일반기술

장주기 광섬유 격자를 이용한 광섬유 레이저센서 시스템

본 기술은 광섬유 브래그격자(FBG)를 이용한 광섬유 레이저(공진기) 및 광섬유 장주기 격자를 광학필터로 사용하는 all-fiber 파장 변환기로 이루어지는 광섬유 격자 레이저 센서에 관한 것이다.기존의 FBG센서에 가해진 물리량은 FBG에서 반사되는 광폭스펙트럼의 파장성분을 파악하거나, 또는 FBG를 광섬유 레이저 공진기의 반사경으로 사용하여 그 발진파장을 관측하므로써 알아낼 수 있다. 광폭광원을 이용하는 경우 동작이 안정적이고 비용이 저렴하다는 장점이 있으나, FBG에서 반사되는 빛의 양은 그리 크지 않으므로 센서출력의 크기와 신호 대 잡음비가 낮다는 단점을 가지고 있다.반면, 본 기술에서는 광섬유 브래그 격자를 광섬유 레이저의 파장선택 반사경과 센서헤드로 동시에 사용함으로써, 출력신호의 레벨과 신호 대 잡음비를 향상할 수 있고, 브래그 격자에 가해지는 물리량에 따라 변화하는 브래그 파장의 변화를 넓은 동작영역에서 측정하고, 매질에 따른 센서의 설계를 용히하게 하기 위하여 장주기 광섬유 격자를 광학필터로 이용하도록 구현할 수 있다.본 기술에 의한 광섬유 레이저 센서 시스템은 일측에는 광섬유 레이저의 파장선택 반사경과 센서헤드로 동시에 사용되는 광섬유 브래그 격자를 배치하고, 타측에는 미러가 배치되는 공진기와, 공진기로부터 광섬유 레이저 출력 신호를 두 개의 동일한 광신호로 분할하기 위한 광섬유 커플러와, 분할된 광신호 중 하나를 수용하여 기준광검출기에서 기준 전류를 발생하는 기준아암 및 분할된 광신호 중 다른 하나를 수용하여 신호광검출기에서 신호 전류를 생성하는 신호아암으로 구성된 브래그 파장 변환기로 구성되어 있다.이와 같이 이루어진 본 기술에 의하면, 벌크 필터를 사용할 경우에 비하여 시스템의 안정성과 효율 및 센서 제작상의 경제성을 현격하게 증가시킬 수 있고, 장주기 격자의 제조과정중 적절한 간격을 가지는 광량마스크와 자외선 조사시간의 조절을 통하여 대역소거 곡선의 깊이와 폭을 조절할 수 있으므로 센서의 정밀도와 파장영역을 자유롭게 선택할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 광섬유 격자에 가해지는 외부 인장력과 동적인 진동 신호에 대한 해석을 할 수 있으며, 센서에 가해지는 온도 변화에 대해서도 인장력과 동일한 해석이 가능하여 지능구조물에 적용할 센서 네트워크의 실현을 위하여 다중점에 대한 신호 해석을 가능하게 할 수 있다는 효과가 있다.