KR20150097166A - 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서 - Google Patents

렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20150097166A
KR20150097166A KR1020140018376A KR20140018376A KR20150097166A KR 20150097166 A KR20150097166 A KR 20150097166A KR 1020140018376 A KR1020140018376 A KR 1020140018376A KR 20140018376 A KR20140018376 A KR 20140018376A KR 20150097166 A KR20150097166 A KR 20150097166A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
light
bragg grating
fiber bragg
ultraviolet light
Prior art date
Application number
KR1020140018376A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101576598B1 (ko
Inventor
안태정
송일신
김찬영
김우영
이수남
Original Assignee
조선대학교산학협력단
(주)옵토네스트
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 조선대학교산학협력단, (주)옵토네스트 filed Critical 조선대학교산학협력단
Priority to KR1020140018376A priority Critical patent/KR101576598B1/ko
Publication of KR20150097166A publication Critical patent/KR20150097166A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101576598B1 publication Critical patent/KR101576598B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/0219—Electrical interface; User interface
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0488—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering
    • G01J1/0492—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering using at least two different filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/10—Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void
    • G01J1/20—Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void intensity of the measured or reference value being varied to equalise their effects at the detectors, e.g. by varying incidence angle
    • G01J1/34—Photometry, e.g. photographic exposure meter by comparison with reference light or electric value provisionally void intensity of the measured or reference value being varied to equalise their effects at the detectors, e.g. by varying incidence angle using separate light paths used alternately or sequentially, e.g. flicker
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0488—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering
    • G01J2001/0496—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts with spectral filtering using fiber Bragg gratings

Abstract

본 발명은 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 기반의 광 반응부, 및 상기 광 반응부의 상부에 구비되어 자외선 광에 노출시 상기 광 반응부에 자외선을 집광시키는 렌즈를 포함하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서를 제공한다.
본 발명의 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에 따르면, 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 기반의 광 반응부에 자외선 광을 집광시키는 렌즈가 구비되어 자외선 광을 광 반응부에 고르게 집속시킴으로써 아조벤젠 폴리머의 부피 변화가 빠르게 발생되고 이로 인하여 광섬유 브래그 격자의 간격변형이 빠르게 발생되며 아울러 광섬유의 중심파장에 변화가 민감하게 발생하여 자외선 광에 대한 반응도(민감도)를 크게 높일 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서{UV Light Sensor Based on Fiber Grating in Combination with a lens}
본 발명은 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 자외선에 대한 반응성 및 반응속도를 향상시키고, 광 세기가 약한 자외선의 측정이 가능하며, 자외선 광의 세기를 용이하고 빠르게 측정할 수 있는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에 관한 것이다.
일반적으로 포토 리소그래피, 워터마크 제작, 광택, 코팅 등 다양한 분야에서 UV광(UV LED, UV 램프, 고출력 UV 레이저 등)이 사용되고 있으며, 최근 들어 이러한 UV광의 사용이 급격히 늘어나는 추세이다.
특히, UV LED 및 고출력 UV 레이저는 여러 산업 분야에서의 이용 비중이 계속 증가하는 동시에 그 중요성도 점점 커지고 있다.
UV 광의 사용 증가는 해당 분야의 기술 발전에 도움을 주는 반면에, UV광의 유해성에 기인한 피부병변, 색소 침착, 백내장 등의 안과 질환, 인체 면역계통에 대한 악영향 등 여러 인체 피해 및 질병의 원인이 되기도 한다.
따라서, UV광의 세기를 실시간 및 원격 관찰할 수 있는 시스템의 필요성이 크게 대두되고 있으며, 최근에는 UV센서를 통해 폴리머 애자의 코로나 방전시의 자외선 세기 특성을 실시간으로 모니터링하는 실험도 진행되었다. 또한 Drawing Tower 등 여러 산업 분야에 실시간 모니터링의 센서가 요구되고 있다.
이와 관련하여 한국등록특허 제734407호에 “자외선 감지용 반도체 소자”에 관한 기술이 제안되고 있으며, 그 기술 내용에 대해 간략하게 설명하면, 자외선 감지용 반도체 소자는 기판 위에 버퍼층, 광 흡수층, 쇼트키 접합층, 오믹접합층으로 구성된 구조를 갖는 자외선 감지용 반도체 수광 소자를 제공하고, 상기 버퍼층은 AlxGa1-xN(0≤x≤1) 층으로 구성되고, 상기 광 흡수층은 InxGa1-xN (0<x ≤0.5) 층으로 구성되며, 상기 버퍼층이나 광 흡수층 상의 일부 영역에 오믹접합층이 형성되고, 상기 광흡수층 상에 쇼트키 접합층이 형성된다.
그러나, 상기와 같은 자외선 감지용 반도체 소자는 그 제작 시 다양한 공정을 필요로 하고, 따라서 많은 장비가 사용되는 등 그 제작에 과다한 시간과 노력 및 비용이 소요되는 문제점을 안고 있다. 또한, 전자기장의 영향에 따라 센서로서의 반응성이 달라진다.
상기와 같은 이유로 본 출원인은 한국등록특허 제1145289호를 통해 “아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 센서 및 이를 이용한 자외선 광 감지 장치”를 제안한 바 있다.
그러나, 선 출원된 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 센서 및 이를 이용한 자외선 광 감지 장치는 자외선에 대한 반응속도 및 반응 후 초기값으로의 복원 성능이 부족하였다.
이에 본 출원인은 자외선 센서의 반응도와 초기값으로의 복원 성능 개선에 대한 연구를 통해 본 발명을 제안하게 되었다.
한국등록특허 제1145289호(2012.05.04), “아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 센서 및 이를 이용한 자외선 광 감지 장치” 한국등록특허 제734407호(2007.06.26), “자외선 감지용 반도체 소자”
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 발명의 목적은 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 기반의 광반응부에 자외선을 집광시키는 렌즈를 구비하여 자외선 광에 노출시 렌즈가 자외선을 광반응부에 집광시킴으로써 자외선에 대한 반응도 및 반응속도를 향상시키고, 광 세기가 적은 자외선의 측정이 가능하며, 아울러 자외선 광의 세기를 용이하게 측정할 수 있는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)가 형성된 광섬유를 에칭한 뒤 에칭 영역에 아조벤젠 폴리머를 코팅하고 그 상부에 자외선을 집광시키는 렌즈를 구비하여 자외선 노출시 렌즈가 자외선을 에칭된 광섬유 브래그 격자에 집광시킴으로써 자외선을 검출하는 민감도를 향상시키고, 자외선이 검출 반응시간을 단축시키며, 자외선 소멸시 초기값으로의 복원속도를 향상시킬 수 있는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서는 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 기반의 광 반응부와, 상기 광 반응부의 상부에 구비되어 자외선 광에 노출시 상기 광 반응부에 자외선을 집광시키는 렌즈를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 렌즈는 자외선이 광 반응부의 전반에 골고루 집광되도록 광 반응부의 길이방향으로 일정길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 렌즈는 일정길이를 갖는 원통을 반으로 나눈 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 광 반응부는 에칭(etching) 영역을 포함하고 상기 에칭 영역에 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)가 형성되는 광섬유와, 상기 광섬유 브래그 격자를 감싸는 상태로 상기 광섬유의 에칭 영역에 코팅되어 자외선 광에 노출 시 상기 광섬유 브래그 격자에 장력을 유도하는 아조벤젠 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 에칭 영역은 상기 광섬유의 길이 방향을 기준으로 일정 구간의 클래딩 전체 및 코어 일부가 에칭(etching)되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 에칭 영역의 상기 코어는 그 지름이 101.21㎛∼59.90㎛가 되도록 에칭(etching)되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에칭 영역의 상기 코어는 그 지름이 101.21㎛, 83.93㎛, 69.12㎛, 59.90㎛ 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 아조벤젠 폴리머는 상기 에칭 영역 전체 및 에칭 영역과 연결되는 상기광섬유의 일부 영역에 걸쳐 코팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 아조벤젠 폴리머는 상기 광섬유의 에칭 영역에 열경화법 또는 UV 경화법을 이용하여 코팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 아조벤젠 폴리머는 비닐 이서 타입(vinyl ether-type)의 아조벤젠 모노머, TMPTA(trimethylol propane trimethacrylate), HEA(hydroxyethyl acrylate) 및 광개시제로 구성된 중합체인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서는 상기 광섬유의 길이 방향을 기준으로 일단에 연결되어 상기 광섬유의 에칭영역 및 광섬유 브래그 격자 그리고 상기 아조벤젠 폴리머에 의해 형성되는 광 반응부를 향해 광을 조사하는 광원과, 상기 광섬유의 상기 광원 및 광섬유 브래그 격자 사이의 어느 한 지점에 연결되어 상기 광 반응부에서 반사되는 상기 광원의 빛이 입사되는 광 스펙트럼 분석기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 더하여 상기 광섬유의 상기 광원 및 광 반응부 사이에는 서큘레이터(circulator)가 설치되고 상기 서큘레이터에 상기 광 스펙트럼 분석기가 연결되어 상기 광 반응부에서 반사되는 상기 광원의 빛이 상기 서큘레이터를 통해 상기 광 스펙트럼 분석기에 입사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광섬유의 상기 광원 및 광 반응부 사이의 어느 한 지점에는 상기 광원의 빛이 반사되면서 다시 광원으로 들어가는 것을 차단하는 아이솔레이터(Isolator)가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광원은 1550㎚ 영역의 광대역의 광원이 사용되는 것을 특징으로 하고, 상기 광섬유는 4m∼6m의 길이로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 반응부의 중심 파장은 상기 아조벤젠 폴리머가 자외선 광에 노출되는 시간에 비례하여 증가하는 동시에 자외선 광의 세기가 커짐에 따라 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에 따르면, 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 기반의 광 반응부에 자외선 광을 집광시키는 렌즈가 구비되어 자외선 광을 광 반응부에 고르게 집속시킴으로써 아조벤젠 폴리머의 부피 변화가 빠르게 발생되고 이로 인하여 광섬유 브래그 격자의 간격변형이 빠르게 발생되며 아울러 광섬유의 중심파장에 변화가 민감하게 발생하여 자외선 광에 대한 반응도(민감도)를 크게 높일 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 광섬유의 일정구간에 형성된 에칭 영역에 아조벤젠 폴리머를 코팅하여 광 반응부를 형성하고, 렌즈가 에칭된 광섬유 브래그 격자에 자외선을 집광시킴으로써, 자외선 광에 대한 광 반응부의 반응도를 크게 향상시키고, 자외선 광의 검출 반응시간을 단축시키며, 자외선 광의 소멸시 초기값으로의 복원속도를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 광 세기가 약한 자외선의 측정을 용이하게 할 수 있고, 광 반응기로의 활용도가 더 커질 수 있으며, 계측기 산업의 경쟁력 강화에 큰 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 실시간 측정 및 모니터링에 대한 정확성 및 편의성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서를 도시한 개념도.
도 2는 도 1에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에서 렌즈를 설명하기 위한 사시도 및 단면도.
도 3은 도 1에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에서 광 반응부를 설명하기 위한 요부 확대 사시도.
도 4의 (a)~(d)는 에칭된 광섬유의 예시를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에서 광 반응부를 통한 반사 광의 스펙트럼을 그래프로 보인 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에서 광섬유의 에칭된 코어 지름에 따른 중심 파장 변화를 그래프로 보인 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에서 광 반응부에 반응하는 자외선의 세기에 따른 중심 파장 변화를 그래프로 보인 도면.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서를 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에서 렌즈를 설명하기 위한 사시도 및 단면도이며, 도 3은 도 1에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서에서 광 반응부를 설명하기 위한 요부 확대 사시도이고, 도 4의 (a)~(d)는 에칭된 광섬유의 예시를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반의 자외선 광센서(이하“자외선 광센서”라 함)는 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 기반의 광 반응부(100), 및 광 반응부(100)의 상부에 구비되어 자외선 광에 노출시 광 반응부(100)에 자외선을 집광시키는 렌즈(200)를 포함한다. 또한, 자외선 광센서는 광 반응부(100)를 향해 광을 조사하는 광원(300), 및 광 반응부(100)에서 반사되는 광원의 빛이 입사되는 광 스펙트럼 분석기(400)를 더 포함한다.
먼저, 렌즈(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 광 반응부(100)의 전반에 자외선이 골고루 집광되도록 광 반응부(100)의 길이방향으로 일정길이를 갖는다.
또한, 렌즈(200)는 일정길이를 갖는 원통을 반으로 나눈 형태로 이루어져 자외선을 광 반응부(100) 고유의 모양인 길쭉한 형태로 집광한다.
그리고, 광 반응부(100)는 광섬유(110) 및 아노벤젠 폴리머(120)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이 광섬유는 에칭(etching) 영역(111)을 포함하며, 이러한 에칭 영역(111)에 광섬유 브래그 격자(114, FBG:Fiber Bragg Grating)가 형성된다.
여기서, 광섬유(110)의 에칭 영역(111)은 광섬유(110)의 길이 방향을 기준으로 일정 구간의 클래딩(113) 전체 및 코어(112) 일부가 에칭(etching)되어 형성된다. 이때, 에칭 영역(111)의 코어(112)는 그 지름이 101.21㎛∼59.90㎛가 되도록 에칭(etching)되는 것일 수 있으며, 본 실시 예에서는 에칭 영역(111)의 코어(112) 지름이 101.21㎛, 83.93㎛, 69.12㎛, 59.90㎛ 중 어느 하나인 것을 예로 하였다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 코어(112) 지름이 101.21㎛, 83.93㎛, 69.12㎛, 59.90㎛인 에칭된 광섬유(110)를 순차적으로 보인 모식도이다.
다시 도 3으로 돌아가서, 아조벤젠 폴리머(120)는 광섬유 브래그 격자(114)를 감싸는 상태로 광섬유(110)의 에칭 영역(111)에 코팅된다. 이때, 아조벤젠 폴리머(120)는 광섬유(110)의 에칭 영역(111) 전체 및 에칭 영역(111)과 연결되는 광섬유(110)의 일부 영역에 걸쳐 코팅될 수 있다.
그리고 아조벤젠 폴리머(120)는 광섬유(110)의 에칭 영역(111)에 열경화법 또는 UV 경화법을 이용하여 코팅될 수 있다. 본 실시 예에서는 이러한 아조벤젠 폴리머(120)가 비닐 이서 타입(vinyl ether-type)의 아조벤젠 모노머, TMPTA(trimethylol propane trimethacrylate), HEA(hydroxyethyl acrylate) 및 광개시제로 구성된 중합체인 것을 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 아조벤젠 폴리머(120)는 광섬유 브래그 격자(114)를 감싸는 상태로 광섬유(110)의 에칭 영역(111)에 코팅되며, 자외선 광에 노출 시 광섬유 브래그 격자(114)에 장력을 유도한다. 즉, 아노벤젠 폴리머(120)는 자외선 광에 노출 시 그 부피에 변화가 발생되고, 이러한 아노벤젠 폴리머(120)의 부피 변화에 따라 광섬유 브래그 격자(114)의 격자간격에 변형이 발생되면서 광섬유의 중심파장이 변한다.
여기서, 광섬유의 중심파장은 아조벤젠 폴리머(120)가 자외선 광에 노출되는 시간에 비례하여 증가하는 동시에 자외선 광의 세기가 커짐에 따라 선형적으로 증가한다.
다시 도 1로 돌아가서, 본 실시 예에서 광섬유(110)는 4m∼6m의 길이로 형성되는 것을 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
광원(300)은 광섬유(110)의 길이 방향을 기준으로 일단에 연결되어 에칭 영역(111), 광섬유 브래그 격자(114), 아조벤젠 폴리머(120)를 통해 형성되는 광 반응부(100)를 향해 빛을 조사한다. 본 실시 예에서는 이러한 광원(300)으로써, 1550㎚ 영역의 광대역의 광원(300)이 사용된다.
광 스펙트럼 분석기(400)는 광원(300) 및 광 반응부(100) 사이에 위치한 광섬유(110)의 어느 한 지점에 연결되어 광 반응부(100)에서 반사되는 광원(300)의 빛을 입사 받는다.
이에 더하여 자외선 광센서는 서큘레이터(500, circulator) 및 아이솔레이터(600, Isolator)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 서큘레이터(500, circulator)는 광원(300) 및 광 반응부(100) 사이에 위치한 광섬유(110)의 어느 한 지점에 설치되며, 이러한 서큘레이터(500)에 광 스펙트럼 분석기(400)가 연결된다. 이에 따라, 광 반응부(100)에서 반사되는 광원(300)의 빛이 서큘레이터(500)를 통해 광 스펙트럼 분석기(400)에 입사된다.
그리고, 아이솔레이터(600, Isolator)는 광원(300) 및 광 반응부(100) 사이에 위치한 광섬유(110)의 어느 한 지점에 설치되어 광원(300)의 빛이 반사되면서 다시 광원(300)으로 들어가는 것을 차단한다.
상기와 같이 구성되는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서는 자외선 광 노출시 렌즈(200)가 자외선 광을 집광하여 광 반응부(100)의 전반에 고르게 집속시킨다.
이어, 렌즈(200)에 집광된 자외선 광을 받은 아조벤젠 폴리머(120)는 부피가 빠르게 변화하고 이로 인하여 광섬유 브래그 격자(114)의 간격에 변형이 빠르게 발생되며 아울러 광섬유(110)의 중심파장에 변화가 민감하게 발생된다.
도 5는 자외선 광센서의 광 반응부를 통해 반사되는 빛의 스펙트럼을 그래프로 보인 도면이고, 도 6은 광섬유의 에칭된 코어 지름별 중심 파장 변화 상태를 그래프로 보인 도면이며, 도 7은 자외선 광센서의 광 반응부에 반응하는 자외선의 세기에 따른 중심 파장 변화를 그래프로 보인 도면이다.
도 4를 예로 부연 설명하면, 도 4의 (d)에 예시한 광섬유를 사용하는 자외선 광센서가 자외선 광에 대한 반응속도 및 자외선 소멸 시 초기값으로의 복원속도가 가장 빠르며, 이와 반대로 (a)에 예시한 광섬유를 사용하는 자외선 센서가 자외선 광에 대한 반응속도 및 자외선 소멸 시 초기값으로의 복원 속도가 가장 느린 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 광섬유(110)의 길이 방향을 기준으로 일정 구간에 에칭 영역(111)이 형성되고 이러한 에칭 영역(111)에 아조벤젠 폴리머(120)가 코팅되는 형태의 광 반응부(100)를 가지며, 이러한 광 반응부(100)의 상부에 자외선 광을 집광시키는 렌즈(200)가 구비되어 렌즈(200)에 집광된 자외선 광을 광 반응부(100)에 고르게 집속시킴으로써 아조벤젠 폴리머(120)의 부피 변화가 빠르게 발생하고 이로 인하여 광섬유 브래그 격자(114)의 간격변형이 빠르게 발생되며 아울러 광섬유의 중심파장에 변화가 민감하게 발생하여 자외선 광에 대한 반응도(민감도) 및 반응속도를 크게 높일 수 있게 된다.
또한, 자외선 광에 대한 반응도가 향상되는 것은 광 세기가 약한 자외선의 측정을 용이하게 하고, 자외선 광의 검출 반응시간을 단축시킬 수 있으며, 자외선 광의 소멸시 초기값으로의 복원속도를 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 광 반응기로의 활용도가 더 커질 수 있으며, 계측기 산업의 경쟁력 강화에 큰 역할을 할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
100 : 광 반응부 110 : 광섬유
111 : 에칭 영역 112 : 코어
113 : 클래딩 114 : 광섬유 브래그 격자
120 : 아조벤젠 폴리머 200 : 렌즈
300 : 광원 400 : 광 스펙트럼 분석기
500 : 서큘레이터 600 : 아이솔레이터

Claims (16)

  1. 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating) 기반의 광 반응부; 및
    상기 광 반응부의 상부에 구비되어 자외선 광에 노출시 상기 광 반응부에 자외선을 집광시키는 렌즈;
    를 포함하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈는 자외선 광이 광 반응부의 전반에 골고루 집광되도록 광 반응부의 길이방향으로 일정길이를 갖는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈는 일정길이를 갖는 원통을 반으로 나눈 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 반응부는 에칭(etching) 영역을 포함하고 상기 에칭 영역에 광섬유 브래그 격자(FBG:Fiber Bragg Grating)가 형성되는 광섬유;
    상기 광섬유 브래그 격자를 감싸는 상태로 상기 광섬유의 에칭 영역에 코팅되어 자외선 광에 노출 시 상기 광섬유 브래그 격자에 장력을 유도하는 아조벤젠 폴리머를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 에칭 영역은 상기 광섬유의 길이 방향을 기준으로 일정 구간의 클래딩 전체 및 코어 일부가 에칭(etching)되어 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에칭 영역의 상기 코어는 그 지름이 101.21㎛~59.90㎛가 되도록 에칭(etching)되는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 에칭 영역의 상기 코어는 그 지름이 101.21㎛, 83.93㎛, 69.12㎛, 59.90㎛ 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 아조벤젠 폴리머는 상기 에칭 영역 전체 및 에칭 영역과 연결되는 상기광섬유의 일부 영역에 걸쳐 코팅되는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 아조벤젠 폴리머는 상기 광섬유의 에칭 영역에 열경화법 또는 UV 경화
    법을 이용하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 아조벤젠 폴리머는 비닐 이서 타입(vinyl ether-type)의 아조벤젠 모노
    머, TMPTA(trimethylol propane trimethacrylate), HEA(hydroxyethyl acrylate) 및 광개시제로 구성된 중합체인 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 광섬유의 길이 방향을 기준으로 일단에 연결되어 상기 광섬유의 에칭영역 및 광섬유 브래그 격자 그리고 상기 아조벤젠 폴리머에 의해 형성되는 광 반응부를 향해 광을 조사하는 광원;
    상기 광섬유의 상기 광원 및 광섬유 브래그 격자 사이의 어느 한 지점에 연결되어 상기 광 반응부에서 반사되는 상기 광원의 빛이 입사되는 광 스펙트럼 분석기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광섬유의 상기 광원 및 광 반응부 사이에 서큘레이터(circulator)가 설
    치되고 상기 서큘레이터에 상기 광 스펙트럼 분석기가 연결되어 상기 광 반응부에서 반사되는 상기 광원의 빛이 상기 서큘레이터를 통해 상기 광 스펙트럼 분석기에입사되는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 광섬유의 상기 광원 및 광 반응부 사이의 어느 한 지점에 설치되어 상기 광원의 빛이 반사되면서 다시 광원으로 들어가는 것을 차단하는 아이솔레이터(Isolator)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 광원은 1550㎚ 영역의 광대역의 광원이 사용되는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 광섬유는 4m∼6m의 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 광 반응부의 중심 파장은 상기 아조벤젠 폴리머가 자외선 광에 노출되는 시간에 비례하여 증가하는 동시에 자외선 광의 세기가 커짐에 따라 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서.
KR1020140018376A 2014-02-18 2014-02-18 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서 KR101576598B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140018376A KR101576598B1 (ko) 2014-02-18 2014-02-18 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140018376A KR101576598B1 (ko) 2014-02-18 2014-02-18 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150097166A true KR20150097166A (ko) 2015-08-26
KR101576598B1 KR101576598B1 (ko) 2015-12-17

Family

ID=54059213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140018376A KR101576598B1 (ko) 2014-02-18 2014-02-18 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101576598B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105806467A (zh) * 2016-03-25 2016-07-27 国家电网公司 一种高压并联电抗器铁芯振动测量装置及测量方法
CN109000613A (zh) * 2018-08-22 2018-12-14 太原理工大学 一种采空区地质沉降三维快速检测系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101145289B1 (ko) * 2011-02-18 2012-07-13 조선대학교산학협력단 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 격자 기반 자외선 센서 및 이를 이용한 자외선 광 감지 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105806467A (zh) * 2016-03-25 2016-07-27 国家电网公司 一种高压并联电抗器铁芯振动测量装置及测量方法
CN109000613A (zh) * 2018-08-22 2018-12-14 太原理工大学 一种采空区地质沉降三维快速检测系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR101576598B1 (ko) 2015-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9470588B2 (en) Optical sensor having fiduciary marks detected by Rayleigh scattered light
US10247583B2 (en) Fiber-optic sensor and method for the production and use thereof
KR101415376B1 (ko) 에칭된 광섬유 브래그 격자 및 아조벤젠 폴리머 기반의 자외선 센서
WO2016087442A1 (en) Compact optical sensor for measuring physical parameters
Wang et al. A macrobending singlemode fiber refractive index sensor for low refractive index liquids
Zlodeev et al. Transmission spectra of a double-clad fibre structure under bending
US10184888B2 (en) Device and method for determining a refractive index
KR101576598B1 (ko) 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서
Wang et al. Ultrafast laser enhanced Rayleigh backscattering on silica fiber for distributed sensing under harsh environment
CN106248677A (zh) 高聚物复合材料的固化程度检测方法及系统
Tang et al. Multi-hole plastic optical fiber force sensor based on femtosecond laser micromachining
KR101743835B1 (ko) 반사판과 렌즈를 결합한 광섬유 브래그 격자 기반 자외선 광센서
KR101145289B1 (ko) 아조벤젠 폴리머가 코팅된 광섬유 격자 기반 자외선 센서 및 이를 이용한 자외선 광 감지 장치
Cho et al. Ultraviolet light sensor based on an azobenzene-polymer-capped optical-fiber end
Reddy et al. A novel method for high temperature measurements using fiber Bragg grating sensor
Yan et al. Development of flexible pressure sensing polymer foils based on embedded fibre Bragg grating sensors
Tanaka et al. Highly sensitive operation of LPG vibration sensor using bending-induced spectral change
Woyessa et al. Simultaneous measurement of temperature and humidity with microstructured polymer optical fiber Bragg gratings
JP7006964B2 (ja) 光ファイバ式計測装置及び光ファイバ式計測方法
Liehr et al. Fiber optic bend and temperature sensing in femtosecond laser-structured POF
Seo et al. Protection method for diameter-downsized fiber Bragg gratings for highly sensitive ultraviolet light sensors
Morisawa et al. Improvement in the sensitivity of dye-doped POF-type moisture sensor
Seo et al. Highly sensitive and fast UV sensor based on fiber grating with easily producible photoreactive material
KR20190102866A (ko) 피드백루프를 이용한 자외선센서
Hu et al. Bragg gratings inscription at 1550 nm in photosensitive step-index polymer optical fiber

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: 20181108

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191112

Year of fee payment: 5