공명초음파법을 이용한 광통신기기 결합소자의 특성평가

Abstract

본 연구는 광통신 기기에 사용되는 결합소자인 세라믹 페롤의 표면 결합과 볼렌즈의 연마 단계를 평가하는데 목적이 있다. 광섬유가 기기에 연결될 때, 페롤은 광섬유를 광축방향으로 매우 정교하게 연결된다. 그러므로 매우 높은 치수 정밀도와 함께 결함이 포함되지 않는 등의 높은 신뢰성을 요구한다. 지금까지 광학 기기는 페롤의 표면 결함 검사에 사용되어 왔다. 공명초음파분광법(RUS)을 활용한 비파괴 검사시스템을 사용하여 광 부품 결합소자인 페롤의 표면 크랙 결함평가 및 볼렌즈의 연마정도에 따른 공진주파수 특성 변화를 위한 비파괴검사를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 공명초음파 분광법을 활용한 비파괴 검사시스템의 결함평가가 가능한 주파수 대역은 600kHz~2MHz까지였다. 이는 600kHz이하에서는 압전진동자의 종방향 진동모드의 특성으로 인한 큰 감쇠 및 측정장치만의 고유진동수가 측정되었기 때문이라 생각된다. 2) 제작된 비파괴 검사시스템을 검증하고자, 상용 유한요소해석 프로그램인 Nastran을 활용하여 페롤의 공진주파수를 측정한 결과, 각 페롤에 대해 약 10% 오차가 나타났다. 3) 각 시험편에 대한 공진주파수 대역의 평균값과 진폭의 평균값을 활용하여 Δf 허용 범위를 4kHz로, 허용 진폭을 10dBm으로 하여 고찰한 결과, 모드 6~7, 모드 9, 모드 14, 모드 16~20, 모드 22, 모드 24, 모드 29~30 및 모드 36에서 내부의 결함평가가 가능하였다. 4) 공진주파수 대역 파라메타 β가 질량이 증가함에 따라 증가함을 알 수 있었다. 이 β값으로부터 볼렌즈의 가공정도를 추정할 수가 있었다.|This study aims at evaluating the surface defect of the connector elements, ceramic ferrules and polishing level of ball lens for use of optical communications. When an optical fiber is connected to the machinery, a ferrule is used to set the optical axes of an optical fiber very precisely. Therefore, it is required high dimensional precision, lack of defect and high expectations. Up to now the optical instrument has been used for the shape flaw inspection of the ferrule. In this paper, the surface defect of the ferrules and polishing level of ball lens were nondestructively characterized by using Resonant Ultrasound Spectroscopy (RUS). Also the nondestructive evaluation (NDE) was conducted on the variations of resonant frequency. The conclusions obtained are as follows; 1) It is found that effective range of frequency bandwidth was approximately 600 kHz to 2 MHz for evaluating defect of the connector elements using the RUS. Under about 600 kHz of frequency bandwidth, the natural frequency only was measured due to the big damping, which caused by the longitudinal oscillating mode of PZT oscillator. 2) An finite element (FEM) code, Nastran is adopted for simulating the behavior of resonant frequency mode. The average error is about 10% between the resonant frequency of experiment and of FEM analysis for the ferrules. 3) About 4 kHz of allowable range, Δf and 10 dBm of allowable amplitude are adopted based on the mean value of resonant frequency bandwidth and amplitude for all the ferrules. It has been found that the defect evaluation can be performed for the 6th, the 7th, the 9th, the 14th, the 16th to the 22nd, the 24th, the 29th, the 30st and 36th mode respectively. 4) It is found that the parameter, β of resonant frequency increase with increasing mass of the ferrules. Therefore, the polishing level of ball lens can be predicted based on the parameter, β.