KR100810867B1 - Apparatus and method for residual stress measuring of optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명의 광섬유의 잔류응력 측정장치의 간섭계를 마하젠더 간섭계로 이용하였을 경우를 나타낸 개념도.1 is a conceptual diagram showing a case where the interferometer of the residual stress measuring device of the optical fiber of the present invention is used as a Mach-Zehnder interferometer.
도 2는 본 발명의 광섬유의 잔류응력 측정장치의 간섭계를 마이켈슨 간섭계로 이용하였을 경우를 나타낸 개념도.2 is a conceptual diagram showing a case where the interferometer of the residual stress measuring device of the optical fiber of the present invention is used as a Michelson interferometer.
도 3a는 빛의 진행경로에 따른 위상 변화를 나타내는 개념도.3A is a conceptual diagram illustrating a phase change according to a light propagation path.
도 3b는 편광기원리를 이용한 종래의 잔류응력 측정 방법에 대한 개념도.Figure 3b is a conceptual diagram for a conventional residual stress measuring method using a polarizer principle.
도 3c는 본 발명의 광섬유의 잔류응력 측정장치의 편광조절부의 구체적 형상과 구성을 나타내는 개념도.Figure 3c is a conceptual diagram showing the specific shape and configuration of the polarization control unit of the residual stress measuring device of the optical fiber of the present invention.
도 4는 종래의 간섭계를 이용한 생체세포 위상 측정 장치의 개념도.4 is a conceptual diagram of a living cell phase measurement apparatus using a conventional interferometer.
본 발명은 광섬유를 제작하는 과정에서 발생하는 잔류응력(Residual Stress)을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for measuring residual stress generated in the process of fabricating an optical fiber.
보통 광섬유의 제작 과정에서 발생되는 잔류응력은 광섬유의 광 산란에 의한 광 손실을 증가시키고, 광탄성 효과(photoelastic effect)에 의해 굴절률 변화를 일으키게 된다. Normally, residual stresses generated during the fabrication of optical fibers increase the light loss due to light scattering of the optical fibers and cause the refractive index to change due to the photoelastic effect.
또한 광섬유의 굴절률 변화는 광섬유 내에서 광신호의 도파특성을 결정하는 중요한 요소로서 이를 통해 광섬유의 광학적 특성을 정확하게 파악할 수 있다. 그러므로 잔류응력의 측정은 고 품질 광섬유 생산 및 특수 광섬유 개발과 그 특성 연구를 위해 매우 중요하다고 할 수 있다.In addition, the refractive index change of the optical fiber is an important factor in determining the waveguide characteristics of the optical signal in the optical fiber, and thus it is possible to accurately grasp the optical characteristics of the optical fiber. Therefore, the measurement of residual stress is very important for the production of high quality optical fibers, the development of special optical fibers, and the study of their characteristics.
여기서 일반적인 광섬유의 잔류응력 측정에 관한 기본 수식을 알아보면 다음과 같다.Here, the basic formula for the measurement of residual stress of a general optical fiber is as follows.
-광섬유의 잔류응력과 위상변이와의 관계.-Relationship between residual stress and phase shift of optical fiber.
여기에서 Δδ는 측정하게 되는 위상변이(광섬유 축방향의 위상값과 단면방향의 위상값의 차이)이고, λ는 사용되는 광원의 파장이며, σz 는 광섬유안에 존재하는 잔류응력, C는 광탄성계수이다. 이 수식은 이미 알려진 수식이며, 이 수식을 Inverse Abel Transformation하면 수학식 1을 얻을 수 있다.Where Δδ is the phase shift to be measured (difference between the phase value in the optical fiber axial direction and the cross-sectional direction), λ is the wavelength of the light source used, σ z is the residual stress in the optical fiber, and C is the photoelastic coefficient. to be. This equation is a known equation, and
수학식 1
그리고 또한, 간섭계를 이용한 생체 세포의 위상 측정을 위한 종래 기술의 경우, 도 4를 참조하여 설명하면, PZT(Piezo electric translater)를 사용하여 각각 0, π/2, π, 3π/2의 위상 변조를 주고 이때 얻어진 각각의 Intensity 이미지를 다음의 수학식2를 통해 생체 세포의 위상 분포를 측정하고 있다.In addition, in the prior art for measuring the phase of a living cell using an interferometer, the phase modulation of 0, π / 2, π, 3π / 2, respectively, using a piezo electric translater (PZT) The intensity distribution of the living cells is measured by the following
수학식2
여기서 또 수학식 2에서 I0, Iπ/2, Iπ , I3π/2 는 위상 변조기에서 위상 변조를 각각 0, π/2, π, 3π/2만큼 주었을때 CCD에서 얻어지는 빛의 Intensity이다. 즉, 각각의 이미지를 얻고 수학식 2에 의해 위상값을 얻을 수 있다. Here, in
이때 편광된 빛이 들어온다면 편광 방향에 따라 다른 위상값을 얻게 된다.(이것은 측정 대상이 편광특성을 갖고 있는 물질인 경우이다. 즉, 편광특성이 없는 측정대상이라면 같은 값을 갖게 된다. 광섬유는 편광특성이 있다.) 그러므로, 편광조절부에 의해 각각 광섬유의 축방향과 단면방향의 편광을 갖는 빛이 들어가 각각의 위상값이 측정되고, 그 값의 차이로부터 위상 변이값을 얻게 된다. At this time, if the polarized light comes in, different phase values are obtained according to the polarization direction. (This is the case in which the measurement target is a material having polarization characteristics. Therefore, light having polarized light in the axial direction and the cross-sectional direction of each optical fiber is input by the polarization adjusting unit so that each phase value is measured, and a phase shift value is obtained from the difference in the values.
그러나, 간섭계를 이용한 생체 세포의 위상 측정을 위한 종래의 기술의 경우, 측정 대상이 특별한 편광특성이 없는 경우에 한정된다는 단점을 가지고 있다.However, the conventional technique for measuring the phase of a living cell using an interferometer has a disadvantage in that it is limited to the case where the measurement target has no special polarization characteristic.
물론 측정대상에 편광특성이 있는 경우에도 측정은 가능하지만, 종래에는 주로 편광특성이 없는 일반적인 측정대상에 국한되어 사용되어왔다. 이것은 종래에는 편광특성을 가진 대상에 대한 관심이 없었거나, 주로 생물학을 연구하는 사람들이 편광특성 같은 광학적 지식이 없었던 데 기인한다.Of course, even if the measurement object has a polarization characteristic, it is possible to measure, but in the prior art has been used mainly limited to the general measurement object without a polarization characteristic. This is due to the lack of interest in objects having polarization characteristics or the lack of optical knowledge such as polarization characteristics.
상기와 같이 고 품질 광섬유 생산을 위한 광섬유의 잔류응력을 측정하기 위한 종래의 기술로는 대한민국특허출원 제10-2002-0014509호의 "광섬유의 잔류응력 측정장치"에 잘 나타나 있다.As a conventional technique for measuring the residual stress of the optical fiber for producing a high quality optical fiber as described above is well shown in the "approximate stress residual device of the optical fiber" of Korea Patent Application No. 10-2002-0014509.
상기 대한민국특허출원 제10-2002-0014509호에 나타난 기술은,The technique shown in the Republic of Korea Patent Application No. 10-2002-0014509,
잔류응력을 측정하고자 하는 광섬유를 고정시키기 위한 고정부와; A fixing part for fixing the optical fiber to measure the residual stress;
상기 고정부에 고정된 광섬유의 잔류응력 측정을 위한 광을 발생시키는 광 발생장치, 상기 광 발생장치로부터 발생되어 상기 광섬유를 투과한 광을 검출하는 디텍터 및, 상기 광섬유의 원주방향을 따라 선회하면서 상기 광섬유를 투과한 광의 위상 변화로부터 상기 광섬유의 잔류응력을 측정하는 측정부를 구비한 것이다.A light generating device for generating light for measuring the residual stress of the optical fiber fixed to the fixed portion, a detector for detecting the light transmitted from the light generating device and transmitted through the optical fiber, and while turning along the circumferential direction of the optical fiber It is provided with a measuring unit for measuring the residual stress of the optical fiber from the phase change of the light transmitted through the optical fiber.
상기 종래의 기술은 광섬유의 원주방향으로 선회하면서 잔류응력을 측정하게 되므로, 광섬유의 잔류응력 분포를 정확하게 측정하는 것이 가능하며, 이로써 광섬유 잔류응력의 비대칭성까지 측정할 수 있는 장점이 있지만, 다음과 같은 문제점이 있다.Since the conventional technique is to measure the residual stress while turning in the circumferential direction of the optical fiber, it is possible to accurately measure the residual stress distribution of the optical fiber, thereby having the advantage of measuring the asymmetry of the residual stress of the optical fiber, I have the same problem.
즉 종래의 기술은 도 3a에 도시된 바와 같이, 편광기 원리를 이용하여 광섬유 축 방향과 단면 방향의 위상변이 차(△δ=δ z -δ ⊥)를 측정하고, 이를 이용하여 광섬유의 잔류응력을 측정하게 된다.That is, the prior art, as shown in Figure 3a, by using the polarizer principle to measure the phase shift difference (△ δ = δ z -δ 의 ) in the optical fiber axis direction and cross-sectional direction, and using this to measure the residual stress of the optical fiber Will be measured.
이를 보다 상세히 설명하면, 도 3b의 수식에서 알 수 있듯이 편광자(polarizer)의 회전각도와 상대위상(relative phase)이 사인제곱 함수 안에 존재하게 된다. In more detail, as can be seen from the equation of FIG. 3B, the rotation angle and the relative phase of the polarizer exist in the sinus square function.
그러므로 CCD 카메라에서 얻어지는 intensity가 0이 되는 지점을 편광자를 돌려가면서 찾게 되는 것이다. Therefore, the point where the intensity obtained from the CCD camera becomes zero is found by turning the polarizer.
그러면 그때 사인제곱 함수안의 항목 즉, θ+δ/2 값이 또한 0이 되기 때문이다. 그러면, 그때(CCD 카메라의 intensity가 0이 나오는 때)의 편광자 회전각(θ)의 (-2)배가 상대위상 값이 되는 것이다(δ=-2θ). 이처럼 상대위상 값을 얻게 되면 그 값은 다음의 Abel transformation에 의해 잔류응력으로 계산될 수 있다.Then the item in the sine square function, i.e., the value of θ + δ / 2 is also zero. Then, (-2) times of the polarizer rotation angle [theta] at that time (when the intensity of the CCD camera is zero) becomes the relative phase value ([delta] = -2 [theta]). Once the relative phase values are obtained, they can be calculated as residual stresses by the following Abel transformation.
그러나 상기와 같은 종래의 방법은 편광자를 돌려가면서 CCD 카메라의 intensity가 0이 나오는 위치에서의 편광자의 회전각도를 얻어야 하므로, 측정시간이 오래 걸리고, 또한 편광자를 회전시키는 양에 따라 얻어지는 상대위상 값의 분 해능이 결정된다는 단점이 있다. However, the conventional method as described above has to obtain the rotation angle of the polarizer at the position where the intensity of the CCD camera is zero while rotating the polarizer, so that the measurement time is long and the relative phase value obtained according to the amount of the polarizer is rotated. The disadvantage is that resolution is determined.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, The present invention is proposed to solve the above conventional problems,
종래의 간섭계를 이용한 생체세포의 위상 분포의 측정 기술에, 편광조절부를 추가하여, 광원의 편광 방향에 따른 광섬유 축 방향의 위상 분포(Axial Phase, δz)와 광섬유 단면 방향의 위상 분포(Transverse Phase, δ⊥)의 동시 측정이 가능하며, 이렇게 측정된 광섬유 축 방향의 위상 분포와 단면 방향의 위상 분포로부터 광섬유 내에 존재하는 잔류응력 측정을 빠른 시간에 간편하게 측정 가능하게 하는 광섬유의 잔류응력 측정장치 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. A polarization control unit is added to a conventional technique for measuring the phase distribution of living cells using an interferometer, and the phase distribution in the optical fiber axis direction along the polarization direction of the light source (Axial Phase, δ z ) and the phase distribution in the optical fiber cross-section direction (Transverse Phase). and δ ⊥ ), and the residual stress measuring device of the optical fiber which makes it possible to easily measure the residual stress existing in the optical fiber from the phase distribution in the axial direction and the sectional direction in the optical fiber measured in this way in a short time and It aims to provide the method.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광섬유의 잔류응력 측정장치는 Residual stress measuring apparatus of the optical fiber of the present invention for achieving the above object
광을 발생시키는 광 발생 부; 상기 광발생부에서 발생된 광을 평행광으로 전환하는 제1광조절부; 상기 제1광조절부에서 전환된 평행광의 편광을 광섬유 축 방향에 평행한 편광 및 광섬유 축 방향에 수직한 편광으로 변환하여 간섭계 부분에 입사시키는 편광조절부; 상기 편광조절부에 의해 편광된 평행광을 임의의 간섭패턴을 얻을 수 있도록 지연시키는 간섭계 부분; 상기 간섭계 부분을 통과한 광의 상태를 평행광으로 유지시켜 주는 제2광조절부; 및 상기 제2광조절부를 통과한 광에 의 해 생기는 간섭무늬 이미지를 검출하여 측정함으로써 광섬유의 잔류응력을 측정하는 광검출 부분;를 포함하여 이루어지는 것을 특징적 구성으로 한다.A light generating unit generating light; A first light control unit converting light generated by the light generation unit into parallel light; A polarization control unit for converting the polarized light of the parallel light converted by the first light control unit into polarization parallel to the optical fiber axis direction and polarization perpendicular to the optical fiber axis direction and incident the interferometer part; An interferometer portion for delaying parallel light polarized by the polarization adjusting unit to obtain an arbitrary interference pattern; A second light control unit for maintaining the state of the light passing through the interferometer portion as parallel light; And a light detecting portion for measuring the residual stress of the optical fiber by detecting and measuring the interference fringe image generated by the light passing through the second light control unit.
그리고 본 발명의 잔류응력 측정 방법은 And the residual stress measuring method of the present invention
a) 광 발생 부를 이용하여 광을 발생시키는 단계;a) generating light using the light generating unit;
b) 상기 광발생부에서 발생된 광을 제1광조절부를 이용하여 평행광으로 전환하는 단계;b) converting the light generated by the light generation unit into parallel light using a first light control unit;
c) 상기 제1광조절부에서 전환된 평행광의 편광을 편광조절부를 이용하여 광섬유 축 방향에 평행한 편광 및 광섬유 축 방향에 수직한 편광으로 변환하여 간섭계 부분에 입사시키는 단계;c) converting the polarized light of the parallel light converted by the first light control part into polarized light parallel to the optical fiber axis direction and polarized light perpendicular to the optical fiber axis direction by using the polarization control part to be incident on the interferometer part;
d) 상기 편광조절부에 의해 편광된 평행광을 임의의 간섭패턴을 얻을 수 있도록 지연시키는 간섭계 부분;d) an interferometer portion for delaying parallel light polarized by the polarization adjusting unit to obtain an arbitrary interference pattern;
e) 상기 간섭계 부분을 통과한 광의 상태를 제2광조절부를 이용하여 평행광으로 유지시켜 주는 단계; 및e) maintaining the state of the light passing through the interferometer portion as parallel light using a second light control unit; And
f) 상기 제2광조절부를 통과한 광을 광검출 부분를 이용하여 간섭무늬 이미지를 검출하여 측정함으로써 광섬유의 잔류응력을 측정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징적 구성으로 한다.f) measuring the residual stress of the optical fiber by measuring the light passing through the second light adjusting unit by detecting the interference fringe image using the light detecting portion.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 광섬유의 잔류응력 측정장치의 개념도이다.1 and 2 are conceptual diagrams of an apparatus for measuring residual stress of an optical fiber according to the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유의 잔류응력 측정 장치는 기본적으로 광발생부(10, 80), 제1광조절부(20, 90), 편광조절부(30, 100), 간섭계 부분, 제2광조절부(50, 120) 및 광검출 부분(60, 130) 등으로 이루어진다.As shown in Figure 1 and 2, the residual stress measuring apparatus of the optical fiber according to the present invention is basically a light generating unit (10, 80), the first light control unit (20, 90), polarization control unit (30, 100), the interferometer portion, the second light control portion (50, 120) and the light detection portion (60, 130) and the like.
광발생부(10, 80)는 바람직하게는 헬륨네온(HeNe)레이저를 이용하여 구현하는 데, 그 이유는 상기 헬륨네온(HeNe)레이저는 스펙트럼이 매우 좁아서 거의 단파장의 광원으로 생각할 수 있으므로, 이러한 단파장 성질의 빛(1, 71)이 광섬유(45, 114)에 투과되었을 때 각각 유일한 위상 변화 값들을 나타낼 수 있다.The
제1광조절부(20,90)는 광발생부로부터 발생된 광을 평행광으로 변환하는 것으로, 바람직하게는 집광(plano-convex)렌즈로 이루어진다.The first
상기 집광(plano-convex)렌즈는 보통 광발생부(10, 80)로부터 사용되는 레이저에서 나오는 빛은 평행광이 아니고, 비록 작긴 하지만 발산하는 즉, 퍼지는 형태의 빛이므로, 광발생부(10, 80)에서 사용되는 레이저의 발산되는 빛을 평행광으로 만들어 주는 역할을 하며, 이를 위해 광조절부분이 필요하며, 주로 평행광을 만들기 위해 한쪽면은 평평하고, 다른 한쪽면은 볼록한 형태로 이루어져 있다.The plano-convex lens is usually light emitted from the laser used from the
편광조절부(30, 90)는 상기 제1광조절부(20, 90)를 통과한 평행광을 광섬유 축에 평행한 편광과 광섬유 축에 수직한 편광을 가진 광으로 각각 조절되게 한다.The
상기 편광조절부(30, 90)는 보통 편광자를 이용하여 구현하며, 이는 평면판 형태로 생겼으며, 편광자에는 T.A. (Transmission Axis)라는 것이 있다. The polarization control unit (30, 90) is usually implemented using a polarizer, which is formed in the form of a flat plate, the polarizer T.A. There is something called Transmission Axis.
즉, 빛은 전자기파(전기장과 자기장이 진동하며 진행하는 Wave)이므로, 전기장의 진동방향을 편광방향이라고 하면 보통 빛은 여러 가지 편광방향을 갖는 전자기파가 혼합된 형태를 갖게 된다.That is, since light is electromagnetic waves (waves that propagate with electric and magnetic fields), when the vibration direction of the electric field is called a polarization direction, light generally has a form in which electromagnetic waves having various polarization directions are mixed.
이에 따라 편광자는 이러한 여러 가지 편광방향을 갖는 빛 중에서 T.A.에 일치하는 편광방향을 갖는 빛만을 통과시키게 되고, 나머지 편광이 T.A.와 일치하지 않는 빛은 통과하지 못하게 한다.Accordingly, the polarizer passes only the light having the polarization direction corresponding to T.A. among the light having the various polarization directions, and prevents the light that does not correspond to the T.A. remaining polarization from passing through.
상기와 같은 원리에 의해 본 발명에서는 도 3c에 도시된 바와 같이, 모터를 사용해서 편광자를 광섬유의 축방향과 일치하는 방향으로 회전시킴으로써 광섬유 축방향과 일치하는 편광을 가진 빛에 의한 광섬유의 위상을 일차적으로 측정하고, 편광자를 다시 한번 광섬유 축방향과 수직한 방향(단면 방향)으로 회전시켜서 광섬유 단면방향과 일치하는 편광을 가진 빛에 의한 광섬유의 위상을 최종적으로 측정하게 되는 것이다. Based on the above principle, in the present invention, as shown in FIG. 3C, the phase of the optical fiber by light having polarization coinciding with the optical fiber axial direction is rotated by using a motor to rotate the polarizer in the direction corresponding to the axial direction of the optical fiber. Firstly, the polarizer is once again rotated in a direction perpendicular to the optical fiber axis direction (cross-sectional direction) to finally measure the phase of the optical fiber due to light having polarization coinciding with the optical fiber cross-sectional direction.
간섭계 부분은 보통 도 1과 같이, 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계 부분(41~45) 혹은 도 2와 같이, 마이켈슨(Michelson) 간섭계 부분(111~114)으로 이루어지는데, 이는 편광자를 통과한 광을 Phase Shifting Method 방법을 통해서 위상을 변화시켜(Shift) 줌으로써, 빛이 진행해 가는 위상의 지연(위상의 지연은 곧 빛이 진행해 가는 경로를 그만큼 길게 해주게 된다.)에 의한 간섭 패턴을 얻게 하는 것이다. The interferometer portion usually consists of a Mach-Zehnder interferometer portion 41-45, as shown in FIG. 1, or a Michelson interferometer portion 111-114, as shown in FIG. By shifting the phase through the phase shifting method, the light acquires an interference pattern due to the delay of the light propagating phase (the phase delay will lengthen the path the light travels by). .
여기서 상기 간섭계부분(111~114)은 간섭무늬를 만들기 위해 하나의 빛을 경 로가 다른 두 빛으로 나누어주는 역할을 하는 광분할기(111)와, 특정한 양의 위상지연을 일으켜 간섭무늬를 만들어주는 위상변조기(112)와, 진행되어 온 빛을 반사시켜 간섭무늬가 생기도록 경로가 나뉘어진 두 빛을 하나로 모아주는 역할을 하는 미러(113)로 구성된다.Here, the
이에 따라 빛의 경로가 지연되는 양에 따라 간섭 패턴(간섭 무늬)이 다르게 나올 것이고, 각각의 지연을 임의로 0, π/2, π, 3π/2의 네 가지 형태로 주게 된다.Accordingly, the interference pattern (interference pattern) will come out differently according to the amount of delay of the light path, and each delay is arbitrarily given in four forms of 0, π / 2, π, and 3π / 2.
여기서 상기 간섭계를 마하젠더 간섭계로 특별히 사용해야하는 이유는 없지만, 상기 마하젠더 간섭계는 원리상 마이켈슨 간섭계와 동일하다.There is no reason to use the interferometer as a Mach-Zehnometer interferometer, but the Mach-Zehnometer interferometer is the same as the Michelson interferometer in principle.
다만, 마이켈슨 간섭계의 경우 광학부품이 마하젠더 간섭계에 비해 적게 들어가게 되므로(예를 들어 광분할기나 반사거울 수가 적게 들어간다.), 마이켈슨 간섭계에 비해 마하젠더 간섭계는 간섭계를 구성하는데 편하다는 장점이 있다.(Alignment가 용이함)In the case of the Michelson interferometer, however, since the optical component is less than the Mach-Zehnder interferometer (for example, the optical splitter or the reflection mirror is smaller), the Mach-Zehnder interferometer is easier to construct the interferometer than the Michelson interferometer. (Alignment is easy)
제2광조절부(50, 120)는 간섭계에서 통과한 광을 다시 평행광으로 전환하여 광검출 부분(60, 130)으로 입사시키게 된다.The second
상기 광검출 부분(60, 130)은 간섭계를 통과한 광의 간섭무늬가 이미지로 나타나며, 이때 광검출 부분(60, 130)에서는 위상 변조기(46, 112)에 의해 변조된 4개의 간섭무늬 이미지(변조위상이 각각 0, π/2, π, 3π/2일 때의 이미지)가 획득 되며 획득된 4개의 간섭무늬 이미지와 상기 수식을 통해 위상분포(δz, δ⊥)를 얻게 된다. In the
이 경우에 있어서, 편광조절부(30, 100)에 의해 광섬유 축에 평행한 편광을 가진 광에 의해 광검출 부분(60, 130)에 나타난 간섭무늬 이미지로부터 측정되는 위상 분포는 광섬유 축 방향의 위상 분포(Axial Phase, δz)로, 또한 편광조절부(30, 100)에 의해 광섬유 축에 수직한 편광을 가진 광에 의해 광검출 부분(60, 130)에 나타난 간섭무늬 이미지로부터 측정되는 위상 분포는 광섬유 단면 방향의 위상 분포(Transverse Phase, δ⊥)로 정의된다. In this case, the phase distribution measured from the interference fringe images shown in the
이렇게 측정된 광섬유 축 방향의 위상분포와 단면 방향의 위상분포의 차(δz -δ⊥)로부터 위상변이 값(△δ=δz -δ⊥)을 얻을 수 있으며, 이렇게 얻어진 위상변이(△δ)를 통해 Inverse Abel Transformation을 이용해 광섬유의 잔류응력을 구할 수 있다. 관련된 수식은 다음과 같다.The phase shift value (Δδ = δ z -δ ⊥ ) can be obtained from the difference between the phase distribution in the optical fiber axial direction and the phase distribution in the cross-sectional direction (δ z -δ ⊥ ), and the phase shift thus obtained (Δ δ) ), The residual stress of the optical fiber can be obtained by using Inverse Abel Transformation. The related formula is:
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 광섬유의 잔류응력 측정장치를 이용하여 광섬유의 잔류응력을 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the method of measuring the residual stress of the optical fiber using the residual stress measuring apparatus of the optical fiber according to the present invention configured as described above are as follows.
우선, 광발생부의 광원(10, 80)에서 나온 광(1, 71)은 제1광조절부의 Plano-convex 렌즈(20, 90) 부분을 통과하면서 평행광으로 전환된다. 평행광으로 전환된 광은 편광조절부의 편광조절부(30, 100)를 통과함으로써 광섬유 축에 평행한 편광과 광섬유 축에 수직한 편광을 가진 광으로 각각 조절되게 된다. First, the light (1, 71) from the light source (10, 80) of the light generating unit is converted into parallel light while passing through the plano-convex lens (20, 90) portion of the first light control unit. The light converted into parallel light passes through the
이렇게 편광된 광은 마하젠더 간섭계 부분(41~45) 혹은 마이켈슨 간섭계 부분(111~114)을 통과하고 다시 제2 광조절부의 Plano-convex 렌즈(50, 120) 부분을 통과하여 최종적으로 광검출 부분(60, 130)으로 입사하게 된다. The polarized light passes through the Mach-
이때 광검출 부분(60, 130)에서는 간섭계를 통과한 광의 간섭무늬가 이미지로 나타나며, 이때 광검출 부분(60, 130)에서는 위상 변조기(46, 112)에 의해 변조된 4개의 간섭무늬 이미지(변조위상이 각각 0, π/2, π, 3π/2일 때의 이미지)가 획득되며 획득된 4개의 간섭무늬 이미지와 상기 수식을 통해 위상분포(δz, δ⊥)를 얻게 된다. In this case, the interference fringes of the light passing through the interferometer appear as images in the
이 경우에 있어서, 편광조절부(30, 100)에 의해 광섬유 축에 평행한 편광을 가진 광에 의해 광검출 부분(60, 130)에 나타난 간섭무늬 이미지로부터 측정되는 위상 분포는 광섬유 축 방향의 위상 분포(Axial Phase, δz)로, 또한 편광조절부(30, 100)에 의해 광섬유 축에 수직한 편광을 가진 광에 의해 광검출 부분(60, 130)에 나타난 간섭무늬 이미지로부터 측정되는 위상 분포는 광섬유 단면 방향의 위상 분포(Transverse Phase, δ⊥)로 정의된다. In this case, the phase distribution measured from the interference fringe images shown in the
이렇게 측정된 광섬유 축 방향의 위상분포와 단면 방향의 위상분포의 차(δz -δ⊥)로부터 위상변이 값(△δ=δz -δ⊥)을 얻을 수 있으며,The phase shift value (Δδ = δ z -δ ⊥ ) can be obtained from the difference (δ z -δ ⊥ ) between the phase distribution in the axial direction and the phase distribution in the cross-sectional direction.
여기에서 Δδ는 측정하게 되는 위상변이(광섬유 축방향의 위상값과 단면방향의 위상값의 차이)이고, λ는 사용되는 광원의 파장이며, σz 는 광섬유안에 존재하는 잔류응력, C는 광탄성계수이다. 이 수식은 이미 알려진 수식이며, 이렇게 얻어진 위상변이(△δ)를 통해 Inverse Abel Transformation을 이용해 광섬유의 잔류응력을 구할 수 있다. Where Δδ is the phase shift to be measured (difference between the phase value in the optical fiber axial direction and the cross-sectional direction), λ is the wavelength of the light source used, σ z is the residual stress in the optical fiber, and C is the photoelastic coefficient. to be. This equation is a known equation, and the phase shift (△ δ ) thus obtained can be used to find the residual stress of the optical fiber using Inverse Abel Transformation.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광섬유의 잔류응력 측정 장치는 광섬유의 축 방향의 위상분포 분포(Axial Phase, δz)와 광섬유 단면 방향의 위상 분포(Transverse Phase, δ⊥)를 함께 측정하고 그 차(△δ=δz-δ⊥)를 이용하여 광섬유 내의 굴절률 변화 및 광 손실을 결정하는 잔류응력을 측정함으로써 보다 빠른 시간에 광섬유의 잔류응력을 측정 가능하게 하는 효과가 있다.As described above, the residual stress measurement apparatus of the optical fiber according to the present invention measures the phase distribution in the axial direction (Axial Phase, δ z ) and the phase distribution in the cross-sectional direction of the optical fiber (Transverse Phase, δ ⊥ ) together and a car by using a (△ δ = δ z -δ ⊥ ) effect, which enables measuring the residual stress of the optical fiber than in a short time by measuring the residual stress of determining the change in refractive index and the optical loss in the optical fiber.
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