KR100329277B1 - 레이저 광의 자동 초점 유지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 광의 초점을 자동으로 유지시키는 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 서로 상이한 파장을 갖는 제 1 및 제 2 광원과; 반사면과; 제 1 및 제 2 광원으로부터의 광을 상기 반사면에 투사하는 렌즈와; 반사면으로부터 반사된 제 1 및 제 2 광원의 광을 렌즈를 통하여 수신하고, 수신된 제 1 및 제 2 광원의 광들간의 세기 차이에 대응하여 렌즈의 초점을 조정하는 수단을 구비한다.
즉, 본 발명에서는 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저 광에 의해서 각기 형성되는 광웨이스트의 위치를 검출하고, 이 광웨이스트에 대응하여 광렌즈의 초점 거리를 자동으로 산출하므로써 외부의 충격이나 진동에 매우 안정적이며, 동일한 초점 거리 특성을 갖는 장치를 대량 생산할 수 있다는 효과가 있다.

Description

레이저 광의 자동 초점 유지 장치{APPARATUS FOR FOCUSING IN WDM FIBER COUPLERS}
본 발명은 레이저 광의 자동 초점 유지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파장 분할 다중기(WDM)를 이용한 레이저 광의 자동 초점 유지 장치에 관한 것이다.
콤팩트 디스크(Compact Disk) 플레이어나 마그네토옵틱(Magneto-optic) 데이터 저장 장치에서는 광 픽업 장치를 이용하여 저장 미디어에 기록되어 있는 정보를 독출하나, 저장 미디어의 정보를 정확히 독출하기 위해서는 광 픽업 장치의 광은 저장 미디어 상에 정확히 초점이 맞추어져야 한다. 이를 위해서 종래에는 광 픽업 장치와 저장 미디어간의 거리를 자동으로 맞추어 줌으로써 광 픽업 장치의 광이 저장 미디어 상에 초점을 형성하는 자동 초점 유지 장치가 개발되어 사용되었다.
자동 초점 유지 장치의 구성 방법으로는 진동(Dithering) 방법과 이중 초점(Contocal) 방법이 있으며, 진동 방법은 광 픽업으로부터의 광 즉, 레이저 광의 초점 거리를 트랜스듀서(tranducer)로 진동시키고, 저장 미디어로부터 반사되는 빛의 진동 진폭과 위상을 측정하여 측정된 진동 진폭과 위상에 따라 귀환 회로가 광 픽업의 거리를 조정함으로써 초점을 항상 저장 미디어의 반사면에 유지시키는 방법이다.
이중 초점 방법은 저장 미디어의 반사면과 서로 다른 거리에 두 개의 핀 홀을 형성하고, 핀 홀을 통과하는 빛의 양을 두 개의 광 검출기에서 검출하고, 검출되는 광의 양 차이에 따라 귀환 회로가 광 픽업의 거리를 조정함으로써 초점을 항상 저장 미디어의 반사면에 유지시키는 방법이다.
그러나, 종래의 진동 방법은 복잡한 위상 측정 장치가 필요하며, CD 플레이어와 같이 반사되는 광의 양을 동시에 검출하여야 하는 경우에는 측정하는 광의 변환 주기와 광을 진동시켜주는 진동 신호를 구별해야하는 등의 단점이 있다.
또한, 종래의 이중 초점 방법은 두 개의 핀 홀을 사용함으로써 외부의 충격이나 떨림에 의한 두 핀 홀의 상대적인 위치 변화에 민감하게 영향을 받으므로 실험실을 벗어난 실질적인 응용에는 사용하기 힘들다는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 파장 분할 다중기(WDM) 및 두 개의 레이저 광을 이용하여 간편하면서 정확한 초점 거리 유지 장치를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 레이저 광의 자동 초점 유지 장치로서, 서로 상이한 파장을 갖는 제 1 및 제 2 광원과; 반사면과; 제 1 및 제 2 광원으로부터의 광을 상기 반사면에 투사하는 렌즈와; 반사면으로부터 반사된 상기 제 1 및 제 2 광원의 광을 상기 렌즈를 통하여 수신하고, 수신된 제 1 및 제 2 광원의 광들간의 세기 차이에 대응하여 렌즈의 초점을 조정하는 수단을 구비한다.
도 1은 광 렌즈를 통하여 입사되는 광이 반사면에서 반사되는 상태를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 도면에 따라 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명에 따른 레이저 광의 자동 초점 유지 장치의 블록도,
도 4는 광 섬유 렌즈를 통한 광이 반사면에 반사되는 상태를 도시한 도면,
도 5는 광 섬유 렌즈가 사용된 본 발명에 따른 레이저 광의 자동 초점 유지 장치의 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
21,23,35 : 레이저 25,27 : 50 대 50 커플러
29,33 : WDM 커플러 31 : 광 섬유
37 : 광 렌즈 39 : 반사면
41,43 : 검출기 45 : 차동 증폭기
이하, 본 발명을 이하에서 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 원리를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 파장이 다른 두 개의 레이저 광(B1, B2)이 하나의 광 섬유(1)에 유도되고, 렌즈(3)에 의하여 초점이 형성되는 것을 도시하고 있다. 두 개의 레이저 광(B1, B2)중에서 짧은 파장을 갖는 레이저 광(B1)의 퍼지는 각도(DivergingAngle)는 긴 파장을 갖는 레이저 광(B2)의 퍼지는 각도보다 크게 된다. 따라서, 렌즈(3)에 의한 레이저 광(B)의 초점 거리는 레이저 광(B2)의 초점 거리보다 짧게되어 레이저 광(B1)의 광웨이스트(Beam Waist : 광의 지름이 가장 작게 형성되는 위치)(5)는 레이저 광(B2)의 광웨이스트(7) 보다 렌즈(3)에 가까운 위치에 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이 반사면(9)이 레이저 광의 광웨이스트(7,9)에 가까이 위치할수로 반사되는 레이저 광(13)의 크기와 퍼지는 각도가 입사되는 레이저 광(11)의 크기와 퍼지는 각도와 비슷하게 되므로 반사면(9)에 의해 반사되어 다시 광 섬유(1)로 유도되는 빛의 양이 커지게 된다.
도 2 a에는 두 개의 레이저 광(B1,B2)이 반사면(9)에 의해서 반사되어 다시 광 섬유(1)로 유도되는 빛의 량(P1(x)), (P2(x))과 렌즈(3)로부터 반사면(9)까지의 거리(x)간의 관계가 도시되어 있다.
반사면(9)이 각 레이저 광(B1,B2)의 광웨이스트(5,7) 위치에 올 때 반사되어 광 섬유(1)로 다시 유도되는 빛의 량(P1(x)), (P2(x))이 최대가 되므로 짧은 파장의 레이저 광(B1)이 반사면(9)에 의해 반사되어 광 섬유(1)로 돌아오는 빛의 량(P1(x))의 최대점은 긴 파장의 레이저 광(B2)이 반사면(9)에 의해 반사되어 광 섬유(1)로 돌아오는 빛의 세기(P2(x))의 최대점보다 왼쪽에 발생된다. 두 레이저 광(B1,B2)의 광웨이스터(5,7)의 위치의 가운데 점을 거리(x)가 0인 지점이라 할 때에 빛의세기(P1(x))에서 (P2(x))을 뺀 값은 도 2 b에 도시된 바와 같이 거리(x)가 0보다 작을 때에는 양의 값을 갖고 거리(x)가 0보다 클때는 음의 값을 갖게 된다. 특히, 거리(x)가 0인 근처에서는 (P1(x)-(P2(x))가 거리(x)값에 선형적으로 비례하는 값을 얻는다.
도 3에는 상술한 원리를 이용하는 본 발명 장치의 개략 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 본 발명에서는 각기 서로 다른 파장을 갖는 광(B1,B2)을 방사하는 두 개의 레이저(21,23)를 구비하며, 레이저(21,23)로부터의 광은 50 대 50 광 섬유 커플러(25,27) 및 WDM 커플러(29)를 갖는 광 섬유(31)에 각기 제공된다.
WDM 커플러(29)를 통한 레이저 광(B1,B2)는 WDM 커플러(33)의 일단에 제공되며, WDM 커플러(33)의 다른 일단에는 레이저(35)로부터 광(B3)이 제공된다. 광(B3)은 광(B1,B2)들의 파장의 평균값이 되는 파장을 갖는다.
WDM 커플러(33)를 통한 광(B1,B2,B3)들은 광 섬유(31)의 종단을 거쳐 확산되며, 확산된 광은 다시 광 렌즈(37)를 통하여 모아져 초점을 형성하나 광(B1,B2,B3) 파장에 상이한 거리에 초점을 형성한다. 즉, 레이저(L21)에서 출력되는 짧은 파장의 광(B1)에 의한 광웨이스트(5)는 레이저(23)로부터의 긴 파장의 광(B2)에 의한 광웨이스터(7)에 비하여 상대적으로 광 렌즈(37)에 가까운 거리에 형성된다.
광 렌즈(37)를 통과한 광(B1,B2, B3)들은 반사면(39)에서 반사된 후에 다시 광 렌즈(37)를 통하여 광 섬유(31)에 유도된다. 광 섬유(31)에 제공된반사광(B1,B2)들은 파장 분할 다중기(29,33)를 통하여 반사광(B1)은 커플러(25)측으로, 반사광(B2)은 커플러(27)측으로 진행된다. 커플러(25)를 통과한 반사광(B1)은 광 검출기(41)에, 반사광(B2)은 광 검출기(43)에 각각 제공되며, 광 검출기(41,43)는 반사광(B1,B2)의 세기에 대응하는 전압을 출력한다. 여기서, 광 검출기(41,43)에 제공되는 반사광(B1,B2)은 도 2와 같은 특성을 갖는다.
광검출기(41,43)는 차동 증폭기(45)의 비반전 단자(+) 및 반전 단자(-)에 각각 연결되어 있는 바, 차동 증폭기(45)는 광 검출기(41,43)의 출력 전압 차에 대응하는 전압을 피에조 변환기(이하 PZT라함)(47)에 제공한다. PZT구동기(47)는 차동 증폭기(45)로부터의 전압에 따라 PZT(49)를 구동시킴으로써 광 섬유(31) 끝단을 이동시켜 광 렌즈(37)와 광 섬유(31)간의 거리를 조절한다. 즉, 광 섬유(31)를 이동시키므로써 광 렌즈(37)의 초점거리를 변화시키는 것이다. 물론 광 렌즈(37)를 이동시키므로써 광 렌즈(37)의 초점 거리를 변화시키는 방법도 사용할 수 있음은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다. 이때, PZT 구동기(47)는 광 섬유(31) 끝단을 이동시키되, 그 이동은 반사면(39)이 광(B1,B2)들의 광웨이스트(B1,B2)들 중간 즉, 도 2에서 (P1(x)-P2(x))가 0이 되는 위치에 놓이도록 제어한다. 따라서, 광(B1,B2)들의 파장에 대하여 중간 파장을 갖는 광(B3)은 반사면(39)에 광웨이스트 즉, 초점을 형성하게 될 것이다.
도 2 및 도 3에서는 광 렌즈(37)를 이용하여 광 섬유(31)로부터의 광의 초점을 형성하는 경우에 대해 도시 및 설명하였으나, 도 4에 도시된 바와 같이 광섬유(31)와 일체로 형성되는 광 섬유 렌즈(51)를 이용할 수도 있다. 광 섬유 렌즈(51)는 일반 광 렌즈(37)를 이용한 경우와 마찬가지로 파장이 다른 두 레이저 광(B1,B2)의 광웨이스트의 위치가 파장에 따라 서로 상이하므로 반사면(9)의 위치에 따라 반사되어 광 섬유로 돌아오는 빛의 양은 도 2와 동일한 특성을 갖는다.
도 5에는 도 4의 광 섬유 렌즈를 사용하는 경우의 본 발명 장치의 개략 블록도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 전체 구성은 도 4와 동일하나, 광 섬유 렌즈(51)를 이용하는 경우에는 광 섬유(31)와 광 렌즈(37)간의 거리를 조절할 수 없는바, 광 섬유 렌즈(51)와 반사면(39)간의 거리를 PZT(49)로 조절하여야 함은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있을 것이다.
광 섬유 렌즈를 이용하는 경우에는 전체적인 시스템이 더욱 간단해지며, 충격등의 외부 조건에 영향을 받지 않는다는 장점을 갖는다.
이와 같이 본 발명에서는 서로 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저 광에 의해서 각기 형성되는 광웨이스트의 위치를 검출하고, 이 광웨이스트에 대응하여 광렌즈의 초점 거리를 자동으로 산출하므로써 외부의 충격이나 진동에 매우 안정적이며, 동일한 초점 거리 특성을 갖는 장치를 대량 생산할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 레이저 광의 자동 초점 유지 장치로서,
    서로 상이한 파장을 갖는 제 1 및 제 2 광원과;
    반사면과;
    상기 제 1 및 제 2 광원으로부터의 광을 상기 반사면에 투사하는 렌즈와;
    상기 반사면으로부터 반사된 상기 제 1 및 제 2 광원의 광을 상기 렌즈를 통하여 수신하고, 상기 수신된 제 1 및 제 2 광원의 광들간의 세기 차이에 대응하여 상기 렌즈의 초점을 조정하는 수단을 구비하는 레이저 광의 자동 초점 유지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광원으로부터의 광은 커플러 및 WDM 커플러를 갖는 광 섬유를 통하여 상기 렌즈에 제공하며, 상기 반사체에 반사된 광은 상기 렌즈 및 광 섬유를 통하여 상기 수단에 제공되도록 구성된 레이저 광의 자동 초점 유지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 광 섬유와 분리되어 형성되는 광 렌즈임을 특징으로 하는 레이저 광의 자동 초점 유지 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 광 섬유와 일체로 형성되는 광 섬유 렌즈임을 특징으로 하는 레이저 광의 자동 초점 유지 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 수단은,
    상기 광 섬유를 통하여 제공되는 제 1 광원의 반사 광의 세기를 검출하는 제 1 광 검출기와;
    상기 광 섬유를 통하여 제공되는 제 2 광원의 반사 광의 세기를 검출하는 제 2 광 검출기와;
    상기 제 1 및 제 2 광 검출기에 검출된 광의 세기의 차값을 검출하는 차동 증폭기와;
    인가 전압에 따라 구동하여 상기 광렌즈와 상기 광 섬유간의 거리를 변화시키는 피에조 변환기와;
    상기 차동 증폭기의 출력에 대응하여 상기 피에조 변환기를 구동을 제어하는 상기 전압을 제공하는 피에조 구동기를 구비하는 레이저 광의 자동 초점 유지 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 수단은,
    상기 광 섬유를 통하여 제공되는 제 1 광원의 반사 광의 세기를 검출하는 제 1 광 검출기와;
    상기 광 섬유를 통하여 제공되는 제 2 광원의 반사 광의 세기를 검출하는 제2 광 검출기와;
    상기 제 1 및 제 2 광 검출기에 검출된 광의 세기의 차값을 검출하는 차동 증폭기와;
    인가 전압에 따라 구동하여 상기 광 섬유와 광 섬유 렌즈간의 거리를 변화시키는 피에조 변환기와;
    상기 차동 증폭기의 출력에 대응하여 상기 피에조 변환기를 구동을 제어하는 상기 전압을 제공하는 피에조 구동기를 구비하는 레이저 광의 자동 초점 유지 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 피에조 구동기는 상기 제 1 및 제 2 광 검출기에 검출된 광의 세기의 차값들이 0가 되도록 하는 전압을 상기 피에조 변환기에 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 광의 자동 초점 유지 장치.
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