KR102179521B1 - Dual variable-based oscillating optical frequency scanning laser light source and Apparatus for measuring using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 광원 및 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser light source and a measuring device, and specifically, a double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source and a measuring device using the same to enable sequential scanning of the oscillation laser output over an entire band wider than a channel band. It is about.
발진 광주파수 스캐닝 광원은 출력되는 광주파수를 연속 또는 불연속적으로 가변하는 광원으로 일반적으로 광 간섭성을 이용하는 광 간섭 측정(optical interferometer), 광 주파수 영역 반사 측정(optical frequency domain reflectometry) 등 기술에 널리 이용되어 왔다.The oscillating optical frequency scanning light source is a light source that continuously or discontinuously changes the output optical frequency, and is widely used in technologies such as optical interferometer and optical frequency domain reflectometry, which generally use optical coherence. Has been used.
일반적으로 높은 광 간섭 기반 광학 측정 기술에 사용되는 광주파수 스캐닝 광원은 광공진기 길이의 정수배에 반비례하는 공진 광주파수들 중 특정 차수에서 발진하는 원리에 기반한다.In general, optical frequency scanning light sources used in high optical interference-based optical measurement techniques are based on the principle of oscillating at a specific order among resonant optical frequencies that are inversely proportional to an integer multiple of the optical resonator length.
따라서 공진 광주파수를 스캐닝하여 출력되는 레이저 출력은 해당 광주파수의 대역의 변경이 불가능한 고정 대역 내에서만 구현되는 단일 대역 내 광주파수 스캐닝 광원을 이용해 왔으며, 이로 인해 여러 채널에 대한 정보 획득은 어렵다는 단점이 있다.Therefore, the laser output output by scanning the resonant optical frequency has been using an optical frequency scanning light source within a single band, which is implemented only within a fixed band in which the band of the corresponding optical frequency cannot be changed, and this has the disadvantage that it is difficult to obtain information on multiple channels. have.
광학적 전송 시스템에서는 여러 채널로 나누어 광신호 전송을 위해 파장 분할 복합(wavelength division multiplexing) 기법을 이용하여 서로 다른 광주파수 대역이 각기 다른 채널에 매칭되도록 함으로써 여러 채널에 대하여 정보를 전달하거나 획득하는 기술이 개발되어져 왔다.In the optical transmission system, different optical frequency bands are matched to different channels by dividing into multiple channels and using a wavelength division multiplexing technique to transmit an optical signal, thereby transmitting or acquiring information on multiple channels. Has been developed.
하지만, 레이저 발진 출력 대역이 특정한 광주파수 대역에만 고정되어 발진이 되는 일반적인 광주파수 스캐닝 레이저 광원 동작 특성 상 파장 분할 복합 방식을 적용하기는 어렵다.However, it is difficult to apply the wavelength division complex method due to the operating characteristics of a general optical frequency scanning laser light source in which the laser oscillation output band is fixed only in a specific optical frequency band and oscillates.
또 다른 채널 별 광신호 전송 방식 중에는 지연 광섬유 소자를 이용하여 단일 대역 광주파수 스캐닝을 여러 시간 별로 나누는 방식(buffering effect)을 이용함으로써 시간차를 두고 각기 다른 채널로부터 정보를 받아들이는 시 분할 복합(time division multiplexing) 방법이 있는데, 여러 채널에 대하여 정보를 시간에 따라 나누어 전달하거나 받아들이기 위해 이용되어 온 방법이다.In another channel-specific optical signal transmission method, a single-band optical frequency scanning method using a delayed optical fiber element is divided by several times (buffering effect), which is a time division complex that receives information from different channels with a time difference. There is a multiplexing method, which has been used to transmit or receive information for multiple channels by dividing it over time.
하지만, 이와 같은 방식은 광주파수 스캐닝 광원의 스캐닝 속도, 듀티 사이클(duty cycle) 등 광원의 출력 특성에 주도적인 영향을 받고, 이에 의해 정밀 조정이 필요하고 출력 특성을 능동적으로 변화시키는 것이 매우 어렵다.However, such a method is influenced primarily by the output characteristics of the light source such as the scanning speed and duty cycle of the optical frequency scanning light source, thereby requiring precise adjustment and it is very difficult to actively change the output characteristics.
이와 같은 사항을 고려하면 다수의 채널에 대해 능동적으로 정보를 전달하거나 받아들이기 위해서는 전송 방식이 아닌 원초적인 광원에서의 채널 분할 발생이 더 바람직하다.In consideration of such matters, in order to actively transmit or receive information for a plurality of channels, it is more preferable to generate channel division in an original light source rather than a transmission method.
따라서, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능한 레이저 광원의 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need to develop a laser light source capable of sequentially scanning the oscillation laser output over an entire band wider than the channel band.
본 발명은 종래 기술의 레이저 광원 및 측정 장치의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the conventional laser light source and measuring device, a dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source that enables sequential scanning of the oscillation laser output over the entire band wider than the channel band And a measuring device using the same.
본 발명은 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a double-variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source in which the optical frequency of the laser light oscillating from the optical resonator scans over time as the selection of the transmission optical frequency band and the selection of the resonant optical frequency are double. Its purpose is to provide a measuring device.
본 발명은 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 하여 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source and a measuring device using the same, which enables sequential scanning of the oscillation laser output over the entire band wider than the channel band, thereby actively changing the output characteristics. It has its purpose to provide.
본 발명은 특정 좁은 채널 대역 내에서의 광주파수의 스캐닝과 그 스캐닝이 일어나는 채널 대역 자체의 스캐닝을 모두 이중으로 제어함으로써, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In the present invention, by controlling both the scanning of the optical frequency within a specific narrow channel band and the scanning of the channel band itself in which the scanning occurs, it is possible to sequentially scan the oscillation laser output over the entire band wider than the channel band. An object of the present invention is to provide a double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source and a measuring device using the same.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치는 광을 발생하고 증폭시키는 광이득부;상기 광이득부에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부;상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부;상기 광이득부, 투과 광대역 가변부, 공진 광주파수 가변부를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부;상기 투과 광대역 가변부와 공진 광주파수 가변부를 각기 가변 시키는 제어 신호부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device according to the present invention for achieving the above object comprises: a light gain unit that generates and amplifies light; a light by selecting a specific optical frequency band from the light generated from the light gain unit Transmitted broadband variable unit that is variable so as to transmit; A resonant optical frequency variable unit configured to vary so that several resonant optical frequency orders within the specific optical frequency band change over a variable range narrower than the interval between the respective orders; The optical gain unit, the transmission broadband variable A resonance induction unit for forming an optical resonator to selectively oscillate light of a specific resonant optical frequency within a specific transmission broadband including a resonant optical frequency variable unit; a control signal unit for varying the transmission broadband variable unit and the resonance optical frequency variable unit; It characterized in that it comprises a.
여기서, 상기 제어 신호부에 의하여 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.Here, by the control signal unit, the selection of the transmission optical frequency band and the selection of the resonant optical frequency are doubled, so that the optical frequency of the laser light oscillating from the optical resonator is scanned over time.
그리고 상기 투과 광대역 가변부에서 광이 통과하도록 선택된 특정 투과 광대역폭이, 광이득부의 광주파수 범위보다는 좁은 정도의 대역 폭인 조건과, 상기 공진 광주파수 가변부의 광주파수 가변 범위보다는 넓은 정도의 대역 폭인 조건을 동시에 만족하여, 투과 광대역선택에 의한 광이득 한정 효과에 의하여 레이저광의 가간섭성이 증가하면서도, 여전히 공진 광주파수 가변 범위는 감소하지 않고 유지되는 것을 특징으로 한다.And the condition that the specific transmission broadband width selected to pass the light in the transmission broadband variable part is a condition that the bandwidth is narrower than the optical frequency range of the light gain part, and the condition that the bandwidth is wider than the optical frequency variable range of the resonant optical frequency variable part. At the same time, it is characterized in that the coherence of the laser light is increased by the light gain limiting effect by the transmission broadband selection, and the resonance optical frequency variable range is still maintained without decreasing.
그리고 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간과, 불연속 주기적으로 투과 광대역 가변부에 의해 투과 광대역폭이 상기 공진 광주파수 차수를 선택 가변하는 소요 시간이, 서로 교차하여 주기적으로 발생함에 따라, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.And the time required for varying the resonant optical frequency of a specific order to be selectively oscillated over a variable range, and the time required for the transmission broadband width to select and vary the resonant optical frequency order by the transmission broadband variable part on a discontinuous periodic basis are intersected with each other. As it occurs periodically, the optical frequency of the laser light oscillating from the optical resonator is sequentially scanned over time.
그리고 선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간보다, 상기 공진 광주파수 차수를 포함하는 투과 광대역의 중심광주파수가 연속적으로 가변하는 소요 시간이 더 길어짐에 따라, 상기 투과 광대역이 연속적으로 가변하는 광주파수 범위 내에 상기 공진 광주파수 차수가 가변하는 광주파수 범위가 포함되는 것에 의해 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 한다.And as the time required for continuously varying the central optical frequency of the transmission broadband including the resonant optical frequency order is longer than the time required for varying the resonant optical frequency of a specific order to be selectively oscillated over a variable range, the transmission It is characterized in that the optical frequency of the laser light oscillating from the optical resonator is sequentially scanned over time by including the optical frequency range in which the resonant optical frequency order is variable within the optical frequency range of which the broadband continuously varies.
그리고 상기 공진 광주파수 가변부는, 광공진기의 광경로 길이를 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼의 상호 모드 간격을 변화시킴으로써, 광원에서 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the resonant optical frequency variable unit is characterized in that the resonant optical frequency of a specific order oscillated from the light source is varied by varying the mutual mode interval of the multiple order end mode spectrum of the light source by varying the optical path length of the optical resonator. .
그리고 상기 투과 광대역 가변부는, 광투과 및 광손실 스펙트럼 대역을 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼 중 특정 차수의 종단모드 대역을 선택함으로써, 광원에서 발진되는 공진 광주파수의 가변 범위보다 더 넓은 정도 대역의 특정 공진 광주파수의 발진 광주파수를 가변시키는 것을 특징으로 한다.And the transmission broadband variable part, by varying the light transmission and light loss spectrum bands to select a specific order end mode band from among several order end mode spectrums of the light source, to a degree wider than the variable range of the resonant optical frequency oscillated from the light source. It characterized in that the oscillation optical frequency of the specific resonant optical frequency of the band is varied.
그리고 상기 공진 유도부는, 광공진기 구조가 고리형 구조를 이루도록 광섬유 커플러 또는 공간 빔스플리터의 추가되는 광소자에 의하여 공진유도부가 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the resonance induction part is characterized in that the resonance induction part is arranged by an optical element added by an optical fiber coupler or a spatial beam splitter so that the optical resonator structure forms an annular structure.
그리고 상기 공진 유도부는, 광공진기 구조가 선형 구조를 이루도록 광섬유 커플러 또는 부분 반사 거울의 추가되는 광소자에 의하여 공진유도부가 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the resonance induction part is characterized in that the resonance induction part is arranged by an optical element added by an optical fiber coupler or a partial reflection mirror so that the optical resonator structure has a linear structure.
그리고 상기 광공진부는, 희토류 도핑 광섬유 증폭기(rare earth-doped fiber amplifier) 또는 유도 라만 광섬유 증폭기(stimulated Raman fiber amplifier) 또는 반도체 광 증폭기 (semiconductor optical amplifier)인 것을 특징으로 한다.In addition, the optical resonator is characterized in that it is a rare earth-doped fiber amplifier, a stimulated Raman fiber amplifier, or a semiconductor optical amplifier.
그리고 상기 공진 광주파수 가변부는, 전광 위상 변조기(electro-optic phase modulator) 또는 전광 광굴절률 조절기(electro-optic refractive index changer) 또는 액정 지연소자(liquid crystal retarder)인 것을 특징으로 한다.In addition, the resonant optical frequency variable part is an electro-optic phase modulator, an electro-optic refractive index changer, or a liquid crystal retarder.
그리고 상기 투과 광대역 가변부는, 음향 광학 파장선택 필터(acousto-optic tunable filter) 또는 페브리-페로 파장선택 필터(Fabry-Perot tunable filter)인 것을 특징으로 한다.In addition, the transmission broadband variable part is an acousto-optic tunable filter or a Fabry-Perot tunable filter.
그리고 상기 투과 광대역 가변부는, 입사광의 광주파수에 따라 서로 다른 각도를 가지고 분산시키는 회절격자부와, 상기 회절격자부로부터 전달된 광이 임의의 각도를 가지로 반사됨으로써 특정 광주파수만을 피드백시키는 각도스캔 반사부로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the transmission broadband variable part includes a diffraction grating part that disperses at different angles according to the optical frequency of the incident light, and an angle scan that feeds back only a specific optical frequency by reflecting light transmitted from the diffraction grating part at an arbitrary angle. It characterized in that it is composed of a reflector.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치는 투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 일부 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부;상기 채널 스캔부로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;상기 진단 반사부로부터 반사되어 되돌아 전달된 광이 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 나머지 일부 광과 서로 간섭이 발생하여 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;상기 광간섭계부로부터 전달된 광간섭신호에서 광주파수 선택 발진 가변에 따른 진단 대상의 정보를 획득하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the measuring apparatus using the oscillating optical frequency scanning laser light source based on the double variable according to the present invention for achieving another object, the selection of the wide band by the transmission wide band variable part and the variable of the optical frequency selection by the resonance optical frequency variable part are double. An oscillation optical frequency scanning laser light source unit in which the optical frequency of the laser light oscillating as it rises is sequentially scanned; a channel scanning unit that causes some light transmitted from the oscillation optical frequency scanning laser light source unit to vary different channels according to selection of a specific transmission broadband ; A diagnostic reflector in which the diagnosis target is positioned so that light is transmitted from the channel scan unit and reflected from the target to be diagnosed; The remaining light reflected from the diagnostic reflector and transmitted back is transmitted from the oscillation optical frequency scanning laser light source unit. Including: an optical interferometer unit for inducing an optical interference signal by interfering with some light; an optical measuring unit for acquiring information on a diagnosis target according to a variable frequency selection oscillation from the optical interference signal transmitted from the optical interferometer. It is characterized by that.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치는 투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 회절 반사 또는 분산 반사에 따라 서로 다른 각도로 나뉘어져 공간을 통해 진행하도록 비기계적 방식으로 각도 별 광스캔을 일으키는 채널 스캔부;광이 자유공간으로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 자유공간으로 반사되도록 진단 대상이 원거리에 위치하는 진단 반사부;광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 각도 별 채널에 해당하는 진단 대상의 공간 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve another object, the measuring apparatus using the double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source according to the present invention has a double variable selection of a broadband by a transmission broadband variable part and a variable selection of optical frequency by a resonant optical frequency variable part. The oscillation optical frequency scanning laser light source unit in which the optical frequency of the oscillating laser light is sequentially scanned by occurring as a result; the space is divided into different angles according to the diffraction reflection or dispersion reflection according to the selection of the optical frequency band by the resonance optical frequency variable unit. A channel scan unit that performs light scan for each angle in a non-mechanical manner so as to proceed through; a diagnosis reflector in which the diagnosis target is located at a distance so that light is transmitted to the free space and reflected into the free space from the target to be diagnosed; an optical interference signal Optical interferometer for inducing; Optical frequency selection by the resonant optical frequency variable An optical measurement unit for scanning and measuring spatial information of a diagnosis object corresponding to a channel for each angle different from the optical interference signal according to the oscillation variable over time; It characterized in that it includes.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치는 투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 서로 다른 광주파수의 광이 광주파수 채널 분할에 따라 나뉘어서 광섬유로 진행하여 다채널 정보 전달 및 획득을 일으키는 채널 스캔부;광이 광섬유로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 광섬유로 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 광주파수 별 채널에 해당하는 진단 대상의 광섬유 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve another object, the measuring apparatus using the double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source according to the present invention has a double variable selection of a broadband by a transmission broadband variable part and a variable selection of optical frequency by a resonant optical frequency variable part. The oscillation optical frequency scanning laser light source unit in which the optical frequency of the oscillating laser light is sequentially scanned by the resonant optical frequency variable unit; the light of different optical frequencies according to the selection of the optical frequency band by the resonant optical frequency variable unit is divided according to the optical frequency channel division. A channel scanning unit that proceeds to the optical fiber to transmit and acquire multi-channel information; a diagnostic reflector in which the diagnosis object is located so that light is transmitted to the optical fiber and reflected by the optical fiber from the object to be diagnosed; an optical interferometer unit that induces an optical interference signal And an optical measurement unit for scanning and measuring optical fiber information of a diagnosis target corresponding to channels for different optical frequencies over time in an optical interference signal according to an optical frequency selection oscillation variable by a resonance optical frequency variable unit; To do.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치는 투과 광대역 가변부에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부;상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부;상기 채널 스캔부로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;상기 진단 반사부로부터 반사되어 되돌아 전달된 광의 세기의 변화를 시간별로 전기신호로 변환하는 광검출부;상기 광검출부로부터 전달된 시간별 전기신호의 변화에서 진단 대상의 광주파수별 광의 스펙트럼 정보를 획득하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve another object, the measuring apparatus using the double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source according to the present invention has a double variable selection of a broadband by a transmission broadband variable part and a variable selection of optical frequency by a resonant optical frequency variable part. An oscillation optical frequency scanning laser light source unit for sequentially scanning the optical frequency of the oscillating laser light by rising to; a channel scanning unit that causes the light transmitted from the oscillation optical frequency scanning laser light source unit to vary different channels according to the selection of a specific transmission broadband ; Diagnostic reflecting unit in which the diagnosis target is positioned so that light is transmitted from the channel scanning unit and reflected from the target to be diagnosed; Light that is reflected from the diagnosis reflecting unit and converts a change in the intensity of light transmitted back into an electric signal by time. It characterized in that it comprises a; detection unit; Optical measurement unit for acquiring the spectrum information of the light for each optical frequency of the diagnosis target from the change of the electrical signal for each time transmitted from the light detection unit.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source and a measuring device using the same according to the present invention as described above have the following effects.
첫째, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 제공한다.First, it provides a dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source that enables sequential scanning of the oscillation laser output over an entire band wider than the channel band.
둘째, 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하여 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있다.Second, since the selection of the transmission optical frequency band and the selection of the resonant optical frequency are doubled, the optical frequency of the laser light oscillating from the optical resonator is scanned over time, so that the output characteristics can be actively changed.
셋째, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 하여 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있어 효율적인 측정이 가능하도록 한다.Third, it enables the sequential scanning of the oscillation laser output over the entire band wider than that of the channel, so that the output characteristics can be actively changed, thereby enabling efficient measurement.
넷째, 특정 좁은 채널 대역 내에서의 광주파수의 스캐닝과 그 스캐닝이 일어나는 채널 대역 자체의 스캐닝을 모두 이중으로 제어함으로써, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 한다.Fourth, by controlling both the scanning of the optical frequency within a specific narrow channel band and the scanning of the channel band itself in which the scanning occurs, it is possible to sequentially scan the oscillation laser output over the entire band wider than the channel band. do.
도 1은 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 구성도
도 2a내지 도 2c는 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 스펙트럼 구성도
도 3a와 도 3b는 투과 광대역 가변부에 의해 선택 발진되는 광주파수 대역 가변 특성 그래프
도 4a와 도 4b는 공진 광주파수 가변부에 의해 선택 발진되는 광주파수 대역 가변 특성 그래프
도 5a 내지 도 5c는 순차가변 원리를 나타낸 그래프
도 6a 내지 도 6c는 연속가변 원리를 나타낸 그래프
도 7은 순차가변 특성 그래프
도 8은 동시가변 특성 그래프
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 측정 장치의 구성도1 is a configuration diagram of an oscillating optical frequency scanning laser light source device based on a double variable according to the present invention
2A to 2C are spectral configuration diagrams of a double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device according to the present invention.
3A and 3B are graphs of variable characteristics of an optical frequency band selectively oscillated by a transmission broadband variable unit
4A and 4B are graphs of variable characteristics of an optical frequency band selectively oscillated by a resonant optical frequency variable unit
5A to 5C are graphs showing the sequential variable principle
6A to 6C are graphs showing the continuous variable principle
7 is a graph of sequentially variable characteristics
8 is a graph of simultaneous variable characteristics
9 to 12 are configuration diagrams of a measuring device using a light source device according to the present invention
이하, 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a double variable-based oscillating optical frequency scanning laser light source and a measuring device using the same according to the present invention will be described in detail as follows.
본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source and a measuring device using the same according to the present invention will be apparent through detailed description of each embodiment below.
도 1은 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an oscillation optical frequency scanning laser light source device based on a double variable according to the present invention.
본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치는 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것에 의해 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있도록 한 것이다.In the double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source and a measuring device using the same according to the present invention, the optical frequency of the laser light oscillating from the optical resonator is timed as the selection of the transmission optical frequency band and the selection of the resonance optical frequency are double. The output characteristics can be actively changed by scanning according to the following.
이를 위하여 본 발명은 특정 좁은 채널 대역 내에서의 광주파수의 스캐닝과 그 스캐닝이 일어나는 채널 대역 자체의 스캐닝을 모두 이중으로 제어함으로써, 채널의 대역 보다 더 넓은 전체 대역에 걸쳐서 발진 레이저 출력의 순차적인 스캐닝이 가능하도록 하는 구성을 포함할 수 있다.To this end, the present invention controls both the scanning of the optical frequency within a specific narrow channel band and the scanning of the channel band itself in which the scanning occurs, thereby sequentially scanning the oscillation laser output over the entire band wider than the channel band. It may include a configuration that makes this possible.
본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치는 도 1에서와 같이, 다수의 넓은 광주파수 범위에 걸쳐 광을 발생하고 증폭시키는 광이득부(10)와, 상기 광이득부(10)에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부(30)와, 상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부(20)와, 상기 광이득부(10), 투과 광대역 가변부(30), 공진 광주파수 가변부(20)를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부(40a)(40b)와, 상기 투과 광대역 가변부(30)와 공진 광주파수 가변부(20)를 각기 가변 시키는 제어 신호부(50)를 포함한다.The dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device according to the present invention includes a
여기서, 상기 제어 신호부(50)에 의하여 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것이다.Here, by the
그리고 상기 투과 광대역 가변부(30)에서 광이 통과하도록 선택된 특정 투과 광대역폭이, 광이득부(10)의 광주파수 범위보다는 좁은 정도의 대역 폭인 조건과, 상기 공진 광주파수 가변부(20)의 광주파수 가변 범위보다는 넓은 정도의 대역 폭인 조건을 동시에 만족하여, 투과 광대역선택에 의한 광이득 한정 효과에 의하여 레이저광의 가간섭성이 증가하면서도, 여전히 공진 광주파수 가변 범위는 감소하지 않고 유지되도록 한다.And the condition that the specific transmission broadband width selected to pass the light in the transmission broadband
그리고 공진 유도부(40a)(40b)는 광공진기 구조가 고리형 구조를 이루도록 광섬유 커플러 또는 공간 빔스플리터 등의 추가 광소자에 의하여 공진유도부(40a)(40b)가 배치될 수 있다.In addition, the
그리고 공진 유도부(40a)(40b)는 광공진기 구조가 선형 구조를 이루도록 광섬유 커플러 또는 부분 반사 거울 등의 추가 광소자에 의하여 공진유도부(40a)(40b)가 배치될 수 있다.In addition, the
그리고 상기 광공진부는 희토류 도핑 광섬유 증폭기(rare earth-doped fiber amplifier), 유도 라만 광섬유 증폭기(stimulated Raman fiber amplifier) 또는 반도체 광 증폭기(semiconductor optical amplifier)일 수 있다.In addition, the optical resonator may be a rare earth-doped fiber amplifier, a stimulated Raman fiber amplifier, or a semiconductor optical amplifier.
그리고 공진 광주파수 가변부(20)는 전광 위상 변조기(electro-optic phase modulator), 전광 광굴절률 조절기(electro-optic refractive index changer) 또는 액정 지연소자(liquid crystal retarder)일 수 있다.In addition, the resonant optical frequency
그리고 상기 투과 광대역 가변부(30)는 음향 광학 파장선택 필터(acousto-optic tunable filter) 또는 페브리-페로 파장선택 필터(Fabry-Perot tunable filter)인 것을 특징으로 하는 발진 광주파수 And the transmission broadband
그리고 상기 투과 광대역 가변부(30)는 입사광의 광주파수에 따라 서로 다른 각도를 가지고 분산시키는 회절격자부 및, 상기 회절격자부로부터 전달된 광이 임의의 각도를 가지로 반사됨으로써 특정 광주파수만을 피드백시키는 각도스캔 반사부를 포함할 수 있다.In addition, the transmission broadband
이와 같은 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 스펙트럼 구성을 설명하면 다음과 같다.The spectral configuration of the oscillation optical frequency scanning laser light source device based on the double variable according to the present invention will be described as follows.
도 2a내지 도 2c는 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치의 스펙트럼 구성도이다.2A to 2C are spectral configuration diagrams of a double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device according to the present invention.
도 2a는 광이득부(10)의 광이득 스펙트럼을 나타낸 것으로, 넓은 광주파수 범위에 걸쳐 있어 해당 영역에서 광을 발생시킴과 동시에 증폭시킨다.FIG. 2A shows the light gain spectrum of the
도 2b는 투과 광대역 가변부(30)의 광투과 비율 스펙트럼을 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)는 광이득부(10)의 광주파수 범위 중 특정 대역만을 선택하여 투과시키고, 투과 광대역폭은 광이득부(10)의 광주파수 범위보다는 좁은 특성을 갖는다.2B shows the light transmission ratio spectrum of the transmission broadband
도 2c는 공진 유도부(40a)(40b)에 의해 형성되는 광공진부의 공진광주파수 스펙트럼을 나타낸 것으로, 광공진부 길이의 정수배에 반비례하는 공진 광주파수 차수에서만 발진을 허용한다.FIG. 2C shows the resonant optical frequency spectrum of the optical resonator formed by the
도 3a와 도 3b는 투과 광대역 가변부에 의해 선택 발진되는 광주파수 대역 가변 특성 그래프이다.3A and 3B are graphs of variable characteristics of an optical frequency band selectively oscillated by a transmission broadband variable unit.
도 3a는 광주파수 출력 선택 발진을 나타낸 것이고, 도 3b는 투과 광대역 가변부(30)에 의한 선택 발진되는 광주파수 대역 가변을 나타낸 것이다.3A shows the optical frequency output selective oscillation, and FIG. 3B shows the variable frequency band selectively oscillated by the transmission wideband
(D)선택 발진되는 광주파수는 (A)광이득부, (B)투과 광대역 가변부, (C)광공진부의 공진 광주파수 스펙트럼에 의해 결정된다.(D) The optical frequency to be selectively oscillated is determined by the resonant optical frequency spectrum of the (A) light gain section, (B) the transmission broadband variable section, and (C) the optical resonance section.
투과 광대역 가변부(30)로 인해 선택되는 투과 광대역은 최소 1개 이상의 공진 광주파수 차수를 포함한다.The transmission broadband selected by the transmission broadband
투과 광대역 가변부(30) 동작시 광주파수 대역이 변경되고, 이는 즉 선택되는 공진 광주파수 차수의 변경을 의미한다. 따라서, 투과 광대역 가변을 통해 선택 발진되는 레이저 광주파수 대역을 변화시킬 수 있다.When the transmission broadband
도 4a와 도 4b는 공진 광주파수 가변부에 의해 선택 발진되는 광주파수 대역 가변 특성 그래프이다.4A and 4B are graphs of variable characteristics of an optical frequency band selectively oscillated by a resonant optical frequency variable unit.
도 4a는 광주파수 출력 선택 발진을 나타낸 것이고, 도 4b는 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 선택 발진되는 광주파수 대역 가변을 나타낸 것이다.FIG. 4A shows the optical frequency output selective oscillation, and FIG. 4B shows the variable frequency band selectively oscillated by the resonant optical frequency
공진 광주파수 가변부(20)의 동작시 광공진부의 길이가 변화한다.When the resonant optical frequency
광공진부 길이 변화로 인해 공진 광주파수 스펙트럼이 변화하며, 이는 같은 공진 광주파수 차수 자체의 광주파수가 달라짐을 의미한다.Due to the change in the length of the optical resonator, the resonant optical frequency spectrum changes, which means that the optical frequency of the same resonant optical frequency order itself varies.
공진 광주파수 차수가 가지는 광주파수가 달라짐에 따라 선택 발진되는 광주파수가 변화한다. 따라서, 공진 광주파수 가변을 통해 선택 발진되는 레이저 광주파수를 변화시킬 수 있다.As the optical frequency of the resonant optical frequency order varies, the optical frequency to be selectively oscillated changes. Accordingly, it is possible to change the optical frequency of the laser to be selectively oscillated through the variable resonance optical frequency.
공진 광주파수 가변부(20)는, 광공진기의 광경로 길이를 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼의 상호 모드 간격을 변화시킴으로써, 광원에서 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변시킨다.The resonant optical frequency
투과 광대역 가변부(30)는, 광투과 및 광손실 스펙트럼 대역을 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼 중 특정 차수의 종단모드 대역을 선택함으로써, 광원에서 발진되는 공진 광주파수의 가변 범위보다 더 넓은 정도 대역의 특정 공진 광주파수의 발진 광주파수를 가변시킨다.The transmission broadband
도 5a 내지 도 5c는 순차가변 원리를 나타낸 그래프이다.5A to 5C are graphs showing the sequential variable principle.
도 5a는 투과 광대역 가변부(30) 단일 동작시 공진 광주파수 차수 변화만을 유도하는 것을 나타낸 것이다.5A shows that the transmission broadband
도 5b는 공진 광주파수 가변부(20) 단일 동작시 공진 광주파수 스펙트럼 변화 유도를 하고, 동일한 공진 광주파수 차수가 가지는 광주파수 자체가 변화하며, 따라서 연속적으로 광주파수 가변이 발생하는 것을 나타낸 것이다.5B shows that the resonant optical frequency spectrum change is induced when the resonant optical frequency
도 5c는 투과 광대역 가변부(30)와 공진 광주파수 가변부(20)를 순차적으로 동작할 경우, 공진 광주파수 차수 변화와 광주파수 스펙트럼 변화가 번갈아 발생하는 것을 나타낸 것이다. 따라서, 광주파수 모드를 바꾸어 가며 광주파수 스캔이 가능하다.5C shows that when the transmission
도 6a 내지 도 6c는 연속가변 원리를 나타낸 그래프이다.6A to 6C are graphs showing the continuous variable principle.
도 6a는 투과 광대역 가변부(30)를 이용하여 연속적으로 투과 대역을 변화 가능한 것을 나타낸 것이다.6A shows that the transmission band can be continuously changed by using the transmission broadband
도 6b는 공진 광주파수 가변부(20) 단일 동작시에 공진 광주파수 스펙트럼 변화 유도를 하고, 동일한 공진 광주파수 차수가 가지는 광주파수 자체가 변화하며, 따라서 연속적으로 광주파수 가변이 발생하는 것을 나타낸 것이다.6B shows that the resonant optical frequency spectrum change is induced during a single operation of the resonant optical frequency
도 6c는 투과 광대역 가변부(30)와 공진 광주파수 가변부(20)를 동시에 동작할 경우, 공진 광주파수 차수 변화와 광주파수 스펙트럼 변화가 동시에 발생하는 것을 나타낸 것이다.6C illustrates that when the transmission broadband
따라서, 공진 광주파수 차수를 바꾸어 가며 광주파수 스캔이 가능하다.Therefore, it is possible to scan the optical frequency while changing the resonant optical frequency order.
도 7은 순차가변 특성 그래프이다.7 is a graph of sequentially variable characteristics.
선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간과, 불연속 주기적으로 투과 광대역 가변부에 의해 투과 광대역폭이 상기 공진 광주파수 차수를 선택 가변하는 소요 시간이, 서로 교차하여 주기적으로 발생함에 따라, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 나타낸 것이다.The time required for varying the resonant optical frequency of a specific order to be selectively oscillated over a variable range and the time required for the transmission broadband width to select and vary the resonant optical frequency order by the transmitting broadband variable part in discontinuous periodicity are periodic As it occurs, it shows that the optical frequency of the laser light oscillating from the optical resonator is sequentially scanned over time.
순차 가변의 경우, ΔT와 Δt의 크기 차이와 무관하게 각기 가변이 순차적으로 번갈아 발생한다. 즉, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 공진 광주파수 차수의 선택 가변이 일어나고, 연이어 공진 광주파수 가변부(20)에 의해 공진 광주파수의 가변이 발생한다. In the case of sequentially variable, the variation occurs sequentially and alternately, regardless of the difference in size between ΔT and Δt. That is, the selection of the resonant optical frequency order is varied by the transmission
따라서, 레이저 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝이 일어나게 된다.Thus, the laser optical frequency is sequentially scanned over time.
도 8은 동시가변 특성 그래프이다.8 is a graph of simultaneous variable characteristics.
선택 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변 범위에 걸쳐 가변하는 소요 시간보다, 상기 공진 광주파수 차수를 포함하는 투과 광대역의 중심광주파수가 연속적으로 가변하는 소요 시간이 더 길어짐에 따라, 상기 투과 광대역이 연속적으로 가변하는 광주파수 범위 내에 상기 공진 광주파수 차수가 가변하는 광주파수 범위가 포함되는 것을 특징으로 하여, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 나타낸 것이다.As the time required for continuously varying the center optical frequency of the transmission broadband including the resonant optical frequency order is longer than the required time for varying the resonant optical frequency of a specific order to be selectively oscillated over a variable range, the transmission broadband The optical frequency range in which the resonant optical frequency order is variable is included in the continuously variable optical frequency range, and the optical frequency of the laser light oscillated from the optical resonator is sequentially scanned over time.
동시 가변의 경우 공진 광주파수 차수 선택 가변과 공진 광주파수 가변이 동시에 일어나게 된다.In the case of simultaneous variable, the resonant optical frequency order selection and the resonant optical frequency vary simultaneously.
이때, 공진 광주파수 가변이 일어나는 시간(Δt)보다 공진 광주파수 차수 선택 가변(ΔT)이 길어짐에 따라 특정 차수의 공진 광주파수의 가변 범위가 연속적으로 가변하고 있는 투과 광대역에 항상 포함되어야 한다.At this time, as the resonant optical frequency order selection variable (ΔT) is longer than the time at which the resonant optical frequency variable occurs (Δt), the variable range of the resonant optical frequency of a specific order must always be included in the transmission broadband where the variable range of the resonant optical frequency is continuously variable.
따라서, 레이저 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝이 일어나게 된다.Thus, the laser optical frequency is sequentially scanned over time.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 측정 장치의 구성도이다.9 to 12 are configuration diagrams of a measuring apparatus using a light source device according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 영상 장치의 일 예를 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(91)와, 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(91)로부터 전달된 일부 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부(92)와, 상기 채널 스캔부(92)로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부(94)와, 상기 진단 반사부(94)로부터 반사되어 되돌아 전달된 광이 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(91)로부터 전달된 나머지 일부 광과 서로 간섭이 발생하여 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부(93)와, 상기 광간섭계부(93)로부터 전달된 광간섭신호에서 광주파수 선택 발진 가변에 따른 진단 대상의 정보를 획득하는 광측정부(95)를 포함한다.9 shows an example of an imaging apparatus using the light source device according to the present invention, in which the selection of the wideband by the transmission wideband
도 10은 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 광학 측정 기기 응용(LiDAR)의 예를 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(101)와, 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 회절 반사 또는 분산 반사에 따라 서로 다른 각도로 나뉘어져 공간을 통해 진행하도록 비기계적 방식으로 각도 별 광스캔을 일으키는 채널 스캔부(102)와, 광이 자유공간으로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 자유공간으로 반사되도록 진단 대상이 원거리에 위치하는 진단 반사부(103)와, 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부(104)와, 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 각도 별 채널에 해당하는 진단 대상의 거리, 형상, 거리, 속도 또는 진동 등의 공간 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부(105)를 포함한다.FIG. 10 shows an example of an optical measurement device application (LiDAR) using the light source device according to the present invention, wherein the selection of the broadband by the transmission broadband
도 11은 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 광학 측정 기기(WDL, OFDR, fiber optic) 예를 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(111)와, 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 서로 다른 광주파수의 광이 광주파수 채널 분할에 따라 나뉘어서 광섬유로 진행하여 다채널 정보 전달 및 획득을 일으키는 채널 스캔부(112)와, 광이 광섬유로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 광섬유로 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부(113)와, 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부(114)와, 공진 광주파수 가변부(20)에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 광주파수 별 채널에 해당하는 진단 대상의 거리, 압력, 온도, 인장 또는 진동 등의 광섬유 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부(115)를 포함한다.FIG. 11 shows an example of an optical measuring device (WDL, OFDR, fiber optic) using a light source device according to the present invention, in which the selection of the broadband by the transmission broadband
도 12는 본 발명에 따른 광원 장치를 이용하는 광학 측정 기기의 다른 예를 나타낸 것으로, 투과 광대역 가변부(30)에 의한 광대역의 선택 가변과 공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 발진하는 레이저광의 광주파수가 순차적으로 스캐닝하는 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(121)와, 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부(121)로부터 전달된 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부(122)와, 상기 채널 스캔부(122)로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부(123)와, 상기 진단 반사부(123)로부터 반사되어 되돌아 전달된 광의 세기의 변화를 시간별로 전기신호로 변환하는 광검출부(124)와, 상기 광검출부(124)로부터 전달된 시간별 전기신호의 변화에서 진단 대상의 광주파수별 광의 스펙트럼 정보를 획득하는 광측정부(125)를 포함한다.12 shows another example of an optical measuring device using the light source device according to the present invention, in which the selection of the broadband by the transmission broadband
이상에서 설명한 본 발명에 따른 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 및 그를 이용하는 측정 장치는 투과 광주파수 대역의 선택 가변과 공진 광주파수 선택 가변이 이중으로 일어남으로써 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 스캐닝하는 것에 의해 출력 특성을 능동적으로 변화시킬 수 있도록 한 것이다.The dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source and the measuring device using the same according to the present invention described above include the variable selection of the transmission optical frequency band and the variable selection of the resonance optical frequency, so that the light of the laser light oscillating from the optical resonator occurs. It is possible to actively change the output characteristics by scanning the frequency over time.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the specified embodiments should be considered from a descriptive point of view rather than a limiting point of view, and the scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto are included in the present invention. It will have to be interpreted.
10. 광이득부
20. 공진 광주파수 가변부
30. 투과 광대역 가변부
40a.40b. 공진 유도부
50. 제어 신호부10. Light gain section
20. Resonant optical frequency variable part
30. Transmitted broadband variable part
40a.40b. Resonance induction part
50. Control signal section
Claims (17)
상기 광이득부에서 발생한 광 중에서 특정 광주파수 대역을 선택하여 광이 투과하도록 가변하는 투과 광대역 가변부;
상기 특정 광주파수 대역 내의 여러 공진 광주파수 차수들이 각 차수 간의 간격보다 좁은 가변 범위에 걸쳐 변화하도록 가변하는 공진 광주파수 가변부;
상기 광이득부, 투과 광대역 가변부, 공진 광주파수 가변부를 포함하여 특정 투과 광대역 이내의 특정 공진 광주파수의 광이 선택 발진하도록 광공진부를 형성하는 공진 유도부;
상기 투과 광대역 가변부와 공진 광주파수 가변부를 각기 가변 시키는 제어 신호부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.A light gain unit for generating and amplifying light;
A transmission broadband variable unit that selects a specific optical frequency band from the light generated from the light gain unit and varies the light to transmit;
A resonant optical frequency variable unit for varying multiple resonant optical frequency orders within the specific optical frequency band over a variable range narrower than an interval between the respective orders;
A resonance induction unit configured to form an optical resonance unit to selectively oscillate light having a specific resonance optical frequency within a specific transmission broadband, including the light gain unit, the transmission broadband variable unit, and the resonance optical frequency variable unit;
And a control signal unit for varying the transmission broadband variable unit and the resonance optical frequency variable unit, respectively.
광이득부의 광주파수 범위보다는 좁은 정도의 대역 폭인 조건과, 상기 공진 광주파수 가변부의 광주파수 가변 범위보다는 넓은 정도의 대역 폭인 조건을 동시에 만족하여,
투과 광대역선택에 의한 광이득 한정 효과에 의하여 레이저광의 가간섭성이 증가하면서도, 여전히 공진 광주파수 가변 범위는 감소하지 않고 유지되는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein a specific transmission broadband width selected so that light passes through the transmission broadband variable part,
The condition that the bandwidth is narrower than the optical frequency range of the optical gain unit and the condition that the bandwidth is wider than the optical frequency variable range of the resonant optical frequency variable portion are simultaneously satisfied,
A double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device, characterized in that while the coherence of the laser light is increased by the light gain limitation effect by the transmission broadband selection, the resonance optical frequency variable range is still maintained without decreasing.
불연속 주기적으로 투과 광대역 가변부에 의해 투과 광대역폭이 상기 공진 광주파수 차수를 선택 가변하는 소요 시간이,
서로 교차하여 주기적으로 발생함에 따라, 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein the time required for varying the resonant optical frequency of a specific order to be selectively oscillated over a variable range, and
The time required for the transmission broadband width to select and vary the resonant optical frequency order by the transmission broadband variable part discontinuously periodically,
A double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device, characterized in that the optical frequencies of laser light oscillating from the optical resonator are sequentially scanned according to time as they intersect each other and periodically occur.
상기 공진 광주파수 차수를 포함하는 투과 광대역의 중심광주파수가 연속적으로 가변하는 소요 시간이 더 길어짐에 따라,
상기 투과 광대역이 연속적으로 가변하는 광주파수 범위 내에 상기 공진 광주파수 차수가 가변하는 광주파수 범위가 포함되는 것에 의해 광공진부에서 발진하는 레이저광의 광주파수가 시간에 따라 순차적으로 스캐닝하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein than the required time for varying the resonant optical frequency of a specific order to be selectively oscillated over a variable range,
As the time required for continuously varying the central optical frequency of the transmission broadband including the resonant optical frequency order becomes longer,
The optical frequency range of the laser light oscillating from the optical resonator is sequentially scanned according to time by including the optical frequency range in which the resonant optical frequency order is variable within the optical frequency range in which the transmission broadband is continuously variable. Dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device.
광공진기의 광경로 길이를 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼의 상호 모드 간격을 변화시킴으로써, 광원에서 발진되는 특정 차수의 공진 광주파수를 가변시키는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1 or 2, wherein the resonant optical frequency variable part,
Double variable-based oscillation optical frequency scanning, characterized in that the resonant optical frequency of a specific order oscillated from the light source is varied by varying the length of the optical path of the optical resonator to change the mutual mode spacing of the multiple-order end-mode spectrum of the light source. Laser light source device.
광투과 및 광손실 스펙트럼 대역을 가변시켜 광원의 여러 차수의 종단모드 스펙트럼 중 특정 차수의 종단모드 대역을 선택함으로써, 광원에서 발진되는 공진 광주파수의 가변 범위보다 더 넓은 정도 대역의 특정 공진 광주파수의 발진 광주파수를 가변시키는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1 or 2, wherein the transmission broadband variable part,
By varying the light transmission and light loss spectrum bands and selecting a specific order end mode band among the various order end mode spectrums of the light source, the range of the specific resonance optical frequency in a wider range than the variable range of the resonance optical frequency oscillated from the light source. A double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device, characterized in that the oscillation optical frequency is varied.
광공진기 구조가 고리형 구조를 이루도록 광섬유 커플러 또는 공간 빔스플리터의 추가되는 광소자에 의하여 공진유도부가 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein the resonance inducing unit,
A dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device, characterized in that a resonance induction part is disposed by an optical element added by an optical fiber coupler or a spatial beam splitter so that the optical resonator structure forms an annular structure.
광공진기 구조가 선형 구조를 이루도록 광섬유 커플러 또는 부분 반사 거울의 추가되는 광소자에 의하여 공진유도부가 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein the resonance inducing unit,
A dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device, characterized in that a resonance induction part is arranged by an optical element added by an optical fiber coupler or a partial reflection mirror so that the optical resonator structure forms a linear structure.
희토류 도핑 광섬유 증폭기(rare earth-doped fiber amplifier) 또는 유도 라만 광섬유 증폭기(stimulated Raman fiber amplifier) 또는 반도체 광 증폭기 (semiconductor optical amplifier)인 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein the optical resonance unit,
Rare earth-doped fiber amplifier (rare earth-doped fiber amplifier), a stimulated Raman fiber amplifier (stimulated Raman fiber amplifier) or a semiconductor optical amplifier (semiconductor optical amplifier), characterized in that the double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device.
전광 위상 변조기(electro-optic phase modulator) 또는 전광 광굴절률 조절기(electro-optic refractive index changer) 또는 액정 지연소자(liquid crystal retarder)인 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein the resonant optical frequency variable part,
An oscillation optical frequency scanning laser light source device based on a double variable, characterized in that it is an electro-optic phase modulator, an electro-optic refractive index changer, or a liquid crystal retarder.
음향 광학 파장선택 필터(acousto-optic tunable filter) 또는 페브리-페로 파장선택 필터(Fabry-Perot tunable filter)인 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein the transmission broadband variable part,
An acousto-optic tunable filter or a Fabry-Perot tunable filter. A dual tunable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device, characterized in that it is an acousto-optic tunable filter or a Fabry-Perot tunable filter.
입사광의 광주파수에 따라 서로 다른 각도를 가지고 분산시키는 회절격자부와,
상기 회절격자부로부터 전달된 광이 임의의 각도를 가지로 반사됨으로써 특정 광주파수만을 피드백시키는 각도스캔 반사부로 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원 장치.The method of claim 1, wherein the transmission broadband variable part,
A diffraction grating unit that disperses at different angles according to the optical frequency of the incident light,
The dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source device, characterized in that the light transmitted from the diffraction grating unit is reflected at an arbitrary angle, and thus an angle scan reflector that feeds back only a specific optical frequency.
상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 일부 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부;
상기 채널 스캔부로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;
상기 진단 반사부로부터 반사되어 되돌아 전달된 광이 상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 나머지 일부 광과 서로 간섭이 발생하여 광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;
상기 광간섭계부로부터 전달된 광간섭신호에서 광주파수 선택 발진 가변에 따른 진단 대상의 정보를 획득하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치.An oscillation optical frequency scanning laser light source for sequentially scanning an optical frequency of the oscillating laser light as the selection of the broadband by the transmission broadband variable part and the optical frequency selection by the resonant optical frequency variable occur double;
A channel scan unit that causes different channels to be varied according to selection of a specific transmission broadband in which some light transmitted from the oscillation optical frequency scanning laser light source unit is varied;
A diagnosis reflector in which a diagnosis object is positioned so that light is transmitted from the channel scan unit and reflected from an object to be diagnosed;
An optical interferometer unit configured to induce an optical interference signal by interfering with the remaining light transmitted from the oscillation optical frequency scanning laser light source unit by the light reflected from the diagnostic reflection unit and transmitted back;
A measurement device using a dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source, comprising: an optical measuring unit for acquiring information on a diagnosis object according to an optical frequency selective oscillation variable from the optical interference signal transmitted from the optical interferometer. .
공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 회절 반사 또는 분산 반사에 따라 서로 다른 각도로 나뉘어져 공간을 통해 진행하도록 비기계적 방식으로 각도 별 광스캔을 일으키는 채널 스캔부;
광이 자유공간으로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 자유공간으로 반사되도록 진단 대상이 원거리에 위치하는 진단 반사부;
광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;
공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 각도 별 채널에 해당하는 진단 대상의 공간 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치.An oscillation optical frequency scanning laser light source for sequentially scanning an optical frequency of the oscillating laser light as the selection of the broadband by the transmission broadband variable part and the optical frequency selection by the resonant optical frequency variable occur double;
A channel scanning unit for performing optical scan for each angle in a non-mechanical manner so as to proceed through space by diffractive reflection or dispersion reflection according to the selection of the optical frequency band by the resonant optical frequency variable;
A diagnostic reflector in which the diagnostic object is located at a distance so that light is transmitted to the free space and reflected from the object to be diagnosed to the free space;
An optical interferometer for inducing an optical interference signal;
It characterized in that it comprises a; optical frequency selection by the resonant optical frequency variable unit, an optical measuring unit for scanning and measuring spatial information of the diagnosis object corresponding to the channel for each angle different from the optical interference signal according to the oscillation variable according to time; Measurement device using a double variable-based oscillating optical frequency scanning laser light source.
공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 대역의 선택 가변에 따른 서로 다른 광주파수의 광이 광주파수 채널 분할에 따라 나뉘어서 광섬유로 진행하여 다채널 정보 전달 및 획득을 일으키는 채널 스캔부;
광이 광섬유로 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 광섬유로 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;
광간섭신호를 유도하는 광간섭계부;
공진 광주파수 가변부에 의한 광주파수 선택 발진 가변에 따른 광간섭신호에서 시간에 따라 서로 다른 광주파수 별 채널에 해당하는 진단 대상의 광섬유 정보를 스캔하여 측정하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치.An oscillation optical frequency scanning laser light source for sequentially scanning an optical frequency of the oscillating laser light as the selection of the broadband by the transmission broadband variable part and the optical frequency selection by the resonant optical frequency variable occur double;
A channel scanning unit for transmitting and acquiring multi-channel information by dividing light of different optical frequencies according to the optical frequency channel division according to the selection of the optical frequency band by the resonant optical frequency variable unit and proceeding to the optical fiber;
A diagnostic reflector in which a diagnostic object is positioned so that light is transmitted to the optical fiber and reflected from the object to be diagnosed to the optical fiber;
An optical interferometer for inducing an optical interference signal;
Characterized in that it comprises a; optical frequency selection by the resonant optical frequency variable unit, an optical measuring unit for scanning and measuring optical fiber information of a diagnosis object corresponding to a channel for each optical frequency different from each other over time in the optical interference signal according to the oscillation variable. Measurement device using a double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source.
상기 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원부로부터 전달된 광이 특정 투과 광대역의 선택 가변에 따라 서로 다른 채널 가변을 일으키는 채널 스캔부;
상기 채널 스캔부로부터 광이 전달되고, 진단하고자 하는 대상으로부터 반사되도록 진단 대상이 위치하는 진단 반사부;
상기 진단 반사부로부터 반사되어 되돌아 전달된 광의 세기의 변화를 시간별로 전기신호로 변환하는 광검출부;
상기 광검출부로부터 전달된 시간별 전기신호의 변화에서 진단 대상의 광주파수별 광의 스펙트럼 정보를 획득하는 광측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 가변 기반의 발진 광주파수 스캐닝 레이저 광원을 이용하는 측정 장치.
An oscillation optical frequency scanning laser light source for sequentially scanning an optical frequency of the oscillating laser light as the selection of the broadband by the transmission broadband variable part and the optical frequency selection by the resonant optical frequency variable occur double;
A channel scan unit for causing different channels to be varied according to selection of a specific transmission broadband in which light transmitted from the oscillation optical frequency scanning laser light source unit is varied;
A diagnosis reflector in which a diagnosis object is positioned so that light is transmitted from the channel scan unit and reflected from an object to be diagnosed;
A light detector configured to convert a change in intensity of light reflected from the diagnostic reflector and transmitted back into an electric signal over time;
And an optical measuring unit that acquires spectral information of light for each optical frequency of the object to be diagnosed from the change of the electrical signal for each time transmitted from the optical detection unit. 2. A measuring apparatus using a double variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source.
Priority Applications (3)
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KR1020190137600A KR102179521B1 (en) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | Dual variable-based oscillating optical frequency scanning laser light source and Apparatus for measuring using the same |
US17/772,015 US20220368098A1 (en) | 2019-10-31 | 2020-10-29 | Dual spectral variable-based optical frequency scanning laser light source and measurement device using the same and object angle-dependent distance measurement device using propagation angle switching for each optical frequency |
PCT/KR2020/014864 WO2021086031A1 (en) | 2019-10-31 | 2020-10-29 | Dual variable-based oscillation optical frequency scanning laser light source, measurement device using same, and distance measurement device according to object angle, which uses propagation angle switching for each center wavelength |
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KR20160011099A (en) | 2014-07-21 | 2016-01-29 | 부산대학교 산학협력단 | Laser source by simultaneously varying to change of time using multiwavelength-swept and optical system using it |
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2019
- 2019-10-31 KR KR1020190137600A patent/KR102179521B1/en active IP Right Grant
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Legal Events
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GRNT | Written decision to grant |