일반기술

편광을 이용하는 광섬유 센서의 수신감도 향상장치

광의 편광을 이용하는 센서들의 구성은 그 종단에 편광기(polarizer)를 두는 것들이 매우 많다. 그 편광기의 역할은 센싱이 일어나는 부분에서 발생하는 편광의 변화를 광의 출력 크기의 변화로 변환해 주는 역할을 주로 하게 된다. 특히 광의 편광변화는 광섬유 내에서 광이 진행할 경우에 광섬유의 복굴절과 주변 여건의 상관관계에 따라 쉽게 변하기 때문에 광섬유로 구성된 편광 감지 센서들이 많이 개발되어 왔다. 그런데, 편광기는 편광기의 축과 광의 편광이 이루는 각도를 라고 하면, 편광기를 통과하는 광의 출력이 Malus 법칙에 의해 에 비례한다. 따라서 가 45°를 기준으로 번화할 때 최대 감도를 얻을 수 있고, 만일 이 기준점이 0°나 90°로 옮겨진다면 감도는 이론적으로 零으로 떨어지게 된다. 그런데 광섬유 내에서 광이 진행할 때에는 복굴절이 전체적으로도 drift하게 되므로 이 기준점이 처음에 45°에 맞추어 놓더라도 시간이 지나면서 감도가 떨어지는 방향으로 이동할 수 있다. 본 발명은 이렇게 광섬유의 복굴절이 전체적으로 변화하더라도 수신 감도가 항상 유지될 수 있도록 개선된 장치를 제안하고 있다.기존의 광섬유에서 광의 편광변화를 이용한 센서에서 편광기 하나 만을 사용하여 광의 출력변화를 관찰하게 되면 위에서 언급한 수신감도가 떨어지는 현상을 겪게 된다. 이를 보완하기 위해 광섬유의 종단과 편광기 사이에 편광조절기를 삽입하여 기준점이 항상 45°가 되도록 하는 방안도 고안되었으나, 그 방법은 항상 신호를 관찰하면서 편광조절기를 인위적으로 조절해야 하는 번거로움이 있었고, 또한 그것을 구현하기 위한 알고리즘도 그리 단순히 작성될 수 있는 것이 아니었다. 본 발명에서는 이러한 단점을 보완하고 항상 최적의 수신감도를 얻기 위해, 편광이 변화된 광을 바로 편광기에 넣지 않고 PBS(편광분리기 : Polarizing Beam Splitter)를 거쳐 서로 수직인 두 개의 선편광으로 분리한 뒤 그 각각을 편광기의 축과 45°의 각을 이루도록 편광기에 입사시키는 것을 특징으로 하고 있다. 이렇게 해 주면 센싱 부분에서 광의 편광이 어떤 변화를 겪더라도, 각각의 편광기를 거쳐 나오는 광은 항상 최대의 감도를 가지는 45°를 기준점으로 삼게 되어 수신 감도에 아무런 지장을 주지 않게 된다.