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50-GHz AWG를 이용한 다중 광섬유격자 브래그 파장 계측
50-GHz AWG Interrogation of a Multiple-FBG Temperature Sensor 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.30 no.6, 2019년, pp.226 - 229  

문형명 ((주)피피아이) ,  곽승찬 ((주)피피아이) ,  김진봉 ((주)피피아이) ,  임주완 (전남대학교 물리학과) ,  박동영 (에스제이포토닉스(주)) ,  임기건 (전남대학교 물리학과)

초록
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96-채널 50-GHz 배열형 도파로격자를 사용하여 광섬유 브래그 격자의 브래그 파장 측정 시스템을 제작하였다. 충분히 넓은 대역폭을 갖는 광섬유격자의 브래그 파장은 변형 또는 온도의 변화에 따라 선형적으로 변화하는 것을 확인하였다. 제작된 파장 측정 시스템은 0.01 nm의 해상도를 가지며 10초 간격으로 브래그 파장을 측정한다. 12개의 직렬 연결된 아크릴레이트 재코팅된 다채널 광섬유격자들의 파장 이동을 동시에 측정하였고, 광섬유격자의 온도가 -25℃에서 85℃로 변화될 때, 파장 감도는 0.018 nm/℃에서 0.01 nm/℃까지 변화하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

We investigated an interrogation system for fiber Bragg gratings by using a 50-GHz 96-channel array waveguide grating. Linearity of the sensitivity (the wavelength shift in response to the change in strain or temperature) is achieved for a Bragg grating of sufficiently wide bandwidth. The present wa...

주제어

#배열형 도파로격자   #광섬유 브래그 격자   #광섬유 센서  

표/그림 (7)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

  • FBG를 온도 챔버에 넣고 온도를 변화시키며 파장을 측정하였다. 그림 5는 대역폭이 0.
  • 이 연구에서는 FBG의 변형 또는 온도의 변화에 따른 파장 이동을 AWG 측정 시스템과 스펙트럼 측정기로 각각 측정하고 비교하여 민감도의 주기성이 FBG 반사스펙트럼의 대역폭의 증가를 통해서 개선이 가능함을 확인하였다. 또한, 12개의 직렬 연결된 아크릴레이트 재코팅된 다채널 광섬유격자들의 파장 이동을 동시에 측정하였고, 광섬유격자의 온도에 따른 파장의 민감도를 측정하였다.
  • 평판형 광도파로 기술로 제작된 50-GHz, 96-채널 AWG를 활용하여 파장 측정 시스템을 개발하였고, 재코팅하지 않은 FBG와 아크릴레이트 코팅된 12개의 FBG에 대하여 온도에 따른 파장 변화를 측정하였다. 센서소자로서의 FBG의 반사스펙트럼 대역폭이 온도에 무관한 민감도를 확보하는데 긴요하며, 대략 3-dB 대역폭이 0.

대상 데이터

  • 그림 1의 실험 장치는 광대역 광원에서 방출되고 FBG에서 반사된 스펙트럼의 빛이 AWG에서 각 채널의 파장 대역으로 분리되고 검출된 출력이 신호 처리되는 측정 과정을 보여준다. 광섬유 증폭기를 장착한 ASE (amplified spontaneous emission) 광원을 사용하였고 AWG 각 채널의 출력은 배열형 광검출기(PD)와 ADC (analog to digital convertor)를 포함한 자료처리(data acquisition, DAQ) 기판을 지나게 된다. PC에 입력되는 AWG 96-채널의 출력을 바탕으로 spline 보간법 프로그램을 적용하여 스펙트럼 곡선을 얻는다.
  • 외부 환경의 여러 요인에서 보호하기 위하여 모두 직경 270 µm로 아크릴레이트(acrylate) 재코팅된 FBG (Alxenses)를 사용하였다.

이론/모형

  • 광섬유 증폭기를 장착한 ASE (amplified spontaneous emission) 광원을 사용하였고 AWG 각 채널의 출력은 배열형 광검출기(PD)와 ADC (analog to digital convertor)를 포함한 자료처리(data acquisition, DAQ) 기판을 지나게 된다. PC에 입력되는 AWG 96-채널의 출력을 바탕으로 spline 보간법 프로그램을 적용하여 스펙트럼 곡선을 얻는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
광섬유 브래그 격자는 무엇으로 활용되는가? 광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating, FBG)는 변형(strain), 온도 및 압력과 같은 다양한 환경 요인을 측정하는 광섬유 센서 소자로 활용되고 있다[1]. FBG는 브래그 파장이라는 고유한 자기 참조 기능을 가지고 있어서 광원이나 광로의 여러 환경적 요인으로 인한 빛의 세기의 섭동에 무관하고 단일 광섬유로 연결된 센서 소자들의 다중화가 가능하다.
배열형 도파로격자는 무엇인가? 배열형 도파로격자(array waveguide grating, AWG)는 파장 다중화(wavelength multiplexing) 기능을 갖는 평판형 광도파로 소자이다. AWG를 활용하여 준분포형으로 배열된 여러 FBG들의 반사 스펙트럼 파장 변화를 동시에 빠르게 측정하는 기술이 제안되었다[2,3].
50-GHz, 96-채널 AWG을 활용하여 파장 측정 시스템을 개발한 후, 재코팅하지 않은 FBG와 아크릴레이트 고정된 FBG에 대한 온도 및 파장 변화를 측정한 결과는 어떠한가? 평판형 광도파로 기술로 제작된 50-GHz, 96-채널 AWG를 활용하여 파장 측정 시스템을 개발하였고, 재코팅하지 않은 FBG와 아크릴레이트 코팅된 12개의 FBG에 대하여 온도에 따른 파장 변화를 측정하였다. 센서소자로서의 FBG의 반사스펙트럼 대역폭이 온도에 무관한 민감도를 확보하는데 긴요하며, 대략 3-dB 대역폭이 0.3 nm보다 넓을 때 파장-온도 선형성을 확보할 수 있다. 운용온도 -25~85°C 구간에서 아크릴레이트 재코팅된 0.38 nm 대역폭을 갖는 12개의 FBG의 파장-온도 민감도는 0.01 nm/°C에서 0.018 nm/°C까지 변화하였으며, 50-GHz 96-채널 AWG 기반 FBG 온도 센서 상용화 가능성을 확인하였다.
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참고문헌 (9)

  1. A. D. Kersey, M. A. Davis, H. J. Patrick, M. LeBlanc, K. P. Koo, C. G. Askins, M. A. Putnam, and E. J. Friebele, "Fiber grating sensors," J. Lightwave Technol. 15, 1442-1463 (1997). 

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  2. Y. Sano and T. Yoshino, "Fast optical wavelength interrogator employing arrayed waveguide grating for distributed fiber Bragg grating sensors," J. Lightwave Technol. 21, 132-139 (2003). 

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  3. D. C. C. Norman, D. J. Webb, and R. D. Pechstedt, "Extended range interrogation of wavelength division multiplexed fibre Bragg grating sensors using arrayed waveguide grating," Electron. Lett. 39, 1714-1716 (2003). 

    상세보기 crossref

  4. P. Niewczas, A. J. Willshire, L. Dziuda, and J. R. McDonald, "Performance analysis of the fiber Bragg grating interrogation system based on an arrayed waveguide grating," IEEE Trans. Instrum. Meas. 53, 1192-1196 (2004). 

    상세보기 crossref

  5. G. Fusiek, P. Niewczas, A. J. Willshire, and J. R. McDonald, "Nonlinearity compensation of the fiber Bragg grating interrogation system based on an arrayed waveguide grating," IEEE Trans. Instrum. Meas. 57, 2528-2531 (2008). 

    상세보기 crossref

  6. D. Robertson, P. Niewczas, and J. R. McDonald, "Interrogation of a dual-fiber-Bragg-grating sensor using an arrayed waveguide grating," IEEE Trans. Instrum. Meas. 56, 2641-2645 (2007). 

    상세보기 crossref

  7. H. Su and X. G. Huang, "A novel fiber Bragg grating interrogating sensor system based on AWG demultiplexing," Opt. Commun. 275, 196-200 (2007). 

    상세보기 crossref

  8. H. M. Moon, S. C. Kwak, K. Im, J. B. Kim, and S. Kim, "Wavelength interrogation system for quasi-distributed fiber Bragg grating temperature sensors based on a 50-GHz array waveguide grating," IEEE Sensors J. 19, 2598-2604 (2019). 

  9. A. Y. Choi and K. H. Youn, "Thermal and electrical properties of polyacrylate/carbon nanotube composite sheet," Elastomers Compos. 46, 231-236 (2011). 

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