KR20130114321A - System for measuring physical quantity using vscel - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A physical amount measuring system using a vertical resonance surface light emitting laser is provided to form a frequency variable light source having a wide bandwidth by using a plurality of VCSELs, thereby enabling the wavelength modulation without forming an MEMS device. CONSTITUTION: A physical amount measuring system using a vertical resonance surface light emitting laser (102) includes an injection current modulation circuit (100), an optical coupler (104), an optical filter (107), a signal processing unit (108), a plurality of optical fiber bragg grating sensors (105), and an optical detector (106). The injection current modulation circuit directly modulates a current inputted into the vertical resonance surface light emitting laser for generating a wavelength variable light source. The optical coupler forms optical passage of optical pulses outputted by the vertical resonance surface light emitting laser into a parallel multichannel. The optical filter is connected to the optical coupler and measures and corrects a change in frequencies of the lights emitted from the vertical resonance surface light emitting laser. The signal processing unit analyzes, controls, and detects signals measured by the optical filter. The optical fiber bragg grating sensor is connected to the optical coupler. The optical detector measures a change in the intensity of the lights reflected by the optical fiber bragg grating sensor. [Reference numerals] (100) Injection current modulation circuit; (101) Constant temperature circuit; (106) Optical detector; (107) Optical filter; (108) Control and signal detecting system; (AA) Before an optical filter penetrates; (BB) After an optical filter penetrates

Description

수직 공진 표면발광 레이저를 이용한 물리량 측정 시스템{SYSTEM FOR MEASURING PHYSICAL QUANTITY USING VSCEL}Physical quantity measurement system using vertical resonant surface emitting laser {SYSTEM FOR MEASURING PHYSICAL QUANTITY USING VSCEL}

본 발명은 수직 공진 표면발광 레이저를 이용한 물리량 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자기파의 영향을 받지 않는 빛을 이용하여 거대 구조물(터널, 교량, 건축물 등)의 온도, 스트레인 등과 같은 물리량을 실시간으로 모니터링 하기 위한 물리량 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a physical quantity measuring system using a vertical resonant surface emitting laser, and more specifically, to a physical quantity such as temperature, strain, etc. of a large structure (tunnel, bridge, building, etc.) using real time light that is not affected by electromagnetic waves. The present invention relates to a physical quantity measurement system for monitoring by means of monitoring.

종래의 VCSEL을 이용한 물리량 측정 시스템에 있어서, 미국 특허 6,836,578의 기술이 있다. 상기 기술은 VCSEL을 이용한 물리량 측정 시스템을 예시하고 있다. 하지만 VCSEL에서 출력되는 빛의 파장 변조를 위하여 VCSEL의 내부 공진기 길이를 조절하는 방식을 이용하기 때문에 별도의 MEMS(micro-electro-mechanical-system)를 추가 구성해야 한다는 단점이 있었다. In the conventional physical quantity measurement system using VCSEL, there is a technique of US Patent 6,836,578. The technique illustrates a physical quantity measurement system using a VCSEL. However, there is a disadvantage in that an additional micro-electro-mechanical-system (MEMS) must be additionally configured because the method of adjusting the length of the internal resonator of the VCSEL is used to modulate the wavelength of light output from the VCSEL.

또한 하나의 VSCEL를 이용하기 때문에 물리량을 측정하는데 사용되는 광섬유 브래그 격자 센서의 파장이 VCSEL의 파장 변조 범위 내에 위치해야 하며, 여러 지점에 대한 물리량을 측정 할 경우 동일 파장으로 구성된 광섬유 브래그 격자를 센서 사용하여야 하는 단점이 있다.In addition, since one VSCEL is used, the wavelength of the optical fiber Bragg grating sensor used to measure the physical quantity must be located within the wavelength modulation range of the VCSEL. When measuring the physical quantity of several points, the optical Bragg grating composed of the same wavelength is used. There are disadvantages that must be made.

본 발명은 상기 기술한 단점을 보완하기 위하여 MEMS를 추가 구성하지 않고도 파장 변조를 할 수 있도록, 가격이 저렴하고 크기가 작은 VCSEL(Vertical-cavity surfact-emitting laser)을 이용하는 물리량 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a physical quantity measurement system using a low-cost and small sized vertical-cavity surfact-emitting laser (VCSEL) so that wavelength modulation can be performed without additionally configuring a MEMS to compensate for the above-mentioned disadvantages. The purpose.

그리고, 광필터를 구성하여 광원의 파장을 실시간으로 보정해줌으로써 시스템의 측정 정확도를 향상 가능한 VCSEL을 이용한 물리량 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a physical quantity measuring system using a VCSEL that can improve the measurement accuracy of a system by configuring an optical filter and correcting a wavelength of a light source in real time.

상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수직 공진 표면발광 레이저를 이용한 물리량 측정 시스템의 제 1 실시예는,A first embodiment of a physical quantity measuring system using a vertical resonant surface emitting laser of the present invention for solving the above problems and achieving the above object,

광원인 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)와; 파장가변광원 발생을 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류를 직접 변조하는 주입전류 변조회로와; 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 광 펄스의 광 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성하기 위한 광 커플러와; 상기 광 커플러와 연결 형성되며, 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 빛의 파장 변화의 측정과 보정을 위한 광필터와; 상기 광필터에서 측정된 신호를 분석하고 제어 및 신호검출을 위한 신호 처리부와; 상기 광 커플러와 연결 형성되며, 물리량 측정을 위한 다수개의 광섬유 브래그 격자 센서; 및, 상기 광섬유 브래그 격자 센서에 의해 반사되는 빛의 세기 변화를 측정하는 광 검출기;로 구성된다.A vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) as a light source; An injection current modulation circuit for directly modulating a current input to the vertical resonant surface emitting laser to generate a wavelength variable light source; An optical coupler for constructing an optical path of an optical pulse output from the vertical resonant surface emitting laser as a multi-channel in parallel; An optical filter connected to the optical coupler and configured to measure and correct a wavelength change of light output from the vertical resonance surface emitting laser; A signal processor for analyzing, controlling, and detecting a signal measured by the optical filter; A plurality of optical fiber Bragg grating sensors formed in connection with the optical coupler and configured to measure physical quantities; And a photo detector for measuring a change in intensity of light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor.

본 발명에 있어서, 상기 주입전류 변조회로는 파장 변조를 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류의 파형을 삼각파 또는 톱니파로 변조하는 것을 특징으로 하고, 상기 주입전류 변조회로는 선형적인 증가의 파장 변조를 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류의 파형을 임의의 파형으로 변조하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the injection current modulator circuit modulates the waveform of the current input to the vertical resonance surface emitting laser to a triangular wave or sawtooth wave for wavelength modulation, the injection current modulator circuit is a wavelength of linear increase It is characterized in that for modulating the waveform of the current input to the vertical resonant surface emitting laser to an arbitrary waveform.

또한, 본 발명에 있어서, 파장 변조 범위 확장을 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 다수개 사용하고, 주입전류 변조회로로부터 변조되어 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)에 주입되고, 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 광대역 파장 변조 범위를 가지는 빛을 수렴 결합하는 광 결합기; 및, 상기 광 결합기에서 수렴 결합된 빛을 출력하는 출력단자;를 더 포함하여 구성함으로써, 상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)로부터 출력되는 빛의 파장 변화가 시간 영역에서 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 한다.Further, in the present invention, a plurality of the vertical resonance surface emitting lasers (VCSELs) are used to extend the wavelength modulation range, and are modulated from an injection current modulation circuit and injected into the vertical resonance surface emitting lasers (VCSELs), and the vertical resonances are performed. Light having a broadband wavelength modulation range output from the surface emitting laser Optical couplers for converging coupling; And an output terminal for outputting light converged by the optical coupler. The wavelength change of the light output from the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) is continuously changed in a time domain. do.

여기서, 상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)로부터 출력되는 빛의 파장이 서로 연속적으로 변화될 수 있도록, 상기 주입전류 변조회로에서 생성된 다수의 서로 독립적인 파형을 상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)에 각각 인가시키고, 상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)에서 출력되는 빛의 파장 크기에 따라서 상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 선택적으로 구동함으로써, 광대역 폭의 파장가변 범위를 가지는 광원으로 구성하는 것을 특징으로 한다.
The plurality of vertical resonant surface emitting lasers may include a plurality of mutually independent waveforms generated by the injection current modulating circuit so that wavelengths of light output from the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) may be continuously changed. VCSELs and selectively drive the vertical resonant surface emitting lasers VCSELs according to the wavelengths of the light output from the vertical resonant surface emitting lasers VCSELs, thereby providing a light source having a wavelength variable range of a wide bandwidth. It is characterized by the configuration.

본 발명 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템의 제 2 실시 예는, 광원인 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)와; 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류를 직접 변조하여 가변광원을 발생하는 주입전류 변조회로와; 상기 수직 공진 표면발광 레이저를 항온 유지 시키는 항온유지회로와; 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 빛의 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성하기 위한 광 커플러와; 상기 광 커플러와 연결 형성되며, 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 광주파수 변화의 측정과 보정을 위한 광필터와; 상기 광필터에서 측정된 신호를 분석하고 제어 및 신호검출을 위한 신호 처리부와; 상기 광 커플러와 연결 형성되며, 물리량을 측정하는 다수개의 광섬유 브래그 격자 센서; 및, 상기 광섬유 브래그 격자 센서에 의해 반사되는 빛의 세기 변화를 측정하는 광 검출기;로 구성됨으로써, 상기 주입전류 변조회로 및 수직 공진 표면발광 레이저를 통해 생성된 파장 가변 광원은 상기 광섬유 브래그 격자 센서에 입사하고, 파장 가변 광원의 파장과 광섬유 브래그 격자 센서의 반사 파장이 일치하는 시점에 광반사가 발생하며, 상기 광검출기는 상기 광섬유 브래그 격자 센서에 의해 반사되는 시간영역에서의 빛의 세기 변화를 측정하고, 상기 광필터는 파장 가변 광원의 변화, 광섬유 브래그 격자 센서의 반사 스펙트럼 및 중심파장을 측정하여 물리량 변화를 측정하며 실시간으로 광원의 파장을 보정함으로써 측정치의 정확도를 향상하는 것을 특징으로 한다.A second embodiment of the physical quantity measuring system using the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) includes a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) as a light source; An injection current modulation circuit for directly modulating a current input to the vertical resonance surface emitting laser to generate a variable light source; A constant temperature holding circuit for constantly maintaining the vertical resonance surface emitting laser; An optical coupler for constructing a path of light output from the vertical resonant surface emitting laser as a multi-channel in parallel; An optical filter connected to the optical coupler and configured to measure and correct an optical frequency change output from the vertical resonance surface emitting laser; A signal processor for analyzing, controlling, and detecting a signal measured by the optical filter; A plurality of optical fiber Bragg grating sensors connected to the optical coupler and measuring physical quantities; And a photo detector for measuring a change in intensity of light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor, whereby the tunable light source generated through the injection current modulation circuit and the vertical resonance surface emitting laser is provided to the optical fiber Bragg grating sensor. Light reflection occurs when the wavelength of the variable wavelength light source coincides with the reflection wavelength of the optical fiber Bragg grating sensor, and the photodetector measures a change in the intensity of light in the time domain reflected by the optical fiber Bragg grating sensor. The optical filter measures the change in physical quantity by measuring the change of the wavelength variable light source, the reflection spectrum and the center wavelength of the optical fiber Bragg grating sensor, and improves the accuracy of the measured value by correcting the wavelength of the light source in real time.

이 때, 상기 주입전류 변조회로는 선형적인 파장 변조의 증가를 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류의 파형을 임의의 파형으로 변조하는 것을 특징으로 하고, 상기 파장 가변 광원으로부터 출력되는 빛의 파장 변화의 측정과 및 보정을 위하여 상기 광필터에 Etalon 또는 Gascell을 사용하는 것을 특징으로 한다.In this case, the injection current modulator circuit modulates the waveform of the current input to the vertical resonance surface emitting laser to an arbitrary waveform in order to increase the linear wavelength modulation, the light output from the wavelength variable light source Etalon or Gascell is used for the optical filter for the measurement and correction of the wavelength change.

또한, 상기 광필터와 상기 광섬유 브래그 격자 센서 사이에 광스위치 및 제 2 광 검출기를 더 포함하여 구성함으로써 다수개의 파장 측정 채널을 구성하고, 상기 광섬유 브래그 격자 센서의 신호 측정이 다수개의 채널에서 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 한다.The optical filter may further include an optical switch and a second optical detector between the optical filter and the optical fiber Bragg grating sensor to configure a plurality of wavelength measurement channels, and the signal measurement of the optical fiber Bragg grating sensor may be sequentially performed on the plurality of channels. It is characterized by progress.

그리고, 상기 광필터와 상기 광섬유 브래그 격자 센서 사이에 광 분기부, 광 써큘레이터(circulator) 및 제 2 광 검출기를 더 포함하여 구성함으로써 다수개의 파장 측정 채널을 구성하고, 상기 광섬유 브래그 격자 센서의 신호 측정이 다수개의 채널에서 동시에 진행되는 것을 특징으로 한다.And, between the optical filter and the optical fiber Bragg grating sensor, an optical branch, an optical circulator and By further comprising a second photo detector to configure a plurality of wavelength measurement channels, the signal measurement of the optical fiber Bragg grating sensor is characterized in that proceeds simultaneously in a plurality of channels.

본 발명의 제 2 실시 예에 있어서, 상기 수직 공진 표면발광 레이저를 다수개 사용함으로써 서로 다른 출력 파장을 갖는 광원을 구성하고, 시간 영역에서 상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 파장이 단파장에서 장파장으로 연속적으로 변조되도록 상기 수직 공진 표면발광 레이저를 순차적으로 구동함으로써 광대역의 파장 변조를 발생하며, 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 광대역 파장을 상기 다수개의 브래그 격자 센서에 연결하는 것을 특징으로 한다.In the second embodiment of the present invention, by using a plurality of vertical resonant surface emitting lasers, light sources having different output wavelengths are configured, and the wavelengths output from the plurality of vertical resonant surface emitting lasers in a time domain are short wavelengths. Wide band wavelength modulation is performed by sequentially driving the vertical resonant surface emitting laser so as to continuously modulate the long wavelength, and connecting the broadband wavelengths output from the vertical resonant surface emitting laser to the plurality of Bragg grating sensors. .

여기서, 상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로 구성된 광원의 구동에 있어서, 각 수직 공진 표면발광 레이저의 특성에 맞도록 설정된 주입전류 변조회로 파형을 멀티플렉싱(multiplexing) 함으로써 주입전류가 수직 공진 표면발광 레이저에 순차적으로 주입되고, 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 빛의 파장이 단파장에서 장파장으로 순차적으로 변조 출력되는 것을 특징으로 한다.In the driving of a light source including the plurality of vertical resonant surface emitting lasers, the injection current is applied to the vertical resonant surface emitting laser by multiplexing the waveform of the injection current modulation circuit set to match the characteristics of each vertical resonant surface emitting laser. The light is sequentially injected, and the wavelength of the light output from the vertical resonance surface emitting laser is modulated and output from the short wavelength to the long wavelength in sequence.

또한, 상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로 구성된 광원의 구동에 있어서, 상기 주입전류 변조회로를 다수개 구성하여 수직 공진 표면발광 레이저의 주입전류 파형을 각각 다르게 발생시키고, 상기 다수개의 수직 공간 표면발광 레이저로부터 출력되는 파장 가변 광원이 시간 영역에서 단파장에서 장파장으로 연속적으로 변조될 수 있도록 함으로써 수직 공간 표면발광 레이저를 빛의 파장의 크기에 따라 순차적으로 구동하는 것을 특징으로 한다.In addition, in driving a light source including the plurality of vertical resonance surface emitting lasers, a plurality of injection current modulation circuits may be configured to generate different injection current waveforms of the vertical resonance surface emitting lasers, and the plurality of vertical space surface emission. The variable wavelength light source output from the laser can be continuously modulated from the short wavelength to the long wavelength in the time domain, so that the vertical spatial surface emitting laser is sequentially driven according to the wavelength of the light.

이 때, 상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 빛의 파장들을 서로 연결하기 위하여, 수직 공진 표면발광 레이저에 주입되는 전류 파형의 직류 성분을 조절하는 것을 특징으로 하며,In this case, in order to connect the wavelengths of light output from the plurality of vertical resonance surface emitting lasers, the DC component of the current waveform injected into the vertical resonance surface emitting laser is controlled.

상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 빛의 파장들을 서로 연결하기 위하여, 각 수직 공진 표면발광 레이저의 항온 유지 설정 온도를 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 한다.In order to connect the wavelengths of light output from the plurality of vertical resonance surface emitting lasers, the constant temperature setting temperature of each of the vertical resonance surface emitting lasers may be set differently.

이러한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 VCSEL을 이용한 물리량 측정 시스템은 다수개의 VCSEL을 이용하여 광대역폭을 가지는 파장 가변형 광원을 구성함으로써, MEMS를 구성하지 않고도 파장 변조가 가능하고, 가격이 저렴하고 크기가 작아 시스템을 효율적으로 구성할 수 있다는 효과가 있다.According to this aspect of the invention, the physical quantity measurement system using the VCSEL of the present invention has a wide bandwidth using a plurality of VCSELs By configuring the tunable light source, wavelength modulation can be performed without configuring the MEMS, and the system can be efficiently configured because the price is low and the size is small.

그리고, 광필터를 구성하여 광원의 파장을 실시간으로 보정해줌으로써 시스템의 측정 정확도가 향상된다는 효과가 있다.In addition, the optical filter is configured to correct the wavelength of the light source in real time, thereby improving the measurement accuracy of the system.

또한, 광 검출기와 신호처리부를 구성함으로써 여러 개의 파장으로 구성된 광섬유 브래그 격자의 신호를 측정 가능하므로, 측정 채널의 확장성을 용이하게 하는 효과가 있다.In addition, since the optical detector and the signal processing unit are configured, the signal of the optical fiber Bragg grating composed of several wavelengths can be measured, thereby facilitating the expandability of the measurement channel.

도 1은 본 발명에 따른 VCSEL을 이용한 물리량 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 선형적인 파장 변조를 위해 VCSEL에 입력되는 전류파형의 변조 전 및 변조 후를 도시한 것,
도 3은 본 발명에 따른 물리량 측정 시스템의 다른 일 실시 예의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 물리량 측정 시스템에 있어서, 광 스위치가 구성된 모습을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 물리량 측정 시스템에 있어서, 광 분기부, 광 써큘레이터 및 광검출기가 구성된 모습을 도시한 도면,
다수개의 VCSEL로부터 파장 가변된 광원이 출력되는 과정을 나타낸 도면.1 is a view showing the configuration of a physical quantity measurement system using a VCSEL according to the present invention,
Figure 2 shows before and after modulation of the current waveform input to the VCSEL for linear wavelength modulation,
3 is a view showing the configuration of another embodiment of a physical quantity measuring system according to the present invention;
4 is a view showing a state in which an optical switch is configured in the physical quantity measuring system according to the present invention;
5 is a view showing a state in which a light splitter, an optical circulator, and a photodetector are configured in a physical quantity measuring system according to the present invention;
A diagram illustrating a process of outputting a wavelength-variable light source from a plurality of VCSELs.

본 발명은 시간영역에서 연속적으로 파장이 변화하는 파장 가변형 광원과, 광 검출기를 이용하고, 광섬유 브래그 격자를 이용하여 여러 지점에 대한 물리량 측정이 가능한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a tunable light source whose wavelength changes continuously in the time domain, and a system capable of measuring physical quantities at various points using an optical fiber Bragg grating.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제 1 실시 예.First Embodiment Fig.

도 1은 본 발명에 따른 VCSEL을 이용한 물리량 측정 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 VCSEL을 이용한 물리량 측정 시스템은 광원인 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL; 102), 주입전류 변조회로와(100), 광 커플러(104), 광필터(107), 신호 처리부(108)와; 광섬유 브래그 격자 센서(105), 및 광 검출기(106)를 포함하여 구성된다.
1 is a view showing the configuration of a physical quantity measurement system using a VCSEL according to the present invention. As shown in FIG. 1, the physical quantity measuring system using the VCSEL of the present invention includes a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) 102 as a light source, an injection current modulating circuit 100, an optical coupler 104, and an optical filter 107. ), The signal processing unit 108; An optical fiber Bragg grating sensor 105, and a photo detector 106.

본 발명의 물리량 측정 시스템에서, 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL; 102)의 파장 변조 원리는 도 2에 도시한 바와 같다. 도 2는 선형적인 파장 변조를 위해 VCSEL에 입력되는 전류파형의 변조 전 및 변조 후를 도시한 것이다. 이 때, 도 2 에 도시한 바와 같이, 시간에 대한 주입전류 파형에 따라 VCSEL로부터 출력되는 빛의 파장이 변조된다.In the physical quantity measurement system of the present invention, the wavelength modulation principle of the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) 102 is as shown in FIG. 2 shows before and after modulation of a current waveform input to the VCSEL for linear wavelength modulation. At this time, as shown in Fig. 2, the wavelength of light output from the VCSEL is modulated according to the injection current waveform with respect to time.

이 때, 파장 변조를 위해 VCSEL(102)에 입력되는 전류의 파형을 삼각파 또는 톱니파로 변조할 수 있다. 또한, 주입전류 변조회로(100)는 선형적인 증가의 파장 변조를 위해 VCSEL(102)에 입력되는 전류의 파형을 임의의 파형으로 변조할 수 있으며, 이를 한정하지 아니한다.
At this time, the waveform of the current input to the VCSEL 102 can be modulated into a triangular wave or sawtooth wave for wavelength modulation. In addition, the injection current modulation circuit 100 may modulate the waveform of the current input to the VCSEL 102 into an arbitrary waveform for linear modulation of the wavelength, but is not limited thereto.

VCSEL(102)로부터 출력되는 빛은 광섬유 브래그 격자 센서(105)가 연결되어 있는 광섬유에 입사된다. 광섬유 브래그 격자 센서(105)는 다수개의 광섬유 브래그 격자 센서(105)를 포함하는 어레이로 구성될 수 있다. VCSEL(102)에서 출력된 빛은 광섬유 브래그 격자 센서(105)에 입사된 특정 파장의 빛을 반사한다. 이 때, 광섬유 브래그 격자 센서(105)에서 반사된 빛을 광 필터(107; 광 수신 다이오드)를 이용하여 측정한다.Light output from the VCSEL 102 is incident on the optical fiber to which the optical fiber Bragg grating sensor 105 is connected. The optical fiber Bragg grating sensor 105 may be configured as an array including a plurality of optical fiber Bragg grating sensor 105. Light output from the VCSEL 102 reflects light of a specific wavelength incident on the optical fiber Bragg grating sensor 105. At this time, the light reflected from the optical fiber Bragg grating sensor 105 is measured using an optical filter 107 (light receiving diode).

여기서, 광섬유 브래그 격자 센서(105)에 입사되는 빛은 VCSEL(102)로부터 출력된 빛으로, 파장이 시간에 따라 변화하기 때문에, 광섬유 브래그 격자 센서(105)에서 반사되는 빛의 세기도 시간에 따라 변화하게 된다.Here, the light incident on the optical fiber Bragg grating sensor 105 is light output from the VCSEL 102, and since the wavelength changes with time, the intensity of the light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor 105 also changes with time. Will change.

또한, VCSEL(102)로부터 출력된 빛의 파장과 광섬유 브래그 격자 센서(105)로부터 반사된 파장이 일치하는 시점에 광반사가 발생한다.Further, light reflection occurs at a time point when the wavelength of the light output from the VCSEL 102 and the wavelength reflected from the optical fiber Bragg grating sensor 105 coincide.

이 때, 광섬유 브래그 격자 센서(105)에 의해 반사되는 빛의 세기는 광섬유 브래그 격자 센서(105)에 입사되는 빛의 파장과, 광섬유 브래그 격자 센서(105)의 반사 스펙트럼의 중심파장과 일치하는 시점에 크게 측정된다.In this case, the intensity of the light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor 105 is the point of time coinciding with the wavelength of the light incident on the optical fiber Bragg grating sensor 105 and the center wavelength of the reflection spectrum of the optical fiber Bragg grating sensor 105. Is largely measured.

따라서, 광섬유 브래그 격자 센서(105)에 의해 반사되는 빛의 세기 변화를 시간 영역에서 측정하고, 파장 가변형 광원(102)으로부터 출력되는 빛의 파장변화를 알고 있다면, 광섬유 브래그 격자 센서(105)의 반사 스펙트럼과 중심파장의 측정이 가능하며, 이를 이용하여 중심파장의 변화를 측정함으로써 물리량 변화를 측정 가능하다.
Therefore, if the intensity change of the light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor 105 is measured in the time domain, and if the wavelength change of the light output from the variable wavelength light source 102 is known, the reflection of the optical fiber Bragg grating sensor 105 is reflected. It is possible to measure the spectrum and the center wavelength, and it is possible to measure the change in physical quantity by measuring the change of the center wavelength using it.

광필터(107)에는 파장 가변형 광원(102)로부터 출력되는 빛의 파장 변화 측정과 보정을 위해 ETALON을 사용하고, 광필터(107)가 실시간으로 광원(102)의 파장을 보정함으로써, 광섬유 브래그 격자 센서(105)에 의해 측정되는 물리량 측정치의 정확도를 향상할 수 있다. The optical filter 107 uses ETALON to measure and correct the wavelength change of the light output from the variable wavelength light source 102, and the optical filter 107 corrects the wavelength of the light source 102 in real time, whereby the optical fiber Bragg grating The accuracy of the physical quantity measurement measured by the sensor 105 can be improved.

그리고, VCSEL(102)로부터 출력되는 빛의 파장 변화 측정과 보정을 위하여 광필터(107)에 Gascell의 사용도 가능하다. 이하에서, 파장 가변형 광원(102)으로부터 출력된 빛의 파장 변화 측정과 보정이 이루어지는 원리에 대하여 설명한다.In addition, gascells may be used in the optical filter 107 to measure and correct wavelength changes of light output from the VCSEL 102. Hereinafter, the principle that the measurement and correction of the wavelength change of the light output from the tunable light source 102 will be described.

먼저, 시간에 따라 파장이 변하는 빛을 ETALON에 투과시키면 일정한 광주파수 간격(=파장)이 변하는 시점에 빛의 세기가 가장 크게 나타나는 피크(peak)를 형성하게 된다. 이 때, 피크의 간격은 절대적 파장을 나타낸다.First, when the light whose wavelength changes with time is transmitted to ETALON, it forms a peak in which the intensity of light is greatest at the time when a constant optical frequency interval (= wavelength) changes. At this time, the peak spacing represents an absolute wavelength.

ETALON을 투과한 빛의 세기가 가장 크게 나타나는 피크 위치를 시간영역에서 검출하고, 이를 다차항 함수의 피팅을 적용함으로써, 광원(102)으로부터 출력되는 빛의 파장 변화를 시간의 함수로 나타낸다.By detecting the peak position where the intensity of the light transmitted through ETALON is greatest in the time domain and applying the fitting of the multinomial function, the wavelength change of the light output from the light source 102 is represented as a function of time.

또한, ETALON에 의해 형성된 각 피크는 절대적 파장을 나타내므로, 광원(102)의 파장을 실시간으로 보정할 수 있다.In addition, since each peak formed by ETALON represents an absolute wavelength, the wavelength of the light source 102 can be corrected in real time.

광 검출기(106)는 ETALON을 투과한 피크의 위치를 검출하며, 광섬유 브래그 격자(105)에 의해 반사된 빛의 세기 변화를 측정한다. 그리고, ETALON과 광섬유 브래그 격자 센서(105)의 반사 스펙트럼에서의 피크 검출은 가우시안 함수 피팅 또는 무게중심 계산을 이용한다.
The photo detector 106 detects the position of the peak passing through the ETALON and measures the change in intensity of the light reflected by the optical fiber Bragg grating 105. And, the peak detection in the reflection spectrum of ETALON and fiber Bragg grating sensor 105 uses Gaussian function fitting or center of gravity calculation.

전술한 바와 같이, 본 발명의 물리량 측정 시스템은 광 검출기(106)에서 ETALON과 광섬유 브래그 격자 센서(105)에 의해 발생된 빛의 세기변화를 측정한 결과를 평준화 시킴으로써 각 피크 검출의 정확도를 향상시킨다. As described above, the physical quantity measuring system of the present invention improves the accuracy of each peak detection by equalizing the result of measuring the intensity change of the light generated by the ETALON and the optical fiber Bragg grating sensor 105 in the photodetector 106. .

더욱 자세하게는, 광 커플러(104)는 광원(102)으로부터 출력된 빛의 광 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성함으로써 광원(102)으로부터 출력된 빛을 광검출기(106)로 전달하고, 광섬유 브래그 격자 센서(105)에서 반사된 빛을 광필터(107)로 전달한다. 이 때, ETALON 광필터(107)를 투과하기 전의 빛과 ETALON을 투과한 후의 빛을 광 검출기(106)에서 각각 검출한다. More specifically, the optical coupler 104 transfers the light output from the light source 102 to the photodetector 106 by configuring the light path of the light output from the light source 102 in a multi-channel in parallel form, and the optical fiber Bragg The light reflected by the grating sensor 105 is transmitted to the optical filter 107. At this time, the light detector 106 detects light before passing through the ETALON optical filter 107 and light after passing through the ETALON.

신호 처리부(108)는 광 검출기(106)에서 검출된 빛들로부터 측정결과 평준화, 피크검출로부터 빛의 파장 변화를 시간의 함수로 표현하는 연산처리 등의 처리과정을 수행한다.The signal processor 108 performs a process of leveling the measurement results from the lights detected by the photo detector 106, and arithmetic processing expressing a change in wavelength of light as a function of time from peak detection.

그리고, 본 발명의 물리량 측정 시스템에 있어서, 항온유지회로(101)는 수직 공진 표면발광 레이저(102)를 항온 유지 시키는 역할을 한다.
And, in the physical quantity measurement system of the present invention, the constant temperature holding circuit 101 serves to maintain the vertical resonance surface emitting laser 102 constant temperature.

제 2 실시 예.Second Embodiment Fig.

도 1을 참조하여 전술한 본 발명의 일 실시 예에서는, VCSEL(102)을 단일 개 사용하였으나, 파장 변조 범위 확장을 위하여 도 3과 같이 VCSEL(102)를 다수개 사용할 수 있다. In the embodiment of the present invention described above with reference to FIG. 1, a single VCSEL 102 is used, but a plurality of VCSELs 102 may be used as shown in FIG. 3 to extend the wavelength modulation range.

도 3은 본 발명에 따른 물리량 측정 시스템의 다른 일 실시 예의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 주입전류 변조회로(100)로부터 변조되어 파형이 다수개의 VCSEL(200)에 입력되고, 다수개의 VCSEL(200)로부터 출력된 다수개의 출력 파장은 광 결합기에서 수렴 결합된다. 이 때, 광 결합기에서 수렴 결합된 빛은 출력단자를 통해 출력되어 광분기부(201; Optical Splitter)로 전달된다.3 is a view showing the configuration of another embodiment of a physical quantity measuring system according to the present invention. As shown in FIG. 3, waveforms are modulated from the injection current modulating circuit 100 and input to the plurality of VCSELs 200, and the plurality of output wavelengths output from the plurality of VCSELs 200 are converged and combined in an optical combiner. . At this time, the light converged by the optical coupler is output through the output terminal and transferred to the optical splitter 201.

이와 같이, 제 2 실시 예에서는 VCSEL(102)을 다수개 사용하기 때문에, 항온 유지 회로(101)를 각각 VCSEL(102)에 해당하도록 다수개 구성해야 함은 자명하다.As described above, since a plurality of VCSELs 102 are used in the second embodiment, it is obvious that a plurality of constant temperature holding circuits 101 must be configured to correspond to the VCSELs 102, respectively.

그리고, 다수개의 VCSEL(200)로부터 출력된 빛을 각각 반사하기 위하여 광섬유 브래그 격자 센서(105)를 다수개 구성함으로써, 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(202)가 구비되어야 함은 자명하다.In addition, it is obvious that the optical fiber Bragg grating sensor array 202 should be provided by configuring a plurality of optical fiber Bragg grating sensors 105 to reflect light output from the plurality of VCSELs 200, respectively.

또한, 다수개의 VCSEL(200)로부터 출력된 빛의 파장이 서로 연결되게 구성하기 위하여, 주입전류 변조회로(100)에서 다수개의 VCSEL(102)에 각각 서로 독립적인 파형을 인가시킨다. 이 때, VCSEL(102)에서 출력되는 빛의 출력순서에 따라 출력 파장을 구동함으로써, VCSEL(102)를 광대역의 파장가변 범위를 가지는 광원으로 구성 가능하다.
In addition, in order to configure the wavelengths of the light output from the plurality of VCSELs 200 to be connected to each other, the waveforms independent of each other are applied to the plurality of VCSELs 102 in the injection current modulation circuit 100. At this time, by driving the output wavelength in accordance with the output order of the light output from the VCSEL 102, the VCSEL 102 can be configured as a light source having a wide wavelength variable range.

도 4는 본 발명에 따른 물리량 측정 시스템에 있어서, 광 스위치가 구성된 모습을 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 광 스위치(300)는 광커플러(104)와 광섬유 브래그 격자 센서(105) 사이에 연결되는데, 이 때 광섬유 브래그 격자 센서(105) 다수개를 포함하는 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(301)로 구성된다. 도 3의 VCSEL(200)에서 출력된 빛이 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(301)의 각각에 입력 및 반사되도록 하기 위하여, 광 스위치(300)가 스위칭 역할을 수행한다.
4 is a view showing the configuration of the optical switch in the physical quantity measurement system according to the present invention. As shown in FIG. 4, the optical switch 300 is connected between the optical coupler 104 and the optical fiber Bragg grating sensor 105, wherein the optical fiber Bragg grating sensor 105 includes a plurality of optical fiber Bragg grating sensors 105. It consists of an array 301. In order for the light output from the VCSEL 200 of FIG. 3 to be input and reflected on each of the optical fiber Bragg grating sensor arrays 301, the optical switch 300 performs a switching role.

도 5는 본 발명에 따른 물리량 측정 시스템에 있어서, 광 분기부, 광 써큘레이터 및 광검출기가 구성된 모습을 도시한 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 광 분기부(400; Optical Splitter), 광 써큘레이터(401; Optical Circulator) 및 광 검출기(106)는 광 커플러(104)와 다수개의 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(301) 사이에 구성된다. 5 is a view illustrating a state in which a light splitter, an optical circulator, and a photodetector are configured in the physical quantity measuring system according to the present invention. As shown in FIG. 5, the optical splitter 400, the optical circulator 401, and the optical detector 106 include an optical coupler 104 and a plurality of optical fiber Bragg grating sensor arrays 301. Configured between.

광 분기부(400)는 다수개의 VCSEL(200)로부터 출력된 (광대역폭으로 파장 변조된) 빛을 각각의 출력포트로 나눈다. 분기된 빛들은 광 써큘레이터(401)로 전달되며, 광섬유 브래그 격자 어레이(301)로부터 반사된 특정 파장을 가지는 빛은 다시 광 써큘레이터(401)를 통해 광 검출기(106)로 입사하게 된다. 여기서, 다수개의 VCSEL(200)의 개수에 따라 광 써큘레이터(401) 및 광 검출기(106)의 개수가 정해짐은 자명하다. The optical splitter 400 divides the light (wavelength modulated with the optical bandwidth) output from the plurality of VCSELs 200 into respective output ports. The branched lights are transmitted to the optical circulator 401, and light having a specific wavelength reflected from the optical fiber Bragg grating array 301 is incident to the photo detector 106 through the optical circulator 401 again. Here, it is apparent that the number of the optical circulator 401 and the photo detector 106 is determined according to the number of the plurality of VCSELs 200.

본 발명의 물리량 측정 시스템에는 단일 종모드로 발진되는 VCSEL(102)을 사용하는데, 각 VCSEL(102)로부터 출력되는 빛의 파장변조 범위가 5nm이상이 되도록 주입전류를 인가 시켜 복수개의 VCSEL(200)으로부터 출력되는 빛의 파장 변조범위가 40nm 이상이 되도록 구성한다. 이 때, VCSEL(102)로부터 출력되는 빛의 파장이 단파장에서 장파장으로 연속적으로 변조되도록, 각각의 VCSEL(102)를 순차적으로 구동시킨다. In the physical quantity measurement system of the present invention, the VCSEL 102 oscillated in a single longitudinal mode is used, and a plurality of VCSELs 200 are applied by applying an injection current so that a wavelength modulation range of light output from each VCSEL 102 is 5 nm or more. The wavelength modulated range of light output from the light is configured to be 40 nm or more. At this time, each VCSEL 102 is sequentially driven so that the wavelength of light output from the VCSEL 102 is continuously modulated from short wavelength to long wavelength.

그리고, 다수개의 VCSEL(200)을 구동함에 있어서, 각 VCSEL(102)의 특성에 맞도록 설정된 다수개의 주입전류 변조회로(100) 파형을 멀티플렉싱(multiplexing)하여 VCSEL에 전류를 주입시킨다. 이 때, VCSEL(102)로부터 출력되는 빛의 파장이 단파장에서 장파장으로 연속적인 발진이 이루어질 수 있도록 VCSEL에서 빛의 파장이 출력되는 순서에 따라 구동전류를 순차적으로 주입한다.In driving the plurality of VCSELs 200, a plurality of waveforms of the injection current modulation circuit 100 set to match the characteristics of each VCSEL 102 are multiplexed to inject current into the VCSEL. At this time, the driving current is sequentially injected in the order in which the wavelength of the light is output from the VCSEL so that the wavelength of the light output from the VCSEL 102 can be continuously oscillated from the short wavelength to the long wavelength.

이 때, 다수개의 VCSEL(200)에서 출력되는 다수의 파장 가변된 광원을 서로 연결하기 위해서, VCSEL(102)에 주입되는 주입전류 파형의 직류 성분을 조절하거나, 항온유지 회로(101)에서 각 VCSEL(102)의 항온 유지를 위한 설정 온도를 각각 다르게 설정할 수 있다.
At this time, in order to connect the plurality of wavelength-variable light sources output from the plurality of VCSELs 200 to each other, the DC component of the injection current waveform injected into the VCSEL 102 is adjusted, or the VCSELs in the constant temperature holding circuit 101 are adjusted. Each of the set temperatures for maintaining the constant temperature of 102 can be set differently.

또한, 광 써큘레이터(401)를 지난 빛은 광섬유 브래그 격자 센서 어레이(301)로 전달되며, VCSEL(200)로부터 출력되는 빛의 파장과 광섬유 브래그 격자 센서(301)의 반사 파장이 일치하는 시점에 광반사가 발생한다.In addition, the light passing through the optical circulator 401 is transmitted to the optical fiber Bragg grating sensor array 301, and at a point when the wavelength of the light output from the VCSEL 200 and the reflected wavelength of the optical fiber Bragg grating sensor 301 coincide with each other. Light reflection occurs.

그리고, 광섬유 브래그 격자 센서(301)로부터 반사된 빛의 세기 변화를 광 검출기(106)를 이용하여 측정한다. Then, the change in intensity of light reflected from the optical fiber Bragg grating sensor 301 is measured using the photo detector 106.

전술한 바와 같이, 도 3 내지 도 5를 참조하는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 물리량 측정 시스템에서는 광스위치(300), 광 분기부(201, 400), 광 써큘레이터(401) 및 제 2 광 검출기(106)를 더 포함하여 구성함으로써 다수개의 파장 측정 채널을 구성한다. 제 2 광 검출기(106)는 광 써큘레이터(401)에 각각 구성되는 광 검출기이며, 다수개의 측정 채널에서 광섬유 브래그 격자 센서의 신호 측정이 동시에 진행된다.
As described above, in the physical quantity measuring system according to the second embodiment of the present invention referring to FIGS. 3 to 5, the optical switch 300, the optical branching units 201 and 400, the optical circulator 401, and the second The optical detector 106 further includes a plurality of wavelength measuring channels. The second photodetector 106 is a photodetector respectively configured in the optical circulator 401, and the signal measurement of the optical fiber Bragg grating sensor is simultaneously performed in a plurality of measurement channels.

도 6, 도 7 및 도 8은 다수개의 VCSEL로부터 파장 가변된 광원이 출력되는 과정을 나타낸 도면이다. 제 1 실시 예에서 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이, VCSEL은 전류 변조 특징을 갖는다.6, 7 and 8 are views illustrating a process of outputting a wavelength-variable light source from a plurality of VCSELs. As described with reference to FIG. 2 in the first embodiment, the VCSEL has a current modulation feature.

도 7 내지 도 8을 참조하여 파장 가변 과정을 설명하자면, 먼저 주입전류 변조 회로(100)로부터 주입전류 변조 파형이 입력된다(600). 주입전류 변조 파형은 스위치(601)를 통해 다수의 VCSEL(200)로 각각 전달된다. 이 때, 주입전류 변조 파형(600)에서 각 VCSEL(102)에 입력되는 주입전류 변조 파형은 602와 같다. 7 to 8, the injection current modulation waveform is input from the injection current modulation circuit 100 (600). The injection current modulation waveform is transmitted to each of the plurality of VCSELs 200 through the switch 601. At this time, the injection current modulation waveform input to each VCSEL 102 in the injection current modulation waveform 600 is equal to 602.

이 때, 주입전류 변조회로(100)를 단일 개로 구성하여 도 7과 같이 주입전류를 파형을 VCSEL(200)에 입력할 수도 있으나, 도 8과 같이 주입전류 변조회로(700)를 다수 개 구성할 수 있다. 주입전류 변조회로(700)가 다수개 구성되는 경우에는 각 주입전류 변조회로에서 주입전류 파형을 VCSEL(102) 각각에 전달한다.In this case, the injection current modulation circuit 100 may be configured as a single unit, and the injection current may be input to the VCSEL 200 as shown in FIG. 7, but a plurality of injection current modulation circuits 700 may be configured as shown in FIG. 8. Can be. When a plurality of injection current modulation circuits 700 are configured, the injection current waveform is transmitted to each of the VCSELs 102 in each injection current modulation circuit.

도 7 내지 도 8의 방법으로 주입전류 파형이 입력된 VCSEL은 입력 받은 주입전류 파형을 이용하여, 파장 가변 변조한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제 1 내지 제 3 VCSEL은 주입전류 변조회로로부터 각각 주입전류 파형을 순차적으로 입력 받고, VCSEL에서 파장 변조된 빛을 출력한다. 제 1 내지 제 3 VCSEL 로부터 출력된 빛은 A와 같이 순차적으로 결합된다.
The VCSEL, in which the injection current waveform is input by the method of FIGS. 7 to 8, modulates the wavelength by using the input injection current waveform. As shown in FIG. 6, the first to third VCSELs sequentially receive injection current waveforms from injection current modulation circuits, and output light modulated with wavelength from the VCSEL. Light output from the first to third VCSELs are sequentially combined as shown in A.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims that follow.

100, 700 : 주입전류 변조회로 101 : 항온유지 회로
102 , 200 : VCSEL; 수직 공진 표면발광 레이저
103, 600, 602 : 주입전류 파형 104 : 광 커플러
105 , 202, 301 : 광섬유 브래그 격자 센서 106 : 광 검출기
107 : 광필터 108 : 신호처리부
201 : 광 분기부 401 : 광 써큘레이터
300, 601 : 스위치100, 700: injection current modulation circuit 101: constant temperature holding circuit
102, 200: VCSEL; Vertical Resonant Surface Emitting Laser
103, 600, 602: injection current waveform 104: optocoupler
105, 202, 301: optical fiber Bragg grating sensor 106: photo detector
107: optical filter 108: signal processing unit
201: optical branching unit 401: optical circulator
300, 601 switch

Claims (15)

광원인 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)와;
파장가변광원 발생을 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류를 직접 변조하는 주입전류 변조회로와;
상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 광 펄스의 광 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성하기 위한 광 커플러와;
상기 광 커플러와 연결 형성되며, 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 빛의 파장 변화의 측정과 보정을 위한 광필터와;
상기 광필터에서 측정된 신호를 분석하고 제어 및 신호검출을 위한 신호 처리부와;
상기 광 커플러와 연결 형성되며, 물리량 측정을 위한 다수개의 광섬유 브래그 격자 센서; 및,
상기 광섬유 브래그 격자 센서에 의해 반사되는 빛의 세기 변화를 측정하는 광 검출기;로 구성되는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.A vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) as a light source;
An injection current modulation circuit for directly modulating a current input to the vertical resonant surface emitting laser to generate a wavelength variable light source;
An optical coupler for constructing an optical path of an optical pulse output from the vertical resonant surface emitting laser as a multi-channel in parallel;
An optical filter connected to the optical coupler and configured to measure and correct a wavelength change of light output from the vertical resonance surface emitting laser;
A signal processor for analyzing, controlling, and detecting a signal measured by the optical filter;
A plurality of optical fiber Bragg grating sensors formed in connection with the optical coupler and configured to measure physical quantities; And
And a photo detector for measuring a change in intensity of light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor. A physical quantity measurement system using a vertical resonance surface emitting laser (VCSEL). 제 1항에 있어서,
상기 주입전류 변조회로는 파장 변조를 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류의 파형을 삼각파 또는 톱니파로 변조하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.The method of claim 1,
The injection current modulation circuit is a physical quantity measurement system using a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL), characterized in that for modulating the waveform of the current input to the vertical resonant surface emitting laser for the wavelength modulation to a triangular wave or sawtooth wave. 제 1항에 있어서,
상기 주입전류 변조회로는 선형적인 증가의 파장 변조를 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류의 파형을 임의의 파형으로 변조하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.The method of claim 1,
The injection current modulating circuit modulates a waveform of a current input to the vertical resonant surface emitting laser into an arbitrary waveform for linearly increasing wavelength modulation. The physical quantity measurement system using the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) . 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
파장 변조 범위 확장을 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 다수개 사용하고,
주입전류 변조회로로부터 변조되어 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)에 주입되고, 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 광대역 파장 변조 범위를 가지는 빛을 수렴 결합하는 광 결합기; 및,
상기 광 결합기에서 수렴 결합된 빛을 출력하는 출력단자;를 더 포함하여 구성함으로써,
상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)로부터 출력되는 빛의 파장 변화가 시간 영역에서 연속적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템. 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of vertical resonant surface emitting lasers (VCSELs) are used to extend the wavelength modulation range,
Light is modulated from an injection current modulation circuit and injected into a vertical resonance surface emitting laser (VCSEL), and has light having a wideband wavelength modulation range output from the vertical resonance surface emitting laser. Optical couplers for converging coupling; And
By further comprising; an output terminal for outputting light converged in the optical coupler,
A physical quantity measurement system using a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL), characterized in that the change in the wavelength of the light output from the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) continuously changes in the time domain. 제 4항에 있어서,
상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)로부터 출력되는 빛의 파장이 서로 연속적으로 변화될 수 있도록,
상기 주입전류 변조회로에서 생성된 다수의 서로 독립적인 파형을 상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)에 각각 인가시키고,
상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)에서 출력되는 빛의 파장 크기에 따라서 상기 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 선택적으로 구동함으로써,
광대역 폭의 파장가변 범위를 가지는 광원으로 구성하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.5. The method of claim 4,
The wavelengths of light output from the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) may be continuously changed with each other.
Applying a plurality of mutually independent waveforms generated by the injection current modulation circuit to the plurality of vertical resonant surface emitting lasers VCSEL, respectively
By selectively driving the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) according to the wavelength of the light output from the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL),
A physical quantity measurement system using a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL), comprising a light source having a wavelength variable range of a wide bandwidth. 광원인 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)와;
상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류를 직접 변조하여 가변광원을 발생하는 주입전류 변조회로와;
상기 수직 공진 표면발광 레이저를 항온 유지 시키는 항온유지회로와;
상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 빛의 경로를 병렬 형태의 다채널로 구성하기 위한 광 커플러와;
상기 광 커플러와 연결 형성되며, 상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 광주파수 변화의 측정과 보정을 위한 광필터와;
상기 광필터에서 측정된 신호를 분석하고 제어 및 신호검출을 위한 신호 처리부와;
상기 광 커플러와 연결 형성되며, 물리량을 측정하는 다수개의 광섬유 브래그 격자 센서; 및,
상기 광섬유 브래그 격자 센서에 의해 반사되는 빛의 세기 변화를 측정하는 광 검출기;로 구성됨으로써,
상기 주입전류 변조회로 및 수직 공진 표면발광 레이저를 통해 생성된 파장 가변 광원은 상기 광섬유 브래그 격자 센서에 입사하고, 파장 가변 광원의 파장과 광섬유 브래그 격자 센서의 반사 파장이 일치하는 시점에 광반사가 발생하며,
상기 광검출기는 상기 광섬유 브래그 격자 센서에 의해 반사되는 시간영역에서의 빛의 세기 변화를 측정하고,
상기 광필터는 파장 가변 광원의 변화, 광섬유 브래그 격자 센서의 반사 스펙트럼 및 중심파장을 측정하여 물리량 변화를 측정하며 실시간으로 광원의 파장을 보정함으로써 측정치의 정확도를 향상하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.A vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) as a light source;
An injection current modulation circuit for directly modulating a current input to the vertical resonance surface emitting laser to generate a variable light source;
A constant temperature holding circuit for constantly maintaining the vertical resonance surface emitting laser;
An optical coupler for constructing a path of light output from the vertical resonant surface emitting laser as a multi-channel in parallel;
An optical filter connected to the optical coupler and configured to measure and correct an optical frequency change output from the vertical resonance surface emitting laser;
A signal processor for analyzing, controlling, and detecting a signal measured by the optical filter;
A plurality of optical fiber Bragg grating sensors connected to the optical coupler and measuring physical quantities; And
And a light detector for measuring a change in intensity of light reflected by the optical fiber Bragg grating sensor.
The variable wavelength light source generated by the injection current modulating circuit and the vertical resonant surface emitting laser is incident on the optical fiber Bragg grating sensor, and light reflection occurs when the wavelength of the variable wavelength light source matches the reflected wavelength of the optical fiber Bragg grating sensor. ,
The photodetector measures a change in intensity of light in the time domain reflected by the optical fiber Bragg grating sensor,
The optical filter measures the change in the physical quantity by measuring the change of the wavelength variable light source, the reflection spectrum and the center wavelength of the optical fiber Bragg grating sensor, and improves the accuracy of the measured value by correcting the wavelength of the light source in real time. Physical quantity measurement system using laser (VCSEL). 제 6항에 있어서,
상기 주입전류 변조회로는 선형적인 파장 변조의 증가를 위해 상기 수직 공진 표면발광 레이저에 입력되는 전류의 파형을 임의의 파형으로 변조하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.The method according to claim 6,
The injection current modulating circuit modulates a waveform of a current input to the vertical resonant surface emitting laser to an arbitrary waveform to increase linear wavelength modulation. The physical quantity measurement system using the vertical resonant surface emitting laser (VCSEL) . 제 6항에 있어서,
상기 파장 가변 광원으로부터 출력되는 빛의 파장 변화의 측정과 및 보정을 위하여 상기 광필터에 Etalon 또는 Gascell을 사용하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.The method according to claim 6,
A physical resonance measurement system using a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL), characterized in that for using the optical filter Etalon or Gascell for the measurement and correction of the wavelength change of the light output from the variable wavelength light source. 제 6항에 있어서,
상기 광필터와 상기 광섬유 브래그 격자 센서 사이에 광스위치 및 제 2 광 검출기를 더 포함하여 구성함으로써 다수개의 파장 측정 채널을 구성하고,
상기 광섬유 브래그 격자 센서의 신호 측정이 다수개의 채널에서 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.The method according to claim 6,
Comprising a plurality of wavelength measurement channels by further comprising an optical switch and a second optical detector between the optical filter and the optical fiber Bragg grating sensor,
Signal measurement of the optical fiber Bragg grating sensor is a physical quantity measurement system using a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL), characterized in that proceeding sequentially in a plurality of channels. 제 6항에 있어서,
상기 광필터와 상기 광섬유 브래그 격자 센서 사이에 광 분기부, 광 써큘레이터(circulator) 및 제 2 광 검출기를 더 포함하여 구성함으로써 다수개의 파장 측정 채널을 구성하고,
상기 광섬유 브래그 격자 센서의 신호 측정이 다수개의 채널에서 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.The method according to claim 6,
An optical branch, an optical circulator, between the optical filter and the optical fiber Bragg grating sensor; Further comprising a second photodetector to configure a plurality of wavelength measurement channels,
The physical quantity measurement system using a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL), characterized in that the signal measurement of the optical fiber Bragg grating sensor proceeds simultaneously in a plurality of channels. 제 6항에 있어서,
상기 수직 공진 표면발광 레이저를 다수개 사용함으로써 서로 다른 출력 파장을 갖는 광원을 구성하고,
시간 영역에서 상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 파장이 단파장에서 장파장으로 연속적으로 변조되도록 상기 수직 공진 표면발광 레이저를 순차적으로 구동함으로써 광대역의 파장 변조를 발생하며,
상기 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 광대역 파장을 상기 다수개의 브래그 격자 센서에 연결하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템. The method according to claim 6,
By using a plurality of the vertical resonance surface emitting laser to configure a light source having a different output wavelength,
Broadband wavelength modulation is generated by sequentially driving the vertical resonant surface emitting lasers such that wavelengths output from the plurality of vertical resonant surface emitting lasers in the time domain are continuously modulated from short wavelength to long wavelength,
And a wideband wavelength output from the vertical resonant surface emitting laser to the plurality of Bragg grating sensors. 제11항에 있어서,
상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로 구성된 광원의 구동에 있어서,
각 수직 공진 표면발광 레이저의 특성에 맞도록 설정된 주입전류 변조회로 파형을 멀티플렉싱(multiplexing) 함으로써 주입전류가 수직 공진 표면발광 레이저에 순차적으로 주입되고,
수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력된 빛의 파장이 단파장에서 장파장으로 순차적으로 변조 출력되는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.12. The method of claim 11,
In driving a light source consisting of the plurality of vertical resonant surface emitting lasers,
The injection current is sequentially injected into the vertical resonance surface emitting laser by multiplexing the injection current modulation circuit waveform set to suit the characteristics of each vertical resonance surface emitting laser.
A physical quantity measurement system using a vertical resonant surface emitting laser (VCSEL), characterized in that the wavelength of the light output from the vertical resonant surface emitting laser is sequentially modulated output from short wavelength to long wavelength. 제 12항에 있어서,
상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로 구성된 광원의 구동에 있어서,
상기 주입전류 변조회로를 다수개 구성하여 수직 공진 표면발광 레이저의 주입전류 파형을 각각 다르게 발생시키고,
상기 다수개의 수직 공간 표면발광 레이저로부터 출력되는 파장 가변 광원이 시간 영역에서 단파장에서 장파장으로 연속적으로 변조될 수 있도록 함으로써 수직 공간 표면발광 레이저를 빛의 파장의 크기에 따라 순차적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.13. The method of claim 12,
In driving a light source consisting of the plurality of vertical resonant surface emitting lasers,
A plurality of injection current modulation circuits are configured to generate different injection current waveforms of the vertical resonance surface emitting laser,
A variable wavelength light source output from the plurality of vertical spatial surface emitting lasers can be continuously modulated from a short wavelength to a long wavelength in a time domain so that the vertical spatial surface emitting laser is sequentially driven according to the wavelength of light. Physical quantity measurement system using vertical resonant surface emitting laser (VCSEL). 제 12항 또는 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 빛의 파장들을 서로 연결하기 위하여,
수직 공진 표면발광 레이저에 주입되는 전류 파형의 직류 성분을 조절하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.14. The method according to any one of claims 12 to 13,
In order to connect the wavelengths of light output from the plurality of vertical resonant surface emitting lasers,
A physical quantity measurement system using a vertical resonance surface emitting laser (VCSEL), characterized in that for controlling the direct current component of the current waveform injected into the vertical resonance surface emitting laser. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,
상기 다수개의 수직 공진 표면발광 레이저로부터 출력되는 빛의 파장들을 서로 연결하기 위하여,
각 수직 공진 표면발광 레이저의 항온 유지 설정 온도를 서로 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 수직 공진 표면발광 레이저(VCSEL)를 이용한 물리량 측정 시스템.The method according to claim 12 or 13,
In order to connect the wavelengths of light output from the plurality of vertical resonant surface emitting lasers,
A physical quantity measurement system using a vertical resonance surface emitting laser (VCSEL), characterized in that the constant temperature setting temperature of each vertical resonance surface emitting laser is set differently.
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