KR20040055520A - Optical fiber Module for use in PL Measurement Apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 PL(photoluminescence)측정 장치에 이용되는 광섬유 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광조사 장치에 이용되는 많은 광학 부품 및 복잡한 구성을 간단하게 구현하여 주는 모듈로, 빛의 집속과 조사 및 집광 등을 간단하고 편리하게 하여 주는 일체형 광섬유 모듈을 제공한다.The present invention relates to an optical fiber module used in a PL (photoluminescence) measurement device, and more particularly, a module that simply implements a large number of optical components and complex configurations used in the light irradiation device, focusing and irradiating and focusing light It provides an integrated optical fiber module that makes the back simple and convenient.
광조사 장치는 예를 들어 광소자 제작에 있어서 필수적인 소자 물질의 광학적 특성을 측정하는 장치인 PL측정 장치 등이 있다.The light irradiation apparatus includes, for example, a PL measuring apparatus which is an apparatus for measuring the optical properties of an element material which is essential for manufacturing an optical element.
일반적으로 PL(photoluminescence)을 측정하기 위해서는 레이저와 같은 여기광이 필요하고 여기광을 반사거울 렌즈 등을 통하여 시료에 조사하게 된다. 조사된 여기광에 의하여 측정 시료는 빛을 발하게 되는데 이 빛을 렌즈를 이용하여 집광하게 되고 집광된 빛은 필터와 렌즈를 통하여 분광기의 슬릿에 집속하게 된다.In general, in order to measure photoluminescence (PL), excitation light such as a laser is required, and the excitation light is irradiated onto the sample through a reflective mirror lens. The irradiated excitation light causes the sample to emit light. This light is collected using a lens, and the collected light is focused on the slit of the spectrometer through the filter and the lens.
빛의 직진성 때문에 필수 불가결하게 반사거울과 렌즈를 이용할 수 밖에 없고 또한 각 부품들은 정확하게 정렬되어야 시료에서 나오는 약한 빛을 분광기에 보내 시료의 광학적 특성을 조사할 수 있다. 이러한 정렬은 많은 시간을 요구할 뿐 아니라 실수로 셋팅된 장치를 건드리면 쉽게 정렬이 틀어지는 단점을 가지고 있다.Because of the straightness of the light, it is indispensable to use a reflecting mirror and a lens, and each part must be aligned correctly so that weak light from the sample can be sent to the spectrometer to investigate the optical properties of the sample. Not only does this sort take a lot of time, but it also has the disadvantage that if you touch a device that is set accidentally, the sort will be easily misaligned.
이러한 불편을 제거하기 위하여 박스안에 반사경과 렌즈 빔 스플리터등을 이용하여 문제를 해결하기도 하는데, 이 경우 고가의 광학부품들을 사용하게 되어 많은 재원이 든다. 또한 충격에 의하여 박스안의 정렬이 틀어질 수도 있어 여전히 정렬에 대한 불안감이 존재하게 된다. 또한 단일 광섬유를 이용할 경우 커플러를이용해야 하는데 이경우는 가느다란 광섬유를 아주 정밀하게 가공하거나 빔 스플리터 등을 이용하여 빛을 한 광섬유로 보내거나 나주어 주어야 한다. 이 경우도 충격에 커플러의 역할을 못하는 경우가 자주 발생한다.In order to eliminate such inconvenience, a problem is solved by using a reflector and a lens beam splitter in the box, in which case, expensive optical parts are used, which requires a lot of resources. Also, the alignment in the box may be distorted due to the impact, so there is still anxiety about the alignment. In addition, if a single fiber is used, a coupler should be used. In this case, a thin fiber should be processed with high precision or a beam splitter may be used to send or send light to a single fiber. In this case, too, the coupler may not play a role in the shock.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 값싸고 제작하기 쉬운 광섬유 마운트를 이용하여 렌즈 없이 빛을 집속하고 조사하고 집광할 수 있게 하고, 광섬유 다발을 이용하여 종래의 측정에 일반적으로 사용되는 커플러나 많은 광학 부품을 쓰지 않고 여기광과 시료에서 나오는 빛의 경로를 따로 분리하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to focus, irradiate and focus light without a lens by using an inexpensive and easy-to-produce optical fiber mount, and to use conventional optical fiber bundles for general measurement The purpose is to separate the path of the excitation light and the light from the sample without the use of a coupler or many optical components.
도 1은 PL측정 장치의 일부분을 도시하고 있는 도면이다.1 shows a part of a PL measuring device.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 광섬유 모듈의 구성을 도시한 도면이다.Figure 2a is a diagram showing the configuration of an optical fiber module according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2b는 도 2a의 광섬유 모듈에서 A-A'의 단면으로 자른 어댑터의 단면도이다.FIG. 2B is a cross-sectional view of the adapter taken along the line of AA ′ in the optical fiber module of FIG. 2A. FIG.
도 2c는 도 2a의 광섬유 모듈에서 측정시료에 빛을 조사하고 집광하기 위한 어댑터의 측면도 및 단면도이다.FIG. 2C is a side view and a cross-sectional view of the adapter for irradiating and collecting light onto a measurement sample in the optical fiber module of FIG. 2A.
도 2d는 도 2a의 광섬유 모듈에서 분광기에 빛을 입력하기 위한 어댑터의 단면도이다.FIG. 2D is a cross-sectional view of the adapter for inputting light to the spectrometer in the optical fiber module of FIG. 2A.
도 2e는 도 2a의 광섬유 모듈에서 레이저로부터 광을 입력받기 위한 어댑터의 측면도 및 단면도이다.FIG. 2E is a side view and a cross-sectional view of an adapter for receiving light from a laser in the optical fiber module of FIG. 2A.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의하여 측정된 PL결과의 일예를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing an example of a PL result measured by a preferred embodiment of the present invention.
상술한 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 레이저 및 분광기를 포함하여 측정시료의 PL특성을 측정하기 위한 PL측정장치에 이용되는 광섬유 모듈에 있어서, 레이저에서 발생된 광을 광섬유로 전달하기 위한 제 1 어댑터와, 전달된 광을 측정시료에 조사하기 위한 부분과 광의 조사에 의해 측정시료에서 생성된 광을 집광하기 위한 부분을 포함하는 제 2 어댑터와, 제 2 어댑터를 통해 집광된 광을 분광기로 전달하기 위한 제 3 어댑터를 포함하되, 제 2 어댑터에 연결된 광섬유들 중 일부분이 제 1 어댑터와 연결되고, 다른 부분이 제 3 어댑터와 연결된 PL측정 장치에 이용되는 광섬유 모듈을 제공한다.As a means for solving the above problems, the present invention provides a fiber module for use in a PL measuring device for measuring the PL characteristics of a measurement sample, including a laser and a spectroscope, for transmitting the light generated by the laser to the optical fiber A second adapter comprising a first adapter, a portion for irradiating the transmitted light to the measurement sample, and a portion for condensing the light generated in the measurement sample by irradiation of the light; and a spectroscope for the light collected through the second adapter. And a third adapter for transmitting to the second adapter, wherein a portion of the optical fibers connected to the second adapter is connected to the first adapter, and the other portion is used for a PL measurement device connected to the third adapter.
제 1 어댑터는 원추형의 내부 구조를 가지며 렌즈의 사용없이 바로 레이저 광을 광섬유로 집속되도록 하고, 제 2 어댑터는 다수의 광섬유들을 포함하여 중앙의 광섬유에는 상기 레이저에서 여기된 광을 전달하고, 상기 중앙의 광섬유를 둘러싸는 광섬유들을 형성하는 구조로 분광기로 광을 집적시키며, 제 3 어댑터는 광섬유 다발을 일자형의 슬릿모양으로 배열가능하다.The first adapter has a conical internal structure and focuses the laser light directly onto the optical fiber without the use of a lens, and the second adapter includes a plurality of optical fibers to transmit the light excited by the laser to the central optical fiber, and the central optical fiber. Integrating light into the spectroscope in a structure of forming optical fibers surrounding the optical fiber of the optical fiber, the third adapter is capable of arranging the optical fiber bundle in a straight slit shape.
한편, 제 1, 2 및 3 어댑터는 금속 또는 합성수지 재료로 만들어질 수 있으며, 어뎁터들의 내부는 알루미늄, 은 또는 금으로 코팅하거나 반사가 잘되도록 미러면으로 가공할 수 있다.On the other hand, the first, second and third adapters may be made of metal or resin material, and the interior of the adapters may be coated with aluminum, silver or gold, or may be machined into a mirror surface for good reflection.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1. However, embodiments of the present invention illustrated in the following may be modified in many different forms and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described in the following. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
도 1은 PL측정 장치의 일부분을 도시하고 있는 도면으로, 레이저(12), 분광기(10), 광섬유 모듈(15) 및 측정시료(20)를 나타내고 있으며, 광섬유 모듈(15)은 3개의 끝단을 가지고 있으며, 각 끝단의 어댑터 들은 레이저(12), 분광기(10) 그리고 측정시료(20)의 표면에 부착되거나 놓여지게 된다. 또한, 광섬유와 레이저(12)사이에는 어댑터(18), 광섬유와 분광기(10) 사이에는 어댑터(16), 측정시료(20)에빛을 조사하고 집광하기 위한 어댑터(14)가 광섬유와 연결되어 있다.1 shows a portion of a PL measuring device, which shows a laser 12, a spectrometer 10, an optical fiber module 15, and a measurement sample 20, with the optical fiber module 15 having three ends. Each end of the adapter is attached to or placed on the surface of the laser 12, the spectrometer 10 and the measurement sample 20. In addition, an adapter 18 is connected between the optical fiber and the laser 12, and an adapter 16 between the optical fiber and the spectroscope 10 and an adapter 14 for irradiating and condensing light on the measurement sample 20 are connected with the optical fiber. .
도 2a는 도 1의 PL측정 장치의 광섬유 모듈 부분을 확대한 도면이다.FIG. 2A is an enlarged view of an optical fiber module of the PL measuring device of FIG. 1.
도 2a를 참조하여 광섬유 모듈(15)은 분광기(10)의 어댑터(16)와 연결된 광섬유를 상세히 설명한다. 레이저(12)에서 나온 여기광은 어댑터에 의하여 렌즈 없이 광섬유에 들어가게 되고 어댑터(14)를 거쳐서 측정시료(20)에 조사된다. 조사된 레이저광에 의하여 측정시료(20)에서 발광된 빛은 다시 측정시료(20)쪽 어댑터(14)에 고정된 다른 광섬유 다발로 들어가 분광기(10)쪽 광섬유 다발 끝단으로 전달되어 분광기(10)로 들어가게 된다. 광섬유 모듈(15)은 광섬유 다발의 일부를 다발에서 분리하여 3개의 끝단을 가지는 일체형 모듈이다.Referring to FIG. 2A, the optical fiber module 15 describes in detail the optical fiber connected to the adapter 16 of the spectrometer 10. The excitation light emitted from the laser 12 enters the optical fiber without the lens by the adapter and is irradiated to the measurement sample 20 via the adapter 14. The light emitted from the measurement sample 20 by the irradiated laser light is again transferred to the other optical fiber bundle fixed to the adapter 14 on the measurement sample 20 and transmitted to the end of the optical fiber bundle on the spectrometer 10 to the spectroscope 10. Will enter. The optical fiber module 15 is an integrated module having three ends by separating a portion of the optical fiber bundle from the bundle.
도 2b는 측정시료(20)에 빛을 조사하고 집광하기 위한 어댑터(14)의 단면을 도시한 도면이다. 도 2b는 7개의 광섬유 또는 그 다발로 어댑터(14)를 만든 일예를 도시하고 있으며, 중앙의 광섬유에서 레이저 광(여기광)이 나오고, 그 주위 6개의 광섬유로 시료에서 나온 빛이 들어 가는 구조로 되어 있다. 이 때, 어댑터(14)는 PL측정을 용이하게 하기 위한 광섬유 다발들을 포함하여 구성되며, 그 중 일부분은 광섬유의 굵기에 따라 수가닥(또는 한가닥)을 레이저 빛의 통로로 이용하고 나머지 일부분은 분광기로 집적되는 광의 통로로 이용한다. 광섬유 다발의 끝단에 연결되어 있는 어댑터(14)는 금속이나 합성수지 재료로 만들어질 수 있다.2B is a view showing a cross section of the adapter 14 for irradiating and condensing light on the measurement sample 20. 2B shows an example in which the adapter 14 is made of seven optical fibers or bundles thereof, in which a laser light (excitation light) is emitted from a central optical fiber, and light from a sample enters six optical fibers around it. It is. At this time, the adapter 14 includes a bundle of optical fibers for facilitating the PL measurement, a part of which uses a male strand (or one strand) as a passage for the laser light and the other portion of the spectrometer according to the thickness of the optical fiber. It is used as a path for the light to be integrated into. The adapter 14 connected to the end of the fiber bundle may be made of metal or synthetic resin material.
도 2c는 광섬유 다발의 시료쪽에 사용되는 어댑터(14)의 모양을 나타낸 단면도 및 측면도이다. 이 어댑터(14)는 원추형으로 섬유에서 여기광을 렌즈없이 시료의 작은 부분에 조사될 수 있도록 원추형 끝단의 크기를 용도에 맞게 조절한다. 끝단은 특정 각도의 원추형 또는 일자형의 어댑터를 사용할 수 있다. 또한, 원추형의 각도는 0도에서 45도의 각을 가지는 어댑터를 사용한다. 어댑터는 용도에 따라 모양과 구조를 다르게 할 수 있다. 어댑터의 재질이 금속 및 합성수지로 되어있고, 어뎁터의 내부는 알루미늄, 은 또는 금으로 코팅하거나 반사가 잘되도록 거울면으로 가공되어 있다.2C is a sectional view and a side view showing the shape of the adapter 14 used for the sample side of the optical fiber bundle. The adapter 14 is conical to adjust the size of the conical tip to the application so that the excitation light from the fiber can be irradiated to a small portion of the sample without a lens. The ends may use conical or straight adapters at specific angles. In addition, the conical angle uses an adapter having an angle of 0 to 45 degrees. The adapter can have a different shape and structure depending on the application. The adapter is made of metal and synthetic resin, and the inside of the adapter is coated with aluminum, silver or gold, or mirrored for good reflection.
도 2d는 도 1의 어댑터(16)의 단면도이다. 일반적으로 분광기(10)의 입구는 일자형의 슬릿모양을 가지기 때문에 광섬유 다발을 일자형으로 배열하여 고정한 방식으로 이용하는 것이 바람직하다. 실제 사용시는 어뎁터(16)를 바로 분광기의 슬릿에 끼워 넣을 수도 있고, 분광기(10) 입구 앞에 위치하게 하여 렌즈를 이용하여 분광기(10)에 집속할 수도 있다.FIG. 2D is a cross-sectional view of the adapter 16 of FIG. 1. In general, since the inlet of the spectrometer 10 has a linear slit shape, it is preferable to use the optical fiber bundles arranged in a linear manner to be fixed. In actual use, the adapter 16 may be inserted directly into the slit of the spectroscope, or may be positioned in front of the entrance of the spectroscope 10 and focused on the spectroscope 10 using a lens.
도 2e는 레이저(12) 쪽에 사용되는 광섬유 모듈의 어댑터(도 1의 18)를 확대한 도면이다. 어댑터(18)는 시료쪽의 어댑터(14)와 유사하게 원추형의 내부 구조를 가지며 시료쪽 어댑터와는 대칭적인 모양을 가진다. 이러한 구조는 렌즈의 사용없이 바로 레이저 광을 광섬유로 집속되도록 하는 역할을 한다.FIG. 2E is an enlarged view of the adapter (18 in FIG. 1) of the optical fiber module used for the laser 12 side. The adapter 18 has a conical internal structure similar to the adapter 14 on the sample side and has a symmetrical shape with the sample side adapter. This structure serves to focus the laser light directly into the optical fiber without the use of a lens.
이하, 도 1의 광섬유 모듈을 이용하여 PL(photoluminescence)을 측정하는 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of measuring photoluminescence (PL) using the optical fiber module of FIG. 1 will be described.
먼저, 레이저(12)를 통해서 발생된 빛이 어댑터(18)를 통해서 광섬유로 입사되고 이 빛은 측정시료(20)에 조사된다. 이 때, 어댑터(14)의 구성을 이용하여(도2b 참조) 집광 광섬유와 조사 광섬유가 같이 묶여있는 구조를 통해서 시료로부터 광을 집광할 수 있다.First, the light generated through the laser 12 is incident to the optical fiber through the adapter 18 and the light is irradiated to the measurement sample 20. At this time, using the configuration of the adapter 14 (see FIG. 2B), light can be collected from the sample through a structure in which the light converging optical fiber and the irradiating optical fiber are bundled together.
이러한 방식으로 집광된 광은 다시 어댑터(14)를 통해서 광섬유로 입사되고 입사된 광은 어댑터(16)을 거쳐서 분광기(10)에 입사된다. 분광기(10)에 집광된 빛을 입사시키기 위한 어댑터(16)는 광섬유 다발을 일자형으로 배열하여 고정시키는 구조로 분광기(10)에 입사되는 광의 효율을 증가시킬 수 있다The light condensed in this manner is again incident on the optical fiber through the adapter 14 and the incident light is incident on the spectrometer 10 via the adapter 16. The adapter 16 for injecting the light collected by the spectrometer 10 may increase the efficiency of the light incident on the spectrometer 10 by arranging and fixing the optical fiber bundle in a straight line.
이와 같은 방식에 의해서 측정된 PL측정 결과의 일예를 도 3에 도시하였다. 본 실험은 상온(~300K)과 액체질소(77K) 온도에서 InGaAa를 성장한 시료를 대상으로 실험한 결과이다. 도 3에 도시된 바와 같이, PL피크가 양호하게 측정된 결과를 볼 수 있다.An example of the PL measurement result measured by the above method is shown in FIG. 3. This experiment is the result of experiment on InGaAa grown samples at room temperature (~ 300K) and liquid nitrogen (77K). As shown in Fig. 3, it can be seen that the PL peak is well measured.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
본 PL측정용 광섬유 모듈은 측정장치 를 셋업하는데 들어가는 비용을 현저하게 줄여줄 뿐 아니라, 셋업시 각 광학 부품들의 정확한 정렬을 하지 않아도 되기 때문에 수고와 노력이 거의 들어가지 않는다. 또한 저온 측정시 액체 질소와 같은 온도를 요하는 측정에서도 고가의 저온 용기를 필요치 않고 단순히 종이컵 정도에액체질소를 붓고 시료와 어뎁터를 시료 표면에 위치 시키기만 하면 되기 때문에 저온 측정에도 매우 용이한 장점을 지니고 있다.This PL measurement fiber module not only significantly reduces the cost of setting up the measuring device, but also requires little effort and effort since the correct alignment of each optical component is not required during setup. In addition, it is very easy to measure the low temperature because it does not need expensive low temperature container for low temperature measurement, and it is only necessary to pour liquid nitrogen into the paper cup and place the sample and adapter on the surface of the sample. I have it.
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| KR1020020082214A KR20040055520A (en) | 2002-12-21 | 2002-12-21 | Optical fiber Module for use in PL Measurement Apparatus |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101278285B1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-27 | 한국기초과학지원연구원 | Imaging system using lens-integrated type optical fiber array probe |
| KR20130124650A (en) * | 2012-05-07 | 2013-11-15 | 엘지이노텍 주식회사 | Apparatus for measuring beam profile |
-
2002
- 2002-12-21 KR KR1020020082214A patent/KR20040055520A/en not_active Application Discontinuation
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| KR101278285B1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-06-27 | 한국기초과학지원연구원 | Imaging system using lens-integrated type optical fiber array probe |
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