를 굽힘에 민감한 특수 광섬유를 이용하여 제작하였다. 제작에 사용된 특수 광섬유는 내부코어 영역, 외부 코어 영역, 내부 코어 중심의 굴절률 하강영역 그리고 클래드 영역으로 나누어진 굴절률 분포를 가지도록 설계되었다. 이러한 구조의 특수 광섬유는 코어를 통해 진행하는 빛이 굽힘이나 압력 같은 외부의 기계적 작용에 민감하게 반응하여 코어 밖으로 빠져나가는 특성을 보인다. 이러한 특성을 이용하여 제작된 가변 광 감쇄기는 탄력 있는 고무로 만들어진 사각 링과 사각 링 안에 일정한 곡률 반경의 역수 값을 가지도록 고정된 특수 광섬유로 구성되며 제작된 가변 광 감쇄기의 특성은 1540-1560nm 의 광 파장대역에서 약 -38㏈ 이상의 감쇄 특성을 보였고 1550nm의 파장에 대하여 곡률반경의 역수 범위(0.33$cm^{-1}$ /∼0.76$cm^{-1}$ /)에서 -88.4［㏈$.$$cm^{-1}$ /］의 감쇄 특성을 보였다. 본 논문의 실험에 따르면 광 에너지는 사각 링의 상층부에 가해진 기계적인 압력에 비례하여 감쇄하였고, 삽입손실은 0.68㏈ 이하였으며, 편광 손실은 0.5㏈ 이내, 반사손실은 -60㏈ 이하의 값을 보였다. 또한 본 논문께서 제작된 가변 광 감쇄기는 높은 재연성 및 간단한 구조와 낮은 제작비용 등의 장점을 가진다.
A variable optical attenuator with a bending-sensitive fiber (BSF) that can be used in optical networks is developed. The proposed BSF consists of inner core, outer core, center dip and cladding. The proposed BSF is also very sensitive to mechanical perturbation, such as bending and pressure, making...
A variable optical attenuator with a bending-sensitive fiber (BSF) that can be used in optical networks is developed. The proposed BSF consists of inner core, outer core, center dip and cladding. The proposed BSF is also very sensitive to mechanical perturbation, such as bending and pressure, making the light propagating in the BSF easily controlled and attenuated. The fabricated fiber-type variable optical attenuator using the proposed BSF (VOAFB) consisted of the BSF in a rectangular rubber ring with a fixed bend radius (BR) in a steady state. The variable optical attenuator using the proposed BSF (VOAFB) was able to attenuate the optical power by more than about -38㏈ with the gradient -88.4［㏈$.$$cm^{-1}$ /］ at (1540∼1560nm) based m adjusting the mechanical pressure applied to the upper surface of the rectangular rubber ring with the bent BSF. According to the experimental results when using the proposed VOAFB, the optical power was easily controlled by adjusting mechanical pressure and produced an insertion loss of 0.68㏈, polarization loss of 0.5㏈, and return loss of less than -60㏈.
A variable optical attenuator with a bending-sensitive fiber (BSF) that can be used in optical networks is developed. The proposed BSF consists of inner core, outer core, center dip and cladding. The proposed BSF is also very sensitive to mechanical perturbation, such as bending and pressure, making the light propagating in the BSF easily controlled and attenuated. The fabricated fiber-type variable optical attenuator using the proposed BSF (VOAFB) consisted of the BSF in a rectangular rubber ring with a fixed bend radius (BR) in a steady state. The variable optical attenuator using the proposed BSF (VOAFB) was able to attenuate the optical power by more than about -38㏈ with the gradient -88.4［㏈$.$$cm^{-1}$ /］ at (1540∼1560nm) based m adjusting the mechanical pressure applied to the upper surface of the rectangular rubber ring with the bent BSF. According to the experimental results when using the proposed VOAFB, the optical power was easily controlled by adjusting mechanical pressure and produced an insertion loss of 0.68㏈, polarization loss of 0.5㏈, and return loss of less than -60㏈.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
하지만 도파되어가는 광 에너지가 예리한 굽힘이 아니라 일반적인 큰 굽힘으로도 쉽게 도파로를 빠져 나갈 수 있다면 이러한 공정 자체도 필요 없는 간단한 구조의 광섬유 형태의 가변광 감쇄기를 제작할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 광섬유 자체에 가해진 곡률 반경의 역수에 비례하여도파되는 광 에너지가 감쇄하는 굽힘에 민감한 광섬유 (BSF : bending-sensitive fiber)를 개발하여 종래의 보호막을 제거하는 공정이 필요치 않는 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기를 제작하였다. 제작된 가변 광 감쇄기는 탄력성이 좋은 고무로 만든 사각 링과링 안에 일정한 곡률 반경의 역수값을 가지도록 고정된 BSF 로 이루어져 있다.
하지만 굴절률 차이를 계속 낮게 했을 경우 기존의 SMF와의 접합 시 굴절률 차이에 인한 반사의 영향이 증가한다. 따라서 본 논문에서는 기존의 코어 굴절률이 낮은 광섬유보다 반사의 영향을 적게 하면서 굽힘에 대한 민감도는 증가시킨 특수 광섬유에 대한 연구를 진행 하였다. 그 결과 굽힘에 대한 민감도를 증가 시키기 위해 코어 바깥쪽에 코어의 굴절률보다는 낮고 클래드보다는 높은 굴절률 값을 가지는 외부 코어 영역을 두어 굽힘에 민감한 BSF를 제안하였다.
가설 설정
그 결과 굽힘에 대한 민감도를 증가 시키기 위해 코어 바깥쪽에 코어의 굴절률보다는 낮고 클래드보다는 높은 굴절률 값을 가지는 외부 코어 영역을 두어 굽힘에 민감한 BSF를 제안하였다. 제안된 BSF의 굴절률 분포 등 가 모델은 그림 1과같이 내부 코어 영역, 내부 코어의 굴절률 하강 영역, 외부 코어 영역 그리고 클래드 영역으로 나누어진다고 가정하였으며 BSF의 특성을 해석하기 위해 굴절률 분포를 광섬유 제작 공정상 생길 수 있는 여러 가지 요인을 고려하여 각각 변수로 설정하였다.
포함하여 Im로 정하였다. BSF에 가해지는 최대 굽힘 지점은 곡률 반경을 반지름으로 하는 반원의 형태로 가정하였고 굽힘이 가해지는 영역의 길이는 해당 원 둘레 길이의 절반으로 등가화하였다. 그리고 굽힘이 가해진 이후의 진행길이에 따른 광 에너지 감쇄가 일어나지 않도奪 충분히 큰 곡률 반경을 주어 더 이상 추가적인 광에너지 감쇄가 일어나지 않도록 조정하였다 그림 7의 좌측 세로축에 따르면 BSF의 광 에너지는 곡률 반경의 역수값이 0.
또한 제안된 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기에 사용된 탄력성이 높은 고무를 다른 탄성계수를 가지는 물질로 바꾼다면 아주 쉽고 효과적으로 감쇄기의 특성을 변화시킬 수도 있다. 본 논문에서 제안된 가변 광 감쇄기는 압력에 의해 광 에너지를 조절흐].므로 아주 미약한 압력에도 민감하게 반응할 수 있는 압력센서로 사용할 수도 있고 BSF에 가해진 곡률 반경의 역수에 의한 도파되는 광 에너지의 변화는 여러 가지의 광센서 영역에서 다양한 적용이 가능할 것라고 예측된다.
제안 방법
따라서 본 논문에서는 기존의 코어 굴절률이 낮은 광섬유보다 반사의 영향을 적게 하면서 굽힘에 대한 민감도는 증가시킨 특수 광섬유에 대한 연구를 진행 하였다. 그 결과 굽힘에 대한 민감도를 증가 시키기 위해 코어 바깥쪽에 코어의 굴절률보다는 낮고 클래드보다는 높은 굴절률 값을 가지는 외부 코어 영역을 두어 굽힘에 민감한 BSF를 제안하였다. 제안된 BSF의 굴절률 분포 등 가 모델은 그림 1과같이 내부 코어 영역, 내부 코어의 굴절률 하강 영역, 외부 코어 영역 그리고 클래드 영역으로 나누어진다고 가정하였으며 BSF의 특성을 해석하기 위해 굴절률 분포를 광섬유 제작 공정상 생길 수 있는 여러 가지 요인을 고려하여 각각 변수로 설정하였다.
5um 그리고 = 로 하였다. 또한 해석시 계산영역의 제한으로 인한 계산 영역경계면에서의 반사를 줄이기 위해 완전흡수체 (PMLzperfect mached layer) 를 두었다. BSF 자체에 가한 굽힘에 의한 광에너지 감쇄 특성을 밝혀내기 위해 광섬유의 굽혀진 모양을 가우시안함수 형태
나타내었다. 굽힘이 가해지면 내부 코어의 광에너지가 쉽게 외부 코어와 결합한 뒤 클래드로 빠져나감을 알 수 있다 또한 그림 4에서 굽힘을 가한 BSF의 출력 단면에서 유한차분 빔 전파기법(3D ED-BPM)을 이용한 필드 분포와 실제 제작한 BSF의 실험 측정치를 서로 비교하였다. 유한차분 빔전파 기법 사용 시 변수는 각각 r=5um,(uh그0.
이때 측정은 굴절된 근접장을 이용하여 굴절률 분포를 측정하는 광섬유 분석기(NR-9200)를 이용하였다. 측정된 BSF의 굴절률 분포를 일반적인 단일모드 광섬유와 비교하여 살펴보면 크게 4부분의 영역으로 나누어진다.
68dB 였고 반사 손실은 -60dB보다 낮게 나타났다. 이러한 구조를 가지는 BSF의 곡률 반경의 역수에 대한 광 에너지 감쇄 특성을 측정하기 위해 광원은 어븀첨가 광섬유 중 폭기의 증폭된 자발 방출 (ASE: Amplitude spontaneous emission)을 이용하였고 광 검출기는 광스펙트럼 분석기를 사용하였다. 측정에 사용한 어븀첨가 광섬유 중폭기는 1480nm 의 펌핑광원을 사용한 10m 길이의 어븀첨가 광섬유로 구성하였고 광검출기로 사용되는 광 스펙트럼분석기는 파장대역을 1540nm ~ 156Qnm로 정하였고 해상도를 0.
이러한 구조를 가지는 BSF의 곡률 반경의 역수에 대한 광 에너지 감쇄 특성을 측정하기 위해 광원은 어븀첨가 광섬유 중 폭기의 증폭된 자발 방출 (ASE: Amplitude spontaneous emission)을 이용하였고 광 검출기는 광스펙트럼 분석기를 사용하였다. 측정에 사용한 어븀첨가 광섬유 중폭기는 1480nm 의 펌핑광원을 사용한 10m 길이의 어븀첨가 광섬유로 구성하였고 광검출기로 사용되는 광 스펙트럼분석기는 파장대역을 1540nm ~ 156Qnm로 정하였고 해상도를 0.2nm로 조정하였다. 따라서 굽힘이 가해진 BSF로 입사된 ASE 광원과 광스펙트럼 분석기를 통해 곡률 반경의 역수에 대한 광에너지 감쇄와 편광 의존성을 측정하였고 실험 결과를 SMF와 비교하여 그림 7에 나타내었다.
2nm로 조정하였다. 따라서 굽힘이 가해진 BSF로 입사된 ASE 광원과 광스펙트럼 분석기를 통해 곡률 반경의 역수에 대한 광에너지 감쇄와 편광 의존성을 측정하였고 실험 결과를 SMF와 비교하여 그림 7에 나타내었다.
여기서 측정에 사용된 BSF의 전체 길이는 BSF 자체 특성을 측정하기 위해 굽힘 영역 이후의 영역까지 포함하여 Im로 정하였다. BSF에 가해지는 최대 굽힘 지점은 곡률 반경을 반지름으로 하는 반원의 형태로 가정하였고 굽힘이 가해지는 영역의 길이는 해당 원 둘레 길이의 절반으로 등가화하였다.
사각 링은 탄력성 있는 고무로 인해 외부적인 압력이 사라질 때 압력에 의하여 변형된 구조를 원래의 사각 링의 형태로 되돌린다. 이때 사각 링에 가해진 외부 압력이 사라지면 고무의 탄력성으 로 인해 사각 링 안에 포함된 hsF의 곡률 반경의 역수 값도 신속하게 원래의 형태로 되돌아오는데 높은 재연성을 위하여 사각 링 안에 고정된 BSF의 곡률 반경의 역수 값을 lan1 로 정하였고 곡률 반경의 중심을 사각 링 상층부에 위치한 돌기에 고정하였다.
본 논문에서는 광섬유에 가해지는 곡률 반경의 역수값에 따라도파되는 광에너지가 민감하게 감쇄하는 특수광섬유 (BSF)를 이용하여 광통신망에 효과적으로 사용할 수 있는 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기를 제작하였다 가변 광 감쇄기 제작에 사용된 BSF는 광섬유의 코어 주위에 2차 코어를 두어 광섬유에 가해진곡률 반경의 역수값에 따라 생겨나는 산란 현상을 극대화시켜 도파되는 광에너지를 효과적으로 감쇄시킬 수 있었고 이러한 감쇄 특성을 이용하여 간단한 구조의 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기를 제작할 수 있었다. 제작된 가변 광 감쇄기는 제작 시 소요되는 공정이 종전의 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기보다 갈단하다.
이러한 BSF 를 사용하여 실제 제작된 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기를 그림 8에 나타내었다. 제안된 가변 광 감쇄기는 탄력성이 높은 고무로 만들어진 사각 링과 외부적인 힘?]가해지지 않았을 때 정해진 값으로 광을 감쇄시키기 위해 사각 링 안에 포함된 일정한 곡률반경의 역수값을 가지는 BSF로 구성된다. 사각 링은 탄력성 있는 고무로 인해 외부적인 압력이 사라질 때 압력에 의하여 변형된 구조를 원래의 사각 링의 형태로 되돌린다.
이론/모형
이러한 굴절률 구조를 가지는 BSF는 주어진 경계조건과 파동 방정식을 이용하여 해을 구하기가 쉽지 않다. 따라서 본 논문에서는 BSF의 특성을 분석하기 위해 여러 가지 수치 해석 방법 중에서 광소자의 해석에 많이 쓰이고 있는 3차원 유한 차분 빔 전파기법(3D FD-BPM)을 이용하였다 [13-14]. BSF의 모드와 굽힘에 대한 광에너지 감쇄 특성을 3차원 유한차분 빔 전파기법(3D FD-BPM) 을 사용하여 그림 2와 같이 해석 영역을 유한 영역으로 차분흐!였고 해석 영역 범위는 x=125um, y=350um, z=3000wn 로 두었으며 각축의 차분 격자의 최대 크기는 Ax = Q.
성능/효과
67배, BSF는 5배의 광에너지 감쇄량을 나타내고 있다. 그림 5의 전산 모의 결과를 바탕으로 볼 때 본 논문에서 제안한 BSF는 코어의 굴절률만 낮춘 광섬유 '보다 굽힘에 민감한 광 에너지 감쇄 현상을 나타내는 것을 알 수 있다. 전산 모의에 의한 그림 5의 결과를 바탕으로 본 논문에서 제안한 BSF의 구조는 기존의 코어 굴절률만 낮춘 광섬유 보다 SMF와 결합시 감쇄량을 더욱 크게 할 수 있음을 알 수 있었으며 또한 두 광섬유의 접합 시 생기는 반사의 영향을 코어의 굴절률만 낮은 광섬유의 반사 영향보다 적게 하면서 동일한 굽힘에 대한 민감도를 구현할 수 있었다.
그림 5의 전산 모의 결과를 바탕으로 볼 때 본 논문에서 제안한 BSF는 코어의 굴절률만 낮춘 광섬유 '보다 굽힘에 민감한 광 에너지 감쇄 현상을 나타내는 것을 알 수 있다. 전산 모의에 의한 그림 5의 결과를 바탕으로 본 논문에서 제안한 BSF의 구조는 기존의 코어 굴절률만 낮춘 광섬유 보다 SMF와 결합시 감쇄량을 더욱 크게 할 수 있음을 알 수 있었으며 또한 두 광섬유의 접합 시 생기는 반사의 영향을 코어의 굴절률만 낮은 광섬유의 반사 영향보다 적게 하면서 동일한 굽힘에 대한 민감도를 구현할 수 있었다. 즉 본 논문에서 제안한 BSF 구조는 동일한 굴절률을 가지는 코어에 대하여 2차 외부 코어를 가해줌으로 인해 굽힘에 의한 민감도를 증가시키는 성질을 가지고 있음을 전산 모의 및 제작에 의한 실험으로 확인할 수 있었다.
전산 모의에 의한 그림 5의 결과를 바탕으로 본 논문에서 제안한 BSF의 구조는 기존의 코어 굴절률만 낮춘 광섬유 보다 SMF와 결합시 감쇄량을 더욱 크게 할 수 있음을 알 수 있었으며 또한 두 광섬유의 접합 시 생기는 반사의 영향을 코어의 굴절률만 낮은 광섬유의 반사 영향보다 적게 하면서 동일한 굽힘에 대한 민감도를 구현할 수 있었다. 즉 본 논문에서 제안한 BSF 구조는 동일한 굴절률을 가지는 코어에 대하여 2차 외부 코어를 가해줌으로 인해 굽힘에 의한 민감도를 증가시키는 성질을 가지고 있음을 전산 모의 및 제작에 의한 실험으로 확인할 수 있었다.
33cm1 을 지나면서 감쇄하기 시작하고 감쇄기울기는 광섬유에 가해진곡률 반경의 역수에 비례하였다. 특히 광의 파장이 i550nm 일 때 최대광 에너지의 감쇄 값은 BSF의 곡률 반경의 역수값이 0.76cm1 일 때 -32dB 이었으며 곡률 반경의 역수값이 0.33OI11 에서 0* .76an사이로 변할 때 곡률 반경의 역수가 중가함에 따라 광 에너지의 감쇄도 증가하였다. 이와 비교하여 SMF는 곡률 반경의 역수값이 0.
즉 압력을 가하면 가할수록 BSF의 곡를 반경도 점점 증가하게 되고 광 감쇄는 곡률 반경의 역수에 비례하므로 광 에너지가 중가한다. 따라서 사각 링에 가해진 압력에 따라 광 에너지를 조정할 수 있다 실험 결과 기계적인 압력으로 사각 링 안에 고정되어 있는 BSF의 곡률 반경의 역수값을 조절할 수 있었고 그 결과 최대 -38dB까지 광에너지를 감쇄시킬 수 있었다. 그림 10에서 제안된 가변광 감쇄기는 상층부에 가해진 압력에 의해 아주 쉽게 광에너지를 조절할 수 있으며 편광 의존 손실을 나타내는 TE 모드와 TM 모드 사이의 광 에너지 차이값도 를 넘지 않는다는 것을 보여준다.
제작된 가변 광 감쇄기는 제작 시 소요되는 공정이 종전의 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기보다 갈단하다. 제안된 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기는 광 에너지의 감쇄량이 BSF의 곡률 반경의 역수에 비례하였고 곡률 반경의 역수에 대한 광 에너지의 감쇄비는 상용화 파장 대역에서 곡률반경의 역수 범위가 (0.33OI11 ~ 0.76 cm')일 때 -84.4[dB . cm」]이었다 제안된 가변 광 감쇄기에 사용된 BSF는 광에너지 감쇄에 대해 높은 재연성을 보였고 보호막이 제거되지 않음으로 인해 열적 변화에 의한 영향도 거의 받지 않았다. 이러한 BSF의 성질을 이용하여 제안되고 제작된 가변 광 감쇄기는 상용화 파장대역에서 -38dB 이상의 범위에서 광 에너지를 효과적으로 조절할 수 있었고 반사손실은 -60dB 이하였으며 편광 손실은 0.
cm」]이었다 제안된 가변 광 감쇄기에 사용된 BSF는 광에너지 감쇄에 대해 높은 재연성을 보였고 보호막이 제거되지 않음으로 인해 열적 변화에 의한 영향도 거의 받지 않았다. 이러한 BSF의 성질을 이용하여 제안되고 제작된 가변 광 감쇄기는 상용화 파장대역에서 -38dB 이상의 범위에서 광 에너지를 효과적으로 조절할 수 있었고 반사손실은 -60dB 이하였으며 편광 손실은 0.5dB 이하 이었다. 따라서 제안된 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기는 상용화된 광 통신망에 적용 가능하다고 여겨진다.
따라서 제안된 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기는 상용화된 광 통신망에 적용 가능하다고 여겨진다. 또한 제안된 가변 광 감쇄기는 기존의 가변 광 감쇄기와 비교할 때 낮은 제작비용이 들며 광에너지를 쉽게 기계적으로 조절할 수 있다. 또한 제안된 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기에 사용된 탄력성이 높은 고무를 다른 탄성계수를 가지는 물질로 바꾼다면 아주 쉽고 효과적으로 감쇄기의 특성을 변화시킬 수도 있다.
후속연구
5dB 이하 이었다. 따라서 제안된 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기는 상용화된 광 통신망에 적용 가능하다고 여겨진다. 또한 제안된 가변 광 감쇄기는 기존의 가변 광 감쇄기와 비교할 때 낮은 제작비용이 들며 광에너지를 쉽게 기계적으로 조절할 수 있다.
또한 제안된 가변 광 감쇄기는 기존의 가변 광 감쇄기와 비교할 때 낮은 제작비용이 들며 광에너지를 쉽게 기계적으로 조절할 수 있다. 또한 제안된 광섬유 형태의 가변 광 감쇄기에 사용된 탄력성이 높은 고무를 다른 탄성계수를 가지는 물질로 바꾼다면 아주 쉽고 효과적으로 감쇄기의 특성을 변화시킬 수도 있다. 본 논문에서 제안된 가변 광 감쇄기는 압력에 의해 광 에너지를 조절흐].
이 논문을 인용한 문헌
저자의 다른 논문 :
활용도 분석정보
상세보기
다운로드
내보내기
활용도 Top5 논문
해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다. 더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.