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Jun 10, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 11797(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구에서는 향상된 스펙트럼 효율성을 제공하고 다중화를 허용하며 낮은 수준의 누화를 제공하는 트윈 코어 광섬유 센서 시스템에 대해 보고합니다. 강하게 결합된 다중 코어 광섬유 조각은 펄스형 반도체 광 증폭기(SOA)를 통합한 레이저 캐비티의 센서로 사용됩니다. 각 센서는 고유한 캐비티 길이를 가지며 SOA의 주기적인 게이팅을 센서의 캐비티 왕복 시간에 전기적으로 일치시켜 개별적으로 처리할 수 있습니다. 인터로게이터는 레이저 역할을 하며 신호 대 잡음비가 높은 좁은 스펙트럼을 제공합니다. 또한 스펙트럼이 겹치는 경우에도 개별 센서의 반응을 구별할 수 있습니다. 잠재적으로 조사되는 센서의 수가 크게 늘어날 수 있으며 이는 다중 지점 감지의 매력적인 기능입니다.

변형률 및 온도와 같은 매개변수를 실시간으로 모니터링하기 위한 감지 응용 분야에서 광섬유를 사용하는 것은 많은 관심을 불러일으켰습니다. 이러한 분야에서는 작은 크기, 경량 및 전자기 내성과 같은 고유한 특성을 활용할 수 있습니다. 또한 콘크리트나 복합재와 같은 재료에 내장되고 장거리에서 작동할 수 있는 기능 덕분에 대규모 구조나 영역을 따라 앞서 언급한 매개변수를 정밀하게 추적해야 하는 많은 응용 분야에 매력적인 대안입니다1. 이를 위해 간단하고 다양한 방식으로 여러 개별 센서2,3를 조사하고 공간 해상도가 인접한 감지 요소를 식별하는 기능과 연결되는 다중 지점 감지가 자주 사용됩니다. 이 구성은 특히 구조 상태 모니터링과 많은 관련성을 얻었습니다4,5.

다중점 감지 기술 중에서 가장 일반적인 것은 각 센서가 서로 다른 파장에서 작동하는 파장 분할 다중화6입니다. 따라서 각 센서의 파장 이동과 조사 창은 조사할 수 있는 요소의 최대 수를 정의하는 제한 요소입니다. 대조적으로, 시분할 다중화는 반사의 도착 시간이 광원에서 각 감지 요소까지의 거리에 정비례하기 때문에 반사광을 분석하여 각 감지 요소를 개별적으로 조사하는 것을 기반으로 합니다. 또한 개별적으로 조사할 수 있는 감지 요소의 수를 늘리기 위해 파장 및 시분할 다중화를 결합할 수 있습니다8,9. 일반적으로 앞서 언급한 기술은 광섬유 브래그 격자(FBG)10,11,12,13,14,15로 구현되며, 이는 수 밀리미터까지의 공간 분해능을 갖춘 다중 매개변수 측정을 위한 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술입니다. 또한 FBG는 좁고 잘 정의된 피크를 제공하므로 스펙트럼을 효율적으로 사용합니다. 이 사실을 통해 동일한 심문 창에서 상당한 양의 FBG를 모니터링할 수 있습니다. 대안으로 섬유 내 Fabry-Perot18,19 및 Mach-Zehnder20 간섭계도 사용됩니다.

최근 몇 년 동안 감지의 대안으로 강력하게 결합된 다중 코어 섬유(MCF)가 도입되었습니다. MCF의 몇 가지 매력적인 특징은 측정량에 따라 FBG보다 높을 수 있는 다양성, 심문 용이성, 감도이며, km 길이의 섬유를 제조할 수 있어 하나의 가용성으로 이어집니다. 감지에 적합한 수천 데시미터 길이의 섬유 세그먼트를 단일로 끌어옵니다. 주요 단점은 결합된 MCF가 여러 개의 넓은 피크를 제공하기 때문에 스펙트럼 효율이 낮다는 것입니다. C-대역 센서의 넓은 피크의 스펙트럼 중첩은 일반적으로 단일 지점 측정에 대한 사용을 제한합니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 센서의 복잡성과 길이를 늘리는 대신 계단식 MCF 세그먼트와 같은 노력이 이루어졌습니다. 어쨌든 결합된 MCF 기반 센서의 매력적인 기능으로 인해 스펙트럼 효율성을 향상시키고 다중화를 허용하여 구조 상태 모니터링과 같은 응용 분야를 위한 다중 지점 센서로 사용할 수 있는 기술을 개발하는 것이 흥미로울 것입니다. MCF 중에서 여러 응용 분야의 감지 요소로 트윈 코어 섬유(TCF)를 사용하는 것이 문헌28,29,30,31에서 널리 보고되었습니다.