KR101453104B1 - 마이크로 자이로 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 구현예들은 마이크로 자이로 장치에 관한 것으로, 마이크로 스피어 레이저나 마이크로 디스크 레이저 등과 같은 소형화가 용이한 마이크로 레이저를 이용하여 고성능의 새로운 형태의 컴팩트한 마이크로 자이로 장치에 관한 것이다. 상기 자이로 장치는 광펌핑을 위해 펌핑광을 주입하는 펌핑부; 상기 펌핑부로부터 전달된 광으로 광펌핑을 하여 레이저를 발진시키는 하나 이상의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크; 상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크로부터 발진된 광을 수신하여 포토디텍터로 전달하는 출력 커플러; 및 상기 출력 커플러로부터 출력된 광들의 간섭으로 인한 비트 진동수를 산출하여 회전을 측정하는 포토디텍터를 포함하며, 상기 펌핑부 및 출력 커플러는 테이퍼된 광섬유(tapered optical fiber)로 구성된다.

자이로, 마이크로 스피어

Description

마이크로 자이로 장치{Microgyro equipment}

본 발명의 구현예들은 마이크로 자이로 장치에 관한 것으로, 마이크로 스피어 레이저나 마이크로디스크 레이저 등과 같은 소형화가 용이한 마이크로 레이저를 이용하여 고성능의 새로운 형태의 컴팩트한 마이크로 자이로 장치에 관한 것이다.

자이로는 항공기, 우주선, 인공위성 등에서 많이 사용되는 관성장치이며, 로보트, 자동화안전장치, 원격조정장치, 네비게이션 등 산업전반으로 그 사용이 확산되고 있다. 그에 따라 작은 중량을 가지며, 적은 전력을 소비하며, 보다 컴팩트하고, 보다 통합된 형태의 것들이 요구되고 있다.

물체의 회전 운동을 측정하는 자이로는 오실레이터 등을 이용하는 기계적 방식과 레이저 등을 이용하는 광학적 방식이 있다. 특히 광학 자이로는 이들이 즉각적으로 동작을 시작할 수 있고 넓은 동적 범위를 나타낼 수 있기 때문에 그에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 광학 자이로의 경우 일반적으로 링 인터페로미터(ring interferometer) 방식과 링 레이저(ring laser) 방식이 많이 사용된다. 링 인터페로미터 방식은 광섬유를 원형으로 감은 후 광섬유 내에서 서로 반대로 진행하는 레이저 광을 간섭시키고 회전에 따른 두 방향 빛의 경로 차이를 간섭의 변화를 통해 회전의 정도를 읽어 내는 방식이다. 도 1은 링 레이저 방식의 자이로의 모식도에 관한 것으로, 이를 참조하면 링 레이저 방식은 레이저 공동(cavity)이 폐회로 모양이 되게 하고 폐회로를 따라 각 방향으로 발진된 빛을 다시 간섭시켜 측정하는 방식이다. 각 방향으로 발진된 빛은 회전에 따라 발진된 주파수가 다르기 때문에 회전이 있을 경우 서로 반대방향으로 발진된 빛은 서로 다른 발진 주파수를 갖게 되고 그 차이는 회전에 비례한다. 따라서 링 레이저 방식은 주파수 차이를 간섭을 통해 측정함으로써 회전의 정도를 측정하는 방식으로 성능이 우수하다. 그러나 광학 자이로는 일반적으로 부피가 크고, 가격이 비싸 사용양태에 제약을 받을 수 있기에 소형 자이로에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

본 발명의 일구현예는 자이로의 크기를 소형화할 수 있는 새로운 형태의 자이로를 제공한다. 광펌핑을 위해 펌핑광을 주입하는 펌핑부와 광펌핑으로 레이저를 발진시키는 부분 또는 광의 출력 부분을 하나의 유닛으로 만들 수 있어 소형화가 용이한 자이로를 제공함과 동시에, 주파수 간섭차이의 측정을 이용하여 비교적 우수한 성능을 보여주는 링 레이저 방식과 동일한 간섭 측정방식을 채택하여 소형화에도 불구하고 고성능을 갖는 자이로를 제공한다.

본 발명의 다른 구현예는 복잡한 회전운동을 측정할 수 있는 자이로를 제공한다.

본 발명의 하나의 구현예는 광펌핑을 위해 펌핑광을 주입하는 펌핑부; 상기 펌핑부로부터 전달된 광으로 광펌핑을 하여 레이저를 발진시키는 하나 이상의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크; 상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크로부터 발진된 광을 수신하여 포토디텍터로 전달하는 출력 커플러; 및 상기 출력 커플러로부터 출력된 광들의 간섭으로 인한 비트 진동수를 산출하여 회전을 측정하는 포토디텍터를 포함하며, 상기 펌핑부 및 출력 커플러는 테이퍼된 광섬유(tapered optical fiber)로 구성되는 마이크로 자이로 장치에 관한 것이다.

상기 마이크로 자이로 장치는 한 쌍의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스 크를 포함하며, 상기 펌핑부 및 출력 커플러가 단일의 테이퍼된 광섬유이고, 상기 한 쌍의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크는 상기 테이퍼 광섬유 양측에 연결된 구조를 가질 수 있다. 상기 테이퍼 광섬유는 상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크에 대한 입력 광섬유와 출력 광섬유를 접합시켜 테이퍼 구조를 만든 단일 모드 섬유(SMF)의 모드를 달리하는 하이브리드 섬유 테이퍼 결합구조일 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 마이크로 자이로 장치는 단일의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크를 포함하며, 상기 출력 커플러는 상기 마이크로 스피어의 양측에 연결된 두 가닥의 테이퍼된 광섬유이며, 상기 테이퍼된 광섬유는 Y 접합점으로 결합되어 상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크로부터 수신된 광을 결합하는 구조를 가질 수 있다. 상기 펌핑부 및 상기 마이크로 스피어는 에르비움이 도핑된 단일의 광섬유(EDF, Erbium doped fiber)로 이루어진 것으로, 상기 마이크로 스피어는 상기 광섬유의 끝을 레이저로 용융시켜 제조될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예는 상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크가 어레이 형태인 마이크로 자이로 장치에 관계한다.

본 발명의 구현예들은 자이로는 마이크로 레이저를 이용한 새로운 형태의 자이로를 제공하였다. 광펌핑을 위해 펌핑광을 주입하는 펌핑부와 레이저 광을 발진시키는 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크, 또는 펌핑부와 광의 출력 부분을 하나의 유닛으로 만들 수 있어 소형화가 용이한 자이로를 제공할 수 있다. 링 레이저 방식과 동일한 간섭 측정 방식인 주파수 차이에 의한 측정 방식을 사용함으로써 소형화에도 불구하고 감도가 매우 뛰어나며, 또한 복합센서로서 작동할 수 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 일구현예는 광펌핑을 위해 펌핑광을 주입하는 펌핑부; 상기 펌핑부로부터 전달된 광으로 광펌핑을 하여 레이저를 발진시키는 하나 이상의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크; 상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크로부터 발진된 광을 수신하여 포토디텍터로 전달하는 출력 커플러; 및 상기 출력 커플러로부터 출력된 광들의 간섭으로 인한 비트 진동수를 산출하여 회전을 측정하는 포토디텍터를 포함하며, 상기 펌핑부 및 출력 커플러는 테이퍼된 광섬유(tapered optical fiber)로 구성되는 마이크로 자이로 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일구현예에 따른 자이로 장치는 마이크로스피어(microsphere) 또는 마이크로 디스크 레이저를 이용함으로써 소형화를 가능하게 할 수 있다.

상기 테이퍼된 광섬유는 단일 모드 광섬유의 일부분을 늘여 가늘게 만든 광섬유를 의미하며, 이는 통상적으로 광섬유 일부분을 가열하는 방식으로 제조할 수 있다.

마이크로 스피어는 에르비움(Erbium)이 도핑된 섬유(fiber)의 끝을 CO₂ 레이저로 용융시켜 마이크론 크기를 갖게 한 것이다. 마이크로 디스크는 반도체 레이저의 일종으로 두께가 수 마이크로 미터로 레이저 파장이 1-2개의 파장을 가지며, 평면의 가로와 세로는 수십에서 수백 마이크로미터 크기의 넓은 디스크 형태의 레이저로, 평면으로 레이저가 발진한다.

표면감쇄파는 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 빛이 전반사각도 이상의 입사각으로 입사할 때 경계면으로부터 지수함수적으로 그 세기가 감소하는 전자기장을 일컫는다. 표면감쇄파는 굴절률 차이가 존재하는 평면형 도파로, 광섬유의 코어-클래드 경계면, 작은 크기의 원형 미소공진기에도 존재한다. 마이크로 스피어 외부에 뾰족한 광섬유 팀을 근접시켰을 때 결합되어 나오는 신호를 측정함으로써 이의 존재를 확인하기도 하였다. 스피어 등에 의한 공진모드는 WGM(whispering gallery mode)로 불린다. 모드 수 n이 클수록, 모드 순서 l이 작을수록 공명모드의 Q값이 큰 경향을 가진다. 액체방울이나 액체 제트와 같이 열적 섭동에 민감한 마이크로 공진기의 경우 Q값이 10⁷ 정도로 제약되나 실리카 마이크로 스피어와 같은 고체 구에서 측정된 값은 약 10¹⁹ 정도로 손실이 매우 적은 공진기가 될 수 있다.

본 발명의 일구현예에 따른 마이크로 자이로 장치는 한 쌍의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크를 포함하며, 상기 펌핑부 및 출력 커플러가 단일의 테이퍼된 광섬유이고, 상기 한 쌍의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크는 상기 테이퍼 광섬유 양측에 연결된 구조를 가질 수 있다. 상기 테이퍼 광섬유는 상기 마 이크로 스피어 또는 마이크로 디스크에 대한 입력 광섬유와 출력 광섬유를 접합시켜 테이퍼 구조를 만든 단일 모드 섬유(SMF)의 모드를 달리하는 하이브리드 섬유 테이퍼 결합구조일 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 구현예로서, 두 개의 마이크로 스피어를 각각 테이퍼 광섬유의 양측에 붙인 형태의 마이크로 자이로 장치의 모식도이다. 상기 마이크로 스피어 옆에 광섬유를 늘여서 만든 테이퍼 광섬유를 갖다 대고, 테이퍼된 광섬유를 통해 마이크로 스피어 내의 에르비움을 펌핑시킬 경우 WGM(whispering gallery mode) 모드로 레이저 빛이 발진하게 된다. 이 발진된 빛은 다시 테이퍼된 광섬유를 통해 흘러나와 예를 들어, 1550 nm 근처의 발진된 마이크로 스피어 레이저 광을 얻게 된다. 광섬유의 표준은 변동가능한 것이므로 특별히 제한되는 것은 아니다. 이러한 마이크로 스피어 레이저를 활용하여 자이로를 만든다. 테이퍼된 광섬유는 스피어의 양쪽으로 동일 모드의 광섬유를 사용할 수 있다. 다만 손실 부분이 많이 발생할 수 있으므로 마이크로 스피어에 대한 펌핑 부분과 출력 부분의 광섬유의 모드를 달리한 형태의 하이브리드 테이퍼 광섬유 방식을 채택할 수도 있다.

이와 같은 마이크로 공진기 레이저 특성을 이용한 마이크로 스피어 레이저는 구조가 간단하고 소형화가 가능하여 손실이 대단히 적은 초고품위 공진기로 활용될 수 있기 때문에 종래의 링 레이저 방식의 자이로가 비교적 가격이 비싸고, 크기가 커서 사용영역이 제한되었던 것을 보완할 수 있다.

테이퍼된 광섬유와 같은 커플러는 마이크로 스피어의 질을 떨어뜨리지 않고 WGM에 효과적인 커플링을 제공한다. 도 3은 본 발명의 일실시예로서, 하이브리드 테이퍼 광섬유를 포함하는 마이크로 자이로 장치의 모식도이다. 예를 들어, 마이크로 스피어가 980 nm 단일 모드 섬유(single mode fiber; SMF)와 1550 nm 단일 모드 섬유의 조합된 연속적인 테이퍼된 섬유와 결합되어 있는 구성을 갖는 새로운 하이브리드 섬유 테이퍼에 근거한 레이저를 생각할 수 있다. 펌핑과 레이저 방출 모두, 테이퍼 지역으로 또는 테이퍼 지역으로부터, 단일 모드 섬유에 의해 가이드된다. 이러한 형태의 구조는 마이크로 공진기와 각각의 펌프-입력부 및 방출-출력부의 테이퍼되지 않은 섬유지역들 사이의 뛰어난 파워 전달 효율을 가능하게 한다. 1550nm 밴드의 마이크로 스피어 레이저는 에르비움이 도핑된 마이크로 스피어를 갖는 테이퍼된 섬유에 접촉함으로써 형성된다. 980nm 펌핑 소스는 섬유의 한쪽 끝으로부터 마이크로 스피어 결합지역인 테이퍼로 가이드된다. 테이퍼 지역에서 SMF 모드는 테이퍼를 감싸는 공기 중으로 연장되는 공기-클래딩 테이퍼로 전환된다. 마이크로 스피어로의 파워 전달은 테이퍼가 스피어 WGMs에 근접한 지역에 걸쳐서 일어난다. 비슷하게, 1550nm 밴드 레이저 방출은 테이퍼로 결합하고 결국 SMF모드로 전환된다.

마이크로 스피어를 효과적으로 펌핑하기 위해서는, 근본적인 테이퍼 모드와 스피어의 WGM사이에 좋은 상(phase) 매칭을 시켜야 한다. 전에는, 섬유 테이퍼는 단일 표준 1550nm SMF를 가지고 형성되었다. 펌프 소스와 레이저 방출은 모두 단일 테이퍼된 섬유에서 가이드되었다. 1550nm SMF는 일반적으로 1250 nm에서 컷오프 파장을 갖는다. 이 결과 980nm 펌핑 소스에 대하여는 그것은 몇몇 조건들을 만족시켜야 손실을 줄일 수 있고, 매칭이 쉽지 않다. 따라서, 980nm 와 1550nm SMF 를 모두 포함하는 하이브리드 섬유 테이퍼 결합구조가 바람직하다. 이러한 구조는 첫째로 1550nm SMF 부분은 980nm SMF 부분과 겹쳐서 잇는다. 그것을 스트레칭시켜 서서히 어느 정도 떨어지게 섬유를 테이퍼시킨다. 테이퍼 사이즈와 물질의 굴절률에 의해 테이퍼 모드가 한정되는 만큼, 가운데 영역의 스플라이스는 다른 것에 비해 단점이 적다. 하이브리드 테이퍼는 980nm SMF는 왼쪽에, 1550nm SMF는 오른쪽에 위치한 채로 스피어의 아래에 있다. 980nm 단일-모드 조율할 수 있는 외부 공진 레이저부터 펌핑파가 발진된다. 펌핑파는 근본적인 WGM로 동조되어 결합하여 좁은 적도-링 이득 지역을 만들어낸다. 테이퍼와 스피어의 접촉 위치는 적절히 조절하여 최상의 결과를 얻도록 한다. 하이브리드 섬유 테이퍼는 커플러로서 제안되었는데, 이 시스템에서는 상당히 효율적이다.

본 발명의 구현예들에 의한 마이크로 자이로 장치는 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크와 펌핑부 또는 광 출력부와 펌핑부가 하나의 유닛으로 구성되어 동시에 회전하도록 하는 방식으로 기계적 자이로와는 달리 어느 특정부분만 회전하는 형태가 아니다. 도 2에서 보듯이, 펌핑 광은 양쪽 스피어에 동시에 광펌핑을 해주고, 발진된 레이저 광은 회전을 달리하면서 출력 커플러를 통하여 하나의 섬유에서 모이게 되고, 디텍터에서 측정이 된다. 이 경우 회전 정도에 따라 양쪽 스피어에서 발진되는 레이저 주파수가 달라지기 때문에 그 차이를 디텍터에서 측정을 하여 회전을 측정하게 된다. 회전이 일어날 경우 발진되는 레이저의 주파수가 변화되기 때문에 레이저 출력광에 변화를 주게 되어 회전을 측정할 수 있다. 마이크 로 스피어나 마이크로 디스크는 작동방식에 있어 별 차이가 없으며 단지 제작 형태가 다소 차이가 있을 뿐이다. 마이크로 디스크 형태의 경우 발진된 레이저 광이 회전을 달리하면서 출력 커플러를 통해 식각된 도파로에서 모이는 형태가 될 것이다. 따라서, 마이크로 디스크의 방식도 마이크로 스피어의 방식과 유사하다는 것이 당업자의 입장에서 이해될 수 있을 것이다. 한편, 유닛화를 위해서는 마이크로 디스크와 입출력 커플러 도파로를 단일 기판 위에서 제작할 수 있는 마이크로 디스크의 형태가 더 용이할 것이다.

상기 마이크로 자이로 장치의 출력단에서 시계 방향과 반시계 방향의 신호가 분리되어 측정되는 것의 알고리즘에 대해 설명하면, 도 2에서와 같이 각각 반지름이 R1, R2인 마이크로 스피어 두 개가 테이퍼 광섬유의 양쪽에 붙어 있는 경우 각각 m1, m2 모드로 발진한 레이저 빛이 나오고, 이 경우 주파수를 f1, f2라 하면,

각속도 Ω로 회전할 경우, 각각 진동수의 변화는

로 주어진다.

회전을 하지 않는 경우 발진된 레이저 빛은 f1, f2의 빛이 중첩되어 측정이 되는데 이 경우 f_beat = f1-f2 주파수의 진동 주파수(beat frequency)가 관측된다. 회전을 하는 경우 이 beat frequency의 변화는

로 표시되는데 따라서 관측되는 진동 주파수를 측정함으로써 쉽게 회전을 측정할 수 있다. 여기서 비례상수인 m1+m2는 고정된 상수이므로 초기에 calibration을 통해 쉽게 결정할 수 있다.

이상에서 보듯이 두 개의 마이크로 스피어를 사용하는 경우 하나인 경우처럼 시계 방향과 반시계 방향의 레이저 빔을 각각 테이퍼된 광섬유로 뽑아낸 후 더하는 복잡함이 없고 각 마이크로 스피어의 크기 차이가 있어도 측정에 문제가 없어 제작이 용이하고 측정이 단순한 장점도 있다.

또한, 본 발명의 일구현예에 따르면, 광섬유의 양측에 놓이는 마이크로 스피어의 크기를 달리한 마이크로 장치를 포함할 수 있다. 두 개의 마이크로 스피어를 사용하는 경우 동일한 크기를 제작하는 것이 용이하지 않다. 크기를 달리하는 마이크로 장치는 크기가 정확히 같지 않더라도 작동할 수 있어 제작이 훨씬 용이하다.

본 발명의 구현예들에서, 상기 마이크로 자이로 장치가 단일의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크를 포함하는 경우에는 발진된 광의 간섭을 이용하여 회전을 측정하기 위하여 출력 커플러인 두 가닥의 광섬유가 결합하는 Y 접합점(junction)을 필요로 한다. 도 4는 본 발명의 일실시예로서, 단일 마이크로 스피어를 포함하는 형태의 마이크로 자이로 장치의 모식도이다. 도 4를 참조하면, 이 경우에는 상기 출력 커플러는 상기 마이크로 스피어의 양측에 연결된 두 가닥의 테이퍼된 광섬유이며, 상기 테이퍼된 광섬유는 Y 접합점으로 결합되어 상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크로부터 수신된 광을 결합하는 구조를 가진다. 따라서, 펌핑된 광이 마이크로 스피어에서 발진되어 각각 양측의 분지된 두 가닥의 광섬유로 나오게 된 후, Y junction에서 모이게 된다. 이때, 상기 펌핑부 및 상기 마이크로 스피어는 단일의 광섬유로 이루어진 것으로, 상기 마이크로 스피어는 상기 광섬유의 끝을 레이저로 용융시켜 제조될 수 있어 하나의 유닛화를 이룰 수 있다.

본 발명의 구현예들에서, 상기 마이크로 스피어는 2 개의 편광된 반대의 광을 만들고 이는 출력 커플러에서 결합된다. 빔들을 커플러의 분리된 가지로 전파되고, Y-접합점에서 결합하여 포토디텍터에 의해 탐지된다. 외부 회전 속도가 제로일 때, 포토디텍터 출력은 일정하고, 그 값은 모듈레이터의 적절한 캘리브레이션에 의해 세팅될 수 있다. 회전이 발생한 경우 2개의 파동 사이의 주파수 변화를 갖는 상 변이를 얻을 수 있다. 커플링 갭 사이즈는 커플링 계수와 커플링 길이 등에 의존하며, 최선의 위치를 선택한다.

본 발명의 구현예들에 의한 자이로 장치에서 마이크로 스피어에 대한 시계 방향과 반시계 방향 공진기에 따른 운동의 경우를 예를 들어 설명하면, 공진기가 직선 운동하는 경우에는 시계 방향과 반시계 방향 공진기 간의 차이는 발생하지 않는다. 회전 중심이 공진기 중심을 지나지 않는 회전 운동의 경우 전체 운동은 공진기 중심을 지나는 회전축에 대한 같은 크기의 회전운동과 회전축의 병진 운동의 합으로 이루어지므로 측정값은 회전축의 위치와 상관이 없다. 따라서, 시계 방향과 반시계 방향의 공진기 회전 중심이 상이한 경우에도 본 발명의 구현예들에 의한 단순한 구조의 자이로 장치에 의해 회전 운동을 측정할 수 있다.

상기 포토디텍터는 상기 출력 커플러로부터 출력된 광들의 간섭으로 인한 비트 진동수를 산출하여 회전을 측정하는 것으로, 광을 전기 신호로 변환시키는 포토다이오드와 같은 광전 변환 소자에 해당하는 것으로 특별히 제한없이 사용가능하다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 다수의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크를 포함하는 어레이 형태의 마이크로 자이로 장치에 관계한다. 도 5는 본 발명의 일실시예로서, 스피어를 어레이 방식으로 하여 복잡한 형태의 회전운동의 측정이 가능한 마이크로 자이로를 설명하기 위한 모식도이다. 스피어(또는 디스크)를 어레이 형식으로 하나의 섬유(또는 도파로)에 도면에서 보는 바와 같이 양쪽으로 정렬하여 붙인다. 이 경우 스피어의 크기를 달리하면 발진되는 주파수를 달리할 수 있어 디텍터에서 각 발진되는 스펙트럼을 분류하여 분석하면, 각 스피어 위치에서의 회전의 정도를 각기 다르게 측정할 수 있다. 이 경우 계산을 통해 회전의 중심을 파악할 수 있어 복잡한 회전운동의 측정 및 분석이 가능하다. 또한 그물구조방식의 테이퍼 광섬유를 활용함으로써 곡면의 움직임을 측정할 수 있는 모션 센서가 가능하다. 어레이 형태의 마이크로 자이로 장치의 경우, 출력된 레이저 만이 아니라 펌핑 광도 같이 나오는 것을 차단하기 위해 단일 모드 하이브리드 광섬유를 사용하여 펌핑 광을 걸러내는 장치인 펌프 필터(pump filter)를 추가로 포함할 수 있 다.

본 발명의 구현예들에 따른 자이로는 광펌핑을 위해 펌핑광을 주입하는 펌핑부 및 발진된 레이저 빛의 출력부분을 하나의 유닛으로 하거나, 광펌핑을 위해 펌핑광을 주입하는 펌핑부 및 발진 부분을 하나의 유닛으로 하기에 매우 편리하여 자이로의 소형화를 이룰 수 있고, 마이크로 스피어 등을 사용하여 마이크론 사이즈까지 가능하다. 또한 링 레이저 방식의 자이로와 같은 측정방식을 통해 고성능의 감도를 보여줄 수 있다. 또한 매우 용이하게 마이크로 스피어 등을 어레이 방식으로 사용하여 보다 복잡한 형태의 회전운동도 측정이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상을 적용하여 다른 형태의 구성에도 접목이 용이하다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명의 기술적 구성은 본 발명의 기술적 핵심사항이나 필수적으로 수반되는 조건을 유지한 채 다른 구체적인 형태로 실시될 수도 있기 때문에, 본 발명에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 해석되어야 하고, 한정적인 것으로 이해되어서는 안 된다. 따라서 본 발명의 구체적 범위는 특허청구 범위의 의미와 범위 및 그 등가적 개념으로 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태를 본 발명의 범위로 포함하여 해석하여야 한다. 예를 들면 마이크로레이저를 구현할 수 있는 형태에 있어 마이크로스피어나 마이크로디스크의 형태를 변형한 것이라든지, 또 다른 형태의 마이크로 레이저(WGM 레이저)를 구현할 수 있는 형태의 것이라도 본 발명의 기술적 사상을 이용한 것이라면 본 발명의 범위에 속할 것이다.

도 1은 링 레이저 방식의 자이로를 설명하기 위한 모식도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예로서, 마이크로 스피어를 양쪽으로 붙인 형태의 마이크로 자이로 장치의 모식도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예로서, 하이브리드 테이퍼 광섬유를 포함하는 마이크로 자이로 장치의 모식도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예로서, 단일 마이크로 스피어를 포함하는 형태의 마이크로 자이로 장치의 모식도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예로서, 스피어를 어레이 방식으로 하여 복잡한 형태의 회전운동의 측정이 가능한 마이크로 자이로를 설명하기 위한 모식도이다.

Claims (7)

1. 광펌핑을 위해 펌핑광을 주입하는 펌핑부;

   상기 펌핑부로부터 전달된 광으로 광펌핑을 하여 레이저를 발진시키는 하나 이상의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크;

   상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크로부터 발진된 광을 수신하여 포토디텍터로 전달하는 출력 커플러; 및

   상기 출력 커플러로부터 출력된 광들의 간섭으로 인한 비트 진동수를 산출하여 회전을 측정하는 포토디텍터를 포함하며, 상기 펌핑부 및 출력 커플러는 테이퍼된 광섬유(tapered optical fiber)로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로 자이로 장치가 한 쌍의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크를 포함하며, 상기 펌핑부 및 출력 커플러가 단일의 테이퍼된 광섬유이고, 상기 한 쌍의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크는 상기 테이퍼 광섬유 양측에 연결된 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 테이퍼 광섬유는 상기 마이크로 스피어 또는 마이크 로 디스크에 대한 입력 광섬유와 출력 광섬유를 접합시켜 테이퍼 구조를 만든 단일 모드 섬유(SMF)의 모드를 달리하는 하이브리드 섬유 테이퍼 결합구조인 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로 자이로 장치가 단일의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크를 포함하며, 상기 출력 커플러는 상기 마이크로 스피어의 양측에 연결된 두 가닥의 테이퍼된 광섬유이며, 상기 테이퍼된 광섬유는 Y 접합점으로 결합되어 상기 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크로부터 수신된 광을 결합하는 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 펌핑부 및 상기 마이크로 스피어는 단일의 광섬유로 이루어진 것으로, 상기 마이크로 스피어는 상기 광섬유의 끝을 레이저로 용융시켜 제조된 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로 자이로 장치가 여러 쌍의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크를 포함하며, 상기 펌핑부 및 출력 커플러가 단일의 테이퍼된 광섬유이고, 상기 여러 쌍의 마이크로 스피어 또는 마이크로 디스크는 상기 테이퍼 광섬유 양측에 어레이 형태로 연결된 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 마이크로 자이로 장치가 출력 커플러의 말단 부근에 펌핑광 차단을 위한 펌프 필터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 자이로 장치.

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