KR101824873B1 - 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템 - Google Patents

평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101824873B1
KR101824873B1 KR1020170016817A KR20170016817A KR101824873B1 KR 101824873 B1 KR101824873 B1 KR 101824873B1 KR 1020170016817 A KR1020170016817 A KR 1020170016817A KR 20170016817 A KR20170016817 A KR 20170016817A KR 101824873 B1 KR101824873 B1 KR 101824873B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
light
diaphragm
mode waveguide
waveguide
Prior art date
Application number
KR1020170016817A
Other languages
English (en)
Inventor
유기현
Original Assignee
유기현
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유기현 filed Critical 유기현
Priority to KR1020170016817A priority Critical patent/KR101824873B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101824873B1 publication Critical patent/KR101824873B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
    • G01H9/004—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means using fibre optic sensors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • G02B6/0288—Multimode fibre, e.g. graded index core for compensating modal dispersion
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R23/00—Transducers other than those covered by groups H04R9/00 - H04R21/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

본 발명은, 진동판에 단일 파장의 광원으로서 레이저 광을 입사광으로 조사하고 음파에 의한 진동판의 변위(displacement)에 따라 입사광과 반사광의 간섭에 의해 변조된 빛을 이용하여 음파를 감지하는 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템에 관한 것으로서,
실리콘 기판상에 다중 모드 도파로를 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로 형성하고, 상기 다중 모드 도파로의 일측으로 레이저 광을 입력받아 광섬유를 통해 픽업부로 제공하고, 상기 광섬유로 제공된 광이 음파의 진동에 따라 변조되어 제3 단일모드 도파로와 다중 모드 도파로를 경유하여 제2 단일 모드 도파로로 출력되도록 구성된 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템을 특징으로 한다.

Description

평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템 {Optical microphone system using planar lightwave circuit}
본 발명은 광 마이크로폰에 관한 것으로서, 진동판에 단일 파장의 광원으로서 레이저 광을 입사광으로 조사하고 음파에 의한 진동판의 변위(displacement)에 따라 입사광과 반사광의 간섭에 의해 변조된 빛을 이용하여 음파를 감지하는 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템에 관한 기술이다.
본 발명의 광 마이크로폰 시스템에 대한 배경 기술로서 도면 제1도에 도시된 대한민국 등록특허공보 제10-1413159호의 광 마이크로폰 기술이 있다. 이 기술은, 전반사 면을 가지는 제1 직경의 코어를 포함하는 광 송신부, 상기 제1 직경 보다 큰 제2 직경의 코어를 포함하는 광 수신부 및 외부 사운드의 세기에 따라 진동하더라도 상기 제1 직경의 코어에 의해 출력된 광을 반사하여 상기 제2 직경의 코어에 송신하는 진동판을 포함한다.
본 발명에 대한 다른 배경 기술로서 도면 제2도에 도시된 대한민국 등록특허공보 제10-0437142호의 광 마이크로폰 기술이 있다. 이 기술은, 반도체 레이저 광을 진동판에 입사시켜, 진동판이 외부 소리신호에 의해 위치 변형하는 것을 수광어레이 소자로 측정해 내는 원리로, 소리신호에 따른 진동판 위치 변형에 의해 진동판에서 레이저의 반사광의 경로 차이로 인한, 광 분포 변화를 다 수개의 수광 소자로 측정하여 신호 처리하는 것으로서, 레이저 광을 이용하여 진동판의 미세한 신호를 검출할 수 있게 하여 감도를 향상시키고, 레이저 빔과 홀로그램을 이용함으로써 렌즈나 광섬유등의 광학계를 제거하여 제조 공정을 단순화시키며, 광 고유의 특성으로 외부 전자파 간섭을 배제한다.
본 발명에 대한 또 다른 배경 기술로서 도면 제3도에 도시된 대한민국 등록특허공보 제10-0822272호의 광 마이크로폰 기술이 있다. 이 기술은, 진동판으로 광을 방사하는 제1도파관과 상기 진동판으로부터 반사된 광을 수집하는 제2도파관의 형태에 관한 것으로서, 상기 제1도파관과 제2도파관의 상단면이 상기 진동판의 하부면에 대해서 일정한 각도로 경사 가공되어 있고, 상기 제1도파관과 제2도파관의 중심축은 상기 진동판의 하부면에 대해서 일정한 각도로 기울어져 있으며, 상기 제1도파관과 제2도파관의 상단면이 상기 하부면에 수직한 방향을 중심으로 선대칭되어 있는 상태로부터, 상기 제1도파관과 제2도파관 중 어느 하나의 도파관이 상기 도파관의 중심축을 기준으로 45°내지 315°의 범위 내에서 회전되어 있는 상태를 가지는 광 마이크로폰에 의하는 경우, 종래와 같이 도파관의 상단면 가공각도를 크게하지 않고서도, 광원으로부터 방출되는 광의 세기와 수광소자에 전달되는 광의 세기의 차이를 크게 할 수 있어서, 광 마이크로폰이 감지할 수 있는 동작 영역의 효과와 그 범위를 확대시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 배경 기술들은 음파에 의해 진동하는 진동판에 레이저 광을 입사시키는 수단과 반사된 빛을 수신하는 수단이 각각 구비되어 있어 그 배열의 얼라인먼트(alignment)가 어렵고, 또한 광 마이크로폰의 감도를 균일하게 유지하는 것이 곤란하다. 아울러 배경 기술들의 광 마이크로폰 기술은, 진동판 이외의 부분으로 전달되는 외부 진동의 영향에 의해 잡음이 발생되어 미세한 음파를 높은 감도롤 감지하는 것이 사실상 불가능하다.
KR 10-1413159 B1 KR 10-0437142 B1 KR 10-0822272 B1 KR 10-2010-0072675 A US 6014239 A US 6147787 A US 20140050489 A1
Lucas B. Soldano et.al., Optical Multi-Mode Interference Devices Based on Self-Imaging : Principles and Applications, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 13, NO. 4, APRIL 1995
본 발명은, 단일의 광섬유(optical fiber) 채널을 통해 진동판에 대한 입사광을 제공하고 이에 대한 반사광을 고감도로 수광하며, 다중 반사에 의한 잡음을 억제하고, 주변의 전기장 및 자기장의 영향을 받지 않는 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 실리콘 기판상에 다중 모드 도파로를 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로 형성하고, 상기 다중 모드 도파로의 일측으로 레이저 광을 입력받아 광섬유를 통해 픽업부로 제공하고, 상기 광섬유로 제공된 광이 음파의 진동에 따라 변조되어 제3 단일모드 도파로와 다중 모드 도파로를 경유하여 제2 단일 모드 도파로로 출력되도록 구성된 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템을 과제의 해걀 수단으로 제공한다.
본 발명의 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템은, 단일의 광섬유(optical fiber) 채널을 통해 진동판에 대한 입사광을 제공하고 이에 대한 반사광을 고감도로 수광하며, 다중 반사에 의한 잡음을 억제하고, 주변의 전기장 및 자기장의 영향을 받지 않는 기술적 효과를 제공한다.
도면 제1도 내지 제3도는 본 발명의 광 마이크로폰 시스템에 대한 배경 기술로서, 광 마이크로폰의 구성
도면 제4도는 광 마이크로폰의 기본 작용
도면 제5도는 본 발명의 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템의 기본 구성
도면 제6도는 본 발명의 평면 광파 회로의 세부 구성
도면 제7도는 본 발명의 평면 광파 회로의 작용관계
도면 제8도는 본 발명의 픽업부의 구성
도면 제9도는 본 발명의 픽업부의 변조광 발생 구조
도면 제10도는 본 발명의 픽업부의 잡음 억제 구조
도면 제11도는 본 발명의 픽업부의 잡음 억제를 위한 세부 구조
이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 이에 따라 이 기술이 속하는 분야에서 보통의 지식을 가진 자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시예들 뿐만 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다
상술한 목적, 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 더욱 분명해 질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도면 제4도는 광 마이크로폰의 기본 작용을 도시한다. 광 마이크로폰은, 진동판에 단일 파장의 광원으로서 레이저 광을 입사광으로 조사하고 음파에 의한 진동판의 변위(displacement)에 따라 입사광과 반사광의 간섭에 의해 변조된 빛을 이용하여 음파를 감지하는 수단이다.
통상의 다이나믹 마이크로폰은, 진동판에 코일을 구비하고 자기장 내에서 진동을 전기적 신호로 변환하는 구조로서 코일과 진동판을 구동하기 위한 힘이 음파의 주파수에 따라 증가하므로 높은 주파수의 응답 특성이 저하된다. 이에 대해 콘덴서 마이크로폰은, 하우징 내의 고정 전극과 진동판 사이의 정전 용량이 음파에 의한 진동판의 진동에 따라 변화하는 특성을 이용한다. 그러나 콘덴서 마이크로폰에서 감지 주파수 대역을 넓히기 위해서는 진동판의 직경이 작아야 하고, 이에 따른 용량 변화는 상대적으로 작게 되어 인가되는 분극 전압이 높아지는 문제점이 있다. 또한 통상의 다이나믹 마이크로폰과 콘덴서 마이크로폰은, 주변의 전기장과 자기장에 의한 유도 현상에 의해 잡음이 발생하므로 아크(arc)의 감지, 고압 송배전 설비의 이상 감지 등과 같은 전기장 및 자기장의 환경하에서는 사용될 수 없다.
따라서 전기장과 자기장의 영향을 받는 환경하에서는 광 마이크로폰을 사용해야 한다. 그러나 광 마이크로폰에서는 입사광을 진동판에 가하고 이로부터의 반사광을 픽업하기 위한 광학계의 구성이 용이하지 않아 미세한 음파를 높은 감도로 감지하는 것이 곤란하다.
본 발명은, 상기와 같은 종래의 광 마이크로폰의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단일의 광섬유(optical fiber) 채널을 통해 진동판에 대한 입사광을 제공하고 이에 대한 반사광을 수광할 수 있는 저잡음의 광 마이크로폰 유닛과 이를 구동하기 위한 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)를 구비한 광 마이크로폰 시스템을 제공한다. 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)는, 실리콘 기판상에 투명도가 매우 높은 유리막을 형성하고, 이 유리막을 가공해서 필요한 광소자를 기판에 평탄하게 형성하는 기술로서, 이에 따른 본 발명의 광 마이크로폰 시스템은, 전기장 및 자기장의 환경하에서도 미세한 음파를 높은 감도로 감지하는 것이 가능하다.
도면 제5도는 본 발명의 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템의 기본 구성을 도시한다. 본 발명의 광 마이크로폰 시스템은; 실리콘 기판(100)상에 다중 모드 도파로(200)를 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로 형성하고, 상기 다중 모드 도파로(200)의 일측으로 레이저 광 Ψ in 을 입력받는 제1 단일모드 도파로(210), 음파에 의해 변조된 광 Ψ out 을 출력하는 제2 단일 모드 도파로(220)를 구비한다. 상기 다중 모드 도파로(200)의 타측으로는 상기 제1 단일모드 도파로(210)로 제공된 레이저 광 Ψ in 이 1/2씩 분배되어 각각 출력되는 제3 단일모드 도파로(230) 및 제4 단일 모드 도파로(240)가 구비된다. 상기 제3 단일모드 도파로(230)에는 광섬유(300)가 접속되어 상기 Ψ in /2 의 광을 픽업부(400)에 제공한다. 상기 픽업부(400)는, 음파에 의해 진동하는 진동판(410)을 구비하고 상기 진동판(410)에 대향하여 광섬유(300)의 타단을 배치함으로써 상기 광섬유(300)로 제공되는 Ψ in /2 의 광이 상기 진동판(410)의 진동에 따라 변조되어 반사광 Ψ mod 로 광섬유(300)에 제공된다. 상기 변조된 반사광 Ψ mod 는, 제3 단일모드 도파로(230)와 다중 모드 도파로(200)를 경유하여 제2 단일 모드 도파로(220)로 Ψ out 의 광으로 출력된다.
도면 제6도는 본 발명의 평면 광파 회로의 세부 구성을 도시한다. 본 발명의 광 마이크로폰 시스템은; 실리콘 기판(100)상에 다중 모드 도파로(200)와, 상기 다중 모드 도파로(200)의 양측으로 제1 내지 제4 단일모드 도파로(210),(220),(230),(240)를 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로 구성한다.
상기 구성에서 레이저 광 Ψ in 이 제1 단일모드 도파로(210)를 통해 다중 모드 도파로(200)에 공급되면, 상기 레이저 광 Ψ in 은 다중 모드 도파로(200)를 진행하며 입력 광신호의 분배가 일어나고, 길이 방향으로 특정한 위치에서 모드간의 보강 간섭에 의하여 입력 광 신호에서 여기된 파의 상을 재생시킨다. 이를 '자기상 맺힘'이라고 하며 다중 모드 도파로(200)의 길이 L의 방향에 따라 주기적인 간격을 두고 하나 이상의 상을 만들게 되는 현상이다. 이때 다중 모드 도파로(200) 내의 광파의 분포는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112017012657531-pat00001
여기서 Cυ는 모드 여기 상수이고, ψ는 유기 모드이고, υ는 모드의 차수이다.
광 신호의 입력 위치가 다중 모드 도파로(200)의 일반적인 지점인 경우, 일반간섭(General Interference)을 이용하게 되면, 원하는 개수의 자기 상이 맺히는 길이는 수학식 2와 같다.
Figure 112017012657531-pat00002
이때 M 은 주기성을 나타내는 정수이고, N 은 자기 상의 개수, L π 는 결합 길이로서 기본 모드와 1차 모드의 위상차 π가 되는 진행 거리이며 다음의 수학식 3으로 정리된다,.
Figure 112017012657531-pat00003
여기서 β 0 , β 1 는 기본 모드와 1차 모드의 전파 상수이고, λ 0 는 파장, η e 는 유효 굴절률, W e 는 유효 폭으로 기본 모드가 실제 유기되는 폭을 나타낸다. 또한 입출력 위치가 다중 모드 도파로(200)의 폭 방향의 1/3 또는 2/3 되는 지점에서의 경우는 쌍간섭(Paired Interference)을 이용하게 되며, 원하는 개수의 자기 상이 맺히는 길이는 수학식 4로 표현된다.
Figure 112017012657531-pat00004
또한 입출력 위치가 다중 모드 도파로의 폭 방향의 1/2 되는 지점에서의 경우는 대칭간섭(Symmetric Interference)을 이용하게 되며, 원하는 개수의 자기 상이 맺히는 길이는 수학식 5로 표현된다.
Figure 112017012657531-pat00005
도면 제7도는 본 발명의 평면 광파 회로의 작용관계를 도시한다. 본 발명의 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)는 다중 모드 도파로(200)와, 상기 다중 모드 도파로(200)의 양측으로 제1 내지 제4 단일모드 도파로(210), (220), (230), (240)를 형성하여 쌍간섭(paired interference)의 구조를 이용한다. 상기의 제1 단일 모드 도파로(210)로 입력된 레이저 광 Ψ in 은 다중 모드 도파로(200)를 진행하는 동안 쌍간섭(paired interference) 자기상 맺힘 현상에 의하여 입력된 레이저 광과 π/2와 0의 위상 차이를 갖고, 50:50의 비율로 분배되어 상기의 제3 단일 모드 도파로(230)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(240)로 각각 Ψ in /2 씩 출력된다. 상기의 제3 단일 모드 도파로(230)로 출력된 레이저 광신호 Ψ in /2는 접속된 광섬유(300)를 통해 픽업부(400)에 제공된다. 상기 픽업부(400)에 입력되고, 변조된 광 신호 Ψ mod 는 상기의 다중 모드 도파로(200)로 입력되어 쌍간섭 자기상 맺힘 현상에 의해 0의 위상 차이를 갖고, 상기의 제2 단일 모드 도파로(220)로 Ψ out = Ψ mod /2로서 출력된다.
따라서 본 발명의 평면 광파 회로는 단일 모드 도파로 및 다중 모드 도파로(200)와 광섬유(300)를 통해 픽업부(400)에 레이저 광을 제공하고 음파의 진동에 의해 변조된 광을 다중 모드 도파로(200)와 단일 모드 도파로로 출력함으로써, 전기장 및 자기장의 환경하에서도 음파를 높은 감도로 감지하는 것이 가능하다.
도면 제8도는 본 발명의 픽업부(400)의 구성을 도시한다. 본 발명의 픽업부(400)는, 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로부터 광섬유(300)를 통해 제공된 레이저 광을 진동판에 조사하고 음파의 진동에 의해 변조된 광을 광섬유(300)를 통해 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로 제공한다.
본 발명의 픽업부(400)는; 상하단이 개방된 원기둥형의 픽업 하우징(420);과, 상기 픽업 하우징(420)의 개방된 일측에 주변이 고정부착되어 외부의 음파에 의해 진동하는 진동판(410); 상기 픽업 하우징(420)의 개방된 타측을 밀폐하는 하우징 캡(430);을 구비하며, 상기 하우징 캡(430)의 중심부에는 광섬유 고정홀을 형성하여 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)에 접속된 광섬유(300)를 고정시킨다. 상기 광섬유(300)는 픽업 하우징(420)의 내측 공간에서 진동판(410)에 대향하여 레이저 광을 제공하고 반사된 변조광을 수신한다. 상기 픽업 하우징(420)의 측면에는 픽업 하우징(420)의 내측 공간과 외부의 정적 압력을 동일하게 유지시키기 위한 관통구(425)를 형성한다.
도면 제9도는 본 발명의 픽업부(400)의 변조광 발생 구조를 도시한다. 전술한 바와 같이 본 발명의 픽업부(400)는, 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)에 접속된 광섬유(300)를 고정시키고, 상기 광섬유(300)는 픽업 하우징(420)의 내측 공간에서 진동판(410)에 대향하여 레이저 광을 제공하고 반사된 변조광을 수신한다. 이때 상기 광섬유(300)는, 미세한 진동에 의해서도 고감도의 변조가 일어날 수 있도록 진동판(410)을 기준으로 최소한의 거리를 두고 고정배치된다. 상기 광섬유(300)는, 광신호를 전달하는 코어(310: core)와 상기 토어를 보호하는 클래딩 및 피복(320: cladding and jacket)으로 구성된다. 이때 상기 진동판(410)과 광섬유(300)의 코어(310) 면이 평행을 이루게 되면, 코어(310)의 굴절률이 공기보다 높으므로 상기 진동판(410)과 광섬유(300)의 코어(310)간에 다중의 반사가 일어난다. 상기와 같은 다중 반사는, 광섬유(300)로 제공된 레이저 광이 음파에 의해 변조되어 반사되고 다시 변조된 광이 진동판(410)으로 반사되어 변조 및 반사되는 현상이 반복하여 다중으로 발생됨으로써 궁극적으로는 광섬유(300)로 수신되는 변조광에 혼입되는 잡음이 된다.
따라서 본 발명의 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템은 픽업부(400)의 잡음 억제 구조를 제공한다.
도면 제10도는 본 발명의 픽업부(400)의 잡음 억제 구조를 도시한다. 본 발명의 잡음 억제 구조는, 픽업부(400)의 진동판(410)과 광섬유(300)의 코어(310) 면이 평행을 이루지 않도록 배치하여 진동판(410)과 코어(310) 면 간의 다중 반사를 억제함으로써 달성된다. 도면의 (a)는 진동판(410)과 코어(310) 면이 이루는 각도가 작은 경우를 도시하고, 도면의 (b)는 상대적으로 큰 각도로 진동판(410)과 코어(310) 면이 배치된 경우를 도시한다. 도면(a)에서는 진동판(410)과 코어(310) 면이 이루는 각도가 작으므로, 광섬유(300)로 제공된 레이저 광이 음파에 의해 변조되어 반사되고 다시 변조된 광이 진동판(410)으로 반사되어 변조 및 반사되는 현상이 제한된 횟수만큼 반복되는 것을 도시한다. 이에 대해 도면(b)에서는, 광섬유(300)로 제공된 레이저 광이 음파에 의해 1회 변조되어 반사되도록 진동판(410)과 코어(310) 면이 이루는 각도를 크게 배치하여 다중 반사에 의한 잡음을 억제하는 구성을 도시한다.
도면 제11도는 본 발명의 픽업부(400)의 잡음 억제를 위한 세부 구조를 도시한다. 본 발명의 픽업부(400)에서 광섬유(300)의 코어(310)의 반경을 r이라 하고, 상기 코어(310) 면의 중심으로부터 수직방향으로 픽업부(400)의 진동판(410)까지의 거리를 d라 할 때, 진동판(410)에 대해 광섬유(300)의 코어(310)가 이루는 최대 각도 θmax는 다음의 수학식 6으로 한정된다.
Figure 112017012657531-pat00006
따라서,
Figure 112017012657531-pat00007
진동판(410)에 대해 광섬유(300)의 코어(310)가 각도 θ를 이루도록 하며 진동판(410)과 광섬유(300)의 코어(310)간의 다중 반사에 의한 잡음을 억제한다.
이상과 같이 설명된 본 발명의 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템은, 단일의 광섬유(optical fiber) 채널을 통해 진동판에 대한 입사광을 제공하고 이에 대한 반사광을 수광하며, 다중 반사에 의한 잡음을 억제하고, 주변의 전기장 및 자기장의 영향을 받지 않는 특징이 있다.
본 발명의 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템은, 비록 한정된 실시예들과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 실리콘 기판 200 : 다중 모드 도파로
210 : 제1 단일모드 도파로 220 : 제2 단일모드 도파로
230 : 제3 단일모드 도파로 240 : 제4 단일모드 도파로
300 : 광섬유 310 : 코어
320 : 클래딩 및 피복 400 : 픽업부
410 : 진동판 420 : 픽업 하우징
425 : 관통구 430 : 하우징 캡

Claims (5)

  1. 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템에 있어서,

    단일의 광섬유(optical fiber) 채널을 통해 진동판에 대한 입사광을 제공하고 이에 대한 반사광을 고감도로 수광하기 위해, 실리콘 기판(100)상에 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로 형성되는 다중 모드 도파로(200);

    상기 다중 모드 도파로(200)의 일측으로 레이저 광 Ψin 을 입력받는 제1 단일모드 도파로(210); 및
    음파에 의해 변조된 광 Ψout 을 출력하는 제2 단일 모드 도파로(220);를 구비하고,
    상기 다중 모드 도파로(200)의 타측으로는 상기 제1 단일모드 도파로(210)로 제공된 레이저 광 Ψin 이 1/2씩 분배되어 각각 출력되는 제3 단일모드 도파로(230); 및
    제4 단일 모드 도파로(240)가 구비되며,

    상기 제3 단일모드 도파로(230)에는 단일의 광섬유(300)가 접속되어 상기 Ψin /2 의 광을 픽업부(400)에 제공하고,

    상기 픽업부(400)는,
    음파에 의해 진동하는 진동판(410)을 구비하고 상기 진동판(410)에 대향하여 광섬유(300)의 타단을 배치함으로써 상기 광섬유(300)를 통해 제공되는 Ψin /2 의 광이 상기 진동판(410)의 진동에 따라 변조되어 반사광 Ψmod 로 광섬유(300)에 제공되며,
    상기 변조된 반사광 Ψmod 는, 제3 단일모드 도파로(230)와 다중 모드 도파로(200)를 경유하여 제2 단일 모드 도파로(220)로 Ψout 의 광으로 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템
  2. 제1항에 있어서 상기 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)는,
    제1 단일 모드 도파로(210)로 입력된 레이저 광 Ψin 이 다중 모드 도파로(200)를 진행하는 동안 쌍간섭(paired interference) 자기상 맺힘 현상에 의하여 입력된 레이저 광과 π/2와 0의 위상 차이를 갖고, 50:50의 비율로 분배되어 상기의 제3 단일 모드 도파로(230)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(240)로 각각 Ψin /2 씩 출력되고,
    상기의 제3 단일 모드 도파로(230)로 출력된 레이저 광신호 Ψin /2는 접속된 단일의 광섬유(300)를 통해 픽업부(400)에 제공되며,
    상기 픽업부(400)에 입력되고, 변조된 광 신호 Ψmod 는 상기의 광섬유를 통해 다중 모드 도파로(200)로 입력되어 쌍간섭 자기상 맺힘 현상에 의해 0의 위상 차이를 갖고, 상기의 제2 단일 모드 도파로(220)로 Ψout = Ψmod /2로서 출력되도록 구성된 것을 특징으로 하는 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템
  3. 제1항에 있어서 상기 픽업부(400)는,
    평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로부터 단일의 광섬유(300)를 통해 제공된 레이저 광을 진동판에 조사하고 음파의 진동에 의해 변조된 광을 상기 광섬유(300)를 통해 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)로 제공하며,
    상하단이 개방된 원기둥형의 픽업 하우징(420);과,
    상기 픽업 하우징(420)의 개방된 일측에 주변이 고정부착되어 외부의 음파에 의해 진동하는 진동판(410);
    상기 픽업 하우징(420)의 개방된 타측을 밀폐하는 하우징 캡(430);을 구비하며,
    상기 하우징 캡(430)의 중심부에는 광섬유 고정홀을 형성하여 평면 광파 회로(planar lightwave circuit)에 접속된 광섬유(300);를 고정시키고,
    상기 픽업 하우징(420)의 측면에는 픽업 하우징(420)의 내측 공간과 외부의 정적 압력을 동일하게 유지시키기 위한 관통구(425);를 형성하고,

    상기 픽업부(400)는,
    광섬유(300)의 코어(310)의 반경을 r이라 하고, 상기 코어(310) 면의 중심으로부터 수직방향으로 픽업부(400)의 진동판(410)까지의 거리를 d라 할 때, 수학식 6의 최대 각도 θmax 이내에서 진동판(410)에 대해 광섬유(300)의 코어(310)가 각도를 이루도록 하여 진동판(410)과 광섬유(300)의 코어(310)간의 다중 반사에 의한 잡음을 억제하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템
    [수학식 6]
    Figure 112017120037555-pat00022
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020170016817A 2017-02-07 2017-02-07 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템 KR101824873B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170016817A KR101824873B1 (ko) 2017-02-07 2017-02-07 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170016817A KR101824873B1 (ko) 2017-02-07 2017-02-07 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101824873B1 true KR101824873B1 (ko) 2018-02-02

Family

ID=61223388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170016817A KR101824873B1 (ko) 2017-02-07 2017-02-07 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101824873B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108562650A (zh) * 2018-06-01 2018-09-21 李霆睿 一种无源监听装置及无源监听系统
EP3851815A1 (en) * 2020-01-16 2021-07-21 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO A photonic integrated device for converting sound into a modulation of a property of light

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3188695B2 (ja) * 1990-12-20 2001-07-16 イギリス国 強度分割デバイス

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3188695B2 (ja) * 1990-12-20 2001-07-16 イギリス国 強度分割デバイス

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108562650A (zh) * 2018-06-01 2018-09-21 李霆睿 一种无源监听装置及无源监听系统
EP3851815A1 (en) * 2020-01-16 2021-07-21 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO A photonic integrated device for converting sound into a modulation of a property of light

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wei et al. Polymer micro-ring resonator integrated with a fiber ring laser for ultrasound detection
US11353655B2 (en) Integrated optical polarizer and method of making same
US5200795A (en) Passive quadrature phase detection system for coherent fiber optic systems
Rong et al. Orientation-dependent fiber-optic accelerometer based on grating inscription over fiber cladding
KR101824873B1 (ko) 평면 광파 회로를 이용한 광 마이크로폰 시스템
KR20110011052A (ko) 광선의 스페클 콘트라스트 제어장치
KR20080031477A (ko) 마이크로폰 소자
JP5065187B2 (ja) 光ファイバセンサ
KR100448325B1 (ko) 다중모드간섭을이용하는광소자
JP2007078633A (ja) 高感度３軸光電界センサ
US11125943B2 (en) Optical modulator and optical measurement apparatus
JP2004212137A (ja) ３軸光電界センサ
JP2007180707A (ja) 振動検出装置
JP2000097980A (ja) 進行波型光電界センサ
RU2473181C1 (ru) Оптический микрофон
JP6557630B2 (ja) 電界強度測定器
JPS62285027A (ja) 光ハイドロホン
JP2014215140A (ja) 電界計測装置
Zadok et al. Opto-mechanical fiber sensing with optical and acoustic cladding modes
JP2010014579A (ja) 光学センサおよびそれを用いた計測システム
JP3435583B2 (ja) 電界センサ
US11226502B1 (en) Photonic integrated circuits for generating high-brightness squeezed light
JP7240570B2 (ja) 電界検出デバイス及び電界検出装置
KR20090122239A (ko) 광학 계측 시스템
Zhao et al. All-fiber vibration sensor based on nano-wire grid polarizer

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant