초록 ▼

가. 광손실측정기는 크게 광원부와 수광부로 분류할 수 있으며 광원부는 LD driver 회로와 온도 보상회로로 구성하며 Microprocessor 회로를 삽입함으로써 안정화 광원을 구현할 수 있고 수광부는 PD driver 회로를 포함하여 A/D 변환기, Microprocessor회로, Keyboard 회로, LCD display회로, Amp 회로, I-V 변환회로로 구성하며 특히 Amp 회로의 입력 바이어스 전류에 의한 오차를 줄이기 위하여 비선형 오차보정법을 사용함으로써 파장 측정 안정도와 0.01dB인 광멀티메터를 구현하였다.

가. 광손실측정기는 크게 광원부와 수광부로 분류할 수 있으며 광원부는 LD driver 회로와 온도 보상회로로 구성하며 Microprocessor 회로를 삽입함으로써 안정화 광원을 구현할 수 있고 수광부는 PD driver 회로를 포함하여 A/D 변환기, Microprocessor회로, Keyboard 회로, LCD display회로, Amp 회로, I-V 변환회로로 구성하며 특히 Amp 회로의 입력 바이어스 전류에 의한 오차를 줄이기 위하여 비선형 오차보정법을 사용함으로써 파장 측정 안정도와 0.01dB인 광멀티메터를 구현하였다.
(1) 주요기능 설명
(가) LD 구동 및 광 출력 안정화 회로
. Laser diode 는 LED 에 비해 온도에 따른 광 출력의 변화가 매우 심하며, 고출력의 경우 광이 출력되는 동안 일정량의 온도가 지속적으로 상승하여 광출력의 변화는 더더욱 심해진다. 일반적으로 사용되는 Laser diode 는 온도에 따라 Ith 가 증가하므로 일정한 바이어스 전류를 흘려주었을 경우 광 출력이 감소하게 된다. 따라서 LD구동회로는 온도의 영향을 최소 화 시키기위해 우선적으로 정상온도(25°C)에서 안정화되어야 하며 이후 온도 변화에 따른 광 출력 변화는 모니터 PD에서 출력되는 전류를 기준으로 궤환회로를 거쳐 안정화시키게 된다. 개발에서는 온도에 따른 광 출력 변화율을 ± 0.1dB 이내로 설정하였고, 1best 단자에 유입하는 전류의 량을 제어하여 출력 광파워를 조정할 수 있다. 모니터용 PD에서 광전 변환된 전류는 Vf 단자에 전압으로 변환되어 자체 궤환회로를 구성하고 설정값 -3dBm 사이에서 온도에 따른 안정화 회로로 동작한다.
(나) 광원 안정화 회로
. 휴대용 광원을 제작함에 있어 가장 시간이 많이 소요된 부분중하나가 전원부분이다. 본 개발에서는 스텝-업 레귤레이터 IC를 이용하여 전지동작 시스템의 전원관리를 할 수 있도록 하고 0.8V~6V 까지의 전원입력에 대하여 5V 의 전압을 출력해줄 수 있는 전원용 IC 칩은 이때 스텝-업 작용으로 인해 리플이 많으므로 추가로 J-K flip/flop 과 단안정 멀티 바이브 레이터를 이용하여 전원단 IC의 SHDN(SHOWTDOWN)기능을 제어함으로써 푸쉬버튼을 클릭만으로 전원을 온/오프시킬수 있도록 하고, 자동전원 차단 기능까지를 내장 한다.
(다) A/D 변환회로
. 입사된 광의 파워가 어느정도의 손실치를 나타내는지 읽어내기 위해서는 이를 사용자가 판독할 수 있는 형태로 Data 의 변환과정이 이루어져야 하며 이러한 과정을 마이크로프로세서가 처리하기 위해서는 Analog 신호인 전압이 Digital 형태, 즉 이진수로 변환이 선행되어야 한다. 따라서 A/D 변환기는 입력을 0~3.6V 사이의 전압을 Digital 로 변환할수 있는 모델이요구되어지며 또 한 소숫점 이하의 2 자리수까지 계산해 내기 위해서는 12비트의 분해능을 가져야한다. 변환기의 Offset 에러를 줄이기 위하여 입력단에 Offset 조정용 앰프를 구성하였다. 내부에는 4.096V의 기준전압을 가지고 있으나, 외부에 별도의 기준전압 발생회로를 부가하여 전압변환 범위를 0~2.5V 사이로 구성하고 또한 전원 노이즈의 영향을 줄이기 위하여 Op-Amp의 전원회로와 마찬가지로 저역통과 필터를 부착하여 구성한다.
(라) Microprocess
. 프로세서는 Main 보드에서 측정치 표시, 키보드 입력, 설정조건 백업, GP-IP 제어 기능등을 수행하며, 측정보드에서는 이득제어, Offset-Zero, A/D 변환기능으로 구성되어 있다. 두 개의 프로세서는 서로 양방향 통신을 하며, Main에서 Sub 보드로 측정조건에 대한 데이터를 전송하며, Sub 보드에서는 측정결과를 19600 bps 의 속도로 Main 보드로 전송하도록 한다. 한편 프로세서의 외부에 각각 256Kbyte 의 ROM 과 RAM을 연결하였고, 각각 메모리의 제어신호는 프로세서의 RD,WR 그리고 어드레스 신호를 디코드 함으로써 쉽게 구성할수 있다. EEPROM으로 측정시에 설정되었던 각각의 조건들을 매번 자동으로 저장하므로 측정시 재설정이 필요없이 사용할 수 있도록구성하였다. Sub 마이크로 프로세서 회로에서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 변환기 및 얻어진 데이터를 수집 하여 앰프의 이득을 제어하며 암전류에 의해 생성되는 Offset 전압을 읽어들이기 위한 Bipolar 전압측정용 A/D 변환기와 D/A 변환기를 제어한다. Sub 회로는 측정부분에 관련된 모든 신호의흐름을 관리하고 측정하여 시리얼 통신으로 Main 회로의 프로세서에게 테이터를 전송하며, 위의 동작들은 Main 회로의 지시를 받도록 구성한다.
(마) DISPLAY
. 표시부에는 소숫점과 부호를 표시할수 있으며, 각각의 측정상태와 측정이 진행중임을 알리는 램프가 구성되어 있어현재의 측정상태를 한눈에 알아볼수 있도록 구성 한다.
(바) PCB Artwork
. PCB Artwork 은 ORCAD 사의 ORCAD LAYOUT PLUS를 이용하여 배선 두께는 0.2mm를 가장 많이 사용 하고 전원라인과 GND 에서는 각각 0.5mm를 사용하도록 Design한다. 한편 V-CUT을 이용하여 키보드의 기판을 따로 떼어 사용할 수 있게 구성하고 이때 사용하는 기판은 양면 EPOXY 기판이다.

Abstract ▼

The Optical loss tester which is ultimate object of this development consists of a optical stabilization source and a optical power-meter, and this development have focused on the stabilized optical stabilization source of two wave length used essentially for the test of optical part's property and

The Optical loss tester which is ultimate object of this development consists of a optical stabilization source and a optical power-meter, and this development have focused on the stabilized optical stabilization source of two wave length used essentially for the test of optical part's property and the preservation and repair of a optical line and the optical power meter to be able to measure a optical loss.
We used a product which have 2mW output as a maximum for two wave length optical stabilization source with considering the optical scientific margin for stable output of optical output power generated from a laser diode, and the goal value of the development is -3dB and it is 0.5mW and the realization of optical output stabilization in range less than ± 0.2dB even in temperature or environmental change is also important. The optical output is able to generate light of 1310nm and 1550nm independently and have the ability to generateCW light for the preservation and repair of lines.

목차 Contents

• 표지 ...2
• 제출문 ...4
• 요약문 ...5
• SUMMARY ...10
• CONTENTS ...12
• 목차 ...15
• 표차례 ...21
• 그림차례 ...22
• 제1장 서론 ...26
• 제1절 기술개발의 배경 및 최근 연구동향 ...26
• 제2절 기술개발의 목적 및 중요성 ...28
• 1. 기술개발의 필요성 ...28
• 2. 기술개발의 활용성 ...29
• 제2장 연구개발 내용 ...31
• 제1절 이론적 배경 ...31
• 1. 광섬유 구조 및 빛의 도파 특성 ...31
• 가. 기본구조 ...32
• 나. 개구수(NA: Numerical Aperature) ...34
• 다. 전송손실 ...34
• 라. 분산 ...35
• 2. 종류 및 특성 ...35
• 가. 석영계 광섬유 ...36
• 나. Step Index Multimode Fiber(SIMMF) ...37
• 다. Graded Index Multimode Fiber(GIMMF) ...37
• 라. 단일모드 광섬유 ...38
• 마. 다성분 광섬유 ...39
• 바. 플라스틱 클래드 광섬유 ...40
• 사. 플라스틱 광섬유 ...40
• 아. 특수 광섬유 ...41
• 자. 편광유지 광섬유 ...42
• 3. 전송매체로써 광섬유의 이점 ...43
• 가. 광대역성 ...43
• 나. 저손실 ...44
• 다. 소형 및 경량 ...44
• 라. 무유도성 ...44
• 마. 안전성 ...45
• 4. 광섬유 개발 동향 ...45
• 5. 가우시안 빔의 해석 ...48
• 6. 광섬유 모드이론 ...51
• 가. 기하 광학적 전파특성 해석 ...53
• 나. 파동 광학적 전파특성 해석 ...55
• 7. 광섬유 접속 손실 요인분석 ...64
• 가. 광섬유간의 단면 갭에 의한 손실 ...69
• 나. 광섬유들 간의 기울기 각에 의한 접속 손실 ...72
• 다. 광섬유들 사이의 축 어긋남에 의한 손실 ...74
• 8. 광섬유 결합손실 측정 ...76
• 가. Cut-Back 방법을 이용한 결합손실 측정 ...76
• 나. 후방산란광법을 이용한 결합손실 측정 ...77
• 제2절 광 손실 요인분석 ...82
• 제3절 광 파워측정 시스템 회로설계 및 조건 분석 ...85
• 1. PIN 포토다이오드 ...85
• 가. 회로 (I) ...92
• 나. 회로 (II) ...93
• 다. 회로 (III) ...94
• 라. 회로 (IV) ...96
• 2. I-V 변환기 ...98
• 3. 스위칭 소자의 특성 분석 ...100
• 4. 자동이득 제어 방법 ...102
• 5. AMP 회로 ...103
• 6. OFFSET ZERO ...106
• 7. FILTER ...108
• 8. 비선형 오차보정법 ...110
• 가) 오차보정 ...110
• 나) 오차보정 원리 ...111
• 9. A/D 변환기 ...112
• 10. Micro-controller ...117
• 11. KEYBOARD ...119
• 12. DISPLAY ...121
• 제4절 광원 시스템 회로 설계 ...122
• 1. 레이저 이론적 배경 ...122
• 가. 빛의 증폭 ...123
• 나. 밀도반전 방법 ...125
• 다. 레이저의 구성 3요소 ...127
• 라. 레이저의 발진 모드 ...130
• 2. LED의 개요 ...133
• 가. LED 동작 원리 ...136
• 나. 발광 다이오드의 대표특성 ...139
• 다. 형상 ...141
• 3. 빛 방출 원리 ...142
• 가. 자연 방출 ...145
• 나. 유도방출 ...148
• 4. 레이져 다이오드 특성 ...148
• 5. 레이져 다이오드 구동회로 ...154
• 가. 광 파워 안정화 제어부 ...154
• 나. 광 출력 검출 회로 ...157
• 6. 광원 제어 회로 ...159
• 7. 전원회로 구성 ...161
• 8. 온도 보상 회로 ...167
• 9. 주파수 발생 회로 ...169
• 10. PCB Artwork ...171
• 제3장 시제품 제작 및 성능 시험 ...174
• 제1절 시제품 제작 ...174
• 1. 시스템 회로도 ...174
• 가. 파워메터 AMP 회로 ...174
• 나. 파워메터 DIGITAL MAIN 회로 ...175
• 다. 광원 디지털부와 전원부 ...176
• 라. 레이져 다이오드 구동부 ...177
• 2. 인쇄 회로 기판 PCB ...178
• 가. 광 파워메터 ...178
• 나. 광원 디지털 제어부 ...179
• 다. 광원 레이져 구동부 모듈 ...180
• 3. 광원 ...180
• 가. 초기 광원 사진 ...180
• 나. 모듈화 한 광원사진 ...181
• 다. 광원 외형 사진 ...182
• 라. 개발된 광원 내부 사진 ...183
• 4. 광 파워 메터 ...184
• 가. 광 파워 메터 외형사진 ...184
• 나. 광 파워메터의 키보드와 디스플레이 사진 ...185
• 다. 광 파워메터 내부 사진 ...186
• 5. 광 손실 측정 실험 사진 ...187
• 제2절 광 손실 측정 장치 실험 ...188
• 1. 광파워메터 성능시험 ...188
• 2. 광원 성능 시험 ...193
• 3. 광 파워와 출력전류와의 관계 표 ...197
• 제4장 결론 ...199
• 제1절 연구 개발 결과 ...199
• 제2절 기대효과 및 사용화 계획 ...203
• 1. 사업화 계획 ...203
• 가. 제조 ...203
• 나. 판매방안 ...204
• 다. 필요시설 확보 ...204
• 2. 시장진입 장애 요소 및 해소방안 ...204
• 가. 장애요소 ...204
• 나. 해소방안 ...205
• 3. 추진일정 ...206
• 4. 수익성 ...207
• 참고문헌 ...209
• 기술개발결과 요약표 ...211
• 1. 기술개발결과 내역 ...211
• 2. 지적재산권 명세(반드시 기입 요망) ...211