가간섭성 광원과 광섬유 마하-젠더 간섭계를 이용한 외부 진동자의 도플러 주파수 편이 계측 (Doppler-frequency Shift Measurement of an External Vibration by Using a Coherent Light Source and a Fiber-optic Mach-Zehnder Interferometer)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 64권 / 9호 / 928 ~ 933페이지
· 저자명 : 김주하, 이승석, 최은서

초록

본 연구에서는 광원의 선폭이 매우 좁은 가간섭성 광원과 마하-젠더 광섬유 간섭계를 이용하여 외부에서 발생하는 기계적인 진동의 특성을 계측한 결과를 제시하였다. 외부 진동을 계측하기 위해서 실험에서는 빛의 도플러 주파수 편이를 측정하였다. 단일모드 광섬유를 일정한 반경을 가지는 코일형태로 감아 진동 센서 헤드로 활용하여 진동에 의한 도플러 주파수 편이를 측정할 수 있었다. 실험에서는 광원으로 가간섭성이 좋은 DFB (Distributed Feedback) 레이저, 광간섭계를 위한 광섬유 커플러, 위상변조기 그리고 광검출기를 이용하였다. 외부 진동을 유도하기 위해 사용한 직류 모터는 인가되는 전압을 조절함으로써 선형적으로 진동 특성을 가변할 수 있었다. 직류 모터의 구동 조건 (0 $\sim$ 1 V)에 따라 발생된 도플러 주파수 편이를 계측하여 분석함으로써 인가전압과 도플러 주파수 편이에 있어서 선형적인 비례 관계를 가짐을 확인할 수 있었다. 이 결과는 직류 모터의 구동 특성을 고려할 때 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제시된 광섬유 기반 계측방법을 이용함으로써 다양한 외부 진동 특성의 실시간 계측 및 분석이 가능함을 확인 할 수 있었다.

영어초록

We suggest a method for measuring an external vibration by using a narrow-linewidth optical source and a fiber-optic Mach-Zehnder interferometer. To measure the external vibration, we experimentelly measured the Doppler-frequency shift of light. A coiled single-mode fiber having a certain radius was exploited to detect the Doppler shift due to the external vibration. A DFB (distributed feedback) laser having high coherence, a fiber coupler for the interferometer, a phase modulator, and an optical detector were employed. A motor was used to introduce the vibration, and the properties of the vibration could be changed linearly by adjusting the voltage. For applied voltages of the motor ranging from 0 to 1 V, the induced Doppler-frequency shift was analyzed and showed a linear response of the frequency shift to the applied voltage. The result was in good agreement with the operational characteristics of the motor. Thus, we proved that an external vibration could be measured and analyzed in real time by using the proposed fiber-optic-based measurement system.

참고자료

· 없음