KR100406683B1 - 홀로그래픽 광학 소자를 이용한 각 다중화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 홀로그래픽 광학 소자를 이용한 각 다중화 장치에 관한 것으로, 레이저광을 발생하는 레이저; 레이저광을 기준광(reference beam)과 신호광(signal beam)으로 분리시키는 광 분리기; 신호광의 흐름을 스위칭(switching)하는 셔터; 셔터의 스위칭 흐름 제어에 따라 신호광을 페이지 단위로 변환하는 공간 광 변조기(SLM); 기준광의 위상을 변조하는 위상 변조기; 위상 변조기에 의해 변조되는 각각의 위상에 대응하는 기준광이 흐를 수 있도록 그 경로를 미리 제작한 후, 위상 변조기에 의해 위상이 변할 때마다 제작된 경로를 통해 기준광을 패스(pass)시키는 홀로그래픽 광학 소자(HOE); 위상 변조기에 의해 위상 변조되는 기준광에 따라 SLM에 의해 변환된 신호광을 간섭 무늬로 중첩 기록하는 저장매체; 셔터의 스위칭 차단 제어에 따라 신호광의 흐름을 차단시킨 후, 위상 변조기의 재생 각도에 따라 기준광을 저장매체에 입사시켜 원래의 데이터로 복원하는 전하 결합 소자(CCD)를 구비한다. 따라서, 종래 회전 거울에 연동된 모터의 노후화 및 기계적인 오동작으로 인하여 완전히 동일한 각도로 광을 입사하지 못하게 되는 문제점을 해결하며, 또한, 기계적인 모터의 힘에 의해 구동되는 회전 거울이 아니라 전기적으로 구동되는 위상 변조기를 사용함에 따라 저장매체에 기록된 간섭 무늬를 복원하는데 빠른 시간이 걸려 원하는 데이터를 빠르게 읽어 들일 수 있는 효과가 있다.

Description

홀로그래픽 광학 소자를 이용한 각 다중화 장치{APPARATUS FOR MULTIPLEXING AN ANGLE DATA BY USING HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENTS}

본 발명은 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical elements : HOE)를 이용한 각 다중화 장치에 관한 것으로, 특히 각각의 위상에 대응하는 기준광의 경로가 세팅된 HOE를 제작한 후, 위상 변조기(phase modulator)에 의해 위상이 변할 때마다 이에 대응하는 기준광을 제작된 HOE의 경로를 통해 제공하여 각 다중화를 가능하게 하도록 하는 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 각 다중화 장치는 정밀한 회전 거울을 사용하여 광의 각도를 바꿈으로써 각 데이터의 다중화 기술을 실현시킬 수 있는 장치이다.

이와 같은 각 다중화 기술이 적용되는 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저광을 발생시키는 레이저(10)와, 레이저(10)에 상응하는 위치에 설치되어 레이저(10)로부터 발생된 레이저광을 기준광(reference beam)과 신호광(signal beam)으로 분리시키는 광 분리기(20)와, 개인용 컴퓨터(personal computer : PC)(S1)의 기록 및 재생 제어에 따라 신호광의 흐름을 스위칭(switching)하는 셔터(30)와, 고정 거울(S2)에서 반사된 신호광의 광로 상에 위치하며 반사된 신호광을 입력 데이터, 즉 PC(S1)의 제어에 따라 페이지 단위로 구성하는 다수 픽셀의 2진 데이터로 변조시키는 공간 광 변조기(spatial light modulator : SLM)(40)와, 기준광 및 신호광의 형태를 정형하는 렌즈(50-1, 50-2, 50-3, 50-4)와, 기준광의 광로 상에 위치하며 PC(S1)의 제어에 따라 기준광의 각도를 조금씩 변환하기 위한 회전 거울(55)과, SLM(40) 및 렌즈(50-1)로부터 출력되는 페이지 단위의 신호광과 회전 거울(55) 및렌즈(50-2, 50-3)를 통해 반사된 기준광이 서로 교차되는 광로 상에 위치하며 신호광과 기준광의 간섭에 의해 발생된 간섭무늬를 기록하고 기준광의 입사로 기록된 간섭 무늬를 복원 출력하는 저장매체(80)와, 저장매체(80)에 기준광이 입사될 때 발생되는 간섭 무늬의 광로 상에 위치하며 저장매체(80)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 때 이를 원래의 전기신호로 변환하기 위한 전하 결합 소자(charge coupled device : CCD)(90)로 이루어져 있다.

상술한 바와 같이 구성된 일반적인 각 다중화 기술이 적용되는 종래 장치는 회전 거울(55)의 회전 각도를 바꿈으로써 각 다중화가 실현되었다.

그렇지만, 회전 거울(55)을 이용하여 저장매체(80)에 기록된 간섭 무늬를 복원할 경우, 기록 시의 각도와 완전히 동일한 각도로 광을 입사하여야 하는데, 회전 거울(55)에 연동된 모터(도시되지 않음)의 노후화 및 기계적인 오동작으로 인하여 완전히 동일한 각도로 광을 입사하지 못할 경우, 재생 이미지에 노이즈가 발생하게 되어 비정상적인 이미지를 재생하며, 또한 회전 거울을 기계적인 모터의 힘에 의해 구동되기 때문에 저장매체(80)에 기록된 간섭 무늬를 복원하는데 많은 시간이 걸리게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 각각의 위상에 대응하는 기준광의 경로가 세팅된 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical elements : HOE)를 미리 제작한 후, 위상 변조기(phase modulator)에 의해 위상이 변할 때마다 이에 대응하는 기준광을 기 제작된 HOE의경로를 통해 제공하여 각 다중화를 가능하게 하도록 하는 HOE를 이용한 각 다중화 장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 HOE를 이용한 각 다중화 장치는 레이저광을 발생하는 레이저; 레이저광을 기준광(reference beam)과 신호광(signal beam)으로 분리시키는 광 분리기; 신호광의 흐름을 스위칭(switching)하는 셔터; 셔터의 스위칭 흐름 제어에 따라 신호광을 페이지 단위로 변환하는 공간 광 변조기(SLM); 기준광의 위상을 변조하는 위상 변조기; 위상 변조기에 의해 변조되는 각각의 위상에 대응하는 기준광이 흐를 수 있도록 그 경로를 미리 제작한 후, 위상 변조기에 의해 위상이 변할 때마다 제작된 경로를 통해 기준광을 패스(pass)시키는 홀로그래픽 광학 소자(HOE); 위상 변조기에 의해 위상 변조되는 기준광에 따라 SLM에 의해 변환된 신호광을 간섭 무늬로 중첩 기록하는 저장매체; 셔터의 스위칭 차단 제어에 따라 신호광의 흐름을 차단시킨 후, 위상 변조기의 재생 각도에 따라 기준광을 저장매체에 입사시켜 원래의 데이터로 복원하는 전하 결합 소자(CCD)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 회전 거울을 이용한 다중화 장치에 대한 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 홀로그래픽 광학 소자를 이용한 각 다중화 장치에 대한 도면이며,

도 3은 본 발명에 따른 위상 변조기를 이용하여 홀로그래픽 광학 소자를 제작하는 과정에 대하여 도시한 도면이며,

도 4는 도 2에 도시된 홀로그래픽 광학 소자의 제작 과정에 대하여 도시한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 레이저(laser) 20 : 광 분리기(beam splitter)

30 : 셔터(shutter) 40 : 공간 광 변조기(spatial light modulator)

50-1, 50-2, 50-3, 50-4 : 렌즈

60 : 위상 변조기 70 : 홀로그래픽 광학 소자(HOE)

80 : 저장매체 90 : 전하 결합 소자(CCD)

S1 : 개인용 컴퓨터(PC) S2 : 고정 거울

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 홀로그래픽 광학 소자(holographic optical elements : HOE)를 이용한 각 다중화 장치에 대한 블록 구성도로서, 레이저(10)와, 광 분리기(20)와, 셔터(30)와, 공간 광 변조기(spatial light modulator : SLM)(40)와, 렌즈(50-1, 50-2, 50-3, 50-4)와, 위상 변조기(60)와, HOE(70)와, 저장매체(80)와, 전하 결합 소자(charge coupled device : CCD)(90)를 포함한다.

레이저(10)는 레이저광을 발생하여 광 분리기(20)에 제공한다.

광 분리기(20)는 레이저(10)에 상응하는 위치에 설치되어 레이저(10)로부터 발생된 레이저광을 기준광(reference beam)과 신호광(signal beam)으로 분리시킨 후, 분리된 기준광을 고정거울(S2)의 반사 기능을 이용하여 위상 변조기(60)에 제공하며, 분리된 신호광을 셔터(30)에 제공한다.

셔터(30)는 개인용 컴퓨터(personal computer : PC)(S1)의 기록 및 재생 제어에 따라 신호광의 흐름을 스위칭(switching)하는 중에, 먼저 신호광의 기록 제어에 따라 스위칭을 온(on) 동작시켜 신호광을 고정거울(S2)의 반사 기능을 이용하여 SLM(40)에 제공하며, 신호광의 재생 제어에 따라 스위칭을 오프(off) 동작시켜 신호광의 흐름을 차단한다.

SLM(40)은 고정 거울(S2)에 의해 반사된 신호광이 흐르는 광로 상에 위치하며, PC(S1)의 제어에 따라 페이지 단위로 구성되는 다수 픽셀의 2진 데이터로 변조시킨 페이지 단위의 신호광을 렌즈(50-1)를 통해 기록 및 저장이 용이한 특성을 갖도록 집속시켜 저장매체(80)에 입사시킨다.

위상 변조기(60)는 광 분리기(20)에 의해 분리되고 이어서 고정거울(S2)에 의해 반사된 기준광의 위상을 세팅된 각도만큼 변조하도록 제어한다. 여기서, 위상 변조기(60)는 PC(S1)에 의해 위상 각도를 세팅하고 있다가 PC(S1)의 제어에 따라 기준광의 변조 동작을 수행한다.

HOE(70)는 위상 변조기(60)에 세팅된 각각의 위상에 대응하는 기준광이 흐를 수 있도록 그 경로를 미리 제작한 후, 위상 변조기(phase modulator)에 의해 위상이 변할 때마다 이에 대응하는 기준광을 기 제작된 경로를 통해 렌즈(50-2)에 인가하도록 한다.

렌즈(50-2, 50-3)는 HOE(70)의 경로를 통해 인가되는 기준광을 브래그 각(bragg angle)으로 편향시켜 저장매체(80)로 입사시킨다.

저장매체(80)는 위상 변조기(60)에 의해 변경되는 기준광에 따라 SLM(40)에 의해 데이터를 실은 신호광을 굴절률 분포로 형성되는 간섭 무늬로 기록한다.

CCD(90)는 저장매체(80)에 기준광이 입사될 때 발생되는 간섭 무늬의 광로 상에 위치하며 저장매체(80)에 기록된 간섭 무늬를 렌즈(50-4)를 통해 복원할 때, 이를 원래의 전기신호로 변환하여 사용자가 볼 수 있도록 출력한다.

도 3의 흐름도를 참조하여, 상술한 구성을 바탕으로 본 발명에 따른 HOE를 이용한 각 다중화 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2를 비교하면, HOE(70)를 도 1에 도시된 회전거울(55)을 대신하여 위상 변조기(60)와 함께 장치에 장착하여 각 다중화가 가능하게 하는 것이다.

즉, 위상 변조기(60)의 기준광 변조 동작을 수행하기 위해 PC(S1)에 위상 각도를 미리 세팅시키며, 또한 HOE(70)는 위상 변조기(60)에 세팅된 각각의 위상에 대응하는 기준광이 흐를 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같은 경로를 미리 제작, 즉 위상(phase)1에 기준광1이 패스되도록 제작하고, 위상2에 기준광2가 패스되도록 제작하며, 위상3에 기준광3이 패스되도록 제작하여 둔다. 여기서, HOE는 홀로그래피의 응용분야 중에서 최근에 많은 관심과 연구개발이 진행되고 있는 분야로써 현재 많은 재래식 광학소자가 홀로그래픽 광학소자로 대치되는 것으로, 홀로그램을 광학소자로 사용할 경우 부르는 일반적인 명칭으로 홀로그램에 기록된 파형을 재생시키거나 변형시켜서 원하는 파형을 얻고자 제작된 광학소자이다.

상술한 바와 같이 제작된 상태에서, 레이저(10)에서 레이저광을 발생하여 광 분리기(20)로 제공한다(단계 300). 그러면, 광 분리기(20)는 레이저(10)로부터 발생된 레이저광을 기준광(reference beam)과 신호광(signal beam)으로 분리시킨다(단계 301).

광 분리기(20)는 분리된 신호광을 셔터(30)에 제공하고(단계 302), 나머지 기준광을 고정거울(S2)의 반사 기능을 이용하여 위상 변조기(60)에 제공한다(단계 303).

셔터(30)는 PC(S1)로부터의 제어가 기록 명령인지, 아니면, 재생 명령인지를 체크한다(단계 304).

상기 체크 단계(304)에서 PC(S1)로부터의 제어가 기록 명령일 경우, 스위칭을 온(on) 동작시켜 광 분리기(20)로부터 제공되는 신호광을 고정거울(S2)의 반사 기능을 이용하여 SLM(40)에 제공한다(단계 305).

SLM(40)은 PC(S1)의 제어에 따라 페이지 단위로 구성되는 다수 픽셀의 2진 데이터로 변조시킨 페이지 단위의 신호광을 렌즈(50-1)를 통해 기록 및 저장이 용이한 특성을 갖도록 집속시켜 저장매체(80)에 입사시킨다(단계 306).

이때, 위상 변조기(60)는 광 분리기(20)에 의해 분리되고 이어서 고정거울(S2)에 의해 반사된 기준광의 위상을 세팅된 각도만큼 변조하도록 제어하면, 위상이 변할 때마다 이에 대응하는 기준광을 기 제작된 HOE(70)의 경로를 통해 렌즈(50-2)에 인가하는 것이다(단계 307).

렌즈(50-2, 50-3)는 HOE(70)의 경로를 통해 인가되는 기준광을 브래그 각(bragg angle)으로 편향시켜 저장매체(80)로 입사시킨다(단계 308).

위상 변조기(60)에 의해 위상이 변경되는 기준광에 따라 SLM(40)에 의해 데이터를 실은 페이지 단위의 신호광을 굴절률 분포로 형성되는 간섭 무늬로 저장 매체(80) 내부에 중첩 기록하게 된다(단계 309).

반면에, 상기 체크 단계(304)에서 PC(S1)로부터의 제어가 재생 명령일 경우, 셔터(30)의 스위칭 동작을 오프(off)시켜 광 분리기(20)로부터 제공되는 신호광의 흐름을 차단시킨 후, 위상 변조기(60)에 재생을 위한 각도, 즉 기록 시와 동일한 각도로 기준광이 제작된 HOE(70)의 경로를 통해 렌즈(50-2)에 인가하도록 한다(단계 310).

그러면, 렌즈(50-2, 50-3)는 HOE(70)의 경로를 통해 인가되는 기준광을 브래그 각(bragg angle)으로 편향시켜 저장매체(80)에 입사하게 된다. 즉, 기준광을 저장매체(80)에 입사시키면, 간섭 무늬는 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀의 명암으로 구성되는 바둑판 무늬로 복원된 후, 읽어진 상을 렌즈(50-4)를 통해 CCD(90) 위에 비추어 원래의 데이터로 복원하는 것이다(단계 311).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 각각의 위상에 대응하는 기준광의 경로가 세팅된 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 미리 제작한 후, 위상 변조기(phase modulator)에 의해 위상이 변할 때마다 이에 대응하는 기준광을 기 제작된 HOE의 경로를 통해 제공하여 각 다중화를 가능하게 함으로써, 종래 회전 거울에 연동된 모터의 노후화 및 기계적인 오동작으로 인하여 완전히 동일한 각도로 광을 입사하지 못하게 되어 비정상적인 이미지를 재생하게 되는 문제점을 해결할 수 있으며, 또한, 기계적인 모터의 힘에 의해 구동되는 회전 거울이 아니라 전기적으로 구동되는 위상 변조기를 사용함에 따라 저장매체에 기록된 간섭 무늬를 복원하는데 빠른 시간이 걸려 원하는 데이터를 빠르게 읽어 들일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 각 다중화 장치에 있어서,

   레이저광을 발생하는 레이저;

   상기 레이저광을 기준광(reference beam)과 신호광(signal beam)으로 분리시키는 광 분리기;

   상기 신호광의 흐름을 스위칭(switching)하는 셔터;

   상기 셔터의 스위칭 흐름 제어에 따라 상기 신호광을 페이지 단위로 변환하는 공간 광 변조기(SLM);

   상기 기준광의 위상을 변조하는 위상 변조기;

   상기 위상 변조기에 의해 변조되는 각각의 위상에 대응하는 기준광이 흐를 수 있도록 그 경로를 미리 제작한 후, 상기 위상 변조기에 의해 위상이 변할 때마다 상기 제작된 경로를 통해 기준광을 패스(pass)시키는 홀로그래픽 광학 소자(HOE);

   상기 위상 변조기에 의해 위상 변조되는 기준광에 따라 상기 SLM에 의해 변환된 신호광을 간섭 무늬로 중첩 기록하는 저장매체;

   상기 셔터의 스위칭 차단 제어에 따라 상기 신호광의 흐름을 차단시킨 후, 상기 위상 변조기의 재생 각도에 따라 상기 기준광을 저장매체에 입사시켜 원래의 데이터로 복원하는 전하 결합 소자(CCD)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HOE를 이용한 각 다중화 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상 변조기는 개인용 컴퓨터에 연동되어 있으며, 상기 기준광의 위상 변조를 수행하기 위해 상기 개인용 컴퓨터에 변조되는 위상 각도를 기 세팅시킨 것을 특징으로 하는 HOE를 이용한 각 다중화 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 재생 각도는,

   상기 위상 변조기에 의해 위상 변조되는 기준광에 따라 상기 SLM에 의해 변환된 신호광을 간섭 무늬로 중첩 기록할 때, 상기 기록 시의 위상 변조와 동일한 각도인 것을 특징으로 하는 HOE를 이용한 각 다중화 장치.