광섬유 자이로스코프 제조의 발전

광섬유 자이로스코프(FOG)는 1975년 처음 제안된 이후 꾸준히 성능과 제조 가능성이 향상되었습니다. 이제 RLG(Ring Laser Gyros)에 근접하는 성능을 갖춘 주류 대량 생산 제품인 FOG는 신뢰성, 비용 및 복잡성 측면에서 경쟁 기술에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 광섬유 접합 및 관련 프로세스가 이 성과의 핵심입니다.

FOG는 잘 알려진 Sagnac 효과를 활용하는 간섭계 장치입니다. 그림 1은 이러한 장치의 간단한 예를 보여줍니다. 그림 1a는 N개의 루프가 있는 반경 R의 광섬유 루프를 보여줍니다. 이 장치에는 두 개의 역전파 광파를 발사하는 입출력(I/O) 커플러가 있습니다. 파동이 검출기 포토다이오드에서 재결합되면 일관되게 추가됩니다. 루프가 회전하면 두 루프 사이에 위상 차이가 발생하고 이는 검출기에서 강도 차이로 나타납니다.

이를 이해하려면 주어진 각속도 Ω에서 루프의 시계 방향 회전을 상상해보십시오. 빛이 루프에 들어오고 루프에서 나가는 시간 사이에 I/O 커플러는 ΔL 거리만큼 이동하게 됩니다(그림 1b). 시계 방향 파동은 L+ ΔL 거리를 이동하고 시계 반대 방향 파동은 L-ΔL 거리를 이동합니다. 둘 사이의 경로 길이 차이는 2ΔL이며, 이는 다음과 같은 위상 차이에 해당합니다.

여기서 R은 루프의 반경, N은 루프의 수, λ는 광섬유의 빛의 파장, c는 빛의 속도입니다.

두 파동이 정확히 50/50으로 분할되고 광섬유에 전력 손실이 없다고 가정하면 검출기의 광 강도는 다음과 같이 계산됩니다.

여기서 I0는 입력 강도입니다.

FOG를 생성하는 데 필요한 많은 수의 접합(일반적으로 장치당 10~20개)을 고려하면 접합은 성능 최적화에 중요한 역할을 합니다. 광섬유를 접합하려면 광섬유 버퍼를 제거한 다음 광섬유를 청소, 절단, 정렬, 접합, 재코팅 및 프루프(강도) 테스트를 거쳐야 합니다. 필요한 접합 성능을 얻으려면 입증된 최고의 기술을 사용하는 것이 중요합니다.

PM 섬유에는 "빠른 축"과 "느린 축"(복굴절)이 있습니다. 두 축 사이의 편광 누화에 대한 일반적인 광섬유 사양은 25dB/100m 정도이며 일반적으로 FOG에서는 수 킬로미터의 광섬유가 사용됩니다. 스플라이스가 고유 광섬유 PER에 크게 추가되지 않는 것이 중요합니다.

접합을 통해 PER을 유지하려면 접합할 두 끝면의 빠른 축과 느린 축을 정렬해야 합니다(그림 2). 고급 이미지 처리(AIP)와 결합된 엔드 뷰 이미징은 PM 섬유의 응력 막대를 정렬하는 데 사용됩니다. 응력 막대가 코어에 대해 대칭이 아닌 경우 AIP는 최대 PER 및 최소 손실에 대한 최적의 회전 정렬을 계산합니다. 이 기술을 사용하면 35dB 이상의 PER 값을 일상적으로 달성할 수 있습니다. 이 값은 일반적으로 고유 섬유 PER에 비해 중요하지 않습니다.

최대 성능을 위해 활성 피드백 정렬이 옵션입니다. 적절하게 보정된 파워 미터에서 PER을 관찰하면서 섬유 쌍을 서로 정렬하고 회전할 수 있습니다. PER이 최대화되면 광섬유 쌍이 융합됩니다. 측정을 위해서는 광섬유 끝 부분에 접근해야 하기 때문에 이 기술을 활용하는 것이 항상 가능한 것은 아니므로 안정적인 수동 정렬이 중요합니다.

최적의 접합 강도를 위해서는 접합 및 섬유 준비 기술(스트리핑, 절단 및 청소)을 선택하는 것이 중요합니다. FOG 생산에서 지배적인 방법은 융착 접합을 위한 필라멘트 기반 로입니다. 이는 저항 가열을 기반으로 한 경제적인 방법입니다. 이는 매우 일관되고 반복 가능한 방식으로 균일한 가열을 생성하고 섬유 직경에 따라 일반적으로 100kpsi ~ 200kpsi의 높은 접합 강도를 제공합니다.

접합 전에 광섬유 클래딩과 접촉하지 않고 버퍼를 제거하는 것이 필수적입니다. 클래딩에 흠집이나 긁힘이 있으면 향후 실패 지점이 될 수 있기 때문입니다. 선호되는 방법은 열 기계적 스트립핑(TMS)입니다. 섬유가 가열되고, 한 쌍의 블레이드가 클래드 직경 바로 바깥쪽 섬유 주위에 고정되고, 섬유가 당겨집니다. 이렇게 하면 모든 아크릴레이트 버퍼가 효과적으로 제거되고 초음파 세척이 이어집니다.