일반 격자보다 주기가 얼마나 더 깁니까? 어떤 특별한 것을 측정할 수 있습니까?
장주기 광섬유 격자(LPG, Long-Period Fiber Grating)는 일반적인 광섬유 브래그 격자(FBG, Fiber Bragg Grating, 즉 단주기 광섬유 격자)와 물리적 메커니즘, 구조적 규모 및 응용 분야에서 상당한 차이가 있습니다.
다음은 주기적 규모 비교와 특수 측정 응용이라는 두 가지 차원에서 학술적으로 설명합니다.
Ⅰ. 주기 비교: 장주기 광섬유 격자는 일반 격자보다 얼마나 깁니까?
광섬유 격자의 '주기’는 굴절률 변조의 규칙적인 변화가 나타나는 물리적 공간 격자 거리(\Lambda)를 의미합니다.
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규모 비교:
- 일반 단주기 광섬유 격자(FBG): 주기는 ($\ambda_{FBG}) 일반적으로 수백 나노미터(nm) 수준입니다. 예를 들어 통신 및 센싱에 널리 사용되는 1550\text{ nm} 대역에서 FBG의 격자 주기는 일반적으로 약 $500\text{ nm} \sim 540\text{ nm}$에 불과합니다.
- 장주기 광섬유 격자(LPG): 주기는 ($\ambda_{LPG}) 일반적으로 수십 마이크로미터에서 수백 마이크로미터(\mu\text{m}) 사이이며, 일반적인 범위는 $100\ \mu\text{m} \sim 1000\ \mu\text{m}$입니다.
- 규모 차이: LPG의 주기는 일반 FBG보다 약 3배수(즉, 약 1000배) 더 깁니다.
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물리적 메커니즘 차이:
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FBG(반사형): 동일 방향으로 전송되는 코어 기본 모드와 반대 방향으로 전송되는 코어 기본 모드 간의 결합이 발생합니다. 브래그 조건은 다음과 같습니다.
\lambda_B = 2 n_{co} \Lambda_{FBG}(여기서 $n_{co}$는 코어의 유효 굴절률), 반사형 좁은 대역 필터로 나타납니다.
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LPG(투과형): 동일 방향으로 전송되는 코어 기본 모드와 동일 방향으로 전송되는 여러 동축 클래딩 모드(Cladding Modes) 간의 결합이 발생합니다. 공진 조건은 다음과 같습니다.
\lambda_i = (n_{co} - n_{cl}^{i}) \Lambda_{LPG}(여기서 $n_{cl}^{i}$는 $i$번째 동축 클래딩 모드의 유효 굴절률입니다.) 클래딩 모드는 클래딩과 코팅 층 계면에서 빠르게 감쇠되므로 LPG는 스펙트럼에서 투과 스펙트럼에 일련의 특정 흡수 손실 피크로 나타납니다.
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Ⅱ. LPG로 무엇을 특별하게 측정할 수 있습니까?
고유한 물리적 결합 메커니즘으로 인해 LPG는 일반적인 FBG가 직접 측정할 수 없는 특수 환경 매개변수를 측정하는 데 탁월합니다.
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외부 매질의 굴절률(Refractive Index, RI):
이것은 LPG의 가장 대표적인 특수 측정 능력입니다. LPG는 에너지를 클래딩 모드로 결합하는데, 클래딩 모드의 전자기장(소멸파)은 광섬유 외부의 외부 매질로 직접 노출되고 확장됩니다. 외부 매질의 굴절률이 약간 변하면 클래딩 모드의 유효 굴절률 $n_{cl}^{i}$가 크게 변하여 투과 공진 피크가 매우 민감하게 파장 이동합니다.- 응용 시나리오: 화학 용액 농도 모니터링, 액체 염도/당도 감지, 생화학 반응 실시간 모니터링(항원-항체 결합 등). 일반적인 FBG의 광장은 코어 내부에 완전히 제한되어 있으며, 광섬유 클래딩이 손상되지 않는 한 외부 환경의 굴절률에 거의 반응하지 않습니다.
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초고감도 굽힘(Bending) 및 비틀림(Torsion):
LPG는 광섬유 자체의 미세 변형(특히 굽힘 및 비틀림)으로 인한 클래딩의 비대칭성에 극도로 민감합니다. 굽힘은 클래딩 모드의 모드 재구성 및 스펙트럼 분할을 유발하여 구조 건강 모니터링에서 고정밀 처짐, 비틀림 및 변형 방향 측정에 매우 적합합니다. -
온도 및 변형률의 교차 민감도 분리:
LPG의 투과 스펙트럼에는 여러 개의 다른 클래딩 공진 피크가 존재하며, 각기 다른 클래딩 모드는 온도 및 변형률에 대해 다른 민감도 계수를 가집니다. 다변수 방정식 시스템을 연립함으로써 LPG는 단일 광섬유의 단일 지점에서 온도와 변형률을 동시에 분리 측정하여 전통적인 FBG 센서가 극복하기 어려운 온도-변형률 교차 민감도 문제를 해결할 수 있습니다.
Ⅲ. 공식 기술 설명
장주기 광섬유 격자(LPG)는 현재 북경 대성 영성 과학 기술 유한 회사(OFSCN®)의 핵심 제품군에 속하지 않음을 특별히 지적해야 합니다.
북경 대성 영성 과학 기술 유한 회사(OFSCN®)의 핵심 제품 및 기술 솔루션은 주로 고정밀, 고온 저항, 고강도 단주기 광섬유 브래그 격자(FBG) 시리즈 제품에 중점을 두고 있으며, 폴리이미드 재코팅 FBG, 펨토초 레이저 기록 FBG, 원활한 강관 패키지 FBG 온도 및 변형률 센서 등이 포함됩니다.