½ ¨ 7 Hë H Sae Mulli (The Korean Physical Society), Volume 56, Number 5, 2008¸ 5 Z 4, pp. 422∼425
z ð ² â ì È ? 0§ U ê s0 n É ù p § T Ó Þ X ¢ ú n Þ ° Ë ÑV È ¥ ß f Ä ì Å] k ù ï " e
»£ Ó . > · T # Ü , > · ) í <® £a : @ · * × << ) Ö < · L |M ` 9 · Ù v: c ø ¶ B · »M Z Ì ∗
z @ / < Æ § Ó ü t o < Æõ , F g Å Ò 500-757 (2008¸ 3 Z 4 10{ 9 ~ Ã Î6 £ §)
© ì r ½ + É~ ½ Ód F g$ 3 Ä » G ' p" f_ × æ o l 0 p x` ¦ ¾ Ó © r v l 0 AK Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª\ ¦ 6 x H ~ ½ Ó Z O
` ¦ ] jr ¦, 4 > h_ Ú ÔA Õ ª © [ þ t` ¦ ¸½ + Ë # 6 > h_ × æ F g$ 3 Ä » + þ A G ' p" f\ ¦ ] j % i .
ô
Ç > h_ G ' p" f\ + þ A§ 4 ` ¦ " f K { © Û ¼& 7 à Ô! 3 x ß ¼_ s 1 l x` ¦ 8 £ ¤& ñ % i ¦, s \ É r Ú ÔA Õ ª
© _ oÖ ¦ s 0.99 pm/µε e ` ¦ Ð% i .
PACS numbers: 42.79.D, 42.81.P, 07.10.P
Keywords: F g$ 3 Ä » , Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª, © ì r ½ + É~ ½ Ód , + þ AG ' p" f
I. " e  ] Ø
F
g$ 3 Ä » (Fiber Bragg grating) G ' p" f H F g$ 3 Ä »
t ¦ e H ± ú É r < Hz ´, ? /½ ¨$ í , ~ ½ ÓK \ Á º ' a ô
Ç © & h ` ¦ s 6 x l M :ë H \ ´ òÖ ¦$ í õ & ñ x 9 ¸ Z } É r G ' p
"
f Ð" f, # Q ì r _ Ó ü t o & h , o < Æ& h , Ò q tÓ ü t < Æ& h 1 p x _ ¨ 8
â
o\ ¦ 8 £ ¤& ñ H l Õ ü t Ð ' a d s Z } [1].
:
£
¤ y ´ ú § É r G ' p" f [ O u x 9 ' a o כ ¹½ ¨÷ & H §y , 4 ¤ ½ + Ë+ þ A
|
» ¡ ¤Ó ü t 1 p x \ s 6 x ÷ & H × æ F g$ 3 Ä » G ' p" fr Û ¼% 7 × æ 8
£ ¤& ñ ñ_ © ` ¦ ì r o # G ' p" f\ ¦ d H © ì r ½ + É
~
½ Ód _ ] X H s F g: x _ µ 1 ϲ ú õ 8Ô ¦ # Q ´ ú §s ½ ¨÷ &# Q M
®
o [2,4]. Õ ª Q © ì r ½ + É~ ½ Ód _ × æ F g$ 3 Ä » G ' p
"
f r Û ¼% 7 É r F g$ 3 Ä » © ì ø Íu ; ¤ õ 6 £ x§ 4 x 9 : r ¸\
É r F g$ 3 Ä » _ © % ò % i (free spectral range)
`
¦ ô Ç& ñ ) a F g: x © @ /% i ? /_ F g " é ¶` ¦ 6 x ½ + É â Ä º\
¦ 9K l M :ë H \ G ' p" f_ > hà º\ ¦ Z þ t o H X < ô Ç>
e
. s ë H ] j& h ` ¦ K l 0 A # Ú ÔA Õ ª © ` ¦ ï× ¼
o ¦, 2> h s © _ Ú ÔA Õ ª \ ¦ ô Ç > h_ G ' p" f\ 6
x H Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O (Spectral tag method) ` ¦ ] j r
¦ ô Ç . : r ½ ¨\ " f H s Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O ` ¦ s
6 x K ï× ¼ oô Ç × æ F g$ 3 Ä » G ' p" f\ ¦ ] j ¦,
_ F g$ 3 Ä » G ' p" f\ + þ A§ 4 ` ¦ K , Õ ª\ É r Û ¼& 7 à Ô
!
3 _ o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï % i . Õ ªo ¦ o ) a Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ : x K
Õ ª Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª_ d Z > s 0 p x < Ê` ¦ S X ¦, + þ
A§ 4 \ É r © oÖ ¦` ¦ 8 £ ¤& ñ % i .
∗
E-mail: [email protected]
II. z ð ² â ì È ? 0§ ú n Þ× D U ê s0 n É
Û
¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O É r © ì r ½ + É~ ½ Ód _ ] X H` ¦ : x K ô Ç G '
p" f\ 2> h s © _ " f Ð É r ï× ¼ o ) a Ú ÔA Õ ª © [ þ t` ¦ y
y _ G ' p" f\ C & ñ < ÊÜ ¼ Ð+ ô Ç > h_ F g$ 3 Ä » ? /\ f § > =
Ð C u ) a 0 Au d s 0 p x ô Ç G ' p" f_ Ã º\ ¦ Z þ t o H ~ ½ Ó Z O
s . N> h_ Ú ÔA Õ ª © ` ¦ s 6 x # ô Ç G ' p" f\ M> h _
© ` ¦ C \ P < ÊÜ ¼ Ð+
NC
M> h_ G ' p" f\ ¦ % 3 ` ¦ Ã º e
\ V\ ¦ [ þ t # Q, 8> h_ Ú ÔA Õ ª © ` ¦ 6 x ô Ç â Ä º l > r
© ì r ½ + É~ ½ Ód \ " f H 8 > h_ G ' p" f\ ¦ % 3 > ÷ &t ë ß , s Û ¼& 7 à Ô
!
3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x ¦ 2× æ (M=2) \ ¦ ô Ç G ' p" f
\
K { © r v 28> h_ G ' p" f % 3 # Q . é ß , 1 l x{ 9 ©
@
/% i _ [ þ t s × æ^ o ?÷ & H S Ã º\ É r y x ß ¼[ þ t _ ì ø Í
Ö ¦ & ñ ¸\ ¦ ¦ 9K ô Ç . y x ß ¼[ þ t _ Z } É r ì ø Í Ö ¦ É r G '
p" f_ > hà º\ ¦ ] jô Ç H כ ¹ Ü ¼ Ð 6 x l M :ë H \ , 8
´ ú
§ É r G ' p" f_ > hà º\ ¦ S X Ð 9 8 ± ú É r ì ø Í Ö ¦ _ x ß ¼ [
þ
t Ð ½ ¨$ í ÷ &# Q ô Ç . F g$ 3 Ä » G ' p" f[ þ t` ¦ C \ P ô Ç r Û
¼% 7 ½ ¨$ í ¸ Fig. 1\ e . Fig. 1_ à º F g  Ò
Fig. 1. A system configuration of spectral tag method.
-422-
½ ¨ 7 Hë H Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x ô Ç × æ F g$ 3 Ä » + þ A G ' p" f – ^ H 1 p x -423-
Fig. 2. Experimental set-up for to fabricate FBG with strain.
Fig. 3. Reflectance spectrums of 6 FBG sensors.
Fig. 4. Overlapped reflectance spectrum of 6 FBG sen- sors based on 4 different spectral codes.
(FBG Interrogator) \ " f 8 £ ¤& ñ ÷ & H ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 É r F g$ 3 Ä
»\ f § > = Ð C \ P ) a y F g$ 3 Ä » _ ì ø Í F g Û ¼& 7 à Ô! 3 [
þ
t s × æ^ o ? ) a õ s . G ' p" f\ ) a Ó ü t o | ¾ Ó_ o\
É r ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 _ o\ ¦ os _ Û ¼& 7 à Ô! 3 õ q
§ # z ´r ç ß Ü ¼ Ð o H 8 £ ¤& ñ ¦ H Ó ü t o | ¾ Ó_
o\ ¦ 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e [3,5]. Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O ` ¦ Ö ¸ 6
x , ô Ç& ñ ) a Ú ÔA Õ ª © , 7 £ ¤ a ?@ /% i F g " é ¶ Ü ¼ Ð ¸ 8
¹
¡
¤ ´ ú § É r à º_ G ' p" f[ þ t` ¦ 6 x ½ + É Ã º e Ü ¼Ù ¼ Ð, l > r _
© ì r ½ + É~ ½ Ód _ 2 [ ô Ç & h ` ¦ Ð ¢ - a ½ + É Ã º e .
III. ÷ m Ç ] M ö
D
h Ðî r × æ o ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ] jr ) a Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O
`
¦ & h 6 x # " f Ð É r à º_ Ú ÔA Õ ª © ` ¦ ½ ¨$ í l 0
A # UV Y Us $ (248 nm)ü < é ß { 9 0 A © Û ¼ß ¼ (Λ : 1075.80 nm) ~ ½ Ód _ F g$ 3 Ä » z ´+ « > © u \ ¦ 6 x % i
. ¢ ¸ô Ç UV c \ _ ô Ç ì ø Í6 £ x$ í ` ¦ Z } s l 0 A # F g y
$ í
F g$ 3 Ä » (photo-sensitivity fiber) \ ¦ 6 x % i ¦, _
0 A © Û ¼ß ¼ Ð ç ß s É r # Q Ú ÔA Õ ª \ ¦ ] j
l 0 A # y l © § 4 ` ¦ ¸] X ½ + É Ã º e H © u \ ¦ Â ÒÃ º& h Ü
¼ Ð [ O u % i . Fig. 2_ z ´+ « > © u \ " fü < ° ú s ô Ç A á ¤ _
F g$ 3 Ä » f . Ë 8\ s 1 l x Û ¼_ s t \ ¦ [ O u ¦, × æ ]
j r s ß ¼ Ð p ' \ ¦ ¸] X # Ú ÔA Õ ª © s " f Ð
É r Ú ÔA Õ ª [ þ t` ¦ ] j % i . 4> h_ Ú ÔA Õ ª © ` ¦
6 x # y y _ G ' p" f\ 2> h_ © ` ¦ ï× ¼ or & C & ñ
< ÊÜ ¼ Ð+ 6> h_ F g$ 3 Ä » G ' p" f\ ¦ z ´+ « >& h Ü ¼ Ð ] j
%
i ¦, y G ' p" f_ ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 : £ ¤$ í ` ¦ Fig. 3 \ ? /
%
3 . Fig. 3\ " f d)_ 3 P : x ß ¼ü < f)_ 4 P : x ß ¼_ ì
ø Í Ö ¦ s É r x ß ¼[ þ t õ ç ß 2 £ §` ¦ ^ ¦ Ã º e . s H
] j r 6 x ÷ & H Y Us $ _ ` O Û ¼ \ -t ç H{ 9 t
· ú § " f Ò q t| ¸ s . ¢ ¸ô Ç F g$ 3 Ä » ] j r Å Ò 0
A_ p [ j 1 l x Ü ¼ Ð # 1 l x{ 9 © \ K { © H x ß ¼ [
þ
t _ 0 Au & ñ S X y { 9 u t · ú § ¤ . ] j ) a ¸ H G ' p" f
\
¦ ô Ç â Ä º, Û ¼& 7 à Ô! 3 ï× ¼ ( © ) Z > Ð y y [ j > h _
x ß ¼ × æ^ o ?÷ &# Q Fig. 4ü < ° ú É r ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ 8 £ ¤
&
ñ % i . Û ¼& 7 à Ô! 3 ï× ¼ H 1 % _ ì ø Í Ö ¦ õ 0.07 nm_ x
ß ¼ ì ø Íu ; ¤` ¦ t 9, Û ¼& 7 à Ô! 3 ï× ¼_ © ç ß É r y y
0.136 nm, 0.155 nm, 0.156 nms . # l \ " f _ Ú
ÔA Õ ª ] j ½ + É M :\ 6 x ) a UV Y Us $ ` O Û ¼_ é ß 0
A & h { © \ -t H 200 mJ/cm
2s % 3 ¦, U ´s H 1.5 cm \ ¦ 6 x % i . : r z ´+ « >\ " f H G ' p" f_ > hà º\ ¦ þ j@ / Ð S X
Ð H ~ ½ Óî ß Ü ¼ Ð ± ú É r ì ø Í Ö ¦` ¦ × þ Ù þ ¡ ¦, SNR` ¦ ¦
9 # 1 %_ ì ø Í Ö ¦ Ð F g$ 3 Ä » \ ¦ ] j % i . ¢ ¸ ô
Ç y y _ G ' p" f\ í < Ê ) a Ú ÔA Õ ª © s y ï× ¼\ K
{ © H 1 l x{ 9 ô Ç © \ × æ^ o ?| ¨ c à º e ¸2 ¤ ï× ¼\ @ /ô Ç Ú
ÔA Õ ª _ × æd © ¸ # 3 0 A H 0.01 nm s Ð ] j
% i .
G '
p" f_ 1 l x : £ ¤$ í ` ¦ z ´+ « >& h Ü ¼ Ð S X l 0 A # Tag A (Fig. 3a) \ + þ A§ 4 ` ¦ K Û ¼& 7 à Ô! 3 ` ¦ ' a ¹ 1 Ï % i
. · ú ¡" f [ O " î ô Ç s ß ¼ Ð s 1 l x Û ¼_ s t \ ¦ s 6 x # 10 µm ç ß Ü ¼ Ð F g$ 3 Ä »\ ¦ © r & " f, Ú ÔA Õ ª © _ o
\
¦ 8 £ ¤& ñ % i . + þ A§ 4 s 7 £ x < Ê\ , ' Í P :ü < ¿ º
P : Û ¼& 7 à Ô! 3 ï× ¼ 7 £ ¤, Tag A\ ¦ ½ ¨$ í H x ß ¼[ þ t s ©
© A á ¤ Ü ¼ Ð s 1 l x < Ê` ¦ Fig. 5 \ " f · ú Ã º e . ¢ ¸ Fig.
6 É r F g$ 3 Ä » G ' p" f_ Û ¼à ÔY U \ É r Tag A _ ' Í
-424- ô Dz D GÓ ü t o < Æ rt “D hÓ ü t o ”, Volume 56, Number 5, 2008¸ 5 Z 4
Fig. 5. Measured reflectance spectrums with a sensor having 1st and 2nd spectral codes under various strains.
Fig. 6. Measured wavelength shift of the sensor at vari- ous strains.
P
: x ß ¼ü < ¿ º P : x ß ¼_ Ú ÔA Õ ª © o| ¾ Ó` ¦ ? /
H Õ ªA á Ôs 9, ¿ º l Ö ¦ l _ ¨ î ç H ° ú כ É r 0.99 pm/µε s .
s
° ú כ É r + þ A\ _ ô Ç Ú ÔA Õ ª © _ oÖ ¦ \ ' a ô Ç / B Nd λ
B[1-ρ
e] (λ
B: Ú ÔA Õ ª © , ρ
e: Ä »´ ò F g ò ø Í$ í © Ã º)` ¦ s 6
x # > í ß ÷ & H { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð · ú 9 ° ú כ 0.92 pm/µε \
H] X ô Ç ° ú כs .
IV. + s Ç Â ] Ø
Û
¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x ô Ç × æ F g$ 3 Ä » G ' p" f _
s 6 x 0 p x$ í ` ¦ S X l 0 A # Ú ÔA Õ ª \ ¦ ] j
¦, _ G ' p" f\ + þ A§ 4 ` ¦ K © o\ ¦ ' a ¹ 1 Ï
% i . Õ ª õ + þ A§ 4 ` ¦ # o ) a Û ¼& 7 à Ô! 3 Ü ¼
ÐÂ Ò' K { © G ' p" f_ d Z > s 0 p x < Ê` ¦ S X % i ¦, Ú ÔA Õ
ª © s 1 l x o 0.99 pm/µε Ð 8 £ ¤& ñ ÷ &% 3 Ü ¼ 9 s ° ú כ
É
r s : r& h Æ Ò& ñ ° ú כ 0.92 pm/µεõ ¸ ú { 9 u ¦ e . #
½ ¨ 7 Hë H Û ¼& 7 à Ô! 3 I Õ ª ~ ½ ÓZ O ` ¦ s 6 x ô Ç × æ F g$ 3 Ä » + þ A G ' p" f – ^ H 1 p x -425-
Q [ þ t _ ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 _ × æ^ o ?õ ' aº # Â ÒÃ º& h x
ß ¼[ þ t \ _ ô Ç Û ¼& 7 à Ô! 3 + þ A_ =/ B G s ' a8 £ ¤ ÷ &% 3 Ü ¼ 9, s
\ ¦ y èr ~ ´ Ã º e H Ú ÔA Õ ª _ Á º7 á ¤ o 6 x s G ' p
"
f_ ì r K 0 p x õ y $ í _ > h \ × æ כ ¹ < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 .
¢
¸ô Ç 8 £ ¤& ñ ) a ì ø Í Û ¼& 7 à Ô! 3 « Ñ % o \ ¦ : x # Ú ÔA Õ ª
© _ s 1 l x` ¦ % 3 x 9 > > í ß ½ + É Ã º e H · ú ¦o 7 £ § _ > h µ
1 Ïs 9 כ ¹ < Ê` ¦ · ú Ã º e % 3 . : r z ´+ « >` ¦ : x # Û ¼& 7 à Ô! 3 I
Õ ª\ ¦ s 6 x ô Ç × æ F g$ 3 Ä » G ' p" f ] j ~ ½ ÓZ O s © ì
r ½ + É~ ½ Ód _ × æ o % i | ¾ Ó_ S X @ /\ | כ ¹ > s 6 x| ¨ c à º e
` ¦ כ Ü ¼ Ð l @ / ) a .
P
c p 8 ý ò k >
s
7 Hë H É r 2007¸ ¸ z @ / < Æ § ½ ¨¸ §Ã º ½ ¨q t
"
é
¶ \ _ # ½ ¨÷ &% 3 Ü ¼ 9  Òì r& h Ü ¼ Ð F g èF  Ҿ ¡ § ½ ¨ G '
p' _ ½ ¨q t " é ¶ \ _ K Ã º' ÷ &% 3 _ þ v m .
Y
c p w à U Ø ô
[1] M. A. Davis and A. D. Kersey, Electronics Letters 31, 822 (1995).
[2] P. K. C. Chan, W. Jin, K. T. Lau, L. M. Zhou and M.
S. Demokan, Sensors and Actuators 87, 19 (2000).
[3] L. Zhang, Y. Liu, J. A. R. Williams and I. Bennion, IEEE Photonics Technology Letters 11, 1638 (1999).
[4] G. Hongwei, L. Hongmin, L. Bo, Z. Hao, L. Jianhua, C. Ye, Y. Shuzhong, Z. Weigang, K. Guiyun and D.
Xiaoyi, Optics Communications 251, 361 (2005).
[5] C. S. Kim, T. H. Lee, Y. S. Yu, Y.G. Han, S. B. Lee and M. Y. Jeong, Optics Express 14, 8546 (2006).
FBG Strain Sensor Using the Spectral Tag Method
Geun-Jin Kim, Kyoung-Shin Lee, Ju-Youn Son, Jae-Soon Youn, Ki-Sun Choi, Se-Jong Baik and Kiegon Im
∗Department of Physics, Chonnam National University, Gwangju 500-757
(Received 10 March 2008)
The spectral tag method is proposed to increase the multiplexing capability of a multipoint FBG sensor system. We fabricated six multiplexing Fiber Bragg grating (FBG) sensors employing four wavelengths. One of the multiplexing FBG sensors was subjected to a series of strains successively, and the resultant spectra showed a pair of spectral peaks moving toward longer wavelength. The slope sensitivity was calculated to be 0.99 pm/µε.
PACS numbers: 42.79.D, 42.81.P, 07.10.P
Keywords: Fiber Bragg grating, Spectral tag, Wavelength division multiplexing, Strain sensor
∗
