KR101987392B1 - 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치 - Google Patents

고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치 Download PDF

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장한솔
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 고속 파장 가변 필터와 빗살 파장 필터를 사용하여 원거리에서 발생하는 형상 변화를 고속으로 측정할 수 있도록 한 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치에 관한 것으로, 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고, 다수의 파장을 시간에 따라 비연속적으로 스캐닝하여 방출하는 것이다.

Description

고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치{High Speed Comb Wavelength Tunable Light Source and Apparatus for Fast Measuring Remote Surface Change using the same}
본 발명은 형상 변화 고속 측정에 관한 것으로, 구체적으로 고속 파장 가변 필터와 빗살 파장 필터를 사용하여 원거리에서 발생하는 형상 변화를 고속으로 측정할 수 있도록 한 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치에 관한 것이다.
주파수 영역 OCT중의 하나인 스펙트럼 영역(Spectral Domain) OCT는 line scan CCD(Charge Coupled Device)나 area CCD camera를 기반으로 하여, 기존의 시간영역(Time Domain) OCT보다 광경로 스캐닝 장비가 필요치 않아서 데이터 처리속도가 빠르다는 장점으로 인해 많이 사용되어 왔다.
그러나 수 kHz의 형상 변화를 고속으로 측정해야 하는 경우 수십 kHz의 샘플링이 필요한데, 검출장비의 한계로 인해 측정이 불가능하였다.
파장가변광원은 SS-OCT와 같은 광학 이미징 기술의 적용을 위해 개발되어왔다.
파장가변광원에 영향을 미치는 다양한 요인중에서, 광원의 가간섭 거리를 개선하여 SS-OCT의 간섭계변위 측정범위를 늘리려면 스펙트럼 선폭을 좁히는 것이 특히 중요하다.
그러나 종래 기술의 파장가변광원의 가간섭 거리는 넓은 선폭으로 인해 대부분 수 mm에 머무르는 문제가 있다.
따라서, 이와 같은 광원의 가간섭 거리를 개선을 하고, 이를 이용하여 원거리에서 발생하는 형상 변화를 고속으로 효과적으로 측정할 수 있는 새로운 광원 장치 및 측정 기술의 개발이 요구되고 있다.
한국공개특허번호 10-2010-0044973호 한국공개특허번호 10-2016-0099991호 한국등록특허번호 10-1374354호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 광원 장치 및 형상 변화 고속 측정 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 고속 파장 가변 필터와 빗살 파장 필터를 사용하여 원거리에서 발생하는 형상 변화를 고속으로 측정할 수 있도록 한 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 고속 빗살 파장 가변 광원 기반 광 간섭과 이를 이용한 원거리 형상 변화 고속 측정을 위하여, 광원의 선폭을 빗살 형태의 스펙트럼으로 좁혀 측정 거리를 늘이고, 광원의 가변을 kHz 급 고속 파장 가변으로 간섭 신호를 획득하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 가간섭 거리의증가와 동시에 수 kHz의 형상 변화의 고속 측정이 가능하도록 한 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치는 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고, 다수의 파장을 시간에 따라 비연속적으로 스캐닝하여 방출하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치는 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고 공진기 형태로 구성되어, 광세기를 반사시키는 반사부와 부분반사부 사이에 선형적으로 위치하는 형태인 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치는 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고 공진기 형태로 구성되어, 광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부를 포함한 링 구조에 위치하는 형태인 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치는 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고 공진기 형태로 구성되어, 광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부와 광의 진행 경로를 변화시키는 써큘레이터부와 광세기를 반사시키는 반사부를 포함하는 링 구조에 위치하는 형태인 것을 특징으로 한다.
여기서, 광증폭부에서 입사된 투과광이 고속 파장 가변 필터부에 의해 파장이 가변되고, 빗살 파장 필터부에서 매칭되지 못하는 스펙트럼들은 억제되고, 매칭되는 스펙트럼들은 증폭되어 선폭이 좁아져 광원의 위상의 일관성을 잃기 전까지 유지될 수 있는 광파의 공간적 길이로 정의되는 가간섭 거리가 증가되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 고속 파장 가변 필터부는 발진 파장을 결정하는 패브리-페로 가변 필터 또는 음향 광학 가변 필터인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 빗살 파장 필터부는, 서로 일정한 거리에 위치한 두 개의 평행한 면으로 구성되며, 입사된 광원이 두 면사이에서 여러 번 반사되어 간섭을 일으키게 되고 투과되는 광을 빗살 파장 광원으로 변환하는 패브리-페로에탈론 필터인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 빗살 파장 필터부는, 고속 파장 필터부를 통과한 광원을 50:50으로 분할하는 광분배부와,상기 분할된 광원이 복굴절 되도록 굴절률이 다른 2개의 굴절축을 가지는 편광유지광섬유와,상기 분할된 광원의 편광상태를 조절하여 파장간격 및 채널간격을 조절하는 편광조절기를 포함하여 이루어지는 사냑루프 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 빗살 파장 필터부는, 고속 파장 필터부를 통과한광원을 50:50으로 분할하는 광분배부와,상기 광분배부에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유와,상기 지연 광섬유에 의해 위상차가 발생한 두 광을 결합시켜 간섭현상을 발생시키는 광결합부를 포함하여 이루어지는 마흐젠더 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 빗살 파장 필터부는, 고속 파장 필터부를 통과한 광원을 50:50으로 분할하는 광분배부와,상기 광분배부에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유와,상기 광분배부에 의해 분할된 두 광이 전송되는 광섬유 끝단에 각각 형성되어 분할된 두 광을 반사시키는 미러를 포함하여 이루어지는 마이켈슨 간섭계 필터인 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치는 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복하는 다수의 파장의 광신호를 방출하는 고속빗살 파장 가변 광원부;상기 고속빗살 파장 광원부로부터 전달된 광을 입사받아 다중 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부;상기 간섭계부로부터 전달된 간섭무늬를 획득하는 감지부;상기 감지부의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화 하는 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고속빗살 파장 가변 광원부는, 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부와,발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부와,고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부를 포함하고, 다수의 파장을 시간에 따라 비연속적으로 스캐닝하여 방출하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 고속빗살 파장 가변 광원부는, 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부와, 발진 파장을 결정하는 고속파장 가변필터부와, 고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부를 포함하고 공진기 형태로 구성되어, 광세기를 반사시키는 반사부와 부분반사부 사이에 선형적으로 위치하는 형태인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 고속빗살 파장 가변 광원부는, 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부와, 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부와, 고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부를 포함하고 공진기 형태로 구성되어, 광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부를 포함한 링 구조에 위치하는 형태인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 고속빗살 파장 가변 광원부는, 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부와, 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부와, 고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고 공진기 형태로 구성되어, 광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부와 광의 진행 경로를 변화시키는 써큘레이터부와 광세기를 반사시키는 반사부를 포함하는 링 구조에 위치하는 형태인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 간섭계부는 고속 빗살 파장 가변 광원부에서 방출된 광을 제 1 광과 제 2 광으로 분배하는 광분배부와,상기 광분배부에 의해 분리된 제 1 광이 진행하는 경로에 배치되어 상기 제 1 광을 반사시키는 진단부와,상기 광분배부에 의해 분리된 제 2 광이 진행하는 경로에 배치되어 상기 제 2광을 상기 제 1 광보다 시간 지연시켜 반사시키는 기준부와,상기 기준부와 진단부를 통하여 서로 다른 경로로 진행되어 간섭이 발생된 제 1 광과 제 2 광을 결합시키는 광결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 가간섭 거리의 증가와 동시에 수 kHz의 형상 변화의 고속 측정이 가능하다.
둘째, 고속 파장 가변 필터와 빗살 파장 필터를 사용하여 원거리에서 발생하는 형상 변화를 고속으로 측정할 수 있다.
셋째, 광원의 선폭을 빗살 형태의 스펙트럼으로 좁혀 측정 거리를 늘이고, 광원의 가변을 kHz 급 고속 파장 가변으로 간섭 신호를 획득하여 가간섭 거리 증가와 형상 변화 고속 측정이 동시에 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치의 구성도
도 2내지 도 4는 고속 빗살 파장 가변 광원부의 상세 구성도
도 5는 고속 빗살 파장 가변 광원부의 구성에 따른 특성을 나타낸 구성도
도 6내지 도 9는 빗살 파장 필터부의 상세 구성도
도 10은 간섭계의 상세 구성도
이하, 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치는 광원의 선폭을 빗살 형태의 스펙트럼으로 좁혀 측정 거리를 늘이고, 광원의 가변을 kHz 급 고속 파장 가변으로 간섭 신호를 획득하여 가간섭 거리 증가와 형상 변화 고속 측정이 동시에 가능하도록 한 것이다.
본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치는 도 1에서와 같이, 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복하는 다수의 파장의 광신호를 방출하는 고속 빗살 파장 가변 광원부(10)와, 상기 고속 빗살 파장 가변 광원부(10)로부터 전달된 광을 입사 받아 다중 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부(20)와, 상기 간섭계부(20)로부터 전달된 간섭무늬를 획득하는 감지부(30)와, 상기 감지부(40)의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화 하는 처리부(40)를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치에 적용되는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치의 상세 구성은 다음과 같다.
도 2내지 도 4는 고속 빗살 파장 가변 광원부의 상세 구성도이다.
도 2에서와 같이, 고속 빗살 파장 가변 광원부는 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부(14)와, 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부(13)와, 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부(12)를 포함한다.
여기서, 공진기 형태의 고속 빗살 파장 가변 광원부는 도 2에서와 같이, 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부(14)와, 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부(13)와, 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부(12)가 광세기를 반사시키는 반사부(11)와 부분반사부(15) 사이에 선형적으로 위치하는 형태로 구성될 수 있다.
공진기 형태의 고속 빗살 파장 가변 광원부는 도 3에서와 같이, 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부(31)와, 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부(32)와, 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부(33)가 광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부(34)를 포함한 링 구조에 위치하는 형태로 구성될 수 있다.
공진기 형태의 고속 빗살 파장 가변 광원부는 도 4에서와 같이, 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부(41)와, 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부(42)와, 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부(44)가, 광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부(46)와 광의 진행 경로를 변화시키는 써큘레이터부(43)와 광세기를 반사시키는 반사부(45)를 포함하는 링 구조에 위치하는 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 고속 파장 가변 필터부는 패브리-페로 가변 필터, 음향 광학 가변 필터 등 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변 필터 중 어느 하나가 사용될 수 있고 이로 제한되지 않는다.
도 5는 고속 빗살 파장 가변 광원부의 구성에 따른 특성을 나타낸 구성도이다.
도 5의 (a)는 넓은 스펙트럼을 가지는 광 증폭부의 광원을 나타낸 모식도이다.
도 5의 (b)는 광증폭부에서 입사된 고속 파장 가변부에서의 투과광의 모식도와, 고속 파장 가변 필터부로 인해 파장 가변이 되는 모습을 나타낸 것이다.
이러한 상태의 광원이 파장 가변 광원이라 불리며, 투과광파장 영역 스펙트럼의 반치폭을선폭이라고 한다.
광원의 가간섭 거리는 광원의 위상의 일관성을 잃기 전까지 유지될 수 있는 광파의 공간적 길이이며, 광원의 가간섭 거리는 파장 영역의 선폭에 반비례하는 특징이 있다.
그리고 간섭계 내에서 진단부와 기준부와의 광경로차가 가간섭 거리 이내에 존재하면 진단부의 거리정보를 획득 할 수 있다.
이때, 광원의 가간섭 거리는 아래의 식과 같다
Figure 112017127839518-pat00001
여기서,
Figure 112017127839518-pat00002
는 광원의 가간섭 거리,
Figure 112017127839518-pat00003
는 진공 중에서 빛의 속도,
Figure 112017127839518-pat00004
는 광원의 파장 영역의 선폭이다.
도 5의 (c)는 광증폭부에서 입사된 빗살 파장 필터부의 투과광을 나타낸 것이다.
빗살 파장 필터부가 추가됨으로써, 도 5의 (a) ~ (c)간의 매칭되는 스펙트럼들은 증폭되며 매칭되지 못하는 스펙트럼들은 억제되게 된다.
따라서, 고속 빗살 가변 광원부가 생성되며, 이는 도 5의 (d)에 나타나있다.
또한 매칭되는 것만 증폭되기 때문에, 보통 파장 가변 광원인 도 5의 (b)보다 좁아진 선폭을 볼 수 있다. 따라서 가간섭 거리가 증가하게 된다.
본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치의 빗살 파장 필터부의 상세 구성은 다음과 같다.
도 6내지 도 9는 빗살 파장 필터부의 상세 구성도이다.
본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치에 적용되는 빗살 파장 필터부는 패브리-페로에탈론 필터(61)일 수 있다.
이와 같이 구성되는 빗살 파장 필터부는 서로 일정한 거리에 위치한 두 개의 평행한 면으로 구성되며, 입사된 광원이 두 면사이에서 여러 번 반사되어 간섭을 일으키게 되고 투과되는 광은 빗살 파장 광원으로 변환된다.
이때, 빗살 파장 광원의 채널 간격은 다음 식과 같다.
Figure 112017127839518-pat00005
여기서,
Figure 112017127839518-pat00006
는 간섭 광의 comb 채널 간격,
Figure 112017127839518-pat00007
는 진공중에서 빛의 속도,
Figure 112017127839518-pat00008
은 두 평행한 면 사이의 매개체의 굴절률,
Figure 112017127839518-pat00009
은 두 평행한 면 사이의 거리이다.
다른 실시 예로 빗살 파장 필터부는 도 7에서와 같이, 고속 파장 필터부를 통과한 광원을 50:50으로 분할하는 광분배부(71)와, 상기 분할된 광원이 복굴절 되도록 굴절률이 다른 2개의 굴절축을 가지는 편광유지광섬유(72)와, 상기 분할된 광원의 편광상태를 조절하여 파장간격 및 채널간격을 조절하는 편광조절기(73)를 포함하여 이루어지는 사냑루프 간섭계 필터일 수 있다.
이와 같이 구성되는 빗살 파장 필터부는 광분배부(71)에 고속 파장 가변 필터부를 투과한 스펙트럼의 광이 입사되고, 입사된 광은 상기 광분배부(71)에 의해 50:50으로 나누어진다.
반으로 나누어진 광의 하나는 시계 방향으로 진행하고, 다른 하나의 광은 반시계 방향으로 진행하게 된다.
상기 각각의 광은 편광유지광섬유(72)와 편광조절기(73)를 통하여 유효 굴절 및 유효 길이의 조합이 조절되기 때문에 광분배부에서 다시 만나 빠른 축의 굴절률과 느린 축이 굴절률 차이로 인해 간섭을 일으키게 되고,간섭된 광은 빗살 파장 광원으로 변환된다.
이때, 빗살 파장 광원의 채널 간격은 다음 식과 같다.
Figure 112017127839518-pat00010
여기서,
Figure 112017127839518-pat00011
는 간섭 광의 comb 채널 간격,
Figure 112017127839518-pat00012
는 입력광원의 중심파장,
Figure 112017127839518-pat00013
은 편광유지광섬유의 복굴절률,
Figure 112017127839518-pat00014
은 편광유지광섬유의 길이이다.
상기 편광유지광섬유는 굴절률 축이
Figure 112017127839518-pat00015
,
Figure 112017127839518-pat00016
2개가 존재하는데,
Figure 112017127839518-pat00017
,
Figure 112017127839518-pat00018
의 첨자
Figure 112017127839518-pat00019
,
Figure 112017127839518-pat00020
는 각각 Extraordinary와 Ordinary의 앞글자로부터 왔다.
Figure 112017127839518-pat00021
는 진행광의 전계가
Figure 112017127839518-pat00022
축에 평행하게 편광되어 있을 때 느끼는 굴절률이고,
Figure 112017127839518-pat00023
는
Figure 112017127839518-pat00024
축에 평행하게 편광되어 있을 때 느끼는 굴절률이다.
이와 같이 편광유지광섬유를 통과한 각각의 광은 상기 편광유지광섬유의 다른 굴절률(
Figure 112017127839518-pat00025
,
Figure 112017127839518-pat00026
) 때문에 진행하는 광 사이에 위상차가 발생하게 되는 것이다.
따라서, 광분배부에서 합쳐진 광은 간섭무늬가 되는 것이다.
그리고 다른 실시 예의 빗살 파장 필터부는 도 8에서와 같이, 고속 파장 필터부를 통과한 광원을 50:50으로 분할하는 광분배부(81)와, 상기 광분배부(81)에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유(82)와, 상기 지연 광섬유(82)에 의해 위상차가 발생한 두 광을 결합시켜 간섭현상을 발생시키는 광결합부(83)를 포함하여 이루어지는 마흐젠더 간섭계 필터일 수 있다.
이와 같이 구성되는 빗살 파장 필터부는 광분배부(81)에 고속 파장 가변 필터부를 투과한 스펙트럼의 광이 입사되고,입사된 광은 50:50으로 분할된다.
분할된 어느 한 쪽의 광은 지연 광섬유(82)가 있는 방향으로 진행하고,다른 한 쪽의 광은 상기 지연 광섬유가 없는 방향으로 진행하게 된다.분할되어 진행된 각각의 광은 다시 광결합부(83)에서 결합되고, 결합된 광은 상기 지연 광섬유(82)의 길이 차이로 인해 간섭을 일으키게 되어 간섭된 광은 빗살 파장 광원으로 변환된다.
이때, 빗살 파장 광원의 채널 간격은 다음의 식과 같다.
Figure 112017127839518-pat00027
여기서,
Figure 112017127839518-pat00028
는 간섭 광의 comb 채널 간격,
Figure 112017127839518-pat00029
는 입력광원의 중심파장,
Figure 112017127839518-pat00030
는 진공중에서 빛의 속도,
Figure 112017127839518-pat00031
는 분할된 각각의 광이 합쳐졌을 때 두 광의 시간차이다.
그리고 다른 실시 예의 빗살 파장 필터부는 도 9에서와 같이, 고속 파장 필터부를 통과한 광원을 50:50으로 분할하는 광분배부(91)와, 상기 광분배부(91)에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유(92)와, 상기 광분배부(91)에 의해 분할된 두 광이 전송되는 광섬유 끝단에 각각 형성되어 분할된 두 광을 반사시키는 미러를 포함하여 이루어지는 마이켈슨 간섭계 필터일 수 있다.
이와 같이 구성되는 빗살 파장 필터부는 광분배부(91)에 고속 파장 가변 필터부를 투과한 스펙트럼의 광이 입사되고, 입사된 광은 50:50으로 분할된다.
분할된 어느 한 쪽의 광은 지연 광섬유(92)가 있는 방향으로 진행하고, 다른 한 쪽의 광은 상기 지연 광섬유(92)가 없는 방향으로 진행하게 된다.
분할되어 진행된 각각의 광은 분할된 광섬유의 끝단에 각각 위치한 미러를 통해 반사되어 다시 광분배부(93)에서 결합되고, 결합된 광은 상기 지연 광섬유(92)의 길이 차이로 인해 간섭을 일으키게 되어 간섭된 광은 빗살 파장 광원으로 변환된다.
이때, 빗살 파장 광원의 채널 간격은 다음의 식과 같다.
Figure 112017127839518-pat00032
여기서,
Figure 112017127839518-pat00033
는 간섭 광의 comb 채널 간격,
Figure 112017127839518-pat00034
는 입력광원의 중심파장,
Figure 112017127839518-pat00035
는 진공 중에서 빛의 속도,
Figure 112017127839518-pat00036
는 분할된 각각의 광이 합쳐졌을때 두 광의 시간차이다.
이와 같이 두 광은 지연 광섬유로 인해서 광 사이에 위상차가 발생하게 되며, 광분배부에서 합쳐진 광이 간섭무늬가 되는 것이다.
이상과 같이 본 발명의 각 실시 예에서는 사냑루프 간섭계 필터와, 마흐젠더 간섭계 필터와, 마이켈슨 간섭계 필터를 각각 사용하여 빗살 파장 광원으로 변환되는 원리를 이용할 수 있고, 사용되는 빗살 파장 필터부의 필터는 이로 제한되지 않는다.
본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치에 적용되는 간섭계의 구성을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 10은 간섭계의 상세 구성도이다.
간섭계부는 고속 빗살 파장 가변 광원부에서 방출된 광을 제 1 광과 제 2 광으로 분배하는 광분배부(21)와, 상기 광분배부(21)에 의해 분리된 제 1 광이 진행하는 경로에 배치되어 상기 제 1 광을 반사시키는 진단부(22)와, 상기 광 분배부(21)에 의해 분리된 제 2 광이 진행하는 경로에 배치되어 상기 제 2 광을 상기 제 1 광보다 시간 지연시켜 반사시키는 진단부(22)와, 상기 기준부(24)와 진단부(22)를 통하여 서로 다른 경로로 진행되어 간섭이 발생된 제 1 광과 제 2 광을 결합시키는 광결합부(23)를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 본 발명에 따른 고속 빗살 파장 가변 광원 장치 및 이를 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치는 고속 파장 가변 필터와 빗살 파장 필터를 사용하여 원거리에서 발생하는 형상 변화를 고속으로 측정할 수 있도록 한 것이다.
이와 같이, 고속 빗살 파장 가변 광원 기반 광 간섭과 이를 이용한 원거리 형상 변화 고속 측정을 위하여, 광원의 선폭을 빗살 형태의 스펙트럼으로 좁혀 측정 거리를 늘이고, 광원의 가변을 kHz 급 고속 파장 가변으로 간섭 신호를 획득하는 구성을 포함한다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 고속 빗살 파장 가변 광원부 20. 간섭계부
30. 감지부 40. 처리부

Claims (16)

  1. 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;
    발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;
    고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고,
    빗살 파장 필터부에서 매칭되지 못하는 스펙트럼들은 억제되고, 매칭되는 스펙트럼들은 증폭되어 선폭이 좁아져 광원의 위상의 일관성을 잃기 전까지 유지될 수 있는 광파의 공간적 길이로 정의되는 가간섭 거리가 증가되는 것으로, 다수의 파장을 시간에 따라 비연속적으로 스캐닝하여 방출하는 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  2. 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;
    발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;
    고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고 공진기 형태로 구성되어,
    광세기를 반사시키는 반사부와 부분반사부 사이에 선형적으로 위치하는 형태이고,
    빗살 파장 필터부에서 매칭되지 못하는 스펙트럼들은 억제되고, 매칭되는 스펙트럼들은 증폭되어 선폭이 좁아져 광원의 위상의 일관성을 잃기 전까지 유지될 수 있는 광파의 공간적 길이로 정의되는 가간섭 거리가 증가되는 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  3. 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;
    발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;
    고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고 공진기 형태로 구성되어,
    광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부를 포함한 링 구조에 위치하는 형태이고,
    빗살 파장 필터부에서 매칭되지 못하는 스펙트럼들은 억제되고, 매칭되는 스펙트럼들은 증폭되어 선폭이 좁아져 광원의 위상의 일관성을 잃기 전까지 유지될 수 있는 광파의 공간적 길이로 정의되는 가간섭 거리가 증가되는 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  4. 광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부;
    발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부;
    고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고 공진기 형태로 구성되어,
    광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부와 광의 진행 경로를 변화시키는 써큘레이터부와 광세기를 반사시키는 반사부를 포함하는 링 구조에 위치하는 형태이고,
    빗살 파장 필터부에서 매칭되지 못하는 스펙트럼들은 억제되고, 매칭되는 스펙트럼들은 증폭되어 선폭이 좁아져 광원의 위상의 일관성을 잃기 전까지 유지될 수 있는 광파의 공간적 길이로 정의되는 가간섭 거리가 증가되는 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 고속 파장 가변 필터부는 발진 파장을 결정하는 패브리-페로 가변 필터 또는 음향 광학 가변 필터인 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 빗살 파장 필터부는,
    서로 일정한 거리에 위치한 두 개의 평행한 면으로 구성되며, 입사된 광원이 두 면사이에서 여러 번 반사되어 간섭을 일으키게 되고 투과되는 광을 빗살 파장 광원으로 변환하는 패브리-페로에탈론 필터인 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 빗살 파장 필터부는,
    고속 파장 필터부를 통과한 광원을 50:50으로 분할하는 광분배부와,
    상기 분할된 광원이 복굴절 되도록 굴절률이 다른 2개의 굴절축을 가지는 편광유지광섬유와,
    상기 분할된 광원의 편광상태를 조절하여 파장간격 및 채널간격을 조절하는 편광조절기를 포함하여 이루어지는 사냑루프 간섭계 필터인 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 빗살 파장 필터부는,
    고속 파장 필터부를 통과한광원을 50:50으로 분할하는 광분배부와,
    상기 광분배부에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유와,
    상기 지연 광섬유에 의해 위상차가 발생한 두 광을 결합시켜 간섭현상을 발생시키는 광결합부를 포함하여 이루어지는 마흐젠더 간섭계 필터인 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 빗살 파장 필터부는,
    고속 파장 필터부를 통과한 광원을 50:50으로 분할하는 광분배부와,
    상기 광분배부에 의해 분할된 어느 한 쪽의 광을 지연시켜 분할된 두 광 사이에 위상차를 발생시키는 지연 광섬유와,
    상기 광분배부에 의해 분할된 두 광이 전송되는 광섬유 끝단에 각각 형성되어 분할된 두 광을 반사시키는 미러를 포함하여 이루어지는 마이켈슨 간섭계 필터인 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원 장치.
  11. 매칭되지 못하는 스펙트럼들은 억제되고, 매칭되는 스펙트럼들은 증폭되어 선폭이 좁아져 광원의 위상의 일관성을 잃기 전까지 유지될 수 있는 광파의 공간적 길이로 정의되는 가간섭 거리가 증가되도록 하고, 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복하는 다수의 파장의 광신호를 방출하는 고속빗살 파장 가변 광원부;
    상기 고속빗살 파장 광원부로부터 전달된 광을 입사받아 다중 간섭무늬를 발생시키는 간섭계부;
    상기 간섭계부로부터 전달된 간섭무늬를 획득하는 감지부;
    상기 감지부의 신호를 검출하여 수집된 데이터를 영상화 하는 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 고속빗살 파장 가변 광원부는,
    광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부와,
    발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부와,
    고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부를 포함하고,
    다수의 파장을 시간에 따라 비연속적으로 스캐닝하여 방출하는 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 고속빗살 파장 가변 광원부는,
    광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부와, 발진 파장을 결정하는 고속파장 가변필터부와, 고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부를 포함하고 공진기 형태로 구성되어,
    광세기를 반사시키는 반사부와 부분반사부 사이에 선형적으로 위치하는 형태인 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 고속빗살 파장 가변 광원부는,
    광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부와, 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부와, 고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부를 포함하고 공진기 형태로 구성되어,
    광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부를 포함한 링 구조에 위치하는 형태인 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치.
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 고속빗살 파장 가변 광원부는,
    광 발생 및 광 세기의 증폭을 수행하는 광증폭부와, 발진 파장을 결정하는 고속 파장 가변필터부와, 고속 파장 가변필터부에서 결정된 파장에 따라 주기적으로 통과와 비통과를 반복시키는 빗살 파장 필터부;를 포함하고 공진기 형태로 구성되어,
    광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부와 광의 진행 경로를 변화시키는 써큘레이터부와 광세기를 반사시키는 반사부를 포함하는 링 구조에 위치하는 형태인 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 간섭계부는 고속 빗살 파장 가변 광원부에서 방출된 광을 제 1 광과 제 2 광으로 분배하는 광분배부와,
    상기 광분배부에 의해 분리된 제 1 광이 진행하는 경로에 배치되어 상기 제 1 광을 반사시키는 진단부와,
    상기 광분배부에 의해 분리된 제 2 광이 진행하는 경로에 배치되어 상기 제 2광을 상기 제 1 광보다 시간 지연시켜 반사시키는 기준부와,
    상기 기준부와 진단부를 통하여 서로 다른 경로로 진행되어 간섭이 발생된 제 1 광과 제 2 광을 결합시키는 광결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 빗살 파장 가변 광원을 이용하는 원거리 형상 변화 고속 측정을 위한 장치.

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