KR100334343B1 - 광섬유의 색분산 측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 미세거리 측정기술과 푸리에 분광법을 이용하여 짧은 길이의 광섬유에 대한 색분산을 정밀하게 측정할 수 있는 광섬유의 색분산 측정장치에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명에 따른 광섬유 색분산 측정장치는, 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 LED 광원을 이용하여 광신호를 발생하고 이를 공기 중으로 전송하며, 공기 중으로 전송된 광신호를 다시 광섬유 내로 투과시켜 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 간섭계 및; 헬륨-네온 광원을 이용하여 공기의 흐름에 따라 변화되는 간섭무늬의 스캐닝 포지션을 검출하여 광섬유의 미세거리에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 간섭계; 그리고 제 1 간섭계로부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 광섬유의 색분산을 산출하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치를 제공함으로써, 종래의 광섬유 분산 측정장치에 비하여 간단한 광섬유의 색분산 측정 방법을 이용하여 1m 정도의 짧은 길이의 광섬유의 분산값을 매우 정밀하게 측정할 수 있게 됨으로서 측정하고자 하는 파장에서 흡수나 손실계수가 큰 경우에도 정확한 색분산을 측정할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 광섬유의 색분산 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 짧은 길이의 광섬유에 대한 색분산을 보다 정밀하고 용이하게 측정하는데 적합한 광섬유의 색분산 측정 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 광섬유의 색분산은 파장분할 광통신 시스템을 비롯한 고속 광통신 시스템의 용량을 결정짓는 가장 중요한 요소 중의 하나이다. 따라서, 종래의 일반적인 광통신 시스템의 효율적인 사용이나 새로운 색분산 특성을 갖는 광섬유의 개발을 위해서는 광섬유의 색분산을 정확하게 측정할 수 있는 기술이 필요하다.
한편, 이와 관련하여 광섬유의 색분산을 측정하는 종래의 일반적인 방법에는, 변조위상천이(modulation phase-shift) 방법과 간섭계를 이용하는 코릴레이션(correlation) 방법이 있다. 먼저, 상용화되어 있는 변조위상천이 방법은 고가의 가변파장 레이저 또는 정밀한 분광기를 필요로 하며 수백 미터 이상의 긴 광섬유에 대해서만 측정이 가능하다는 단점이 있다. 따라서, 흡수계수가 큰 어븀이 첨가된 광섬유(Erbium dopped fiber)나 손실계수가 큰 특수한 광섬유의 분산 측정은 어렵다.
그리고, 간섭계를 이용한 코릴레이션 방법은 실험실에서 간단하게 사용할 수 있고, 수 미터 정도의 짧은 광섬유의 색분산을 측정할 수 있다는 장점을 갖고 있기는 하지만, 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)와 같은 고가의 장비를필요로 하며, 그렇지 않을 경우에는 측정의 정확도가 떨어진다는 문제점이 있다. 즉, 종래의 광섬유 색분산 측정기술은 고가의 가변파장 레이저와 분광기 등을 필요로 하거나 수백 미터 이하의 짧은 길이의 광섬유의 분산을 정밀하게 측정하는데 많은 어려움이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광 미세거리 측정기술과 푸리에 분광법을 이용하여 짧은 길이의 광섬유에 대한 색분산을 정확히 측정할 수 있는 광섬유의 색분산 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제 1 실시예에 따른 본 발명은, 광섬유의 색분산 측정장치에 있어서, 상기 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 제 1 광원을 이용하여 광신호를 발생하고 이를 공기 중으로 전송하며, 상기 공기 중으로 전송된 광신호를 다시 상기 광섬유 내로 투과시켜 상기 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 간섭계; 제 2 광원을 이용하여 상기 공기의 흐름에 따라 변화되는 상기 간섭무늬의 스캐닝 포지션을 검출하여 상기 광섬유의 미세거리에 따른 상기 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 간섭계; 상기 제 1 간섭계로부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 상기 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 광섬유의 색분산을 산출하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제 2 실시예에 따른 본 발명은, 광섬유의 색분산측정장치에 있어서, 상기 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 LED로부터 발생한 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 광신호로 분할하는 제 1 방향성 결합기; 광섬유 커넥터를 통해 상기 광섬유와 연결되며, 상기 제 2 광신호를 투과시키는 측정대상 광섬유; 상기 광섬유에 대한 미세거리를 측정하기 위해 헬륨-네온 레이저로부터 발생한 헬륨-네온 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 헬륨-네온 광신호로 분리하고, 상기 제 1 및 제 2 헬륨-네온 광신호가 반사되어 다시 수신되면, 이를 하나의 헬륨-네온 광신호를 합성하여 출력하는 제 2 방향성 결합기; 상기 제 1 광신호를 정렬하여 공기 중으로 전송하는 제 1 콜리메이터 소자와, 상기 제 2 헬륨-네온 광신호가 상기 공기 중으로부터 수신되면 이를 반사시키는 거울로 구성된 제 1 광섬유 콜리메이터부; 상기 제 1 헬륨-네온 광신호를 반사시키는 반사 거울; 상기 제 1 광섬유 콜리메이터 소자로부터 상기 공기 중으로 전송된 제 1 광신호를 수신하여 다시 광섬유로 투과시켜 전송하는 제 2 콜리메이터 소자와, 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 정렬하여 상기 공기 중으로 전송하고 상기 제 2 헬륨-네온 광신호가 상기 제 1 광섬유 콜리메이터부 내의 상기 거울로부터 반사되어 다시 수신되면 이를 상기 광섬유로 다시 투과시켜 상기 제 2 방향성 결합기로 전송하는 제 3 콜리메이터 소자로 구성된 제 2 광섬유 콜리메이터부; 상기 제 1 광섬유 콜리메이터부와 상기 제 2 광섬유 콜리메이터부 사이의 기준경로 상에 배치되어 상기 공기 중을 통과하는 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 헬륨-네온 광신호의 간섭무늬를 스캐닝하는 스캔 시스템; 상기 측정대상 광섬유를 통과한 제 2 광신호와 상기 제 2 콜리메이터 소자로부터 전송되는 상기 제 1 광신호를 하나의 광신호로 결합하여 전송하는 제 3 방향성 결합기; 상기 제 3 방향성 결합기로부터 제공되는 상기 광신호로부터 상기 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 광검출기; 상기 제 2 방향성 결합기에 의해 합성된 상기 헬륨-네온 광신호로부터 스캐닝 포지션에 의한 미세거리 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 광검출기; 상기 제 1 광검출기부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 상기 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 상기 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 상기 광섬유의 색분산을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제 3 실시예에 따른 본 발명은, 광섬유의 색분산 측정장치에 있어서, 상기 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 LED로부터 발생한 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 광신호로 분할하는 제 1 방향성 결합기; 광섬유 커넥터를 통해 상기 광섬유와 연결되며, 상기 제 2 광신호를 투과시키는 측정대상 광섬유; 상기 광섬유에 대한 미세거리를 측정하기 위해 헬륨-네온 레이저로부터 발생한 헬륨-네온 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 헬륨-네온 광신호로 분리하여 전송하는 제 2 방향성 결합기; 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 정렬하여 공기 중으로 전송하는 제 1 콜리메이터 소자와, 상기 제 1 광신호를 정렬하여 공기 중으로 전송하는 제 2 콜리메이터 소자로 구성된 제 1 광섬유 콜리메이터부; 상기 공기 중으로 전송된 제 2 헬륨-네온 광신호를 수신하여 다시 광섬유로 투과시켜 전송하는 제 3 콜리메이터 소자와, 상기 공기 중으로 전송된 상기 제 1 광신호를 다른 경로의 광섬유로 투과시켜 전송하는 제 4 콜리메이터 소자로 구성된 제 2 광섬유 콜리메이터부; 상기 제 1 광섬유 콜리메이터와 상기 제 2 광섬유 콜리메이터 사이의 기준경로 상에 배치되어 상기 공기 중을 통과하는 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 헬륨-네온 광신호의 간섭무늬를 스캐닝하는 스캔 시스템; 상기 제 2 방향성 결합기로부터의 제 1 헬륨-네온 광신호와 상기 제 3 콜리메이터 소자로부터의 제 2 헬륨-네온 광신호를 하나의 헬륨-네온 광신호로 합성하여 전송하는 제 3 방향성 결합기; 상기 측정대상 광섬유를 통과한 제 2 광신호와 상기 제 4 콜리메이터 소자로부터 투과된 상기 제 1 광신호를 하나의 광신호로 결합하여 전송하는 제 4 방향성 결합기; 상기 제 4 방향성 결합기로부터 제공되는 상기 광신호로부터 상기 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 광검출기; 상기 제 3 방향성 결합기에 의해 합성된 상기 헬륨-네온 광신호로부터 스캐닝 포지션에 의한 미세거리 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 광검출기; 상기 제 1 광검출기로부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 상기 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 상기 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 상기 광섬유의 색분산을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제 4 실시예에 따른 본 발명은, 광섬유의 색분산 측정장치에 있어서, 상기 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 LED로부터 발생한 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 광신호로 분할하는 제 1 방향성 결합기; 광섬유 커넥터를 통해 상기 광섬유와 연결되며, 상기 제 2 광신호를 투과시키는 측정대상 광섬유; 상기 광섬유에 대한 미세거리를 측정하기 위해 헬륨-네온 레이저로부터 발생한 헬륨-네온 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 헬륨-네온 광신호로 분리하여 전송하는 제 2 방향성 결합기; 상기 제 1 광신호와 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 손 실없이 합성하여 동시에 전송하는 제 1 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 결합기; 상기 제 1 WDM 결합기로부터 전송되는 상기 제 1 광신호와 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 정렬하여 공기 중으로 전송하는 제 1 광섬유 콜리메이터부; 상기 공기 중으로 전송된 상기 제 1 광신호와 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 수신하여 다시 광섬유로 투과시키는 제 2 광섬유 콜리메이터부; 상기 제 1 광섬유 콜리메이터부와 상기 제 2 광섬유 콜리메이터부 사이의 기준경로 상에 배치되어 상기 공기 중을 통과하는 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 헬륨-네온 광신호의 간섭무늬를 스캐닝하는 스캔 시스템; 상기 제 2 광섬유 콜리메이터부로부터의 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 동시에 수신하여 각각 분리하여 전송하는 제 2 WDM 결합기; 상기 제 2 방향성 결합기로부터의 상기 제 1 헬륨-네온 광신호와 상기 제 2 WDM 결합기로부터의 제 2 헬륨-네온 광신호를 하나의 헬륨-네온 광신호로 합성하여 전송하는 제 3 방향성 결합기; 상기 측정대상 광섬유를 통과한 제 2 광신호와 상기 제 2 WDM 결합기로부터의 상기 제 1 광신호를 하나의 광신호로 결합하여 전송하는 제 4 방향성 결합기; 상기 제 4 방향성 결합기로부터 제공되는 상기 광신호로부터 상기 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 광검출기; 상기 제 3 방향성 결합기에 의해 합성된 상기 헬륨-네온 광신호로부터 스캐닝 포지션에 의한 미세거리 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 광검출기; 상기 제 1 광검출기로부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 상기 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 상기 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 상기 광섬유의 색분산을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 색분산 측정장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유의 색분산 측정장치의 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유의 색분산 측정장치의 구성을 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 광원 115 : 제 1 방향성 결합기
120, 125 : 제 1 및 제 2 광섬유 콜리메이터부
130 : 광섬유 편광 조절기 135 : 측정대상 광섬유
145, 185 : 제 1 및 제 2 광검출기
150 : 로우패스(low-pass) 필터 155 : 컴퓨터
160 : 모터 구동기 165 : 모터
170 : 광섬유 거울 180 : 헬륨-네온 레이저
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 색분산 측정 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 마이켈슨형(Michelson Type) 간섭계 미세거리 측정장치를 사용하는 푸리에 분광법에 의한 광섬유의 색분산 측정장치를 도시한 블록도이며, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 마하젠더형(Mach-Zehnder Type) 간섭계 미세거리 측정장치를 사용하는 광섬유의 색분산 측정장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이켈슨형 간섭계 미세거리 측정장치를 포함하여 구성된 광섬유의 색분산 측정장치는, 광원(110), 제 1 방향성 결합기(115), 제 1 및 제 2 광섬유 콜리메이터(collimator)부(120, 125), 광섬유 편광 조절기(130), 측정대상 광섬유(135), 제 3 방향성 결합기(140), 제 1 광검출기(145), 로우패스(low-pass) 필터(150), 컴퓨터(155), 모터 구동기(160), 모터(165), 광섬유 거울(170), 제 2 방향성 결합기(175), 헬륨-네온 레이저(180), 제 2 광검출기(185)를 포함한다.
먼저, 도 1에서는 광원(110)과 광섬유로 만들어진 각각의 제 1 및 제 3 방향성 결합기(115, 140), 제 1 광검출기(145)를 이용하여 마하젠더형 간섭계를 구성하여 광섬유의 색분산을 측정하도록 한다. 그리고, 광섬유 거울(170), 제 2 방향성 결합기(175), 헬륨-네온 레이저(180), 제 2 광검출기(185)를 이용하여 마이켈슨형 간섭계를 구성함으로써 광섬유의 미세거리에 따른 간섭무늬를 측정하도록 하는데,이 마이켈슨형 간섭계 미세거리 측정장치의 상세한 구성 및 동작 과정은 본 출원인에 의해 1999. 11. 18일자로 특허 출원된 출원번호 1999-051246호 '광섬유 간섭계를 이용한 미세거리 측정 장치'에 상세히 기재되어 있다.
동도면을 참조하여 각 구성 수단의 기능에 대해 설명하면, 동도면에 도시된 광원(110)은 선폭이 50∼100㎚ 정도의 LED를 이용하여 구현하며, 각각의 방향성 결합기(115, 140, 175)는 광원(110)으로부터 방출된 빛을 동일한 세기를 갖는 빛으로 분할하고 이 분할된 빛을 다시 동일한 세기의 빛으로 합성하는 기능을 수행한다.
그리고, 제 1 광섬유 콜리메이터부(120)는 광원(110)으로부터 발생된 광신호가 공기를 통과하게 되는 기준 경로 상에 배치되어 제 1 방향성 결합기(115)로부터 분할되어 전송되는 빛을 정렬시켜 공기 중에서 직선으로 전달하게 된다. 이 제 1 광섬유 콜리메이터부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 광섬유 콜리메이터 소자(120-1)와 거울(120-2)로 구성되며, 이 광섬유 콜리메이터 소자(120-1) 및 거울(120-2)은 동일한 스테이지에 고정되어 장착된다.
그리고, 동도면에 도시된 모터 구동기(160) 및 모터(165), 각각의 반사경(166, 167)은 제 1 광섬유 콜리메이터부(120)와 제 2 콜리메이터부(125) 사이에서 공기 중을 통과하는 광신호에 대한 간섭 무늬를 스캐닝하기 위한 스캔 시스템 기능을 수행하게 된다.
한편, 마이켈슨형 간섭계 미세거리 측정장치를 구성하는 헬륨네온(He-Ne) 레이저(180)는 기준 경로 상에 배치되어 공기를 통과하는 광신호의 경로, 간섭 무늬가 스캐닝되는 포지션을 정확히 측정하기 위한 헬륨-네온 광신호를 발생하는 기능을 수행하게 되며, 광섬유 편광 조절기(130)는 간섭무늬의 콘트라스트(contrast)를 극대화시켜주는 기능을 하게 된다.
도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 광섬유의 분산 측정장치의 전반적인 동작 과정에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 광원(110)으로부터 발생된 빛은 제 1 방향성 결합기(115)에 의해 두 개의 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 광신호로 분리되고, 제 1 광신호는 제 1 콜리메이터부(120) 내의 광섬유 콜리메이터 소자(120-1)로 제공되어 공기 중으로 전송되며, 제 2 광신호는 1m 정도의 측정대상 광섬유(135)를 통과하게 되는데, 이 측정대상 광섬유(135)는 도시 생략된 광섬유 커넥터에 의해 연결된다.
계속해서, 제 1 광섬유 콜리메이터부(120) 내의 광섬유 콜리메이터 소자(120-1)를 통해 공기 중으로 전송된 제 1 광신호는 스캔 시스템을 통과하여 반대쪽에 위치한 제 2 광섬유 콜리메이터부(125) 내의 제 1 광섬유 콜리메이터 소자(125-1)를 통해 다시 광섬유 안으로 유입되어 광섬유 편광 조절기(130)로 전송된다.
그리고, 이 광섬유 편광 조절기(130)를 통과한 제 1 광신호와 상술한 제 1 방향성 결합기(115)에 의해 분리되어 측정대상 광섬유(135)를 통과한 제 2 광신호는 제 3 방향성 결합기(140)에 의해 다시 하나로 빛으로 합해지고, 제 1 광검출기(145)는 이 합해진 시간 변화에 따른 빛의 세기에 의해 간섭 무늬 데이터를 측정하여 로우패스 필터(150)를 통해 컴퓨터(155)로 전송하게 된다.
다른 한편, 광섬유의 미세거리를 측정하기 위한 마이켈슨형 간섭계 내의 헬륨-네온 레이저(180)는 상술한 스캔 시스템의 스캐닝 포지션에 따른 간섭 무늬를 측정하기 위해 헬륨-네온 광신호를 발생하게 되는데, 이 헬륨-네온 광신호는 제 2 방향성 결합기(175)를 통해 제 1 헬륨-네온 광신호와 제 2 헬륨-네온 광신호로 분리된다.
이때, 제 1 헬륨-네온 광신호는 거울(170)로 전송되어 다시 반사되며, 제 2 헬륨-네온 광신호는 제 2 광섬유 콜리메이터부(125) 내의 제 2 광섬유 콜리메이터 소자(125-2)를 통해 공기 중으로 전송되어 스캔 시스템을 거쳐 제 1 광섬유 콜리메이터부(120) 내의 거울(120-2)로 전송된다. 계속해서, 제 1 광섬유 콜리메이터부(120) 내의 거울(120-2)로 전송된 제 2 헬륨-네온 광신호는 거울(120-2)에 의해 반사되어 다시 제 2 광섬유 콜리메이터부(125) 내의 제 2 광섬유 콜리메이터 소자(125-2)를 통해 광섬유 내로 유입되어 제 2 방향성 결합기(175)로 전송된다.
한편, 제 2 방향성 결합기(175)는 상술한 거울(170)로부터 반사된 제 1 헬륨-네온 광신호와 제 2 콜리메이터부(125) 내의 제 2 광섬유 콜리메이터 소자(125-2)로부터 전송된 제 2 헬륨-네온 광신호를 하나의 헬륨-네온 광신호로 합성하여 제 2 광검출기(185)로 전송하게 된다.
따라서, 제 2 광검출기(185)는 제 2 방향성 결합기(175)에 의해 합성된 헬륨-네온 광신호로부터 스캐닝 포지션에 따른 간섭 무늬 데이터를 측정하여 컴퓨터(155)로 전송하게 된다.
한편, 컴퓨터(155)는 상술한 제 1 광검출기(145)로부터 검출된 빛의 세기에따른 간섭 무늬 데이터와 제 2 광검출기(185)로부터 제공된 스캐닝 포지션에 따른 간섭 무늬 데이터로부터 광섬유의 색분산을 측정할 수 있게 된다. 즉, 이 측정된 간섭 무늬 데이터를 푸리에 변환하면, 광원(110)으로 사용한 LED의 스펙트럼과 파장에 따른 광섬유의 굴절률의 차이를 동시에 얻을 수 있게 되고, 이 굴절률을 파장에 대하여 두 번 미분하면 광섬유의 색분산을 산출할 수 있게 된다.
결과적으로, 도 1에 도시된 본 실시예에 따르면, 마이켈슨형 간섭계의 미세거리 측정장치를 이용하여 공기 중을 통과하여 스캐닝되는 광 경로를 실시간으로 모니터하면서 그에 따라 간섭무늬를 측정함으로써, 공기를 통과하는 간섭계 쪽에서 생기는 불규칙적인 공기의 흐름으로 인해서 불규칙적인 스캔으로 인해 발생되는 측정오차를 줄일 수 있게 된다. 그리고 이때 측정된 일정치 못한 스캔 간격을 가지는 간섭 무늬 데이터를 컴퓨터(155)에서 수치적인 데이터 인터폴레이션(data interpolation) 방법을 이용하여 일정한 스캔 간격을 가지는 간섭무늬 데이터로 변환하여 푸리에 변환함으로써 측정오차를 현저하게 줄일 수 있게 된다.
한편, 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유의 색분산 측정장치에 대한 구성을 도시한 도면으로서, 전반적인 동작 원리는 도 1에 도시된 분산 측정장치의 원리와 유사하지만, 본 실시예에서는 도 1의 마이켈슨형 간섭계 미세거리 측정장치 대신, 마하젠더형 간섭계 미세거리 측정장치를 이용하여 광섬유의 색분산 측정장치를 구현한다.
즉, 전술한 도 1에 도시된 실시예에서는 미세거리 측정을 위한 마이켈슨형 간섭계와 색분산 측정을 위한 마하젠더형 간섭계를 이용하여 전반적인 광섬유의 색분산 측정장치를 구현하였으나, 도 2에 도시된 본 실시예에서는 헬륨-네온 레이저(180) 및 두 개의 방향성 결합기(220, 225), 제 2 광검출기(185)를 포함하는 마하젠더형 간섭계 미세거리 측정장치와 색분산 측정을 위한 마하젠더형 간섭계를 이용하여 광섬유의 색분산 값을 정확하게 측정한다. 그리고, 도 2에 도시된 마하젠더형 간섭계 미세거리 측정장치는 전술한 도 1의 마이켈슨형 간섭계 미세거리 측정장치와 마찬가지로 본 출원인에 의해 1999. 11. 18일자로 특허 출원된 출원번호 1999-051246호 '광섬유 간섭계를 이용한 미세거리 측정 장치'로 출원된 바 있다.
또한, 본 실시예에서는 제 1 광섬유 콜리메이터부(120)가 하나의 광섬유 콜리메이터 소자(120-1)와 거울(120-2)로 구성된 도 1과는 달리, 도 2에 도시된 바와 같이 두 개의 광섬유 콜리메이터 소자(210-1, 210-2)를 이용하여 제 1 광섬유 콜리메이터부(210)를 구성한다. 그리고, 이 미세거리 측정을 위한 간섭계에 사용되는 제 2 광섬유 콜리메이터부(125) 내의 두 개의 광섬유 콜리메이터 소자(125-1, 125-2)가 분산측정을 위해 사용되는 제 1 광섬유 콜리메이터(210) 내의 각 광섬유 콜리메이터 소자(210-1, 210-2)의 스테이지에 각각 단단하게 고정됨으로써 간섭무늬를 스캔할 때에 생기는 진동이나 공기의 불규칙한 흐름으로 인해서 생기는 측정오차를 현저하게 줄일 수 있게 된다.
도 2를 참조하여 상세히 설명하면, 광원(110)으로부터 발생된 빛은 제 1 방향성 결합기(115)에 의해 두 개의 빛으로 분리되어 제 2 광신호는 도시 생략된 광섬유 커넥터에 의해 연결된 측정대상 광섬유(135)로 제공되며, 제 1 광신호는 제 1 콜리메이터부(210) 내의 제 2 콜리메이터 소자(210-2)로 전송된다.
그리고, 제 1 콜리메이터부(210) 내의 제 2 콜리메이터 소자(210-2)에 제공된 제 1 광신호는 공기 중을 통과하여 스캔 시스템을 거친 다음, 제 2 콜리메이터부(125) 내의 제 2 광섬유 콜리메이터 소자(125-2)를 통해 다시 광섬유 안으로 투과되어 광섬유 편광 조절기(130)를 거쳐 제 3 방향성 결합기(140)에 제공된다.
제 4 방향성 결합기(140)는 상술한 측정대상 광섬유를 통과한 제 2 광신호와 편광 조절기(130)를 통과한 제 1 광신호를 합성하여 제 1 광검출기(145)로 전송하게 되고, 제 1 광검출기(145)는 이 합해진 시간 변화에 따른 빛의 세기에 의해 간섭 무늬 데이터를 측정하여 로우패스 필터(150)를 통해 컴퓨터(155)로 전송하게 된다.
한편, 헬륨-네온 레이저(180)로부터 발생한 헬륨-네온 광신호는 제 2 방향성 결합기(220)에 의해 두 개의 헬륨-네온 광신호로 분리되어 제 1 헬륨-네온 광신호는 또 다른 제 3 방향성 결합기(225)로 전달되고, 제 2 헬륨-네온 광신호는 제 1 콜리메이터부(210) 내의 제 1 콜리메이터 소자(210-1)로 전송된다.
그리고, 제 1 콜리메이터부(210)의 제 1 콜리메이터 소자(210-1)로 전송된 제 2 헬륨-네온 광신호는 공기 중을 통과하여 스캔 시스템을 거친 다음, 제 2 콜리메이터부(125) 내의 제 1 콜리메이터 소자(125-1)로 제공되어 다시 광섬유 안으로 투과되어 제 3 방향성 결합기(225)로 제공된다.
따라서, 제 3 방향성 결합기(225)는 상술한 제 1 헬륨-네온 광신호와 제 2 헬륨-네온 광신호를 합성하여 제 2 광검출기(185)로 제공하게 되며, 제 2 광검출기(185)는 제 3 방향성 결합기(225)에 의해 합성된 헬륨-네온 광신호로부터스캐닝 포지션에 따른 간섭 무늬 데이터를 측정하여 컴퓨터(155)로 전송하게 된다.
그리고, 컴퓨터(155)는 상술한 제 1 광검출기(145)로부터 검출된 빛의 세기에 따른 간섭 무늬 데이터와 제 2 광검출기(185)로부터 제공된 스캐닝 포지션에 따른 간섭 무늬 데이터를 이용하여 광섬유의 색분산을 정확히 측정할 수 있게 된다.
한편, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유의 색분산 측정장치에 대한 구성을 도시한 도면으로서, 본 실시예에서는 도 2에서와 마찬가지로 마하젠더형 광섬유 간섭계 형태의 미세거리 측정장치를 사용하지만, 도 2에서와는 달리, 두 개의 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 결합기(310, 320)를 사용하여 광섬유의 색분산 측정장치를 구현한다.
도 3에 도시된 각각의 WDM 결합기(310)는 미세거리 측정에 사용되는 헬륨네온 레이저(180)의 파장과 광섬유 분산값 측정에 사용되는 LED 광원의 빛을 한 개의 광섬유로 결합시켜주는 역할을 한다. 이때 정확한 미세거리 측정을 위해서 사용되는 모든 광섬유는 헬륨네온 레이저(180)의 파장인 633㎚에서 단일모드인 특수 광섬유를 사용해야 한다.
그리고, 이러한 특수 광섬유를 사용한 각각의 WDM 결합기(310, 320)를 포함하는 도 3의 색분산 측정장치는 미세거리 측정에 사용되는 헬륨네온 레이저(180)의 경로와 분산측정을 위한 경로가 완전히 일치하므로 도 1과 도 2의 실시예보다 안정적이고 정확한 분산값을 측정할 수 있다는 장점을 가진다.
결과적으로, 상술한 각각의 실시예에 따른 본 발명에서는 1m 내외의 짧은 광섬유의 색분산을 푸리에 분광법을 이용하여 간단하고 정확하게 측정하기 위해 LED광원을 이용하여 간섭계를 구성하고, 이 간섭계의 한쪽 끝에 측정할 광섬유를 넣고 다른 한쪽 끝의 광섬유 길이를 간단한 DC모터를 사용하여 밀어주면서 스캔하여 이동거리에 따른 간섭무늬를 측정하게 된다. 그리고, 이로부터 얻어진 간섭무늬 데이터를 푸리에 변환하여 데이터를 처리하면 광섬유의 파장에 따른 색분산을 산출하고, 여기에 스캔하는 거리를 실시간으로 측정하는 미세거리 측정장치를 도입하여 푸리에 변환 과정에서 생기는 오차를 현저하게 줄임으로써 매우 정확한 측정값을 얻을 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 광섬유 분산 측정장치에 비하여 간단한 광섬유의 색분산 측정 방법을 제공할 수 있으며, 이를 위한 시스템을 구현함에 있어서 고가의 가변파장 레이저나 분광기 등을 사용하지 않게 됨으로서 그 비용을 현저하게 절감할 수 있는 효과가 있으며, 1m 정도의 짧은 길이의 광섬유의 분산값을 매우 정밀하게 측정할 수 있게 됨으로서 측정하고자 하는 파장에서 흡수나 손실계수가 큰 경우에도 정확한 색분산을 측정할 수 있는 효과가 있다.
Claims (9)
- 광섬유의 색분산 측정장치에 있어서,상기 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 제 1 광원을 이용하여 광신호를 발생하고 이를 공기 중으로 전송하며, 상기 공기 중으로 전송된 광신호를 다시 상기 광섬유 내로 투과시켜 상기 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 간섭계;제 2 광원을 이용하여 상기 공기의 흐름에 따라 변화되는 상기 간섭무늬의 스캐닝 포지션을 검출하여 상기 광섬유의 미세거리에 따른 상기 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 간섭계;상기 제 1 간섭계로부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 상기 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 광섬유의 색분산을 산출하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 광원은 선폭이 50∼100㎚ 정도의 LED인 것을 특징으로 하는 광섬유의 색분산 측정장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 광원은 헬륨-네온 레이저인 것을 특징으로 하는 광섬유의 색분산 측정장치.
- 광섬유의 색분산 측정장치에 있어서,상기 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 LED로부터 발생한 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 광신호로 분할하는 제 1 방향성 결합기;광섬유 커넥터를 통해 상기 광섬유와 연결되며, 상기 제 2 광신호를 투과시키는 측정대상 광섬유;상기 광섬유에 대한 미세거리를 측정하기 위해 헬륨-네온 레이저로부터 발생한 헬륨-네온 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 헬륨-네온 광신호로 분리하고, 상기 제 1 및 제 2 헬륨-네온 광신호가 반사되어 다시 수신되면, 이를 하나의 헬륨-네온 광신호를 합성하여 출력하는 제 2 방향성 결합기;상기 제 1 광신호를 정렬하여 공기 중으로 전송하는 제 1 콜리메이터 소자와, 상기 제 2 헬륨-네온 광신호가 상기 공기 중으로부터 수신되면 이를 반사시키는 거울로 구성된 제 1 광섬유 콜리메이터부;상기 제 1 헬륨-네온 광신호를 반사시키는 반사 거울;상기 제 1 광섬유 콜리메이터 소자로부터 상기 공기 중으로 전송된 제 1 광신호를 수신하여 다시 광섬유로 투과시켜 전송하는 제 2 콜리메이터 소자와, 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 정렬하여 상기 공기 중으로 전송하고 상기 제 2 헬륨-네온 광신호가 상기 제 1 광섬유 콜리메이터부 내의 상기 거울로부터 반사되어 다시 수신되면 이를 상기 광섬유로 다시 투과시켜 상기 제 2 방향성 결합기로 전송하는 제 3 콜리메이터 소자로 구성된 제 2 광섬유 콜리메이터부;상기 제 1 광섬유 콜리메이터부와 상기 제 2 광섬유 콜리메이터부 사이의 기준경로 상에 배치되어 상기 공기 중을 통과하는 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 헬륨-네온 광신호의 간섭무늬를 스캐닝하는 스캔 시스템;상기 측정대상 광섬유를 통과한 제 2 광신호와 상기 제 2 콜리메이터 소자로부터 전송되는 상기 제 1 광신호를 하나의 광신호로 결합하여 전송하는 제 3 방향성 결합기;상기 제 3 방향성 결합기로부터 제공되는 상기 광신호로부터 상기 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 광검출기;상기 제 2 방향성 결합기에 의해 합성된 상기 헬륨-네온 광신호로부터 스캐닝 포지션에 의한 미세거리 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 광검출기;상기 제 1 광검출기로부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 상기 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 상기 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 상기 광섬유의 색분산을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 LED는 그 선폭이 50∼100㎚인 것을 특징으로 하는 광섬유의 색분산 측정장치.
- 광섬유의 색분산 측정장치에 있어서,상기 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 LED로부터 발생한 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 광신호로 분할하는 제 1 방향성 결합기;광섬유 커넥터를 통해 상기 광섬유와 연결되며, 상기 제 2 광신호를 투과시키는 측정대상 광섬유;상기 광섬유에 대한 미세거리를 측정하기 위해 헬륨-네온 레이저로부터 발생한 헬륨-네온 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 헬륨-네온 광신호로 분리하여 전송하는 제 2 방향성 결합기;상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 정렬하여 공기 중으로 전송하는 제 1 콜리메이터 소자와, 상기 제 1 광신호를 정렬하여 공기 중으로 전송하는 제 2 콜리메이터 소자로 구성된 제 1 광섬유 콜리메이터부;상기 공기 중으로 전송된 제 2 헬륨-네온 광신호를 수신하여 다시 광섬유로 투과시켜 전송하는 제 3 콜리메이터 소자와, 상기 공기 중으로 전송된 상기 제 1 광신호를 다른 경로의 광섬유로 투과시켜 전송하는 제 4 콜리메이터 소자로 구성된 제 2 광섬유 콜리메이터부;상기 제 1 광섬유 콜리메이터와 상기 제 2 광섬유 콜리메이터 사이의 기준경로 상에 배치되어 상기 공기 중을 통과하는 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 헬륨-네온 광신호의 간섭무늬를 스캐닝하는 스캔 시스템;상기 제 2 방향성 결합기로부터의 제 1 헬륨-네온 광신호와 상기 제 3 콜리메이터 소자로부터의 제 2 헬륨-네온 광신호를 하나의 헬륨-네온 광신호로 합성하여 전송하는 제 3 방향성 결합기;상기 측정대상 광섬유를 통과한 제 2 광신호와 상기 제 4 콜리메이터 소자로부터 투과된 상기 제 1 광신호를 하나의 광신호로 결합하여 전송하는 제 4 방향성 결합기;상기 제 4 방향성 결합기로부터 제공되는 상기 광신호로부터 상기 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 광검출기;상기 제 3 방향성 결합기에 의해 합성된 상기 헬륨-네온 광신호로부터 스캐닝 포지션에 의한 미세거리 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 광검출기;상기 제 1 광검출기로부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 상기 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 상기 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 상기 광섬유의 색분산을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 LED는 그 선폭이 50∼100㎚인 것을 특징으로 하는 광섬유의 색분산 측정장치.
- 광섬유의 색분산 측정장치에 있어서,상기 광섬유의 색분산을 측정하기 위해 LED로부터 발생한 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 광신호로 분할하는 제 1 방향성 결합기;광섬유 커넥터를 통해 상기 광섬유와 연결되며, 상기 제 2 광신호를 투과시키는 측정대상 광섬유;상기 광섬유에 대한 미세거리를 측정하기 위해 헬륨-네온 레이저로부터 발생한 헬륨-네온 광신호를 동일한 세기를 갖는 제 1 및 제 2 헬륨-네온 광신호로 분리하여 전송하는 제 2 방향성 결합기;상기 제 1 광신호와 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 손 실없이 합성하여 동시에 전송하는 제 1 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 결합기;상기 제 1 WDM 결합기로부터 전송되는 상기 제 1 광신호와 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 정렬하여 공기 중으로 전송하는 제 1 광섬유 콜리메이터부;상기 공기 중으로 전송된 상기 제 1 광신호와 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 수신하여 다시 광섬유로 투과시키는 제 2 광섬유 콜리메이터부;상기 제 1 광섬유 콜리메이터부와 상기 제 2 광섬유 콜리메이터부 사이의 기준경로 상에 배치되어 상기 공기 중을 통과하는 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 헬륨-네온 광신호의 간섭무늬를 스캐닝하는 스캔 시스템;상기 제 2 광섬유 콜리메이터부로부터의 상기 제 1 광신호 및 상기 제 2 헬륨-네온 광신호를 동시에 수신하여 각각 분리하여 전송하는 제 2 WDM 결합기;상기 제 2 방향성 결합기로부터의 상기 제 1 헬륨-네온 광신호와 상기 제 2 WDM 결합기로부터의 제 2 헬륨-네온 광신호를 하나의 헬륨-네온 광신호로 합성하여 전송하는 제 3 방향성 결합기;상기 측정대상 광섬유를 통과한 제 2 광신호와 상기 제 2 WDM 결합기로부터의 상기 제 1 광신호를 하나의 광신호로 결합하여 전송하는 제 4 방향성 결합기;상기 제 4 방향성 결합기로부터 제공되는 상기 광신호로부터 상기 광신호의 세기에 따른 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 1 광검출기;상기 제 3 방향성 결합기에 의해 합성된 상기 헬륨-네온 광신호로부터 스캐닝 포지션에 의한 미세거리 간섭무늬 데이터를 측정하는 제 2 광검출기;상기 제 1 광검출기로부터의 데이터를 푸리에 변환하여 파장에 따른 상기 광섬유의 굴절률의 차를 산출하고, 상기 산출된 굴절률을 파장에 대하여 미분하여 상기 광섬유의 색분산을 측정하는 컴퓨터를 포함하는 광섬유의 색분산 측정장치.
- 제 8 항에 있어서, 상기 LED는 그 선폭이 50∼100㎚인 것을 특징으로 하는 광섬유의 색분산 측정장치.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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