멀티포인트 멀티플렉싱이란 무엇인가요?

OFSCN 글로벌 기술 센터 OFSCN 기술 지식 베이스
1

하나의 광섬유에 수십 개의 센서를 직렬로 연결할 수 있는 이유는 무엇인가요? 어떻게 줄 서 있나요?

2

하나의 광섬유에 수십 개의 센서를 직렬로 연결하고 ‘줄 세우기’ 및 식별하는 것은 광섬유 센서 기술, 특히 광섬유 격자(FBG) 센서 기술의 핵심 장점 중 하나입니다. 단일 광섬유에 여러 센서를 통합하는 이 기술을 **“다중점 다중화 기술”(Multiplexing)**이라고 합니다.

광섬유 내 센서의 ‘줄 세우기’ 및 신호 구분은 주로 다음과 같은 고전적인 물리적 다중화 메커니즘에 의존합니다.

1. 어떻게 ‘줄을 세울까’?(다중화 메커니즘)

1. 파장 분할 다중화(WDM, Wavelength Division Multiplexing) - ‘색깔별로 줄 세우기’

이것은 광섬유 격자(FBG) 센싱에서 가장 흔하고 직관적인 줄 세우기 방식입니다.
각 광섬유 격자 센서는 본질적으로 좁은 대역의 반사경입니다. 광섬유 격자의 물리적 원리에 따르면, 특정 파장의 빛만 반사하며, 반사 파장(Bragg 파장)은 다음 공식을 만족합니다:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
(여기서 \lambda_B 는 반사 중심 파장, n_{\text{eff}} 는 유효 굴절률, \Lambda 는 격자 주기).

  • 구분 방법:
    하나의 광섬유에 초기 파장이 다른 여러 개의 격자를 기록할 수 있습니다(예: 첫 번째는 1530\text{ nm} , 두 번째는 1535\text{ nm} , 세 번째는 1540\text{ nm} …).
  • 작동 과정:
    광대역 광원이 광섬유로 주입되면, 각 격자는 해당 파장의 빛을 각자 반사합니다. 이들의 파장이 겹치지 않기 때문에, 모든 반사광이 함께 복조기로 돌아가더라도 복조기는 스펙트럼 분석을 통해 이를 하나씩 식별하고 ‘줄을 세울’ 수 있습니다.
  • 수량 제한:
    복조기의 작동 대역폭(예: 일반적인 C-band, 약 1525\text{ nm} 에서 1565\text{ nm} 까지 총 40\text{ nm} 대역폭)과 각 센서가 외부 변화(온도, 변형)로 인해 발생하는 파장 이동 범위(일반적으로 2\text{ nm} 에서 3\text{ nm} )의 제한으로 인해, 단일 채널 순수 WDM으로는 일반적으로 약 10~15개의 센서를 직렬로 연결할 수 있습니다.

2. 시분할 다중화(TDM, Time Division Multiplexing) - ‘시간별로 줄 세우기’

하나의 광섬유에 수십 개, 심지어 수백, 수천 개의 센서를 직렬로 연결해야 할 때, '색깔(파장 분할)'만으로는 부족하므로 ‘시간(시분할)’ 줄 세우기가 필요합니다.

  • 구분 방법:
    시분할 다중화 시스템에서는 광섬유 상의 수십 개 센서가 초기 파장이 완전히 동일하더라도, 광섬유 상의 물리적 위치(거리)는 다릅니다.
  • 작동 과정:
    복조기는 연속광을 발사하는 대신, 매우 짧은 광 펄스를 발사합니다. 광 펄스가 광섬유를 전파하면서 첫 번째 격자를 만나면 일부 빛을 반사하고, 두 번째, 세 번째 격자를 만나면 차례로 반사합니다. 광이 광섬유 내에서 이동하는 속도는 일정하므로(약 1나노초당 0.2미터 이동), 반사되어 돌아오는 빛 신호는 수신기에 도달하는 시간이 선후가 달라집니다.
  • 위치 계산:
    복조기는 반사광이 돌아오는 '비행 시간(Time of Flight)'을 정밀하게 측정하여 해당 신호가 어느 위치의 센서에서 왔는지 계산함으로써 줄 세우기를 구현합니다.

3. 혼합 다중화(WDM + TDM)

실제 대규모 엔지니어링에서는 일반적으로 WDM과 TDM을 결합하여 사용합니다. 하나의 광섬유에 서로 다른 파장의 센서 그룹이 있고, 동일한 파장의 센서는 공간적으로 거리를 둡니다. 이 혼합 다중화 기술은 단일 광섬유 상의 센서 용량을 수십 개 또는 그 이상으로 확장할 수 있습니다.

2. 관련 OFSCN® (다청영성) 공식 기술 및 제품

다청영성(OFSCN®)의 핵심 제품 라인업에는 고밀도, 다중점 다중화를 구현하는 데 필요한 고성능 광섬유 격자 스트링과 복조 장비가 제공됩니다.

1. 다중점 광섬유 격자 스트링(FBG Strings)

하나의 광섬유에 수십 개의 센서를 손상 없이 직렬로 연결하기 위해, 일반적으로 펨토초 레이저 점별 각인 기술이 사용됩니다. 이 기술은 광섬유의 외부 코팅을 벗겨내지 않고도 광섬유 코어에 직접 격자를 각인할 수 있어, 광섬유의 매우 높은 기계적 강도와 장기 피로 저항 성능을 유지할 수 있습니다.

2. 광섬유 격자 복조기(Interrogator)

이렇게 ‘줄 세워진’ 센서 신호를 분석하려면 고정밀 복조 장비가 필요합니다.

  • OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator 공식 링크
    4채널, 8채널, 16채널, 32채널 맞춤 제작을 지원합니다. 기본 파장 범위는 1525\text{ nm} 에서 1565\text{ nm} 이며, 고주파 스캔 스펙트럼을 통해 단일 채널 내에 직렬로 연결된 수십 개의 다른 파장 FBG 센서의 미세한 파장 변화(해상도 최대 0.1\text{ pm} )를 정밀하게 식별할 수 있습니다.

    768×351 68.4 KB