이 광섬유는 자외선에 특별히 민감한가요? 격자를 각인하기 위해 특별히 제작되었나요?
1. 광섬유의 자외선 민감성 및 물리적 메커니즘
광섬유(Photosensitive Optical Fiber)는 특정 파장(일반적으로 244nm 또는 193nm와 같은 자외선 대역)의 자외선 레이저에 매우 민감합니다.
이러한 “민감성”(즉, 광민감성)은 광섬유 코어의 굴절률이 강한 자외선에 노출된 후 국소 물리적 구조가 영구적으로 변경되어 굴절률이 약간 상승하는 것을 의미합니다. 핵심 물리적 메커니즘은 다음과 같습니다.
- 도핑 효과: 일반 석영 광섬유는 자외선에 민감하지 않습니다. 광섬유는 일반적으로 코어에 고농도의 게르마늄(Ge)을 도핑하거나 붕소(B) 또는 주석(Sn)과 같은 공동 도펀트를 도입합니다. 게르마늄 석영 유리에는 수많은 “게르마늄 산소 결핍 중심”(Germanium Oxygen Deficient Centers, GODCs)이 있습니다.
- 광유도 굴절률 변화: 자외선 레이저가 코어를 비추면 결핍 중심이 자외선 광자를 흡수하여 파괴되고, 국소 전자 구조의 재분배를 유발하며 재료의 흡수 스펙트럼을 변경합니다. Kramers-Kronig 관계에 따라 유전체 흡수 스펙트럼의 변화는 근적외선 대역의 굴절률에 영구적인 상승을 유발하며, 변조량 \Delta n 은 일반적으로 10^{-5} 에서 10^{-3} 범위입니다.
- 수소 로딩 기술 (Hydrogen Loading): 광민감성을 더욱 향상시키기 위해, 표준 단일 모드 광섬유를 고압(예: 10\ \text{MPa} 에서 20\ \text{MPa}) 및 적절한 온도의 수소 챔버에 넣어 “수소 로딩” 처리하는 것이 일반적입니다. 수소 분자가 코어로 확산되면, 자외선 조사 하에서 실리콘-산소-게르마늄 결합과 광화학 반응을 일으켜 수많은 수산기(\text{-OH})와 새로운 활성 결핍을 형성하여 굴절률 변조 깊이를 크게 향상시킵니다.
2. 격자를 새기는 데 특별히 사용되나요?
네, 광섬유는 광섬유 격자(Fiber Bragg Gratings, FBG) 및 장주기 광섬유 격자(Long Period Fiber Gratings, LPG)와 같은 다양한 종류의 광섬유 격자를 새기는 데 가장 중요하고 주요하게 사용됩니다.
광 리소그래피 제조 공정에서 두 개의 자외선 레이저 빔이 간섭하거나(또는 단일 자외선 빔이 위상 마스크를 통과) 광섬유 코어에서 공간적으로 밝고 어두운 주기적인 간섭 무늬를 형성합니다. 광섬유의 광민감성 특성으로 인해 밝은 부분의 굴절률이 상승하고 어두운 부분의 굴절률은 변하지 않아, 특정 파장(Bragg 파장)을 반사할 수 있는 광섬유 격자를 코어 내부에 영구적으로 주기적으로 변조합니다.
3. Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) 의 격자 새기기 기술 적용
다양한 광섬유 재료 및 테스트 환경에 따라 Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)의 격자 새기기 기술은 전통적인 자외선 새기기(광민감성에 의존)와 현대적인 첨단 펨토초 레이저 점진적 새기기(광민감성에 의존하지 않음) 두 가지 공정을 포함합니다.
솔루션 1: 전통적인 자외선 광 마스크 새기기 공정(광민감성/수소 로딩 의존)
이 공정은 마스크를 통해 자외선 레이저를 조사하는 방식을 사용합니다. 새기기 전에 광섬유는 일반적으로 수소 로딩 및 원래 코팅 제거 과정을 거치며, 새기기 후에는 해당 재코팅이 이루어집니다.
- 대표 제품: OFSCN® Polyacrylate Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) 폴리아크릴레이트 재코팅 광섬유 격자
이 제품은 표준 OFSCN® G.652D 또는 G.657 단일 모드 광섬유에 새겨진 표준 광민감성/수소 로딩 공정을 사용하며, 기본적으로 폴리아크릴레이트 재코팅이 적용됩니다.
솔루션 2: 첨단 펨토초 레이저 점진적 새기기 공정(광민감성 광섬유에 의존하지 않음)
현대 초고속 레이저 기술의 발전과 함께, 극도로 높은 에너지 밀도의 적외선 펨토초 레이저 펄스를 사용하여 비선형 다광자 흡수를 통해 일반 비광민감성 광섬유(예: 표준 단일 모드 폴리이미드 광섬유)에 직접 국소 굴절률 변화를 즉각적으로 유발할 수 있습니다. 이 공정은 광섬유의 광민감성을 필요로 하지 않으며, 수소 로딩도 필요 없고, 심지어 광섬유의 원래 코팅을 벗길 필요도 없어 광섬유의 원래 기계적 강도와 인장 성능을 완벽하게 유지합니다.
- 대표 제품 1: OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) 펨토초 레이저 베어 광섬유 격자
새기기 시 코팅층을 손상시키지 않고 특수한 폴리이미드 광섬유를 사용하여, 이 제품은 최대 -270^\circ\text{C} 에서 800^\circ\text{C} 까지의 온도 범위에서 사용할 수 있습니다.
- 대표 제품 2: OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) 고강도 펨토초 광섬유 격자
외부 코팅층을 벗길 필요가 없어, 선별된 고강도 단일 모드 폴리이미드 광섬유를 사용하여 펨토초 레이저로 새기기 때문에, 상온 작업 시 최대 사용 변형률 범위가 \le 15000\ \mu\varepsilon 입니다.
