單一모드 光纖維의 誘導브릴루앙散亂型 센서 開發 및 特性硏究

백세종 전남대학교 대학원 2002 국내박사

넓은지역에 걸친 침입자의 침투를 감시하기 위하여 수십 km의 광섬유길이전체를 감지부로 사용할 수 있는 브릴투앙 광섬유 시간영역 분석(Brillouin Optical fiber Time Domain Analysis;BOTDA)센서를 개발하는 연구를 수행하였다. 단일모드 광섬유 BOTDA 센서는 최대출력 30 mW의 선폭 최대 5 MHz, 파장 1555nm인 DFB 다이오드레이저와 최대출력 18 dBm인 광증폭기, 각각 2.5 Gb/sec와 20 Gb/sec인 두 개의 광전변조기를 사용하여 센서 시스템을 개발하고, 대형구조물의 변형률측정용과 침입탐지용 센서 모의 실험을 수행하였다. 이 광섬유 유도 브릴루앙 산란센서에 사용되는 단일모드 광섬유의 고유 브릴루앙 주파수 천이값의 측정을 위한 장치를 구성하였다. 광섬유 고유 브릴루앙 주파수 천이값의 측정에 사용된 단일모드 광섬유는 광통신용인 코닝SMF-28, 삼성전자 SM-2000와 LG Simplex 광섬유에 대하여 브릴루앙 주파수 천이값이 약 10.834 GHz 이며, 이득 대역폭은 약 20.734 MHz임을 알 수 있었다. 삼성 SM-2000과 LG SMF은 각각 10.823GHz, 약 13.4MHz과 10.852GHz, 18.170MHz으로 광섬유 제조사별로 각각 다름을 알 수 있었다. 펌프광 세기(pump power)가 브릴루앙 문턱값(threshold)보다 낮은 값에서 크기를 증가시킴에 따라 브릴루앙 이득 스펙트럼이 Lorentzian 형태에서 Gaussian 형태로 변형됨을 알 수 있었다. 그리고, 이득 대역폭의 변화는 펌프광 세기의 증가에 따라 브릴루앙 문턱값 영역에서 현저하게 감소됨을 보였으며, 펌프장 세기(pump power)가 브릴루앙 문턱값(threshold)을 넘어 펌프광의 최대세기까지 증가에 대해서는 이득 대역폭의 감소폭이 둔화됨이 관찰되었다. 이러한 광섬유 BOTDA 센서를 이용하여 삼성전자의 단일모드 광섬유를 사용하여 변형률을 측정하기 위한 실험을 수행한 결과 200회 평균화 처리한 신호로부터 브릴루앙 주파수 천이 1MHz에 대하여 변형률은 약 20.79 마이크론만큼 변화하여 변형률 감지도는 4.81 GHz/0.01%이였다. 변형률에 따른 브릴루앙 천이 주파수 변화율은 594.1MHz/% 이었다. 따라서 본 실험 결과를 바탕으로, 브릴루앙 이득이나 손실을 이용하여 피크 크기를 감시하게 되면 광섬유에 가해지는 변형률의 크기도 측정 가능하게 된다. 본 센서시스템의 거리분해능은 펌핑 펄스광의 폭 30 ns인 점을 고려하면 3 m 이하임을 확인할 수 있다. 광섬유 전체길이 약 4.81 km에 대하여 거리분해능 3 m의 성능으로 광섬유 10 m에 작용하는 침입자에 의한 광섬유의 변형률 변화에 대한 위치와 정도를 최소 약1.5초에 해당하는 200회 평균화 처리에 의하여 탐지할 수 있음을 확인하였다. 또한, 최장거리 광섬유 44.35km에서 펄스폭은 50ns로 구현하여 거리 분해능 5m를 만족시키고, 700회의 평균화로 약 15초 이내의 침입감시 측정을 가능하게 하였다. We present a compact fiber optic Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA) sensor system, which has a capability of detecting and locating intrusion attempts over several tens of kilometer long paths. The developed BOTDA sensor consists of single-mode optical fibers, a distributed feedback laser diode (maximum output power: 30mW, maximum linewidth: 5MHz, wavelength: 1555nm), an optical amplifier with the maximum output of 18dBm, and two electro-optic modulators with modulation frequencies of 2.5Gb/s and 20Gb/s, respectively. Simulations of structural health monitoring and detection of intrusion were performed using a strain-inducing setup. The Brillouin gain spectrum (BGS) measurement system was configured with one electro-optic modulator to investigate the Brillouin frequency shift and the spectral width of an optical fiber used in the BOTDA sensor system. Measured Brillouin frequency shift was 10.83, 10.82 and 10.85 GHz, and measured spectral width was 20.73, 13.40 and 18.17 MHz for the commercial fibers of SMF-28 from the Coming Co., SM-2000 from the Samsung Electronics Co., and SMF from the LG Electronics Co., respectively. As the pump power is increased above threshold, the line shape of BGS changes from Lorentzian to Gaussian. The gain bandwidth is narrowed as the pump power is increased. This narrowing is particularly significant around threshold and becomes saturated for higher pump power. A single-mode optical fiber of the Samsung Electronics Co. has been used in this experiment and the strain measurement test was performed using this fiber optic BOTDA sensor. For Brillouin frequency shift of 1MHz, the strain change of 20.79 με, and the stain sensitivity of 4.81GHz/0.01% were obtained from the averaged waveform of the typical 200 averages output signals. The rate of change of Brillouin frequency shift with respect to strain was 594.1MHz/%. Based on the experimental result, the amplitude of strain applied to an optical fiber can be accurately determined from monitoring the Brillouin gain or loss. The spatial resolution of 3m was obtained in total 4.1km long optical fiber for the pumping pulse duration of 30ns. An intruder-induced strain was applied to a part of 10m within 4.1km long optical fiber and the location and amplitude of strain were determined from the averaged waveform of the typical 200 averages output signals during 1.5seconds detection time. The spatial resolution of 5m was obtained in the whole length of 44.35km of optical fiber for pulse duration of 50ns. The intrusion is detectable within 15seconds using the average process of 700 averages output signals.

Beat-frequency locking 방법을 이용한 초고밀도 파장분할다중화 광통신 네트워크

허윤석 광운대학교 2004 국내박사

Ultra-dense (UD) wavelength-division multiplexing (WDM) with less than 25 GHz channel-spacing is a convenient method to upgrade conventional WDM optical fiber networks with minor additional investments. To implement UD-WDM systems, UD-WDM channels must be aligned and then stabilized very accurately. However, the use of an accurate wavelength locker for each UD-WDM channel will increase the cost greatly. Thus, in this thesis, we propose a beat-frequency locking (BFL) method to align UD-WDM channels within UD-WDM networks without the use of wavelength lockers and study the transmission properties of UD-WDM channels based on this method. We align nine UD-WDM channels in 12.5 GHz channel spacing within ±200 MHz errors using the beat-frequency signals between the channels generated after an optical detection. Then, 12.5 GHz-spaced 128 UD-WDM channels are aligned within ±100 MHz using the improved BFL method adopting a tunable laser source. Also, we align 25 GHz-spaced 64 UD-WDM channels located in a remote node within ±100 MHz using the improved BFL method. These channels are transmitted over a standard single-mode fiber (SMF) of 160 km to a central node (CN). When the BFL method is applied between different nodes, we may synchronize the channel frequencies of whole UD-WDM network nodes quite easily. We measure the spectral efficiencies (SEs) of the channel-interleaved (CI) bidirectional and the unidirectional UD-WDM transmissions changing the channel spacing very accurately in 500 MHz step using the BFL method. When the Reed-Solomon code (RSC) based forward-error correction (FEC) with 7% of redundancy is used, the SEs can be as high as 0.91 and 0.87 bit/s/Hz, about 1.3 and 1.4 times larger than the 10 Gbit/s case, respectively, for the 160 km CI-bidirectional and the 320 km unidirectional transmissions, respectively. The foregoing 128 UD-WDM channels are also used for the transmissions over an SMF of 160 km for both CI-bidirectional and unidirectional applications. In the 12.5 GHz-based CI-bidirectional UD-WDM transmission, we align two groups of the 25 GHz-spaced 64 UD-WDM channels within ±100 MHz using the BFL method and perform a 1.28 Tbit/s (2 x 64 x 10 Gbit/s) CI-bidirectional transmission. The bit-error rates (BERs) for all channels are less than 10-12, and the power penalties are about 1 dB at BER = 10-10. In the unidirectional UD-WDM transmission, we align 12.5 GHz-spaced 128 UD-WDM channels within ±100 MHz using the BFL method and perform a 1.28 Tbit/s (128 x 10.7 Gbit/s) transmission over an SMF of 160 km. The measured Q-factor values are larger than the RSC based FEC threshold at 11.4 dB. We perform a unidirectional UD-WDM long-haul transmission. We align 12.5 GHz-spaced 100 UD-WDM channels within ±100 MHz using the BFL method and perform a 1 Tbit/s (100 x 12.4 Gbit/s) transmission with the SE of 0.8 bit/s/Hz over an SMF of 1200 km. All the UD-WDM channels are successfully transmitted and received using the block-turbo code (BTC) based FEC which is robust to non-Gaussian noises such as channel cross-talks. We demonstrate the alignment of 50 GHz-spaced 20 dense-WDM channels, 1680 km away from CN, within ±100 MHz performing a 200 Gbit/s (20 x 12.4 Gbit/s) transmission over an SMF of 1680 km using the BTC based FEC. In all experiments, we use conventional-band erbium-doped fiber amplifiers, SMFs and the non-return-to-zero modulation format to illustrate the upgradability of conventional WDM networks. Finally, we propose some possible UD-WDM network nodes using either arrayed-waveguide gratings or fiber-Bragg gratings. 채널간격이 25 GHz 이하인 초고밀도 파장분할다중화는 소규모의 추가 투자로 기존의 파장분할다중화 네트워크를 향상시킬 수 있는 좋은 해결책이다. 그 초고밀도 파장분할다중화 시스템을 구현하기 위해서는 매우 정밀한 광채널 정렬 및 안정화가 요구된다. 그러나, 정밀한 파장고정기 (wavelength locker)를 사용하기에는 많은 비용이 소요될 것이다. 이에 본 논문에서는 파장고정기 없이 초고밀도 파장분할다중화 네트워크의 광채널들을 정렬할 수 있는 비트주파수 고정 (BFL: beat-frequency locking) 방법을 제안하고, 이 정렬 방법을 기반으로 하는 다양한 초고밀도 파장분할다중화 광통신 네트워크를 구현하고 그 광채널들의 전송특성을 연구하였다. 먼저 정렬실험에서, 12.5 GHz 채널간격의 초고밀도 파장분할다중화 광채널들 간의 비트주파수 신호를 이용하여 9 광채널들을 ±200 MHz 이내로 채널주파수를 정렬시켰다. 진보한 정렬방법으로 파장가변 광원과 초고밀도 파장분할다중화 광채널들 간의 두 개의 가장 낮은 비트주파수 신호들을 이용한 BFL 방법을 이용하여 12.5 GHz의 채널간격을 갖는 128 초고밀도 파장분할다중화 광채널들을 ±100 MHz 이내로 매우 정밀하게 정렬시켰다. 또한 그 진보한 BFL 방법을 이용하여 160 km 떨어진 원격노드의 25 GHz 채널간격을 갖는 64 초고밀도 파장분할다중화 광채널들을 ±100 MHz 이내로 매우 정밀하게 정렬시켰다. 그 원격노드의 정렬된 채널들을 단일모드 광섬유 160 km를 통해 중심노드로 전송시켰다. 만약 그 BFL 방법을 모든 노드에 적용한다면, 쉽게 전체 초고밀도 파장분할다중화 네트워크의 모든 채널들을 파장동기화 시킬 수 있을 것이다. 두 번째 대역효율 측정실험에서, 20 초고밀도 파장분할다중화 광채널들을 500 MHz 스텝의 채널간격별로 정렬하여 양방향과 단방향의 전송거리별 대역효율을 측정하였다. 7%의 보정치를 갖는 Reed-Solomon 코드의 순방향 오류정정 (FEC: forward-error correction) 기술을 적용한 채널교차된 양방향 160 km와 단방향 320 km 전송에서 대역효율이 각각 0.91과 0.87이었고, 10 Gbit/s의 경우와 비교하여 각각 약 30%와 40% 만큼 향상되었다. 세 번째 전송실험에서, 25 GHz의 채널간격을 갖는 두개의 64 광채널 그룹을 12.5 GHz로 엇갈려서 배열하고 BFL 방법을 이용하여 그 128 초고밀도 파장분할다중화 광채널들을 ±100 MHz 이내로 정렬시키고, 단일모드 광섬유 160 km를 통한 1.28 Tbit/s (2 x 64 x 10 Gbit/s) 채널교차된 양방향 전송실험을 수행하였다. 전체 채널들은 비트 에러율이 10-12 이하였고, 비트 에러율이 10-10에서 전송 파워페널티는 약 1 dB이었다. 12.5 GHz의 채널간격을 갖는 128 초고밀도 파장분할다중화 광채널들을 BFL 방법을 이용하여 ±100 MHz 이내로 정렬시키고, 단일모드 광섬유 160 km를 통한 1.28 Tbit/s (128 x 10.7 Gbit/s) 단방향 전송실험을 수행하였다. Reed-Solomon 코드의 FEC 기술을 적용하여 성능지수 (Q-factor)가 11.4 dB 이상으로 모든 채널들이 에러 없이 전송되었다. 한편, 장거리 전송실험에서, 100 초고밀도 파장분할다중화 광채널들을 ±100 MHz 이내로 정렬하여 1200 km의 단일모드 광섬유를 통한 0.8 bit/s/Hz의 대역효율을 갖는 1 Tbit/s (100 x 12.4 Gbit/s) 전송을 수행하였다. 비 가우시안 잡음에 강한 Block-turbo 코드의 FEC 기술을 적용하여 모든 채널들이 에러 없이 전송되었다. 또한, 1680 km 떨어진 원격노드의 50 GHz의 채널간격을 갖는 20 고밀도 파장분할다중화 광채널들을 ±100 MHz 이내로 정렬하고, Block-turbo 코드의 FEC 기술을 적용하여 1680 km의 단일모드 광섬유를 통해 200 Gbit/s (20 x 12.4 Gbit/s) 전송을 수행하였다. 모든 실험에서 기존의 파장분할다중화 시스템을 초고밀도 파장분할다중화 시스템으로 향상시키기 위하여 보편적인 광섬유증폭기 (EDFA: erbium- doped fiber amplifier)와 단일모드 광섬유 및 NRZ (non-return-to-zero) 변조 방식을 이용하였다. 끝으로 배열격자도파로 (AWG: arrayed-waveguide grating) 혹은 광섬유격자 (FBG: fiber-Bragg grating)로 구성한 초고밀도 파장분할다중화 네트워크의 일반노드를 제안하였다.

단일 섬유 복합재료 인터페이즈 물성치 측정을 위한 초음파 주파수법 개발

김웅기 홍익대학교 1998 국내석사

Effects of 20 weeks of intermittent cold exposure on single fibers of rat hindlimb muscles

이준학 한국체육대학교 대학원 2000 국내박사

체성자극에 의한 원심성 미주신경 단일섬유 활동성의 변화

이훈갑 고려대학교 1980 국내박사

I-fiber Stitching 보강공법이 적용된 Unit Cell 복합재 단일섬유 전단강도 실험 및 해석

김지완 경상국립대학교 대학원 2023 국내석사

Since the composite material has high specific rigidity and specific strength as well as excellent mechanical and chemical properties compared to the existing metal material, the composite material has attracted attention as a replacement material for a structure requiring high efficiency. Layered composite materials generally applied to aircraft structures have excellent in-plane physical properties where fibers are arranged, but they are not arranged in the direction where fibers are stacked, that is, in a thickness direction, so they are vulnerable to thickness loads. The I-fiber stitching method, a method that complements the Z-pinning and existing stitching methods, is used to reinforce these shortcomings. The I-fiber method is a method of maximizing the reinforcing effect by arranging discontinuous reinforcing fibers in the thickness direction of the composite material and forming a bolt head-like shape using residual fibers. By discontinuously cutting and inserting fibers, the limitations of the use of reinforcing fibers can be overcome, and it can be applied to various structures compared to the existing stitching method. In this research, a unit cell specimen was manufactured using the I-fiber stitching method, a three-dimensional composite reinforcement method, and the reinforcement effect of a single fiber was evaluated according to the shear strength and reinforcing fiber angle through test and analysis.

훈련 형태에 따른 Myosin Heavy Chain Isoform의 변화

윤정수 한국체육대학교 대학원 1997 국내박사

저출력 레이저 조사가 동통반응에 미치는 영향

김성교 서울대학교 대학원 1991 국내박사

多重모드 및 連鎖接續된 單一모드 光纖維의 傳送特性에 關한 硏究

장대석 漢陽大學校 大學院 1989 국내박사

단일모드 광섬유에서의 색분산이 광섬유 시스팀 설계에 미치는 영향

강학수 漢陽大學校 1990 국내석사