기반 반사형 광 간섭계 개발 기반 반사형 광 간섭계 개발 기반 반사형 광 간섭계 개발 기반 반사형 광 간섭계 개발 2. 3-dB Optical Coupler
2. 3-dB Optical Coupler 2. 3-dB Optical Coupler 2. 3-dB Optical Coupler
의 모드분산 측정계를 이용하여 실제 현장에서 모드분산을 측정할 때 위에서
MMF ,
소개한 투과형 간섭계를 이용하게 되면 광섬유 양 끝단 중계기, ( 가정집 모두 어떠한) 장치와 연결되어 있어야 한다는 단점이 있다 이를 개선한 방식이 광 커플러를 이용한. 반사형 광 간섭계다.
그림 3.1(b)는 광 커플러를 이용한 반사형 광 간섭계의 모식도이다 샘플에 광원을. 넣어주고 반대쪽 끝단에서 약, 4%의 반사율로 반사하여 다시 돌아오는 빛의 스팩트럼 을 OSA로 관측하는 광학계다. Optical Coupler의 특성상 입력단과 출력단이 각각 2개 씩 존재하는데 샘플로 가지 않는 출력단의 광은 소멸하도록 할 필요가 있다 샘플로, . 간 빛의 광 세기가 훨씬 더 약해서 이 출력단과 샘플 광섬유간의 간섭에 의해 노이즈, 성분이 발생할 수 도 있기 때문이다 이를 개선하기 위해서 샘플과 연결되어있지 않은. 출력단 끝을 광섬유절단기로 매끄럽게 절단한 뒤, Index Matching Oil을 발라서 반사되 는 빛이 크게 줄어들도록 설계하였다.
그림 3.4(b)는 광 커플러를 이용한 반사형 측정계로 측정한 모드간 분산이다 투과형. 광간섭계는 샘플에 빛이 한번 통과하지만 반사형 간섭계는 샘플 끝단에서 반사되어, 돌아온 빛의 스펙트럼을 관찰하는 것이므로 샘플을 두 번 통과하게 된다 그래서 이, . 실험 결과의 축은 모드간 분산에 샘플 길이의 두 배 만큼 나눴다 그 결과 투과형 간x . 섭계를 이용한 모드분산 측정 결과와 같은 0.56 ps/m를 얻었으며 대역폭으로 환산하, 면 1,339 MHz-km 이다.
기반 반사형 광 간섭계 개발
기반 반사형 광 간섭계 개발
기반 반사형 광 간섭계 개발
기반 반사형 광 간섭계 개발
를 새로 구성해보았다.
그림 3.1(c)는 Optical Circulator를 이용하여 광 간섭계를 구성한 모식도이다 이 간. 섭계를 구성하여 그 손실과 모드간 분산 측정결과를 비교하였다.
그림 3.4(c)에 나와있듯이, Optical Circulator를 사용하더라도 비슷한 형태의 모드간 분산 그래프를 얻을 수 있었고 최대 모드간 분산 또한 기존과 동일한, 0.56 ps/m로 측 정됐다 이를 대역폭으로 환산하면. 1,339 MHz-km 이다. Optical Circulator를 이용한 광 간섭계 또한 신뢰할 수 있음을 알 수 있다 다음으로 세 종류의 간섭계의 광 손실을. 비교하였다 실험 방법은 광원의 세기를 기준으로 하여 각 측정 시스템에서 얻어지는. 광 세기를 비교하여 손실을 측정하였다 그 결과 투과형 간섭계는. 5.93-dB의 손실이 있었고, 3-dB Optical Coupler를 이용할 경우 약 29.15-dB의 손실이 있었으며, Optical 를 이용했을 때 약 의 손실이 있는 것으로 측정됐다 반사형 광 간섭
Circulator 24.50-dB .
계를 설계함에 있어서 Optical Circulator를 이용한 경우, Coupler를 사용했을 때 보다 약 배 의 손실을 줄일 수 있었다
4.65-dB ( 2.9 ) .
그림 3.1 모드간 분산 측정을 위한 광섬유 간섭계 종류별 모식도
투과형 반사형
(a) , (b) - 3-dB Optical Coupler, 반사형
(c) - Optical Circulator
그림 3.2 Bare Fiber Connector를 이용한 임시 패치코드 제작
그림 3.3 투과형 광 간섭계의 파장 분포
그림 3.4 각 측정계별 모드간 분산 측정 결과
투과형 를 이용한 반사형 를 이용한 반사형
(a) , (b) Coupler , (c) Circulator
모드간 분산 ps/m
대역폭 MHz-km
손실률 dB
투과형 측정계 0.56 1,339 5.93
를 3-dB Optical Coupler
이용한 반사형 측정계 0.56 1,339 29.15 를
Optical Circulator
이용한 반사형 측정계 0.54 1,388 24.50 표 3.1 측정 방식에 다른 측정 결과 및 손실률 비교
제 절 측정 스펙트럼 영역에 따른 노이즈 영향 제 절 측정 스펙트럼 영역에 따른 노이즈 영향 제 절 측정 스펙트럼 영역에 따른 노이즈 영향 제 절 측정 스펙트럼 영역에 따른 노이즈 영향2222
모드간 분산을 안정적으로 측정하기 위해서는 안정적으로 출력되는 스펙트럼 영역을 이용해야 한다 스펙트럼의 모양의 변화에 따라 푸리에변환 결과에 큰 영향을 주기 때. 문이다 보통의 경우. FWHM을 안정된 영역으로 보고 이 구간을 이용하여 모드간 분산 을 측정한다 그러나 간혹 높은 분해능을 필요로 하는 경우. FWHM을 벗어난 영역의 스펙트럼도 측정할 때도 있다 이러한 경우 안정되지 않는 영역에서 측정을 하게 되면. 모드간 분산 측정 시 노이즈가 많이 생긴다 넓은 영역의 스펙트럼을 이용하면서도 노. 이즈를 크게 발생시키지 않기 위해서는 광원의 안정된 스펙트럼 영역으로 모드간 분, 산을 측정해야 한다 본 실험에서는 광원의 안정적인 스펙트럼이 어디인지 확인하고. , 그 영역을 이용하여 모드간 분산을 측정하였을 때 안정적이지 못한 영역의 결과와 어 떻게 다른지 비교하였다.
안정적인 스펙트럼 영역 확인 안정적인 스펙트럼 영역 확인 안정적인 스펙트럼 영역 확인 안정적인 스펙트럼 영역 확인 1.
1. 1.
1.
실험 구성은 그림 3.5(a)와 같다. 본 실험에 사용된 광원은 EXALOS사의 이다 본 실험에서는 광원의 스펙트럼을 일정 시간 간격으로 측정을 하 EXS8510-2411 .
여 그 변화폭을 그래프로 나타내었다 광원의 안정도 측정 시 다른 영향을 받지 않도. 록 하기 위하여 광원과 OSA를 바로 연결시켰다.
그림 3.6은 일정 시간 간격으로 스펙트럼을 측정하여 각 스펙트럼간 차이를 나타낸, 그래프이다 측정 결과 대체적으로. FWHM 영역은 안정적이었으며 이를 조금 벗어난, 구간에서도 비교적 안정적인 모습을 보였다 반면 특정 파장을 벗어난 광의 세기는. , 매우 불안정했음을 확인했다 본 광원의 안정적 영역은 약. 820 nm에서 900 nm 영역임 을 확인했다.
광원의 안정성이 모드간 분산 측정에 미치는 영향 광원의 안정성이 모드간 분산 측정에 미치는 영향 광원의 안정성이 모드간 분산 측정에 미치는 영향 광원의 안정성이 모드간 분산 측정에 미치는 영향 2.
2.
2.
2.
실험 구성은 그림 3.6(b)와 같이 하였다 안정적인 스펙트럼이 측정 결과에 미치는. 영향을 확인하기 위한 실험인 만큼 측정에 사용된 스펙트럼 영역을 변수로 두었다 먼. 저 800 nm에서 900 nm까지의 스펙트럼을 측정하였고 여기서 비교적 안정된 영역인, 에서 영역의 스펙트럼으로 모드간 분산을 계산하고 안정되지 않은 영
820 nm 900 nm ,
역인 800 nm에서 900 nm까지의 영역을 이용해서 모드간 분산을 측정하여 이 두 결과 를 비교하였다.
비교 결과는 그림 3.7과 같다 그림. 3.7(a)는 800 nm에서 900 nm의 스펙트럼으로 계 산한 모드간 분산이며 그림, 3.7(b)는 비교적 안정적인 820 nm에서 900 nm 영역으로 계산한 모드간 분산이다 두 결과를 비교하면 알 수 있듯이 안정된 스펙트럼을 이용. , 하여 모드간 분산을 계산하는 것이 측정 결과를 안정적이게 한다는 것을 알 수 있다.
따라서 분해능을 높이기 위해 무작정 스펙트럼 범위를 늘이기 보다는 이와 같이 안정, 된 영역의 스펙트럼을 먼저 찾은 다음에 이용해야 한다는 점을 확인했다.
그림 3.5 안정화 영향 실험 모식도 (a) 스펙트럼 분석, (b) 모드간 분산 측정
그림 3.6 광원의 스펙트럼 및 초기 측정과의 오차
그림 3.7 파장 안정화 영향 비교
에서 측정 에서 측정
(a) 800 nm ~ 900 nm , (b) 820 nm ~ 900 nm
제 절 와 의 비교
제 절 와 의 비교
제 절 와 의 비교
제 절3333 OSAOSAOSAOSA와 Mini-SpectrometerMini-SpectrometerMini-SpectrometerMini-Spectrometer의 비교
본 연구를 통해 모드간 분산 측정계를 현장에서 측정할 수 있도록 휴대가 가능한 구 조로 개발할 수 있다 기존 측정계의 구조에서 스펙트럼 분석기로서. OSA가 사용됐는 데 이는 분해능이나 감도 등이 좋은 대신 부피가 크고 무겁다는 단점 때문에 휴대 장, 비로는 사용할 수 없는 단점이 있다 이를 보완하기 위해. Mini-Spectrometer로 대체하 면 적당한 분해능을 가진 소형화된 측정계를 구성할 수 있다.
그림 3.8에는 OSA(AQ6319, Yokogawa)와 Mini-Spectrometer(HR4000+(user 의 동작 구조와 각 제품 사진이 있다 두 종류의 스펙트럼 분 configured), OceanOptics) .
석기 모두 슬릿을 통해 들어온 빛을 회절격자(Diffraction Grating)를 이용하여 주파수 별로 나눠준다 이렇게 나눠진 스펙트럼의 분포를 어떤 방식으로 측정하느냐에 따라.
와 의 동작 구조가 나뉜다 는 회절격자를 회전시키면서 고
OSA Mini-Spectrometer . OSA
정된 단일 디텍터로 들어오는 파장에 따라 그 빛의 세기를 측정하는 원리로 동작한다.
는 고정된 회절격자에서 회절된 빛을 차원 배열의 로 측정하되
Mini-Spectrometer 1 CCD ,
각 픽셀의 위치마다 다른 파장이 입사된다 이 두 종류의 측정기의 성능이나 부피 및. 가격 비교는 표 3.2에 정리되었다.
일반적인 Mini-Spectrometer는 제한된 공간 안에서 최대한 좋은 분해능을 갖기 위해 회절격자에서 산란된 빔을 내부에서 여러 번 반사시켜 1차원 배열 CCD에 맺히게 된 다 이 과정에서 신호의 왜곡이 생길 수 있다 또한 별도의 직류전원장치가 있는. . , OSA 와는 달리, Mini-Spectrometer는 USB 전원을 사용한다. USB 전원의 불안정성 때문에 1 차원 CCD로 측정하는 스펙트럼의 측정에도 노이즈가 생길 수 도 있으며 이는 제 장, 3 제 절에서 다룬 바와 같이 모드간 분산 측정시 노이즈의 원인이 될 수 도 있다 따라2 . 서 OSA와 Mini-spectrometer를 이용한 모드간 분산 측정 비교를 통해
로도 충분히 모드간 분산을 측정할 수 있음을 보여야 한다
Mini-Spectrometer .
각 실험 구성은 그림 3.9와 같다 본 실험은 손실로 인한 측정 노이즈를 발생시키지. 않도록 하기 위해 손실률이 가장 낮은 투과형 측정계로 실험하였다 측정에 사용된 광. 섬유는 SMF-28 이며 측정에 사용되는, 850 nm 영역에서의 V-number는 약 4.2 정도이 다 따라서 본 실험에서 이 광섬유는. FMF로써 동작했다고 볼 수 있다 이 수치는 광섬. 유의 성능표 상의 코어 반지름이나 Numerical Aperture 등을 참조하여 계산한 값이므 로 어느 정도의 오차는 예상된다.