이 발명은 광섬유 증폭기 및 광섬유 격자 파장 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 장주기 격자쌍과 이 두 개의 장주기 격자 사이에 삽입되어 있는 어븀 첨가 광섬유(erbium-doped fiber;EDF)(이하, EDF라 명명함)를 이용하여 광섬유를 통하여 전송되는 광신호를 증폭하는 증폭기와, 이러한 증폭기를 이용하여 광섬유 브래그 격자의 파장을 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical fiber amplifier and an optical fiber grating wavelength measuring device, and more specifically, an erbium-doped fiber (EDF) interposed between a long period grating pair and the two long period gratings (hereinafter referred to as EDF). An amplifier for amplifying an optical signal transmitted through an optical fiber using an optical fiber, and an apparatus for measuring the wavelength of an optical fiber Bragg grating using such an amplifier.
인터넷과 같은 데이터 통신량의 폭발적인 증가에 대비하기 위해 파장분할 다중화(wavelength division multiplexing: WDM) 통신 기술을 이용하여 광통신 시스템의 전송 용량을 증가시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이에 따라 광중계기를 광증폭기로 대치하고 있다.In order to prepare for the explosive increase in data traffic such as the Internet, research is being actively conducted to increase transmission capacity of optical communication systems using wavelength division multiplexing (WDM) communication technology. Replace with.
이러한 광증폭기로 어븀(Erbium)이라는 희토류 금속을 도핑한 광섬유 증폭기가 각광받고 있으나, 종래의 광증폭기에서는 광신호의 파장에 상관없이 광신호가 항상 일정한 이득(gain)으로 증폭되는 단점이 있다.Optical fiber amplifiers doped with a rare earth metal called erbium have been spotlighted as such optical amplifiers. However, conventional optical amplifiers have a disadvantage in that an optical signal is always amplified with a constant gain regardless of the wavelength of the optical signal.
한편, 광통신용 및 광섬유 센서용으로 널리 쓰이고 있는 광섬유 격자는, 일반적으로 광섬유에 강한 자외선 레이저를 조사함으로써 발생되는 광섬유 코어(core) 내에서의 굴절률 변화에 의해 만들어진다.On the other hand, optical fiber gratings, which are widely used for optical communication and optical fiber sensors, are generally made by a change in refractive index in an optical fiber core generated by irradiating a strong ultraviolet laser to the optical fiber.
광섬유에 강한 자외선 레이저를 조사하여 발생되는 광섬유의 굴절률 변조 주기 등의 특성에 따라 형성되는 광섬유 격자는 단주기 광섬유 격자, 장주기 광섬유 격자 등으로 분류되고, 각기 특성에 따라 특정 파장에 대한 반사 및 투과 필터 등으로서 사용 및 연구되고 있다.Fiber gratings formed according to the characteristics of the refractive index modulation period of the optical fiber generated by irradiating a strong ultraviolet laser to the optical fiber are classified into a short period optical fiber grating, a long period optical fiber grating, and the like, and reflecting and transmitting filters for specific wavelengths according to their characteristics. It is used and studied as such.
이러한 광섬유 브래그 격자를 토대로 하는 광섬유 옵틱(optic) 센서용 파장 응답 구조 즉, 파장 측정 장치는 해당 분야에서 활발하게 연구되어 왔다. 온도 및 스트레인을 검출하는 광섬유 센서에서는 브래그 격자 파장의 이동을 정확하게 검출하는 것이 센서의 성능을 향상시키는데 매우 중요하다.The wavelength response structure for the optical fiber optical sensor, that is, the wavelength measuring device based on the optical fiber Bragg grating, has been actively studied in the art. In optical fiber sensors that detect temperature and strain, accurate detection of Bragg grating wavelength shifts is critical to improving sensor performance.
파이버 에지 필터(fiber edge filter), 튜너블 파이버 페브리-페로 필터(tunable-fiber Fabry-Perot filters) 및 튜너블 음향 필터(tunable acousto-optic filter)를 토대로 하는 파장 측정 장치들이 제안되고 있으나, 이러한 구조들은 정확한 파장 이동을 검출하는데 충분한 분해능(resolution)을 제공하고 있지 않다.Wavelength measuring devices based on fiber edge filters, tunable-fiber Fabry-Perot filters and tunable acousto-optic filters have been proposed. The structures do not provide sufficient resolution to detect accurate wavelength shifts.
광섬유 격자 센서의 파장을 검출하는 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer)(이하, MZI라 명명함)는 광대역에 걸쳐서 파장 이동을 검출하는데 높은 분해능을 가지지만, 주위 온도에 매우 민감하기 때문에 주위 온도에 따라 간섭 신호 출력이 고정되지 않고 흔들리게(drift)되는 단점이 있다.The Mach-Zehnder interferometer (hereinafter referred to as MZI), which detects the wavelength of an optical fiber grating sensor, has a high resolution for detecting wavelength shift over a wide band, but is very sensitive to ambient temperature, As a result, the interference signal output is not fixed and drifts.
또한 MZI에서 이러한 온도 변화에 따른 불안(perturbation)을 피하기 위해서는, MZI가 완벽하게 온도에 영향을 받지 않도록 처리하거나, 또는 별도의 참조 격자(reference grating)를 삽입해야 하는 단점이 있다.In addition, in order to avoid perturbation due to the temperature change in the MZI, the MZI must be processed so as not to be completely affected by the temperature, or a separate reference grating may be inserted.
이 발명이 이루고자 하는 제1 기술적 과제는 광섬유를 통하여 전송되는 광신호의 파장에 따라 이득이 달라지는 광섬유 증폭기를 제공하고자 하는데 있다.The first technical problem to be achieved by the present invention is to provide an optical fiber amplifier whose gain varies depending on the wavelength of the optical signal transmitted through the optical fiber.
또한 이 발명이 이루고자 하는 제2 기술적 과제는 이러한 광섬유 증폭기를 이용하여 광섬유 브래그 격자의 파장을 정확하게 측정할 수 있으며, 온도 변화에 대한 면역성이 뛰어난 파장 측정 장치를 제공하고자 하는데 있다.In addition, the second technical problem to be achieved by the present invention is to provide a wavelength measuring device that can accurately measure the wavelength of the optical fiber Bragg grating using such an optical fiber amplifier, and excellent in immunity to temperature changes.
도 1은 이 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 증폭기의 구조를 나타낸 도이다.1 is a diagram showing the structure of an optical fiber amplifier according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 이 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 격자 파장 측정 장치의 구조를 나타낸 도이다.2 is a diagram showing the structure of an optical fiber grating wavelength measuring device according to a second embodiment of the present invention.
도 3은 이 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 증폭기의 투과 스펙트럼을 나타낸 도이다.3 is a diagram showing a transmission spectrum of the optical fiber amplifier according to the first embodiment of the present invention.
도 4는 이 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 격자 파장 측정 장치에서 검출된 신호를 나타낸 도이다.4 is a diagram illustrating a signal detected by the optical fiber grating wavelength measuring device according to the second embodiment of the present invention.
이러한 제1 기술적 과제를 달성하기 위한 이 발명의 특징에 따른 광섬유 증폭기는, 광섬유의 코어에 형성되어 있는 제1 및 제2 장주기 격자;및 상기 제1 및 제2 장주기 격자 사이에 형성되어 있는 EDF를 포함한다.According to an aspect of the present invention, an optical fiber amplifier includes: first and second long period gratings formed in a core of an optical fiber; and an EDF formed between the first and second long period gratings. Include.
이러한 광섬유 증폭기의 제1 장주기 격자는 인가되는 광신호의 일부를 광섬유의 클래딩(cladding)으로 커플(couple)시키고 나머지 광신호는 코어를 통하여 상기 EDF로 전송하고, EDF는 코어를 통하여 전송되는 광신호를 증폭하여 출력하며, 제2 장주기 격자는 EDF를 통하여 출력되는 광신호와 클래딩을 통하여 전송되는 광신호를 커플시켜 출력한다. 따라서, 광섬유를 통하여 전송되는 광신호의 파장에 따라 광섬유 증폭기에서 출력되는 광신호의 이득이 달라진다.The first long period grating of the optical fiber amplifier couples a part of the applied optical signal to the cladding of the optical fiber, and transmits the remaining optical signal to the EDF through the core, and the EDF transmits the optical signal through the core. Amplifies and outputs the second long period grating, and couples the optical signal output through the EDF and the optical signal transmitted through the cladding. Therefore, the gain of the optical signal output from the optical fiber amplifier varies according to the wavelength of the optical signal transmitted through the optical fiber.
이 발명의 제2 기술적 과제를 달성하기 위한 이 발명의 특징에 따른 광섬유 격자 파장 측정 장치는, 광섬유의 코어에 형성되어 있는 제1 및 제2 장주기 격자와 상기 제1 및 제2 장주기 격자 사이에 형성되어 있는 EDF를 포함하며, 입력되는 광신호를 증폭하여 출력하는 광섬유 증폭기; 상기 광섬유 증폭기에서 증폭된 다음에 광섬유 격자에 의하여 반사되는 광신호를 수광하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하는 광검출기; 상기 광검출기에서 출력되는 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기;및 상기 증폭기에서 증폭된 신호에 따른 파형을 표시하는 파형 표시기를 포함한다.In order to achieve the second technical problem of the present invention, an optical fiber grating wavelength measuring device according to a feature of the present invention is formed between first and second long period gratings formed on a core of an optical fiber and the first and second long period gratings. An optical fiber amplifier including an EDF and amplifying and outputting an input optical signal; A photodetector which receives an optical signal reflected by the optical fiber grating after being amplified by the optical fiber amplifier and outputs a corresponding electrical signal; An amplifier for amplifying and outputting a signal output from the photodetector; and a waveform indicator for displaying a waveform according to the signal amplified by the amplifier.
이외에도 상기 광섬유 증폭기로 펌프 신호를 공급하는 레이저 다이오드; 및 상기 레이저 다이오드로 전류를 공급하여 상기 레이저 다이오드를 구동시키고, 상기 레이저 다이오드의 입력 전류를 변조시키는 제너레이터(generator)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 광섬유 증폭기와 센서 헤드(sensor head) 광섬유 브래그 격자 사이에 위치되어 상기 광섬유 브래그 격자에 의하여 반사되는 광신호가 상기 광섬유 증폭기로 입사되는 것을 방지하는 광 아이솔레이터(isolator)를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition to the laser diode for supplying a pump signal to the optical fiber amplifier; And a generator configured to supply a current to the laser diode to drive the laser diode, and to modulate an input current of the laser diode. And an optical isolator positioned between the optical fiber amplifier and the sensor head optical fiber Bragg grating to prevent the optical signal reflected by the optical fiber Bragg grating from entering the optical fiber amplifier.
이하, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention may be easily implemented by those skilled in the art with reference to the accompanying drawings.
도 1은 이 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 증폭기의 구조를 도시하고 있다.1 shows the structure of an optical fiber amplifier according to a first embodiment of this invention.
첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 증폭기는, 코어(11)와 클래딩(12)으로 이루어지는 광섬유(10)의 코어(11)에 형성되어 있는 제1 및 제2 장주기 격자(20, 30)와, 제1 장주기 격자(20)와 제2 장주기 격자(30) 사이에 형성되어 있는 EDF(40)로 이루어진다.As shown in FIG. 1, the optical fiber amplifier according to the first embodiment of the present invention includes the first and the first formed in the core 11 of the optical fiber 10 including the core 11 and the cladding 12. It consists of two long-period gratings 20 and 30 and an EDF 40 formed between the first long-period grating 20 and the second long-period grating 30.
이러한 구조로 이루어지는 광섬유 증폭기의 작용에 대하여 설명한다.The operation of the optical fiber amplifier having such a structure will be described.
도시하지 않은 광원으로부터 조사된 광신호가 광섬유(10)의 코어(11)로 입사되면, 제1 장주기 격자(20)는 코어(11)로 입사된 광의 일부분을 클래딩(12)으로 커플시킨다. 이에 따라 입사된 광의 일부분은 제1 장주기 격자(20)에 의하여 클래딩 모드(cladding mode)로 커플되어 클래딩(12)으로 진행하고 나머지 부분은 코어(11)내에서 계속 진행하여 EDF(40)로 입력된다. 이 때, 입력되는 광신호의 파장에 따라 클래딩으로 커플되는 양이 달라지며, 클래딩 모드로 커플된 광은 단일 모드 광섬유의 클래딩 내에서 진행하게 된다.When an optical signal irradiated from a light source (not shown) is incident on the core 11 of the optical fiber 10, the first long period grating 20 couples a part of the light incident on the core 11 to the cladding 12. As a result, a part of the incident light is coupled to the cladding mode by the first long-period grating 20 to proceed to the cladding 12, and the remaining part proceeds in the core 11 to be input to the EDF 40. do. At this time, the amount of coupling to the cladding varies according to the wavelength of the input optical signal, and the light coupled to the cladding mode proceeds within the cladding of the single mode optical fiber.
EDF(40)를 펌프(pump)하면, 어븀 이온이 여기되어 EDF(40)의 코어에서 진행하는 광이 증폭되며, 그에 따라 코어(11)에 더 많은 빛이 남겨지고 펌프 조건이 높을수록 강도(intensity)가 더 커지게 된다.When pumping the EDF 40, the erbium ions are excited to amplify the light traveling at the core of the EDF 40, thus leaving more light in the core 11 and the higher the pump conditions, the higher the intensity ( intensity becomes greater.
클래딩(12)에서 진행하는 광과 코어(11)에서 진행하는 광 즉, EDF(40)를 통하여 증폭된 광이 제2 장주기 격자(30)에서 만나게 되면, 두 개의 광은 제2 장주기 격자(30)에 의하여 다시 커플되며 이에 따라 제2 장주기 격자(30) 뒤에 파장에 따라 투과율이 달라지는 간섭 프린지(interference fringes)가 나타난다. 이 경우에도 광신호의 파장에 따라 제2 장주기 격자(30)에 의하여 커플되는 양이 달라진다.When the light propagating in the cladding 12 and the light propagating in the core 11, that is, the light amplified through the EDF 40, are met at the second long period grating 30, the two lights are second long period grating 30. ) And then the interference fringes appearing behind the second long-period grating 30, whose transmittances vary depending on the wavelength. Even in this case, the amount coupled by the second long period grating 30 varies depending on the wavelength of the optical signal.
이와 같이, 광신호의 파장에 따라 제1 장주기 격자(20)에 의하여 클래딩 모드로 커플되는 양이 달라짐에 따라 코어(11)를 통하여 EDF(40)에 의하여 증폭되는 광신호의 크기가 달라지며, 또한, 파장에 따라 제2 장주기 격자(30)에 의해서도 커플되는 양이 달라지기 때문에, 이 발명의 실시예에 따른 광섬유 증폭기를 통하여 증폭되는 광신호의 이득은 광신호의 파장에 따라 달라지게 된다.As such, the amount of the optical signal amplified by the EDF 40 through the core 11 is changed according to the amount of coupling of the cladding mode by the first long period grating 20 according to the wavelength of the optical signal. In addition, since the amount coupled by the second long period grating 30 also varies depending on the wavelength, the gain of the optical signal amplified by the optical fiber amplifier according to the embodiment of the present invention varies depending on the wavelength of the optical signal.
다음에는 이러한 파장 의존성(wavelength-dependency)를 가지는 광섬유 증폭기를 이용하여, 광섬유 브래그 격자의 파장을 측정하는 파장 측정 장치에 대하여 설명한다.Next, a wavelength measuring apparatus for measuring the wavelength of an optical fiber Bragg grating using an optical fiber amplifier having such wavelength-dependency will be described.
도 2에 이 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 격자 파장 측정 장치의 구조가 도시되어 있다.2 shows a structure of an optical fiber grating wavelength measuring device according to a second embodiment of the present invention.
첨부한 도 2에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 격자 파장 측정 장치는, 광대역의 광원(100)과, 광원(100)의 출력측에 순차적으로 배열되어 있는 제1 커플러(150), 광섬유 증폭기(200), 광 아이솔레이터(250), 제2 커플러(300), 광섬유 브래그 격자(350)와, 제2 커플러(300)의 출력측에 연결된 광검출기(400) 및 락인 증폭기(lock-in amplifier)(450)와, 락인 증폭기(450)의 출력측에연결된 파형 표시기(500) 및 제너레이터(550)와, 제너레이터(550)의 출력측에 연결된 레이저 다이오드(laser diode)(600)로 이루어진다.As shown in FIG. 2, the optical fiber grating wavelength measuring device according to the second exemplary embodiment of the present invention includes a broadband light source 100 and a first coupler 150 sequentially arranged on the output side of the light source 100. ), The optical fiber amplifier 200, the optical isolator 250, the second coupler 300, the optical fiber Bragg grating 350, the photodetector 400 connected to the output side of the second coupler 300 and the lock-in amplifier in amplifier 450, a waveform indicator 500 and a generator 550 connected to the output side of the lock-in amplifier 450, and a laser diode 600 connected to the output side of the generator 550.
제1 및 제2 커플러(150,300)는 2×1 형태의 커플러이며, 제1 커플러(150)는 광원(100) 또는 레이저 다이오드(600)로부터 입력되는 광신호를 광섬유 증폭기(200)로 출력하고, 제2 커플러(300)는 광 아이솔레이터(250)로부터 출력되는 광신호를 광섬유 브래그 격자(350)로 출력하거나 광섬유 브래그 격자(350)로부터 반사되는 광신호를 광 검출기(400)로 출력한다.The first and second couplers 150 and 300 are 2 × 1 couplers, and the first coupler 150 outputs an optical signal input from the light source 100 or the laser diode 600 to the optical fiber amplifier 200. The second coupler 300 outputs an optical signal output from the optical isolator 250 to the optical fiber Bragg grating 350 or outputs an optical signal reflected from the optical fiber Bragg grating 350 to the optical detector 400.
광섬유 증폭기(200)는 제1 실시예와 동일한 구조로 이루어지며, 제1 커플러(150)로부터 입력되는 광신호를 해당 파장에 따라 서로 다른 이득으로 증폭하여 출력한다. 제너레이터(550)는 사인 형태의 입력 전류 신호를 출력하여 레이저 다이오드(600)를 구동시키며, 락인 증폭기(450)는 특정 주파수대의 광신호만을 증폭하여 출력하고, 파형 표시기(500)(oscilloscope)는 락인 증폭기(450)에 의해 증폭된 신호의 파형을 표시한다.The optical fiber amplifier 200 has the same structure as the first embodiment, and amplifies and outputs an optical signal input from the first coupler 150 with different gains according to a corresponding wavelength. The generator 550 outputs a sinusoidal input current signal to drive the laser diode 600, and the lock-in amplifier 450 amplifies and outputs only an optical signal of a specific frequency band, and the waveform indicator 500 (oscilloscope) is lock-in. The waveform of the signal amplified by the amplifier 450 is displayed.
이러한 구조로 이루어지는 이 발명의 제2 실시예에 따른 광섬유 격자 파장 측정 장치의 작용에 대하여 설명한다.The operation of the optical fiber grating wavelength measuring device according to the second embodiment of the present invention having such a structure will be described.
광대역 광원(100)으로부터 광신호가 제1 커플러(150)를 통하여 광섬유 증폭기(200)로 입사되면, 제1 실시예와 같이 광신호의 파장에 따라 광섬유 증폭기(200)의 장주기 격자에 의하여 코어내에 남겨지는 신호량이 달라지며, 코어에 남겨진 광신호가 EDF에 의하여 증폭된 다음에 나머지 장주기 격자에 의하여 다시 커플되면서 출력된다. 광섬유 증폭기(200)에 의하여 증폭된 광신호는 광 아이솔레이터(250)와 제2 커플러(300)를 통하여 광섬유 브래그 격자(350)로 입력되며, 이 때 광섬유 브래그 격자(350)의 반사 파장에 따라 특정 파장의 광신호만이 반사된다.When the optical signal from the broadband light source 100 enters the optical fiber amplifier 200 through the first coupler 150, it is left in the core by the long period grating of the optical fiber amplifier 200 according to the wavelength of the optical signal as in the first embodiment. The amount of lost signal varies, and the optical signal left in the core is amplified by the EDF and then output by being coupled again by the remaining long period grating. The optical signal amplified by the optical fiber amplifier 200 is input to the optical fiber Bragg grating 350 through the optical isolator 250 and the second coupler 300, and at this time, it is specified according to the reflection wavelength of the optical fiber Bragg grating 350. Only the optical signal of the wavelength is reflected.
광섬유 브래그 격자(350)에 의하여 반사된 광신호는 제2 커플러(300)를 통하여 광검출기(400)로 입력된다. 한편, 광섬유 브래그 격자(350)에 의하여 반사된 광신호는 광 아이솔레이터(250)에 의하여 광섬유 증폭기(200)로 입력되지 않는다.The optical signal reflected by the optical fiber Bragg grating 350 is input to the photodetector 400 through the second coupler 300. Meanwhile, the optical signal reflected by the optical fiber Bragg grating 350 is not input to the optical fiber amplifier 200 by the optical isolator 250.
광검출기(400)는 광섬유 브래그 격자(350)에 의해 반사된 광신호를 검출하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하며, 락인 증폭기(450)는 이 신호를 증폭하여 파형 표시기(500)로 출력한다. 따라서 파형 표시기(500)를 통하여 광섬유 브래그 격자(350)에 의하여 반사된 신호의 파형이 표시됨에 따라, 광섬유 브래그 격자(350)의 반사 파장을 측정할 수 있다.The photodetector 400 detects the optical signal reflected by the optical fiber Bragg grating 350 and outputs a corresponding electrical signal. The lock-in amplifier 450 amplifies the signal and outputs the signal to the waveform indicator 500. Therefore, as the waveform of the signal reflected by the optical fiber Bragg grating 350 is displayed through the waveform indicator 500, the reflection wavelength of the optical fiber Bragg grating 350 may be measured.
이 때, 제너레이터(550)를 이용하여 레이저 다이오드(600)로 입력되는 전류를 조절함에 따라, 광섬유 증폭기(200)에 의하여 증폭되는 코어 모드의 강도가 조절된다. 그러므로 레이저 다이오드(600)의 입력 전류를 조절하여 광섬유 브래그 격자의 반사 파장 이동을 용이하게 모니터링할 수 있다.At this time, by adjusting the current input to the laser diode 600 by using the generator 550, the intensity of the core mode amplified by the optical fiber amplifier 200 is adjusted. Therefore, by adjusting the input current of the laser diode 600, it is possible to easily monitor the reflection wavelength shift of the optical fiber Bragg grating.
이 발명에서는 다음과 같은 실험을 통하여 위에 기술된 실시예에 따른 광섬유 증폭기 및 광섬유 격자 파장 측정 장치의 성능을 측정하였다.In the present invention, the performance of the optical fiber amplifier and the optical fiber grating wavelength measuring device according to the embodiment described above was measured through the following experiment.
실험을 위하여, 각각 3㎝로 이루어지는 장주기 격자쌍을 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 단일 모드 광섬유의 코어상에 직렬로 배치하고 이 장주기 격자쌍 사이에 10㎝의 EDF를 접합하였다.For the experiment, long period grating pairs each consisting of 3 cm were placed in series on the core of a typical single mode optical fiber as shown in Fig. 1, and a 10 cm EDF was bonded between the long period grating pairs.
앰플리튜드 마스크(amplitude mask)를 통해 248㎚ KrF 레이저를 광섬유 코어로 조사하여 장주기 격자쌍을 형성하였으며, 이 장주기 격자쌍은 수소가 함유된 게르마노실리케이트(hydrogen-loaded germanosilicate) 광섬유에서 광섬유 광축을 따르는 주기적인 굴절률 변조(refractive index modulation)를 포함한다.Amplitude mask was used to irradiate a 248 nm KrF laser with an optical fiber core to form a long-period grating pair, which followed the optical fiber axis in hydrogen-loaded germanosilicate fibers. Periodic refractive index modulation.
여기서 격자 주기는 200㎛이고 굴절률 변조의 듀티 사이클은 50%이다. 이 때 하나의 클래딩 모드에 커플된 파워가 코어 모드의 파워와 동일하도록 레이저의 조사 시간이 제어되며, 조사되는 레이저의 에너지 밀도는 펄스당 250mJ/㎠이다.The grating period here is 200 μm and the duty cycle of the refractive index modulation is 50%. At this time, the irradiation time of the laser is controlled so that the power coupled to one cladding mode is the same as the power of the core mode, and the energy density of the irradiated laser is 250 mJ / cm 2 per pulse.
도 3에 이러한 실험치로 제조된 이 발명의 제1 실시예에 따른 광섬유 증폭기의 투과 스펙트럼이 도시되어 있다.Fig. 3 shows the transmission spectrum of the optical fiber amplifier according to the first embodiment of the present invention manufactured with this experimental value.
도 3의 (a)는 레이저 다이오드를 이용하여 EDF를 펌프하지 않은 경우의 투과 스펙트럼을 나타내며, 도 3의 (b)는 90㎽의 펌프 파워로 EDF를 펌프한 경우와 EDF를 펌프하지 않는 경우의 투과율 차이(transmission variation)를 나타낸다.FIG. 3 (a) shows a transmission spectrum when the EDF is not pumped using a laser diode, and FIG. 3 (b) shows the case where the EDF is pumped at a pump power of 90 kW and when the EDF is not pumped. Transmission variation is shown.
도 3에서는, 장주기 격자쌍이 정확하게 동일하지 않고 장주기 격자쌍이 형성되는 단일 모드 광섬유의 클래딩 모드가 EDF가 추가된 단일 모드 광섬유의 클래딩 모드와 같지 않기 때문에, 간섭 프린지 중심 주위의 피크(peak)값은 0㏈에 도달되지 않는다.In Fig. 3, since the cladding mode of the single mode optical fiber in which the long period grating pairs are not exactly the same and the long period grating pair is formed is not the same as the cladding mode of the single mode optical fiber with EDF added, the peak value around the center of the interference fringe is 0. ㏈ is not reached
한편, 이러한 특성을 가지는 광섬유 증폭기를 제2 실시예와 같은 파장 증폭 장치에 적용하고, 90㎽의 피크 펌프 파워를 가지는 사인 패턴(sinusoidal pattern)으로 레이저 다이오드의 입력 전류를 조절하였으며, 도 4에 그 실험 결과가 도시되어 있다.On the other hand, the optical fiber amplifier having such characteristics is applied to the wavelength amplifying apparatus as in the second embodiment, and the input current of the laser diode is controlled in a sinusoidal pattern having a peak pump power of 90 kHz. Experimental results are shown.
도 4의 (a) 및 (b)는 각각 100㎐와 500㎐에서, 광섬유 브래그 격자의 파장 λ1이 1530.25㎚이고, λ2가 1530.7㎚이고, λ3가 1531.25㎚인 경우에 광검출기에 의하여 검출된 광신호를 나타낸 도이다.4 (a) and 4 (b) show the optical detector when the wavelength λ1 of the optical fiber Bragg grating is 1530.25 nm, λ2 is 1530.7 nm, and λ3 is 1531.25 nm at 100 Hz and 500 Hz, respectively. Figure showing the detected optical signal.
100㎐인 경우 λ1에서 rms(root mean square)값은 178.04㎷이고 λ3에서 rms값은 376.5㎷이고, 500㎐인 경우 λ1에서 rms값은 58.32㎷이고 λ3에서 rms값은 118.23㎷이다.If the 100㎐ at λ1 value (root mean square) rms when 178.04㎷ and λ3 in the rms value of a 376.5㎷, 500㎐ rms value from the rms value, and λ1 is 58.32㎷ at λ3 is 118.23㎷ .
100㎐인 경우와 500㎐인 경우에서 λ1과 λ3에서의 rms 전압의 피크값의 차이는 각각 198.46㎷ 및 59.91㎷이고, 이 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자 파장 측정 장치의 평균 분해능은 10㎶의 검출 스케일을 가지는 락인 증폭기에 의하여 각각 0.05pm 및 0.167pm이다.The difference between the peak values of rms voltage at λ1 and λ3 in the case of 100 kHz and 500 kHz is 198.46 kHz and 59.91 kHz, respectively, and the average resolution of the optical fiber grating wavelength measuring device according to the embodiment of the present invention is 10 It is 0.05pm and 0.167pm, respectively, by a lock-in amplifier with a detection scale of.
고주파수에서는 여기된 어븀 이온이 변조되는 펌프 신호에 완전하게 반응하지 않기 때문에, rms 전압은 변조 주파수가 높을 수록 더 작아진다. 그러므로, 이 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자 파장 측정 장치의 대역폭과 파장 분해능 사이에 트레이드-오프(trade-off)가 있으며, 종래의 불안정안 MZI 파장 측정 장치(복조기)에 비하여 주위 온도에 의하여 나타나는 파워 드리프트(power drift)가 덜 발생된다.At higher frequencies, the excited erbium ions do not respond completely to the modulated pump signal, so the rms voltage becomes smaller at higher modulation frequencies. Therefore, there is a trade-off between the bandwidth and the wavelength resolution of the optical fiber grating wavelength measurement device according to the embodiment of the present invention, and it is represented by the ambient temperature compared to the conventional unstable MZI wavelength measurement device (demodulator). Less power drift occurs.
이러한 실험 결과는 이 발명에 따른 광섬유 파장 측정 장치가 높은 분해능과 우수한 안정성으로 브래그 격자 센서의 브래그 반사 파장 이동을 검출할 수 있다는 것을 보여준다.These experimental results show that the optical fiber wavelength measuring device according to the present invention can detect the Bragg reflection wavelength shift of the Bragg grating sensor with high resolution and excellent stability.
비록, 이 발명이 가장 실제적이며 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 발명은 상기 개시된 실시예에 한정되지 않으며, 후술되는 특허 청구 범위내에 속하는 다양한 변형 및 등가물들도 포함한다.Although this invention has been described with reference to the most practical and preferred embodiments, the invention is not limited to the embodiments disclosed above, but also includes various modifications and equivalents within the scope of the following claims.
이상에서와 같이 파장에 따라 이득값이 달라지는 광섬유 증폭기를 제공할 수 있으며, 또한 이러한 광섬유 증폭기를 이용하여 온도 변화에 대하여 안정성을 가지며, 광섬유 브래그 격자 센서의 작은 파장 이동도 높은 분해능으로 검출할 수 있는 파장 측정 장치를 제공할 수 있다.As described above, it is possible to provide an optical fiber amplifier whose gain value varies depending on the wavelength. Also, the optical fiber amplifier has stability against temperature change by using the optical fiber amplifier, and the small wavelength shift of the optical fiber Bragg grating sensor can be detected with high resolution. A wavelength measuring device can be provided.
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