KR101267879B1 - Visibility Enhanced Interferometer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가시도 향상 간섭계에 관한 것으로, 더 상세하게는 유리와 같이 반사율이 낮거나, 거칠기가 큰 면을 갖는 저반사율 물질에 대해 주입잠금기법을 적용한 것이다. 특히 광분할에 의해 나눠진 빛 중 저반사율물질인 측정면에 반사되어 유입된 광신호를 위상 왜곡없이 증폭하여 기준면과의 광량을 동일 또는 유사하게 함으로써 가시도를 향상시킨 간섭계에 관한 것이다. The present invention relates to a visibility-enhancing interferometer, and more particularly, the injection locking method is applied to a low reflectance material having a low reflectivity or a large roughness surface such as glass. In particular, the present invention relates to an interferometer that improves visibility by amplifying an optical signal reflected and reflected on a measurement surface, which is a low reflectance material, by light splitting without phase distortion, so that the amount of light with the reference plane is the same or similar.
Description
본 발명은 가시도 향상 간섭계에 관한 것으로, 더 상세하게는 유리와 같이 반사율이 낮거나, 거칠기가 큰 면을 갖는 저반사율 물질에 대해 주입잠금기법을 적용한 것이다. 특히 광분할에 의해 나눠진 빛 중 저반사율물질인 측정면에 반사되어 유입된 광신호를 위상 왜곡없이 증폭하여 기준면과의 광량을 동일 또는 유사하게 함으로써 가시도를 향상시킨 간섭계에 관한 것이다.
The present invention relates to a visibility-enhancing interferometer, and more particularly, the injection locking method is applied to a low reflectance material having a low reflectivity or a large roughness surface such as glass. In particular, the present invention relates to an interferometer that improves visibility by amplifying an optical signal reflected and reflected on a measurement surface, which is a low reflectance material, by light splitting without phase distortion, so that the amount of light with the reference plane is the same or similar.
안정화된 레이저를 이용한 광간섭계는 길이 표준에 소급하여 빛의 속도에 기인하여 측정할 수 있다. 측정 분해능을 nm 이하로 얻을 수 있기 때문에 초정밀 측정이 요구되는 많은 응용 분야에 적용할 수 있다. Optical interferometers using a stabilized laser can be measured due to the speed of light retrospectively to the length standard. The measurement resolution can be obtained below nm, making it suitable for many applications requiring ultra-precision measurements.
상기 광간섭계는 가장 정확한 측정 기법 중의 하나이지만, 유리판, 컬러 필터, 거친면을 갖는 시편, 액체에 잠긴 세포나 분자 등으로 실생활에 흔하게 볼 수 있는 물질인 저반사율 물질에 대해서는 실질적인 측정어려움이 남아있다.Although the optical interferometer is one of the most accurate measurement techniques, it is difficult to measure a material with low reflectivity, which is commonly seen in real life by glass plates, color filters, specimens with rough surfaces, cells or molecules submerged in liquids, etc. .
신뢰성 있는 측정을 위해서는 간섭 무늬의 가시도가 충분히 좋아 수취한 간섭 무늬를 해석하는데 전혀 무리가 없어야 하지만, 저반사율 물질을 측정하는 경우에는 측정면에서 반사되는 빛의 강도가 아주 적어 급격히 가시도가 나빠지게 된다. 이는 기준면과 측정면에서 반사되어 나오는 빛의 강도가 같을 때 최대 가시도를 얻을 수 있는데 저반사율 물질은 반사 빛이 작기 때문에 가시도가 나빠지는 것이다 For reliable measurement, the visibility of interference fringes should be good enough to analyze the received interference fringes. However, when measuring low reflectance materials, the intensity of light reflected from the measurement surface is very small, resulting in rapid visibility. Will fall out. This means that maximum visibility can be obtained when the intensity of light reflected from the reference plane and the measurement plane is the same, but low reflectance material has poor visibility due to the small reflected light.
이런 가시도 저하를 막기 위해 측정면에서 반사되어 나온 빛의 강도를 기준면에서 반사되어 나온 빛의 강도와 일치하도록 증폭시켜주거나, 기준면에서 반사된 빛의 강도를 조절하여 측정면에서 반사되어 나온 빛의 강도와 같도록 만들어주는 방법을 사용할 수 있다. To prevent this loss of visibility, amplify the intensity of light reflected from the measurement plane to match the intensity of light reflected from the reference plane, or adjust the intensity of light reflected from the reference plane to adjust the intensity of light reflected from the measurement plane. You can use a method to make it equal to the strength.
예컨대 후자는 기준면과 측정면으로 분할되는 광량 중 측정면으로 90% 이상의 빛이 진행되도록 하여 반사되는 광량을 증가시키는 방법이다. 그러나 이러한 방법은 측정면의 상태에 따라서 간섭계의 측정면 및 기준면에서 나오는 광량을 매번 조절해야하는 번거로움은 물론이고, 측정할 수 있는 임계 광량보다 작을 경우 측정 자체가 불가능할 수가 있어 적용하는데 제한을 받는 단점이 있다.
For example, the latter is a method of increasing the amount of reflected light by allowing more than 90% of light to travel through the measurement plane out of the light divided into the reference plane and the measurement plane. However, this method is not only troublesome to adjust the amount of light emitted from the measuring plane and the reference plane of the interferometer in accordance with the state of the measuring plane, but also the measurement itself may be impossible when it is smaller than the threshold light amount that can be measured. There is this.
이에 본 발명의 가시도 향상 간섭계는,The visibility enhancement interferometer of the present invention,
nW 수준의 아주 작은 광량에서도 주입 잠금 기법에 의해 위상 또는 시간의 특성 변화없이 증폭이 이루어지도록 하여 측정면에서 반사되어 나온 빛의 강도와 기준면에서 반사되어 나온 빛의 강도를 일치하도록 하는 등 가시도 향상을 위해 이차광원을 사용하는 것을 목적으로 한다.
Improved visibility by matching the intensity of light reflected from the measurement plane to the intensity of light reflected from the reference plane by amplifying the injection light technique without changing the phase or time characteristics even at very small light levels. The purpose is to use a secondary light source.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 가시도 향상 간섭계는,Visibility improvement interferometer of the present invention for solving the above problems,
단파장 광을 조사하는 주광원부와, 상기 조사된 광신호를 두 개로 분할하는 광분할부와, 상기 광분할부에 의해 분리된 광신호를 각각 기준면과 측정대상물의 측정면에 반사시키는 기준면반사부 및 측정면반사부와, 상기 기준면반사부 및 측정면반사부에서 반사된 광신호를 합광하여 간섭이 이루어지도록 하고 이를 관찰하는 광검출부를 포함하는 간섭계에 있어서, 상기 기준면반사부와 측정면반사부 중 어느 일측에 보조광원부를 설치하여 약한 반사광을 증폭시켜 가시도를 일정하게 유지시키도록 한 것을 특징으로 한다.A reference plane reflecting unit and a measuring plane reflecting a main light source unit for irradiating short wavelength light, a light splitting unit for dividing the irradiated optical signal into two, and a light signal separated by the light splitting unit to a reference plane and a measurement plane of a measurement object, respectively An interferometer comprising a reflector and a photodetector configured to combine the optical signals reflected by the reference plane reflector and the measurement plane reflector to perform interference and observe the same, wherein either one of the reference plane reflector and the measurement plane reflector It is characterized in that the auxiliary light source unit is installed in the amplified weak reflected light to maintain a constant visibility.
또한, 상기 보조광원부는 주입잠금을 통하여 측정면반사부에서 반사된 반사광신호 혹은 기준면반사부에서 반사된 기준광신호를 증폭시키도록 할 수 있으며, 주광원부는 레어져 또는 광섬유증폭기(EDFA; Er-doped fiber amplifier)중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. The auxiliary light source unit may amplify the reflected light signal reflected from the measurement surface reflector or the reference light signal reflected from the reference plane reflector through an injection lock, and the main light source unit is a laser or an optical fiber amplifier (EDFA; Er-doped). fiber amplifier) can be used.
또한, 상기 보조광원부는 필요에 따라 광검출부에 의해 얻어진 가시도가 일정하게 유지되도록 되돌림 제어(feedback control)가 이루어지도록 한다.
In addition, the auxiliary light source unit allows a feedback control to be performed so that the visibility obtained by the light detector is maintained as needed.
이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 가시도 향상 간섭계는,As described in detail above, the visibility enhancement interferometer of the present invention,
거칠기가 크거나 유리와 같이 반사율이 낮은 저반사율물질 측정시 측정면에 반사되어 나오는 분할된 반사광신호를 주입잠금기법을 적용한 이차광원으로 위상정보 변화없이 증폭시켜 분할되어 기준면에 반사되어 나오는 기준광신호와 동일 또는 유사하게 함으로써 가시도를 향상시킨 간섭계의 제공이 가능하게 된 것이다.
When measuring low reflectance materials with large roughness or low reflectance such as glass, the divided reflected light signal reflected from the measurement surface is amplified by the secondary light source applying the injection lock method without changing the phase information, and the reference light signal reflected from the reference plane is reflected. The same or similar makes it possible to provide an interferometer with improved visibility.
도 1은 본 발명에 따른 가시도 향상 간섭계를 도시한 구성도.
도 2는 보조광원부의 빛과 주입잠금이 이루어진 빛의 스펙트럼.
도 3a 내지 도 3d는 가시도 향상 간섭계의 기초 성능 테스트를 나타낸 사진 및 그래프.1 is a block diagram showing a visibility enhancement interferometer according to the present invention.
2 is a spectrum of light made of the injection light and the auxiliary light source.
3A-3D are photos and graphs showing basic performance tests of a visibility enhancement interferometer.
이하에서는 본 발명을 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 의해 가시도 향상 간섭계를 도시한 구성도이다. 참고한 바와같이 본 발명의 가시도 향상 간섭계(10)는 단파장 광을 조사하는 주광원부(20)와, 상기 조사된 광신호를 두 개로 분할하는 광분할부(30)와, 상기 광분할부에 의해 분리된 광신호를 각각 기준면과 측정대상물의 측정면에 반사시키는 기준면반사부(40) 및 측정면반사부(50)와, 상기 기준면반사부 및 측정면반사부에서 반사된 광신호를 합광하여 간섭이 이루어지도록 하고 이를 관찰하는 광검출부(60)와, 상기 측정면반사부에서 반사된 반사광신호를 증폭시키는 보조광원부(81)를 포함하여 구성된다.1 is a block diagram showing a visibility enhancement interferometer according to an embodiment of the present invention. As described, the
여기서 상기 주광원부(20)는 단파장광을 조사하는 DFB (Distributed feedback) 레이저를 사용하고, 광분할부(30)는 2×2 커플러를 사용하며, 광검출부(60)로는 PD(photo detector)를 사용한다. 상기 주광원부(20)는 DFB 레이저 이외에 이에 대응하는 다양한 광원을 선택사용할 수 있다. Here, the main
또한, 상기 광분할부(30)에 의해 분리된 광신호는 기준면반사부(40)와 측정면반사부(50)로 각각 입사된다. 여기서 상기 측정면반사부(50)로 입사된 광신호는 입사광신호진행라인(70)을 따라 입사가 이루어진다. In addition, the optical signal separated by the
이러한 입사광신호진행라인에는 제1서큘레이터(71)와 제2세큘레이터(72)를 더 설치하여 측정면에서 반사된 반사광을 입사시와는 다른 방향인 반사광신호진행라인(80)을 따라 진행이 이루어지도록 한다. The incident light signal progress line is further provided with a
상기 반사광신호진행라인(80)은 상기 제1서큘레이터(71)에서 분기되고 제2서큘레이터(72)에서 합쳐진다. 그러므로, 입사광신호진행라인(70)을 따라 진행되는 입사광은 측정면반사부(50)의 측정면(51)에 반사되고, 상기 반사된 반사광은 입사광신호진행라인을 거슬러 진행되다가 제1서큘레이터(71)에서 반사광신호진행라인(80)으로 진행방향을 바꾸고, 반사광신호진행라인을 따라 진행되는 반사광은 제2서큘레이터(72)에서 다시 입사광신호진행라인(70)을 통해 입사광과는 역방향으로 진행이 이루어지도록 한다. The reflected light
이 때 상기 반사광신호진행라인(80) 상에는 보조광원부(81)가 더 설치되어 측정면에서 반사된 반사광신호의 증폭이 이루어지도록 한다. 이와같이 주광원 이외에 이차광원인 보조광원을 사용할 때에는 주입잠금(injection-locked)이 이루어지도록 하여 위상정보 변화없이 증폭이 이루어지도록 한 것이다.At this time, the auxiliary
상기 보조광원부(81)의 실시예로 광섬유증폭기(EDFA; Er-doped fiber amplifier) 또는 주광원과 동일하거나 유사한 파장을 갖는 레이저를 사용할 수 있고, 상기 보조광원부는 필요에 따라 광검출부(60)에 의해 전류제어가 이루어지도록 함으로써 증폭된 측정면 반사광신호와 기준면(41) 기준광신호의 광량을 동일 또는 유사하게 형성하여 가시도를 향상시키는 것이다. 이 때 제어는 되돌림 제어(feedback control)에 의해 가시도가 일정하게 유지되도록 할 수 있으며, 이러한 제어는 제어부에 의해 자동으로 이루어지거나, 사용자가 임의로 설정되도록 할 수 있다. An embodiment of the auxiliary
상술된 서큘레이터(71,72)는 간섭계환경에 따라 다양한 수로 배열할 수 있으므로, 본발명의 구체적인 권리로 한정하는 것이 아니다. 예컨대 도 1에는 2개의 서큘레이터를 이용하여 반사관신호진행라인이 형성되도록 할 수 있지만 이외에 하나의 서큘레이터를 이용하여 반사관신호진행라인으로 되돌림에 의해 진행이 이루어지도록 하거나, 다수의 서쿨레이터를 배열하여 반사관신호진행라인이 다단으로 형성되게 할 수 있다.
The
또한, 상기 보조광원부는 도시된 바와같이 측정면반사부 측에 설치되어 측정면에서 반사된 반사광신호를 증폭시키는 것 이외에 기준면반사부 측에 설치되어 기준면에서 반사된 기준광신호를 증폭시키도록 하거나, 측정면반사부와 기준면반사부 측 모두에 설치되어 선택적으로 증폭이 이루어지도록 할 수 있다.
In addition, the auxiliary light source unit is installed on the measurement surface reflector side as shown to amplify the reflected light signal reflected from the measurement surface, and installed on the reference plane reflector side to amplify the reference light signal reflected from the reference plane, or measured It can be installed on both the surface reflector and the reference surface reflector side to be selectively amplified.
실시예Example
- 가시도 향상 간섭계 구성 및 작용 상태-Visibility Enhancement Interferometer Configuration and Operation Status
주광원부로는 중심파장이 1542.295 nm인 DFB 레이저(distributed feedback laser)를 사용하였다. 상기 주광원부의 출력 광량은 10 mW이며, 주파수 안정도는 1초의 게이트 시간에 약 10-8이다. As the main light source, a DFB laser (distributed feedback laser) having a center wavelength of 1542.295 nm was used. The output light amount of the main light source portion is 10 mW, and the frequency stability is about 10 -8 at a gate time of 1 second.
광분할부로는 2×2 커플러를 사용하였다.A 2 × 2 coupler was used as the light splitter.
보조광원부(이차광원)로는 주광원부와 유사한 파장을 갖는 DFB 레이저를 사용하였고 주입장금이 이루어지도록 하였다. As an auxiliary light source (secondary light source), a DFB laser having a wavelength similar to that of the main light source was used, and an injection lock was made.
광검출부로는 PD(photo detector)를 사용하였다.
PD (photo detector) was used as the photodetector.
주광원부에서 발진된 빛은 광분할부(2×2 커플러)에 의해 기준면반사부와, 측정면반사부로 나뉘어 들어간다. 상기 측정면반사부 측으로 진행되는 입사광은 제1서큘레이터와 제2서큘레이터를 통과하여 측정면에서 반사가 이루어진다. The light emitted from the main light source portion is divided into a reference plane reflection portion and a measurement plane reflection portion by a light splitting portion (2 × 2 coupler). The incident light traveling toward the measurement plane reflecting part passes through the first circulator and the second circulator to reflect the light on the measurement plane.
상기 측정면에서 반사된 반사광은 제1서큘레이터를 거쳐서 이차 광원인 DFB 레이저로 입사되어 주입잠금에 의해 증폭이 이루어진다. 상기 DFB 레이저에서 증폭된 반사광은 제2서큘레이터를 거쳐 광분할부로 입사된다. The reflected light reflected from the measurement surface is incident to the DFB laser which is the secondary light source via the first circulator and amplified by the injection lock. The reflected light amplified by the DFB laser is incident to the light splitter via the second circulator.
상기 광분할부에서는 기준면에서 반사된 기준면 반사광도 입사됨으로 상기 측정면반사광과 기준면반사광이 서로 간섭되고, 광검출기(PD)에서 간섭신호를 관찰 할 수 있다. 이때 이차광원을 DFB 레이져가 아닌 EDFA를 사용하는 경우에는 상기 광검출기는 EDFA로 공급되는 전류를 제어해 증폭되는 광량을 조절하여 상기 기준면 반사광과 측정면 반사광의 광량을 서로 동일 또는 유사하게 조절함으로써 가시도를 향상시킨다.
In the light splitter, the reference plane reflected light reflected from the reference plane is also incident, so that the measurement plane reflection light and the reference plane reflection light interfere with each other, and the interference signal may be observed by the photodetector PD. In this case, when the secondary light source uses an EDFA instead of a DFB laser, the photodetector controls the current supplied to the EDFA to adjust the amount of amplified light to adjust the amount of light of the reference plane reflected light and the measurement plane reflected light equally or similarly. Improve the degree.
도 2는 보조광원부의 빛과 주입잠금이 이루어진 빛의 스펙트럼이다. 2 is a spectrum of light in which the injection light and the injection light of the auxiliary light source are formed.
도시된 바와같이 점선은 보조광원이 주입 잠금 되기 전에 자유 발진하는 경우이고, 실선은 주광원에서 빛이 보조광원부에 입사하여 주입 잠금되면서 보조광원의 발진 파장이 주광원의 파장과 일치되도록 천이한 모습니다. 주입 잠금된 광원의 파장은 1542.295 nm로 주광원의 파장과 정확히 일치한다.
As shown, the dotted line is a case of free oscillation before the auxiliary light source is injection-locked, and the solid line transitions so that the oscillation wavelength of the auxiliary light source matches the wavelength of the main light source while light is injected into the auxiliary light source in the main light source. is. The wavelength of the injection locked light source is 1542.295 nm, which is exactly the wavelength of the main light source.
도 3a 내지 도 3d는 가시도 향상 간섭계의 기초 성능 테스트를 나타낸 사진 및 그래프이다. 3A to 3D are photographs and graphs showing basic performance tests of a visibility enhancement interferometer.
실험에서는 측정시편 대신 ND필터를 삽설하여 측정면의 광량을 조절하였다. 상기 ND 필터의 투과율은 0.08로써 빛이 왕복으로 지나가므로, 이는 반사율 0.6 %인 시편과 동일한 효과를 얻을 수 있다.In the experiment, the amount of light on the measurement surface was adjusted by inserting an ND filter instead of the measurement specimen. Since the ND filter has a transmittance of 0.08 and light passes reciprocally, this can have the same effect as a specimen having a reflectance of 0.6%.
가시도 향상 간섭계의 작동을 확인하기 위해서 기준 거울을 PZT 스테이지에 부착하였다.A reference mirror was attached to the PZT stage to verify the operation of the visibility enhancement interferometer.
이를 통해 기준 거울을 광축을 따라 20 μm의 크기로 약 0.3 Hz의 주파수로 램프(ramp) 형태로 구동하였다. Through this, the reference mirror was driven in the form of a ramp at a frequency of about 0.3 Hz with a size of 20 μm along the optical axis.
이렇게 생성된 간섭 신호는 광검출기를 통해 얻어지고, [수학식1]에 의해 수학적으로 가시도(V)를 얻었다.
The generated interference signal was obtained through a photodetector, and mathematically, visibility ( V ) was obtained by Equation (1).
여기서, I r 은 기준면(기준거울)에서 반사된 빛의 강도이며, I s 는 측정면(시편)에서 반사되어 나온 빛의 강도이다.
Where I r is the intensity of light reflected from the reference plane (reference mirror), and I s is the intensity of light reflected from the measurement plane (sample).
도 3c는 일반 간섭계에서 기준면(기준거울)과 반사율이 99 %인 측정면(측정시편)을 사용했을 때 얻어지는 신호이다. 여기서 측정면이 위치하는 측정면반사부에는 이의 구성요소인 측정암에 ND 필터를 삽입하여 반사율을 0.6 %로 만들었고, 이 때 도 3d와 같이 가시도가 급격히 낮아지는 것을 볼 수 있다. 이는 기존의 가시도에 단 10 %에 해당한다. 3C is a signal obtained when a reference plane (reference mirror) and a measurement plane (measurement specimen) having a reflectance of 99% are used in a general interferometer. Here, the measurement surface reflector in which the measurement surface is located has a reflectance of 0.6% by inserting an ND filter into the measurement arm, which is a component thereof, and as shown in FIG. This corresponds to only 10% of conventional visibility.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 가시도향상간섭계(VEI; Visibility Enhanced Interferometer)를 사용하여 측정한 것이다. 측정면으로의 입사광량과 반사율은 도 3c와 도 3d와 동일한 조건으로 하였다. 3A and 3B are measured using a Visibility Enhanced Interferometer (VEI) according to the present invention. The amount of incident light and the reflectance on the measurement surface were the same as those in FIGS. 3C and 3D.
도 3a와 도 3b에 도시된 바와같이 본 발명에 다른 가시도 향상 간섭계를 사용하면 반사율이 급격히 줄어들어도 가시도에는 크게 변화를 보이지 않음을 알 수 있다.
As shown in FIG. 3A and FIG. 3B, it can be seen that the use of another visibility-enhancing interferometer according to the present invention does not significantly change the visibility even if the reflectance is drastically reduced.
본 발명의 실시예에서는 광학정렬의 편의를 도모하고자 광섬유로 간섭계를 구성하였다.In an embodiment of the present invention, an interferometer is constructed of an optical fiber for the convenience of optical alignment.
하지만 광섬유의 길이는 온도에 따라 변화하고, 심지어 압력 및 습도에도 영향을 받는다. 이 중 가장 큰 영향을 주는 요소는 온도 변화에 따른 광섬유 길이 변화가 생기며, 기준팔과 측정팔이 다른 경우에는 길이 변화의 불균형에 의해 간섭계 위상에 왜곡을 줄 수 있다. 그리고 바닥진동이나 공기 유동에 의해 미세하게 떨리는 광섬유 역시 고주파수의 잡음을 가져올 수 있기 때문에 저주파 통과 필터를 이용하여 가시도 향상 측면에서만 평가하였다.However, the length of an optical fiber varies with temperature and is even affected by pressure and humidity. Among the most influential factors, the optical fiber length changes with temperature change, and when the reference arm and the measuring arm are different, the interferometer phase may be distorted due to the unbalance of the length change. In addition, the optical fiber that is vibrated finely by floor vibration or air flow can also bring high frequency noise.
본 발명은 보조광원부에 광량 증폭을 위해 주입 잠금 기법을 적용하였다. The present invention applies an injection lock technique to amplify the amount of light in the auxiliary light source.
위상 잠금은 간섭계의 두 팔(기준면반사부, 측정면반사부) 중에 한 쪽 팔(측정면반사부)에만 적용되기 때문에 주입된 빛과 주입 잠금되어 나오는 빛 사이의 위상 차이가 발생되며, 상기 위상차이는 직접적인 측정오차를 유발 또는 큰 위상변화시 간섭계를 통한 측정 자체를 불가능하게 만듬으로 이를 반드시 고려해야한 한다. Since phase lock is applied to only one arm (measurement surface reflection part) of two arms (reference plane reflection part and measurement plane reflection part) of the interferometer, a phase difference occurs between the injected light and the injection-locked light. Differences must be taken into account as they cause direct measurement errors or make the measurement itself impossible through interferometers in the event of large phase changes.
기존 제시된 자료에 의하면 상기 위상 차이 
According to the existing data, the phase difference
여기서, 
here,
실제로 이런 일정한 위상 지연은 단순히 광경로가 일정하게 길어지거나 짧아지는 효과를 나타내므로 크게 중요한 요소는 아니다. 하지만, 시간에 따라 변하는 위상 차이는 측정 결과에 심각한 영향을 끼칠 수 있다. Indeed, this constant phase delay is not very important because it simply results in a longer or shorter optical path. However, time-varying phase differences can seriously affect measurement results.
위상 차이의 변화는 이차광원(보조광원)의 전류 제어 잡음에 비례하게 되는데, 이런 결론을 얻기 위해서는 다음의 세 가지 가정이 요구된다.The change in phase difference is proportional to the current control noise of the secondary light source (secondary light source). The following three assumptions are required to obtain this conclusion.
첫 번째는 주광원과 이차 광원 사이의 주파수 차이가 주입 잠금 가능 영역보다 휠씬 작아야 한다. 즉, 
두 번째는 이차 광원의 주파수가 주입 전류, I 에 선형적으로 비례해야한다. Secondly, the frequency of the secondary light source should be linearly proportional to the injection current, I.
마지막 가정은 이차 광원의 온도 제어가 되며, 안정화되어 있어야 한다는 것이다. 여기서, 온도 변화는 긴 시간동안 생기는 드리프트(drift)형태 이므로, 짧은 시간 측정할 경우에는 크게 영향을 받지 않기 때문에 무시할 수 있다. The final assumption is that the temperature control of the secondary light source should be stable and stable. Here, since the temperature change is a drift form occurring for a long time, it can be ignored because it is not significantly affected when measuring a short time.
상기 [수학식2]로부터 위 세 가지 가정을 적용하여 위상 차이의 변화를 [수학식3]과 같이 나타낼 수 있다.
From the above Equation 2, the above three assumptions may be applied to change the phase difference as shown in [Equation 3].
여기서, 
here,
주입 잠금 주파수 영역은 약 8.3 GHz로 실제 주광원의 주파수를 변화시켜가면서 주입 잠금 여부를 확인하면서 실험적으로 구하였다.The injection lock frequency range was about 8.3 GHz and was experimentally determined by changing the frequency of the actual main light source while checking the injection lock.
본 실시예에서는 주광원과 이차 광원 사이의 주파수 차이가 3 GHz 이므로 [수학식2]에 따르면 일정량의 위상 지연이 생긴다. 이는 간섭계 자체에는 크게 영향을 주는 중요한 요소는 아니다. 실제 실험적으로 이런 주파수 차이는 아주 작게 가져갈 수 있지만, 본 실시예에서는 쉽게 주입 잠금 상태를 확인하기 위해 상대적으로 크게 주파수 차이를 주었다. In this embodiment, since the frequency difference between the main light source and the secondary light source is 3 GHz, according to Equation 2, a certain amount of phase delay occurs. This is not an important factor that greatly affects the interferometer itself. In practice, this frequency difference can be taken very small, but in this embodiment, the frequency difference is relatively large for easy confirmation of the injection lock state.
이를 통해 도 2와 같이 광스펙트럼 분석기로부터 얻은 스펙트럼으로부터 쉽게 확인할 수 있다. 실제 주광원과 이차 광원의 주파수 차이와 주입 잠금 주파수 영역의 비인 
This can be easily confirmed from the spectrum obtained from the optical spectrum analyzer as shown in FIG. It is the ratio of the frequency difference between the real primary light source and the secondary light source
여기서, 이차 광원과 관련 있는 [수학식3]과 [수학식4]의 비례 상수 
[수학식4]의 추가 항인 1/cos(△f/△f L ) 은 본 실험 조건에서는 1.07로 얻어졌다. 1 / cos ( Δf / Δf L ), which is an additional term of Equation 4, was obtained as 1.07 under the present experimental conditions.
실제 이차 광원의 주입 전류를 제어하기 위한 제어기는 일반적으로 1.5 μA이하의 잡음과 1 μA의 전류 제어 분해능을 갖는다. 그러므로, [수학식4]로부터 간섭계에서 가장 중요한 시간 변화에 따른 위상 변화는 약 10-4 수준이며, 길이로 환산하면 광원의 중심 파장인 1542.295 nm를 고려하여 단지 0.1 nm를 얻을 수 있다. 실제로 얻어지는 시간에 따른 위상 변화의 크기가 아주 작기 때문에 무시할 수 있다.The controller for controlling the injection current of a real secondary light source typically has less than 1.5 μA of noise and 1 μA of current control resolution. Therefore, from Equation 4, the phase change with the most important time change in the interferometer is about 10 −4 , and in terms of the length, only 0.1 nm can be obtained in consideration of the center wavelength of the light source, 1542.295 nm. The magnitude of the phase change with time actually obtained is so small that it can be ignored.
만약 시간에 따른 위상 변화의 크기가 크다고 하더라도 이차 광원의 전류 제어기의 전류 제어 속도에 의해 위상 변화가 생기므로, 일반적인 간섭계의 사용에서는 무시할 수 있다. 실질적으로 아날로그 회로를 통한 전류제어는 최소 수 kHz 이상에 해당하며, 실제 간섭계는 수 Hz ~ 수 kHz 정도의 대역폭이면 충분하기 때문이다. Even if the magnitude of the phase change with time is large, the phase change occurs due to the current control speed of the current controller of the secondary light source, and thus can be ignored in the use of a general interferometer. In practice, current control through analog circuits is at least a few kilohertz or higher, and an actual interferometer may have a bandwidth of several hertz to several kilohertz.
즉, [수학식3]과 [수학식4]에서 제시되는 시간 변화에 따른 위상 차이는 아주 고주파수에 해당하기 때문에 하드웨어로나 소프트웨어로 간섭계의 용도에서는 제거된다. That is, since the phase difference according to the time change presented in Equations 3 and 4 corresponds to a very high frequency, it is eliminated in the use of an interferometer by hardware or software.
결론적으로 가시도 향상 간섭계는 아주 작은 반사율을 갖는 시편에 대해서도 잘 동작하고 있음을 확인하였다. 비록 반사율이 1 %이하가 되더라도 측정이 가능하기 때문에 거친 면을 갖는 각종 응용 분야 뿐만 아니라 반사율 자체가 낮은 곳에까지 적용 가능함으로써 기존 광간섭계의 활용 범위를 획기적으로 넓힐 수 있는 장치이다.
In conclusion, it was confirmed that the Visibility Enhancement Interferometer works well for specimens with very small reflectance. Even if the reflectance is less than 1%, it is possible to measure not only the application area with rough surface but also the reflectance itself because it can measure the surface of the existing optical interferometer.
10 : 가시도 향상 간섭계
20 : 주광원부
30 : 광분할부
40 : 기준면반사부
50 : 측정면반사부
60 : 광검출부
70 : 입사광신호진행라인
71 : 제1서큘레이터 72 : 제2서큘레이터
80 : 반사광신호진행라인
81 : 보조광원부10: visibility enhancement interferometer
20: main light source
30: light splitting part
40: reference plane reflecting unit
50: measuring surface reflector
60: light detector
70: incident light signal progress line
71: first circulator 72: second circulator
80: reflected light signal progress line
81: auxiliary light source
Claims (4)
상기 측정면반사부에 보조광원부를 설치하여 약한 반사광을 위상 왜곡없이 증폭시켜 가시도를 일정하게 유지시키도록 하며,
상기 보조광원부는 주입잠금을 통하여 측정면반사부에서 반사된 반사광신호를 일정한 크기로 증폭시키는 것을 특징으로 하는 가시도 향상 간섭계.A reference plane reflecting unit and a measuring plane reflecting a main light source unit for irradiating short wavelength light, a light splitting unit for dividing the irradiated optical signal into two, and a light signal separated by the light splitting unit to a reference plane and a measurement plane of a measurement object, respectively In the interferometer comprising a reflector, and a light detector for observing the interference by combining the optical signal reflected from the reference surface reflector and the measurement surface reflector,
An auxiliary light source unit is installed in the measurement surface reflection unit to amplify weak reflected light without phase distortion to maintain a constant visibility.
And the auxiliary light source unit amplifies the reflected light signal reflected from the measurement surface reflector to a predetermined size through an injection lock.
상기 보조광원부는 레이저 또는 광섬유증폭기(EDFA; Er-doped fiber amplifier) 중 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 가시도 향상 간섭계.The method of claim 1,
And the auxiliary light source unit selects and uses any one of a laser and an Er-doped fiber amplifier (EDFA).
상기 보조광원부는 광검출부에 의해 얻어진 가시도가 일정하게 유지되도록 되돌림 제어(feedback control)가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 가시도 향상 간섭계.The method of claim 1,
And the auxiliary light source unit is configured to perform a feedback control so that the visibility obtained by the photodetector is kept constant.
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