KR101187057B1 - 간섭형 전기광학센서 및 그 측정 시스템 - Google Patents

간섭형 전기광학센서 및 그 측정 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서의 결정층에 반사 또는 무반사 코팅 막을 입히지 않으면서 편광기 쌍과 위상지연기의 구성없이도 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환할 수 있는 간섭형 전기광학센서 및 그 측정 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 특히, 레이저광(110)이 통과하는 광학부재(120); 및 레이저광과 직각을 이루며 광학부재(120)의 종단과 결합하는 복수의 결정층(131, 133, 140);을 포함하며, 레이저광(110)이 복수의 결정층(131, 133, 140)에 의해 반사되어 간섭패턴을 이루고, 간섭패턴의 변화 곡률을 이용하여 레이저광의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서가 개시된다.

Description

간섭형 전기광학센서 및 그 측정 시스템{Interference type electro-optic sensor and measuring system thereof}
본 발명은 간섭형 전기광학센서 및 그 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 코팅 및 편광기를 사용하지 않고 다층박막의 전기광학 결정들을 적층하여 전기광학센서의 효율을 개선하기 위한 간섭형 전기광학센서 및 그 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전기광학센서는 이동성이 뛰어나야 하기 때문에 광섬유 결합형으로 제작되고, 광섬유 결합형은 전기광학 현상을 가진 광 결정을 광섬유와 이를 감싸고 있는 지지대에 접착시켜 만들어진다.
이러한 전기광학센서의 센서감도를 최적화시키도록 반사광을 광섬유로 효율적으로 재집속시키는 기술이 매우 중요하며 종래에 여러가지 방법이 제안되어 왔다. 일예로, 반사광을 얻기 위해서 센서로 사용되는 전기광학 결정의 최종면에 다층 박막의 유전체 반사 코팅 막을 증착하거나 결정의 양면에 대칭형 코팅으로 공진기 구조를 구성하는 방법이 통상 사용되어 왔다. 이러한 방법은 결정 매질을 통하는 비교적 완전한 왕복 경로를 구현하여 효율적인 위상변조를 얻을 수 있으나 광섬유로 재집속하는 반사광 성분이 하나뿐이어서 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하기 위한 위상지연기와 편광기들이 추가로 필요하게 된다. 이는 센서 제작시 고가의 코팅 과정을 최소 1회 이상 요구하고, 위상지연기와 편광기를 추가로 구성하여야 하므로 제작 비용과 시간상에서 큰 문제점이 있어 왔다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 코팅 및 위상지연기를 필요치 않는 광학센서의 개발이 요구되고 있었다. 도 1은 간섭형 단층 전기광학센서의 구성도를 도시한 것이고, 도 2는 간섭형 단층 전기광학센서의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 도면을 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 센서의 결정층에 코팅 막을 사용하지 않으면 센서 결정의 양면에서 야기되는 반사광이 생기고 고유의 간섭패턴을 만들어 내게 된다. 다만, 단일의 센서결정을 사용하면 단일 결정면에 의한 반사 간섭패턴을 활용하여 전기광학센서가 필요로 하는 진폭변조 성분을 얻을 수 있으나 효율이 높지 않은 문제점이 있어 왔다.
따라서 본 발명이 속하는 기술 분야에서는 센서의 결정층에 코팅 절차를 거치지 않고, 또한, 편광기 쌍과 위상지연기를 필요로 하지 않고도 광신호 검출에 필요한 반사광을 효율적으로 재집속시킬 수 있는 간섭형 전기광학센서 및 그 측정 시스템의 개발이 요구되고 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 센서의 결정층에 반사 또는 무반사 코팅 막을 입히지 않는 간섭형 전기광학센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 편광기 쌍과 위상지연기를 필요로 하지 않고도 광신호 검출에 필요한 반사광을 효율적으로 재집속시킬 수 있는 간섭형 전기광학센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 센서결정의 간섭패턴을 활용하여 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환시킬 수 있는 간섭형 전기광학센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명은 간섭형 전기광학센서의 전계감도 측정을 위한 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 본 발명의 목적은, 레이저광(110)이 통과하는 광학부재(120); 및 레이저광과 직각을 이루며 광학부재(120)의 종단과 결합하는 복수의 결정층(131, 133, 140);을 포함하며, 레이저광(110)이 복수의 결정층(131, 133, 140)에 의해 반사되어 간섭패턴을 이루고, 간섭패턴의 변화 곡률을 이용하여 레이저광(110)의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 광학부재(120)는 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 광섬유는, 레이저광(110)이 통과하는 내심(121); 내심(121)의 둘레방향으로 결합하는 외심(123); 및 외심(123)의 둘레방향으로 결합하고, 내심(121)과 외심(123)을 지지하는 지지대(125);를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 복수의 결정층(131, 133, 140)은, 광섬유의 종단과 결합하는 제1결정층(131); 제1결정층(131)의 종단과 결합하는 결합층(140); 및 제1결정층(131)과 대응하는 위치에 결합층(140)의 종단과 결합하는 제2결정층(133);으로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 제1결정층(131) 및 제2결정층(133)은 리튬 탄탈레이트, 갈륨 아시나이드, 및 리튬 나이오베이트 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 결합층(140)은 광학 시멘트를 이용하여 제1결정층(131)과 제2결정층(133)을 결합하는 것이 바람직하다.
또한, 결합층(140)의 매질은 제1결정층(131)과 제2결정층(133)의 매질보다 상대적으로 소한 매질인 것이 바람직하다.
또한, 레이저광(110)의 조사에 의한 복수의 결정층(131, 133, 140)에서 반사되는 반사광의 위상이 서로 동위상이 될 수 있도록 반사광을 집속하는 것이 바람직하다.
또한, 레이저광(110)의 조사에 의한 반사광의 위상관계는 결정층(130) 또는 레이저광(110)의 파장을 조절하여 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 제1결정층(131)의 경계면에서 각각 야기되는 반사광의 위상차 및 제2결정층(133)의 경계면에서 야기되는 반사광의 위상차는 다음의 [수학식]에 기초하는 것이 바람직하다.
[수학식]
Figure 112010037481929-pat00001
(δ1:위상, n:굴절률, h1:리튬 탄탈레이트 두께, λ:파장)
또한, 결합층(140)에 의해 야기되는 반사광의 위상차는 다음의 [수학식]에 기초하는 것이 바람직하다.
[수학식]
Figure 112010037481929-pat00002
(δ2:위상, n:굴절률, h2:결합층의 두께, λ:파장)
그리고 복수의 결정층(131, 133, 140) 주위에 레이저광(110)의 조사에 의한 복수의 결정층(131, 133, 140)에서 반사되는 반사광의 위상을 변화시키는 전계를 측정하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은, 레이저광(110)이 통과하는 광학부재(120); 레이저광과 직각을 이루며 광학부재의 종단과 결합하는 복수의 결정층(131, 133, 140);을 포함하는 간섭형 전기광학센서(210); 기준 클럭을 공급하는 RF소스부(220); RF소스부(220)의 출력신호를 증폭하는 증폭부(230); 증폭부(230)의 출력신호를 전송하기 위한 도파관(240); 도파관(240)의 출력신호의 세기를 측정하는 파워미터(250); 간섭형 전기광학센서(210)를 포함하고, 도파관(240)의 전자기파를 측정하는 전기광학프루브(260); 전기광학프루브(220)에 레이저광을 공급하는 레이저(270); 및 전기광학프루브(260)의 출력신호로부터 진폭변조성분을 검출하는 검출수단(280);을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서 측정 시스템을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 검출수단(280)의 출력신호 중 특정신호의 세기를 검출하기 위한 위상잠금검출수단(290)을 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
그리고 위삼잠금검출수단(290)과 레이저(270)를 제어하는 제어수단(300)을 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리서, 광학부재(120)의 내심(121)으로 레이저광(110)이 입사되는 단계(S110); 복수의 결정층(131, 133, 140)에 레이저광(110)이 입사되는 단계(S120); 복수의 결정층(131, 133, 140)의 종단면에서 레이저광(110)이 반사되어 반사광을 획득하는 단계(S130); 레이저광(110)의 반사광이 간섭패턴을 이루고, 간섭패턴의 변화 곡률을 이용하여 반사광의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 단계(S140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 간섭형 전기광학센서 및 그 측정 시스템에 의하면, 센서의 결정층에 반사 또는 무반사 코팅 막을 입히지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 편광기 쌍과 위상지연기를 필요로 하지 않고도 광신호 검출에 필요한 반사광을 효율적으로 재집속시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 센서결정의 간섭패턴을 활용하여 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명은, 간섭형 전기광학센서의 전계감도 측정을 위한 시스템을 제공하는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 간섭형 단층 전기광학센서의 구성도,
도 2는 간섭형 단층 전기광학센서의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수층 전기광학센서의 구성도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수층 전기광학센서의 간섭패턴과 감도 도면,
도 5는 간섭형 단층 전기광학센서의 간섭패턴과 감도 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복수층 전기광학센서의 전계감도 측정 시스템의 구성도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 도파관내의 전계의 세기 및 도파관내의 측정된 복수층 전기광학센서의 전계감도 도면,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭형 전기광학센서의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
<간섭형 전기광학센서의 구성>
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복수층 전기광학센서의 구성도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 간섭형 전기광학센서는 대략 광학부재(120), 복수의 결정층(131, 133, 140)으로 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 광학부재(120)는 후술할 결정층(130)과 결합하며, 광섬유를 사용하는 것이 바람직하며, 광섬유는 레이저광이 통과할 수 있는 내심(121), 내심(121)의 둘레방향으로 결합하는 외심(123), 및 외심의 둘레방향으로 결합하고 내심(121)과 외심(123)을 지지하는 지지대(125)로 구성할 수 있다. 광섬유의 내심으로 레이저광(110)이 조사되어 복수의 결정층 각각의 종단면에서 레이저광(110)의 광원이 반사되어 반사광을 형성하며, 이러한 반사광은 간섭패턴을 이루고 다시 광섬유로 재집속할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 복수의 결정층(131, 133, 140)은 광섬유의 종단과 결합하는 제1결정층(131), 제1결정층(131)의 종단과 결합하는 결합층(140), 및 제1결정층(131)과 대응하는 위치에 결합층(140)의 종단과 결합하는 제2결정층(133)으로 구성할 수 있다. 결정층(131, 133)은 주로 리튬 탄탈레이트(LiTaO3), 리튬 나이오베이트(LiNO3), 및 갈륨 아시나이드(GaAs) 중 어느 하나로 구성할 수 있다. 또한, 제1결정층(131)과 제2결정층(133)은 동일한 족 원소로 구성할 수도 있고, 또는 다른 족 원소로 구성할 수도 있다. 본 발명의 일실시예에서는 리튬 탄탈레이트를 이용하여 각 결정층을 구성하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수층 전기광학센서의 간섭패턴과 감도 도면이고, 도 5는 간섭형 단층 전기광학센서의 간섭패턴과 감도 도면이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전기광학센서에 있어서 결정층이 단층보다는 복수의 층으로 구성하는 것이 반사율이 높아지고 반사광의 세기가 커지며, 따라서, 전기광학센서의 효율이 높아질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 결합층(140)은 제1결정층(131)과 제2결정층(133)을 결합하며, 주로 광학 시멘트를 사용하여 제1결정층(131)과 제2결정층(133)을 결합할 수 있다. 또한, 결합층(140)의 매질은 제1결정층(131)과 제2결정층(133)의 매질보다 상대적으로 소한 매질인 것이 바람직하다. 이는 결합층(140)의 매질이 제1결정층(131)과 제2결정층(133)의 매질과 같은 경우, 즉 굴절률이 같은 경우에는 레이저광(110)의 조사에 의한 각 결정층에서의 광반사가 일어나지 않아서 본 발명의 목적을 달성할 수 없다. 또한, 결합층(140)의 굴절률이 제1결정층(131)과 제2결정층(133)의 굴절률보다 높은 경우에는 광반사의 효과가 작아서 본 발명의 전기광학센서의 효율이 좋지 못하는 문제점이 있다.
<간섭형 전기광학센서의 동작>
도 1은 간섭형 단층 전기광학센서의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 복수층 전기광학센서의 간섭패턴과 감도 도면이고, 도 5는 간섭형 단층 전기광학센서의 간섭패턴과 감도 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 단층 전기광학센서에서는 광섬유의 내심(121)을 통해서 입사하는 레이저광(110)의 광성분이 광섬유-광결정 불연속면에서 r1(광필드 컴포넌트의 반사율)만큼 반사하게 되고, 이 경계를 통과한 성분 t1(전계전송계수)은 다시 광결정-공기 경계에서 r2 만큼 반사하여 광섬유의 내심에서 결합하게 된다. 이 두 성분의 합 r1 + t1 2r1r2이 내심에서 재집속하며, 두 성분에는 아래의 [수학식 1] 만큼의 위상차가 존재한다. 이 위상차에 따라서 반사파 성분의 진폭이 크게 제어될 수 있다.
Figure 112010037481929-pat00003
(δ:위상, n:굴절률, h:리튬 탄탈레이트의 두께, λ:파장)
도 2는 간섭형 단층 전기광학센서의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저광의 파장 변화에 따른 한 주기 동안의 간섭패턴이 도시되어 있고, 이런 간섭패턴은 편광기-진폭변조의 변환 곡선과 동일한 역할을 한다. 따라서 변환곡선의 구배가 전계에 비례한다. 레이저의 파장은 온도 제어로 쉽게 튜닝이 가능하다.
전술한 단일 결정면에 의한 반사 간섭패턴을 활용하면 전기광학센서가 필요로 하는 진폭변조 성분을 얻을 수 있으나 효율이 높지 않다. 따라서 간섭패턴의 효율을 높이기 위해서 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 전기광학 결정층을 한층 더 추가하여 전체 3층의 적층구조를 형성하게 되면 효율을 높일 수 있다. 이하 3층의 적층구조를 가진 전기광학센서의 동작에 대하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 레이저광(110)은 광섬유의 내심(121)을 통과하여 결정층(131, 133, 140)에 입사된다. 이때 결정층(131, 133, 140) 각각의 층에서 레이저광(110)이 반사되어 반사광을 형성하고, 이러한 반사광은 간섭패턴을 만들어 낸다. 따라서, 전술한 단층 전기광학센서와 동일한 원리에 의하여 반사광의 위상은 아래와 같은 수식에 의하여 결정된다. 제1결정층(131)과 제2결정층(133)의 매질이 동일하고, 따라서 굴절률 또한 동일하여 아래 [수학식 2]에 의하여 반사광의 위상이 결정된다.
Figure 112010037481929-pat00004
(δ1:위상, n:굴절률, h1: LiTaO3의 두께, λ:파장)
그리고 결합층(140)은 광학 시멘트를 사용하는 것으로서, 제1결정층(131)과 제2결정층(133)의 굴절률보다 낮아야하고, 아래 [수학식 3]에 의하여 반사광의 위상이 결정된다.
Figure 112010037481929-pat00005
(δ2:위상, n:굴절률, h2: 결합층의 두께, λ:파장)
복수의 결정층(131, 133, 140)에 의한 투과 광선의 전계는 아래 [수학식 4]에 의하여 결정된다.
Figure 112010037481929-pat00006
여기서,
Figure 112010037481929-pat00007
,
Figure 112010037481929-pat00008
,
Figure 112010037481929-pat00009
,
Figure 112010037481929-pat00010
,
일차항, 이차항, 삼차항은 각각의 피드백 항이고, δk 는 각 층(k=1,2,3)에서의 위상, rk 는 광필드 컴포넌트의 반사율, tk 는 전계전송계수이다.
필드 성분인 T의 제곱이 투과광의 세기가 되므로 센서에서 반사되는 성분은 Ir = 1 - |T|2 이다. 전기광학센서의 감도는 결정의 굴절율의 미소변화량에 비례하므로
Figure 112010037481929-pat00011
로 표현된다. 일예로서, 각층의 두께가 0.05㎜, 0.01㎜, 0.05㎜인 리튬 탄탈레이트 결정의 정규화된 반사 간섭패턴과 감도 특성이 도 4에 도시되어 있고, 도 5에서는 0.1㎜ 단일 결정층으로 얻어진 간섭패턴과 이에 따른 센서의 감도 특성이 도시되어 있다. 도 4, 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전기광학센서의 제1결정층(131)과 제2결정층(133)의 두께가 두꺼울수록 점선곡선(반사율)의 주기가 짧아지며, 또한, 결합층(140)의 두께가 얇을수록 주기가 넓게 형성된다. 이와 같이 주기가 짧아지는 경우, 곡선의 기울기 변화가 더 심해지게 되고, 즉 센서의 효율이 높아지게 되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 가장 반사율의 변화가 심한 곳의 위상에서의 전계의 변화를 미세하게 변화시키는 경우 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 효율을 높일 수 있다. 도 4 및 도 5의 반사의 세기 및 감도의 특성을 비교하면 다층 구조가 같은 두께의 단일 결정구조에 비해 높은 반사광을 가지는 간섭패턴과, 이에 수반한 전기광학적 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 효율이 높아서 전체적으로 전기광학센서의 감도를 개선함을 알 수 있다.
<간섭형 전기광학센서 측정 시스템의 구성 및 동작>
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 복수층 전기광학센서의 전계감도 측정 시스템의 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 도파관내의 전계의 세기 및 도파관내의 측정된 복수층 전기광학센서의 전계감도 도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 복수층 전기광학센서의 전계감도 측정 시스템은 대략 간섭형 전기광학센서(210), 간섭형 전기광학센서(210)를 포함하여 구성하는 전기광학프루브(260), RF소스부(220), 증폭부(230), 도파관(240), 파워미터(250), 전기광학프루브(260)에 레이저광을 공급하는 레이저(270), 및 검출수단(280)으로 구성되며, 이에 더하여, 검출수단(280)의 출력신호 중 특정신호의 세기를 검출하기 위한 위상잠금검출수단(290)과 위상잠금검출수단(290)과 레이저(270)를 제어하는 제어수단(300)을 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다. 이하 복수층 전기광학센서의 전계감도 측정 시스템의 구성을 도 6을 참조하며 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기광학센서(210)의 구성은 광학부재(120)로서 광섬유가 사용되며, 광섬유와 결합하는 센서의 결정은 리튬 탄탈리티, 갈륨 아시나이드, 및 리튬 나이오베이트가 주로 사용된다. 이하 전기광학센서(210)의 설명은 전술한 내용과 동일하므로 전술한 기재내용에 갈음하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기광학프루브(260)는 전기광학센서(210)를 포함하여 구성하고, 전기광학센서(210)의 내심(121)에 레이저광(110)이 조사되도록 구성할 수 있다. 전기광학프루브(260)는 후술할 도파관(240)의 내부에 삽입되어 전자기파의 전계강도를 측정하게 된다. 이때 전기광학프루브(260)는 도파관(240)의 정중앙에 위치하여 전자기파의 전계강도를 측정하는 것이 바람직하다. 또한, 전기광학프루브(260)는 도파관(240)으로부터 측정된 전자기파의 전계강도를 검출수단(280)에 전달하여 전자기파의 세기를 측정하게 된다. 이때 검출수단(280)은 신호의 진폭변조 성분만 검출이 가능하므로 전기광학센서(210)가 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하게 될 필요가 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 RF소스부(220)는 전자기파의 신호의 세기를 측정하기 위한 기준 클럭을 제공하는 것으로서 보통 1Ghz 대역의 기준 클럭을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 증폭부(230)는 RF소스부(220)에서 제공된 기준클럭 신호의 세기를 증폭하는 것으로서, 본 발명의 일실시예에서는 약 30dBm 정도의 크기로 신호를 증폭한다. 이러한 증폭부(230)의 구성은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 용이한바 증폭부(230)의 자세한 구성은 생락하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 도파관(240)은 전자기파를 전달하는 것으로서 증폭부(230)에서 기준 클록 신호가 증폭되고 이 신호를 전달하는 기능을 한다. 이때 전기광학프루브(260)는 상술한 바와 같이 도파관(240)의 정중앙에 위치하여 전자기파의 신호 세기를 정확하게 검출하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 파워미터(250)는 도파관(240)을 통과한 전자기파의 신호의 세기를 검출하는 기능을 한다. 파워미터(250)에서 검출된 신호의 세기와 전기광학프루브(260)에 의하여 검출된 신호의 세기를 검출수단(280)에 의하여 검출하여 서로 비교함으로써 전기광학센서(210)의 감도를 측정하고 교정하게 된다. 이때 파워미터(250) 앞 단에 증폭된 신호의 세기를 줄여줄 수 있는 감쇠기(그림 미도시)를 연결할 수도 있다. 이러한 감쇠기의 구성은 당업자에게 자명한바 이하 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 위상잠금검출수단(lock-in amplifier)(290)은 검출수단(280)에 연결되어 검출수단(280)에서 출력되는 신호 중 원하는 특정신호의 세기를 알려고 하는 경우 이를 이용하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 제어수단(300)은 컴퓨터, 노트북, 서버 컴퓨터 등의 장치로서, 레이저(270) 및 위상잠금검출수단(290)을 제어할 수 있는 기능이 있다.
<간섭형 전기광학센서의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 방법>
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 간섭형 전기광학센서의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
간섭형 전기광학센서의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 방법은 대략, 먼저 광학부재(120)의 내심(121)으로 레이저광(110)이 입사되는 단계(S110)를 수행하게 된다.
다음으로, 복수의 결정층(131, 133, 140)에 레이저광(110)이 입사되는 단계(S120)를 수행하게 된다.
다음으로, 상기 복수의 결정층(131, 133, 140)의 종단면 각각에서 상기 레이저광(110)이 반사되어 반사광을 획득하는 단계(S130)를 수행하게 된다. 이때 반사광은 각각의 층에서 위상이 다르게 되며, 동위상이 되는 경우 반사율이 최대가 될 수 있다.
마지막으로, 상기 레이저광(110)의 반사광이 간섭패턴을 이루고, 상기 간섭패턴의 변화 곡률을 이용하여 상기 반사광의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하는 단계(S140)를 수행하게 된다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
110 : 레이저광 120 : 광학부재
121 : 내심 123 : 외심
125 : 지지대 130 : 결정층
131 : 제1결정층 133 : 제2결정층
140 : 결합층 210 : 간섭형 전기광학센서
220 : RF소스부 230 : 증폭부
240 : 도파관 250 : 파워미터
260 : 전기광학프루브 270 : 레이저
280 : 검출수단 290 : 위상잠금검출수단
300 : 제어수단

Claims (16)

  1. 레이저광(110)이 통과하는 광학부재(120); 및
    상기 레이저광과 직각을 이루며 상기 광학부재(120)의 종단과 결합하는 복수의 결정층(131, 133, 140);을 포함하며,
    상기 레이저광(110)이 상기 복수의 결정층(131, 133, 140)에 의해 반사되어 간섭패턴을 이루고, 상기 간섭패턴의 변화 곡률을 이용하여 상기 레이저광(110)의 위상변조 성분을 진폭변조 성분으로 변환하여 출력하되, 상기 광학부재(120)는 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유는,
    상기 레이저광(110)이 통과하는 내심(121);
    상기 내심(121)의 둘레방향으로 결합하는 외심(123); 및
    상기 외심(123)의 둘레방향으로 결합하고, 상기 내심(121)과 상기 외심(123)을 지지하는 지지대(125)를 포함하며,
    상기 복수의 결정층(131, 133, 140)은,
    상기 광섬유의 종단과 결합하는 제1결정층(131);
    상기 제1결정층(131)의 종단과 결합하는 결합층(140); 및
    상기 제1결정층(131)과 대응하는 위치에 상기 결합층(140)의 종단과 결합하는 제2결정층(133)을 포함하고, 상기 레이저광(110)의 조사에 의한 상기 복수의 결정층(131, 133, 140)에서 반사되는 반사광의 위상이 서로 동위상이 되도록 상기 반사광을 집속하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서.
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  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1결정층(131) 및 상기 제2결정층(133)은 리튬 탄탈레이트, 갈륨 아시나이드, 및 리튬 나이오베이트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합층(140)은 광학 시멘트를 이용하여 상기 제1결정층(131)과 상기 제2결정층(133)을 결합하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합층(140)의 매질은 상기 제1결정층(131)과 상기 제2결정층(133)의 매질보다 상대적으로 소한 매질인 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저광(110)의 조사에 의한 반사광의 위상은 결정층(131, 133, 140) 또는 레이저광(110)의 파장을 조절하여 위상을 변화시키는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1결정층(131)의 경계면에서 야기되는 반사광의 위상차 및 상기 제2결정층(133)의 경계면에서 야기되는 반사광의 위상차는 다음의 [수학식]에 기초하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서.
    [수학식]
    Figure 112012013375017-pat00012

    (δ1:위상, n:굴절률, h1: LiTaO3의 두께, λ:파장)
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합층(140)에 의해 야기되는 반사광의 위상차는 다음의 [수학식]에 기초하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서.
    [수학식]
    Figure 112012013375017-pat00013

    (δ2:위상, n:굴절률, h2: 결합층의 두께, λ:파장)
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 결정층(131, 133, 140) 주위에 상기 레이저광(110)의 조사에 의한 상기 복수의 결정층(131, 133, 140)에서 반사되는 반사광의 위상을 변화시키는 전계를 측정하는 것을 특징으로 하는 간섭형 전기광학센서.
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