KR20100115427A - 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유에 길이 또는 두께 방향을 따라 초기 응력을 발생시킨 상태에서 초기 광섬유 브래그 격자를 형성한 후 응력을 제거하여 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시킴으로써 광섬유 브래그 격자를 형성하는 것을 포함하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법에 관한 것이다.
초기 응력, 광섬유 브래그 격자, 압축력, 인장력, 전단력, 굽힘 모멘트

Description

초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법{Manufacturing Method for Fiber Optic Sensors using Pre-stress}
본 발명은 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광섬유에 길이 또는 두께 방향을 따라 초기 응력을 발생시킨 상태에서 초기 광섬유 브래그 격자를 형성한 후 응력을 제거하여 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시킴으로써 광섬유 브래그 격자를 형성하는 것을 포함하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법에 관한 것이다.
광섬유 센서는 주변의 온도 변화를 감지하거나 구조물의 변형 정도를 측정하는 센서로서, 광신호를 이용하기 때문에 장거리에서도 측정이 가능하며, 광섬유의 재질이 석영이므로 부식되지 않아 장기 계측에 적합하며, 전자기적 간섭을 받지 않고, 센서의 크기가 작고 가벼운 장점이 있다. 이 외에도 공기 중에서 광신호의 전달이 가능하므로 회전 구조물의 구조 안전성 모니터링에 사용할 수 있는 장점이 있다. 이러한 광섬유 센서 중에서 광섬유 코어에 주기적인 굴절률 변화를 주어 특정 파장의 광신호를 반사시키는 광섬유 센서를 광섬유 브래그 격자 센서라고 하며, 이하에서는 광섬유 브래그 격자 센서를 위주로 하여 설명한다.
도1은 위상 마스크를 이용하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 과정을 나타낸 종래기술의 개념도이고, 도2는 통상의 광섬유 브래그 격자를 이용한 센서 신호 처리를 나타낸 개념도이다.
기존의 광섬유 브래그 격자 센서는 도1에 나타낸 것과 같이 일반적으로 위상 마스크에 자외선을 입사시킨 후 위상 마스크에 의해 굴절된 빛을 이용하여 광섬유 코어 내부에 주기적인 굴절률 변화를 일으키는 제작 방법을 사용하였다.
도면 부호 10은 위상 마스크 (phase mask)를, 11은 자외선(UV 레이저)를, 12는 위상 마스크를 통과하며 굴절된 자외선을, 13은 실리카 격자(silica grating)를, 20은 광섬유를, 21은 광섬유 코어(core)를, 22는 광섬유 클래딩(cladding)을, 23은 광섬유 재킷(jacket)을, 24는 브래그 격자(Bragg grating)를 나타낸다.
도2와 같이 광섬유 브래그 격자 센서에 광대역 광원을 주사하게 되면 특정 파장(브래그 파장, λB)의 광신호만 반사되게 되는데 이 반사 파장의 변화량을 측정하면 변형 정도 및 온도를 측정할 수 있다. 도면 부호 31은 입력 광대역 광신호를, 32는 브래그 격자에서 반사된 광신호를, 33은 브래그 격자를 통과한 광신호를 나타낸다. 브래그 파장은 하기 [수학식 1]과 같이 결정된다.
Figure 112009023584285-PAT00001
여기서, λB는 브래그 파장, ne는 광섬유 코어의 유효 굴절률, Λ는 광섬유 코어의 굴절률 변화 주기를 의미한다.
만약 여러 지점의 변형 정도 및 온도를 측정하고 싶으면 다양한 브래그 파장을 하나의 광섬유 라인에 제작하여 사용하면 된다.
그런데, 기존의 제작 방법은 하나의 위상 마스크를 사용하여 하나의 광섬유 브래그 격자 센서를 제작할 수 밖에 없는 단점이 있다. 이러한 기존 방법으로 여러 파장의 광섬유 브래그 격자 센서를 제작하기 위해서는 파장대가 서로 다른 위상 마스크를 여러 개 사용해야만 하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래에는 위상 마스크를 포함한 동일한 하나의 광학계를 이용한 경우 하나의 브래그 파장을 가지는 센서를 제작할 수밖에 없었으나, 본 발명에서는 동일한 하나의 광학계를 사용한 경우에도 브래그 파장이 다른 여러 개의 센서를 제작할 수 있는 제작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
구체적으로, 서로 다른 브래그 파장을 가지는 광섬유 브래그 격자 센서를 다량으로 제작할 수 있도록 하기 위하여, 광섬유에 초기 응력을 가하여 초기 브래그 격자를 생성하고 이후 초기에 가한 응력을 제거하여 초기 브래그 격자의 간격을 변화시킴으로써 초기 응력 수준에 따라 다양한 브래그 격자 센서를 제작할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 광섬유(120)에 길이 또는 두께 방향을 따라 초기 응력을 가하는 단계; 상기 초기 응력이 가해진 광섬유(120)에 광학계를 통하여 자외선(111)을 조사하여 상기 광섬유(120)의 광섬유 코어(121)에 주기적인 굴절률 변화를 일으킴으로써 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)를 형성하는 단계; 상기 초기 응력을 제거하여 상기 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)의 격자 간 간격을 변화시킴으로써 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 광학계는 간섭계(interferometer) 또는 위상 마스크(phase mask)(110)일 수 있고, 상기 초기 응력은 인장력(141), 압축력(142), 전단력 또는 굽힘 모멘트 중 어느 하나에 의하여 가하여질 수 있는데, 본 발명은 상기 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)를 형성하기 전에 상기 광섬유(120)의 광섬유 재킷(jacket) 중 상기 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)가 형성될 부위에 대응하는 부분을 제거하는 단계; 상기 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)가 형성된 후에 상기 광섬유(120) 중 상기 광섬유 재킷(jacket)이 제거된 부위를 피복하는 단계; 를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 제1 광섬유 브래그 격자가 형성된 제1 광섬유부 및 상기 제1 광섬유 브래그 격자와 다른 제2 광섬유 브래그 격자가 형성되며 상기 제1 광섬유부에 길이 방향으로 연결된 제2 광섬유부를 포함하는 광섬유 센서의 제작 방법에 있어서, 상기 제1 광섬유부와 상기 제2 광섬유부가 길이 또는 두께 방향을 따라 서로 다른 초기 응력 상태를 유지하도록, 상기 제1 광섬유부 하나에 제1-1 초기 응력을 발생시키거나 상기 제1 광섬유부에 제1-2 초기 응력을 발생시키고 상기 제2 광섬유부에 제2-2 초기 응력을 발생시키는 단계; 상기 서로 다른 초기 응력 상태가 유지된 상기 제1 광섬유부와 상기 제2 광섬유부에 동일한 광학계를 통하여 자외선을 조사하여 상기 제1 광섬유부와 상기 제2 광섬유부의 광섬유 코어에 주기적인 굴절률 변화를 일으킴으로써 각각 제1 초기 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자를 형성하거나 제1 초기 광섬유 브래그 격자 및 제2 초기 광섬유 브래그 격자를 형성하는 단계; 상기 제1-1 초기 응력을 해제하여 상기 제1 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제1 광섬유 브래그 격자를 형성하거나, 상기 제1-2 초기 응력을 해제하여 상기 제1 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제1 광섬유 브래그 격자를 형성하고 상기 제2-2 초기 응력을 해제하여 상기 제2 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제2 광섬유 브래그 격자를 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 광섬유부 및 상기 제2 광섬유부는 상기 제1 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자가 각각 형성되기 전 상호 분리된 별개의 광섬유 라인일 수 있고, 상기 제1 광섬유부 및 상기 제2 광섬유부는 상기 제1 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자가 각각 형성되기 전 일체로 이어진 하나의 광섬유 라인의 일부일 수 있다.
본 발명에 따른 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법은 위상 마스크를 포함한 동일한 하나의 광학계를 이용하여 브래그 파장이 다른 여러 개의 광섬유 브래그 격자를 제작할 수 있으므로 경제적으로 다량의 광섬유 센서를 제작할 수 있는 효과가 있다.
이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예1
실시예1은 본 발명에 따른 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법에 관 한 것이다.
도3은 실시예1의 흐름도이고, 도4는 실시예1에 따라 광섬유에 압축력을 가하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 과정을 나타낸 개념도이고, 도5는 실시예1에 따라 광섬유에 인장력을 가하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도3을 참조하면 실시예1은 광섬유 재킷 제거 단계(S10), 초기 응력 인가 단계(S20), 초기 광섬유 브래그 격자 형성 단계(S30), 광섬유 브래그 격자 형성 단계(S40) 및 광섬유 피복 단계(S50)를 포함한다.
광섬유는 광신호가 통과하는 광섬유 코어(core) 및 광섬유 코어(core) 내부에서 광신호가 잘 통과할 수 있도록 광섬유 코어(core)의 굴절률보다 작은 굴절률을 가지는 광섬유 클래딩(cladding)을 포함하는데, 광섬유 코어(core) 및 광섬유 클래딩(cladding)을 보호하기 위한 광섬유 재킷(jacket)을 추가로 포함할 수 있다.
광섬유 재킷 제거 단계(S10)에서는 광섬유 재킷(jacket) 중 광섬유 브래그 격자가 형성될 부위에 대응하는 부분을 제거하게 된다.
도4 및 도5를 참조하면 초기 응력 인가 단계(S20)에서는 광섬유(120)에 초기 응력이 가하여 진다. 상기 초기 응력은 광섬유(120)의 길이 또는 두께 방향으로 가해질 수 있다. 도4 및 도5에는 상기 초기 응력이 압축력(141) 및 인장력(142)에 의하여 가하여지는 경우가 도시되어 있으나, 상기 초기 응력은 압축력(141) 및 인장력(142) 외에 전단력 또는 굽힘 모멘트에 의하여 가하여지거나, 이들 중 적어도 2 이상의 조합에 의하여 가하여질 수 있다. 일반적으로 광섬유 제작 회사에서는 1% 검증 시험(proof test)을 실시하여 광섬유가 1% 변형률까지 변형이 되어도 견딜 수 있다고 보고하고 있으며, 실제로 약 1~2% 정도의 변형률을 가할 수 있는 것으로 알려져 있다. 한편, 광섬유(120)는 광민감성 광섬유, 단일모드(single mode) 광섬유, 다중 모드(muliple mode) 광섬유, 광통신용 광섬유, 수소 함침된 광섬유 중 어느 하나일 수 있다.
도4 및 도5를 참조하면 초기 광섬유 브래그 격자 형성 단계(S30)에서는 상기 초기 응력이 가해진 광섬유(120)에 광학계를 통하여 자외선(111)을 조사하여 광섬유(120)의 광섬유 코어(121)에 주기적인 굴절률 변화를 일으키게 된다. 광섬유(120)의 광섬유 코어(121)에 주기적인 굴절률 변화가 일어남에 따라 광섬유(120)의 광섬유 코어(121)에 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)가 형성된다. 자외선이 광학계를 통하여 광섬유(120)에 조사됨으로써 광섬유 코어(121)에 간섭무늬가 형성되는데, 상기 초기 응력이 가해진 상태에서 형성된 간섭무늬를 초기 광섬유 브래그 격자라 칭한다. 상기 광학계는 간섭계(interferometer) 또는 위상 마스크(phase mask)일 수 있는데, 도4 및 도5에는 상기 광학계가 위상 마스크(phase mask)(110)인 경우가 도시되어 있다. 이하 상기 광학계가 위상 마스크(phase mask)(110)인 경우에 대하여 설명한다.
도4 및 도5를 참조하면 광섬유 브래그 격자 형성 단계(S40)에서는 상기 초기 응력을 제거하여 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)의 격자 간 간격을 변화시킴으로써 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)를 형성하게 된다.
즉, 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2) 형성 이후 상기 초기 응력을 제거하게 되면 광섬유(120)가 길이 방향을 따라 팽창 또는 수축함에 따라 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)의 격자 간 간격이 변화되면서 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)가 형성된다. 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)는 광섬유 센서에 사용되는 최종 상태의 광섬유(120)에 형성된 간섭무늬를 말한다.
도4를 참조하면 광섬유 코어(121)의 굴절률 변화 주기는 압축력(141) 하에 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1)가 형성된 상태에서 Λ값을 가지고, 압축력(141)이 제거되어 광섬유 브래그 격자(124-1)가 형성된 상태에서 ΛC값을 가지게 된다. 이에 따라 브래그 파장도 λB에서 λB,C로 변하게 된다.
도5를 참조하면 광섬유 코어(121)의 굴절률 변화 주기는 인장력(142) 하에 초기 광섬유 브래그 격자(124'-2)가 형성된 상태에서 Λ값을 가지고, 인장력(142)이 제거되어 광섬유 브래그 격자(124-2)가 형성된 상태에서 ΛT값을 가지게 된다. 이에 따라 브래그 파장도 λB에서 λB,T로 변하게 된다.
광섬유 피복 단계(S50)에서는 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)가 형성된 후에 광섬유(120) 중 상기 광섬유 재킷(jacket)이 제거된 부위를 피복하여 보호하게 된다. 광섬유 피복 단계(S50)는 재킷이 벗겨진 광섬유 부분을 아크릴 등으로 코팅함으로써 수행될 수 있다.
즉, 실시예1은 동일한 위상 마스크(phase mask)(110)를 사용함에도 불구하고 초기 응력 상태에 따라 서로 상이한 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1)가 형성됨으로써 초기 응력이 제거되는 경우 서로 상이한 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)가 형성된다.
한편, 도2와 같이 광대역 광신호(31)를 광섬유 브래그 격자(24)에 보내면 브래그 조건에 맞는 파장의 광신호(32)는 반사되어 돌아오고, 나머지 파장의 광신호(33)는 광섬유(20)를 통과하여 진행하게 되는데, 이러한 특징을 이용하여 광섬유(20) 한 라인에 2 이상의 서로 다른 브래그 격자를 새기면 다점 측정이 가능하게 된다.
즉, 실시예1을 이용하면 동일한 하나의 위상 마스크(phase mask)(110)만으로도 광섬유(20) 한 라인에 손쉽게 여러 파장대의 브래그 격자를 생성시킬 수 있게 된다.
실시예2
실시예2는 본 발명에 따라 제1 광섬유 브래그 격자가 형성된 제1 광섬유부 및 상기 제1 광섬유 브래그 격자와 다른 제2 광섬유 브래그 격자가 형성되며 상기 제1 광섬유부에 길이 방향으로 연결된 제2 광섬유부를 포함하는 광섬유 센서의 제작 방법에 관한 것이다.
실시예2는 초기 응력 발생 단계, 초기 광섬유 브래그 격자 형성 단계, 브래그 격자 형성 단계를 포함한다.
상기 초기 응력 발생 단계에서는 상기 제1 광섬유부 하나만에 대하여 제1-1 초기 응력을 발생시키거나 상기 제1 광섬유부에는 제1-2 초기 응력을 발생시키고 상기 제2 광섬유부에는 제2-2 초기 응력을 발생시키게 된다. 따라서, 상기 초기 응 력 발생 단계에서는 상기 제1 광섬유부와 상기 제2 광섬유부가 길이 또는 두께 방향을 따라 서로 다른 초기 응력 상태를 유지하게 된다. 상기 제1-2 초기 응력과 상기 제2-2 초기 응력은 크기와 방향 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 응력인데, 상기 제1 광섬유부 및 상기 제2 광섬유부에 각각 압축력, 인장력, 전단력 또는 굽힘 모멘트가 인가됨으로써 발생될 수 있다.
상기 초기 광섬유 브래그 격자 형성 단계에서는 상기 서로 다른 초기 응력 상태가 유지된 상기 제1 광섬유부와 상기 제2 광섬유부에 동일한 광학계를 통하여 자외선을 조사하여 상기 제1 광섬유부의 광섬유 코어와 상기 제2 광섬유부의 광섬유 코어에 주기적인 굴절률 변화를 일으킴으로써 각각 제1 초기 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자를 형성하거나 제1 초기 광섬유 브래그 격자 및 제2 초기 광섬유 브래그 격자를 형성하게 된다.
즉, 상기 제1 광섬유부에는 제1-1 초기 응력을 발생시키고 상기 제2 광섬유부에는 초기 응력을 발생시키지 않은 경우, 상기 초기 광섬유 브래그 격자 형성 단계가 수행되면 상기 제1 광섬유부에는 제1 초기 광섬유 브래그 격자가 형성되고 상기 제2 광섬유부에는 상기 제2 광섬유 브래그 격자가 형성된다. 여기서, 초기 광섬유 브래그 격자와 광섬유 격자에 대한 정의는 실시예1과 동일하다. 한편, 상기 제1 광섬유부에는 제1-1 초기 응력을 발생시키고 상기 제2 광섬유부에는 제1-2 초기 응력을 발생시킨 경우, 상기 초기 광섬유 브래그 격자 형성 단계가 수행되면 상기 제1 광섬유부에는 제1 초기 광섬유 브래그 격자가 형성되고 상기 제2 광섬유부에는 제2 초기 광섬유 브래그 격자가 형성된다.
브래그 격자 형성 단계에서는 상기 제1-1 초기 응력을 해제하여 상기 제1 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제1 광섬유 브래그 격자를 형성하거나, 상기 제1-2 초기 응력을 해제하여 상기 제1 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제1 광섬유 브래그 격자를 형성하고 상기 제2-2 초기 응력을 해제하여 상기 제2 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제2 광섬유 브래그 격자를 형성하게 된다. 상기 제1-2 초기 응력과 상기 제2-2 초기 응력은 크기와 방향 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 응력이므로, 상기 제1 광섬유 브래그 격자와 상기 제2 광섬유 브래그 격자는 서로 상이한 브래그 파장을 반사시키는 광섬유 브래그 격자가 된다.
실시예2의 경우 상기 제1 광섬유부 및 상기 제2 광섬유부는 상기 제1 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자가 각각 형성되기 전 상호 분리된 별개의 광섬유 라인일 수 있다. 이 경우 브래그 격자 형성 단계 수행 후 상기 제1 광섬유부 및 상기 제2 광섬유부를 길이 방향으로 상호 연결하는 광섬유부 연결 단계를 포함한다.
실시예2의 경우 상기 제1 광섬유부 및 상기 제2 광섬유부는 상기 제1 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자가 각각 형성되기 전 일체로 이어진 하나의 광섬유 라인의 일부일 수 있다.
실시예2에 따라 제작된 광섬유 센서는 구조물의 온도를 측정하는 센서로 사용되거나, 구조물의 변형 정도(변형률 또는 구조물에 가해진 압력 등)를 측정하는 센서로 사용되거나, 구조물의 변형 정도와 온도를 동시에 측정하는 센서로 사용될 수 있다.
한편, 구조물에 광섬유 센서를 부착하여 사용하는 경우, 구조물의 변형 정도 및 온도 변화 수준을 최대 ±0.3%라고 가정하여 본 발명에 의한 광섬유 센서 제작 방법을 통해 서로 다른 몇 개의 광섬유 브래그 격자를 제작할 수 있는지 알아보았다.
1% 변형률까지 광섬유가 견딜 수 있다고 가정하면, 하나의 위상 마스크를 사용하여 초기 응력이 없는 상태에서 하나의 광섬유 브래그 격자를 제작하고, 광섬유를 0.6% 압축시켜 다른 하나의 광섬유 브래그 격자를 제작하고, 마지막으로 광섬유를 0.6% 인장시켜 또 다른 하나의 광섬유 브래그 격자를 제작하면 광섬유 센서가 서로 간섭을 일으키지 않는 범위 내에서 하나의 동일한 위상 마스크로 3개의 서로 다른 광섬유 브래그 격자를 제작할 수 있다.
2% 변형률까지 광섬유가 견딜 수 있다고 가정하면, 초기 응력이 없는 상태에서 광섬유 브래그 격자를 제작하고, 광섬유를 0.6%, 1.2%, 1.8% 인장시켜 광섬유 브래그 격자를 제작하고, 광섬유를 0.6%, 1.2%, 1.8% 압축시켜 광섬유 브래그 격자제작하면 광섬유 센서가 서로 간섭을 일으키지 않는 범위 내에서 하나의 위상 마스크로 7개의 광섬유 브래그 격자를 제작할 수 있다.
도6은 본 발명에 따라 제작된 서로 다른 여러 개의 광섬유 브래그 격자가 형성된 광섬유를 포함하는 광섬유 센서의 개념도이다. 도6에는 광섬유 한 라인에 서 로 다른 광섬유 브래그 격자(124-3, 124-4, 124-5, 124-6)가 4개 형성된 경우가 도시되어 있다. 도6 중 도면 부호 151은 광대역 광원을, 152는 광신호 역류 방지 차폐기 (isolator)를, 153은 1×2 광커플러(광신호 분리기)를, 155는 광 스펙트럼 분석기를 나타낸다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 상세한 설명, 특허청구범위 및 도면 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
도1은 위상 마스크를 이용하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 과정을 나타낸 종래기술의 개념도.
도2는 통상의 광섬유 브래그 격자를 이용한 센서 신호 처리를 나타낸 개념도.
도3은 실시예1의 흐름도.
도4는 실시예1에 따라 광섬유에 압축력을 가하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 과정을 나타낸 개념도.
도5는 실시예1에 따라 광섬유에 인장력을 가하여 광섬유 브래그 격자를 제작하는 과정을 나타낸 개념도.
도6은 본 발명에 따라 제작된 서로 다른 여러 개의 광섬유 브래그 격자가 형성된 광섬유를 포함하는 광섬유 센서의 개념도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 위상 마스크 120: 광섬유

Claims (7)

  1. 광섬유(120)에 길이 또는 두께 방향을 따라 초기 응력을 가하는 단계;
    상기 초기 응력이 가해진 광섬유(120)에 광학계를 통하여 자외선(111)을 조사하여 상기 광섬유(120)의 광섬유 코어(121)에 주기적인 굴절률 변화를 일으킴으로써 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)를 형성하는 단계;
    상기 초기 응력을 제거하여 상기 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)의 격자 간 간격을 변화시킴으로써 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)를 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는 간섭계(interferometer) 또는 위상 마스크(phase mask)(110)인 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초기 응력은 인장력(141), 압축력(142), 전단력 또는 굽힘 모멘트 중 어느 하나에 의하여 가하여지는 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)를 형성하기 전에 상기 광섬유(120)의 광섬유 재킷(jacket) 중 상기 초기 광섬유 브래그 격자(124'-1, 124'-2)가 형성될 부위에 대응하는 부분을 제거하는 단계;
    상기 광섬유 브래그 격자(124-1, 124-2)가 형성된 후에 상기 광섬유(120) 중 상기 광섬유 재킷(jacket)이 제거된 부위를 피복하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법.
  5. 제1 광섬유 브래그 격자가 형성된 제1 광섬유부 및 상기 제1 광섬유 브래그 격자와 다른 제2 광섬유 브래그 격자가 형성되며 상기 제1 광섬유부에 길이 방향으로 연결된 제2 광섬유부를 포함하는 광섬유 센서의 제작 방법에 있어서,
    상기 제1 광섬유부와 상기 제2 광섬유부가 길이 또는 두께 방향을 따라 서로 다른 초기 응력 상태를 유지하도록, 상기 제1 광섬유부 하나에 제1-1 초기 응력을 발생시키거나 상기 제1 광섬유부에 제1-2 초기 응력을 발생시키고 상기 제2 광섬유 부에 제2-2 초기 응력을 발생시키는 단계;
    상기 서로 다른 초기 응력 상태가 유지된 상기 제1 광섬유부와 상기 제2 광섬유부에 동일한 광학계를 통하여 자외선을 조사하여 상기 제1 광섬유부와 상기 제2 광섬유부의 광섬유 코어에 주기적인 굴절률 변화를 일으킴으로써 각각 제1 초기 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자를 형성하거나 제1 초기 광섬유 브래그 격자 및 제2 초기 광섬유 브래그 격자를 형성하는 단계;
    상기 제1-1 초기 응력을 해제하여 상기 제1 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제1 광섬유 브래그 격자를 형성하거나, 상기 제1-2 초기 응력을 해제하여 상기 제1 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제1 광섬유 브래그 격자를 형성하고 상기 제2-2 초기 응력을 해제하여 상기 제2 초기 광섬유 브래그 격자의 격자 간 간격을 변화시켜 상기 제2 광섬유 브래그 격자를 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 광섬유부 및 상기 제2 광섬유부는 상기 제1 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자가 각각 형성되기 전 상호 분리된 별개의 광섬유 라인인 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 광섬유부 및 상기 제2 광섬유부는 상기 제1 광섬유 브래그 격자 및 상기 제2 광섬유 브래그 격자가 각각 형성되기 전 일체로 이어진 하나의 광섬유 라인의 일부인 것을 특징으로 하는 초기 응력을 이용한 광섬유 센서 제작 방법.
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