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상세정보

환경 통합관리 시스템용 초소형 광학 엔진

전수책임자
김정은
참여자
강현서, 고재상, 김거식, 김영선, 김정은, 김희승, 류지형, 문대웅, 박형준, 여찬일, 유정희, 이종진, 임권섭, 정수용, 허영순
기술이전수
1
이전연도
2015
협약과제
15ZI2100, 지역산업연계 ICT 융합기술 산업화 지원 사업, 강현서
본 기술은 구조물의 안정성 을 모니터링 할 때 사용되는 FBG 인터로게이터의 광원엔진에 관한 내용으로, 중심파장이 다른 8개의 VCSEL 광원에 주입전류를 순차적으로 변조함으로써 40nm 정도의 광대역 광원을 생성할 수 있는 기술이다. 개발된 광학엔진은 칩 레벨로 패키징 되므로 광학엔진을 소형화 할 수 있고, 단가를 절감시킬 수 있는 기술이다.
- 최근 대형건물, 다리 등의 붕괴, 변압기 폭발 등 많은 사고들이 발생함으로써, 대형 구조물의 건전성 모니터링에 관한 수요가 많이 발생하고 있음
- 그로인해, 최근 광센서, 특히 가장 널리 활용되고 있는 FBG센서를 이용한 구조 상태 모니터링이 활발히 연구되고 있을 뿐만 아니라 실질적으로 터널, 교량, 풍력기 날개, 비행기 날개 등 현장 적용이 추진되고 있으나, 기존 FBG 인터로게이터 제품은 반사되는 빛의 스펙트럼을 분광기를 이용하여 직접 측정하는 방식과 광대역 광원과 Fabry-Perot tunable filter를 사용하여 파장가변형 광원을 이용하는 방식을 사용하고 있어, 계측기가 무겁고, 고가여서 활용에 한계가 있음
- 그러므로, VCSEL 칩들에 가해지는 주입전류의 크기를 순차적으로 변조함으로써 저가의 광대역 광원을 만들어 칩 레벨(시제품 형태 #1) 혹은 모듈 레벨(시제품 #2)로 패키징 함으로써 계측기를 소형화 하고, 저각격화 시킬 수 있음
본 기술은 FBG 인터로게이터를 구성하는 광학엔진을 다수의 VCSEL 광원으로 패키징 하여 주입전류 변조를 통해 수십 나노미터의 광대역 파장을 저가로 제작할 수 있음
- 하나의 TO-can 내부에 광모듈의 온도를 안정화(즉, 출력파장을 안정화) 시킬 수 있는 열전냉각소자를 실장하고, 그 위에 중심파장이 다른 4개의 VCSEL 칩을 실장 함으로써, 광원의 크기를 대폭 감소시킬 뿐만 아니라 단가도 절감할 수 있음
- 또한, 복수의 VCSEL 광원에서 출력되는 광을 하나의 광섬유로 결합할 때, 각각의 VCSEL에서 나온 광을 포커싱 할 수 있는 렌즈를 두고, 이를 능동정렬 할 수 있도록 정렬 공간을 확보한 구조(반원 형태의 렌즈/스플리터 홀더)이므로 광 결합효율이 많이 향상됨
- 시제품 형태 #2는 반사 및 투과 비율이 다른 다수의 빔스플리터를 이용하여 다수의 VCSEL 광원을 결합해 주는 구조로, 광정렬이 용이하여 결합효율이 높은 구조임
- 시제품 형태 #2는 광원 개수 증감시, 빔스플리터의 개수만 증감하면 쉽게 변경이 가능하므로, 빔스플리터의 조합 방법을 변경함으로써 사용 환경에 맞게 파장대역, 파장가변범위 및 출력채널 개수 등을 용이하게 변경할 수 있
- 광결합효율을 향상시킬 수 있는 광모듈 설계 및 제작 기술
- 하나의 TO-can에 다수의 VCSEL칩 패키징 기술
- 외부 환경의 온도 변화에도 안정적인 파장을 출력할 수 있는 항온 유지 기술
- 복수의 VCSEL 칩에 가해지는 주입전류 변조를 이용한 광대역 파장 가변 기술
- 광결합효율 향상 광학엔진 설계 및 제작 기술
- VCSEL칩 레벨의 광모듈 소형화 패키징 기술
- 광원의 파장 안정성 향상을 위한 항온 유지 기술
- 주입전류 변조를 이용한 광대역 파장 가변 기술(≥ 40nm)
- 현재 상용화 되고 있는 고가의 FBG 인터로게이터 광원을 대체함으로 그 시장을 확대할 수 있고, 광학엔진 패키징을 소형화 함으로써 그 활용 분야를 확대할 수 있음
- 본 기술은 FBG 인터로게이터 광원으로만 국한되지 안고, 광대역 광원이 사용되는 분야(예: 광영상단층 촬영기의 광원)에 사용이 가능한 기술이므로 그 파급효과가 뛰어남