KR100462481B1 - Measurement apparatus of focusing angle in focusing waveguide grating coupler - Google Patents
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Abstract
집광 격자 결합기(FWGC: focusing waveguide grating coupler)의 집광각 측정장치를 제공한다. 본 발명의 집광 격자 결합기의 집광각 측정 장치는 가간섭성이 낮은 광대역 광원과 색수차 보정 렌즈를 포함하는 광대역 광학계를 포함한다. 더하여, 상기 광대역 광원에서 방출된 광이 집광 회절 격자에 의해 결상된 결상광과 상기 집광 회절 격자에 의해 회절되어 초점을 결상한 집광광을 검출하는 광검출 장치를 포함한다. 상기 광검출 장치는 상기 결상광과 집광광의 광축 방향의 위치를 검출하기 위한 화상 검출 소자를 포함할 수 있다. 이상과 같은 본 발명의 집광 격자 결합기의 집광각 측정 장치는 광대역 광학계를 이용하여 다중 초점을 형성하고 다중 초점의 위치를 화상 검출 소자로 검출함으로써 집광각을 측정할 수 있다.Provided is a light collecting angle measuring device of a focusing waveguide grating coupler (FWGC). The light collecting angle measuring apparatus of the light collecting grating combiner of the present invention includes a broadband optical system including a broadband light source with low coherence and a chromatic aberration correcting lens. In addition, it includes a light detecting device for detecting the light emitted from the broadband light source to form an image formed by the focusing diffraction grating and the focused light diffracted by the focusing diffraction grating to form a focus. The photodetector may include an image detection element for detecting a position in the optical axis direction of the imaging light and the condensed light. The condensing angle measuring device of the condensing grating combiner of the present invention as described above can measure the condensing angle by forming a multifocal point using a wideband optical system and detecting the position of the multifocal point with an image detection element.
Description
본 발명은 정보 저장 헤드나 위치 센서 등에 사용될 수 있는 집광 격자 결합기(focusing waveguide grating coupler: FWGC)의 집광각 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a focusing angle measuring device of a focusing waveguide grating coupler (FWGC) that can be used for information storage heads, position sensors, and the like.
일반적으로, 집광 격자 결합기는 광저장 장치에서 광을 기록매질에 집속하여 정보를 기록하도록 하는 장치이다. 집광 격자 결합기는 초점 격자를 포함하여 이루어져 있는 회절 광학 소자로서 집광하는 각도를 측정하는 것이 소자 제작 및 헤드에의 응용에 있어서 중요하다.In general, a light collecting lattice combiner is a device for focusing light onto a recording medium to record information in an optical storage device. Condensing grating combiners are diffractive optical elements comprising a focal grating and measuring the condensing angle is important for device fabrication and application to the head.
그러나, 종래에는 집광 격자 결합기의 집광하는 각도를 정확하게 측정하기 위한 기존의 장치가 없어서 정확한 각을 측정하기 어렵다. 따라서, 집광 격자 결합기의 제작 및 응용에 제한이 있다.However, in the related art, there is no existing device for accurately measuring the light collecting angle of the light collecting grating coupler, and thus it is difficult to measure the accurate angle. Therefore, there is a limitation in the fabrication and application of the light collecting grating coupler.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제를 해결하여 신규한 집광 격자 결합기의 집광각 측정 장치를 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem to be achieved by the present invention is to solve the above problems to provide a novel light collecting angle measuring device of a light collecting grating coupler.
도 1은 본 발명에 채용된 집광 격자 결합기를 이용한 정보 저장 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an information storage device using a light collecting grating coupler employed in the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 집광 격자 결합기의 집광각 측정장치를 도시한 구성도이다.2 is a block diagram showing a light collecting angle measuring device of a light collecting grating coupler according to the present invention.
도 3은 도 2의 집광 격자 결합기의 집광각 측정 장치의 원리를 도시한 도면이다.3 is a view illustrating the principle of a light collecting angle measuring device of the light collecting grating coupler of FIG.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 집광 격자 결합기의 집광각 측정 장치는 가간섭성이 낮은 광대역 광원과 색수차 보정 렌즈를 포함하는 광대역 광학계를 포함한다. 더하여, 상기 광대역 광원에서 방출된 광이 집광 회절 격자에 의해 결상된 결상광과 상기 집광 회절 격자에 의해 회절되어 초점을 결상한 집광광을 검출하는 광검출 장치를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the light collecting angle measuring device of the light collecting grating coupler of the present invention includes a broadband optical system including a broadband light source with low coherence and chromatic aberration correcting lens. In addition, it includes a light detecting device for detecting the light emitted from the broadband light source to form an image formed by the focusing diffraction grating and the focused light diffracted by the focusing diffraction grating to form a focus.
상기 광대역 광원은 가시광 영역의 파장이 400~700nm인 광을 채용할 수 있다. 상기 광대역 광원은 가시광 영역의 한가지의 색을 갖는 광을 채용할 수 있다. 상기 광검출 장치는 상기 결상광과 집광광의 광축 방향의 위치를 검출하기 위한 화상 검출 소자를 포함할 수 있다. 상기 집광각이 상기 화상 검출 소자의 광축에 수직한 방향의 위치에 비례한다. 다시 말해, 상기 집광각은 광축방향으로, 상기 결상광의 결상위치와 상기 집광광의 결상위치간의 거리에 비례한다.The broadband light source may employ light having a wavelength in the visible light region of 400 to 700 nm. The broadband light source may employ light having one color in the visible light region. The photodetector may include an image detection element for detecting a position in the optical axis direction of the imaging light and the condensed light. The condensing angle is proportional to the position in the direction perpendicular to the optical axis of the image detection element. In other words, the focusing angle is proportional to the distance between the imaging position of the imaging light and the imaging position of the condensing light in the optical axis direction.
이상과 같이 본 발명의 집광 격자 결합기의 집광각 측정 장치는 광대역 광학계를 이용하여 다중 초점을 형성하고 다중 초점의 위치를 화상 검출 소자로 검출함으로써 집광각을 측정한다. 다시 말해, 본 발명의 집광각 측정 장치는 광대역 광학계를 이용하여 집광 회절 격자의 격자면의 상(image)의 위치를 측정하고, 집광 회절 격자에서 회절되어 집광하는 집광광의 초점 위치를 측정함으로써 집광각을 측정할 수 있다.As described above, the condensing angle measuring device of the condensing grating combiner of the present invention measures the condensing angle by forming a multifocal point using a wideband optical system and detecting the position of the multifocal point with an image detection element. In other words, the condensing angle measuring device of the present invention measures a position of an image of a grating plane of a condensing diffraction grating using a wideband optical system, and measures a focal position of condensing light that is diffracted and condensed on the condensing diffraction grating. The wide angle can be measured.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; However, embodiments of the present invention illustrated below may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
도 1은 본 발명에 채용된 집광 격자 결합기를 이용한 정보 저장 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of an information storage device using a light collecting grating coupler employed in the present invention.
구체적으로, 도 1은 본 발명에 채용된 집광 격자 결합기(FWGC)를 이용한 정보를 저장하는 장치의 개략도로서, 집광 격자 결합기(FWGC)에서 회절되어 나온 집광광(13)이 기록 매질(8)의 한 점에 초점(12)을 이루어 정보를 저장한다. 즉, 집광 격자 결합기의 집광 회절 격자(6)를 통해 기록 매질(8) 상에 비트(9)를 형성한다.Specifically, FIG. 1 is a schematic diagram of a device for storing information using the light collecting grating coupler (FWGC) employed in the present invention, wherein the light collecting light 13 diffracted by the light collecting grating coupler (FWGC) is used for the recording medium 8. Focus 12 at a point and store the information. That is, the bits 9 are formed on the recording medium 8 through the light diffraction grating 6 of the light grating combiner.
도 1의 정보 저장 장치의 구성을 살펴보면, 집광 격자 결합기(FWGC)는 기판(1), 클래드층(2), 도파층(3)으로 이루어져 있는 평판 도파로와, 광을 발산시키는 레이저 다이오드(4)와, 레이저 다이오드(4)에 발산한 발산광(7)을 집광시키는 집광격자(6), 상기 발산광(7)을 신호광(15)으로 분리시키는 회절 격자 광분할기(5)로 이루어져 있다. 상기 신호광(15)은 집적 포토다이오드(10)에 의해 검출된다. 도1에서, 참조번호 16은 산란광을 의미한다.Referring to the configuration of the information storage device of FIG. 1, the light collecting grating coupler FWGC includes a flat waveguide composed of a substrate 1, a cladding layer 2, and a waveguide layer 3, and a laser diode 4 for emitting light. And a condensing grating 6 for condensing the diverging light 7 emitted by the laser diode 4, and a diffraction grating light splitter 5 for separating the diverging light 7 into the signal light 15. The signal light 15 is detected by the integrated photodiode 10. In Fig. 1, reference numeral 16 denotes scattered light.
특히, 집광 격자 결합기에서는 집광 회절 격자(6)에 의해 기록매질(8)에 집광되는 집광각을 정확히 측정해야 집광 격자 결합기의 설계 및 공정의 오차를 알 수 있고, 설계 및 공정에서의 오차를 보정하여 좀 더 정확한 집광 격자 결합기를 제작할 수 있다.In particular, in the light collecting grating combiner, it is necessary to accurately measure the light collecting angle focused on the recording medium 8 by the light diffraction grating 6, so that the error of the design and process of the light collecting grating combiner can be known, and the error in the design and process can be corrected. This allows more accurate condensing grating couplers to be manufactured.
도 2는 본 발명에 의한 집광 격자 결합기의 집광각 측정장치를 도시한 구성도이다.2 is a block diagram showing a light collecting angle measuring device of a light collecting grating coupler according to the present invention.
구체적으로, 본 발명에 의한 집광 격자 결합기(209)의 집광각 측정 장치는 집광 회절 격자(210)의 격자면을 결상하여 기준 위치를 설정하고 동시에 집광 회절 격자(210)에서 나온 집광광(215)의 초점을 결상하여 집광각을 측정하기 위하여 광대역 광원(201:broadband light source)과 색수차를 보정할 수 있는 렌즈들(204, 208)을 포함하는 광대역 광학계와, 집광 회절 격자(210)의 격자면과 집광광(215)의 초점을 결상하여 집광광(215)의 광축 방향의 위치를 검출하기 위한 화상 검출 소자(211, 212)를 포함하는 광검출장치로 구성된다.Specifically, the light collecting angle measuring device of the light collecting grating coupler 209 according to the present invention forms a reference position by forming a grating plane of the light collecting diffraction grating 210 and simultaneously collects the light collecting light 215 from the light diffraction grating 210. A wideband optical system including a broadband light source 201 and lenses 204 and 208 capable of correcting chromatic aberration to form a focal point of an image and measure a focusing angle, and a grating plane of the light diffraction grating 210 And a photodetecting device including image detection elements 211 and 212 for forming a focus of the condensing light 215 and detecting a position in the optical axis direction of the condensing light 215.
상기 광대역 광원(201)은 가간섭성이 매우 낮으므로 집광 회절 격자(210)에 의한 고차 회절광이 발생되지 않는다. 그러므로 광대역 광원(201)을 사용하면 파장 단위의 격자에 대하여 회절효과를 억제할 수 있어서 측정 잡음을 줄일 수 있다. 동시에 이러한 광대역 광학계에 사용되는 렌즈들(204, 208)은 색수차가 보정되어 있으므로 단색광에도 동일하게 사용될 수 있다. 상기 가간섭성이 낮은 광대역 광원(201)은 가시광의 모든 파장의 빛이 균등하게 혼합된 빛으로 색감이 없는 백색광을 사용하거나, 가시광 영역의 한가지의 색의 광을 채용할 수도 있다. 또한, 상기 광대역 광원은 가시광 영역의 파장이 400~700nm인 광을 이용할 수도 있다.Since the broadband light source 201 has very low coherence, high order diffracted light by the light diffraction grating 210 is not generated. Therefore, when the broadband light source 201 is used, the diffraction effect can be suppressed with respect to the grating in the wavelength unit, thereby reducing the measurement noise. At the same time, the lenses 204 and 208 used in such a wideband optical system can be equally used for monochromatic light because chromatic aberration is corrected. The low coherence broadband light source 201 may be light in which all the wavelengths of visible light are equally mixed, and may use white light without color, or light of one color in the visible light region. In addition, the broadband light source may use light having a wavelength in the visible light region of 400 ~ 700nm.
도 2를 참조하여 집광 격자 결합기의 집광각 측정 장치를 보다 상세하게 설명한다. 광대역 광원(201)에서 방출된 광은 광유도기(202), 개구(203, 206), 릴레이 렌즈(204, 집광 렌즈(208) 및 광분할기(207) 등에 의해 집광 회절 격자(210)의 상이 화상 검출 소자(211) 면에 결상되고, 동시에 집광회절격자(210)에 의해 회절되어 초점(213)을 형성한 후 발산되는 집광광(215)이 집광 렌즈(208)에 의해 화상 검출 소자(212) 면에 결상된다. 이때, 집광 회절 격자(210)가 결상광(214)에 의해 결상되는 화상 검출 소자(211)면은 F와 같다. 즉 개구(206)의 상이 집광 렌즈(208)에 의하여 화상 검출 소자(211)면에 형성된다. 집광 회절 격자(210)의 전체 크기는 마이크로 영역이므로 결상광의 초점 크기는 화상 검출 소자(211) 면에 마이크로대의 크기로 나타난다. 도 2에서 a는 집광 렌즈(208)와 집광 회절격자(210)간의 거리를 나타내고, c는 화상 검출 소자(211, 212) 간의 거리를 나타낸다.Referring to Figure 2 will be described in more detail the light collecting angle measuring device of the light collecting grating coupler. The light emitted from the broadband light source 201 is different from the light diffraction grating 210 by the light guide 202, the openings 203 and 206, the relay lens 204, the condenser lens 208, the light splitter 207, and the like. The condensing light 215 formed on the surface of the detecting element 211 and simultaneously diffracted by the condensing diffraction grating 210 to form the focal point 213 is collected by the condensing lens 208 by the image detecting element 212. At this time, the image detection element 211 surface on which the focusing diffraction grating 210 is imaged by the imaging light 214 is the same as F. That is, the image of the opening 206 is imaged by the focusing lens 208. It is formed on the surface of the detection element 211. Since the total size of the condensing diffraction grating 210 is a micro area, the focal size of the imaging light appears on the surface of the image detection element 211 as the size of the micro band. 208 represents the distance between the light diffraction grating 210 and c represents the distance between the image detection elements 211 and 212.
이에 따라, 화상 검출 소자(211)에 의하여 검출되어진 광축상의 위치를 기준으로 하여 이동된 화상 검출 소자(212)에 의하여 검출되어진 집광광(215)의 광축방향의 상대적인 위치를 알 수 있으며, 광축에 수직한 방향의 위치 또한 화상 검출 소자(212)에 의해 검출될 수 있다. 다시 말해, 집광 회절 격자(210) 면을 기준으로 하여 초점(213)의 광축상의 위치와 광축에 수직한 방향의 위치를 모두 검출함으로써 집광각을 알 수 있다.Accordingly, the relative position in the optical axis direction of the condensed light 215 detected by the image detection element 212 moved relative to the position on the optical axis detected by the image detection element 211 can be known. The position in the vertical direction can also be detected by the image detection element 212. In other words, the condensing angle can be known by detecting both the position on the optical axis of the focal point 213 and the position in the direction perpendicular to the optical axis with respect to the surface of the condensing diffraction grating 210.
도 3은 도 2의 집광 격자 결합기의 집광각 측정 장치의 원리를 도시한 도면이다. 도 3에서, 도 2와 동일한 참조번호(부호)는 동일한 것을 나타낸다.3 is a view illustrating the principle of a light collecting angle measuring device of the light collecting grating coupler of FIG. In Fig. 3, the same reference numerals as those in Fig. 2 denote the same numbers.
구체적으로, 결상광(306)은 집광 회절 격자(303)의 상을 렌즈(304)를 통해 화상 검출 소자(302)에 결상하며 이 위치가 기준위치 b가 된다. 이때, b는 도 2의 F와 같다. 집광 회절 격자(303)에 의해 회절되어 형성되는 집광광(307)의 초점(305)은 렌즈(304)를 통해 화상 검출 소자(301)에 결상한다. 이때, 화상 검출 소자(301)에 결상된 집광광(307)은 광축(308) 방향으로 상대적인 위치가 c이며, 광축(308)에 수직한 방향의 위치는 d이다. 그러므로 집광각(θ)은 하기의 수학식 1로 표현된다.Specifically, the imaging light 306 forms an image of the condensing diffraction grating 303 on the image detection element 302 via the lens 304, and this position becomes the reference position b. In this case, b is the same as F of FIG. The focus 305 of the condensed light 307 diffracted by the condensing diffraction grating 303 is formed on the image detection element 301 through the lens 304. At this time, the condensed light 307 formed on the image detection element 301 has a position c relative to the optical axis 308 and a position d perpendicular to the optical axis 308. Therefore, the condensing angle θ is represented by Equation 1 below.
여기서, F는 광학계에 의하여 정의되는 상수다. 상기 수학식 1에 따라 광축(308) 방향의 상대적인 위치 c와 광축(308)에 수직한 방향의 위치 d를 측정하면 집광각을 알 수 있다. 특히, 상기 집광각은 상기 화상 검출 소자(301, 302)의 광축(308)에 수직한 방향의 위치에 비례한다. 다시 말해, 상기 집광각은 광축방향으로, 상기 결상광(306)의 결상위치와 상기 집광광(307)의 결상위치간의 거리에 비례한다.Where F is a constant defined by the optical system. By measuring the relative position c in the direction of the optical axis 308 and the position d in the direction perpendicular to the optical axis 308 according to Equation 1, the condensing angle can be known. In particular, the focusing angle is proportional to the position in the direction perpendicular to the optical axis 308 of the image detection elements 301 and 302. In other words, the focusing angle is proportional to the distance between the imaging position of the imaging light 306 and the imaging position of the condensing light 307 in the optical axis direction.
상술한 바와 같이 본 발명은 집광 격자 결합기의 집광각을 광대역 광학계를 이용하여 정확히 측정함으로써 집광 회절격자의 설계오차 및 공정오차를 측정할 수 있다. 더하여, 집광각의 측정 결과를 피드백하여 보다 정확한 설계 및 공정을 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, a design error and a process error of a light diffraction grating may be measured by accurately measuring a light collecting angle of a light collecting grating coupler using a broadband optical system. In addition, it is possible to feed back the measurement result of the light collection angle to realize a more accurate design and process.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20081202 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |