KR101850024B1 - Ofdr 방식을 이용한 광 간섭계의 경로차 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Ofdr 방식을 이용한 광 간섭계의 경로차 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 OFDR 방식을 이용한 광 간섭계의 경로차 측정 장치는 광 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 변하는 빔을 주기적으로 발생시키는 광원, 상기 광원에 의해 발생된 빔을 제 1 빔과 제 2 빔으로 분파시키는 커플러, 상기 제 1 빔을 입력받아 분파시키고, 상기 분파된 제 1 빔의 주파수의 차이를 검출하는 제 1 광 간섭계, 상기 제 2 빔을 입력받아 분파시키고, 상기 분파된 제 2 빔의 주파수의 차이를 검출하는 제 2 광 간섭계 및 상기 제 1 광 간섭계의 경로차를 산출하는 제어모듈을 포함하되, 상기 제어모듈은, 상기 제 2 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하고, 상기 산출된 주파수에 기초하여 상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율을 산출하며, 상기 제 1 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하고, 상기 산출된 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율에 기초하여 상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터를 산출한다.

Description

OFDR 방식을 이용한 광 간섭계의 경로차 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING PATH DIFFERENCE IN OPTICAL INTERFEROMETER USING OFDR}
본 발명은 OFDR 방식을 이용한 광 간섭계의 경로차 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
광 간섭계의 경로 차이를 측정하는 방법은 종래의 경우, 초단 광 펄스(optical short pulse)를 이용하여 펄스의 시간 차이를 산출하거나, 위상 차이를 산출하여 경로 차이를 측정하였다.
그러나 짧은 경로차를 가지는 간섭계의 경우, 펄스를 이용한 방식은 펄스 폭이 매우 짧고, 이에 따라 고성능 펄스 측정 장비가 갖추어져야 하기 때문에 고가의 시스템을 구축해야 측정할 수 있다는 단점이 있다.
또한, 위상 차이를 이용하여 측정하는 방식은 위상의 민감도가 매우 커서 시스템을 안정화시키기 어렵다는 단점이 있다.
이에 따라, 최근에는 OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometry) 기술을 이용하여 광 간섭계의 경로차를 측정하는 기술이 대두되고 있다.
OFDR 기술은 광섬유 중간의 절단면이나 부식지점을 광 주파수(optical frequency)가 선형적으로 변하는 광원을 발생시켜, 반사되어 돌아오는 광과 기준 광의 주파수 차이를 이용하여 측정하는 기술이다.
하지만 OFDR 방식을 짧은 경로차를 가지는 광 간섭계의 경로차 측정에 사용하기 위해서는 분해능 성능이 좋아야 하기 때문에, 광 주파수의 변화율 범위가 매우 넓으면서 선형적으로 변해야 한다.
광 주파수가 비선형적으로 변화하는 경우에는 분해능 및 측정 성능이 저하되므로, 광 간섭계의 경로차 측정시 문제가 될 수 있다.
이와 관련하여, 한국등록특허공보 제10-1567988호(발명의 명칭: 광주파수 영역 반사 측정 시스템 및 측정 방법)는 센싱 광섬유에 대한 측정 가능길이를 증가시킬 수 있는 광주파수 영역 반사 측정 시스템 및 측정 방법을 개시하고 있다.
본 발명의 실시예는 비선형 보정용 마하젠더 간섭계를 사용하여 검출된 신호를 상미분방정식(Ordinary differential Equation, ODE)을 통해 주파수 변화율을 산출하고, 측정하고자 하는 광 간섭계에 적용함으로써 비선형적으로 변화하는 광 주파수의 비선형성을 제거하고 정확한 경로차를 측정할 수 있는 경로차 측정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 OFDR 방식을 이용한 광 간섭계의 경로차 측정 장치는 광 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 변하는 빔을 주기적으로 발생시키는 광원, 상기 광원에 의해 발생된 빔을 제 1 빔과 제 2 빔으로 분파시키는 커플러, 상기 제 1 빔을 입력받아 분파시키고, 상기 분파된 제 1 빔의 주파수의 차이를 검출하는 제 1 광 간섭계, 상기 제 2 빔을 입력받아 분파시키고, 상기 분파된 제 2 빔의 주파수의 차이를 검출하는 제 2 광 간섭계 및 상기 제 1 광 간섭계의 경로차를 산출하는 제어모듈을 포함한다. 이때, 상기 제어모듈은, 상기 제 2 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하고, 상기 산출된 주파수에 기초하여 상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율을 산출하며, 상기 제 1 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하고, 상기 산출된 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율에 기초하여 상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터를 산출한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 제 1 및 제 2 광 간섭계를 포함하는 OFDR 방식을 이용한 경로차 측정 장치에서의 경로차 측정 방법은 제 2 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하는 단계; 상기 산출된 주파수에 기초하여 상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율을 산출하는 단계; 상기 제 1 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하는 단계; 상기 산출된 제 1 광 간섭계의 주파수와, 상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율에 기초하여 상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터를 산출하는 단계 및 상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터에 기초하여 상기 제 1 광 간섭계의 경로차를 산출하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, OFDR 기법을 이용함으로써, 종래 기술에 따른 초단 광 펄스를 이용하여 펄스의 시간 차이를 적용하는 기법 또는 위상 차이를 적용하는 기법에서 발생되는 문제점을 발생시키지 않고 광 간섭계의 경로 차이를 측정할 수 있다.
또한, 비선형 보정용 마하젠더 간섭계를 사용함으로써 광 주파수가 비선형적으로 변하는 경우에도 비선형성의 영향을 제거하여 경로 차이를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 광선로 및 지연 선로에서 선형적 또는 비선형적으로 변하는 광 주파수를 시간축에서 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서의 제어모듈의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 방법의 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원은 OFDR 방식을 이용한 광 간섭계의 경로차 측정 장치(100) 및 그 방법에 관한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 장치(100)에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 장치(100)를 도시한 도면이다. 도 2는 광선로(132, 142) 및 지연 선로(133, 143)에서 선형적 또는 비선형적으로 변하는 광 주파수를 시간축에서 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에서의 제어모듈(150)의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 장치(100)는 광원(110), 커플러(120), 제 1 광 간섭계(130), 제 2 광 간섭계(140) 및 제어모듈(150)을 포함한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 1에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.
그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.
구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.
광원(Tunable Laser Source, 110)은 광 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 변하는 빔을 주기적으로 발생시킨다.
커플러(120)는 광원(110)에 의해 발생된 빔을 광선로를 통해 입력받아 제 1 빔과 제 2 빔으로 분파시킨다.
제 1 광 간섭계(130)는 제 1 빔을 입력받아 분파시키고, 분파된 제 1 빔의 주파수의 차이를 검출한다.
마찬가지로, 제 2 광 간섭계(140)는 제 2 빔을 입력받아 분파시키고, 분파된 제 2 빔의 주파수의 차이를 검출한다.
이때, 제 1 광 간섭계(130)와 제 2 광 간섭계(140)는 각각 제 1 커플러(131, 141), 광선로(132, 142), 지연선로(133, 143), 제 2 커플러(134, 144) 및 검출기(135, 145)를 포함할 수 있다.
제 1 커플러(131, 141)는 제 1 빔과 제 2 빔을 각각 입력받아 분파시킨다. 이와 같이 분파된 제 1 빔과 제 2 빔은 각각 광선로(132, 142) 및 지연 선로(133, 143)로 입력된다.
광선로(132, 142) 및 지연 선로(133, 143)를 통과한 각 빔은 제 2 커플러(134, 144)를 통해 입력된다.
그리고 검출기(135, 145)는 광선로(132, 142) 및 지연 선로(133, 143)를 통과한 각 빔의 주파수 차이를 검출한다. 검출기(135, 145)는 광신호를 수신하여 전기 신호로 변환할 수 있는 것으로서, 예를 들어 포토 다이오드(Photo Diode)로 구성될 수 있다.
이때, 제 2 광 간섭계(140)는 제 1 광 간섭계(130)와는 상이한 비선형 보정용 마하젠더 간섭계로서, 제 2 광 간섭계(140)의 지연 선로(143)의 지연 시간 파라미터는 고정된 값을 가지고 있다는 차이가 있다.
제어모듈(150)은 제 2 광 간섭계(140)에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하고, 산출된 주파수에 기초하여 제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율을 산출한다.
그리고 제어모듈(150)은 제 1 광 간섭계(130)에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하고, 산출된 제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율에 기초하여 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터를 산출한다.
이와 같이 산출된 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터에 기초하여, 제어모듈(150)은 제 1 광 간섭계(130)의 경로차를 산출할 수 있다.
한편, 제어모듈(150)은 통신 모듈(151), 메모리(153) 및 프로세서(155)에 의해 구성될 수 있다.
여기에서, 통신 모듈(151)은 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈을 모두 포함할 수 있다. 유선 통신 모듈은 전력선 통신 장치, 전화선 통신 장치, 케이블 홈(MoCA), 이더넷(Ethernet), IEEE1294, 통합 유선 홈 네트워크 및 RS-485 제어 장치로 구현될 수 있다. 또한, 무선 통신 모듈은 WLAN(wireless LAN), Bluetooth, HDR WPAN, UWB, ZigBee, Impulse Radio, 60GHz WPAN, Binary-CDMA, 무선 USB 기술 및 무선 HDMI 기술 등으로 구현될 수 있다.
메모리(153)에는 광 간섭계의 경로차를 측정하기 위한 프로그램이 저장된다. 여기에서, 메모리(153)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 휘발성 저장장치를 통칭하는 것이다.
예를 들어, 메모리(153)는 콤팩트 플래시(compact flash; CF) 카드, SD(secure digital) 카드, 메모리 스틱(memory stick), 솔리드 스테이트 드라이브(solid-state drive; SSD) 및 마이크로(micro) SD 카드 등과 같은 낸드 플래시 메모리(NAND flash memory), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD) 등과 같은 마그네틱 컴퓨터 기억 장치 및 CD-ROM, DVD-ROM 등과 같은 광학 디스크 드라이브(optical disc drive) 등을 포함할 수 있다.
또한, 메모리(153)에 저장된 프로그램은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.
프로세서(155)는 메모리(153)에 저장된 경로차를 측정하기 위한 프로그램을 실행시킨다.
이와 같은 구성을 가지는 제어모듈(150)이 제 1 광 간섭계(130)의 경로차를 산출하는 과정을 아래에서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 광원(110)에서 발생되는 빔(신호)의 전기장(E)과 각주파수(ω)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016011717682-pat00001
이때, 주파수가 선형적으로 변하는 경우, 각주파수(ω)는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기에서 γ는 빔의 광 주파수를 변화시키는 요인인 주파수 변화율을 의미한다.
[수학식 2]
Figure 112016011717682-pat00002
그리고 광원(110)에서 발생되는 빔의 위상(φ)은 수학식 2를 적분한 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016011717682-pat00003
한편, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 광 주파수가 선형적으로 변하는 경우, OFDR 방식을 사용하여 간섭계의 경로차를 측정할 수 있으나, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 광 주파수가 비선형적으로 변하는 경우에는 경로차의 측정 결과에 심각한 영향을 가져오게 된다.
따라서, 광 주파수가 비선형적으로 변화하는 경우, 광원(110)에서 발생되는 빔의 위상(φ)은 수학식 3을 수학식 4와 같이 변경하여 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112016011717682-pat00004
여기에서 γ(t)는 주파수 변화율을 의미하며, 광 주파수가 비선형적으로 변화하는 경우 주파수 변화율(γ(t))은 시간에 대한 함수로 나타나게 된다.
한편, 제 2 광 간섭계(140)에 포함된 검출기(145)에서 검출되어 출력되는 신호(iPD2)는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 이때, 수학식 5에서 제 2 광 간섭계(140)의 지연 선로(143)의 지연 시간 파라미터(τM)은 고정된 값을 가진다.
[수학식 5]
Figure 112016011717682-pat00005
제 2 광 간섭계(140)의 검출기(145)를 통해 검출된 신호(iPD2)의 주파수를 산출하기 위하여 수학식 5에서의 위상(φ)을 미분하여 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112016011717682-pat00006
수학식 6을 다시 정리하면 아래 수학식 7과 같은 상미분방정식(Ordinary differential equation)으로 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112016011717682-pat00007
제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율(γ(t))은 제 2 광 간섭계(140)에 의해 검출된 신호로부터 산출된 주파수가 상미분방정식으로 변환됨에 따라 아래 수학식 8과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112016011717682-pat00008
일반적으로 측정 시간 t는 비선형 보정용 마하젠더 간섭계의 경로차이보다 훨씬 크기 때문에, 제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율(γ(t))은 수학식 8을 다시 정리하여 다시 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112016011717682-pat00009
또한, 제 2 광 간섭계(140)의 미분 주파수 변화율(
Figure 112016011717682-pat00010
)은 수학식 7을 정리하여 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112016011717682-pat00011
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 장치(100)는 광 주파수가 비선형적으로 변하는 빔의 비선형성을 알 수 있는 주파수 변화율(γ(t))을 비선형 보정용 마하젠더 간섭계(140)를 통해 미리 산출할 수 있다. 그리고 이와 같이 산출된 주파수 변화율(γ(t))을 이용하여 제 1 광 간섭계(130)의 경로차(d)를 산출할 수 있다.
제 1 광 간섭계(130)의 경로차(d)를 산출하기 위한 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 광 간섭계(130)의 검출기에서 검출된 신호(iPD1)는 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112016011717682-pat00012
그리고 제 1 광 간섭계(130)의 검출기에서 검출된 신호(iPD1)의 주파수(ωPD1)는 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112016011717682-pat00013
제 1 광 간섭계(130)의 검출기(135)에 의해 검출된 신호(iPD1)의 주파수(ωPD1)인 수학식 12에, 제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율(γ(t)) 및 미분 주파수 변화율(
Figure 112016011717682-pat00014
)인 수학식 9와 수학식 10을 각각 대입시키면 수학식 13과 같은 지연 시간 파라미터(τ)에 관한 2차 방정식 형태로 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112016011717682-pat00015
이와 같은 수학식 13에서 지연 시간 파라미터(τ)를 산출하면 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112016011717682-pat00016
이때, 산출된 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터(τ)가 복수개인 경우, 즉 수학식 14와 같이 2개의 지연 시간 파라미터(τ)가 산출된 경우, 제어모듈(150)은 2개의 지연 시간 파라미터(τ) 중, 제 2 광 간섭계(140)가 부재한 상태에서 산출된 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터와 가장 근사한 값을 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터(τ)로 결정할 수 있다.
이와 같이 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터(τ)가 결정되면, 수학식 15를 통해 제 1 광 간섭계(130)의 경로차(d)를 측정할 수 있다.
[수학식 15]
Figure 112016011717682-pat00017
이때, c는 빛의 속도, n은 매질의 굴절률을 의미한다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 장치(100)에 의하면, OFDR 기법을 이용함으로써, 종래 기술에 따른 초단 광 펄스를 이용하여 펄스의 시간 차이를 적용하는 기법 또는 위상 차이를 적용하는 기법에서 발생되는 문제점을 발생시키지 않고 광 간섭계의 경로 차이를 측정할 수 있다.
또한, 비선형 보정용 마하젠더 간섭계(140)를 사용함으로써 광 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 변하는 경우에도 비선형성의 영향을 제거하여 경로 차이를 측정할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 장치(100)에서의 경로차 측정 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 방법은 먼저, 광 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 변하는 빔을 광원(110)이 주기적으로 발생시키면(S405), 커플러(120)가 광원(110)에 의해 발생된 빔을 제 1 빔과 제 2 빔으로 분파시킨다(S410). 그리고 분파된 제 1 빔과 제 2 빔을 각각 제 1 광 간섭계(130)와 제 2 광 간섭계(140)가 입력받도록 한다(S415).
이때, 제 2 광 간섭계(140)는 제 1 광 간섭계(130)와는 상이한 비선형 보정용 마하젠더 간섭계로서, 제 2 광 간섭계(140)의 지연선로의 지연 시간 파라미터는 고정된 값을 가지고 있다는 차이가 있다.
제 1 광 간섭계(130)와 제 2 광 간섭계(140)가 제 1 빔과 제 2 빔을 각각 입력받으면, 입력받은 제 1 빔과 제 2 빔을 제 1 커플러(131, 141)를 통해 분파시키고(S420), 분파된 빔을 각각 광선로(132, 142) 및 지연 선로(133, 143)에 통과시킨다(S425).
다음으로, 광선로(132, 142) 및 지연 선로(133, 143)를 통과한 각 빔을 제 2 커플러(134, 144)를 통해 입력받도록 한 뒤(S430), 광선로(132, 142) 및 지연 선로(133, 143)를 통과한 각 빔의 주파수 차이를 검출기(135, 145)를 통해 검출한다(S435).
다음으로, 제 2 광 간섭계(140)에 의해 검출된 신호의 주파수에 기초하여 제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율을 산출한다(S440). 이때, 제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율은, 제 2 광 간섭계(140)에 의해 검출된 신호로부터 산출된 주파수가 상미분방정식으로 변환됨에 따라 산출될 수 있다.
이와 같이 제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율이 산출되면, 제 1 광 간섭계(130)에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출한다(S445).
그리고 산출된 제 1 광 간섭계(130)의 주파수와, 제 2 광 간섭계(140)의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율에 기초하여, 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터를 산출하고(S450), 지연 시간 파라미터에 기초하여 제 1 광 간섭계(130)의 경로차를 산출한다(S455).
이때, 산출된 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터가 복수개인 경우, 복수개의 지연 시간 파라미터 중, 제 2 광 간섭계(140)가 부재한 상태에서 산출된 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터와 가장 근사한 값을 제 1 광 간섭계(130)의 지연 시간 파라미터로 결정할 수 있다.
상술한 설명에서, 단계 S405 내지 S455는 본 발명의 구현 예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 3에서의 경로차 측정 장치(100)에 관하여 이미 기술된 내용은 도 4의 경로차 측정 방법에도 적용된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 경로차 측정 장치(100)에서의 경로차 측정 방법은 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 경로차 측정 장치 110: 광원
120: 커플러 130, 140: 제 1 광 간섭계, 제 2 광 간섭계
131, 141: 제 1 커플러 132, 142: 광선로
133, 143: 지연 선로 134, 144: 제 2 커플러
135, 145: 검출기 150: 제어모듈
151: 통신모듈 153: 메모리
155: 프로세서

Claims (14)

  1. OFDR 방식을 이용한 광 간섭계의 경로차 측정 장치에 있어서,
    광 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 변하는 빔을 주기적으로 발생시키는 광원,
    상기 광원에 의해 발생된 빔을 제 1 빔과 제 2 빔으로 분파시키는 커플러,
    상기 제 1 빔을 입력받아 분파시키고, 상기 분파된 제 1 빔의 주파수의 차이를 검출하는 제 1 광 간섭계,
    상기 제 2 빔을 입력받아 분파시키고, 상기 분파된 제 2 빔의 주파수의 차이를 검출하는 제 2 광 간섭계 및
    상기 제 1 광 간섭계의 경로차를 산출하는 제어모듈을 포함하되,
    상기 제어모듈은,
    상기 제 2 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하고, 상기 산출된 주파수에 기초하여 상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율을 산출하며,
    상기 제 1 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하고, 상기 산출된 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율에 기초하여 상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터를 산출하며,
    상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율은, 상기 제 2 광 간섭계에 의해 검출된 신호로부터 산출된 주파수가 상미분방정식으로 변환됨에 따라 산출되는 것인 경로차 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광 간섭계 및 제 2 광 간섭계는 각각 상기 제 1 빔과 상기 제 2 빔을 입력받아 분파시키는 제 1 커플러와, 상기 분파된 빔을 각각 입력받는 광선로 및 지연 선로와, 상기 광선로 및 지연 선로를 통과한 각 빔을 입력받는 제 2 커플러와, 상기 광선로 및 지연 선로를 통과한 각 빔의 주파수의 차이를 검출하는 검출기를 포함하는 것인 경로차 측정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 광 간섭계의 지연선로는 고정된 값의 지연 시간 파라미터를 가지는 것인 경로차 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광 간섭계는 비선형 보정용 마하젠더 간섭계인 것인 경로차 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출된 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터가 복수개인 경우,
    상기 복수개의 지연 시간 파라미터 중, 상기 제 2 광 간섭계가 부재한 상태에서 산출된 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터와 가장 근사한 값을 상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터로 결정하는 것인 경로차 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 산출된 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터에 기초하여 상기 제 1 광 간섭계의 경로차를 산출하는 것인 경로차 측정 장치.
  8. 제 1 및 제 2 광 간섭계를 포함하는 OFDR 방식을 이용한 경로차 측정 장치에서의 경로차 측정 방법에 있어서,
    제 2 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하는 단계;
    상기 산출된 주파수에 기초하여 상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율을 산출하는 단계;
    상기 제 1 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하는 단계;
    상기 산출된 제 1 광 간섭계의 주파수와, 상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율에 기초하여 상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터를 산출하는 단계 및
    상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터에 기초하여 상기 제 1 광 간섭계의 경로차를 산출하는 단계를 포함하되,
    상기 제 2 광 간섭계의 주파수 변화율 및 미분 주파수 변화율은, 상기 제 2 광 간섭계에 의해 검출된 신호로부터 산출된 주파수가 상미분방정식으로 변환됨에 따라 산출되는 것인 경로차 측정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 광 간섭계는 비선형 보정용 마하젠더 간섭계인 것인 경로차 측정 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 광 간섭계의 지연선로는 고정된 값의 지연 시간 파라미터를 가지는 것인 경로차 측정 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    광원이 광 주파수가 선형적 또는 비선형적으로 변하는 빔을 주기적으로 발생시키는 단계;
    커플러가 상기 광원에 의해 발생된 빔을 제 1 빔과 제 2 빔으로 분파시키는 단계 및
    상기 분파된 제 1 빔과 제 2 빔을 각각 상기 제 1 광 간섭계와 제 2 광 간섭계가 입력받는 단계를 더 포함하는 것인 경로차 측정 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 광 간섭계와 상기 제 2 광 간섭계가 각각 상기 제 1 빔과 상기 제 2 빔을 입력받아 제 1 커플러를 통해 분파시키는 단계;
    상기 분파된 빔을 각각 광선로 및 지연 선로에 통과시키는 단계 및
    상기 광선로 및 지연 선로를 통과한 각 빔을 제 2 커플러를 통해 입력받는 단계를 더 포함하되,
    제 2 광 간섭계에 의해 검출된 신호의 주파수를 산출하는 단계는,
    상기 광선로 및 지연 선로를 통과한 각 빔의 주파수 차이를 검출기를 통해 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 경로차 측정 방법.
  13. 삭제
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 산출된 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터가 복수개인 경우,
    상기 복수개의 지연 시간 파라미터 중, 상기 제 2 광 간섭계가 부재한 상태에서 산출된 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터와 가장 근사한 값을 상기 제 1 광 간섭계의 지연 시간 파라미터로 결정하는 것인 경로차 측정 방법.
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