회절 격자의 반대편에서 볼 때 스펙트럼에
광섬유 브래그 격자(FBG)의 기술 분석에서 격자 반대편 끝에서 측정된 스펙트럼은 **투과 스펙트럼(Transmission Spectrum)**이며, 스펙트럼에 나타나는 "구멍"은 광학 공학에서 일반적으로 **투과 딥(Transmission Dip / Notch)**이라고 합니다.
이 현상은 상호 간섭적 브래그 반사와 에너지 보존 법칙에 의해 결정되는 물리적 효과입니다.
1. 물리 원리: 브래그 반사와 상호 간섭적 중첩
광섬유 브래그 격자는 단일 모드 광섬유 코어 내부에 제작된 주기적인 굴절률 변조 미세 구조입니다. 광대역 스펙트럼의 빛이 격자 영역으로 주입되면, 굴절률 변화의 모든 지점에서 미세한 프레넬 반사가 발생합니다.
입사광의 파장이 브래그 공명 조건을 만족할 때:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
(여기서 \lambda_B 는 브래그 중심 파장, n_{\text{eff}} 는 코어 도파 모드의 유효 굴절률, \Lambda 는 격자의 변조 주기입니다.)
각 지점에서 반사된 빛은 완전히 동일한 위상으로 간섭 중첩되어, 입사단에서 해당 특정 협대역 파장 \lambda_B 의 빛 에너지를 강하게 반사시킵니다 (반사단에서는 좁은 대역 "피크"로 나타납니다).
2. 에너지 보존: 투과단의 에너지 손실
광섬유 재료의 극히 작은 고유 산란 및 광 흡수 손실을 무시할 때, 시스템에 입력된 광 전력은 에너지 보존 법칙을 따릅니다.
T(\lambda) + R(\lambda) \approx 1
(여기서 T(\lambda) 는 투과율, R(\lambda) 는 반사율입니다.)
- 비공명 파장 영역 : 광파는 브래그 조건을 만족하지 않으므로 반사율이 거의 0 ( R \approx 0 )이며, 광파는 거의 손실 없이 격자 영역을 통과합니다 ( T \approx 1 ). 이는 평탄한 기저선으로 나타납니다.
- 공명 파장 영역 ( \lambda_B ) : 광 에너지가 상호 간섭적으로 입사 방향으로 반사됩니다 ( R \to 1 ). 이로 인해 원래 방향으로 계속 전파되어 격자 반대편 끝에 도달하는 에너지가 크게 감소합니다 ( T \to 0 ).
따라서 스펙트럼 분석기 (OSA)의 로그 스케일 (dB 단위)에서 해당 파장 위치의 투과 전력이 급격히 떨어져 가파른 "구멍"을 형성합니다.
3. 투과 딥의 공학적 특성
투과 딥의 형태는 광섬유 격자의 핵심 성능 매개변수를 직접적으로 나타냅니다.
- 깊이 (투과 손실 / 억제 깊이): 투과 딥 바닥의 감쇠량은 격자의 **반사율 (Reflectivity)**에 의해 직접 결정됩니다.
- 예를 들어, 격자 반사율이 90\% 이고 투과광 전력이 초기치의 10\% 로 감소하면, 딥 깊이는 약 10\ \text{dB} 입니다.
- 반사율이 99\% (고반사격자)이면 투과 딥 깊이는 20\ \text{dB} 까지 가능합니다.
- 반사율이 99.9\% 이면 투과 딥 깊이는 30\ \text{dB} 까지 가능합니다.
- 폭 (필터 대역폭): 투과 딥의 반치전폭 (FWHM)은 격자의 3dB 대역폭에 해당하며, 주로 격자 길이 (예: 2\ \text{mm} 에서 10\ \text{mm} )와 변조 굴절률 깊이 ( \Delta n )에 의해 결정됩니다.
관련 제품 시리즈
Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd.에서 개발한 다양한 종류의 광섬유 브래그 격자 제품은 엄격하게 제어된 반사/투과 스펙트럼 품질을 갖추고 있으며, 단일 FBG 및 다중 FBG 스트링을 포함합니다.
- OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare): 펨토초 점진적 기록 격자, 반사율 및 대역폭은 주문 제작 가능, 측면 모드 억제비는 기본값 \ge 15\ \text{dB} 입니다.
- OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare): 폴리이미드 내열형 광섬유 격자, 표준 파장 범위는 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} ( 1510\ \text{nm} \sim 1590\ \text{nm} 까지 주문 제작 가능).
