KR102451464B1 - 전자기파 프로브 및 이를 포함하는 전자기파 검출 장치 - Google Patents

전자기파 프로브 및 이를 포함하는 전자기파 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 실시예에 의한 전자기파 프로브는: 코어의 일 단부가 확장된 광섬유와, 전기 광학 결정과, 전기 광학 결정의 제1 면에 위치하여 코어의 일 단부와 마주하는 제1 반사체와, 전기 광학 결정의 제2 면에 위치하는 제2 반사체를 포함하는 전기 광학 구조물을 포함하며, 광 섬유로 제공된 빛이 전기 광학 결정을 사이에 둔 제1 반사체와 제2 반사체에 의하여 파브리-페로(Fabry-Perot) 공진이 발생한다.

Description

전자기파 프로브 및 이를 포함하는 전자기파 검출 장치{ELECTROMAGNETIC WAVE PROBE AND ELECTROMAGNETIC WAVE DETECTING APPARATUS USING THE SAME}
본 기술은 전자기파 프로브 및 이를 포함하는 전자기파 검출 장치에 관련된다.
최근 사회, 경제 활동 및 정보화의 눈부신 발달로 인하여 휴대 전화기와 같은 무선통신기술은 급속도로 발전하고 있다. 이러한 발전은 각종 고주파 부품의 개발과 시스템의 저렴화, 소형화로부터 기인한 것이다. 통신 시스템 외에도 전자파를 이용하는 기술 산업의 발전으로 인하여 다양한 가정 기기, 의료 기기, 산업용 장비가 개발되고 있으며, 특히 많은 양의 데이터를 처리하기 위한 고속 디지털 장비의 개발이 진행중이다.
그러나, 기술의 발전과 아울러 장비와 장비 및 장비와 인체 사이의 전자파 간섭 문제에 대한 관심이 날로 증가하고 있으며 근거리 전자기파의 위해로부터 인체를 보호하기 위하여 각국은 전계와 자계 혹은 전력밀도의 최대 허용 노출량 (maximum permissible exposure, MPE)을 규정해 놓고 있다.
전자기파는 전자장 영역에서 발생하는 것으로 계산 및 측정이 곤란하며, 민원 해결 및 전자ㅇ통신 시스템의 개발과 검정을 위하여 전자기파를 정확하게 측정하여야 하는 필요성이 날로 증가하고 있다.
전자기파의 측정은 측정용 프로브에 의한 제한 및 프로브를 사용하는 검출 장치의 전자파 결합으로 인해 측정에 큰 왜곡이 발생할 수 있다. 따라서 전자기파를 정확히 측정할 수 있는 프로브와 검출 장치의 개발은 매우 어려운 문제이다.
본 기술로 해결하고자 하는 과제 중 하나는 상기한 종래 기술의 난점을 해소하기 위한 것으로 전자기파를 정확하게 측정할 수 있는 전자기파 검출 장치, 전자기파 프로브를 제공하는 것이다.
본 실시예에 의한 전자기파 프로브는: 코어의 일 단부가 확장된 광섬유와, 전기 광학 결정과, 전기 광학 결정의 제1 면에 위치하여 코어의 일 단부와 마주하는 제1 반사체와, 전기 광학 결정의 제2 면에 위치하는 제2 반사체를 포함하는 전기 광학 구조물을 포함하며, 광 섬유로 제공된 빛이 전기 광학 결정을 사이에 둔 제1 반사체와 제2 반사체에 의하여 파브리-페로(Fabry-Perot) 공진이 발생한다.
본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치는: 광원과, 광원에서 제공한 광을, 검출한 전자기파에 상응하도록 변조하여 변조광을 출력하는 전자기파 프로브와, 변조광을 검출하여 상응하는 전기적 신호로 출력하는 검출기 및 전자기파 검출 장치를 제어하는 제어 장치를 포함한다.
본 실시예에 의하면 프로브와 측정 장치에 대한 전자기파 간섭없이 높은 민감도로 전자기파를 측정할 수 있다는 장점이 제공된다.
도 1은 본 실시예에 의한 전자기파 프로브의 개요를 도시한 도면이다.
도 2는 광섬유의 일 단부를 확대하여 개요적으로 표시한 단면도이다.
도 3은 광의 거동을 설명하기 위한 광 섬유 코어(112)와 전기 광학 결정의 개요적 단면도 이다.
도 4는 전기 광학 결정의 전기 광학적 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 전기 광학 결정에 공진이 발생할 때의 반사광의 크기를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치를 개요적으로 도시한 개요도이다.
도 7은 본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치의 동작을 개요적으로 설명하는 도면이다.
도 8(a)는 본 실시예에 의한 전자기파 검출 프로브의 공진시 반사광 특성에 대한 모의 실험예를 도시한 도면이고, 도 8(b)는 동일한 조건으로 형성된 전자기파 검출 프로브에 의한 반사광 특성을 측정하여 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예에 의한 전자기파 프로브(100)를 설명한다. 도 1은 본 실시예에 의한 전자기파 프로브(100)의 개요를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 전자기파 프로브(100)는 코어의 일 단부(110e)가 확장된 광섬유(110)와 전기 광학 결정(120)과, 전기 광학 결정의 제1 면에 위치하여 코어의 상기 일 단부와 마주하는 제1 반사체(130)와, 전기 광학 결정의 제2 면에 위치하는 제2 반사체(140)를 포함하는 전기 광학 구조물(160)을 포함한다.
도 2는 광섬유(110)의 일 단부(110e)를 확대하여 개요적으로 표시한 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 광 섬유(110)는 코어(core, 112)와 클래딩(cladding, 114)을 포함할 수 있으며, 광은 코어(112)를 통하여 전송된다. 전기 광학 구조물(160)과 마주하는 광 섬유(110)의 일 단부(110e)에서 코어(112)는 확장(expand)된다. 일 실시예로, 코어(112)는 열처리 되어 확장될 수 있다.
따라서, 일 단부(110e)에서 코어(112)의 직경(Dex_core)은 광 섬유(110) 코어(112)의 직경(Dcore)보다 크다. 일 예로, 광 섬유 코어(112)의 직경(Dcore)은 대략 10μm 일 수 있으며, 일 단부(110e)에서 코어(112)의 직경(Dex_core)은 대략 30μm 로 증가할 수 있다. 따라서, 제1 반사체와 마주하는 면적은 9배로 증가할 수 있다. 또한 광 섬유 인근에서 광 패턴이 자유 공간의 평행광과 유사하게 형성되므로 광 섬유(110)와 광학 결정(120) 사이의 광학적 결합 계수(C)를 증가시킬 수 있다.
종래 기술에 따른 광섬유의 결합 계수 값은 0.2 내지 0.3 에 불과하였다. 그러나, 본 실시예에 의하면 일 단부에서 코어(112)의 직경이 확장됨에 따라 광 섬유 인근에서 광 패턴이 자유 공간의 평행광과 유사하게 형성되어 결합 계수 값은 0.3 내지 0.9 의 값을 가질 수 있고, 실시예에 따라 최대 3배 이상 향상될 수 있다.
계속하여 도 1 및 도 2를 참조한다. 전기 광학 구조물(160)은 전기 광학 결정(120)과 제1 반사체(130) 및 제2 반사체(140)를 포함할 수 있다. 전기 광학 결정(120)은 이상 굴절율(ne)과 정상 굴절율(no)의 두 개의 굴절율을 가져 복굴절(Birefringence)을 일으키는 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 전기 광학 결정은 리튬 탄탈레이트(LT, lithium tantalate) 및 리튬 나이오베이트(LN, LiNbO3: lithium niobate) 일 수 있다. 다른 예로, 전기 광학 결정은 갈륨 아세나이드(GA, GaAs: galium arsenide), 징크 텔루라이드(ZT, ZnTe: zinc telluride), 카드뮴 텔루라이드(CT, CdTe: cadminum telluride)와 같이 이상 굴절율을 갖지 않고 정상 굴절율로만 이루어진 전기광학 물질일 수 있다. 또 다른 예로, 전기 광학 결정은 DAST(4-N,N-dimethylamino-4-N-methyl-stilbazolium tosylate)와 같이 복수의 이상 굴절율을 가지는 물질일 수 있다. 도 1에서 전기 광학 결정(120)은 두께 d인 육면체로 예시되었으나, 도시되지 않은 다른 예에 의하면, 전기 광학 결정(120)은 두께 d인 웨이퍼(wafer)의 형태일 수 있다.
제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)는 굴절율이 서로 다른 두 물질층이 적층되어 형성될 수 있으며, 적층되는 물질층의 두께, 적층되는 층의 개수, 적층되는 물질들의 굴절율은 다양하게 변형 실시될 수 있다. 일 예로, 제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)는 징크셀레나이드(ZnSe, zinc selenide), 마그네슘 플루오라이드(MgF2, magnesium fluoride)와 같이 굴절율이 서로 다른 물질층이 서로 교번 적층되어 형성될 수 있다.
제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)의 반사율을 r이라 하였을 때, 전력 기준으로 r2은 1% ~ 99% 의 범위에 있을 수 있다. 일 예로, 제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)은 반사율을 서로 동일하거나 상이하게 제작될 수 있으며, 이는 레이저 광을 전기 광학 결정에 오래 머물게 하는 효율적인 공진기 역할을 수행한다.
전기 광학 구조물(160)의 일 실시예에서, 전기 광학 구조물(160)은 광섬유(110)의 일 단부와 제1 반사체(130)를 접착하는 광학적 접착제(140)를 더 포함할 수 있다. 광학적 접착제(140)는 코어(112)를 통하여 제공되는 광에 대하여 광학적으로 투명한 성질을 가진다.
이하에서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 실시예에 의한 전기 광학 프로브(100)의 동작을 설명한다. 도 3은 광의 거동을 설명하기 위한 광 섬유 코어(112)와 전기 광학 결정(120)의 개요적 단면도이다. 도 3을 참조하면, 코어(112)를 통하여 전달된 광의 크기를 1로 정규화(normalize)하였다. 제1 반사체(130)의 반사율과 투과율들은 각각 r1, t1 이고, 제2 반사체(140)의 반사율과 투과율들은 각각 r2, t2이다. 또한, 광학 결정(120)의 이상 굴절율은 ne이고, 광학 결정(120)의 두께는 d이다.
제공된 입사광은 전기 광학 결정(120)으로 투과되지 않고 제1 반사체(130)에서 반사될 수 있다. 이 때의 반사광 성분을 R1이라 하면 R1 = r1이다. 그러나, 입사광이 전기 광학 결정(120)으로 투과하여 t1 의 성분으로 진행할 수 있으며, 이 때 제2 반사체(140)에서 반사되고, 다시 제1 반사체(130)를 투과하는 성분을 R2라 하면 R2는 R2= Ct1 2r2eiδ로 표시될 수 있다. δ는 전기 광학 결정(120)에서의 왕복 광경로에 따른 위상차이며, δ = (2πned)/(λ)이다. (ne: 전기 광학 결정의 이상 굴절율, d: 전기 광학 결정의 두께, λ: 광의 파장)
이와 유사하게 R3 성분을 구하면, R3 = (Ct1)2r2eiδ(-r1r2eiδ)로 표시될 수 있다. 입사광에 대한 반사광 성분은 이론적으로 무한등비급수의 성분을 가지며, 무한대의 성분들은 모두 도합되어 반사광 성분을 형성한다. 따라서, 반사광 성분을 R이라 하면 반사광 성분(R)은 아래의 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.
Figure 112020066162579-pat00001
자유공간과는 달리 광 섬유(110)에서 출사된 광은 공간적으로 발산한다. 광섬유의 개구수(numerical aperture, NA)를 고려하면 출사된 광 중 일부만 코어(120)으로 재결합하며, 일반적인 광섬유의 광이 집속되는 코어의 모드 필드 직경(mode field diameter, MFD)는 10μm에 불과하다. 그러나 본 실시예에서, 광 섬유 일 단부(110e)에서 코어(110)의 단면은 확장된다. 일 예로, 확장에 의하여 코여의 직경이 3배 증가하면 개구수는 약 1/9로 감소한다. 따라서, 광 섬유 단부(110e)에서 코어의 직경을 확장시킴으로써 광섬유 인근의 광 패턴이 자유공간의 평행광과 유사하게 형성되므로 결합 계수(C)가 증가하며, 출사된 광이 코어(120)로 재결합되는 비율을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 의하여 단부가 확장된 코어를 가지는 광섬유의 결합 계수 값은 0.3 내지 0.9의 값을 가질 수 있다.
도 4는 전기 광학 결정(120)의 전기 광학적 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 상술한 바와 같이 전기 광학 결정(120)은 결정의 성장 방향에 따라 굴절율이 달라지는 복굴절 특성을 가진다. 또한, 전기 광학 결정(120)은 특정 방향으로 인가된 전기장에 의해 결정의 굴절율이 변하는 특성이 있다.
일 예로, 리튬탄탈레이트(LT: LiTaO3)의 굴절율은 도 4(a)와 같이 3차원 좌표에서 한 축이 다른 두 축보다 조금 굴절률이 큰 positive uniaxial의 구조를 가진다. 도 4(a)는 가장 큰 굴절률(ne)이 z방향으로 설정된 경우의 굴절률 분포(index ellipsoid)이고, z축을 포함한 단면은 도 4(b)와 같은 각각 ne 와 no의 독립된 굴절률 분포를 가진다. 일 예로, 1550nm 파장에서 ne 와 no는 각각 2.1224 와 2.1186 값을 가진다.
이상 굴절율 ne과 같은 방향으로 편파된 전기장 Ez가 제공됨에 따라 굴절율은 변조(Δnz(Ez))된다. 굴절율 변화는 수학식 1에서 ne값을 변화시키고, 결과적으로 입사된 광이 전자기파에 상응하도록 변조된다. 따라서, 변조된 변조광을 광-전자파 방식으로 복조하면 광학 결정에 인가된 전자기파의 특성을 측정할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 광 섬유(110)을 통해 제공된 광의 파장이 공진 파장에 상응하면 제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)에 의하여 전기 광학 결정(120) 내에서 공진(resonate)하며, 이를 파브리-페로(Fabry-perot) 공진이라 한다.
도 5는 전기 광학 결정(120)에 공진이 발생할 때의 반사광의 크기를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 전기 광학 결정(120)의 공진 파장에 상응하는 파장의 광이 제공됨에 따라 공진이 발생하고, 전기 광학 결정(120)에서 출력되는 변조광의 크기는 감소한다. 도 5는 전력 측면에서의 반사율 r1 2 = 0.8, 0.9 의 조건으로 계산된 반사광을 도시한다. 공진 파장 주변 파장 대역에서는 R1에 비하여 높은 차수의 반사광의 성분(R2, R3, R4, ...)이 증가한다. 높은 차수의 반사광 성분들은 전기 광학 결정(120) 내에서 더욱 많이 전자기파에 의하여 변조된 성분으로, 높은 차수의 반사광의 성분(R2, R3, R4, ...)들을 포함하는 반사광(R)을 검출함으로써 높은 정도로 변조된 광을 얻고, 높은 감도로 전자기파를 검출할 수 있다. 도 5로 도시된 것과 같이 인접한 공진주기(Free Spectral Range: FSR)는 3 nm 이하이므로 도시된 것과 같이 6 nm 파장 범위에서는 최소 2개의 공진주파수를 가진다.
일 예로, 본 실시예에 의한 프로브에 의하면 전자기파의 편파(polarization), 강도(intesnsity), 주파수, 위상 등의 특성을 측정할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여 전자기파 검출 프로브(100)를 포함하는 전자기파 검출 장치(10)를 설명한다. 도 6은 본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치(10)를 개요적으로 도시한 개요도이다. 도 6을 참조하면, 전자기파 검출 장치(10)는 광원(200)과, 광원에서 제공한 광을 검출한 전자기파에 상응하도록 변조하여 변조광을 출력하는 전자기파 프로브(100)와, 변조광을 검출하여 상응하는 전기적 신호로 출력하는 검출기(300) 및 전자기파 검출 장치를 제어하는 제어 장치(400)를 포함한다.
광원(200)은 미리 정해진 파장의 광을 출력한다. 일 실시예로, 광원(200)은 미리 정해진 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드 등의 레이저 광원일 수 있다. 광원(200)의 일 실시예로, 레이저 다이오드 등의 레이저 광원은 온도에 의한 파장 변화(drift)가 발생할 수 있다. 이로부터 제어 장치(400)는 광원(200)의 온도를 제어하여 광원(200)이 출력하는 광의 파장을 제어할 수 있다. 레이저 광원(200)은 출력하는 광의 파장을 안정화하는 온도 제어 장치를 포함할 수 있다.
광원(200)이 출력한 광은 전자기파 프로브(100)에 제공된다. 위에서 설명된 바와 같이 전자기파가 전자기파 프로브(100)에 포함된 전기 광학 결정(120, 도 1 참조)에 제공됨에 따라 전자기파 프로브(100)에 제공된 광은 전자기파에 상응하도록 변조(modulate)된다.
일 실시예로, 전자기파 검출 장치(10)는 광학적 서큘레이터(optical circulator, 500)를 더 포함할 수 있다. 광학적 서큘레이터(500)는 광원(200)에서 출력된 광을 전자기파 프로브(100)에 제공하고, 전자기파 프로브(100)가 출력한 변조광을 검출기(300)로 제공한다.
일 실시예로, 전자기파 검출 장치(10)는 광학적 커플러(optical coupler, 600)를 더 포함할 수 있다. 광학적 커플러(600)는 입력된 광의 일부를 일 방향으로 제공하고, 다른 일부를 타 방향으로 제공한다. 도 6으로 예시된 실시예에서, 광학적 커플러(600)는 전자기파 프로브(100)가 출력한 변조광을 각각 검출기(300)와 광 파워 미터(700)로 출력한다.
검출기(300)에는 변조광이 제공되고, 변조광에 상응하는 전기적 신호를 형성하여 출력한다. 일 실시예로, 검출기(300)는 도 6으로 예시된 것과 같이 수광한 광에 상응하는 전류를 출력하는 포토 다이오드(photo diode)와 포토 다이오드가 출력하는 전류를 상응하는 전압 신호로 변환하여 출력하는 증폭기를 포함할 수 있다.
애널라이저(800)는 검출기(300)가 출력한 신호를 제공받고, 전자기파의 특성을 분석한다. 일 실시예로, 애널라이저(800)는 전자기파 검출 프로브(100)가 검출한 전자기파의 편파(polarization), 크기(intensity), 주파수, 위상 등을 검출하여 제어 장치(400)에 제공할 수 있다.
광 파워 미터(700)는 변조광 성분을 제공받고 광의 전력을 검출하여 제어 장치(400)에 출력한다. 제어 장치(400)는 전자기파 검출 장치(10)의 동작점을 검출하고, 광원(200)이 목적하는 파장의 광을 출력하도록 광원(200)을 제어한다. 일 예로, 제어 장치(400)는 광원(200)의 온도 제어 장치를 제어하여 광원(200)이 목적하는 파장의 광을 출력하도록 제어할 수 있다.
제어 장치(400)는 애널라이저(800)가 분석한 전자기파의 편파(polarization), 크기(intensity), 주파수, 위상 등에 관한 신호를 제공받고 이들을 사용자에게 표시할 수 있다. 일 예로, 제어 장치(400)는 디스플레이 장치를 포함할 수 있으며, 디스플레이 장치를 통하여 전자기파의 편파(polarization), 크기(intensity), 주파수, 위상 등에 관한 정보를 표시할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치(10)의 동작을 개요적으로 설명하는 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 제어 장치(400)는 동작 점(bias point)를 설정하여 광원(200)이 목적하는 파장의 광을 출력하도록 광원(200)을 제어한다.
제어 장치(400)는 전기 광학 프로브(100)에 입력된 광의 파장 변화에 대하여 변조되어 출력되는 변조광 성분이 증가 또는 감소되도록 설정될 수 있다. 따라서, 제어 장치(400)는 반사광(R)을 입력된 광의 파장(wavelength)으로 미분하여 미분값이 가장 큰 지점에서 전기 광학 프로브(100)가 동작하도록 동작점(bias point)을 형성하고, 해당 지점에 상응하는 파장이 전기 광학 프로브(100)에 제공되도록 광원(200)이 제공하는 광의 파장을 설정한다.
일 예로, 제어 장치(400)는 도 7로 예시된 것과 같이 입력광의 파장(wavelength)에 대한 반사광(R)에 대한 그래프에서 기울기가 가장 큰 점을 동작점(bias point)으로 삼을 수 있다. 다른 예로, 제어 장치(400)는 입력광의 파장(wavelength)에 대한 반사광(R)에 대한 그래프에서 미분 값이 목적하는 범위내에 있는 지점 동작점(bias point)으로 삼을 수 있다. 일 예로, 제어 장치(400)는 반사광(R) 성분의 미분값이 크고 일정하게 되는 10% ~ 60% 인 동작점에서 전기 광학 프로브(100)가 동작하도록 광원(200)이 제공하는 광의 파장을 설정한다.
동작점(bias point)이 설정되고, 전자기파 검출 프로브(100)에 전자기파가 제공됨에 따라 전기 광학 결정(120)의 굴절율(ne)이 변동하여 전자기파 검출 프로브(100)에 제공된 광은 변조되어 변조광이 형성된다. 전자기파 검출 프로브(100)의 동작점(bias point)은 제공된 입력광의 파장 변화에 대하여 변조광이 큰 폭으로 변화하도록 설정되었으므로 용이하게 검출할 수 있다.
실험 및 구현예
이하에서는 도 8(a) 내지 도 8(b)를 참조하여 실험예 및 구현예를 살펴본다. 도 8(a)는 본 실시예에 의한 전자기파 검출 프로브의 공진시 반사광 특성에 대한 모의 실험예를 도시한 도면이다. 도 8(a)를 참조하면, 전기 광학 결정은 LT(lithium tantalate), 두께 d = 0.2mm, 반사체의 반사율 r1 2 = 0.8이고, 결합계수 C = 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 및 1의 조건에 대한 공진 특성의 모의 실험 결과가 도시되어 있다. 도 8(b)는 동일한 조건으로 형성된 전자기파 검출 프로브(100)에 의한 반사광 특성을 측정하여 도시한 도면이다.
도 8(a)와 도 8(b)를 참조하면, 도 8(b)로 예시된 반사광 특성은 도 8(a)에서 결합 계수 C = 0.8인 특성과 유사하며, 반사광 성분들은 실제로 결합 계수 C = 0.8 의 효율로 광섬유(110)의 코어(112)에 결합하는 것으로 파악된다.
종래 기술에 의하면, 전기 광학 결정과 결합하는 광섬유 코어의 직경은 광섬유 다른 부분의 코어의 직경과 동일하다. 따라서, 이상적인 평행광 조건과는 다르게 광학 결정 내부를 지난 반사광의 결합되는 결합 계수 C = 0.2 ~ 0.3에 불과하였다.
그러나, 본 실시예에 의하면 전기 광학 결정과 결합하는 광섬유(110) 일 단부(110e)에서 코어(112)의 직경은 확장되어 광섬유(110) 다른 부분의 코어(112)의 직경에 비하여 대략 3 배 이상 증가하였다. 개구수(numerical aperture)는 약 1/9로 감소하였으며, 그로부터 광섬유 인근의 광 패턴이 자유 공간의 평행광과 유사하게 형성되어 결합 계수 C = 0.8로 증가한 것을 알 수 있다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 전자기파 검출 장치 100: 전자기파 검출 프로브
110: 광섬유 110e: 일 단부
112: 코어 114: 클래딩
120: 전기 광학 결정 130: 제1 반사체
140: 제2 반사체 150: 광학적 접착제
160: 전기 광학 구조물 200: 광원
300: 검출기 400: 제어 장치
500: 광학적 서큘레이터 600: 광학적 커플러
700: 광 파워 미터 800: 애널라이저

Claims (20)

  1. 코어의 일 단부가 확장된 광섬유;
    전기 광학 결정과,
    상기 전기 광학 결정의 제1 면에 위치하여 상기 코어의 상기 일 단부와 마주하는 제1 반사체와,
    상기 전기 광학 결정의 제2 면에 위치하는 제2 반사체를 포함하는 전기 광학 구조물을 포함하며,
    상기 광 섬유로 제공된 빛이 상기 전기 광학 결정을 사이에 둔 상기 제1 반사체와 상기 제2 반사체에 의하여 공진하고,
    상기 전기 광학 결정은 이상 굴절율을 가지는 물질로,
    상기 이상 굴절율과 동일한 방향으로 편파된 전기장이 제공되면 상기 이상 굴절율이 변화하는 물질인 전자기파 프로브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자기파 프로브는
    상기 일 단부와 상기 제1 면을 결합하는 광학 접착제를 더 포함하는 전자기파 프로브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사체 및 상기 제2 반사체의 반사율은 10% 이상 95% 이하인 전자기파 프로브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광섬유와 상기 전기 광학 구조물의 광학적 결합계수는 0.1 내지 0.9 중 어느 한 값인 전자기파 프로브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코어를 통하여 전달되는 광에 대하여 상기 전기 광학 구조물이 반사하는 광의 성분(R)은
    Figure 112020066162579-pat00002
    인 전자기파 프로브.
    (r1: 제1 반사체에서 반사되는 반사광 성분, r2: 제2 반사체에서 반사되는 반사광 성분, δ: 전기 광학 구조물 왕복시 광의 위상차, C: 광학적 결합 계수)
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은,
    LT(lithium tantalate), LN(LiNbO3:lithium niobate), GA(GaAs:galium arsenide), ZT(ZnTe:zinc telluride), CT(CdTe:cadminum telluride) 및 DAST(4-N,N-dimethylamino-4-N-methyl-stilbazolium tosylate) 중 어느 하나인 전자기파 프로브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사체 및 상기 제2 반사체는
    굴절률이 서로 다른 두 물질층이 적층되어 형성된 전자기파 프로브.
  9. 전자기파를 검출하는 전자기파 검출 장치로, 상기 전자기파 검출 장치는:
    광원;
    상기 광원에서 제공한 광을, 검출한 상기 전자기파에 상응하도록 변조하여 변조광을 출력하는 전자기파 프로브;
    상기 변조광을 검출하여 상응하는 전기적 신호로 출력하는 검출기 및
    상기 전자기파 검출 장치를 제어하는 제어 장치를 포함하고,
    상기 전자기파 프로브는
    코어의 일 단부가 확장된 광섬유 및
    전기 광학 결정과, 상기 전기 광학 결정의 제1 면에 위치하여 상기 코어의 상기 일 단부와 마주하는 제1 반사체와, 상기 전기 광학 결정의 제2 면에 위치하는 제2 반사체를 포함하는 전기 광학 구조물을 포함하고,
    상기 검출기는 검출된 상기 변조광에 상응하는 전류를 출력하는 포토 다이오드를 포함하며,
    상기 전기 광학 결정은 이상 굴절율을 가지는 물질로,
    상기 이상 굴절율과 동일한 방향으로 편파된 전기장이 제공되면 상기 이상 굴절율이 변화하는 물질인 전자기파 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전자기파 검출 장치는,
    광 커플러(optical coupler)와,
    상기 변조광의 전력을 측정하여 측정 결과를 상기 제어 장치에 제공하는 광 파워 미터(optical power meter)를 더 포함하며,
    상기 광 커플러는 제공된 변조광을 분할하여 상기 검출기와 상기 광 파워 미터에 제공하는 전자기파 검출 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전자기파 검출 장치는
    상기 전기적 신호로부터 상기 변조광의 광학적 특성을 분석하여 상기 제어 장치에 제공하는 애널라이저(analyzer)를 더 포함하는 전자기파 검출 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 광원이 제공하는 광의 파장을 제어하는 전자기파 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어 장치는
    상기 광원의 온도를 제어하여 상기 광의 파장을 제어하는 전자기파 검출 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 전자기파 프로브는
    상기 광 섬유로 제공된 빛이 상기 전기 광학 결정을 사이에 둔 상기 제1 반사체와 상기 제2 반사체에 의하여 공진하는 전자기파 검출 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 광섬유와 상기 전기 광학 구조물의 광학적 결합계수는 0.1 내지 0.9 중 어느 한 값인 전자기파 검출 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 코어를 통하여 전달되는 광에 대하여 상기 전기 광학 구조물이 반사하는 광의 성분(R)은
    Figure 112020066162579-pat00003
    인 전자기파 검출 장치.
    (r1: 제1 반사체에서 반사되는 반사광 성분, r2: 제2 반사체에서 반사되는 반사광 성분, δ: 전기 광학 구조물 왕복시 광의 위상차, C: 광학적 결합 계수)
  17. 삭제
  18. 제9항에 있어서,
    상기 전기 광학 결정은,
    리튬 탄탈레이트(LT, lithium tantalate), 리튬 나이오베이트(LN, LiNbO3:lithium niobate), 갈륨아세나이드(GaAs, galium arsenide), 징크 텔루라이드(ZT, ZnTe:zinc telluride), 카드뮴 텔루라이드(CdTe, cadminum telluride) 및 DAST(4-N,N-dimethylamino-4-N-methyl-stilbazolium tosylate) 중 어느 하나인 전자기파 검출 장치.
  19. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는
    제공된 광의 파장에 대하여 반사광 성분이 10 % 내지 60%인 영역 내의 어느 한 점을 동작점으로 설정하는 전자기파 검출 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 광원이 상기 동작점에 해당 하는 광의 파장을 제공하도록 제어하는 전자기파 검출 장치.
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