KR102055047B1 - 광학 기반 전기 신호 동시 일관 수신 시스템 및 방법 - Google Patents

광학 기반 전기 신호 동시 일관 수신 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

표본의 광학 특성을 측정하기 위한 시스템이 개시된다. 본 시스템은 표본의 특성 측정과 관련된 신호를 샘플링하고, 소프트웨어 기반의 일관(coherent) 검출을 수행하여 실질적으로 동일한 시간에 획득된 신호에 기초한 측정 결과를 생성하도록 구성된다. 이를 통해 실시간으로 원하는 측정값을 표시하거나 생성할 수도 있다. 한 구성에서, 본 시스템은 표본 상에 입사하는 선택된 파장에서 변조된 광신호를 지향하도록 구성된다. 다른 구성에서, 본 시스템은 표본 상에 상이한 파장의 복수의 광신호로부터 도출되고 또한 상이한 주파수로 변조되는, 결합된 광신호를 지향하도록 구성된다. 또 다른 구성에서, 본 시스템은 표본의 상이한 영역들 상에 입사하는 상이한 주파수로 변조된 복수의 광신호를 지향하도록 구성된다.

Description

광학 기반 전기 신호 동시 일관 수신 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR coherently receiving simultaneous optical-based electrical signals}
본 개시는 일반적으로 광학 시스템에 관한 것으로, 특히 광학 기반 전기 신호 동시 일관 수신 시스템 및 방법에 관한 것이다.
광학 측정 시스템은 표본(예, 피검사 장치(device-under-test: DUT) 또는 표본 물질 또는 성분)의 다양한 매개변수 또는 특성을 측정하는데 사용될 수도 있다. 일반적으로, 광학 측정 시스템은 입사광을 표본으로 향하게 하면, 표본이 편광 또는 비 편광된 반사광, 편광 또는 비 편광된 투과광, 및 자극에 응답하는 전기 신호(예, 전류 및 전압)를 생성할 수도 있다. 광학 측정 시스템은 통상적으로 반사광, 투과광 및/또는 전기 신호를 검출 및 분석하여 표본의 원하는 매개변수 또는 특성을 측정하는 장치를 포함한다.
일례로서, 표본의 외부 양자 효율(extrinsic quantum efficiency: EQE)을 측정하는데 사용하기 위한 광학 측정 시스템은 표본에서 정의된 입사광을 생성 및 지향하기 위한 광원(및 기타 관련 구성 요소)을 포함할 수도 있다. 이러한 광학 측정 시스템은 또한 입사광의 일부를 검출하는 기준 검출기 및 자극에 응답하여 표본에 의해 생성된 전기적 응답(예, 전류 또는 전압)을 측정하는 전기 검출기를 포함할 수도 있다. 이러한 광학 측정 시스템은 측정 시스템에 의해 생성된 신호에 기초하여 표본의 EQE를 계산하는 분석 구성 요소를 포함할 수도 있다.
마찬가지로, 또 다른 예로서, 고유 양자 효율(intrinsic quantum efficiency:IQE)을 측정하는데 사용하기 위한 광학 측정 시스템은 표본에서 정의된 입사광을 생성 및 지향하기 위한 광원(및 다른 관련 구성 요소)을 포함할 수도 있다. 이러한 광학 측정 시스템은 입사광의 일부를 검출하는 기준 검출기, 표본으로부터 일정 각도로 반사된 광을 검출하는 경면 반사 검출기(specular reflectance detector), 표본에 의해 반사된 산란광을 검출하는 확산 반사 검출기, 및 자극에 반응하여 표본에 의해 생성된 전기적 응답(예: 전류 또는 전압)을 검출하는 전기 검출기를 포함한다. 이러한 광학 측정 시스템은 측정 시스템에 의해 생성된 신호에 기초하여 표본의 IQE를 계산하는 분석 구성 요소를 포함할 수도 있다.
종종, 전술한 광학 측정 시스템에서, 검출기 및 표본에 의해 측정되거나 생성된 신호에 상당한 잡음이 존재할 수도 있다. 경우에 따라 잡음이 너무 많아 신호를 DC 샘플링하기가 불가능하거나 오검출을 야기할 수도 있다. 잡음을 방지하기 위해 일부 광학 측정 시스템은 잡음에 섞여있는 신호를 추출하기 위한 전용 록인 증폭기(dedicated lock-in amplifier)를 사용한다. 이 기술에 따르면, 입사광의 강도, 주파수 또는 위상을 일정 주파수에서 변조한다. 전용 록인 증폭기는 검출 신호를 수신하여 변조 주파수와 확립된 위상 관계를 갖는 신호와 합성한다(종종 일관 또는 헤테로다인 검출(heterodyne detection)로 칭함). 그 다음, 합성된 신호는 필터를 통과하여 본질적으로 잡음이 감소된 검출 신호를 생성한다.
이러한 광학 측정 시스템에 대한 단점은 특정 목적의 록인 증폭기를 설계함에 있어 얼마나 힘든 특정 임무를 가지고 있나 하는 점이다. 그 때문에 시스템을 재구성하기 어렵고 그것을 록인 기능이 필요하지 않는 또는 사용할 수 없는 측정 분야에 적용하는 것을 어렵게 만든다. 예를 들어, 자극 광원의 변조 주파수에 반응할 수 있는 또는 반응할 수 없는 표본들의 EQE 및 IQE를 양자 모두 측정해야 하는 시스템에서 있을 수 있다.
본 개시의 일 양태는 표본의 외부 양자 효율(EQE), 내부 양자 효율(IQE) 또는 기타 특성과 같은 하나 이상의 특성을 측정하도록 구성될 수 있는 시스템에 관한 것이다. 본 시스템은 표본 측정 시스템으로부터의 신호를 샘플링, 디지털화 및 일관 검출하도록 구성되어 있어 하나 측정 결과가 실질적으로 동일한 시간의 순간에 획득된 신호들에 기초하여 구성될 수 있다. 이는 실시간 방식으로 하나 이상의 측정 결과를 동시에 산출 및 표시하는 것을 가능하게 한다.
제1 실시예에 따르면, 본 시스템은 변조 주파수 전압에 기초하여 변조된 광신호를 생성하도록 구성되는 변조된 광원; 상기 표본의 하나 이상의 특성을 측정하기 위해 표본 상에 입사하는 상기 변조된 광신호의 적어도 일부를 지향하도록 구성되며, 상기 표본의 하나 이상의 특성의 상기 측정에 따라 복수의 측정 전류를 생성하도록 구성되는 표본 측정 시스템; 및 상기 복수의 전류 각각으로부터 복수의 측정 전압을 생성하도록 구성되는 신호 조정기를 포함한다.
본 시스템은 또한 복수의 측정 디지털 신호를 생성하기 위해 복수의 측정 전압을 샘플링 및 디지털화하고, 기준 디지털 신호를 생성하기 위해 변조 주파수 전압을 샘플링 및 디지털화하도록 구성되는 데이터 획득 회로를 포함한다. 측정 전압 및 변조 주파수 전압의 샘플링은 실질적으로 동시적인 방법으로 수행된다. 동시 샘플링은 EQE 및 IQE와 같은 하나 이상의 측정 결과가 실질적으로 동일한 시간의 순간에 생성되는, 표본 측정 시스템에 의해 생성되는 전류에 기반하는 것을 보장한다. 본 시스템은 상기 기준 디지털 신호를 사용하여 상기 측정 디지털 신호들의 소프트웨어 기반 일관 검출을 수행하도록 구성되는 연산 장치를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 연산 장치는 상기 측정 디지털 신호를 적어도 상기 기준 디지털 신호에 기초한 합성 신호와 합성하여 복수의 각각의 합성된 신호를 생성하고 또한 상기 디지털 신호를 필터링하여 출력 디지털 신호를 생성함으로써 함으로써, 상기 측정 디지털 신호의 일관 검출을 수행하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 합성 신호는 상기 기준 디지털 신호의 주파수 고조파와 관련될 수도 있다. 또한, 상기 연산 장치는 상기 출력 디지털 신호에 기초하여 상기 표본의 상기 하나 이상의 특성에 대하여 하나 이상의 표시를 생성하도록 구성될 수도 있다. 이러한 하나 이상의 표시는 상기 표본의 EQE, IQE 또는 기타 하나 이상의 특성을 포함할 수도 있다.
제1 실시예에 따르면, 상기 표본 측정 시스템은 상기 복수의 전류의 제1 전류를 생성하도록 구성되는 기준 검출기를 포함하며, 상기 제1 전류는 상기 입사광 신호의 강도와 관련되고, 상기 복수의 전류들 중 제2 전류는 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 생성된다. 대안적으로, 상기 표본 측정 시스템은 상기 복수의 전류 중 제1 전류를 생성하도록 구성되는 검출기로서, 상기 제1 전류는 상기 입사광 신호의 강도와 관련되는, 기준 검출기, 및 상기 복수의 전류 중 제2 전류를 생성하도록 구성되는 검출기로서, 상기 제2 전류는 상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 반사되는 광신호의 강도와 관련되는, 반사 검출기를 포함하며, 상기 복수의 전류 중 제3 전류는 상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 발생된다.
제2 실시예에 따르면, 본 시스템은 각각의 개별의 변조 주파수 전압에 기초하여 변조되는 개별의 대역의 파장 광신호를 생성하도록 구성되는 광원; 상기 파장 변조된 광신호들의 개별의 대역에 기초하여 결합된 광신호를 생성하도록 구성되는광 결합기; 및 상기 표본의 하나 이상의 특성을 측정하기 위해 표본 상에 입사하는 상기 결합된 광신호의 적어도 일부를 지향하도록 구성되는 표본 측정 시스템을 포함하며, 상기 표본 측정 시스템은 상기 표본의 하나 또는 그 이상의 특성들의 상기 측정에 따라 복수의 측정 전류를 생성하도록 구성된다.
제2 실시예에 따르면, 본 시스템은 복수의 전류 각각으로부터 복수의 측정 전압을 생성하도록 구성되는 신호 조정기를 포함한다. 또한, 본 시스템은 복수의 측정 디지털 신호를 생성하기 위해 상기 복수의 측정 전압을 샘플링 및 디지털화하고, 복수의 기준 디지털 신호를 생성하기 위해 상기 복수의 변조 주파수 전압을 샘플링 및 디지털화하도록 구성되는 데이터 획득 회로를 포함한다. 측정 전압 및 변조 주파수 전압의 샘플링은 실질적으로 동시적인 방법으로 수행된다. 또한, 본 시스템은 상기 기준 디지털 신호를 사용하여 상기 측정 디지털 신호의 소프트웨어 기반 일관 검출을 수행하도록 구성되는 연산 장치를 포함한다.
상기 연산 장치는 상기 측정 디지털 신호를 상기 기준 디지털 신호에 기초한 합성 신호와 합성하여 복수의 합성된 디지털 신호를 생성하고, 또한 상기 디지털 합성 신호를 필터링하여 출력 디지털 신호를 생성함으로써 상기 측정 디지털 신호의 일관 검출을 수행하도록 구성될 수도 있다. 일 양태에서, 상기 합성 신호는 각각 기준 디지털 신호의 주파수 고조파에 관련된다. 다른 양태에서, 상기 합성 신호는 상기 기준 디지털 신호의 하나 이상의 선택된 쌍에 각각 기초한 하나 이상의 비트 주파수와 관련된다.
제1 예시적인 실시예에 따라, 상기 연산 장치는 상기 표본의 EQE, IQE 또는 임의의 다른 하나 이상의 특성들과 같은 상기 출력 디지털 신호들에 기초하여 상기 표본의 하나 이상의 특성들에 대하여 하나 이상의 표시를 생성하도록 구성된다. 제1 실시예에 따라, 상기 표본 측정 시스템은 기준 검출기, 반사 검출기 및 기타 검출기를 포함하도록 구성될 수도 있으며, 또한 상기 입사광에 응답하여 상기 표본에 의해 생성된 상기 전류를 생성하도록 구성될 수도 있다.
제3 실시예에 따르면, 본 시스템은 복수의 개별의 변조 주파수 전압들에 각각 기초하여 변조된 복수의 광신호들을 생성하도록 구성되는 광원; 상기 표본의 하나 이상의 특성의 측정을 위한 표본 상의 개별 영역에 입사하는 상기 복수의 광신호의 부분을 지향시키도록 구성되며, 상기 표본의 하나 이상의 특성들의 상기 측정에 따라 복수의 측정 전류를 생성하도록 구성되는 표본 측정 시스템; 및 상기 복수의 측정 전류들로부터 복수의 측정 전압들을 각각 생성하도록 구성되는 신호 조정기를 포함한다.
또한, 제3 실시예에 따르면, 본 시스템은 복수의 측정 디지털 신호를 생성하기 위해 상기 복수의 측정 전압을 샘플링 및 디지털화하도록, 또한 복수의 기준 디지털 신호를 생성하기 위해 상기 복수의 변조 주파수 전압을 샘플링 및 디지털화하도록 구성되는 데이터 획득 회로를 포함한다. 측정 전압 및 변조 주파수 전압의 샘플링은 실질적으로 동시적인 방식으로 수행된다. 또한, 본 시스템은 상기 기준 디지털 신호를 사용하여 상기 측정 디지털 신호의 소프트웨어 기반 일관 검출을 수행하도록 구성되는 연산 장치를 포함한다. 제3 실시예의 다른 요소는 제2 실시예와 실질적으로 동일하거나 유사하게 구성될 수도 있다.
본 개시의 기타 양태들, 이점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 연관하여 설명되는 본 개시의 하기 상세 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1A는 본 개시의 일 양태에 따른 예시적인 광학 신호 처리 시스템의 블록도를 도해한다.
도 1B는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템의 블록도를 도해한다.
도 1C는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 예시적인 소프트웨어 기반 일관 검출 시스템의 블록도를 도해한다.
도 2A는 본 개시의 일 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템의 블록도를 도해한다.
도 2B는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템의 블록도를 도해한다.
도 2C는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 소프트웨어 기반 일관 검출 시스템의 블록도를 도해한다.
도 3은 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템의 블록도를 도해한다.
도 5는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템의 블록도를 도해한다.
도 5는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템의 블록도를 도해한다.
도 6은 본 개시의 또 다른 양태에 따른 예시적인 사용자 인터페이스에 의해 생성된 예시적인 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)의 스크린 사진을 도해한다.
도 1A는 본 개시의 일 양태에 따른 예시적인 광학 신호 처리 시스템(100)의 블록도를 도해한다. 요약하면, 광학 신호 처리 시스템(100)은 특정 주파수에서 선택된 파장 및 진폭 변조된 입사광을 생성하도록 구성되는 광원; 상기 입사광을 표본으로 지향하고 상기 표본의 하나 이상의 특성을 측정하기 위한 복수의 신호를 생성하도록 구성되는 표본 측정 시스템; 상기 표본 측정 시스템에 의해 생성된 신호에 기초하여 포착을 위한 적절한 전압을 생성하는 신호 조정기; 신호 조정기로부터의 전압을 실질적으로 동시에 샘플링 및 디지털화하는 데이터 획득 회로; 및 상기 디지털화된 신호의 일관 검출 및 분석을 수행하도록 구성되는 소프트웨어 기반(SW 기반) 연산 장치를 포함한다.
신호를 동시에 샘플링 및 일관 검출함으로써 SW-기반 연산 장치가 표본의 하나 이상의 측정치를 보다 정확하게 실시간으로 생성하는 것이 가능하다. 이것은 하나 이상의 측정치가 실질적으로 동시에 생성되는 복수의 신호에 의존하기 때문이다. 다시 말해, 신호 획득 시 시간 차로 인한 부 정확성 또는 잡음이 최소화된다. 또한, 복수의 측정이 표본 측정 시스템으로부터 생성된 신호의 상이한 세트에 의존하기 때문에, 동시 샘플링 및 일관 검출은 상이한 측정이 실질적으로 동시에 획득된 신호에 기초하는 것을 보장한다. 또한, 이러한 상이한 측정치는 실시간으로 동시에 정확하게 디스플레이될 수도 있다.
좀 더 구체적으로, 광학 신호 처리 시스템(100)은 변조된 광원(110), 변조 주파수 소스(120), 파장 선택기(130), 표본 측정 시스템(140), 신호 조정 회로(150), 데이터 획득 회로(160), 및 SW-기반 연산 장치(170)를 포함한다.
변조된 광원(110)은 파장(λbwf)의 정의된 범위 또는 대역폭(bw)을 갖는 변조된 광을 생성한다. 변조된 광원의 예는 레이저, 다이오드 및 기타 타입의 광원을 포함할 수도 있다. 변조된 광원(110)은 정의된 주파수(f)로 순환하는 변조 신호 또는 전압(Vmf)에 기초하여 변조된 광(λbwf)을 생성한다. 변조 광원(120)은 변조된 광원(110)에 대한 변조 신호 또는 전압(Vmf)을 생성한다. 파장 선택기(130)는 변조된 광(λbwf)으로부터 선택된 파장(λsf)을 갖는 변조광을 생성하고, 여기서 선택된 파장(λsf)은 변조된 광보다 더 좁은 대역을 갖는다. 파장 선택기(130)는 변조된 광(λbwf)의 파장 범위 내에서 더 좁은 대역의 파장을 선택할 수 있는 모노크로메이터(monochromator), 필터 또는 기타 장치를 포함할 수도 있다.
표본 측정 시스템(140)은 선택된 변조된 광(λsf)을 표본에 입사시켜 표본의 하나 이상의 특성 또는 특성을 측정하도록 구성된다. 측정에 따라, 표본 측정 시스템(140)은 전류(I1 내지 IN )와 같은 복수의 전기 신호를 생성한다.
예를 들어, 표본 측정 시스템(140)이 표본의 외부 양자 효율(EQE)을 측정하도록 구성되면, 표본 측정 시스템(140)은 표본에 입사하는 입사광(λsf)의 전력 레벨에 관련된 전류(I1) 및 입사광(λsf)에 응답하여 표본에 의해 생성된 전류(I2)를 생성할 수도 있다. 표본 측정 시스템(140)이 표본의 고유 양자 효율(IQE)을 측정하도록 구성되면, 표본 측정 시스템(140)은 표본에 입사하는 입사광(λsf)의 전력 레벨에 관련된 전류(I1), 상기 표본에 의해 반사된 경면광의 파워 레벨에 관한 전류(I2), 상기 표본에 의해 반사된 확산광의 파워 레벨에 관한 전류(I3), 및 상기 입사광(λsf)에 응답하여 상기 표본에 의해 생성된 전류(I5)를 생성할 수도 있다. 표본 측정 시스템(140)은 EQE 및 IQE를 양자 모두 측정할 뿐만 아니라 표본에 대한 기타 측정을 수행하도록 구성될 수도 있다.
신호 조정 회로(150)는 전류(I1 내지 IN)를 트랜스임피던스 증폭 및 신호 조정하여 데이터 획득 회로(160)에 의한 샘플링 및 디지털화에 적합한 전압(V1 내지 VN)을 생성한다. 예를 들어, 신호 조정 회로(150)는 포지티브 게인(positive gain)으로 트랜스임피던스를 증폭시켜 적절한 레벨의 전압(V1 내지 VN)을 생성한 다음 필터링 및/또는 기타 처리하여 잡음을 감소시킨다.
전술한 바와 같이, 데이터 획득 회로(160)는 신호 조정 회로(150)로부터 전압(V1 내지 VN)을 샘플링 및 디지털화하여 디지털 신호(D1 내지 DN)를 각각 생성한다. 또한, 데이터 획득 회로(160)는 변조 주파수 소스(120)로부터의 변조 전압(Vmf)을 샘플링 및 디지털화하여 디지털 신호(Dmf)를 생성한다. SW-기반 연산 장치에 의해 수행된 일관 검출 및 임의의 측정이 실질적으로 동시에 도출된 전류(I1 내지 IN)에 기초할 수 있도록, 데이터 획득 회로(160)는 전압(V1 내지 VN) 및 변조 전압(Vmf)을 동시에 샘플링하도록 구성된다.
SW-기반 연산 장치(170)는 USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, PCI(Peripheral Component Interface) 및 기타와 같은 임의의 적합한 디지털 인터페이스를 통해 디지털 신호들(D1 내지 DN 및 Dmf)을 수신한다. SW-기반 연산 장치는 데스크 탑 컴퓨터, 랩톱, 스마트폰, 태블릿 타입 컴퓨터 및 임의 기타 타입의 연산 장치일 수도 있다. 본 명세서에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, SW-기반 연산 장치(170)는 소프트웨어 기반의 일관 검출(또한 헤테로다인 또는 록인 증폭기 검출이라고도 함)을 수행하여 거의 동일한 시간에 생성된 전류(I1 내지 IN)의 강도 또는 전력 레벨과 관련된 잠재적으로 잡음이 적은 디지털 출력 신호를 생성한다. SW-기반 연산 장치(170)는 실질적으로 동일한 시간에 결과 출력 신호가 전류(I1 내지 I5)로부터 도출되는 방식으로 디지털 신호(D1 내지 D5)의 일관 검출을 수행한다. 이것은 SW-기반 연산 장치(370)가 표본의 하나 이상의 측정 결과들(예, EQE 및 IQE)을 도출하는데 필요한 모든 변수에 대한 시간 상관 관계를 보장한다.
또한, SW-기반 연산 장치(170)는 표본 측정 시스템(140) 및 기타 관련 데이터로부터 도출된 데이터뿐만 아니라 하나 이상의 측정 결과들을 디스플레이, 스피커 등과 같은 사용자 인터페이스로 출력하여 상기 하나 이상의 측정들과 관련된 사용자 정보를 제공할 수도 있다. 키보드, 마우스, 마이크로폰 등과 같은 입력 장치의 경우와 같이, 사용자 인터페이스를 통해, SW-기반 연산 장치(170)는 사용자로부터 하나 이상의 측정을 어떻게 수행할지 및 정보를 사용자 인터페이스를 통해 사용자에게 어떻게 제공할지에 대해 지시를 수신할 수도 있다. 이와 관련하여, SW-기반 연산 장치(170)는 사용자의 입력에 따라 시스템을 구성하기 위해 시스템(100)의 요소들 중 임의의 요소에 제어 신호를 전송할 수도 있다.
도 1B는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템(105)의 블록도를 도해한다. 광학 신호 처리 시스템(105)은 앞서 논의된 광학 신호 처리 시스템(100)의 변형이며, 동일한 참조 번호로 표시된 많은 동일한 요소들을 포함한다. 시스템(105)은 변조 신호 또는 전압(Vmf)이 시스템(100)에서와 같이 외부 변조 주파수 소스(120)에 의해서 생성되지 않고 데이터 획득 회로(160) 내부에서 생성된다는 점에서 시스템(100)과 다르다. 그렇지 않으면, 광학 신호 처리 시스템(105)은 상세히 전술한 광학 신호 처리 시스템(100)과 실질적으로 동일하다.
도 1C는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 예시적인 SW-기반 연산 장치(170)에 의해 구현되는 예시적인 소프트웨어 기반 일관 검출 시스템의 블록도를 도해한다. 본 시스템(171)은 SW-기반 위상 고정 루프(phase lock loop: PLL) 모듈(171), SW-기반 주파수/고조파(F/H) 톤(tone) 발생기 모듈(172), SW-기반 합성기 모듈(175-1 내지 175-N), SW-기반 필터 모듈(176-1 내지 176-N), 및 SW-기반 처리 모듈(178)을 포함할 수도 있다. SW-기반 처리 모듈(178)은 제어 신호 및 감지된 매개 변수와 같은 신호를 광학 신호 처리 시스템(100 또는 105)의 기타 요소들로 또한 그들로부터 송신 및/또는 수신하기 위한 제어 인터페이스(180)와 접속할 수도 있다. 또한, SW-기반 처리 모듈(178)은 측정 관련 정보 및 제어 신호들과 같은 신호들을 광학 신호 처리 시스템(100 또는 105)의 기타 요소들로 또한 그들로부터 송신 및/또는 수신하기 위한 사용자 인터페이스(190)와 접속할 수도 있다.
SW-기반 PLL 모듈(171)은 디지털 신호(Dmf)로 위상 고정된 신호를 생성하도록 구성된다. 디지털 신호(Dmf)는 변조 신호(Vmf)로부터 지향되기 때문에, SW-기반 PLL 모듈(171)에 의해 생성된 신호는 변조 신호(Vmf)로 위상 고정된다. 선택된 기본 또는 고조파 명령(P)에 기초하여, SW-기반 F/H 톤 발생기(172)는 P가 1인 경우에 기본 신호(Dmf)를 재생할 수 있거나, 또는 P가 1보다 큰 정수인 경우에, 신호의 원하는 고조파(P*Dmf)를 생성할 수도 있다. 고조파는 디지털 신호(D1 내지 DN)에서 변조 주파수의 고조파 성분을 검출하는데 사용될 수도 있다. 단순화를 위해 도해하지 않았지만, SW-기반 F/H 톤 발생기(172)의 출력 신호(P*Dmf)는 SW-기반 합성기 모듈(175-1 내지 175-N)에서 적절한 헤테로다인 검출을 위해 사인 및 코사인 성분을 모두 포함한다.
전술한 바와 같이, SW-기반 F/H 톤 발생기(172)로부터의 선택된 톤(P*Dmf)은 SW-기반 합성기 모듈들(175-1 내지 175-N)에 인가된다. 디지털 신호들(D1 내지 DN)은 각각 SW-기반 믹서 모듈들(175-1 내지 175-N)에도 인가된다. SW-기반 합성 모듈들(175-1 내지 175-N)은 디지털 신호들(D1 내지 DN)을 선택된 톤(P*Dmf)과 합성하여 각각의 합성 신호들을 생성한다. 합성된 신호 각각은 직류(DC) 반송파 성분 및 측대역 성분을 포함한다. 측대역 성분은 시스템(100 또는 105)의 잡음과 관련될 수도 있다. 대응하는 SW-기반 필터들(176-1 내지 176-N)은 합성된 신호의 측대역 성분을 실질적으로 제거하여 각각 출력 신호들(DO1 내지 DON)을 생성한다. 출력 신호들(DO1 내지 DON)은 표본 측정 시스템(140)에 의해 생성된 신호 또는 전류들(I1 내지 IN)의 전력 레벨 또는 강도와 관련된다.
SW-기반 처리 모듈(178)은 표본의 하나 이상의 특성의 하나 이상의 바람직한 측정치에 따라 출력 신호들(DO1 내지 DON)을 처리한다. 예를 들어, 광학 신호 처리 시스템(100 또는 105)이 EQE 및/또는 IQE를 측정하도록 구성되면, SW-기반 처리 시스템(178)은 출력 신호들(D01 내지 DON)에 기초하여 EQE 및/또는 IQE를 나타내는 매개변수를 생성한다. SW-기반 처리 모듈(178)은 그래픽 또는 비 그래픽 방식으로 사용자에게 그러한 정보를 제공하기 위해 사용자 인터페이스(190)에 측정 정보를 전송할 수도 있다.
도 2A는 본 개시의 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템(200)의 블록도를 도해한다. 이전의 예시적인 실시예에서, 본 시스템(100 및 105)은 표본에 대한 입사광을 생성하도록 구성되며, 그에 의해, 입사광은 선택된 파장으로 구성되어 특정 주파수로 변조된다. 대조적으로, 광학 신호 처리 시스템(200)은 표본에 대해 조합된 입사광을 생성하도록 구성되며, 그에 의해, 조합된 입사광은 상이한 파장의 복수의 광으로부터 도출되어 상이한 주파수로 변조된다.
보다 구체적으로, 광학 신호 처리 시스템(200)은 변조된 광원들(210-1 내지 210-M), 변조 주파수 소스들(220-1 내지 220-M),광 결합기(230), 표본 측정 시스템(240), 신호 조정 회로(250), 데이터 획득 회로(260), 및 SW-기반 연산 장치(270)를 포함한다.
상기 변조된 광원들(210-1 내지 210-M)은 서로 다른 파장으로 구성되어 서로 다른 주파수에서 변조된 광들(λsf1 내지 λsfM)을 생성한다. 변조 광원들(210-1 내지 210-M)은 각각 변조 주파수 소스들(220-1 내지 220-M)에 의해 생성된 변조 신호 또는 전압들(Vmf1 내지 VmfM)에 기초하여 λsf1 내지 λsfM을 생성한다. 또한, 외부 변조 주파수 소스들(220-1 내지 220-M) 대신에, 변조 신호 또는 전압들(Vmf1 내지 VmfM)은 광학 신호 처리 시스템(105)에 따라, 데이터 획득 회로(260)에서 내부적으로 생성될 수도 있다.
상기 광 결합기(230)는 상기 변조된 광원들(210-1 내지 210-M)로부터 각각의 광들(λsf1 내지 λsfM)을 수신 후 결합하여 결합된 광(λcb)을 생성한다. 일 예로서,광 결합기(230)는 균질화 로드/커플러로서 또는 기타 타입의 광학 신호 결합 장치로서 구성될 수도 있다. 결합된 광(λcb)은 표본 측정 시스템(240)에 제공되어 표본에 입사한다. 이전의 표본 측정 시스템(140)에 따라, 표본 측정 시스템(240)은 표본 상에서 수행되는 하나 이상의 측정과 관련된 복수의 전기 신호들(I1 내지 IN)을 생성한다. 전술한 실시예들과 마찬가지로, 표본 측정 시스템(240)은 EQE 및/또는 IQE 측정에 따라 전기 신호들(I1 내지 IN)을 생성하도록 구성될 수도 있다.
전술한 실시예와 마찬가지로, 신호 조정 회로(250)는 데이터 획득 회로(260)에 의한 샘플링 및 디지털화에 적합한 대응하는 전압들(V1 내지 VN)을 생성하기 위해 전류들(I1 내지 IN)을 트랜스임피던스 증폭하고 및 관련된 신호를 조정한다.
데이터 획득 회로(260)는 신호 조정 회로(250)로부터 전압들(V1 내지 VN)을 샘플링 및 디지털화하여 디지털 신호들(D1 내지 DN)을 생성한다. 데이터 획득 회로(260)는 또한 변조 주파수 소스들(220-1 내지 220-N)로부터의 변조 전압들(Vmf1 내지 VmfM)을 샘플링하여 각각 디지털 신호들(Dmf1 내지 DmfM)을 생성한다. 전술한 실시예에 따라, 데이터 획득 회로(260)는 실질적으로 동일한 순간에 SW-기반 연산 장치(270)에 의해 생성된 측정 결과(들)가 샘플에서 도출된 신호에 기초하도록 전압들(V1 내지 VN 및 Vmf1 내지 VmfM)을 동시에 샘플링 및 디지털화한다.
이전 실시예에 따라, SW-기반 연산 장치(270)는 디지털 인터페이스(예, USB, PCI 등)를 통해 디지털 신호들(D1 내지 DN, Dmf1 내지 DmfM)을 수신한다. SW-기반 연산 장치(270)는 변조 기반 신호들(Dmf1 내지 DmfM)을 이용하여 디지털 신호들(D1 내지 DN)의 일관 검출을 수행하여 표본 측정 시스템(240)으로부터의 전류들(I1 내지 IN)의 강도 또는 전력 레벨을 나타내는 출력 디지털 신호들을 생성한다. SW-기반 연산 장치(270)는 실질적으로 동일한 순간에 출력 신호 결과가 전류(I1 내지 I5)로부터 도출되도록 디지털 신호들(D1 내지 D5)을 일관 검출한다. 이것은 SW-기반 연산 장치(270)가 표본의 하나 이상의 측정 결과(예, EQE 및 IQE)를 도출하는데 필요한 모든 변수에 대한 시간 상호 관계를 보장한다.
도 2B는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템(205)의 블록도를 도해한다. 광학 신호 처리 시스템(205)은 광학 신호 처리 시스템(200)의 변형 예이며, 동일한 참조 번호로 표시된 많은 수의 동일한 요소들을 포함한다. 광학 신호 처리 시스템(205)은 변조된 광원들(215-1 내지 215-M)이 실질적으로 동일한 파장을 갖지만 상이한 주파수로 변조된 광신호들(λsf1 내지 λsfM)을 생성할 수도 있다는 점에서 광학 신호 처리 시스템(200)과 상이하다.
또 다른 차이점은 광신호들(λsf1 내지 λsfM)이 표본 측정 시스템(240)으로 개별적으로 전송되는 것이다. 표본 측정 시스템(240)은 표본의 상이한 영역에서 광신호들(λsf1 내지 λsfM)을 도출한다. 이것은 표본의 공간을 분석하기 위해 수행될 수도 있다. 표본 측정 시스템(240)에 의해 생성된 결과적인 전류들(I1 내지 IN)은 각각 광신호들(λsf1 내지 λsfM)로부터 기여될 수도 있다. 일관 검출을 사용하면, SW-기반 연산 장치(270)는 개별 분석을 위한 분리에 기여할 수도 있다.
도 2C는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 예시적인 SW-기반 연산 장치(270)에 의해 구현되는 또 다른 예시적인 소프트웨어 기반 간섭 검출 시스템의 블록도를 도해한다. SW-기반 연산 장치(270)는 복수의 SW-기반 PLL 모듈들(272-1 내지 271-M), 복수의 F/H 톤 발생기 모듈들(272-1 내지 272-M) 및 비트 톤 발생기 모듈(273)을 포함한다. 또한 SW-기반 연산 장치(270)는 톤 선택기(mux)(275), 복수의 SW-기반 일관 또는 록인(lock-in) 증폭부들(275-1-N 내지 275-MN) 및 SW-기반 처리 모듈(278)을 더 포함한다. 전술한 실시예에 따라, SW-기반 처리 모듈(278)은 제어 신호를 송신하고 감지된 매개변수를 수신하기 위한 제어 인터페이스(280)와 접속할 수도 있으며, 사용자 내외로 정보를 제공 및 수신하기 위해 사용자 인터페이스(290)와 접속할 수도 있다.
SW-기반 PLL 모듈들(271-1 내지 271-M)은 각각 디지털 신호들(Dmf1 내지 DmfM)로 위상 동기된 신호를 생성한다. F/H 톤 발생기 모듈들(272-1 내지 272-M)은 사용자 선택 매개변수(P)에 기초하여 기본(P=1) 또는 고조파(P>1) 신호(P*Dmf1 내지 P*DmfM)을 각각 생성한다. 비트 발생기 모듈(273)은 SW-기반 PLL 모듈들(271-1 내지 271-M)에서 생성된 위상 고정 신호의 선택된 쌍(I 및 j)에 기초하여 선택된 비트 주파수 신호들(Dmfi-Dmfj)을 생성한다. 생성된 신호 또는 톤들(P*Dmf1 내지 P*DmfM 및 Dmfi-Dmfj)은 톤 선택기 모듈(275)에 제공된다. 사용자 선택 신호(SEL)에 기초하여, 톤 선택기 모듈(275)은 선택된 톤들(T1 내지 TM)을 출력한다.
SW-기반 일관 또는 록인 증폭부들(275-1-N 내지 275-M-N)은 각각 일관 검출된 출력 신호들(DO11 내지 DOMN)을 생성하도록 선택된 톤들(T1 내지 TM)을 사용한다. 기본 주파수들(DMF1 내지 DmfM)이 선택된 톤들(T1 내지 TM)을 위해 선택되는 경우, 예를 들어, 그 출력 신호들(DO11-DO1N 내지 DOM1-DOMN)은 표본 측정 시스템(240)으로부터의 전류 신호들(I1 내지 IN)의 기본 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 각각 나타낸다. 고조파 주파수들(P*Dmf1 내지 P*DmfM(P>1)은 선택된 톤들(T1 내지 TM)을 위해 선택될 경우에, 출력 신호들(DO11-DO1M 내지 DOM1-DOMN)은 표본 측정 시스템(240)으로부터의 전류 신호들(I1 내지 IN)의 선택된 고조파 비트(beat) 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 각각 표시한다. 마찬가지로, 특정한 비트 주파수가 선택된 톤들(T1 내지 TM)에 대해 선택되면, 그 출력 신호들(DO11-DO1N 내지 DOM1-DOMN)은 표본 측정 시스템(240)으로부터의 전류 신호들(I1 내지 IN)의 선택된 비트 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 나타낸다.
SW-기반 처리 모듈(278)은 표본의 하나 이상의 특성의 하나 이상의 원하는 측정에 따라 출력 신호들(DO11-DO1N 내지 DOM1-DOMN)을 처리한다. 예를 들어, 광학 신호 처리 시스템(200 또는 205)이 EQE 및/또는 IQE를 측정하도록 구성되면, SW-기반 처리 시스템(278)은 출력 신호들(DO11-DO1N 내지 DOM1-DOMN)에 기초하여 EQE 및/또는 IQE를 나타내는 매개변수를 생성한다. SW-기반 처리 모듈(278)은 측정 정보를 사용자 인터페이스(290)에 전송하여 그래픽 또는 비 그래픽 방식으로 사용자에게 그러한 정보를 제공할 수도 있다.
도 3은 본 개시의 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템(300)의 블록도를 도해한다. 광학 신호 처리 시스템(300)은 EQE 및/또는 IQE를 측정하도록 구성되는 표본 측정 시스템과 함께 앞서 논의된 광학 신호 처리 시스템(100)의 예시적인 구현이다.
특히, 광학 신호 처리 시스템(300)은 변조된 광원(310), 변조 주파수 소스(320), 파장 선택기(330), 광 바이어스 제어기(315), 전기 바이어스 제어기(325), 표본 측정 시스템(340), 신호 조정 회로(350), 데이터 획득 회로(360), SW 기반 연산 장치(370), 및 사용자 인터페이스(390)를 포함한다. 표본 측정 시스템(340)은 경면 반사 검출기(341), 빔 스플리터(342), 확산 장치(343), 및 표본(344), X-Y 스테이지(345), 기준 검출기(346), 확산 반사 검출기(347) 및 광학 투과 검출기(348)를 함한다.
변조된 광원(310)은 정의된 범위의 파장(λwbf)을 갖는 변조된 광신호를 생성하도록 구성된다. 변조된 광원(310)은 변조 주파수 또는 변조 소스(320)에 의해 생성된 변조 신호 또는 전압(Vmf)에 기초하여 광신호(λbwf)를 생성하도록 구성된다. 파장 선택기(330)는 변조된 광원(310)으로부터의 광신호(λbwf)에 기초하여 선택된 파장(λsf)을 갖는 변조된 광신호를 발생하도록 구성되며, 여기서, 선택된 파장(λsf)은 변조된 광(λbf)보다 좁은 대역을 갖는다. 시스템(100)을 참조하여 앞서 논의된 바와 같이, 파장 선택기(330)는 모노크로메이터, 필터 또는 기타 장치를 포함할 수도 있다.
표본 측정 시스템(340)과 관련하여, 빔 스플리터(342)는 광신호(λsf)를 기준 신호 및 입사 신호로 분리한다. 기준 신호는 기준 검출기(346)에 제공된다. 기준 신호에 응답하여, 기준 검출기(346)는 전류(I2)를 생성한다. 전류(I2)는 광원(λsf)의 강도 또는 전력 레벨과 관련된다(예, 비례한다). 입사 신호는 확산 장치(343)를 통해 표본(344)으로 지향된다. 확산 장치(343)는 집적 구체 또는 기타 타입의 확산 장치를 포함할 수도 있다.
표본(344)은 확산 입사광에 응답하여 전류(I5)를 생성할 수도 있다. 전류(I5)는 표본(344)의 다른 특성뿐만 아니라 EQE 및 IQE를 결정하는데 사용될 수도 있다. 어떤 경우에, 입사광의 일부는 표본(344)을 통과하거나 통과할 수도 있으며, 광학 투과 검출기(348)에 의해 검출될 수도 있다. 투과된 광에 응답하여,광 송신 검출기(348)는 전류(I5)를 생성한다. 전류(I5)는 표본(344)의 다른 특성뿐만 아니라 EQE 및 IQE를 결정하는데 사용될 수도 있다.
입사광의 일부는 표본(344)에서 반사된다. 반사광은 확산 장치(343)에 의해 수광된다. 확산 장치(343)는 확산 반사광을 출사하기 위한 포트를 포함한다. 확산 반사 검출기(347)는 확산 장치(343)로부터의 확산 반사광에 응답하여 전류(I3)를 생성한다. 전류(I3)는 표본(344)의 다른 특성뿐만 아니라 EQE 및 IQE를 결정하는데 사용될 수도 있다. 또한 표본(344)에서 직각으로 반사된 입사광의 일부(여기서, 경면 반사광이라 함)는 확산 장치(343)와 빔 스플리터(353)를 통과하여 경면 반사 검출기(341)에 의해 검출된다. 경면 반사 검출기(341)는 경면 반사광에 응답하여 전류(I1)를 생성한다. 전류(I1)는 표본(344)의 다른 특성뿐만 아니라 EQE 및 IQE를 결정하는데 사용될 수도 있다.
표본 측정 시스템(340)의 X-Y 스테이지(345)는 표본(344)을 지지하고, 사용자에 의해 수동으로 또는 SW-기반 연산 장치(370)에 의해 생성된 X-Y 제어 신호를 통해 표본(344)의 위치 설정을 용이하게 한다. X-Y 스테이지(345)는 표본의 온도를 나타내는 신호를 생성하기 위한 센서를 더 포함할 수도 있다. X-Y 스테이지(345)는 제어 라인을 통해 SW-기반 연산 장치(370)에 온도 신호를 제공할 수도 있다.
광학 신호 처리 시스템(300)의 광 바이어스 제어기(315)는 표본에 대해 수행되는 하나 이상의 측정에 따라 표본(344)에서 제어 가능한 광을 지향할 수도 있다. 이에 관하여, SW 기반 연산 장치(370)는 광 바이어스 제어기(315)에 대한 제어 신호를 생성한다. 또한, 전기 바이어스 제어기(325)는 표본과 관련하여 이행되는 하나 이상의 측정에 따라 제어 가능한 바이어스 신호(예, 바이어스 전압 및/또는 전류)로 표본(344)을 바이어스 할 수도 있다. 이와 관련하여, SW-기반 연산 장치(370)는 전기 바이어스 제어기(325)에 대한 제어 신호를 생성한다.
전술한 실시예에서와 같이, 신호 조정 회로(350)는 표본 측정 시스템(340)으로부터 전류(I1 내지 I5)를 수신하고, 데이터 획득 회로(360)에 의해 샘플링 및 디지털화에 적합한 각각의 전압들(V1 내지 V5)을 생성한다. 이전 데이터 획득 회로(360)는 전압들(V1 내지 V5) 및 변조 주파수 전압(Vmf)을 샘플링 및 디지털화하여 디지털 신호들(D1 내지 D5 및 Dmf)을 각각 생성한다. 전술한 실시예에서와 같이, 데이터 획득 회로(360)는 실질적으로 동시에 이러한 전압을 샘플링한다.
SW-기반 연산 장치(370)는 실질적으로 동일한 순간에 결과 출력 신호가 전류들(I1 내지 I5)로부터 도출되는 방식으로 디지털 신호들(D1 내지 D5)의 일관 검출을 수행한다. 이것은 EQE 및 IQE뿐만 아니라 표본의 다른 특성을 도출하기 위해 SW-기반 연산 장치(370)에 필요한 모든 변수에 대한 시간 상관 관계를 보장한다. 이전 실시예에 따라, SW-기반 연산 장치(370)는 일점 쇄선으로 표시된 제어 라인마다 광학 신호 처리 시스템(300)의 다양한 요소로 및 그로부터 제어 관련 신호를 제공 및 수신할 수도 있다. 또한, SW-기반 연산 장치(370)는 사용자 인터페이스(390)를 통해 사용자와의 사이에서 측정 관련 정보를 제공하고 수신할 수도 있다.
도 4는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템(400)의 블록도를 도해한다. 광학 신호 처리 시스템(400)은 EQE 및/또는 IQE를 측정하도록 구성되는 표본 측정 시스템과 함께 앞서 논의된 광학 신호 처리 시스템(200)의 예시적인 구현이다.
특히, 광학 신호 처리 시스템(400)은 변조된 광원들(410-1 내지 410-3), 변조 주파수 소스들(420-1 내지 420-3),광 결합기(430),광 바이어스 제어기(415), 전기 바이어스 제어기(425), 표본 측정 시스템(440), 신호 조정 회로(450), 데이터 획득 회로(460), SW-기반 연산 장치(470) 및 사용자 인터페이스(490)를 포함한다.
변조된 광원들(420-1 내지 420-3)은 개별의 선택된 파장들(λsf1, λsf2 및 λsf3)을 갖는 변조된 광신호들을 생성하도록 구성되고, 변조 주파수 소스들(420-1, 420-2, 및 420-3)에 의해 각각 생성된 변조 신호 또는 전압들(Vmf1, Vmf2 및 Vmf3)에 기초하여 개별의 주파수들로 변조된다. 광 결합기(430)는 변조된 광신호들(λsf1, λsf2, λsf3)을 결합하여 결합된 광신호(λcb)를 생성한다. 표본 측정 시스템(440)은 결합된 광신호(λcb)를 사용하여 표본에 대한 입사광을 생성한다. 표본 측정 시스템(440)은 상술한 바와 같이 표본 측정 시스템(340)과 실질적으로 동일하거나 마찬가지로 구성될 수도 있다.
전술한 실시예에서와 같이, 표본 측정 시스템(440)은 전류들(I1 내지 I5)을 생성한다. 신호 조정기(450)는 트랜스임피던스 증폭 및 신호 조정을 수행하여 전류들(I1 내지 I5)을 데이터 획득 회로(460)에 의한 샘플링 및 디지털화를 위한 적절한 전압들(V1 내지 V4)로 변환한다. 이전의 실시예에 따라, 데이터 획득 회로(460)는 전압들(V1 내지 V5) 및 변조 전압들(Vmf1 내지 Vmf3)을 각각 생성하여 디지털 신호들(D1 내지 D5, Dmf1 내지 Dmf3)을 생성한다. 데이터 획득 회로(460)는 실질적으로 동시적 방식으로 신호를 샘플링 및 디지털화한다.
전술한 SW-기반 연산 장치(270)에 따라, SW-기반 연산 장치(470)는 출력 디지털 신호를 생성하기 위해 변조 신호들(Dmf1 내지 Dmf3)을 사용하여 디지털 신호들(D1 내지 D5)의 일관 검출을 수행한다. 예를 들어, 일관 검출이 기본 톤들(Dmf1 내지 Dmf3)을 사용하면, 검출된 출력 신호는 표본 측정 시스템(440)에 의해 생성된 전류들(I1 내지 I4)의 기본 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 나타낸다. 예를 들어, 일관 검출은 고조파들(P*Dmf1 내지 P*Dmf3)(P> 1)을 사용하면, 검출된 출력 신호는 표본 측정 시스템(440)에 의해 생성된 전류들(I1 내지 I5)의 대응하는 고조파 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 나타낸다. 예를 들어, 일관 검출은 선택된 비트 주파수들(Dmfi±Dmfj)(i≠j, i=j={1,2,3})을 사용하면, 검출된 출력 신호는 표본 측정 시스템(440)에 의해 생성된 전류들(I1 내지 I5)의 대응하는 비트 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 나타낸다.
SW-기반 연산 장치(470)는 결과적으로 출력 신호가 거의 동일한 시간에 전류들(I1 내지 I4)로부터 도출되도록 디지털 신호들(D1 내지 D5)의 일관 검출을 수행한다. 이것은 표본의 다른 특성뿐만 아니라 EQE 및 IQE를 도출하기 위해 SW-기반 연산 장치(470)에 필요한 모든 변수에 대한 시간 상관 관계를 보장한다. 이전 실시예에서와 같이, SW-기반 연산 장치(470)는 일점 쇄선으로 표시된 제어 라인마다 광학 신호 처리 시스템(400)의 다양한 요소들에 제어 관련 신호들을 제공 및 수신할 수도 있다. 또한, SW-기반 연산 장치(470)는 사용자 인터페이스(490)를 통해 사용자에게 및 사용자로부터 측정 관련 정보를 제공하고 수신할 수도 있다.
전술한 실시예에서와 같이, 광학 신호 처리 시스템(400)의 광 바이어스 제어기(415)는 표본에 대해 수행된 하나 이상의 측정에 따라 표본에서 제어 가능한 광을 지향한다. 이와 관련하여, SW-기반 연산 장치(470)는 광 바이어스 제어기(415)에 대한 제어 신호를 생성한다. 전기 바이어스 제어기(425)는 제어 가능한 바이어스 신호(예, 바이어스 전압 및/또는 전류) 또는 표본과 관련하여 더 많은 측정이 이루어져야 한다. 이와 관련하여, SW-기반 연산 장치(470)는 전기 바이어스 제어기(425)에 대한 제어 신호를 생성한다.
도 5는 본 개시의 또 다른 양태에 따른 또 다른 예시적인 광학 신호 처리 시스템(500)의 블록도를 도해한다. 광학 신호 처리 시스템(500)은 EQE 및/또는 IQE를 측정하도록 구성되는 표본 측정 시스템과 함께 앞서 논의된 광학 신호 처리 시스템(205)의 예시적인 구현이다.
특히, 광학 신호 처리 시스템(500)은 변조된 광원들(510-1 내지 510-3), 변조 주파수 소스들(520-1 내지 520-3), 빔 조종 또는 프로그램 가능한 마스크(530),광 바이어스 제어기(515), 전기 바이어스 제어기(525), 표본 측정 시스템(540), 신호 조정 회로(550), 데이터 획득 회로(560), SW-기반 연산장치(570) 및 사용자 인터페이스(590)를 포함한다.
변조 광원들(520-1 내지 520-3)은 변조 주파수 소스들(520-1, 520-2, 520-3)에 의해 생성된 변조 신호 또는 전압들(Vmf1, Vmf2 및 Vmf3)에 기초하여 개별의 주파수들로 변조되지만 실질적으로 동일한 파장을 갖는 변조 광신호들(λsf1, λsf2 및 λsf3)을 생성하도록 구성된다. 빔 조종/프로그램 가능 마스크(530)는 변조된 광신호들(λsf1, λsf2 및 λsf3)을 표본의 원하는 영역으로 지향하도록 구성된다. 표본 측정 시스템(540)은 변조된 광신호들(λsf1, λsf2, 및 λsf3)을 사용하여 공간 분석을 위해 표본에 대한 입사광 신호를 생성한다. 표본 측정 시스템(540)은 상술한 바와 같이 표본 측정 시스템(340)과 실질적으로 동일하거나 마찬가지로 구성될 수도 있다.
전술한 실시예에서와 같이, 표본 측정 시스템(540)은 전류들(I1 내지 I5)을 생성한다. 신호 조정 회로(550)는 트랜스임피던스 증폭 및 신호 조정을 수행하여 전류들(I1 내지 I5)을 데이터 획득 회로(560)에 의한 샘플링 및 디지털화를 위한 적절한 전압(V1 내지 V5)으로 변환한다. 이전의 실시예들에 따라, 데이터 획득 회로(560)은 전압들(V1 내지 V5) 및 변조 전압들(Vmf1 내지 Vmf3)을 각각 샘플링하여 디지털화하여 디지털 신호들(D1 내지 D5, Dmf1 내지 Dmf3)을 생성한다. 데이터 획득 회로(560)는 실질적으로 동시적 방식으로 신호들을 샘플링한다.
전술한 SW-기반 연산 장치(270)에 따라, SW-기반 연산 장치(570)는 검출된 출력 신호를 생성하기 위해 변조 신호들(Dmf1 내지 Dmf3)을 사용하여 디지털 신호들(D1 내지 D5)의 일관 검출을 수행한다. 예를 들어, 일관 검출이 기본 톤들(Dmf1 내지 Dmf3)을 사용하면, 검출된 출력 신호들은 표본 측정 시스템(540)에 의해 생성된 전류들(I1 내지 I5)의 기본 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 나타낸다. 예를 들어, 일관 검출이 고조파들(P*Dmf1 내지 P*Dmf3)(P> 1)을 사용하면, 검출된 출력 신호들은 표본 측정 시스템(540)에 의해 생성된 전류들(I1 내지 I5)의 대응하는 고조파 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 나타낸다. 예를 들어, 일관 검출이 선택된 비트 주파수(Dmfi±Dmfj)(i≠j, i=j={1,2,3})를 사용하면, 검출된 출력 신호들은 표본 측정 시스템(540)에 의해 생성된 전류들(I1 내지 I5) 중 대응하는 비트 주파수 성분의 강도 또는 전력 레벨을 나타낸다.
SW-기반 연산 장치(570)는 결과적으로 출력 신호가 거의 동일한 시간에 전류들(I1 내지 I5)로부터 도출되도록 디지털 신호들(D1 내지 D5)의 일관 검출을 수행한다. 이것은 EQE 및 IQE뿐만 아니라 표본의 다른 특성을 도출하기 위해 SW-기반 연산 장치(570)에 필요한 모든 변수에 대한 시간 상관 관계를 보장한다. 이전의 실시예들에 따르면, SW-기반 연산 장치(570)는 일점 쇄선으로 표시된 제어 라인마다 광학 측정 시스템(500)의 다양한 요소들 내외로 제어 관련 신호들을 제공 및 수신할 수도 있다. 또한, SW-기반 연산 장치(570)는 사용자 인터페이스(590)를 통해 사용자에게 및 사용자로부터 측정 관련 정보를 제공하고 수신할 수도 있다.
전술한 실시예에서와 같이, 광학 측정 시스템(500)의 광 바이어스 제어기(515)는 표본에 대해 수행된 하나 이상의 측정에 따라 표본에서 제어 가능한 광을 지향한다. SW-기반 연산 장치(570)는 광 바이어스 제어기(515)에 대한 제어 신호를 생성한다. 전기 바이어스 제어기(425)는 표본과 관련하여 행해진 하나 이상의 측정에 따라 제어 가능한 바이어스 신호(예, 바이어스 전압 및/또는 전류)를 바이어스 한다. 이와 관련하여, SW-기반 연산 장치(570)는 전기 바이어스 제어기(525)에 대한 제어 신호를 생성한다.
도 6은 본 개시의 다른 양태에 따른 예시적인 사용자 인터페이스에 의해 생성된 예시적인 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface: GUI)(600)의 스크린 사진을 도해한다. GUI(600)는 하나 이상의 선택된 측정을 설명하도록 구성되는 측정 표시부(602)를 포함한다. 이 예에서, 측정 표시부(602)는 그래프 형태의 EQE 측정 그래프를 도해한다. X-축 또는 수평축은 파장을 나타내며, y-축 또는 수직축은 EQE를 나타낸다. 측정 표시부(602)는 표 형식, 원형 차트, 막대 차트 및 기타와 같은 다른 포멧으로 하나 이상의 선택된 측정을 설명할 수도 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 측정 표시부(602)는 파장 스캔하는 동안에 EQE, IQE, RS 및 RD를 동시에 표시할 수도 있다.
GUI(600)는 사용자가 측정 표시부(602)에서 묘사를 위해 하나 이상의 측정을 선택할 수 있도록 구성되는 측정 선택부(605)를 더 포함한다. 예를 들어, 이 예에서, 측정 선택부(605)는 병행 체크 표시에 의해 나타내는 바와 같이 선택된 측정으로서 EQE를 도해한다. 또한, 이 예에 따라, 측정 선택부(605)는 IQE, 채널들(1-4)(예, 본 명세서에 설명된 표본 측정 시스템에 의해 생성된 다양한 신호와 관련됨), 스펙트럼 응답도, 경면 반사 검출기(RS)로부터의 신호, 확산 반사 검출기(RS)로부터의 신호, 및 경면 및 확산 반사 검출기(RS+RD)로부터의 신호들의 합과 같은 기타 입수 가능한 측정들을 나열한다. 측정 선택부(605)를 통해 사용자에게 다소 상이한 타입의 측정들을 입수할 수도 있음을 이해해야 한다.
GUI(600)는 사용자가 측정 표시부(602)에 묘사된 그래프의 x 및 y 축을 라벨링 하도록 허용하기 위한 텍스트 상자를 갖는 그래프 라벨링부(606)를 더 포함한다. 또한, GUI(600)는 플롯을 식별하기 위한 범례 영역(608)을 포함한다. 이것은 그래프가 여러 플롯을 묘사할 때 유용하다. 또한, GUI(600)는 사용자가 그래프, 테이블 및 기타와 같은 하나 이상의 선택된 측정치에 대한 디스플레이 포멧을 선택할 수도 있게 허용하는 드롭 다운 상자(610)를 포함한다.
GUI(600)는 또한 현재 스캔과 관련된 정보를 제공하는 스캔 세부 영역(612)을 포함한다. GUI(600)는 또한 현재의 세션과 관련된 데이터 로그 파일을 나타내는 현재 세션(615)을 포함한다. 로드 및 제거 소프트 버튼(616 및 618)을 사용하면, 사용자는 선택된 데이터 로그 파일로부터 데이터를 로딩할 수도 있을 뿐만 아니라 데이터 로그 파일을 제거할 수도 있다. 또한, GUI(600)는 사용자가 측정 스캔을 시작하고 측정 스캔을 중단하도록 허용하는 시작 및 중지 소프트 버튼(620)을 포함한다. GUI(600)는 단지 예일 뿐이며, GUI는 많은 다른 방식으로 구성될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 개시는 다양한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 개시는 추가의 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 본 출원은 일반적으로 본 개시의 원리에 따르며, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 공지되어 통상적인 관행에 속하는 본 개시 내용으로부터 벗어나는 것들을 포함하는 본 개시의 임의의 변형, 사용 또는 적용을 포함하도록 하였다.

Claims (23)

  1. 시스템으로서,
    변조 주파수 전압을 생성하기 위해 구성된 변조 주파수 소스;
    상기 변조 주파수 전압에 기초하여 변조된 광신호를 생성하도록 구성되는 변조된 광원;
    표본의 하나 이상의 특성을 측정하기 위해 표본 상에 입사하는 상기 변조된 광신호의 적어도 일부를 지향하도록 구성되며, 상기 표본의 하나 이상의 특성의 상기 측정에 따라 복수의 측정 전류를 생성하도록 구성되는 표본 측정 시스템;
    상기 복수의 전류 각각으로부터 복수의 측정 전압을 생성하도록 구성되는 신호 조정기;
    상기 복수의 측정 전압을 샘플링하고 디지털화하여 복수의 측정 디지털 신호를 생성하고, 상기 변조 주파수 소스로부터 상기 변조 주파수 전압을 수신하며, 및 상기 수신된 변조 주파수 전압을 샘플링하고 디지털화하여 기준 디지털 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 측정 전압 및 상기 변조 주파수 전압의 샘플링이 실질적으로 동시에 수행되는 데이터 획득 회로; 및
    상기 기준 디지털 신호를 사용하여 상기 측정 디지털 신호들의 소프트웨어 기반 일관(coherent) 검출을 수행하도록 구성되는 연산 장치
    를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연산 장치는 적어도 다음 것들:
    상기 측정 디지털 신호를 상기 기준 디지털 신호에 기초한 합성 신호와 합성하여 복수의 합성된 디지털 신호를 각각 생성하는 단계; 및
    상기 디지털합성 신호를 필터링하여 출력 디지털 신호를 생성하는 단계
    에 의해 상기 측정 디지털 신호들의 상기 일관 검출을 수행하도록 구성되는, 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 합성 신호는 상기 기준 디지털 신호의 주파수 고조파와 관련되는, 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 연산 장치는 상기 출력 디지털 신호에 기초하여 상기 표본의 상기 하나 이상의 특성에 대하여 하나 이상의 표시를 생성하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하나 이상의 표시는 상기 표본의 외부 양자 효율(EQE), 고유 양자 효율(IQE), 또는 EQE 및 IQE를 양자 모두 포함하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표본 측정 시스템은:
    상기 복수의 전류들 중 제1 전류를 생성하도록 구성되는 기준 검출기를 포함하며,
    상기 제1 전류는 상기 입사광 신호의 강도와 관련되고, 상기 복수의 전류 중 제2 전류는 상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 발생되는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표본 측정 시스템은:
    상기 복수의 전류들 중 제1 전류를 생성하도록 구성되며, 상기 제1 전류는 상기 입사광 신호의 강도와 관련되는 기준 검출기; 및
    상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 반사된 광신호의 강도와 관련된 상기 복수의 전류들 중 제2 전류를 생성하도록 구성되는 반사 검출기를 포함하며,
    상기 복수의 전류 중 제3 전류는 상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 발생되는, 시스템.
  8. 시스템으로서,
    복수의 개별 변조 주파수 전압을 생성하기 위해 구성된 변조 주파수 소스;
    상기 복수의 개별 변조 주파수 전압들에 각각 기초하여 변조된 복수의 개별 파장 광신호들을 생성하도록 구성되는 광원;
    상기 복수의 개별의 파장 광신호에 기초하여 결합된 광신호를 생성하도록 구성되는 광 결합기;
    표본의 하나 이상의 특성의 측정을 위한 표본 상에 입사하는 상기 결합된 광신호의 적어도 일부를 지향하도록 구성되며, 상기 표본의 하나 이상의 특성에 대한 측정들에 따라 복수의 측정 전류를 생성하도록 구성되는 표본 측정 시스템;
    상기 복수의 전류 각각으로부터 복수의 측정 전압을 생성하도록 구성되는 신호 조정기;
    상기 복수의 측정 전압을 샘플링하고 디지털화하여 복수의 측정 디지털 신호를 생성하고, 상기 변조 주파수 소스로부터 복수의 개별 주파수 전압을 수신하며, 상기 수신된 복수의 변조 주파수 전압을 샘플링 및 디지털화하여 복수의 기준 디지털 신호를 생성하도록 구성되며, 상기 측정 전압들 및 상기 변조 주파수 전압들의 샘플링이 실질적으로 동시에 수행되는 데이터 획득 회로; 및
    상기 기준 디지털 신호들을 사용하여 상기 측정 디지털 신호들의 소프트웨어 기반 일관(coherent) 검출을 수행하도록 구성되는 연산 장치를 포함하는, 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연산 장치는 적어도 다음의 것들:
    상기 측정 디지털 신호를 상기 기준 디지털 신호에 기초한 합성 신호와 합성하여 복수의 합성된 디지털 신호를 각각 생성하는 단계; 및
    상기 디지털합성 신호를 필터링하여 출력 디지털 신호를 생성하는 단계
    에 의해 상기 측정 디지털 신호들의 상기 일관 검출을 수행하도록 구성되는, 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 합성 신호는 상기 기준 디지털 신호의 주파수 고조파와 각각 관련되는, 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 합성 신호는 적어도 한 쌍의 상기 기준 디지털 신호에 각각 기초하여 하나 이상의 비트 주파수와 관련되는, 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 연산 장치는 상기 출력 디지털 신호에 기초하여 상기 표본의 상기 하나 이상의 특성의 하나 이상의 표시를 생성하도록 구성되는, 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 표시는 상기 표본의 외부 양자 효율(EQE), 고유 양자 효율(IQE), 또는 EQE 및 IQE 양자 모두를 포함하는, 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 표본 측정 시스템은:
    상기 복수의 전류들 중 제1 전류를 생성하도록 구성되며, 상기 제1 전류는 상기 입사광 신호의 강도와 관련되는 기준 검출기; 를 포함하며,
    상기 복수의 전류 중 제2 전류는 상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 발생되는, 시스템.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 표본 측정 시스템은:
    상기 복수의 전류들 중 제1 전류를 생성하도록 구성되며, 상기 제1 전류는 상기 입사광 신호의 강도와 관련되는 기준 검출기; 및
    상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 반사된 광신호의 강도와 관련된 상기 복수의 전류들 중 제2 전류를 생성하도록 구성되는 반사 검출기를 포함하며,
    상기 복수의 전류 중 제3 전류는 상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 발생되는, 시스템.
  16. 시스템으로서,
    복수의 개별의 변조 주파수 전압을 생성하기 위해 구성된 변조 주파수 소스;
    상기 복수의 개별의 변조 주파수 전압들에 각각 기초하여 변조된 복수의 광신호들을 생성하도록 구성되는 광원;
    표본의 하나 이상의 특성의 측정을 위한 표본의 개별 영역 상에 입사하는 상기 복수의 광신호의 부분을 지향하도록 구성되며, 상기 표본의 하나 이상의 특성들에 따라 복수의 측정 전류를 생성하도록 구성되는 표본 측정 시스템;
    상기 복수의 전류 각각으로부터 복수의 측정 전압을 생성하도록 구성되는 신호 조정기;
    상기 복수의 측정 전압을 샘플링하고 디지털화하여 복수의 측정 디지털 신호를 생성하고, 상기 변조 주파수 소스로부터 복수의 개별 주파수 전압을 수신하며, 상기 수신된 복수의 변조 주파수 전압을 샘플링 및 디지털화하여 복수의 기준 디지털 신호를 생성하고, 상기 측정 전압들 및 상기 수신된 변조 주파수 전압들의 샘플링이 실질적으로 동시에 수행되는 데이터 획득 회로; 및
    상기 기준 디지털 신호들을 사용하여 상기 측정 디지털 신호들의 소프트웨어 기반 일관(coherent) 검출을 수행하도록 구성되는 연산 장치를 포함하는, 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 연산 장치는 적어도 다음의 것들:
    상기 측정 디지털 신호를 상기 기준 디지털 신호에 기초하여 합성 신호와 합성하여 복수의 합성된 디지털 신호를 각각 생성하는 단계; 및
    상기 디지털합성 신호를 필터링하여 출력 디지털 신호를 생성하는 단계
    에 의해 상기 측정 디지털 신호들의 상기 일관 검출을 수행하도록 구성되는, 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 합성 신호는 상기 기준 디지털 신호의 주파수 고조파와 각각 관련되는, 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 합성 신호는 적어도 한 쌍의 상기 기준 디지털 신호에 각각 기초하여 하나 이상의 비트 주파수와 관련되는, 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 연산 장치는 상기 출력 디지털 신호에 기초하여 상기 표본의 상기 하나 이상의 특성에 대하여 하나 이상의 표시를 생성하도록 구성되는, 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 표시는 상기 표본의 외부 양자 효율(EQE), 고유 양자 효율(IQE), 또는 EQE 및 IQE 양자 모두를 포함하는, 시스템.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 표본 측정 시스템은:
    상기 복수의 전류들의 제1 전류를 생성하도록 구성되며, 상기 제1 전류는 상기 입사광 신호들의 강도와 관련되는 기준 검출기를 포함하며;
    상기 복수의 전류 중 제2 전류는 상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 발생되는, 시스템.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 표본 측정 시스템은:
    상기 복수의 전류들의 제1 전류를 생성하도록 구성되며, 상기 제1 전류는 상기 입사광 신호들의 강도와 관련되는 기준 검출기; 및
    상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 반사된 광신호의 강도에 관련된 상기 복수의 전류의 제2 전류를 생성하도록 구성되는 반사 검출기를 포함하며,
    상기 복수의 전류 중 제3 전류는 상기 입사광 신호에 응답하여 상기 표본에 의해 발생되는, 시스템.
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