KR102269597B1 - Optical cavity interferometer with improved struckture - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 개선된 구조의 광공동 간섭계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 패브리-페로 간섭계의 공진특성을 개선시킨 광공동 간섭계에 관한 것이다.The present invention relates to an optical cavity interferometer having an improved structure, and more particularly, to an optical cavity interferometer having improved resonance characteristics of a Fabry-Perot interferometer.
패브리-페로 간섭계(Fabry-Perot interferometer)는 1899년 패브리(C. Fabry)와 페로(A. Perot)에 의하여 처음으로 고안되었다. 패브리-페로 간섭계는 일반적으로 두 개의 고반사율을 가지는 거울 사이에 하나의 공진층(cavity)이 삽입된 필터이다. 필터의 기본원리는 광섬유를 통하여 전달된 여러 파장이 필터에 입사되면, 공진층에서 다중간섭현상을 발생시켜 특정한 파장만 투과 시키고 다른 파장들은 반사 시킴으로써 원하는 데이터만 선별하게 된다.The Fabry-Perot interferometer was first devised by C. Fabry and A. Perot in 1899. A Fabry-Perot interferometer is generally a filter in which one cavity is inserted between two mirrors having high reflectivity. The basic principle of the filter is that when several wavelengths transmitted through an optical fiber are incident on the filter, multiple interference occurs in the resonance layer to transmit only a specific wavelength and reflect other wavelengths to select only the desired data.
패브리-페로 간섭계는 고도의 분해능을 가진 분광계로 활용되기도 하고, 또한 레이저를 작동시키는 공진기로도 이용된다.The Fabry-Perot interferometer is used as a spectrometer with high resolution, and is also used as a resonator that operates a laser.
패브리-페로 간섭계는 Fabry-Perot Spectrometer, ethalon, Fabry-Perot ethalon 등으로 불리기도 한다. 프리즘 분광기가 빛의 굴절을 이용하고, 격자 분광기(grating)가 빛의 회절과 간섭 현상을 이용하는데, Fourier Transform 분광기(Michelson 분광기)와 패브리-페로 간섭계는 빛의 반사에 의한 간섭 현상을 이용하므로 간섭 분광기로 분류된다.The Fabry-Perot interferometer is also called Fabry-Perot Spectrometer, ethalon, Fabry-Perot ethalon, and the like. The prism spectrometer uses the refraction of light, and the grating uses the diffraction and interference phenomenon of light, while the Fourier Transform spectrometer (Michelson spectrometer) and the Fabry-Perot interferometer use the interference phenomenon caused by the reflection of light. classified as a spectrometer.
본 발명은 패브리-페로(Fabry-Perot, FP) 간섭계의 구조를 개선한 것으로, 반사거울 사이의 거리를 줄이면서도 광학계의 분해능 정밀도 및 광선 정렬 한계를 개선하는 방법을 제안한다. 패브리-페로 간섭계는, 입사파와 반사파에 의해 서로 보강/상쇄 간섭을 일으키는 파들 중에서 공명조건을 만족하는 특정 파장의 광파을 이용하여, 입력 파장을 정밀하게 분석하는 장치이다. 기존의 패브리-페로 간섭계 구조는 마주보는 두 개의 오목거울의 초점을 공유해 공진 거리(Cavity length)가 오목거울 초점 거리의 2배가 되는 형태로 제작, 활용되어 왔다.The present invention improves the structure of a Fabry-Perot (FP) interferometer, and proposes a method for improving the resolution precision and ray alignment limit of an optical system while reducing the distance between reflective mirrors. The Fabry-Perot interferometer is a device that precisely analyzes an input wavelength using a light wave of a specific wavelength that satisfies a resonance condition among waves that cause constructive/destructive interference with each other by an incident wave and a reflected wave. The existing Fabry-Perot interferometer structure has been manufactured and utilized in a form in which the cavity length is twice the focal length of the concave mirror by sharing the focus of two concave mirrors facing each other.
관련 기술로 KR 제10-0367297호에 개시된 기술은, 광섬유 패브리-페로 간섭계형 온도 측정 장치에 관한 것으로, 주 센서 및 보조 센서를 갖춘 센싱수단을 포함하고, 주 센서는 고정도 광섬유 패브리-페로 공진기로 구성되고, 보존 센서는 저정도 비대칭 광섬유 패브리-페로 공진기로 구성된 온도 측정 장치를 개시한다. 그러나 관련 기술에 개시된 패브리-페로 공진기는, 공진층 거리가 오목거울 초점 거리의 2배가 되는 종래의 기술에 기반한 것으로 본 발명의 일 실시 예에 따른, 개선된 구조에 의한 공진특성을 갖는 패브리-페로 간섭계와 구별된다.As a related art, the technology disclosed in KR 10-0367297 relates to an optical fiber Fabry-Perot interferometer type temperature measuring device, comprising sensing means having a main sensor and an auxiliary sensor, the main sensor being a high-precision fiber optic Fabry-Perot resonator. Disclosed is a temperature measuring device in which the conservation sensor is composed of a low-precision asymmetric optical fiber Fabry-Perot resonator. However, the Fabry-Perot resonator disclosed in the related art is based on the prior art in which the resonant layer distance is twice the focal length of the concave mirror, and according to an embodiment of the present invention, the Fabry-Perot resonator has resonance characteristics due to an improved structure. distinguished from interferometry.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 계측 장치의 분해능 정밀도를 향상시킬 수 있는 개선된 공진 구조를 갖는 광공동 간섭계를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical cavity interferometer having an improved resonance structure capable of improving the resolution accuracy of a measurement device.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 광선 정렬 작업의 편의성을 개선할 수 있는 광공동 간섭계를 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is to provide an optical cavity interferometer capable of improving the convenience of aligning beams.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 오목거울에 입사된 빛의 경로를 변화시켜 FSR을 감소시킬 수 있는 광공동 간섭계를 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is to provide an optical cavity interferometer capable of reducing FSR by changing a path of light incident on a concave mirror.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 광학장비의 소형화, 비용 절감 및 성능 개선으로 이어질 수 있는 광공동 간섭계를 제공하는 것이다.One problem to be solved by the present invention is to provide an optical cavity interferometer that can lead to miniaturization, cost reduction, and performance improvement of optical equipment.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 마주 보고 있는 포물선 형태 오목거울의 Cavity length를 초점 거리의 2배로 했을 때와 초점 거리의 1배로 놓았을 때를 비교하고, 투과된 빛의 광경로를 4L에서 6L로 1.5배 증가시켜 Finesse를 개선하는 형태로 제작한다. 또한, 레이저 빔이 근축 광선에 가까울수록 구면수차는 무시할 수 있을 만큼 작아지고, 한 점에서 나온 광선은 완전히 한 상점에 모여 오차 한계 내에서 근사가 가능하다. 기존 공진 거리가 2p인 구조는 퍼진 임계각이 1.5°~2° 이내까지 정밀도 근사가 가능했지만, 공진 거리가 p인 구조는 퍼진 임계각 최대 10° 이내까지 Cavity 안으로 굴절된 빛이 입사되어도 Fabry-Perot 간섭계가 정확한 스펙트럼 값을 인식할 수 있고, 이로 인해 빔 정렬 안정성을 개선할 수 있다. 또한, 원칙적으로는 오목거울은 포물선의 형태를 띠었을 때 동작 성능이 가장 좋지만, 근축광선 근사의 광학계 조건에서는 구면거울로도 쉽게 제작할 수 있다.In order to achieve the above object, in the present invention, when the cavity length of the facing parabolic concave mirror is doubled the focal length and when placed at 1 time the focal length, the optical path of the transmitted light is set at 4L. It is manufactured in a form that improves the Finesse by increasing it 1.5 times to 6L. Also, the closer the laser beam is to the paraxial ray, the smaller the spherical aberration becomes negligible, and the ray from one point is completely gathered in one point and can be approximated within the error limit. The conventional structure with a resonance distance of 2p was able to approximate with precision up to 1.5° to 2° of the spread critical angle, but the structure with a resonance distance p has a Fabry-Perot interferometer even if refracted light enters the cavity up to a maximum of 10° of the spread critical angle. can recognize accurate spectral values, thereby improving beam alignment stability. Also, in principle, the concave mirror has the best operating performance when it has a parabolic shape, but it can be easily manufactured with a spherical mirror under the optical system conditions of paraxial ray approximation.
본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 광공동 간섭계는, 제1 오목 거울; 및 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 공진 거리(cavity length)와 초점 거리(focal length)가 동일하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.An improved optical cavity interferometer according to an embodiment of the present invention includes: a first concave mirror; and a first concave mirror and a second concave mirror facing each other, wherein the first concave mirror and the second concave mirror are arranged such that a cavity length and a focal length are the same. .
본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 광공동 간섭계는, 제1 오목 거울; 및An improved optical cavity interferometer according to an embodiment of the present invention includes: a first concave mirror; and
상기 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 어느 한 거울의 중심이 상대 거울의 초점에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.The first concave mirror and the second concave mirror are opposite to each other, and the first concave mirror and the second concave mirror are arranged such that the center of one of the mirrors is positioned at the focal point of the opposite mirror.
본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 광공동 간섭계는, 제1 오목 거울; 및An improved optical cavity interferometer according to an embodiment of the present invention includes: a first concave mirror; and
제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 제1 오목 거울 또는 제2 오목 거울을 향해 입사된 광의 광경로가 공진 거리의 6배가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.a first concave mirror and a second concave mirror facing each other, wherein the first concave mirror and the second concave mirror are configured such that the optical path of the light incident toward the first concave mirror or the second concave mirror is 6 times the resonance distance It is characterized in that it is placed.
본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 광공동 간섭계는, 제1 오목 거울; 및An improved optical cavity interferometer according to an embodiment of the present invention includes: a first concave mirror; and
제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 제1 오목 거울 또는 제2 오목 거울을 향해 입사된 광의 광경로가 초점 거리의 6배가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.a first concave mirror and a second concave mirror facing each other, wherein the first concave mirror and the second concave mirror are configured such that the optical path of the light incident toward the first concave mirror or the second concave mirror is 6 times the focal length It is characterized in that it is placed.
본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 광공동 간섭계는, 제1 오목 거울; 및An improved optical cavity interferometer according to an embodiment of the present invention includes: a first concave mirror; and
제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울 중에서, 어느 하나의 오목 거울이, 공진 거리에 관한 다음 식이 만족되게 배치되는, L=p/m, 여기서, L=공진 거리(cavity length), 1≤ m < 2 이고, 제1 오목 거울과 제2 오목 거울이 포물면 거울 또는 구면 거울인 경우, m=1이다.L = p/m, comprising a first concave mirror and a second concave mirror facing each other, wherein, among the first concave mirror and the second concave mirror, any one of the concave mirrors is arranged such that the following equation regarding the resonance distance is satisfied , where L=cavity length, 1≤m < 2, and when the first concave mirror and the second concave mirror are parabolic mirrors or spherical mirrors, m=1.
또한, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 광축(optical axis)을 공유하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.Further, the first concave mirror and the second concave mirror are arranged to share an optical axis.
또한, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.Also, the first concave mirror and the second concave mirror may have the same shape as each other.
또한, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 포물면 거울(parabolic mirror)인 것을 특징으로 하고, 근축광선 근사(paraxial approximation)의 광학계 조건 하에서, 구면 거울(spherical mirror)도 될 수 있다.In addition, the first concave mirror and the second concave mirror are characterized in that they are parabolic mirrors, and under the optical system conditions of paraxial approximation, they may also be spherical mirrors.
또한, 구면 거울의 반지름은, R = 2L = 2p, 식을 만족하는 것을 특징으로 하는, 여기서, R = 구면 거울의 반지름, p = 초점 거리, L = 공진 거리이다.In addition, the radius of the spherical mirror, R = 2L = 2p, characterized in that the expression satisfies, where R = the radius of the spherical mirror, p = focal length, L = resonance distance.
또한, 광은, 중심축에 평행하게 입사되는 것을 특징으로 한다.In addition, light is incident parallel to the central axis, it is characterized in that.
또한, 광이, 10°이내의 최대 퍼짐각으로 인사하는 경우, 광경로가 6L 대비 파장길이 이내(< 1μm)의 광경로차를 유지하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that, when light enters with a maximum spread angle within 10°, the optical path maintains an optical path difference within a wavelength length (<1 μm) compared to 6L.
또한, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 광의 입사 위치에 관계 없이, 공진 거리 또는 초점 거리의 6배에 해당하는 광경로를 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the first concave mirror and the second concave mirror have an optical path corresponding to 6 times the resonance distance or the focal length, regardless of the incident position of the light.
또한, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 공진 거리가 초점 거리의 2배인 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계에서, 공진 거리가 초점 거리와 같아지도록 배치될 수 있다.In addition, the first concave mirror and the second concave mirror may be arranged such that the resonance distance is equal to the focal length in a Fabry-Perot interferometer in which the resonance distance is twice the focal length.
또한, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 양 거울이 서로 초점을 공유하는 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계에서, 어느 한 거울의 중심이 상대 거울의 초점으로 공유되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first concave mirror and the second concave mirror are arranged such that the center of one mirror is shared as the focus of the other mirror in a Fabry-Perot interferometer in which both mirrors share a focus with each other. do.
또한, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 광경로가 공진 거리의 4배인 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계에서, 광경로가 1.5배 늘어나도록 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first concave mirror and the second concave mirror are characterized in that they are arranged so that the optical path is increased by 1.5 times in a Fabry-Perot interferometer in which the optical path is 4 times the resonance distance.
또한, 직각 좌표계의 xy 평면에서 제1 오목 거울의 2차원 단면은, y = x2/(4p), 상기 직각 좌표계의 xy 평면에서 제2 오목 거울의 2차원 단면은, y = p-x2/(4p), 여기서, p =초점 거리, 각각의 식으로 정의되는 것을 특징으로 한다.In addition, the two-dimensional cross section of the first concave mirror in the xy plane of the Cartesian coordinate system is y = x 2 /(4p), and the two-dimensional cross section of the second concave mirror in the xy plane of the Cartesian coordinate system is y = px 2 /( 4p), where p = focal length, characterized in that it is defined by the respective equations.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in "Details for carrying out the invention" and the accompanying "drawings".
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the various embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in a variety of different forms, and each embodiment disclosed herein only makes the disclosure of the present invention complete, and the present invention It is provided to fully inform those of ordinary skill in the art to which the scope of the present invention belongs, and it should be understood that the present invention is only defined by the scope of each of the claims.
본 발명에 의하면, Fabry-Perot 간섭계의 공진 거리(Cavity length)는 줄인 체로 레이저 빔의 자유스펙트럼 영역(Free Spectral Range, FSR)을 낮춤으로써 공진기의 스펙트럼 분석 능력이 크게 향상될 수 있다.According to the present invention, the spectral analysis capability of the resonator can be greatly improved by lowering the Free Spectral Range (FSR) of the laser beam while reducing the cavity length of the Fabry-Perot interferometer.
또한, 개선된 구조의 광공진 공진기는 다양한 분야에 널리 응용될 수 있고, 광학 장비의 구성에 있어서 성능은 개선되고, 비용은 절감될 수 있다.In addition, the optical resonator having an improved structure can be widely applied in various fields, and the performance of the optical equipment can be improved and the cost can be reduced.
도 1은 패브리-페로 간섭계를 구성하는 거울의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계를 구성하는 거울의 개력적인 단면도이다.
도 3은 도 1에서, 공진 거리 L=2p인 경우 광경로 증명을 위해 2차원 평면 상에서 표현된 거울 단면의 모식도이다.
도 4는 도 2에서, 공진 거리 L=p인 경우 광경로 증명을 위해 2차원 평면 상에서 표현된 거울 단면의 모식도이다.
도 5는 종래 기술의 Fabry-Perot 간섭계의 광경로차를 보여준다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계의 광경로차를 보여준다.
도 7은 종래 기술의 Fabry-Perot 포물면 거울의 반사 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포물면 거울의 반사 모식도이다.
도 9는 종래 기술의 Fabry-Perot 포물면 거울의 반사 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포물면 거울의 반사 모식도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a mirror constituting a Fabry-Perot interferometer.
2 is a schematic cross-sectional view of a mirror constituting an interferometer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a mirror cross-section expressed on a two-dimensional plane for optical path verification when the resonance distance L=2p in FIG. 1 .
FIG. 4 is a schematic diagram of a mirror cross-section expressed on a two-dimensional plane for optical path proof when the resonance distance L=p in FIG. 2 .
5 shows the optical path difference of the prior art Fabry-Perot interferometer.
6 shows an optical path difference of an interferometer according to an embodiment of the present invention.
7 is a reflection schematic diagram of a prior art Fabry-Perot parabolic mirror.
8 is a reflection schematic diagram of a parabolic mirror according to an embodiment of the present invention.
9 is a reflection schematic diagram of a prior art Fabry-Perot parabolic mirror.
10 is a reflection schematic diagram of a parabolic mirror according to an embodiment of the present invention.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used herein should not be construed as being unconditionally limited to their ordinary or dictionary meanings, and in order for the inventor of the present invention to describe his invention in the best way It should be understood that the concepts of various terms can be appropriately defined and used, and further, these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used herein are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not used for the purpose of specifically limiting the content of the present invention, and these terms represent various possibilities of the present invention. It should be noted that the term has been defined with consideration
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.Also, in the present specification, it should be understood that, unless the context clearly indicates otherwise, the expression in the singular may include a plurality of expressions, and even if it is similarly expressed in plural, it should be understood that the meaning of the singular may be included. .
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.In the case where it is stated throughout this specification that a component "includes" another component, it does not exclude any other component, but further includes any other component unless otherwise stated. It could mean that you can.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, when it is described that a component is "exists in or is connected to" of another component, this component may be directly connected to or installed in contact with another component, and a certain It may be installed spaced apart by a distance, and in the case of being installed spaced apart by a certain distance, a third component or means for fixing or connecting the corresponding component to another component may exist, and now It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when it is described that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the third element or means does not exist.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Similarly, other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between", or "neighboring to" and "directly adjacent to", have the same meaning. should be interpreted as
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, if terms such as "one side", "the other side", "one side", "other side", "first", "second" are used in this specification, with respect to one component, this one component is It is used to be clearly distinguished from other components, and it should be understood that the meaning of the component is not limitedly used by such terms.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, in the present specification, terms related to positions such as "upper", "lower", "left", and "right", if used, should be understood as indicating a relative position in the drawing with respect to the corresponding component, Unless an absolute position is specified with respect to their position, these position-related terms should not be construed as referring to an absolute position.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in this specification, in specifying the reference numerals for each component of each drawing, the same component has the same reference number even if the component is shown in different drawings, that is, the same reference is made throughout the specification. Symbols indicate identical components.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to this specification, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention are partially exaggerated, reduced, or omitted for convenience of explanation or in order to sufficiently clearly convey the spirit of the present invention. may be described, and therefore the proportion or scale may not be exact.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, in the following, in describing the present invention, a detailed description of a configuration determined that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, a detailed description of a known technology including the prior art may be omitted.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the related drawings.
도 1은 패브리-페로 간섭계를 구성하는 거울의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a mirror constituting a Fabry-Perot interferometer.
도 1을 참조하면, 두 개의 오목 거울, 예를 들어 포물면 또는 구면 거울이 서로 마주 보도록 배치되어 있다. 두 개의 오목 거울은 하나의 광축을 공유하도록 배치될 수 있다. 광축에 나란하게 두 개의 오목 거울 중에서 어느 하나의 거울면을 향하여 입사된 빛의 반사 경로가 1 내지 4의 순서로 묘사되어 있다.Referring to FIG. 1 , two concave mirrors, for example, a parabolic or spherical mirror, are disposed to face each other. The two concave mirrors may be arranged to share one optical axis. The reflection paths of the light incident toward one of the two concave mirrors parallel to the optical axis are depicted in the order of 1 to 4.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계를 구성하는 거울의 개력적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a mirror constituting an interferometer according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 도 1과 마찬가지로, 두 개의 오목 거울은 하나의 광축을 공유하도록 배치될 수 있다. 광축에 나란하게 두 개의 오목 거울 중에서 어느 하나의 거울면을 향하여 입사된 빛의 반사 경로가 1 내지 4의 순서로 묘사되어 있다.Referring to FIG. 2 , similarly to FIG. 1 , two concave mirrors may be arranged to share one optical axis. The reflection paths of the light incident toward one of the two concave mirrors parallel to the optical axis are depicted in the order of 1 to 4.
본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계의 구조, 예를 들어 거울에 관한 조건 및 거울 사이의 배치 조건은 다양하게 표현될 수 있다.The structure of the interferometer according to an embodiment of the present invention, for example, a condition regarding a mirror and an arrangement condition between the mirrors may be expressed in various ways.
본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계는, 제1 오목 거울; 및 상기 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 공진 거리(cavity length)와 초점 거리(focal length)가 동일하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.Interferometer according to an embodiment of the present invention, a first concave mirror; and a second concave mirror opposite to the first concave mirror. Here, it is characterized in that the first concave mirror and the second concave mirror are arranged such that a resonance distance (cavity length) and a focal length (focal length) are the same.
본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계는, 제1 오목 거울; 및 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 어느 한 거울의 중심이 상대 거울의 초점에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.Interferometer according to an embodiment of the present invention, a first concave mirror; and a first concave mirror and a second concave mirror facing each other. Here, the first concave mirror and the second concave mirror are characterized in that the center of one of the mirrors is disposed at the focal point of the opposite mirror.
본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계는, 제1 오목 거울; 및 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 제1 오목 거울 또는 제2 오목 거울을 향해 입사된 광의 광경로가 공진 거리의 6배가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.Interferometer according to an embodiment of the present invention, a first concave mirror; and a first concave mirror and a second concave mirror facing each other. Here, the first concave mirror and the second concave mirror are arranged such that the optical path of the light incident toward the first concave mirror or the second concave mirror is 6 times the resonance distance.
본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계는, 제1 오목 거울; 및 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은, 제1 오목 거울 또는 제2 오목 거울을 향해 입사된 광의 광경로가 초점 거리의 6배가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.Interferometer according to an embodiment of the present invention, a first concave mirror; and a first concave mirror and a second concave mirror facing each other. Here, the first concave mirror and the second concave mirror are arranged such that the optical path of the light incident toward the first concave mirror or the second concave mirror is 6 times the focal length.
본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계는, 제1 오목 거울; 및 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울 중에서, 어느 하나의 오목 거울이, 공진 거리에 관한 다음 식이 만족되게 배치되고, L=p/m, 여기서, L=공진 거리(cavity length), 1≤ m < 2 이고, 제1 오목 거울과 제2 오목 거울이 포물면 거울 또는 구면 거울인 경우, m=1이다.Interferometer according to an embodiment of the present invention, a first concave mirror; and a first concave mirror and a second concave mirror facing each other. Here, among the first concave mirror and the second concave mirror, any one of the concave mirrors is arranged such that the following equation for the resonance distance is satisfied, L=p/m, where L=cavity length, 1≤ When m < 2 and the first concave mirror and the second concave mirror are parabolic mirrors or spherical mirrors, m=1.
본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계는, 종래 기술에 따른 간섭계의 구조를 변경하여, 각 오목거울의 중심을 마주한 오목거울의 초점에 두어, 거울 간 거리를 초점 거리로 줄이는 개선안으로서, 반사되어 회귀되는 특성을 한계 각도면에서 ~5배 이상 안정하게 개선하며, 광경로는 1.5배 증가시킬 수 있다.Interferometer according to an embodiment of the present invention, by changing the structure of the interferometer according to the prior art, by placing the center of each concave mirror at the focus of the concave mirror facing the focal length, as an improvement to reduce the distance between the mirrors to the focal length, reflected and returned It can improve the characteristic of being stable by more than ~5 times in terms of the limit angle, and the optical path can be increased by 1.5 times.
이로 인해 파장의 finesse와 분해능의 정밀도를 향상할 수 있다.As a result, it is possible to improve the precision of wavelength finesse and resolution.
다소 정렬이 덜된 입사광에 대하여도, 간섭계가 공명신호를 안정적으로 측정해 내도록 개선한다. 이를 이용해 Fabry-Perot 간섭계의 특정 주파수에서 광 에너지를 저장하거나 필터링하는 역할을 분명히 하여 광학계의 성능 향상을 이루어 내고, 거울 간 거리는 줄이거나, 같은 크기에서는 분해능을 향상할 수 있으므로 광학 도구의 크기 소형화와 유지 또한 가능해진다. 본 발명은 이에 따른 스펙트럼 분석 작업 효율 개선에 관한 것이다.It is improved so that the interferometer can measure the resonance signal stably even for the slightly misaligned incident light. By using this, the function of storing or filtering light energy at a specific frequency of the Fabry-Perot interferometer can be made clear, thereby improving the performance of the optical system, reducing the distance between mirrors, or improving the resolution at the same size. maintenance is also possible. The present invention relates to improvement of spectrum analysis operation efficiency.
Fabry-Perot 간섭계는 두 개의 고 반사율 거울이 존재하는 상황에서 빛이 들어오면 내부에 가두는 형식으로 반사에 의한 간섭현상을 이용한다. 빛의 자유 스펙트럼의 범위를 알 수 있다면 오실로스코프의 시간 기반을 보정하여 레이저 라인 모양의 정량적 측정이 가능하다. Fabry-Perot 간섭계에 들어가는 레이저 빔의 스펙트럼을 스캔하려면 작은 변위가 필요한데, 압전 변압기가 장착된 거울이 이를 측정한다. 스펙트럼 신호의 응답은 스코프로 시각화할 수 있고, 일련의 주기적 피크가 화면에 나타나게 된다. 이 연속된 피크 사이의 거리를 자유스펙트럼 영역(Free Spectral Range)이라고 한다. 종래의 기술에 따른 패브리오-페로 간섭계는, 입사되는 레이저 빔이 두 개의 오목거울에서 4개의 반사를 형성하는 구조를 포함했다. 그리고 패브리오-페로 간섭계에서 반사의 결과로 자유스펙트럼 영역은, c/(4L)이다.The Fabry-Perot interferometer uses the interference phenomenon due to reflection in the form of confinement when light enters in the presence of two high reflectivity mirrors. If the range of the free spectrum of light is known, quantitative measurement of the shape of the laser line is possible by correcting the time base of the oscilloscope. Scanning the spectrum of the laser beam entering the Fabry-Perot interferometer requires a small displacement, which is measured by a mirror equipped with a piezoelectric transformer. The response of the spectral signal can be visualized with the scope and a series of periodic peaks appear on the screen. The distance between these successive peaks is called the free spectral range. The Fabrio-Perot interferometer according to the prior art includes a structure in which an incident laser beam forms four reflections from two concave mirrors. And the free-spectrum region as a result of reflection in a Fabrio-Perot interferometer is c/(4L).
본 발명의 일 실시 예에 따른 광공동 간섭계는, 기존 거울 간의 거리는 동일한 채로 6개의 반사를 만들어 FSR를 c/6L로 개선할 수 있다.The optical cavity interferometer according to an embodiment of the present invention can improve the FSR to c/6L by making six reflections while maintaining the same distance between the existing mirrors.
또한, Fabry-Perot 간섭계는 근접한 간격의 스펙트럼 특징을 해결하기 위해 Finesse를 정의한다. 무한히 좁은 입력 스펙트럼의 경우 Finesse는 측정된 스펙트럼의 폭을 결정한다. 높은 Finesse는 높은 Resolution을 의미하며, Cavity 거울의 반사율을 증가시켜 높은 Finesse를 얻을 수 있다. 즉, 고 반사율 거울은 간섭계의 투과를 감소시키며, FSR값이 작아진다면 Finesse는 개선될 수 있다.In addition, the Fabry-Perot interferometer defines Finesse to solve closely spaced spectral features. For an infinitely narrow input spectrum, Finesse determines the width of the measured spectrum. High finesse means high resolution, and high finesse can be obtained by increasing the reflectivity of the cavity mirror. That is, the high reflectivity mirror reduces the transmission of the interferometer, and if the FSR value becomes small, the Finesse can be improved.
도 3은 도 1에서, 공진 거리 L=2p인 경우 광경로 증명을 위해 2차원 평면 상에서 표현된 거울 단면의 모식도이다.FIG. 3 is a schematic diagram of a mirror cross-section expressed on a two-dimensional plane for optical path verification when the resonance distance L=2p in FIG. 1 .
도 3을 참조하면, 2 개의 거울 단면에 관한 함수가 수학적으로 표시되어 있다. L은 공도 거리(cavity lenghth), 즉 거울 간 거리에 해당한다. 공진 시에 공도 거리는 공진 거리로 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 3 , a function for two mirror cross-sections is mathematically represented. L corresponds to the cavity length, that is, the distance between the mirrors. The resonance distance at resonance may be referred to as a resonance distance.
공도 거리와 초점 거리(p)의 관계는 아래 수학식 1과 같이 묘사될 수 있다.The relationship between the public road distance and the focal length p may be described as in
도 1에서 광의 경로(l1) 및 경로(l2)는 아래 수학식 2 및 수학식 3과 같이 묘사될 수 있다.In FIG. 1 , the path l 1 and the path l 2 of the light may be described as
광경로 사이에는 다음 수학식 4의 관계가 있다.There is a relationship of the following Equation (4) between the optical paths.
따라서, 총광경로는 수학식 5와 같이 묘사될 수 있다.Therefore, the total light path can be described as
도 4는 도 2에서, 공진 거리 L=p인 경우 광경로 증명을 위해 2차원 평면 상에서 표현된 거울 단면의 모식도이다.FIG. 4 is a schematic diagram of a mirror cross-section expressed on a two-dimensional plane for optical path proof when the resonance distance L=p in FIG. 2 .
도 4에서, 공도 거리와 초점 거리(p)의 관계는 아래 수학식 6과 이 묘사될 수 있다.In FIG. 4 , the relationship between the public road distance and the focal length p can be described by
광경로(l1)는 수학식 7과 같이 묘사될 수 있다.The light path l 1 may be described as in Equation (7).
광경로(l2)는 수학식 8과 같이 묘사될 수 있다.The light path l 2 may be described as in Equation (8).
광경로 사이에는 수학식 9 및 수학식 10의 관계가 있다.Between the light paths, there is a relationship of Equations (9) and (10).
총광경로는 수학식 11과 같이 묘사될 수 있다.The total light path can be described as Equation (11).
총광경로와 초점 거리는 수학식 12의 관계에 있다.The total light path and the focal length are in the relationship of Equation (12).
따라서, 총광경로는 다음 수학식 13을 만족한다.Accordingly, the total light path satisfies the following equation (13).
본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 구조의 광공동 간섭계는, Fabry-Perot 간섭계에 기반하여 광측정 장비의 측정 효율 및 작업 효율, 크기, 비용 등을 개선하는 방법을 제안한다. 종래 기술의 Fabry-Perot 간섭계 구조는 마주보는 공진 거울이 초점을 공유하는 형태이다.The optical cavity interferometer of the improved structure according to an embodiment of the present invention proposes a method for improving the measurement efficiency, work efficiency, size, cost, etc. of an optical measuring device based on a Fabry-Perot interferometer. The Fabry-Perot interferometer structure of the prior art is a form in which opposing resonant mirrors share a focal point.
반면에 개선된 구조는 각 공진 거울의 중심을 각자의 초점 거리에 위치시키는 것이다. 종래 기술의 초점 거리를 공유하는 공진 거울은 도 1과 같이 포물선의 형태로 공진 거리가 초점 거리의 2배인 모습을 보여준다. 이때, 포물선의 특성을 고려하면, 입사된 빛이 Cavity 안으로 들어와 반사되는 총 광선의 경로 길이는, 식 1에 기반하여토대로, 평행 입사광에 대하여 입사광 위치 h에 무관하게, 항상 정확하게 4L이 된다.An improved structure, on the other hand, is to position the centers of each resonant mirror at their respective focal lengths. The resonance mirror sharing the focal length of the prior art shows a state in which the resonance distance is twice the focal length in the form of a parabola as shown in FIG. 1 . At this time, considering the characteristics of the parabola, the path length of the total ray that the incident light enters into the cavity and is reflected is always exactly 4L, regardless of the incident light position h for the parallel incident light, based on
본 발명의 일 실시 예에 따른 개선된 구조의 광공동 간섭계에 의해 제안되는, 개선된 공진 거울 구조는, 도 2와 같이 공진 거리가 초점 거리의 1배인 경우이며, 식 2을 토대로, 평행 입사광에 대하여 입사광 위치 h에 무관하게, 총 광선의 경로 길이는 6L이 된다.The improved resonance mirror structure proposed by the optical cavity interferometer of the improved structure according to an embodiment of the present invention is a case where the resonance distance is 1 times the focal length as shown in FIG. 2, and based on
단, 광정렬의 불완전성으로 인해 퍼짐각이 있는 경우를 감안하여 근축광선 근사를 적용하면, 기하학적으로 광경로를 유추하는 것이 가능하며, 포물면이 타원면으로 근사되는 한도 내에서, 여전히 입사광 위치로 복귀하게 되는 광경로를 유지하게 된다.However, if paraxial ray approximation is applied in consideration of the case where there is a spread angle due to the imperfection of optical alignment, it is possible to infer the optical path geometrically, and within the limit that the paraboloid is approximated as an ellipse, it still returns to the position of the incident light. You will keep the path you are going to take.
도 5는 종래 기술의 Fabry-Perot 간섭계의 광경로차를 보여준다.5 shows the optical path difference of the prior art Fabry-Perot interferometer.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계의 광경로차를 보여준다.6 shows an optical path difference of an interferometer according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 공진 거리 = 2(초점 거리)= 10인 경우, Fabry-Perot 간섭계의 광경로차를 보여준다.Referring to FIG. 5 , when the resonance distance = 2 (focal length) = 10, the optical path difference of the Fabry-Perot interferometer is shown.
도 6을 참조하면, 공진 거리 = 초점거리 = 10인 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 간섭계의 광경로차를 보여준다.Referring to FIG. 6 , when the resonance distance = focal length = 10, the optical path difference of the interferometer according to an embodiment of the present invention is shown.
도 5와 도 6을 참조하면, 광경로가 4L(기존 구조, L=2p의 경우)일 때는 최대 퍼짐각 1.5°~2° 이내 정도의 한도 내에서, 총 광경로가 4L 대비 파장길이 이내(<1um)의 광경로차를 가지며, Fabry-Perot 공진특성이 유지될 수 있었지만, 광경로가 6L(개선 구조, L=p의 경우)일 때는 최대 퍼짐각이 10° 이내까지도, 총 광경로가 6L 대비 파장길이 이내(<1um)의 광경로차를 유지하는 것을 수식적으로 산출해 낼 수 있었다.5 and 6, when the optical path is 4L (existing structure, in the case of L=2p), the total optical path is within the wavelength length compared to 4L within the limit of about 1.5° to 2° of the maximum spread angle ( <1um) and the Fabry-Perot resonance characteristics could be maintained, but when the optical path is 6L (improved structure, L=p), the maximum spread angle is within 10°, and the total optical path is Maintaining the optical path difference within the wavelength length (<1um) compared to 6L could be calculated mathematically.
간섭계의 파장과 FSR의 관계에 대해 설명하기로 한다. 간섭계의 2개의 파장은 다음 수학식 14와 같이 묘사될 수 있다.The relationship between the wavelength of the interferometer and the FSR will be described. The two wavelengths of the interferometer can be described as the following equation (14).
2개의 파장의 차이는 다음 수학식 15와 같이 묘사될 수 있다.The difference between the two wavelengths can be described as
총광경로와 파장은, 다음 수학식 16의 관계에 있다.The total light path and the wavelength have the relationship of the following Equation (16).
따라서 수학식 17의 관계가 도출될 수 있다.Therefore, the relationship of Equation 17 can be derived.
또한, 동일한 거울 거리 내에서 오목거울만 개선하여 입사된 빛의 광경로만 증가시킨다면 FSR을 더 작은 값으로 개선할 수 있고, 이를 통해 분해능을 개선하여 Fabry-Perot 간섭계의 스펙트럼 분석 작업 효율을 효과적으로 높일 수 있다.In addition, if only the concave mirror is improved within the same mirror distance to increase only the optical field of the incident light, the FSR can be improved to a smaller value, and through this, the resolution can be improved to effectively increase the spectrum analysis work efficiency of the Fabry-Perot interferometer. have.
추가적으로, 수학식 18의 조건을 고려해보면, 더 이상 근축광선 근사에 의한 반사조건(포물면의 타원근사)을 적용하기에 곤란해지는 영역으로 넘어가기에 반사거울 사이 거리를 좁혀서 수학식 19를 적용하는 것은 적합하지 않음을 알 수 있다. 따라서, 간섭계는 수학식 20의 조건을 만족하게 된다.Additionally, considering the condition of Equation 18, it is difficult to apply Equation 19 by narrowing the distance between the reflection mirrors because it goes to a region where it is difficult to apply the reflection condition (elliptic approximation of the paraboloid) by paraxial ray approximation. It can be seen that it is not suitable. Therefore, the interferometer satisfies the condition of Equation (20).
도 7은 종래 기술의 Fabry-Perot 포물면 거울의 반사 모식도이다.7 is a reflection schematic diagram of a prior art Fabry-Perot parabolic mirror.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포물면 거울의 반사 모식도이다.8 is a reflection schematic diagram of a parabolic mirror according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8에서 입사광은 방향코사인(cosx, cosy, (1-cosx^2-cosy^2)^0.5)으로 표시될 수 있다.7 and 8 , the incident light may be expressed as a direction cosine (cosx, cosy, (1-cosx^2-cosy^2)^0.5).
도 7 및 도 8을 참조하면, p=5, 입사좌표 (2, 0, 0.2), 입사광 기준 방향코사인 = (0, 0, 1) = z축 방향인 경우가 묘사되어 있다(입사 hole 위치 기준, 복합 반경 및 파이 방향 기울임).Referring to FIGS. 7 and 8 , the case where p = 5, incident coordinates (2, 0, 0.2), and incident light reference direction cosine = (0, 0, 1) = z-axis direction is depicted (incident hole position reference , compound radius and tilt in the pi direction).
도 9는 종래 기술의 Fabry-Perot 포물면 거울의 반사 모식도이다.9 is a reflection schematic diagram of a prior art Fabry-Perot parabolic mirror.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포물면 거울의 반사 모식도이다.10 is a reflection schematic diagram of a parabolic mirror according to an embodiment of the present invention.
도 9 및 도 10에서 입사광은 방향코사인(cosx, 0, (1-cosx^2)^0.5)으로 표시될 수 있다.9 and 10 , the incident light may be expressed as a direction cosine (cosx, 0, (1-cosx^2)^0.5).
도 9 및 도 10을 참조하면, 입사 hole 위치 기준, 반경 방향 기울임인 경우가 묘사되어 있다.Referring to FIGS. 9 and 10 , the case of inclination in the radial direction is depicted based on the position of the incident hole.
종래 기술의 Fabry-Perot 간섭계의 FSR은 λ2/4L 정도의 수식으로 계산되는데, 이를 더 예민한 분해능을 갖는 작은 수치로 개선하기 위해서는 공진 거리를 늘려야 하지만, 이 발명은 두 오목거울의 거리를 좁혀서, 공진 거울 간 거리를 각자의 초점 거리에 위치시키는 것으로, 광경로를 바꾸면서도 회귀특성을 개선하며, FSR을 2/3배 낮출 수 있고 측정 정밀도를 높여 활용도를 개선할 수 있다.The FSR of the Fabry-Perot interferometer of the prior art is calculated by a formula of about λ 2 /4L. In order to improve this to a small number with more sensitive resolution, the resonance distance must be increased, but this invention narrows the distance between the two concave mirrors, By locating the distance between the resonant mirrors at their respective focal lengths, the regression characteristics can be improved while changing the optical path, the FSR can be lowered by 2/3 times, and the utilization can be improved by increasing the measurement precision.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, Fabry-Perot 간섭계의 공진 거리(Cavity length)는 줄인 체로 레이저 빔의 자유스펙트럼 영역(Free Spectral Range, FSR)을 낮춤으로써 공진기의 스펙트럼 분석 능력이 크게 향상될 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, the spectral analysis capability of the resonator will be greatly improved by lowering the Free Spectral Range (FSR) of the laser beam while reducing the cavity length of the Fabry-Perot interferometer. can
또한, 개선된 구조의 광공진 공진기는 다양한 분야에 널리 응용될 수 있고, 광학 장비의 구성에 있어서 성능은 개선되고, 비용은 절감될 수 있다.In addition, the optical resonator having an improved structure can be widely applied in various fields, and the performance of the optical equipment can be improved and the cost can be reduced.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.In the above, although several preferred embodiments of the present invention have been described with some examples, the descriptions of various various embodiments described in the "Specific Contents for Carrying Out the Invention" item are merely exemplary, and the present invention Those of ordinary skill in the art will understand well that the present invention can be practiced with various modifications or equivalents to the present invention from the above description.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is for the purpose of completing the disclosure of the present invention, and it is common in the technical field to which the present invention pertains. It is to be understood that this is only provided to fully inform those with knowledge of the scope of the present invention, and that the present invention is only defined by each of the claims.
Claims (16)
상기 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
공진 거리(cavity length)와 초점 거리(focal length)가 동일하도록 배치되며,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
포물면 거울(parabolic mirror)인 것을 특징으로 하고,
근축광선 근사(paraxial approximation)의 광학계 조건 하에서, 구면 거울(spherical mirror)도 될 수 있으며,
상기 구면 거울의 반지름은,
R = 2L = 2p,
상기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는,
여기서, R = 구면 거울의 반지름, p = 초점 거리, L = 공진 거리,
광공동 간섭계.a first concave mirror; and
Comprising the first concave mirror and the second concave mirror facing each other,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is arranged so that the resonance distance (cavity length) and the focal length (focal length) are the same,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is characterized in that it is a parabolic mirror,
Under the optical system conditions of paraxial approximation, it can also be a spherical mirror,
The radius of the spherical mirror is,
R = 2L = 2p,
characterized in that it satisfies the above formula,
where R = radius of the spherical mirror, p = focal length, L = resonance distance,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
어느 한 거울의 중심이 상대 거울의 초점에 위치하도록 배치되며,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
포물면 거울(parabolic mirror)인 것을 특징으로 하고,
근축광선 근사(paraxial approximation)의 광학계 조건 하에서, 구면 거울(spherical mirror)도 될 수 있으며,
상기 구면 거울의 반지름은,
R = 2L = 2p,
상기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는,
여기서, R = 구면 거울의 반지름, p = 초점 거리, L = 공진 거리,
광공동 간섭계.a first concave mirror; and
Comprising the first concave mirror and the second concave mirror facing each other,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is arranged so that the center of one mirror is located at the focal point of the other mirror,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is characterized in that it is a parabolic mirror,
Under the optical system conditions of paraxial approximation, it can also be a spherical mirror,
The radius of the spherical mirror is,
R = 2L = 2p,
characterized in that it satisfies the above formula,
where R = radius of the spherical mirror, p = focal length, L = resonance distance,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
상기 제1 오목 거울 또는 제2 오목 거울을 향해 입사된 광의 광경로가 공진 거리의 6배가 되도록 배치되며,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
포물면 거울(parabolic mirror)인 것을 특징으로 하고,
근축광선 근사(paraxial approximation)의 광학계 조건 하에서, 구면 거울(spherical mirror)도 될 수 있으며,
상기 구면 거울의 반지름은,
R = 2L = 2p,
상기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는,
여기서, R = 구면 거울의 반지름, p = 초점 거리, L = 공진 거리,
광공동 간섭계.a first concave mirror; and
Comprising the first concave mirror and the second concave mirror facing each other,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is arranged so that the optical path of the light incident toward the first concave mirror or the second concave mirror is 6 times the resonance distance,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is characterized in that it is a parabolic mirror,
Under the optical system conditions of paraxial approximation, it can also be a spherical mirror,
The radius of the spherical mirror is,
R = 2L = 2p,
characterized in that it satisfies the above formula,
where R = radius of the spherical mirror, p = focal length, L = resonance distance,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
상기 제1 오목 거울 또는 제2 오목 거울을 향해 입사된 광의 광경로가 초점 거리의 6배가 되도록 배치되며,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
포물면 거울(parabolic mirror)인 것을 특징으로 하고,
근축광선 근사(paraxial approximation)의 광학계 조건 하에서, 구면 거울(spherical mirror)도 될 수 있으며,
상기 구면 거울의 반지름은,
R = 2L = 2p,
상기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는,
여기서, R = 구면 거울의 반지름, p = 초점 거리, L = 공진 거리,
광공동 간섭계.a first concave mirror; and
Comprising the first concave mirror and the second concave mirror facing each other,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is arranged so that the optical path of the light incident toward the first concave mirror or the second concave mirror is 6 times the focal length,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is characterized in that it is a parabolic mirror,
Under the optical system conditions of paraxial approximation, it can also be a spherical mirror,
The radius of the spherical mirror is,
R = 2L = 2p,
characterized in that it satisfies the above formula,
where R = radius of the spherical mirror, p = focal length, L = resonance distance,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울과 서로 마주보는 제2 오목 거울을 포함하고,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울 중에서, 어느 하나의 오목 거울이,
공진 거리에 관한 다음 식이 만족되게 배치되는,
L=p/m,
여기서, L=공진 거리(cavity length), 1≤ m < 2 이며, p는 포물선의 준선 변수이고,
상기 제1 오목 거울과 제2 오목 거울이 포물면 거울 또는 구면 거울인 경우, m=1이며,
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
포물면 거울(parabolic mirror)인 것을 특징으로 하고,
근축광선 근사(paraxial approximation)의 광학계 조건 하에서, 구면 거울(spherical mirror)도 될 수 있으며,
상기 구면 거울의 반지름은,
R = 2L = 2p,
상기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는,
여기서, R = 구면 거울의 반지름, p = 초점 거리, L = 공진 거리,
광공동 간섭계.a first concave mirror; and
Comprising the first concave mirror and the second concave mirror facing each other,
Among the first concave mirror and the second concave mirror, any one concave mirror,
It is arranged such that the following expression for the resonance distance is satisfied,
L=p/m,
where L = cavity length, 1≤ m < 2, p is the parabola parabola parameter,
When the first concave mirror and the second concave mirror are parabolic mirrors or spherical mirrors, m = 1,
The first concave mirror and the second concave mirror are
It is characterized in that it is a parabolic mirror,
Under the optical system conditions of paraxial approximation, it can also be a spherical mirror,
The radius of the spherical mirror is,
R = 2L = 2p,
characterized in that it satisfies the above formula,
where R = radius of the spherical mirror, p = focal length, L = resonance distance,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
광축(optical axis)을 공유하도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
광공동 간섭계.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The first concave mirror and the second concave mirror are
characterized in that they are arranged to share an optical axis,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
서로 동일한 형상을 갖는,
광공동 간섭계.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The first concave mirror and the second concave mirror are
having the same shape as each other,
Optical cavity interferometer.
상기 광은,
중심축에 평행하게 입사되는 것을 특징으로 하는,
광공동 간섭계.5. The method according to claim 3 or 4,
The light is
Characterized in that the incident parallel to the central axis,
Optical cavity interferometer.
상기 광이,
10°이내의 최대 퍼짐각으로 인사하는 경우,
광경로가 6L 대비 파장길이 이내(< 1μm)의 광경로차를 유지하는 것을 특징으로 하는,
광공동 간섭계.6. The method of claim 5,
the light,
When greeting with the maximum spread angle within 10°,
Characterized in that the optical path maintains the optical path difference within the wavelength length (< 1 μm) compared to 6L,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
상기 광의 입사 위치에 관계 없이,
공진 거리 또는 초점 거리의 6배에 해당하는 광경로를 갖는 것을 특징으로 하는,
광공동 간섭계.11. The method of claim 10,
The first concave mirror and the second concave mirror are
Regardless of the incident position of the light,
Characterized in having an optical path corresponding to 6 times the resonance distance or focal length,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
공진 거리가 초점 거리의 2배인 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계에서,
공진 거리가 초점 거리와 같아지도록 배치되는,
광공동 간섭계.The method of claim 1,
The first concave mirror and the second concave mirror are
In a Fabry-Perot interferometer where the resonance distance is twice the focal length,
arranged so that the resonance distance is equal to the focal length,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
양 거울이 서로 초점을 공유하는 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계에서,
어느 한 거울의 중심이 상대 거울의 초점으로 공유되도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
광공동 간섭계.3. The method of claim 2,
The first concave mirror and the second concave mirror are
In a Fabry-Perot interferometer in which both mirrors share a focal point,
Characterized in that the center of one mirror is arranged to be shared as the focal point of the other mirror,
Optical cavity interferometer.
상기 제1 오목 거울 및 제2 오목 거울은,
광경로가 공진 거리의 4배인 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계에서,
상기 광경로가 1.5배 늘어나도록 배치되는 것을 특징으로 하는,
광공동 간섭계.4. The method of claim 3,
The first concave mirror and the second concave mirror are
In a Fabry-Perot interferometer where the optical path is four times the resonance distance,
Characterized in that the light path is arranged to increase 1.5 times,
Optical cavity interferometer.
직각 좌표계의 xy 평면에서 상기 제1 오목 거울의 2차원 단면은,
y = x2/(4p),
상기 직각 좌표계의 xy 평면에서 상기 제2 오목 거울의 2차원 단면은
y = p-x2/(4p),
여기서, p =초점 거리,
각각의 식으로 정의되는 것을 특징으로 하는,
광공동 간섭계.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The two-dimensional cross section of the first concave mirror in the xy plane of the Cartesian coordinate system is,
y = x 2 /(4p),
The two-dimensional cross section of the second concave mirror in the xy plane of the rectangular coordinate system is
y = px 2 /(4p),
where p = focal length,
Characterized in that defined by each formula,
Optical cavity interferometer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210007174A KR102269597B1 (en) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | Optical cavity interferometer with improved struckture |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210007174A KR102269597B1 (en) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | Optical cavity interferometer with improved struckture |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020210007174A KR102269597B1 (en) | 2021-01-19 | 2021-01-19 | Optical cavity interferometer with improved struckture |
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| KR (1) | KR102269597B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH086081A (en) * | 1994-06-20 | 1996-01-12 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Device and method for converting wavelength |
| KR100367297B1 (en) | 2000-08-26 | 2003-01-09 | 한국전기연구원 | Fiber Fabry-Perot interferometric temperature measuring device |
| US20180266658A1 (en) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Optomak, Inc. | Compact high-spectral-radiance fluorescent light source including a parabolic mirror |
-
2021
- 2021-01-19 KR KR1020210007174A patent/KR102269597B1/en active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| JPH086081A (en) * | 1994-06-20 | 1996-01-12 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | Device and method for converting wavelength |
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| US20180266658A1 (en) * | 2017-03-15 | 2018-09-20 | Optomak, Inc. | Compact high-spectral-radiance fluorescent light source including a parabolic mirror |
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