KR100691871B1 - 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치및 방법과, 광주파수영역반사측정 시스템 - Google Patents

광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치및 방법과, 광주파수영역반사측정 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100691871B1
KR100691871B1 KR1020050024756A KR20050024756A KR100691871B1 KR 100691871 B1 KR100691871 B1 KR 100691871B1 KR 1020050024756 A KR1020050024756 A KR 1020050024756A KR 20050024756 A KR20050024756 A KR 20050024756A KR 100691871 B1 KR100691871 B1 KR 100691871B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
auxiliary
vein signal
signal
phase
light
Prior art date
Application number
KR1020050024756A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20060102801A (ko
Inventor
김덕영
안태정
이지용
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020050024756A priority Critical patent/KR100691871B1/ko
Publication of KR20060102801A publication Critical patent/KR20060102801A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100691871B1 publication Critical patent/KR100691871B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0271—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by using interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G01N21/211—Ellipsometry
    • G01N2021/213—Spectrometric ellipsometry

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Abstract

이 발명은 광주파수영역반사측정(OFDR : optical frequency domain reflectometry) 시스템에 관한 것이다. 이 발명에 따른 광주파수영역반사측정 시스템은, 시간에 따라 파장이 비선형적으로 변하는 빛을 출력하는 광원과, 상기 광원으로부터 출력되는 빛을 분할하는 광분할기와, 상기 광분할기에서 분할된 일부 빛으로부터 경로차에 의한 주맥신호를 얻는 주간섭계와, 상기 광분할기에서 분할된 다른 일부 빛으로부터 경로차에 의한 보조맥신호를 얻는 보조간섭계와, 상기 보조맥신호의 위상을 변환하는 위상변환기와, 상기 보조맥신호와 상기 위상 변환된 보조맥신호로부터 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 위상계산기와, 상기 위상계산기에서 계산된 상기 보조맥신호의 위상값을 이용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 보상기와, 상기 보상기에서 비선형특성이 보상된 주맥신호를 고속퓨리에변환하여 상기 주간섭계에 장착된 광섬유의 절단면 위치를 찾는 FFT변환기를 포함한다.
OFDR, 힐버트변환, 비선형, 주파수변위, 가변파장레이저, 테일러정리

Description

광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치 및 방법과, 광주파수영역반사측정 시스템{Apparatus and Method for Compensation of the Nonlinearity of an OFDR system}
도 1은 종래의 보조간섭계를 이용한 트리거 방법으로 OFDR의 비선형주파수변위를 보상하는 장치를 도시한 도면,
도 2는 이 발명에 따른 비선형주파수변위 보상장치를 포함한 광주파수영역반사측정 시스템을 도시한 도면,
도 3은 보조맥신호의 신호 파형도,
도 4는 힐버트 변환된 보조맥신호의 신호 파형도,
도 5는 보조맥신호의 위상의 파형도,
도 6은 가변파장레이저의 비선형 주파수변위의 파형도,
도 7은 주간섭계에서 출력되는 주맥신호의 신호 파형도,
도 8은 비선형특성이 제거된 주맥신호의 신호 파형도,
도 9는 주맥신호의 고속퓨리에 변환 결과를 도시한 도면,
도 10은 일반적으로 상용화된 가변파장레이저를 사용하여 얻은 보조간섭계의 맥신호의 위상과 가변파장레이저의 주파수변위를 도시한 도면,
도 11은 가변파장레이저의 비선형 주파수변위를 보상하지 않은 FFT변환 결과값(a)과 이 발명에 따라 가변파장레이저의 비선형 주파수변위를 보상한 후의 FFT 변환 결과값(b)을 도시한 도면,
도 12는 광원으로서 DFB-LD(distributed feedback laser diode)를 사용할 때 얻는 보조맥신호의 위상 및 주파수변위를 도시한 그래프,
도 13은 광원으로서 DFB-LD를 사용하는 경우, DFB-LD의 비선형 주파수변위를 보상하지 않은 FFT변환 결과값(a)과 이 발명에 따라 DFB-LD의 비선형 주파수변위를 보상한 후의 FFT 변환 결과값(b)을 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
21; 가변파장레이저(TLS) 22; 광분할기
23; 주간섭계 24; 보조간섭계
25; 힐버트변환기 26; 위상계산기
27; 보상기 28; FFT변환기
이 발명은 광주파수영역반사측정(OFDR : optical frequency domain reflectometry) 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 힐버트 변환(Hilbert transformation)을 이용하여 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위를 보상하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
광주파수영역반사측정(OFDR) 시스템은 빛의 반사광을 이용하여 광섬유의 길이, 절단위치(fault position), 색분산(chromatic dispersion), 편광모드분산(polarization mode dispersion) 및 손실(loss) 등을 측정하는 시스템이다. OFDR 시스템은 광시간영역반사측정(OTDR : optical time domain reflectometry) 시스템보다 분해능이 좋고 동적범위(dynamic range)가 넓어서 광통신과 광센서 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 OLCR(optical low coherence reflectometry)을 이용한 광간섭단층촬영기(OCT : optical coherence tomography)를 대체할 새로운 방법으로 모색되고 있다.
그러나 이 OFDR은 OLCR에 비해 높은 간섭성을 가지는 레이저의 파장을 스캔하기 때문에 레이저의 특성이 좋아야 하며, 불균일한 스캔이 이루어질 경우에는 원하지 않은 파형이 나타나 정확도를 떨어뜨리게 된다. 통상적으로 광원인 레이저로부터 출력되는 빛의 주파수는 시간에 따라 선형적으로 변하지 않고 비선형적으로 변하는데, 이것을 OFDR의 비선형주파수변위라고 한다. 이 비선형주파수변위에 의해 OFDR의 분해능이 낮아진다.
따라서 OFDR의 분해능을 높이려면 OFDR의 비선형주파수변위를 보상해야 하며, OFDR의 비선형주파수변위를 보상하는 방법으로서 종래에는 보조간섭계(Auxiliary interferometer)를 이용한 트리거(trigger) 방법을 사용하였다.
도 1은 종래의 보조간섭계를 이용한 트리거 방법으로 OFDR의 비선형주파수변위를 보상하는 장치를 도시한 도면이다.
이 종래의 장치는 시간에 따라 파장이 달라지는 빛을 출력하는 가변파장레이저(TLS ; tunable laser source)(11)와, 가변파장레이저(11)에서 출력된 빛을 분할하는 광분할기(12)와, 광분할기(12)에서 분할된 빛 중 하나의 빛을 2개로 나누어 상호 간섭시켜서 경로차에 의한 주맥신호를 얻는 주간섭계(13)와, 광분할기(12)에서 분할된 빛 중 다른 하나의 빛을 2개로 나누어 상호 간섭시켜서 경로차에 의한 보조맥신호를 얻는 보조간섭계(14)와, 보조맥신호로부터 트리거신호를 생성하는 전자장치(15)와, 트리거신호를 이용하여 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 보상기(16)와, 보상된 주맥신호를 퓨리에변환하는 FFT변환기(17)를 포함한다.
광분할기(12)는 가변파장레이저(11)에서 출력되는 빛을 70:30으로 나누어서, 주간섭계(13)에게 70%를 출력하고 보조간섭계(14)에게 30%를 출력한다. 도면에서 D1과 D2는 주간섭계와 보조간섭계로부터 되돌아오는 빛을 검출하는 광검출기(photo detector)이고, 주간섭계(13)의 FUT(fiber under test)는 OFDR 장비로 측정하기 위한 시험용 광섬유이며, Ref.는 참고용 광섬유(reference arm)로서 간섭을 일으키기 위해 필요한 요소이다. 편광제어기(PC ; polarization controller)는 인지도(visibility) 향상을 위해 장착한다.
가변파장레이저(11)에서 출력되는 빛은 광분할기(12)에서 분할되어 주간섭계(13)와 보조간섭계(14)로 각각 입력된다. 주간섭계(13)와 보조간섭계(14)로부터 간섭에 의한 주맥신호(B)와 보조맥신호(A)가 얻어지는데, 광검출기(D1, D2)가 이 주맥신호(B)와 보조맥신호(A)를 검출한다. 전자장치(15)는 광검출기(D2)에서 검출된 보조맥신호(A)로부터 트리거신호를 생성한다. 이 트리거신호는 가변파장레이저 (11)에서 출력되는 빛의 비선형 파장 변위에 의해 주기가 가변되는 신호이다.
보상기(16)는 트리거신호의 모서리(edge)에서 광검출기(D1)에서 검출된 주맥신호(B)를 획득하고, 획득된 주맥신호(B)를 동일한 시간 간격으로 정렬한다. 그러면 주맥신호에 포함되어 있던 비선형특성을 보상할 수 있게 된다. 그리고 FFT변환기(17)는 보상기(16)에서 비선형특성이 보상된 주맥신호를 고속퓨리에변환하여 주맥신호의 주파수성분을 획득한다.
이렇게 종래의 장치는 트리거신호의 모서리에서만 주맥신호를 획득하기 때문에 주맥신호의 많은 성분을 잃게 된다. 이를 방지하려면 트리거신호의 주기를 짧게 해야하는데, 이렇게 하려면 보조간섭계의 두 팔의 길이 차이가 커야 한다. 하지만 보조간섭계의 길이가 길어질 경우 가변파장레이저에 의한 위상잡음(phase noise)이 발생하여 깨끗한 보조맥신호를 얻지 못하게 되고, 이것은 트리거신호에도 나쁜 영향을 주게 되며, 결국 주맥신호를 보상하는 과정에서 잡음이 발생하게 되어 원하지 않는 결과를 초래하게 된다. 이 때문에 보조간섭계의 경로차 길이를 제한해야 할 필요가 있다.
종래의 OFDR의 비선형특성을 보상하는 보조간섭계를 이용한 트리거방법의 문제점을 정리하면 다음과 같다.
첫째, 트리거신호의 주파수를 높이려면 보조간섭계의 경로차가 커야 하지만, 경로차 길이가 간섭길이보다 길 경우에는 위상잡음(phase noise)에 의해 신호에 왜곡이 생기고 이것은 전체 시스템의 불안정을 가져오기 때문에, 보조간섭계의 경로차 길이는 광원인 가변파장레이저의 간섭길이보다 길지 않아야 한다. 즉, 보조간 섭계의 경로차 길이에 제한이 있기 때문에 보조맥신호 및 트리거신호의 주파수가 제한되고, 그로 인해 충분히 깨끗한 보조맥신호를 얻지 못하는 문제점이 있다.
둘째, 보조맥신호로부터 전기적 펄스로 변환하여 트리거 신호를 생성하는 전자장치가 필요하다는 것이다. 이러한 전자장치로 인하여 전체 시스템의 구성이 복잡해지는 문제점이 있다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 이 발명의 목적은 트리거신호를 이용하지 않고 보조맥신호의 위상정보를 얻어서 주맥신호의 비선형주파수변위를 보상하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치는, 시간에 따라 파장이 비선형적으로 변하는 빛을 출력하는 광원과, 상기 광원으로부터 출력되는 빛에서 분할된 일부 빛으로부터 경로차에 의한 주맥신호를 얻는 주간섭계와, 상기 광원으로부터 출력되는 빛에서 분할된 다른 일부 빛으로부터 경로차에 의한 보조맥신호를 얻는 보조간섭계를 구비한 광주파수영역반사측정 시스템에서, 상기 주맥신호에 포함된 비선형주파수변위를 보상하는 장치에 있어서,
상기 보조맥신호의 위상을 변환하는 위상변환기와,
상기 보조맥신호와 상기 위상 변환된 보조맥신호로부터 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 위상계산기와,
상기 위상계산기에서 계산된 상기 보조맥신호의 위상값을 이용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 보상기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상방법은, 시간에 따라 파장이 비선형적으로 변하는 빛을 출력하는 광원과, 상기 광원으로부터 출력되는 빛에서 분할된 일부 빛으로부터 경로차에 의한 주맥신호를 얻는 주간섭계와, 상기 광원으로부터 출력되는 빛에서 분할된 다른 일부 빛으로부터 경로차에 의한 보조맥신호를 얻는 보조간섭계를 구비한 광주파수영역반사측정 시스템에서, 상기 주맥신호에 포함된 비선형주파수변위를 보상하는 방법에 있어서,
상기 보조맥신호의 위상을 변환하는 위상변환단계와,
상기 보조맥신호와 상기 위상 변환된 보조맥신호로부터 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 위상계산단계와,
상기 위상계산단계에서 계산된 상기 보조맥신호의 위상값을 이용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 보상단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 광주파수영역반사측정 시스템은,
시간에 따라 파장이 비선형적으로 변하는 빛을 출력하는 광원과,
상기 광원으로부터 출력되는 빛을 분할하는 광분할기와,
상기 광분할기에서 분할된 일부 빛으로부터 경로차에 의한 주맥신호를 얻는 주간섭계와,
상기 광분할기에서 분할된 다른 일부 빛으로부터 경로차에 의한 보조맥신호를 얻는 보조간섭계와,
상기 보조맥신호의 위상을 변환하는 위상변환기와,
상기 보조맥신호와 상기 위상 변환된 보조맥신호로부터 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 위상계산기와,
상기 위상계산기에서 계산된 상기 보조맥신호의 위상값을 이용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 보상기와,
상기 보상기에서 비선형특성이 보상된 주맥신호를 고속퓨리에변환하여 상기 주간섭계에 장착된 광섬유의 절단면 위치를 찾는 FFT변환기를 포함한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 한 실시예에 따른 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치 및 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
OFDR 시스템에 사용되는 가변주파수레이저는 시간에 따라 주파수가 변하는 빛을 출력한다. 일반적인 가변주파수레이저는 여러 가지 내부, 외부 요인에 의해 주파수가 비선형적으로 변하는데, 이 가변주파수레이저의 주파수변위를 v(t)로 표현한다. 이렇게 시간에 따라서 주파수 가변속도가 변하면 OFDR 시스템의 분해능에 영향을 주게 된다. 따라서, 이 가변주파수레이저의 비선형주파수변위를 보상하여야 할 필요가 있다.
이 발명에서는 보조간섭계로부터 얻어지는 보조맥신호를 사용하여 광원의 위상 정보를 구하고, 이로부터 가변주파수레이저의 비선형주파수변위를 보상하는 방법을 개시한다.
도 2는 이 발명에 따른 비선형주파수변위 보상장치를 포함한 광주파수영역반사측정 시스템을 도시한 도면이다.
이 발명의 OFDR 시스템은 일반적인 OFDR 시스템에 비선형주파수변위 보상장치를 구비한다. 이 발명의 OFDR 시스템은 시간에 따라 파장이 달라지는 빛을 출력하는 가변파장레이저(TLS ; tunable laser source)(21)와, 가변파장레이저(21)에서 출력된 빛을 분할하는 광분할기(22)와, 광분할기(22)에서 분할된 빛 중 하나의 빛을 2개로 나누어 상호 간섭시켜서 경로차에 의한 주맥신호(B)를 얻는 주간섭계(23)와, 광분할기(22)에서 분할된 빛 중 다른 하나의 빛을 2개로 나누어 상호 간섭시켜서 경로차에 의한 보조맥신호(A)를 얻는 보조간섭계(24)와, 보조맥신호(A)를 힐버트(Hilbert) 변환하는 힐버트변환기(25)와, 보조맥신호(A)와 힐버트 변환된 신호로부터 보조맥신호(A)의 위상을 계산하는 위상계산기(26)와, 주맥신호(B)와 위상계산기(26)에서 계산된 위상값으로부터 주맥신호(B)의 비선형특성을 보상하는 보상기(27)와, 보상된 주맥신호를 퓨리에변환하는 FFT변환기(28)를 포함한다.
여기서 힐버트변환기(25)와 위상계산기(26)와 보상기(27)가 이 발명에 따른 비선형주파수변위 보상장치를 구성한다. 힐버트변환기(25)는 보조맥신호의 위상을 변환하는 기능을 하는 다른 위상변환기로 변형할 수 있다.
가변파장레이저(TLS)(21)에서 발진하는 빛의 전자기장은 일반적으로
Figure 112005015713567-pat00001
로 표현된다. 여기서, φ(t)는 시간의 함수인 위상신호이고, 이 위상신호를 미분하면 빛의 주파수변위
Figure 112005015713567-pat00002
가 얻어진다.
광분할기(22)는 가변파장레이저(TLS)(21)에서 발생한 빛을 70:30으로 나누어서, 주간섭계(23)에게 70%를 출력하고 보조간섭계(24)에 30%를 출력한다. 도면에서 D1과 D2는 주간섭계(23)와 보조간섭계(24)로부터 되돌아오는 빛을 검출하는 광검출기(photo detector)이고, 주간섭계(23)의 FUT(fiber under test)는 OFDR 장비로 측정하기 위한 시험용 광섬유이며, Ref.는 참고용 광섬유(reference arm)로서 간섭을 일으키기 위해 필요한 요소이다. 편광제어기(PC ; polarization controller)는 인지도(visibility) 향상을 위해 장착한다.
가변파장레이저(21)에서 출력되는 빛은 광분할기(22)에서 분할되어 주간섭계(23)와 보조간섭계(24)로 각각 입력된다. 주간섭계(23)와 보조간섭계(24)로부터 간섭에 의한 주맥신호(B)와 보조맥신호(A)가 각각 얻어지는데, 2개의 광검출기(D1, D2)가 이 주맥신호(B)와 보조맥신호(A)를 검출한다.
보조간섭계(24)로부터 얻은 보조맥신호(A)는 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112005015713567-pat00003
여기서, U0와 ξ0은 각각 보조맥신호의 전압크기와 위상상수이다. 그리고, τ는 보조간섭계의 경로차에 의하여 발생하는 지연시간(group delay)이다. 이 보조맥신호의 신호파형이 도 3에 도시된다.
위의 수학식 1에서 지연시간 τ가 짧을 경우 테일러(Taylor) 정리에 의하여, φ(t)-φ(t-τ) = φ(t)-(φ(t)-τ(dφ/dt)) = τ(dφ/dt) = 2πv(t)τ로 변환할 수 있다. 즉 보조맥신호의 위상의 차이값으로부터 가변파장레이저의 주파수변위 v(t)를 알 수 있다. 이때 보조간섭계의 길이가 일정하며 이미 알고 있는 값이기 때문에 지연시간 τ를 미리 알 수 있으며, 이 때문에 보조맥신호의 위상을 알면 위의 테일러 정리에 의해 OFDR 시스템에 사용되는 가변파장레이저의 주파수변위 v(t)를 구할 수 있다. 또한, 이 가변파장레이저의 주파수변위 v(t)를 알면 주맥신호의 비선형성을 보상할 수 있다.
보조맥신호의 위상을 구하기 위하여, 먼저 보조맥신호를 힐버트변환기(25)로 힐버트(Hilbert) 변환한다. 힐버트변환기(25)는 보조맥신호를 크기 변화없이 위상만 1/2π만큼 바뀌게 한다. 힐버트 변환된 보조맥신호가 도 4에 도시된다. 도 4에서 실선은 원 보조맥신호이고 점선은 힐버트 변환된 보조맥신호이다. 위상계산기(26)는 원 보조맥신호(UAU(t))와 힐버트 변환된 보조맥신호(H(UAU(t)))를 이용하여 보조맥신호의 위상을 얻는다. 이를 식으로 표현하면 수학식 2와 같다
Figure 112005015713567-pat00004
이렇게 얻어진 보조맥신호의 위상이 도 5에 도시된다.
보조맥신호의 위상을 보면, 특정시각(T1, T2, T3, ...)에서 2π의 위상차가 있으며 이 시각에서 위상을 2π만큼 소급하여 더하면 전체 위상 변위를 얻을 수 있다. 그리고 얻어진 전체 위상변위를 가지고 수학식 3에 적용하여 가변파장레이저의 비선형 주파수변위 v(t)를 얻는다.
Figure 112005015713567-pat00005
여기서, c는 진공에서의 빛의 속도, n은 빛이 지나가는 매질의 굴절율, ΔL은 보조간섭계의 경로차이다. 이렇게 얻어진 가변파장레이저의 비선형 주파수변위가 도 6에 도시된다.
보상기(27)는 가변파장레이저의 비선형 주파수변위를 이용하여 주맥신호(B)를 재배열하여 주맥신호(B)에 포함된 비선형 특성을 보상한다. 도 7은 주간섭계에서 출력되는 주맥신호의 신호파형도이다. 이 주맥신호는 시험용 광섬유에 2개의 절단면이 있을 때 얻어지는 신호 파형이다.
보상기(27)는 주맥신호의 시간축을 주파수축으로 변형시키고 가변파장레이저의 비선형 주파수변위를 이용하여 주맥신호에 포함된 비선형특성을 제거한다. 도 8은 비선형특성이 제거된 주맥신호의 신호 파형도이다.
FFT변환기(28)는 비선형특성이 제거된 주맥신호를 고속퓨리에변환한다. 주맥신호의 고속퓨리에 변환 결과가 도 9에 도시된다.
도 9를 보면 주맥신호의 FFT결과값이 2개의 지연시간(τ)에서 급격하게 변하는 것을 알 수 있는데, 이 2개의 지연시간으로부터 시험용 광섬유(FUT)의 절단면이 2개임을 알 수 있으며, 그 지연시간들로부터 절단면 위치도 계산할 수 있다.
도 10은 일반적으로 상용화된 가변파장레이저를 사용하여 얻은 보조간섭계의 맥신호의 위상과 가변파장레이저의 주파수변위를 도시한다. 도 10에서 알 수 있듯이 보조맥신호의 위상과 가변파장레이저의 주파수는 시간에 따라 비선형적으로 변하는데, 이를 미분한 결과를 도 10의 작은 그래프로 표시한다. 즉, 시간에 따라서 주파수가변속도가 변하게 되는데, 이는 OFDR의 분해능에 영향을 주게 된다.
도 11은 가변파장레이저의 비선형 주파수변위를 보상하지 않은 FFT변환 결과값(a)과 이 발명에 따라 가변파장레이저의 비선형 주파수변위를 보상한 후의 FFT 변환 결과값(b)을 도시한 도면이다. 광섬유의 절단면 위치가 4m일 때 지연시간이 20ns이고, 광섬유의 절단면의 위치가 6m일 때 지연시간이 30ns인 경우를 실험하였다.
도 11의 (a)는 지연시간 τ가 22ns에서 32ns까지의 넓은 범위에서 주맥신호의 FFT결과값이 변화하여, 그 변화되는 범위가 약 10ns 정도로 넓다. 이를 해석하면 광섬유의 절단면의 위치는 약 4m 내지 6m의 사이에 위치하는 것이 된다. 반면에 도 11의 (b)는 지연시간 τ가 약 25ns일 때 주맥신호의 FFT결과값이 급격하게 변화하며, 이를 해석하면 광섬유의 절단면의 위치는 약 5m에 위치하는 것이 된다. 즉, 종래의 OFDR 시스템에 비해 이 발명에 따른 OFDR 시스템의 분해능이 월등히 좋음을 알 수 있다.
도 12는 광원으로서 가변파장레이저(TLS) 대신에 DFB-LD(distributed feedback laser diode)를 사용한 경우 보조맥신호의 위상 및 주파수변위를 도시한 그래프이다. 상용 가변파장레이저와는 다르게 중간부분(Region Ⅱ)은 선형적이지만 양쪽 끝부분(Region Ⅰ과 Region Ⅲ)은 비선형적이다.
도 13은 광원으로서 DFB-LD를 사용하는 경우, DFB-LD의 비선형 주파수변위를 보상하지 않은 FFT변환 결과값(a)과 이 발명에 따라 DFB-LD의 비선형 주파수변위를 보상한 후의 FFT 변환 결과값(b)을 도시한 도면이다. 도 12와 같이 DFB-LD의 주파수변위는 양쪽 끝부분에서 비선형적이기 때문에 종래의 OFDR 시스템에 의하면 도 13의 (a)와 같이 기대하지 않은 잡음이 발생하게 된다. 그러나, 이 발명의 OFDR 시스템과 같이 힐버트 변환을 통해 비선형성을 보상하면 도 6의 (b)와 같이 잡음이 제거된다.
이상에서 이 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 이 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
이상과 같이 이 발명에 따르면 보조간섭계의 경로차에 상관없이 보조맥신호의 위상을 얻어서 가변파장레이저의 주파수변위를 얻고, 주맥신호를 재배열하여 주맥신호에 포함된 비선형특성을 보상할 수 있는 효과가 있다. 또한, 보조맥신호의 위상을 구하고 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 모든 절차가 컴퓨터의 일련의 처리과정을 통해 이루어지기 때문에 전체 시스템이 간소화되는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 시간에 따라 파장이 비선형적으로 변하는 빛을 출력하는 광원과, 상기 광원으로부터 출력되는 빛을 분할하는 광분할기와, 상기 광분할기에서 분할된 일부 빛으로부터 경로차에 의한 주맥신호를 얻는 주간섭계와, 상기 광분할기에서 분할된 다른 일부 빛으로부터 경로차에 의한 보조맥신호를 얻는 보조간섭계를 구비한 광주파수영역반사측정 시스템에서, 상기 주맥신호에 포함된 비선형주파수변위를 보상하는 장치에 있어서,
    상기 보조맥신호의 위상을 변환하는 위상변환기와,
    상기 보조맥신호와 상기 위상 변환된 보조맥신호로부터 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 위상계산기와,
    상기 위상계산기에서 계산된 상기 보조맥신호의 위상값을 이용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 보상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위상변환기는 상기 보조맥신호를 힐버트(Hilbert) 변환하는 힐버트변환기인 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 위상계산기는 아래의 수식을 이용하여 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치.
    [수식]
    Figure 112006058076747-pat00006
    여기서 UAU(t)는 보조맥신호, H(UAU(t))는 힐버트 변환된 보조맥신호, φ(t)는 보조맥신호의 위상값이다.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 보상기는 상기 보조맥신호의 위상값으로부터 상기 광원의 비선형주파수변위를 구하고, 상기 광원의 비선형주파수변위를 상기 주맥신호에 적용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 가변파장레이저(TLS ; tunable laser source)인 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 DFB-LD(distributed feedback laser diode)인 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치.
  7. 시간에 따라 파장이 비선형적으로 변하는 빛을 출력하는 광원과, 상기 광원으로부터 출력되는 빛을 분할하는 광분할기와, 상기 광분할기에서 분할된 일부 빛으로부터 경로차에 의한 주맥신호를 얻는 주간섭계와, 상기 광분할기에서 분할된 다른 일부 빛으로부터 경로차에 의한 보조맥신호를 얻는 보조간섭계를 구비한 광주파수영역반사측정 시스템에서, 상기 주맥신호에 포함된 비선형주파수변위를 보상하는 방법에 있어서,
    상기 보조맥신호의 위상을 변환하는 위상변환단계와,
    상기 보조맥신호와 상기 위상 변환된 보조맥신호로부터 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 위상계산단계와,
    상기 위상계산단계에서 계산된 상기 보조맥신호의 위상값을 이용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 보상단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 위상변환단계는 상기 보조맥신호를 힐버트(Hilbert) 변환하는 단계인 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 위상계산단계는 아래의 수식을 이용하여 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상방법.
    [수식]
    Figure 112005015713567-pat00007
    여기서 UAU(t)는 보조맥신호, H(UAU(t))는 힐버트 변환된 보조맥신호, φ(t)는 보조맥신호의 위상값이다.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 보상단계는 상기 보조맥신호의 위상값으로부터 상기 광원의 비선형주파수변위를 구하고, 상기 광원의 비선형주파수변위를 상기 주맥신호에 적용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상방법.
  11. 시간에 따라 파장이 비선형적으로 변하는 빛을 출력하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출력되는 빛을 분할하는 광분할기와,
    상기 광분할기에서 분할된 일부 빛으로부터 경로차에 의한 주맥신호를 얻는 주간섭계와,
    상기 광분할기에서 분할된 다른 일부 빛으로부터 경로차에 의한 보조맥신호를 얻는 보조간섭계와,
    상기 보조맥신호의 위상을 변환하는 위상변환기와,
    상기 보조맥신호와 상기 위상 변환된 보조맥신호로부터 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 위상계산기와,
    상기 위상계산기에서 계산된 상기 보조맥신호의 위상값을 이용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 보상기와,
    상기 보상기에서 비선형특성이 보상된 주맥신호를 고속퓨리에변환하여 상기 주간섭계에 장착된 광섬유의 절단면 위치를 찾는 FFT변환기를 포함한 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 위상변환기는 상기 보조맥신호를 힐버트(Hilbert) 변환하는 힐버트변환기인 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 위상계산기는 아래의 수식을 이용하여 상기 보조맥신호의 위상값을 계산하는 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템.
    [수식]
    Figure 112006058076747-pat00008
    여기서 UAU(t)는 보조맥신호, H(UAU(t))는 힐버트 변환된 보조맥신호, φ(t)는 보조맥신호의 위상값이다.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 보상기는 상기 보조맥신호의 위상값으로부터 상기 광원의 비선형주파수변위를 구하고, 상기 광원의 비선형주파수변위를 상기 주맥신호에 적용하여 상기 주맥신호의 비선형특성을 보상하는 것을 특징으로 하는 광주파 수영역반사측정 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 광원은 가변파장레이저(TLS ; tunable laser source)인 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 광원은 DFB-LD(distributed feedback laser diode)인 것을 특징으로 하는 광주파수영역반사측정 시스템.
KR1020050024756A 2005-03-25 2005-03-25 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치및 방법과, 광주파수영역반사측정 시스템 KR100691871B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050024756A KR100691871B1 (ko) 2005-03-25 2005-03-25 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치및 방법과, 광주파수영역반사측정 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050024756A KR100691871B1 (ko) 2005-03-25 2005-03-25 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치및 방법과, 광주파수영역반사측정 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060102801A KR20060102801A (ko) 2006-09-28
KR100691871B1 true KR100691871B1 (ko) 2007-03-12

Family

ID=37623100

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050024756A KR100691871B1 (ko) 2005-03-25 2005-03-25 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치및 방법과, 광주파수영역반사측정 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100691871B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101112144B1 (ko) 2009-12-30 2012-02-14 부산대학교 산학협력단 부분 반사를 이용한 간섭 시스템 및 측정 시스템
CN110375781A (zh) * 2019-07-29 2019-10-25 武汉隽龙科技股份有限公司 一种ofdr中可变测量范围的自适应数据采集系统

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107102173B (zh) * 2017-06-22 2020-01-24 北京航空航天大学 一种基于光频域反射原理的啁啾光栅的标定装置及方法
KR102022315B1 (ko) * 2018-07-30 2019-09-18 한국광기술원 광 간섭계 및 그의 동작방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05118954A (ja) * 1991-10-25 1993-05-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光周波数領域反射測定装置
JPH05203410A (ja) * 1992-01-27 1993-08-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光周波数領域反射点測定方法及びその装置
JPH07159280A (ja) * 1993-12-09 1995-06-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光周波数領域反射測定装置
JPH07159281A (ja) * 1993-12-09 1995-06-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光周波数領域反射測定装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05118954A (ja) * 1991-10-25 1993-05-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光周波数領域反射測定装置
JPH05203410A (ja) * 1992-01-27 1993-08-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光周波数領域反射点測定方法及びその装置
JPH07159280A (ja) * 1993-12-09 1995-06-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光周波数領域反射測定装置
JPH07159281A (ja) * 1993-12-09 1995-06-23 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光周波数領域反射測定装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101112144B1 (ko) 2009-12-30 2012-02-14 부산대학교 산학협력단 부분 반사를 이용한 간섭 시스템 및 측정 시스템
CN110375781A (zh) * 2019-07-29 2019-10-25 武汉隽龙科技股份有限公司 一种ofdr中可变测量范围的自适应数据采集系统
CN110375781B (zh) * 2019-07-29 2021-12-21 武汉昊衡科技有限公司 一种ofdr中可变测量范围的自适应数据采集系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060102801A (ko) 2006-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Norgia et al. Self-mixing instrument for simultaneous distance and speed measurement
KR100719892B1 (ko) 다중모드광섬유의 모드간 차등지연시간 측정장치
JP5659293B2 (ja) 位相シフト干渉計
US5473428A (en) Interferometric temperature sensing system having a coupled laser diode wherein the magnitude is adjusted corresponding to a prior feed-back laser beam
CN111397644B (zh) 一种用于光频域反射计的激光器非线性调谐效应的补偿方法
KR100691871B1 (ko) 광주파수영역반사측정 시스템의 비선형주파수변위 보상장치및 방법과, 광주파수영역반사측정 시스템
JPWO2018070442A1 (ja) 光角度変調測定装置及び測定方法
Njegovec et al. Interrogation of FBGs and FBGs arrays using standard telecom DFB diode
JP3883458B2 (ja) 反射式ブリルアンスペクトル分布測定方法および装置
JP5422443B2 (ja) 波長分散測定装置及びそれを用いた波長分散測定方法
CN111220284A (zh) 基于短延迟自零差相干包络的激光线宽测量系统和方法
Yang et al. Noise compensation methods for optical fiber frequency sweeping interferometry: A review
KR100725211B1 (ko) 다중모드 도파로의 다중모드간 차등시간지연 측정장치 및 그 측정방법
Kamatani et al. Optical coherence domain reflectometry by synthesis of coherence function with nonlinearity compensation in frequency modulation of a laser diode
JP2002333371A (ja) 波長計
von der Weid et al. Mid-range coherent optical frequency domain reflectometry with a DFB laser diode coupled to an external cavity
CN110375779B (zh) 提高ofdr频域采样率的装置和方法
KR100343812B1 (ko) 광섬유의 색분산 측정시스템 및 측정방법
US20200300672A1 (en) A fibre optic sensing device
Ensher et al. Long coherence length and linear sweep without an external optical k-clock in a monolithic semiconductor laser for inexpensive optical coherence tomography
KR100337646B1 (ko) 광 펄스 파형 측정 장치
EP3879221A1 (en) Optical interference measurement apparatus
CN112424562B (zh) 用于频率调制干涉仪的路径波动监测
Sorin High-resolution optical fiber reflectometry techniques
JP5487149B2 (ja) 波長分散測定装置及びそれを用いた波長分散測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121211

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131211

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee