높은 결합 효율을 위한방법 : 레이저 빔의 정밀도를 측정하는 적외선 카메라

우리의 생활에 없어서는 안 될 물건 중 하나는 전자기기가 아닐까? 전자기기의 종류가 다양해지고 많아질수록 전송되어지는 데이터의 양은 자연스레 늘어나게 되었다. 그로인해 통신 회사들은 신호를 전달하는 광섬유의 케이블의 효율에 대해 따져보기 시작했다. 가능한 적은 손실의 소스 신호를 광섬유 케이블로 공급하기 위해, 통신 회사들은 Allied Vision의 적외선 카메라가 장착된 레이저빔 프로파일러를 사용하여 레이저의 성능 데이터를 모니터링 하고있다. 이 글을 통해 CINOGY가 어떻게 Allied Vision의 카메라를 활용하는지 알아본다.

빔 프로파일의 시각화
옛날부터 인간은 통신을 위해 연기 신호에서부터 현대 통신 매체의 해상 광 신호에 이르기까지 광 신호를 사용했다. 실시간으로 전송되어야하는 데이터의 양이 끊임없이 증가해 더욱 강력한 전송 수단의 개발이 요구되고 있다.
레이저 빔은 100 테라 헤르츠 이상의 전송 능력으로 인터넷과 멀티미디어 시대의 정보 매체 역할을 하고 있다. 광섬유 케이블은 이러한 광 신호 전송에 적합하며, 대역폭 면에서 기존 구리 케이블보다 훨씬 우수하다.
광섬유 기반 네트워크 기술은 1300㎚ ~ 1550㎚ 파장 대에서 특정 빛의 손실이 가장 낮다.

단파 적외선 보기 
휴대폰을 이용해 온라인 동영상이나 TV를 시청하거나 또는 다른 기타 서비스를 사용하는 사람들은 가능한 가장 왜곡이 없는 영상과 사운드 품질을 기대한다.
전송된 레이저 신호의 안정성을 확보하기 위하여 통신 회사는 프로파일러(profiler)라고 불리는 레이저 빔 분석 장치를 사용한다. 효과적인 레이저 사용을 위해, 모니터링 및 빔의 위치, 크기, 전력, 레이저 빔 프로파일과 같은 매개 변수를 준수하는 것이 가장 중요하다.
빛 신호가 케이블에 연결되면, 방사선 산란 손실 및 다른 입사각을 피해야한다. 직경이 약 6㎛인 섬유는 빔을 번들링 및 디텍팅 하는 것이 커플링 효율을 최적화 할 수 있는 가장 대표적 도전이다. 통신제공자는 실시간 파라미터 위치 측정을 통해 성능을 최적화하기 위해 지속적으로 빔을 교정 할 수 있다.

독일 Ruderstadt에 위치한 CINOGY Technologies GmbH는 고품질의 레이저 빔 특성 시스템의 제공자이다.
CINOGY의 근적외선용 레이저 빔 프로파일러는 InGaAs(Indium-Gallium-Arsenide) 센서 기반의 Allied Vision의 적외선 카메라가 장착되어있다. 단파 적외선 범위에서의 InGaAs 센서를 탑재한 빔 프로파일러는 레이저 측정에 특히 적합하다. CCD 및 CMOS 센서들은 최대 1,100㎚의 파장대 까지만 측정이 가능하지만, InGaAs 센서는 1700㎚까지 파장 측정이 가능하다.

CINOGY는 Allide Vision의 Goldeye G-008 SWIR(320×256 픽셀) 또는 Goldeye G-033 SWIR(640×512 픽셀) 카메라를 각각 해상도에 따라 적용하고 있다. 두 모델 모두 SWIR(단파장 적외선)의 InGaAs FPA 센서를 사용하여 900㎚ ~ 1700㎚의 파장 범위에서 매우 뛰어난 감도를 가지고 있다.
표준 기가비트 이더넷(GigE) 인터페이스를 채택하고, PoE기능 및 입/출력 제어 옵션 사용도 가능하다. 또한 카메라 내부의 자체적인 냉각 시스템을 가지고 있어서, 영상의 노이즈를 줄여주고 긴 노출시간과 높은 감도로 촬영하기에 적합하다.

레이저 프로파일의 시각화
레이저 빔은 InGaAs 센서에 직접 조사되어 분석된다. 촬영된 데이터는 CINOGY Technologies에 의해 개발된 RayCi라는 분석 소프트웨어를 통해 분석된다.
프로그램은 실시간 측정 및 결합 효율과 같은 빔 변수의 연속적인 모니터링을 가능하게 한다. 빔에서 원하지 않는 구조가 있을 경우, 레이저 프로파일이 표시 시스템에 실시간 신호 손실을 알려준다. 성능의 안정성을 측정하기 위해, 짧은 시간 동안 값이 측정되고 다른 값과 비교 되어진다.
결정적인 변수는 빔의 형태 및 프로파일을 재현하는 등 다양한 이차원 정보로 시각화된다. 색상 등급 규모는 다른 특성을 강조 표시한다. 측면뿐만 아니라 평면도를 선택할 수도 있다.
또한, 소프트웨어는 원격 소프트웨어 제어를 위한 XML-RPC 인터페이스를 제공한다. 이것은 외부 응용 프로그램에 빔 분석을 효율적이고 간단하게 통합 할 수 있도록 도움을 준다. 인터페이스를 분류하여 XML 커맨드를 통해 다른 시스템 플랫폼의 구현을 쉽게 실행 할 수 있다.
예를 들어, RayCi는 LabVIEW 애플리케이션을 사용하여 스크립트 또는 엑셀을 제어 할 수 있다. 다양한 프로그래밍 언어를 위한 Dynamic Link Libraries(DLL)도 특정 애플리케이션을 통합 할 수 있다.

복잡한 시스템과 간단한 응용 프로그램
CINOGY 기술의 전무이사인 Andy Kaemling은 “InGaAs 센서 레이저 특성 시스템 구축을 기반으로, 이 시스템은 시스템에서는 측정이 불가능한 적외선 범위를 측정할 수 있도록 최적화 되어있다.”라고 말하며 프로파일을 갖추기 위해서 Allied Vision의 Goldeye 카메라 모델의 선택을 강조했다. 이어 그는 “그러나, 적외선 카메라가 복잡한 시스템에서만 사용되는 것은 결코 아니다. 가장 간단한 경우에는, 레이저는 단순히 카메라의 센서에 ‘발사’하고 카메라가 적외선의 빛을 레이저의 가시 기록으로 변환시킨다.“라고 말했다.
InGaAs 센서를 기반으로 레이저 빔 특성분석 시스템은 전 세계적으로 이미 사용되고 있다.
CINOGY Technologies는 현재 적외선 범위를 염두하며 새로운 측정 시스템을 개발하고 있으며, Allied Vision의 적외선 카메라는 필수 요소가 될 것이다.

자료제공 | 디쌤(www.dissem.co.kr)