KR100812083B1 - 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터 및 그의 응용 장치 - Google Patents

반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터 및 그의 응용 장치 Download PDF

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송재원
김현덕
이종훈
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 마이크로 옵틱 간섭계형 광 필터의 구현에 있어서 일정 소멸비 이상의 특성을 안정적으로 제공하는 광필터의 구현 방법 및 이의 응용을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 본 발명에 따른 마이크로 옵틱 간섭계형 필터는, 입력 광섬유를 통해 입사된 빔을 확장 및 시준화하여 렌즈부를 통해 출력하고, 렌즈부를 통해 입력된 빔을 다시 집속하여 출력 광섬유로 출력하는 이중 콜리메이터와; 입력된 빔을 반사할 수 있는 광학적 반사판과; 상기 이중 콜리메이터와 상기 반사판 사이에 위치하며, 일정한 위상 경로차를 유도하기 위해 반복적으로 변화하는 특정한 광학적 패턴을 가진 평판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
마하젠더 간섭계, 마이크로 옵틱, 반사형 필터, 광계측, 광필터

Description

반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터 및 그의 응용 장치{Reflective Micro Optic Interferometric Filter and Its Applications}
도 1는 종래 반사형 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계형 필터의 구조도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 기본 구조도
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 의한 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 구조도
도 4은 본 발명의 일 실시예에 의한 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치의 구조도
도 5은 도 2 내지 도 4에서 평판의 다양한 구조를 도시한 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 이중 콜리메이터
11 : 콜리메이터의 렌즈부
20 : 반사판(Optical Mirror)
30 : 평판
40, 50, 60 : 주기적인 굴절률 분포를 가지는 평판
61 : 기준 물질
62 : 반응 물질
본 발명은 광 필터와 그 응용에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주기적인 통과대역 또는 저지대역을 가지는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 광 필터와 그 필터의 응용에 관한 것이다.
파장분할 다중방식(WDM : Wavelength Division Multiplexing) 광전송 시스템이 활성화 되면서 다양한 형태의 광 필터들이 시스템에 적용되고 있다. 특히 통과대역 또는 저지대역이 주기적인 파장응답 특성을 가지는 광 필터들은 파장분할 다중방식 광전송 시스템과 같이 일정한 간격의 파장이 다른 광신호들을 다중화하여 전송하는 시스템에서 각 채널의 파장 제어, 다중화된 광신호의 품질 감시, 광증폭기 잡음광 누적 제거, 양방향 광전송 시스템에서 반사로 인한 신호 열화 방지 등을 위해 사용되고 있다. 또, 비교적 반복 주기가 긴 광 필터는 파장 가변 필터나 광증폭기의 이득 평탄화 등을 위해 사용되고 있다.
이러한 필터들은 다양한 방법으로 구현이 가능한데 마하젠더(Mach?Zehnder) 간섭계형 필터, 사그낙(Sagnac) 간섭계형 필터, 마이켈슨(Michelson) 간섭계형 필터, 그리고 페브리-페롯(Fabry-Perot) 간섭계형 필터 등이 있다. 그 중 마하젠더 간섭계형 필터는 선형적인 위상특성과 넓은 대역특성으로 고속 파장분할 다중방식 광전송 시스템에 적합한 필터로 널리 알려져 있다.
마하젠더 간섭계형 필터는 여러 가지 방식으로 구현되는데, 반도체 공정을 응용한 집적광학형, 광섬유의 융착 접속 방식에 기반한 광 섬유형, 광섬유형 콜리메이터(Collimator)를 기반으로 한 마이크로 옵틱형 등이 있다.
상기 집적광학형 광 필터는 평면광회로(Planar Lightwave Circuit) 제작 기술을 통해 대량 생산이 가능하지만, 높은 삽입 손실과 편광 의존성으로 인해 상대적으로 광특성이 떨어진다.
광섬유의 융착 접속 방식에 기반한 광섬유형 필터는 삽입손실이 낮고 저가로 구현 가능하지만 간섭계 구성에서 광 경로차를 유도하기 위해 정밀한 광섬유 길이 조절이 필요하며 원하는 파장전달특성 값을 정확히 적용시키기 위해 부가적인 제어 유니트가 요구된다.
한편, 반사형 광소자는 입력단자와 출력단자가 광소자의 같은 면에 위치하는 것을 특징으로 하며, 종래의 투과형 광소자들의 필요 부품 실장에 필요한 공간을 줄일 수 있고, 다양한 응용이 가능한 장점이 있다.
반사형 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계형 필터의 대표적인 예는 U.S. Pat. No. 6,317,265과 U.S. Pat. No. 6,507,438 B1 에 게시되어 있다. 이러한 마이크로 옵틱형 필터는 삽입손실과 편광 의존성이 낮아 광특성이 우수하며, 소형화가 가능하다.
종래의 반사형 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계형 필터의 구성 및 동작을 도 1을 참조하여 설명한다.
입력 광섬유를 통해 입력된 광신호(빔)는 이중 콜리메이터(10)를 통해 확장 및 시준화되어 콜리메이터의 렌즈부(11)를 통해 출력되고, 반사판(20)에 의해 반사되어 다시 이중 콜리메이터(10)에 입력 및 집속되어 출력 광섬유를 통해 출력된다. 이 때 상기 이중 콜리메이터(10)와 반사판(20) 사이에 삽입된 평판(30)의 X축 방향 삽입 깊이에 따라 평판을 통과한 빔과 그렇지 않은 빔 사이에 위상차가 발생하며, 위상이 다른 빔 들이 상기 이중 콜리메이터를 통해 집속되는 과정에서 간섭이 발생한다.
이러한 반사형 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계형 필터의 구조에서는 평판(30)의 삽입 위치에 따라 특성이 변화하므로, 평판의 위치를 정밀하게 조정하여야 하며, 안정적인 특성을 얻기 위해서는 반드시 평판의 위치를 고정할 수 있어야 한다.
다시 말해 이중 콜리메이터(10)와 반사판(20) 기반의 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계형 필터는 우수한 성능과 쉬운 구성으로 다양한 기능성을 가지고 있지만, 부가적인 정렬 조건과 안정도 문제로 널리 상용화되지 않는 문제가 있었다.
따라서 종래 콜리메이터 기반의 마이크로 옵틱 필터에서 정밀한 위치조정 문제를 해소함은 물론이며, 안정도를 향상시킬 수 있는 반사형 필터의 구현을 위한 기술의 개발이 절실하게 요망되었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 이중콜리메이터와 반사판을 사용한 마이크로 옵틱 간섭계형 필터에서 위상경로차를 유도하기 위해 주기적인 굴절률 변화 패턴을 가진 평판을 빔 진행 경로에 삽입함으로써, 정렬에 무관하면서도 일정 소멸비 이상의 특성을 안정적으로 획득할 수 있게 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터를 제공함을 그 목적으로 한다.
또한 이에 대한 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치를 제안하고 상술하고자 한다. 제안된 응용 장치는 광특성이 떨어지는 종래 방식에서의 문제점을 해결하여 저가의 우수한 성능을 손쉽게 구현할 수 있어 새로운 광학 계측 시스템에 적용할 수 있고 현실적으로 상용화가 가능한 방식이다. 또한 단순한 구현 방식의 제안에 그치는 것이 아니라, 여러 응용구조에 폭넓게 적용할 수 있도록 설계적인 측면과 구조적인 측면의 요소들을 고려하여 여러 가지 향상된 특성을 제공한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따르는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터는, 입력 광섬유를 통해 입사된 빔을 확장 및 시준화하여 렌즈부를 통해 출력하고, 렌즈부를 통해 입력된 빔을 다시 집속하여 출력 광섬유로 출력하는 이중 콜리메이터와; 입력된 빔을 반사할 수 있는 광학적 반사판과; 상기 이중 콜리메이터와 상기 반사판 사이에 위치하며, 일정한 위상 경로차를 유도하기 위해 반복적으로 변화하는 특정한 광학적 패턴을 가진 평판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계에 있어서 광 입력 광섬유를 통해 입사된 빔을 확장 및 시준화하여 렌즈부를 통해 출력하고, 렌즈부를 통해 입력된 빔을 다시 집속하여 출력 광 섬유로 출력하는 이중 콜리메이터와; 입력된 빔을 반사할 수 있는 광학적 반사판과; 상기 이중 콜리메이터와 상기 반사판 사이에 위치하며, 일정한 위상 경로차를 유도하기 위해 반복적으로 변화하는 특정한 광학적 패턴을 가진 평판;을 포함하여 구성되고, 상기 평판은, 주기적인 굴절률 분포를 계단 모양의 반복적 형태를 구현한 기준 물질과; 상기 기준 물질의 일 측면에 형성된 계단 모양의 반복적 형태에 결합되고, 검출 대상에 대한 광학적 특성 변화를 유도하는 반응 물질;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 구성을 도 2를 참조하여 설명한다.
이중 콜리메이터(10)는 하나의 렌즈 소자(11)에 두 개의 광섬유를 하나의 축을 기준으로 배치한 것으로 입력된 신호를 확장 및 시준화하여 출력하고 출력된 빔의 일부 혹은 전부를 전달하거나 출력된 빔의 일부 혹은 전부를 반사시켜 동일한 렌즈부를 통해 출력 광섬유로 집속, 결합시켜 전송하는 역할을 한다.
상기 이중 콜리메이터(10)와 반사판(20) 사이에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 평판(40)이 삽입된다.
상기 반사판(20)은 광학 신호의 일부 혹은 전체를 반사하는 기구로 이중 콜리메이터로부터 출력된 광 신호를 반사시켜 특정 방향으로 전달할 수 있는 기구물이다.
또한 상기 반사판(20)은 특정대역만 선택적으로 반사하거나 투과하는 대역특성을 가지는 반사판 일 수 있다.
상기 필터의 동작은 입력광섬유를 통해 입력된 광신호가 이중 콜리메이터(10)을 통해 확장 및 시준화되어 출력되고, 평판(40)을 지나 반사판(20)으로 전달된다. 확장 및 시준화된 빔은 반사판(20)에 의해 진행 방향이 바뀌어 다시 평판(40)을 지나게 되고, 이중 콜리메이터(10)를 통해 출력 광섬유로 집속된다.
상기 평판(40)은 주기적인 스트라이프 패턴에 따라 굴절률이 높은 부분과 굴절률이 낮은 부분이 주기적으로 반복되게 형성된다. 이러한 굴절률의 변화로 인해 굴절률이 높은 부분을 지나는 빔과 굴절률이 낮은 부분을 지나는 빔 사이에 상대적인 위상 차이가 발생하며, 이는 이중 콜리메이터(20)를 통해 광섬유로 집속되는 빔에 간섭 현상을 야기한다. 여기서, 상기 위상 차이는 평판에 유도된 굴절률 변화에 의해 결정된다.
좀 더 설명하면, 스트라이프의 무늬를 따라 형성된 굴절률이 높은 부분을 지나는 빔과 굴절률이 낮은 부분을 지나는 빔이 왕복시 발생하는 위상차가 2π의 정수배이면 이중 콜리메이터(10)에 집속되어 광섬유에 출력되고, 각 경로를 지나는 왕복 빔 사이의 위상차가 π의 홀수 배이면 빔 일부에 상대적 위상이 반전되어 집속된 빔이 고차 모드로 변환 되어 발산되고 광섬유와 결합되지 않는다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계형 필터의 전달 특성은 다음의 수학식 1과 같이 설정된다.
Figure 112006065612752-pat00001
여기서 nH 는 굴절률이 높은 영역의 굴절률 값이고, nL 은 굴절률이 낮은 영역의 굴절률 값이다. d 는 주기적인 스트라이프 패턴에 따라 굴절률이 높은 부분과 굴절률이 낮은 부분이 주기적으로 반복되게 형성된 평판의 두께이다. λ는 파장이다. 전달특성에서 하나의 평판에 대해 왕복진행의 결과로 발생한 위상차이가 투과형 소자에 비해 동일한 평판에 대해 두 배의 위상 경로차를 가진다.
또한 스트라이프의 무늬를 따라 형성된 굴절률이 높은 부분을 지나는 빔과 굴절률이 낮은 부분을 지나는 빔의 에너지 비에 의해 출력빔이 완전히 소멸간섭을 일으키거나 혹은 일부분만 소멸간섭을 일으키게 되며, 이는 최종 출력에서의 간섭 정도를 결정한다. 즉 스트라이프의 무늬를 따라 형성된 굴절률이 높은 부분을 지나는 빔과 굴절률이 낮은 부분을 지나는 빔의 에너지 비에 의해 출력 빔의 일부가 고차모드로 변환하고 그렇지 않은 부분은 기본 모드로 남아 있게 된다.
그리고 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 소멸비는 입출력의 최대 전달률과 최소 전달률 상의 비로 결정되는데, 만약 상기 평판(40)의 스트라이프 패턴의 폭이 빔 크기에 비해 매우 작고 스트라이프의 무늬를 따라 형성된 굴절률이 높은 부분의 폭과 굴절률이 낮은 부분의 폭 사이의 비가 50:50이라면 평판(40)의 빔 경로상의 수직 위치에 거의 상관없이 상기 마이크로 옵틱형 필터는 최대의 소멸비를 가질 수 있다.
또한 상기 평판(40)의 상기 스트라이프의 무늬를 따라 형성된 굴절률이 높은 부분과 굴절률이 낮은 부분의 폭 사이의 비는 원하는 소멸비에 대응되게 조정될 수 있으며, 상기 조정에 의해 상기 평판(40)을 통과하는 빔의 소멸비는 조정자가 원하 는 값을 가지게 된다.
좀더 설명하면, 상기 평판(40)의 제조자는 원하는 소멸비에 따라 60:40 혹은 70:30 등으로 스트라이프의 무늬를 따라 형성된 굴절률이 높은 부분과 굴절률이 낮은 부분의 폭 사이의 비를 조정할 수 있으며, 이 경우 상기 평판(40)을 통과하는 빔의 소멸비는 상기 평판(40)의 정렬에 무관하게 상기 스트라이프 무늬를 따라 형성된 굴절률이 높은 부분과 굴절률이 낮은 부분의 폭 사이의 비에 따라 안정적으로 유지된다.
상기한 바와 같이 상대적인 위상차를 발생시키기 위해 평판에 형성되는 패턴은 여러 가지 형태로 구성될 수 있다.
도 3은 상기한 평판(40)의 일 실시예로 주기적인 스트라이프(stripe) 패턴을 따라 요철을 제작하여 상대적으로 볼록한 부분과 오목한 부분을 지나는 빔 사이에 위상차를 유도할 수 있다. 상기 평판(40)은 동일한 굴절률 값을 가지지만 볼록한 부분과 오목한 부분의 단차로 인해 상대적인 위상차가 발생하게 되고, 상기 위상차의 정도는 이 단차의 정도에 의해 결정된다.
즉, 상기 스트라이프 무늬를 따라 형성된 요철이 빔 진행 수직방향에 위치하여, 입출력 광섬유를 통해 진행하는 빔의 일부에 위상차를 유도할 수 있다.
이러한 요철 모양 구조의 평판 제작 방식은 식각, 양자교환, 몰딩(molding) 등 반도체 공정에서부터 기계적인 방식까지 다양한 제조방식을 이용할 수 있다.
따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터는 콜리메이터형으로 구현되므로 쉽고 안정적으로 제작할 수 있어 향후 다양한 광 응용 소자에 적용 가능하다.
상기한 본 발명은 빔 직경에 비해 작은 크기의 패턴이 반복되는 구조를 이용하여, 위치에 상관없이 빔에 일정한 위상경로차를 유도하는 것이다.
이에 상기한 실시 예에서는 상기 평판의 패턴을 스트라이프 패턴으로 예시하였으나, 빔 직경에 비해 작은 크기의 다각형이 반복되는 구조로 제작될 수도 있다. 여기서, 상기 다각형은 교호적으로 굴절률이 높거나 혹은 굴절률이 낮은 부분으로 제작된다. 또한 상기 굴절률이 높은 다각형과 굴절률이 낮은 다각형의 비는 원하는 소멸비에 따라 조정될 수 있음은 본 발명에 의해 자명하다.
상기 다각형의 패턴이 형성된 다른 평판의 구조를 도 5를 참조하여 설명한다.
상기 도 5의 (a)는 교호적으로 굴절률 값이 낮은 사각형과 굴절률 값이 높은 사각형이 반복되는 패턴이 평판(40)에 존재하는 예를 도시한 것으로, 상기 패턴은 평판(30)을 통과하는 빔에 일정한 위상경로차가 유도되도록 한다.
도 5의 (b)는 교호적으로 굴절률 값이 낮은 마름모꼴과 굴절률 값이 높은 마름모꼴이 반복되는 패턴이 평판(40)에 존재하는 예를 도시한 것으로, 상기 패턴은 평판(30)을 통과하는 빔에 일정한 위상경로차가 유도되도록 한다.
도 5의 (c)는 교호적으로 굴절률 값이 낮은 육각형과 굴절률 값이 높은 육각형이 반복되는 패턴이 평판(40)에 존재하는 예를 도시한 것으로, 상기 패턴은 평판(40)을 통과하는 빔에 일정한 위상경로차가 유도되도록 한다.
도 5의 (d)는 교호적으로 굴절률 값이 높은 삼각형과 굴절률 값이 낮은 삼각 형이 반복되는 패턴이 평판(40)에 존재하는 예를 도시한 것으로, 상기 패턴은 평판(40)을 통과하는 빔에 일정한 위상경로차가 유도되도록 한다.
상기의 기술에서 상기 평판(40)과 반사판(20)이 따로 분리되어 있으나 하나의 기판 상에서 형성될 수 있다.
또 상기의 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기에서 제안된 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용으로서, 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치의 구성 및 동작을 도 4을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계 기반의 계측 장치 즉 검출(sensing) 및 측정 장치의 응용 구조도이다.
이에 도시된 바와 같이, 이중 콜리메이터(10)와 반사판(20) 사이에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 평판(60)이 삽입된다.
주기적으로 반복되는 굴절률 분포를 가지는 평판(60)을 포함하여 구성된 마하젠더 간섭계에 있어서, 상기 평판(60)은, 일 측면에 계단 모양의 반복적 형태로 구현된 기준(host) 물질(61)과; 상기 기준 물질(61)의 일 측면에 형성된 계단 모양의 반복적 형태에 결합되고, 검출 대상에 대한 광학적 특성 변화를 유도하는 반응 물질(sensing material)(62);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 평판(60)은 상기의 콜리메이터에서 출력된 빔 경로에 일정한 위상차를 유도하는 것으로 굴절률이 높은 부분과 굴절률이 낮은 부분이 주기적으로 반복되는 것 혹은 광 경로차의 분포가 상대적으로 긴 위상차를 유도하는 부분과 상대적으로 짧은 위상차를 유도하는 부분이 주기적으로 반복되는 것으로 구성할 수 있다. 상 기의 위상차이는 평판에 유도된 굴절률 및 공간상의 광 경로차 변화에 의해 결정된다.
상기의 평판(60)에 의해 유도된 위상차이는 상기 기준 물질(61)과 상기 반응물질(62)의 광학적 특성 차이에 의해 결정되고, 상대적으로 볼록한 부분과 오목한 부분을 구성하는 상보적 구조에서 두 물질에 의한 공간적인 굴절률 변화를 일으키는 두께 d에 의해 결정된다.
상기 평판(60)은 주기적인 스트라이프 패턴에 따라 굴절률이 높은 부분과 굴절률이 낮은 부분이 주기적으로 반복되게 형성된다.
상기 평판(60)의 일 실시예로 주기적인 스트라이프(stripe) 패턴을 따라 요철 구조를 제작하여 상대적으로 볼록한 부분과 오목한 부분을 지나는 빔 사이에 위상차를 유도할 수 있다.
상기 평판(60)은 상대적 위상차를 발생시키기 위한 것으로, 평판에 형성된 평면 패턴은 여러 가지 주기적, 반복적인 형태로 구성할 수 있다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 기준 물질(61)의 굴절률(nh), 상기 반응 물질(62)의 굴절률(ns), 그리고 상기 기준 물질의 식각 깊이(d)에 따라 상기 평판(60)의 원하는 전달 특성을 구현할 수 있다.
따라서, 입력광섬유를 통해 입력된 광신호가 이중 콜리메이터(10)을 통해 확장 및 시준화 되어 출력되고, 평판(60)을 지나 반사판(20)으로 전달된다. 확장 및 시준화된 빔은 반사판(20)에 의해 진행 방향이 바뀌어 다시 평판(60)을 지나게 되고, 이중 콜리메이터(10)를 통해 출력 광섬유로 집속된다. 이중 콜리메이터 사이 에 삽입된 평판 구조에 의해 유도된 왕복 경로에 의한 위상차가 2π의 정수배이면 특성의 변화 없이 이중 콜리메이터(10)를 통해 출력 광섬유로 집속되어 전달되지만, π의 홀의 정수배이면 확장 시준화되어 진행해 온 기본모드의 광이 고차모드로 변환되게 되고 집속된 빔이 광섬유와 결합하지 못하고 발산하게 된다.
또한 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)의 전달 특성 T를 다음의 수학식 2에서와 같이 설정한다.
Figure 112006065612752-pat00002
여기서 nh는 상기 기준 물질(61)의 굴절률이고, ns는 상기 반응 물질(sensing material)(62)의 굴절률이며, d는 상기 기준 물질(61)의 식각 깊이로 상기의 반응물질과 상기의 기준물질에 의해 형성된 굴절률 차이가 있는 영역의 두께이다. λ는 파장이다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 기준 물질(61)의 식각된 부분과 식각되지 않은 부분의 비율을 조절하여 상기 기준 물질(31)의 굴절률과 상기 반응 물질(62)의 굴절률 차이에 의한 주기 및 동작파장의 위치를 조절 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 반응 물질(61)의 특성을 조정하여 원하는 감도 특성으로 조정할 수 있는 검출 장치를 구성 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 기준 물질(61)과 상기 반응 물질(62)을 구비한 상기 평판(60)을 두 개의 상보적인 구조로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기의 기술에서 기준물질(61)과 반응물질(62)을 포함한 상기 평판(60)과 반사판이 따로 분리되어 있으나 하나의 기판 상에서 형성될 수 있다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 이중 콜리메이터(10)와 반사판(20) 사이에 상기 평판(60)을 빔 진행 경로에 대해 기울어진 방향으로 배열하여 광학적 위상 지연을 일으키는 경로차가 발생되도록 구성할 수 있다.
상기 반응 물질(62)은, 측정 대상 혹은 감지대상의 외부섭동에 의해 광학적 특성이 변화하는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 반응 물질(62)은, 측정 대상 혹은 감지 대상의 외부섭동에 의해 변화하는 광학적 특성 중 광학적 경로차 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 반응 물질(62)은, 측정 대상 혹은 감지대상의 외부섭동에 의해 변화하는 광학적 특성 중 굴절률 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 반응 물질(62)은, 측정 대상 혹은 감지대상의 외부섭동에 의해 변화하는 광학적 특성 중 두께나 면적 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
즉 반응 물질의 광학적 특성이 검출하고자 하는 물리량에 민감하게 바뀌는 성질을 이용하여 특정 물리량을 검출 하는데 이용할 수 있다. 따라서 반응 물질의 광특성에 따라 아래와 같은 다양한 세부적인 계측 응용이 가능하다.
상기 반응 물질(62)은, 온도에 따라 광학적 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 반응 물질(62)은, 특정 파장대의 검출대상 혹은 측정 대상 광 입력 신호에 대해 광학적 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 반응 물질(62)은, 특정 화학 성분의 흡수 유무에 따라 광학적 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 반응 물질(62)은, 외부 습도 변화에 따라 광학적 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 반응 물질(62)은, 외부 압력에 따라 광학적 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
또한 반응 물질을 외부 섭동에 변화가 없는 물질로 선택하거나 특성이 잘 알려진 물질로 선택하게 되면 알려지지 않은 기준물질의 특성을 정확하게 측정 혹은 검출할 수 있다. 이는 기준물질과 반응물질로 구분하여 설명하였는데 이의 지칭하는 바가 서로 교차되는 경우에도 함께 성립한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 반응 물질(62)을 공기와 같이 특성이 매우 안정적이고 고정된 물질을 선택하고 상기 평판(60)을 이용하여 특정 박막 자체의 굴절률 특성을 측정 및 검출하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)을 이용하여 공기와 같은 특성이 매우 안정적인 물질일 때와 다른 매질 자체로 대치 되었을 때의 전달 특성 변화를 측정하여 특정 가스 혹은 특정 가스의 조성비를 측정 및 검출하는 센서로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)을 이용하여 특정 액체에서의 내부 구성 조성비의 변화에 따른 굴절률 특성 변화를 측정하여 내부 농도 변화를 측정 또는 특정 물질의 조성비에 따른 굴절률 변화 측정 및 검출에 사용되는 것을 특징으로 한다.
또 반응 물질 자체가 교체되었을 때, 그 특성 변화를 검출하여 반응 물질의 특성을 검출 할 수 있다.
상기 반응 물질(62)은, 외부 가스의 유무에 따라 굴절률 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)을 이용하여 상기 반응 물질(62)이 공기일 경우와 상기 반응 물질(62)이 물로 바뀌는 경우 전달 특성 변화를 감지하여 침수센서로 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기의 반응 물질(62)과 상기의 기준 물질(61) 모두를 안정적인 물질로 구현함으로써, 고정된 전달 특성 자체를 이용하여 계측에 응용할 수 있다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)을 이용하여 레이저나 광원의 파장 변화를 측정 및 검출 하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)을 이용하여 파장분할다중 전송시스템에서 채널 특성 변화를 측정 및 검출 하는데 사 용되는 것을 특징으로 한다.
또 상기의 반응 물질(62)과 상기의 기준 물질(61) 모두를 안정적인 물질로 구현하여 고정된 전달 특성 자체를 응용하는 개념을 확장하면, 어떤 물리량의 변화를 광학적으로 직접 감지하는 것이 아니라 하나의 물리량을 우리가 쉽게 측정 혹은 감지할 수 있는 다른 물리량으로 변환하여 측정할 수 있다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)을 이용하여 특정 진동에 대한 전달 특성의 시간적 변화를 측정 및 검출하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)을 이용하여 특정 가속도 혹은 관성 특성에 대한 변화량을 측정 및 검출하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는, 상기 평판(60)을 이용하여 상대적 위치 값의 변화를 검출하기 쉬운 물리량으로 변환하여 이를 측정 및 검출하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 종래에는 고려되지 못한 설계적 측면을 도입함으로써 평면적 굴절률 분포를 조정하여 동작 파장, 통과 대역폭 등의 광학적 전달 특성을 폭넓게 조정 가능하고, 반응 물질(62)과 기준 물질(61)의 선택과 광학적 특성, 일 예로 굴절률 값과 두께의 차이 등을 변화시킴으로써 원하는 물질의 원하는 전달 특성을 자유로이 구현 가능하도록 하여 준다. 그리고 반응 물질(62)의 광학적 특성, 일 예로 감도 등을 조정함으로써 원하는 동작 특성의 계측 장치를 구현할 수 있게 한다. 이 는 종래의 다층 박막형 필터에서 고려하는 빔 진행 방향으로의 굴절률 분포를 조정하는 방식이 아니라, 평면적인 방향으로의 굴절률 분포를 조정하는 방식으로서, 일 예로 이러한 설계적 측면은 독립적 혹은 종래의 다층 박막형의 빔 진행 방향으로의 굴절률 분포를 조정하는 방식과 결합하여 차원을 하나 더 증가시켜 설계 가능하므로, 원하는 특성의 조정이 가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명은 일정한 위상경로차를 유도하는 패턴, 즉 스트라이프의 무늬를 따라 형성된 굴절률 분포가 높은 부분과 굴절률 분포가 낮은 부분이 반복적으로 나타나는 평판을 빔 경로에 삽입함으로써, 정렬에 무관하면서도 일정 소멸비 이상 또는 특정 소멸비의 값의 특성을 안정적으로 획득할 수 있게 하는 효과가 있다.
또 반도체 공정 기술 기반으로 평판을 제작할 수 있으므로, 다양한 물질을 기반으로 여러 가지 제작방식을 적용할 수 있으며, 다양한 구조의 평판을 대량으로 생산이 가능하게 하는 효과가 있다.
또 살펴본 바와 같이 본 발명은 종래에는 고려되지 못한 설계적 측면을 도입함으로써 주기, 동작파장, 소멸비, 반응도 등의 광학적 특성을 폭넓게 조정 가능한 마이크로 옵틱 간섭계를 구현할 수 있게 하는 효과가 있다. 이에 따라 본 발명은 우수한 광특성의 마하젠더 간섭계를 원하는 동작 특성을 가지게 구현할 수 있으며, 별도의 평면 공정을 통해 정밀한 제어가 가능함은 물론, 설계가 간단하여 원하는 성능의 광학계를 효과적으로 구현할 수 있다.
본 발명은 정렬에 무관한 마하젠더 간섭계를 구현할 수 있는 효과도 있다.
더불어 본 발명은 원하는 소멸비 특성을 정렬에 무관하게 구현할 수 있는 효과도 있다.
나아가 본 발명은 매우 넓은 동작 파장 영역에서 마하젠더 간섭계를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 원하는 동작 파장의 선택과 정밀한 경로차 제어가 가능한 간섭계를 구현할 수 있는 효과도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

Claims (29)

  1. 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계에 있어서 광섬유로부터 입사하는 빔을 확장 및 시준화 하여 렌즈부를 통해 출력하고, 렌즈부를 통해 출력된 빔을 집속하여 출력광섬유를 통해 출력하는 이중 콜리메이터와;
    상기 이중 콜리메이터로부터 및 시준화하여 출력된 빔을 입력 받아 반사하는 반사판과;
    상기 이중 콜리메이터와 상기 반사판 사이에 위치하며, 일정한 위상 경로차를 유도하기 위해 굴절률 혹은 광 경로차의 분포가 반복적으로 변화하는 패턴을 가진 평판;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 평판은,
    일 측면에 상기 이중 콜리메이터와 반사판 사이를 지나는 빔 경로상에 일정한 위상차를 유도하기 위해 굴절률 혹은 광경로차의 분포를 반복적으로 변화하는 패턴을 구비한 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 패턴은,
    둘 이상의 굴절률이 주기적으로 반복되는 스트라이프 패턴으로 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 패턴은,
    교호적으로 굴절률 변화를 가지는 다각형 패턴인 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 평판의 패턴은,
    상기 평판 일부분의 두께를 변화시켜 형성됨을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 평판의 패턴은,
    반도체 공정을 이용하여 상기 평판 일부분의 두께를 변화시켜 형성됨을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터.
  8. 마이크로 옵틱 마하젠더 간섭계에 있어서 광섬유로부터 입사하는 빔을 확장 및 시준화 하여 출력하고, 반사판으로부터 반사된 신호를 다시 출력 광섬유로 결합 전달하는 이중 콜리메이터와;
    상기 이중 콜리메이터로부터 확장 및 시준화 하여 출력된 빔을 입력 받아 반사하는 반사판과;
    상기 이중 콜리메이터와 상기 반사판 사이에 위치하며, 일정한 위상 경로차를 유도하기 위해 굴절률 혹은 광 경로차의 분포가 반복적으로 변화하는 패턴을 가진 평판;을 포함하여 구성되고,
    상기 평판은, 주기적인 굴절률 분포를 계단 모양의 반복적 형태로 구현한 기준 물질과; 상기 기준 물질의 일 측면에 형성된 계단 모양의 반복적 형태에 결합되고, 검출 대상에 대한 광학적 특성 변화를 유도하는 반응 물질;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 반응 물질은,
    외부 섭동에 의해 굴절률 변화를 일으키는 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 기준 물질의 굴절률, 상기 반응 물질의 굴절률, 그리고 상기 기준 물질의 식각 깊이에 따라 원하는 전달 특성을 구현 가능한 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  11. 삭제
  12. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 기준 물질의 식각된 부분과 식각되지 않은 부분의 비율을 조절하여 상기 기준 물질의 굴절률과 상기 반응 물질의 굴절률에 의한 소멸비를 조절 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  13. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 이중 콜리메이터와 상기 반사판 사이에 상기 평판을 빔 진행 경로에 대해 기울어진 방향으로 배열하여 광학적 위상 지연을 일으키는 경로차가 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  14. 삭제
  15. 청구항 8에 있어서, 상기 반응 물질은,
    온도에 따라 굴절률 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  16. 청구항 8에 있어서, 상기 반응 물질은,
    특정 파장대의 외부 광입력에 따라 굴절률 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  17. 청구항 8에 있어서, 상기 반응 물질은,
    외부 가스의 유무에 따라 굴절률 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  18. 청구항 8에 있어서, 상기 반응 물질은,
    특정 화학 성분의 유무에 따라 굴절률 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  19. 청구항 8에 있어서, 상기 반응 물질은,
    외부 습도 변화에 따라 굴절률 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  20. 청구항 8에 있어서, 상기 반응 물질은,
    외부 압력에 따라 굴절률 특성이 달라지는 물질인 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  21. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 평판을 이용하여 공기와 다른 매질 자체에 의한 전달 특성 변화를 측정하여 매질 자체의 특성을 측정 혹은 검출 하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  22. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 평판을 이용하여 반응 물질이 공기 혹은 특정 기준 물질 일때와 다른 매질 일 때의 전달 특성 변화를 측정하여 특정 가스 또는 액체의 특성을 측정하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  23. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 평판을 이용하여 공기와 다른 매질 자체에 의한 전달 특성 변화를 측정하여 특정 매질의 굴절률을 측정하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  24. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 평판을 이용하여 특정 액체의 조성비 변화에 따른 굴절률 특성 변화를 측정하여 염분 측정 또는 농도 측정 또는 특정 물질의 조성비에 따른 굴절률 변화 측정에 사용되는 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 평판을 이용하여 특정 위치에 대한 특성을 측정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  28. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 평판을 이용하여 특정 진동에 대한 특성을 측정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
  29. 청구항 8에 있어서, 상기 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치는,
    상기 평판을 이용하여 특정 가속도에 대한 특성을 측정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 반사형 마이크로 옵틱 간섭계형 필터의 응용 장치.
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