KR20220124408A - 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치 - Google Patents

광섬유의 내방사선 특성 향상 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 코어 및 클래딩을 포함하는 광섬유에 신호를 전달하기 위해 신호 광원을 발생시키는 신호부; 및 상기 신호부에서 발생되어 상기 광섬유의 코어를 통해 전송되는 신호 광원의 광전송 손실율을 감소시키기 위해 구동되는 내방사 모듈을 포함하고, 상기 내방사 모듈은, 상기 광섬유에 광에너지 및 열에너지 중 하나 이상을 공급하는, 내방사선 특성 향상 장치가 제공될 수 있다.

Description

광섬유의 내방사선 특성 향상 장치{RADIATION TOLERANT IMPROVING APPARATUS OF OPTICAL FIBER}
본 발명은 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치에 관한 것으로, 광섬유를 통해 전송되는 광신호가 방사선에 의해 손실되는 것을 최소화할 수 있는 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치에 대한 발명이다.
광섬유는 빛을 이용하여 신호를 전송하는 광도파로(waveguide)로, 광통신뿐만 아니라 센서나 레이저 등과 같은 분야에서 이용된다. 이러한 통신을 위한 광섬유는 코어(core)와 코어를 둘러싸는 클래딩(cladding)을 포함한다. 코어는, 일반적으로 Ge(Germanium)을 포함하고, 클래딩보다 높은 굴절률로 빛의 전반사 전송을 할 수 있다.
이렇게 코어에 Ge를 포함하는 광섬유 또는 일반적인 광섬유는 엑스선이나 감마선과 같은 방사선에 노출되는 경우, 광전송 손실이 증가하기 때문에 원전이나 우주 등과 같이 방사선 환경에서 광섬유의 사용에 제약을 받는다. 따라서 이렇게 광전송 손실이 증가하는 것을 최소화하기 위해 코어에 Ge를 첨가하지 않거나 F(Fluorine)가 코어에 포함시켜 방사선에 의한 광전송 손실을 낮추고 있다.
하지만, 제조가 완료된 광섬유는 고유의 내방사선 특성을 가지게 되어 내방사선 특성을 향상시키기 위해서는 광섬유의 조성이나 구조를 변화시켜 다지 제작해야 하는 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0102061호 (2018.09.14.) 대한민국 공개특허 제10-2015-0042947호 (2015.04.22.)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 내방사선 특성을 향상시키기 위해 광섬유의 조성이나 구조를 변화시키지 않아도 내방사선 특성을 향상시킬 수 있는 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 코어 및 클래딩을 포함하는 광섬유에 신호를 전달하기 위해 신호 광원을 발생시키는 신호부; 및 상기 신호부에서 발생되어 상기 광섬유의 코어를 통해 전송되는 신호 광원의 광전송 손실율을 감소시키기 위해 구동되는 내방사 모듈을 포함하고, 상기 내방사 모듈은, 상기 광섬유에 광에너지 및 열에너지 중 하나 이상을 공급하는, 내방사선 특성 향상 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 광에너지 및 열에너지 중 하나 이상을 광섬유에 공급함으로써, 광섬유의 조성이나 구조를 변경하지 않더라도 광섬유 자체의 고유한 내방사선 특성을 추가적으로 향상시킬 수 있다.
또한, 광에너지 및 열에너지 중 하나 이상의 공급을 제어하여 광섬유의 내방사선 특성을 부분적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치에서 광에너지를 공급하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치에서 광에너지를 공급함에 따라 내방사선 특성이 향상되는 것을 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치에서 광에너지를 공급함에 따라 내방사선 특성이 향상되는 것을 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치에서 열에너지를 공급하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치에서 열에너지를 공급함에 따라 내방사선 특성이 향상되는 것을 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치(10)에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치(10)는, 광섬유(20)를 통해 통신이나 신호를 전송할 때 외부의 방사선에 영향을 받더라도 통신이나 신호의 손실을 최소화할 수 있다. 이러한 광섬유의 내방사선 특성 향상 장치(10)는, 신호부(100), 내방사 모듈(200) 및 광커플러(300)를 포함한다.
본 실시예에서, 이용되는 광섬유(20)는 코어(22) 및 클래딩(24)을 포함한다. 이러한 광섬유(20)의 코어(22)에는 Ge(Germanium)이 함유될 수 있고, 내방사선 특성을 높이기 위해 Ge가 함유되지 않거나 또는 Ge 대신 F(Fluorine)가 함유될 수 있다. 코어(22)는 소정의 두께를 가지도록 배치되고, 클래딩(24)은 코어(22)를 감싸도록 배치된다.
신호부(100)는 상기와 같은 광섬유(20)에 광통신이나 광센서의 신호 파장 대역의 신호 광원(102)을 조사한다. 즉, 신호부(100)에서 조사된 신호 광원(102)에는 소정의 정보를 포함한다. 신호부(100)에서 조사되는 신호 광원(102)은 특정 파장을 가질 수 있으며, 예컨대, 1550nm일 수 있다.
내방사 모듈(200)은, 광섬유(20)의 내방사선 특성을 향상시키기 위해 내방사 광원부(210) 및 열원부(220)를 포함한다. 여기서, 내방사 모듈(200)은 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 내방사 광원부(210) 및 열원부(220) 중 어느 하나만 구비될 수도 있다.
내방사 광원부(210)는 소정의 파장을 갖는 내방사 광원(212)을 조사한다. 내방사 광원(212)은 신호부(100)에서 조사하는 신호 광원(102)과 동일한 종류의 광원일 수 있으나, 신호 광원(102)과 다른 파장을 갖는 광원이다.
내방사 광원부(210)에서 신호 광원(102)과 다른 파장 대역의 내방사 광원(212)을 조사함에 따라 내방사 광원(212)에 의해 신호 광원(102)이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 내방사 광원부(210)에서 조사하는 내방사 광원(212)의 파장 대역은 신호 광원(102)과 다른 대역의 파장을 갖으며, 내방사 광원(212)의 파장 대역은 목적 및 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 내방사 광원부(210)에서 조사되는 내방사 광원(212)의 파장은 980nm일 수 있다.
이러한 내방사 광원부(210)에서 조사된 내방사 광원(212)은 신호 광원(102)과 결합되어 광섬유(20)의 코어(22) 내부로 조사될 수 있다.
열원부(220)는 광섬유(20)의 온도를 제어하고, 광섬유(20)가 소정의 온도를 가지도록 제어할 수 있다. 본 실시예에서, 열원부(220)는 열선(222)을 포함하고, 열선(222)에 전원을 공급하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 열원부(220)에서 공급된 전원에 의해 열선(222)에는 소정의 온도에 해당하는 열이 발생할 수 있다.
여기서, 열선(222)은 광섬유(20)와 나란하게 배치될 수 있으며, 광섬유(20)의 길이에 대응되는 길이를 가질 수 있으며, 공급된 전원에 의해 열을 발산할 수 있다.
하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 광섬유(20)의 소정의 구간에만 열선(222)이 배치될 수 있고, 광섬유(20)의 그 외 위치에는 열선(222)과 열원부(220)를 연결하는 전선이 배치될 수 있다. 이렇게 광섬유(20)의 일부 구간에 열선(222)이 배치됨에 따라 열원부(220)에서 공급되는 전원에 의해 열선(222)이 배치된 위치에서만 열이 발생될 수 있다.
열선(222)은 도 5에 도시된 바와 같이, 광섬유(20)의 외주면에 길이 방향으로 나란하게 접촉된 상태로 배치될 수 있다. 즉, 열선(222)은 광섬유(20)의 외주면에 접촉되어 광섬유(20)와 결합될 수 있으며, 이때, 광섬유(20)와 열선(222)은 별도의 결합수단(예컨대, 열선(222)과 광섬유(20)를 타이(tie) 등으로 결합)을 통해 결합될 수 있다.
또는, 광섬유(20)는 코어(22) 및 클래딩(24)을 보호하기 위해 자켓(미도시) 등을 더 포함하고, 자켓은 클래딩(24)을 감싸도록 배치될 수 있다. 이때, 열선(222)은 도 5에 도시된 바와 같이, 클래딩(24)의 외주면에 접촉되도록 배치된 상태에서 자켓이 클래딩(24) 및 열선(222)을 감싸도록 배치될 수 있다.
광커플러(300)는, 신호부(100)에서 조사된 신호 광원(102) 및 내방사 광원부(210)에서 조사된 내방사 광원(212)을 결합시키거나 또는, 광섬유(20)를 통해 수신되는 결합 광원(112)을 신호 광원(102) 및 내방사 광원(212)으로 분배할 수 있다.
이러한 광커플러(300)는 서로 다른 파장을 갖는 신호 광원(102) 및 내방사 광원(212)을 결합하여 결합 광원(112)을 생성하고, 생성된 결합 광원(112)을 광섬유(20)의 코어(22)로 조사한다. 물론, 광커플러(300)는 둘 이상의 광원을 결합할 수 있으며, 파장에 따라 결합된 광원을 분리할 수 있다.
도 3을 참조하여, 내방사선 특성 향상 장치(10)에서 내방사 광원(212)이 광섬유(20)에 조사될 때, 내방사선 특성이 향상되는 것에 대해 설명한다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 열에 의한 영향이 없도록 열원부(220)가 제거된 상태로 시험된다.
여기서, 신호 광원(102)의 파장은 1550nm의 파장을 이용하고, 내방사 광원(212)의 파장은 980nm인 것을 이용하였으며, 세 종류의 광섬유(20)를 이용하여 시험을 수행한다. 세 종류의 광섬유(20)는 F가 코어(22)에 함유된 제1 광섬유(F), Ge가 함유되지 않은 제2 광섬유(PSCF(pure-silica core fiber)) 및 Ge가 함유된 제3 광섬유(Ge)를 이용하였다.
도 3에 도시된 그래프의 x축은 시간이며, y축은 신호 광원(102)의 광전송 손실율을 나타낸다. 제1 광섬유, 제2 광섬유 및 제3 광섬유에 결합 광원(112)을 조사한 상태에서 방사선(Irr.)을 조사하면, 광전송 손실율이 각각 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이 상태에서, 약 3500초일 때, 내방사 광원부(210)를 정지시키면 신호 광원(102)만 조사되는데 광전송 손실율이 급증하는 것을 확인할 수 있다.
그리고 약 4500초일 때, 내방사 광원부(210)를 다시 동작시켜 내방사 광원(212)이 조사되어 광섬유(20)의 코어(22)를 통해 결합 광원(112)이 통과하면 광전송 손실율이 순간적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 방사선(Irr.)이 조사된 상태에서, 제1 광섬유, 제2 광섬유 및 제3 광섬유를 통해 내방사 광원(212)을 조사하지 않고 신호 광원(102)만 조사하는 경우에 광전송 손실율이 급증하는 것을 확인할 수 있다. 그리고 약 3000초 시점에 내방사 광원(212)을 함께 조사하는 경우에 광전송 손실율이 순간적으로 감소하며 또한, 광전송 손실율의 기울기가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또, 약 4800초 시점에 내방사 광원(212)을 조사하지 않는 경우에 광전송 손실율이 순간적으로 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 방사선(Irr.)이 조사된 상태에서 내방사 광원(212)을 신호 광원(102)과 함께 조사하는 경우, 제1 광섬유, 제2 광섬유 및 제3 광섬유 모두에서 광전송 손실율이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 내방사 광원(212)이 신호 광원(102)과 함께 조사될 때 광섬유(20)의 내방사선 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이렇게 내방사 광원(212)이 조사됨에 따라 광섬유(20)의 내방사선 특성이 향상되는 것은, 코어(22)에 함유된 성분(Ge 또는 F)에 따라 정도의 차이가 있지만, 전체적으로 내방사선 특성이 향상됨을 확인할 수 있다.
도 6을 참조하여, 내방사선 특성 향상 장치(10)에서 광섬유(20)에 열이 가해짐에 따라 내방사선 특성이 향상되는 것에 대해 설명한다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 내방사 광원(212)에 의한 영향이 없도록 내방사 광원부(210)가 제거된 상태로 시험된다. 열선(222)은 광섬유(20)의 클래딩(24)과 나란한 상태로 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 그래프의 x축은 시간이고, y축의 왼쪽은 온도이며, y축의 오른쪽은 광전송 손실율을 나타낸다. 그리고 광섬유(20)는 F가 코어(22)에 함유된 제1 광섬유(F), Ge가 함유되지 않은 제2 광섬유(PSCF(pure-silica core fiber)) 및 Ge가 함유된 제3 광섬유(Ge)를 이용하였다.
제1 광섬유, 제2 광섬유 및 제3 광섬유에 신호 광원(102)을 조사하고 방사선(Irr.)을 조사하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 광섬유, 제2 광섬유 및 제3 광섬유의 광전송 손실율이 각각 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때의 온도는 상온(약 25℃)일 수 있다.
그리고 약 6000초 일 때, 열선(222)에 전원이 공급됨에 따라 약 100℃의 열이 열선(222)에 발생하면 제1 광섬유, 제2 광섬유 및 제3 광섬유에서 광전송 손실율이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 특히, F가 함유된 제1 광섬유의 경우, 약 80℃의 온도가 유지되는 경우 광전송 손실율이 지속적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이렇게 광섬유(20)에 열이 공급됨에 따라 광섬유(20)의 내방사선 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 실시예들에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 내방사선 특성 향상 장치
20: 광섬유
22: 코어 24: 클래딩
100: 신호부 102: 신호 광원
112: 결합 광원
200: 내방사 모듈
210: 내방사 광원부 212: 내방사 광원
220: 열원부 222: 열선
300: 광커플러

Claims (8)

  1. 코어 및 클래딩을 포함하는 광섬유에 신호를 전달하기 위해 신호 광원을 발생시키는 신호부; 및
    상기 신호부에서 발생되어 상기 광섬유의 코어를 통해 전송되는 신호 광원의 광전송 손실율을 감소시키기 위해 구동되는 내방사 모듈을 포함하고,
    상기 내방사 모듈은, 상기 광섬유에 광에너지 및 열에너지 중 하나 이상을 공급하는,
    내방사선 특성 향상 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내방사 모듈은,
    상기 광섬유에 광에너지를 공급하기 위해 내방사 광원을 상기 광섬유에 조사하는 내방사 광원부를 포함하는,
    내방사선 특성 향상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신호 광원 및 상기 내방사 광원을 결합시키거나 분배하는 광커플러를 더 포함하는,
    내방사선 특성 향상 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 내방사 광원의 파장은 상기 신호 광원의 파장과 다른 파장을 갖는,
    내방사선 특성 향상 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 내방사 모듈은,
    상기 광섬유에 열에너지를 공급하기 위해 상기 광섬유의 적어도 일부에 열을 발생시키는 열원부를 포함하는,
    내방사선 특성 향상 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열원부는 상기 광섬유의 적어도 일부에 배치된 열선을 포함하는,
    내방사선 특성 향상 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열원부는 상기 열선에 전원을 공급하는,
    내방사선 특성 향상 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열원부는 상기 열선에서 발생되는 열의 온도를 제어하는,
    내방사선 특성 향상 장치.
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