[광통신 소자 및 실험] 광파이버에서 광의 도파원리 이해 실험

소개글

[광통신 소자 및 실험] 광파이버에서 광의 도파원리 이해 실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

광통신 소자 및 실험
(광파이버에서 광의 도파원리 이해 실험)



실험 목적
개요
이론
　1. 광전 효과 (photoelectric effect)
　2. 빛의 반사
　3. 빛의 굴절
　4. 렌즈
　　(1) 거울
　　(2) 렌즈
　5. 광통신시스템에서 렌즈의 이용
실험 준비물
실험 절차
실험 결과
결과 분석
토의 및 결론

본문내용

터와 구면 렌즈를 이용하여 광전력 분배에 이용되기도 하며 확장 빔 커플러에 이용된다. 반사 격자(일종의 반사 거울)을 이용한 파장 분할 다중화기에도 이용된다.
Grin 확장 빔 커플러는 광섬유의 언덕형(Graded)기술과 흡사한 Core쪽에 굴절률이 큰 물질을 사용하고 Clad쪽에 굴절률이 상대적으로 낮은 물질을 사용하여 빛이 적절히 휘어가게 만들어 다양한 각도로 입사한 빛들이 도착점에 비슷한 시간에 이르게 만들어 분산을 최소화 시키는 기술이다.
양방향 커플러는 빔 스플리터와 구면렌즈를 적절히 사용하여 한쪽방향 또는 두군데 이상의 방향에서 입사 및 방출의 방향을 결정할 수 있게 해주는 기술이며 최종적으로 빛이 방출될 시 수광각 만큼 퍼지게 된다.
실험 준비물
- HBE-OPT-303 본체
- Double Convex Lens
- Plano Concave Lens
- Lens Stand
- Laser Pointer
- Optical Guide
- 광학레일 및 거치대
실험 절차
1. HBE-OPT-303 본체에 Frequency, Amplitude 1/2, LD bias 1/2의 다이얼이 “0” 으로 설정되어 있는지 확인한 후, 전원 케이블을 연결하여 메인보드의 파워 스위치를 ON 시킨다.
2. Double Convex Lens를 받침대와 지지대에 고정한다.
3. 제공된 레이저 포인터를 TRANSMITTER 옆에 위치한 Ext.LD 단자에 연결한다.
4. 광의 매질에 따른 굴절특성을 알아보기 위해 먼저 그림과 같이 Double Convex 렌즈에 레이저 광선을 입사시킨다.
5. 렌즈를 Plano Concave렌즈로 교체한 후 레이저 광선을 입사시킨다.
6. 광의 굴절특성을 이용한 광원과 광섬유의 결합(집광)원리를 이해하기 위해 Double Convex렌즈를 Optical Guide 전단에 위치한 후 임계각 이상으로 Laser Pointer의 출력광을 Optical Guide에 입사시킨다.
실험 결과
1. Double Convex 렌즈의 Focal Length : 5cm
2. Plano Concave 렌즈의 Focal Length : 3.2cm
3. Optical Guide에 Laser 입사

결과 분석
Double Convex 렌즈는 굴절을 이용하여 광원의 분산을 막아주어 집속시키는 역할을 하여 광학계에 많은 사용이 이루어지는 렌즈이다. 실험 에서도 그 현상을 육안으로 확인 할 수 있었다. 두 개의 레이저 포인터를 수평으로 설치하여 각각의 광원을 볼록렌즈에 수직입사 시키고 렌즈와 스크린의 거리가 Focal Length에 도달 하였을 때 두 개의 광원이 한 점에 집속 되는 것을 확인 할 수 있었다.
Plano Concave 렌즈는 비슷하지만 볼록렌즈와는 약간 다르다. 오목렌즈는 광원이 렌즈를 투과하면 발산한다. 허나 투과광이 아닌 후 산란광을 측정함으로써 렌즈의 초점거리를 구할 수 있다.
볼록렌즈나 오목렌즈의 초점거리를 구하는 공식은 기본적으로 같다.
1/a + 1/b = 1/f
a : 렌즈와 물체사이의 거리
b : 렌즈와 상의 맺히는 지점의 거리
f : 초점거리(Focal Length)
또한 6번 실험의 결과로 광학계에서 Double Convex 렌즈가 광통신에서 빛의 집속을 도와 분산을 감소 시키는 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 볼록렌즈의 coupling 유/무에 따라 광도파로에 광원이 입사하는 각도가 변화하여 도파로 내에서 반사되며 진행하는 빛의 선명도 차이를 육안으로 확인 할 수 있었다.
토의 및 결론
위 실험을 진행함에 있어서 오차율 발생의 가장 큰 원인은 두 개의 레이저 포인터를 수평하게 놓고 각각의 렌즈에 수직 입사 시키는 것이 아닐까 생각된다.
광학 실험의 특성상 약간의 각도 차이에 의해서도 결과값에는 상당한 오차를 가져다준다. 실험에서 사용한 렌즈의 구경이 조금만 더 컷으면 하는 바램이 있었다. 또한 Plano Concave 렌즈의 특성상 초점거리를 측정할 시에 투과광이 아닌 후 산란광을 이용한 초점거리 측정이 이루어지는데 구경이 작은 렌즈에 두 개의 레이저포인터를 수평으로 놓고 수직입사 시켜야 하고 광원과 렌즈 사이에 스크린을 두고 측정을 하는 과정이 상당히 까다로웠다.
위 실험을 통하여 빛의 볼록렌즈와 오목렌즈에서의 반사 및 굴절의 원리를 적용하여 이해에 도움을 받았으며 나아가 광통신에서 각각의 렌즈들이 어떠한 역할로써 사용되는지 이해하고 검증할 수 있게 되었다.

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