KR20100122763A - 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템 그리고 이를 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정방법 - Google Patents
간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템 그리고 이를 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 광소자 및 광소재의 전기광학 계수 및 열광학 계수를 측정하기 위한 것으로, 더욱 자세하게는 복잡한 장비를 이용하지 않고도 측정대상이 되는 넓은 파장에서의 광학 특성을 정밀하게 측정할 수 있도록 한 "간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템 그리고 이를 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정방법"에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기광학 계수 측정시스템은, 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 전압을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함한다.
광, 간섭무늬, 전기광학 계수, 열광학 계수, 마하젠더, 마이켈슨, 간섭계
Description
본 발명은 광소자 및 광소재의 전기광학 계수 및 열광학 계수를 측정하기 위한 것으로, 더욱 자세하게는 복잡한 장비를 이용하지 않고도 측정대상이 되는 넓은 파장에서의 광학 특성을 정밀하게 측정할 수 있는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템 그리고 이를 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정방법에 관한 것이다.
광소재 및 광소자의 2차 비선형 전기광학 계수와 열광학 계수 등은 오늘날 다양한 응용 광소자 구현에 있어 중요하다.
2차 비선형 전기광학 계수는 전기광학 변조기, 편향기, 2차 조화파 생성기, 파장 변환기, 광스위치, 광파라매트릭 증폭기, 양자얽힘 광신호 생성소자 등의 광학적 특성에 큰 영향을 미치며, 열광학 계수는 광스위치, 가변필터, 가변광감쇠기, 광변조기 등의 광학적 특성에 큰 영향을 미친다.
따라서, 따라서, 이러한 광소재 및 광소자의 기능에 영향을 미치는 2차 비선형 전기광학 계수와 열광학 계수를 측정하는 것은 매우 중요한 일이라 할 수 있다.
기존의 2차 비선형계수 측정 방법들로는 <A1> 단일파장광원과 기준 광학 매질을 이용하는 마하젠더 간섭계 방식 [K. Onuki, et al., J. Optical Society of America 62 (9), 1030-1032 (1972)] [J.A. de Toro, et al., Opt. comm. 154, 23-27 (1998)], <A2> 반사막을 이용한 단일빔 편광 간섭계의 굴절률 타원체(ellipsiod) 구조 분석 방식 [M.J. Shin, et al., J. Korean Phys. Soc. 31 (1) 99-103 (1997)], [C.C. Teng & H.T. Man, Appl. Phys. Lett., 56 (18) 1734-1736 (1990)], [C. J. Novotny, et al., Nano Lett. 8 (4) 1020-1025 (2008)], [D.H. Park, et al., Opt. Express 14 (19), 8866-8884 (2006)], <A3> 페브리-페롯 에탈론 (Fabry-Perot etalon) 형태의 2차비선형 계수 물질 내부에서의 다중 반사에 의한 투과 빔들의 간섭 무늬를 이용하는 방법 [K. Takizawa and Y. Yokota, Opt. Review 13 (3), 161-167 (1982)], [K. Yonekura, et al, Jap. J. Appl. Phys., 47 (7) 5503-5508 (2008)], <A4> 2차비선형 물질의 복굴절률에 의한 두 편광 빔 사이의 위상 변화를 측정하는 방법 [Z. Shen, et al., Thin Solid Films 488, 40-44 (2005)] [H. Adachi, et al. Appl. Phys. Lett., 42 (10) 867-868 (1983)], [Y. Jeon and H.S. Kang, Opt. Review 14 (6), 373-375 (2007)] [K. Tada and M. Aoki: Jpn. J. Appl. Phys. 10 (8), 998-1001 (1971)], [A. Hou, et al., Opt. & Laser Technol. 39, 411-414 (2007)], [A. Grunnet-Jepsen, et al., J. Opt. Soc. Am. B 12 (5), 921-929 (1995)], [K. Li, US patent 10/139,857 (May 6, 2002)], <A5> 2 차비선형 물질 내에서의 2조화파 생성을 이용하는 방법 [R.C. Eckardt, et al., IEEE J. Quantum Electron. 26 (5), 922-933 (1990)], [I. Shoji, et al., J. Opt. Soc. Am. B 16 (4), 620-624 (1999)], <A6> 벌크형 공간광학계로 구성된 마하젠더 간섭계 구도의 간섭계 출력 빔의 공간적 분포를 이용하여 2차비선형 계수를 측정하는 방법 [H.P. Sardesai, et al., Appl. Opt. 33 (10), 1791-1794 (1994)], <A7> 2차비선형 물질로 광도파로형 마하젠더 간섭계를 만들어 변조 전압에 따른 신호 변화를 측정하는 방법 [Y. Enami, et al., Nature Photonics, vol. 1, 180-185 (2007) & vol. 1, p. 423 (2007)] 등이 있다.
기존 기술인 <A1> 단일파장광원과 기준 광학 매질을 이용하는 마하젠더 간섭계 방식은 기준이 되는 알고 있는 2차비선형 광변조기가 필요하고 단일 파장에서의 전기광학계수만 측정할 수 있으며, 측정되는 전기광학계수의 정확도는 기준 광변조기의 전기광학계수의 정확도에 의존하는 단점이 있다.
<A2> 반사막을 이용한 단일빔 편광 간섭계의 굴절률 타원체(ellipsiod) 구조 분석 방식에서는 2차비선형 광학 샘플의 한 쪽 면은 반사형으로 다른 쪽 면은 투과형 전극으로 만들어 단일 파장의 조사광에 대해 굴절 반사된 빛의 각도를 잘 맞추어 측정함으로써 전기광학 계수를 구하는 방법이며, 이 방법에서는 샘플을 이 용도에 맞게 잘 만들어야 하고 각도 측정과 분석에 따라 측정되는 값의 오차가 커질 수 있는 단점이 있다.
<A3> 페브리-페롯 에탈론 (Fabry-Perot etalon) 형태의 2차비선형 계수 물질 내부를 곧바로 통과하는 빛과 내부에서의 다중 반사후 투과하는 빔들의 간섭 무늬 를 이용하는 방법은 2차비선형 매질의 변조된 신호를 검출하는 광검출기에서 나오는 전기 신호의 주파수를 분석하여 1차의 1종 베셀함수(Bessel function of the first kind and of the first order)와 3차의 1종 베셀함수(Bessel function of the first kind and of the third order)를 비교하는 방법을 사용하나 상당한 복잡한 신호처리 방식을 사용하는 단점이 있다.
<A4> 2차비선형 물질의 복굴절률에 의한 두 편광 빔 사이의 위상 변화를 측정하는 방법은 입력 투과 광신호의 편광 상태 조절과 샘플의 출력 광신호의 편광 상태를 정밀하게 측정을 해야하는 부분에 있어서 정밀도가 높지 않은 단점이 있다.
<A5> 2차비선형 물질 내에서의 2조화파 생성을 이용하는 방법은2차 비선형 광학 계수의 절대값과 상대적인 값을 얻을 수 있는 장점이 있지만 조화파 생성을 위한 위상 동기 (phase matching) 조건을 맞추기가 어렵고 이에 따른 오차가 생길 가능성이 높은 단점이 있다.
<A6> 벌크형 공간광학계로 구성된 마하젠더 간섭계 구도의 간섭계 출력 빔의 공간적 분포를 이용하여 전기광학계수를 측정하는 방법에서는 2차원적 간섭계 무늬 분석의 정확한 분석이 어렵고 파장에 따른 특성은 각 파장에 따라 같은 측정을 계속 반복해야 하는 단점이 있다.
또한, 기존의 열광학 계수 측정 방법들로는 <B1> 단일 파장 광원을 이용하는 마하젠더 간섭계 구도 방법 [J. Mangin, P. Strimer and L. Lahlou-Kassi, Meas. Sci. Technol., vol. 4, 826-834 (1993)], <B2> 페브리-페롯 간섭계의 간섭무늬를 이용하는 방법 [W. J. Tropf and M. E. Thomas, Meas. Johns Hopkins APL Technical Digest, 19 (3), 293-298 (1998)], <B3> 샘플의 회전에 따른 간섭무늬의 변화를 이용하는 방법 [S. De Nicola, et al., J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 1, 702-705 (1999)], <B4> 샘플내 고리형 공진기 구조와 헤테로다인 광검출 방식을 이용하는 방법 [S. Chang, et al., Chinese J. Phys. 38 (3-1), 437-442 (2000)], [C.-C. Hsu, et al., J. Appl. Phys., vol. 77 (7), 3399-3402(1995)], <B5> 얇은 두께의 샘플에 대한 Fizeau 간섭무늬를 이용하는 방법 [S. S. Bayya, et al., Appl. Opt., vol. 46 (32), 7889-7891 (2007)], [R. J. Harris, et al., Appl. Opt., vol. 16 (2), 436-438 (1977)], [P.A. Williams, et al., Appl. Opt., vol. 35 (19), 3562-3569 (1996)], <B6> 샘플의 가열구도와 프리즘 커플러를 이용하여 측정하는 방법 [김은지, 이영규, 장우혁, 이태형 (삼성전자), 대한민국특허 10-0322128 (2002.1.14)], <B7> 마이크로 이중 렌즈 사이에 액체 또는 젤 타입의 샘플을 넣고 투과하는 가우시안 형태의 광 빔의 허리 크기를 측정하는 방법 [L. Huang, et al., CLEO 2004, paper CThII1], <B8> 샘플을 프리즘 형태로 만들어 투과하는 빛의 최소 편차각을 측정하는 방법 [D. J. Gettemy, et al., IEEE J. Quantum Electron., 24 (11), 2231-2237 (1988)], [B. Zysset, I. Biaggio. and P. Gunter, J. Opt. Soc. Am. B, 9 (3), 380-386 (1992)] 등이 있다.
기존 기술인 <B1> 단일 파장 광원을 이용하는 마하젠더 간섭계 구도 방법에서는 Fizeau 간섭무늬도 같이 이용하여 열팽창을 동시에 측정을 하는 구도로 두 물리량을 동시에 측정할 수 있는 장점이 있으나, 측정 구도가 복잡하고 단일 파장에서만의 열광학 계수를 측정하는 구도인 점이 있다.
또한 <B2> 페브리-페롯 간섭계의 간섭무늬를 이용하는 방법에서는 고체형 에탈론(etalon) 모양의 샘플을 투과하는 간섭 무늬에 대해 Sellmeier 공식에 맞는 계수를 찾아서 파장에 따른 굴절률을 구하는 방법을 사용하고 있으며, 여러 온도 변화에 대해 이러한 굴절률을 구하여 열광학계수를 얻는다.
<B3> 샘플의 회전에 따른 간섭무늬의 변화를 이용하는 방법에서는 간섭계의 한쪽 경로에 놓은 얇은 샘플의 각도를 돌림에 따라 변화하는 간섭 무늬의 위상 변화를 이용하여 굴절률을 계산하고, 이 방법에서도 온도 변화에 따른 굴절률 변화를 구하여 열광학 계수를 얻는다.
<B4> 샘플 내 고리형 공진기 구조와 헤테로다인 광검출 방식을 이용하는 방법에서는 샘플내에서 고리형 공진기로 빛이 진행할 수 있도록 특수한 모양으로 샘플을 준비해야 하는 단점과 전기적인 헤테로다인 측정에 의한 위상변화 측정 방식을 사용하고 있다.
<B5> 얇은 두께의 샘플에서의 Fizeau 간섭무늬를 이용하는 방법에서는 기존의 상용 열팽창 계수 측정법으로 열팽창 계수를 측정하고 얇은 샘플의 전면과 후면에서 반사되는 Fizeau 간섭무늬의 위상이 샘플의 온도 증감에 따라 변화하는 정도를 측정하여 열광학 계수를 측정하는 방법을 사용하고 있으나 벌크 광학계와 광학적 정렬이나 외부 환경에 의한 진동에 민감할 수 있다.
<B6> 샘플의 가열구도와 프리즘 커플러를 이용하여 측정하는 방법에서는 기존의 얇은 막의 굴절률을 측정하는 방법인 프리즘 커플러를 사용하되, 얇은 폴리머 샘플의 온도를 변화시키기 위해 열전소자와 함께 패키징을 하는 방법만을 제시하고 있을 뿐이다.
<B7> 마이크로 이중 렌즈 사이에 액체 또는 젤 타입의 샘플을 넣고 투과하는 가우시안 형태의 광 빔의 허리 크기를 측정하는 방법에서는 액체나 젤 타입의 샘플이 사용되어야 하고 샘플에 열을 가하는 방법이 불편하며 투과되는 광 빔의 허리 크기 측정의 정확성에 따라 열광학 계수의 측정 정확도가 결정되는 단점이 있다.
<B8> 샘플을 프리즘 형태로 만들어 투과하는 빛의 최소 편차각을 측정하는 방법에서도 샘플을 프리즘 모양으로 준비하여야 하는 단점과 이 방법은 일정한 열광학 계수와 일정한 열팽창 계수에 대해서만 정확한 점이 있다. 굴절률 측정 정확도인 소수점 4자리까지만 정확하나 일반적인 매질의 열광학 계수들이 소수점 5자리 또는 6자리 정도가 되기 때문에 이 방법으로의 측정은 정확하지 않은 단점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 간단한 원리의 간섭계 구조와 단순한 형태의 샘플로도, 파장에 따른 광소자 및 광소재에 대한 전기광학 계수 또는 열광학 계수를 순식간에 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템 그리고 이를 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정방법을 제공하는데 그 과제가 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기광학 계수 측정시스템은, 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 전압을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열광학 계수 측정시스템은, 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘 플에 열을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함한다.
한편, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기광학 계수 측정방법은, 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원과, 상기 광원으로부터 출력된 광신호를 2개로 분배하여 기준팔과, 측정대상인 광 샘플이 안착된 샘플팔에 각각 공급한 뒤 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호를 결합하여 상호 간섭시키는 광 간섭계 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치를 이용하여 전기광학 계수를 측정하는 방법으로서, 상기 광 샘플에 전압이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계; 상기 기준 스펙트럼 획득단계와 동일하게 전압이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계; 상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계; 상기 광 샘플에 전압이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파 수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계; 상기 대조 스펙트럼 획득단계와 동일하게 전압이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계; 상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계; 상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및 상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수(
)에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값을 이용하여 전기광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;를 포함한다.
나아가, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열광학 계수 측정방법은, 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원과, 상기 광원으로부터 출력된 광신호를 2개로 분배하여 기준팔과, 측정대상인 광 샘플이 안착된 샘플팔에 각각 공급한 뒤 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광 간섭계 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치를 이용하여 열광학 계수를 측정하는 방법으로서, 상기 광 샘플에 열이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계; 상기 기준 스펙트럼 획득단계와 동일하게 열이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계; 상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계; 상기 광 샘플에 열이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계; 상기 대조 스펙트럼 획득단계와 동일하게 열이 가해진 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계; 상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계; 상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및 상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수(
)에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값을 이용하여 전기광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 파장에 따른 광소자 및 광소재에 대한 전기광학 계수 또는 열광학 계수의 빠르고 정확한 측정이 가능하다.
특히 종래 기술에 비해 외부의 영향이 적고, 또한 신뢰성이 있는 데이터를 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 미리 준비된 기준값이 요구되지 않으므로 종래 기술에 비해 측정의 제약이 적을 뿐 아니라, 샘플을 특정 형태로 가공할 필요가 없으므로 측정이 용이하며 빠른 측정이 가능한 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템과 이를 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정방법을 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시예 및 제2실시예에 따른 전기광학 계수 및 열광학 계수 측정시스템을 설명하도록 한다. 설명에 있어서, 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 전기광학 계수 및 열광학 계수 측정시스템의 구성도로서, 도 1a는 광섬유 소자를 이용한 측정 시스템의 구성도이고, 도 1b는 벌크(bulk)형 광소자인 프리즘 등으로 구성한 측정 시스템의 구성도이다.
본 발명의 제1실시예 및 제2실시예에 따른 측정시스템은 마하젠더(Mach-Zehnder) 간섭계를 이용한 것으로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 간섭무늬 측정시스템은 광원(10), 광 간섭계(100 또는 200) 및 광스펙트럼 분석장치(20)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 광원(10)은 다중 파장의 광신호를 출력한다. 본 발명은 단일 파장을 이용했던 기존의 기술과 달리, 넓은 파장 영역에서의 광학 특성을 측정하므로 광원(10) 역시 다중파장의 출력을 지원하는 것이 바람직하다.
우선, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 측정시스템에 포함되는 광 간섭계(100)는 광원(10)으로부터 입력 광경로(In)를 통해 입력받은 광신호를 두 개의 팔 즉, 기준팔(110)과 광 샘플이 거치된 샘플설치대(123)가 연결되는 샘플팔(120) 각각에 분배하는 광신호 분배수단과, 광신호 분배수단을 통해 분배된 후 기준팔(110) 및 샘플팔(120)을 거쳐 출력되는 광신호를 다시 합쳐 서로 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 광신호 분배수단으로서, 광섬유형 광신호분배기(101)가 이용되며, 광신호 결합수단으로는 광섬유형 광신호 결합기(103)가 이용된다.
한편, 광스펙트럼 분석장치(20)는 광 간섭계(100)로부터 간섭된 광신호를 출력 광경로(Out)를 통해 입력받아 이의 스펙트럼 정보를 분석한다.
여기서 기준팔(110)과 샘플팔(120)에는 도중에 끊어진 광 경로인 기준팔 광경로(111)와 샘플팔 광경로(121)가 각각 포함된다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 측정시스템에서는 기준팔 광경로(111)의 중간 부분의 끊어진 끝단에 광 콜리메이터(Optical Collimator, 114, 115)가 각각 연결되어 공기 중으로 광신호를 전달시키는데, 기준팔(110)은 이러한 두 개의 광 콜리메이터(114, 115) 사이 간격을 조절함으로써 공기 중에서의 광신호 전송길이가 조절될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
여기서 기준팔 광경로(111)는 거리조절을 위해 유동적일 수 있도록, 광섬유형 광신호분배기(101) 측 기준팔 광경로(111)와 광섬유형 광신호 결합기(103) 측 기준팔 광경로(116) 중 어느 하나 이상은 광섬유 경로로 구성될 수 있다.
한편, 광 콜리메이터(114, 115)는 측정환경의 안정화를 위해 임의의 외부구조물에 지지된 채로 그의 사이 간격이 조절될 수 있으며, 필요에 따라 광 콜리메이터 대신에 그린렌즈(GRIN Lens)가 사용될 수 있다.
한편, 광섬유형 광신호분배기(101)와 광 샘플(S) 사이의 광 경로인 샘플팔 광경로(121)의 중간 부분에는 편광조절기(122)와 전기적 또는 열적 환경을 조정할 수 있는 샘플 설치대(123)가 연결되고, 이들을 통과하는 광신호들은 광섬유형 광신호 결합기(103)에서 기준팔을 통과한 신호와 만나게 된다.
여기서 샘플팔 광경로(121)의 광섬유형 광신호분배기(101) 측 샘플팔 광경로(105) 및/또는 광섬유형 광신호 결합기(103) 측 샘플팔 광경로(126) 역시 경로의 길이를 조절할 수 있도록 광섬유 경로로 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
아울러 광원(10)으로부터 입력 광경로(In)과 광섬유형 광신호분배기(101) 및 광섬유형 광신호 결합기(103), 그리고 출력 광경로(Out)는 도 1a와 같이 광섬유 소자와 광섬유 경로로 구성될 수 있다.
이와 더불어. 광 간섭계(100)의 외측에는 외부 진동의 영향을 차단하기 위해 외면에 진동차단막(P)을 형성하는 것이 정확한 측정을 위해 더욱 바람직하다.
도 1b는 도 1a에서와 같이 광섬유 소자와 광섬유 경로를 이용하는 대신에, 벌크 광학계를 이용한 구도로서 광신호 분배수단으로서, 광섬유형 광신호분배 기(101) 대신에 빔 분파기(201)를 이용하게 되며, 광신호 결합수단으로 광섬유형 광신호 결합기(103) 대신에 빔 결합기(203)가 이용된다.
또한, 광원(10)으로부터의 광신호가 기준팔(210)을 지나는 동안에 광경로의 길이가 조절될 수 있도록 하기 위해 입력 후방반사기(212)와 거울(213)로 구성된 제1굴절수단이 사용된다.
샘플팔(220)을 통과하는 광신호는 빔 결합기(203)를 지나면서 기준팔을 통과한 신호와 결합하여 간섭무늬를 형성하도록 하기 위해 후방반사기(212)와 같은 재질로 된 제2굴절수단인 수직반사형 프리즘(224)을 사용한다.
또한, 기준팔(210)을 지나는 광신호와 샘플팔(220)을 지나는 광신호의 편광이 빔 결합기(203)에서 서로 일치하여 출력광경로(Out)로 진행할 수 있도록 각 팔에 반파장판형 편광조절기(112)를 구비할 수 있다.
이러한 실시예에서는, 입력 후방반사기(212)의 위치를 앞 뒤로 조절하는 것에 의해 기준팔에서의 광 신호의 경로 길이를 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제1실시예에 의한 측정시스템으로 돌아가서, 샘플(S)의 전기광학계수 측정을 위해서는 도 2a에 보여지는 것과 같이 샘플(S)이 거치되는 샘플설치대(123)의 내부에 광 샘플(S)에 전압을 인가하기 위한 전극(123c, 123d)과 전극에 전기를 공급하기 위한 전극단자선(123e, 123f)이 구비된다.
이때, 전극(123c, 123d)은 광 샘플(S)을 통과하는 광신호와 중첩되지 않는 위치에서 상기 광 샘플(S)에 접촉하여, 상기 광 샘플(S)에 전압을 인가하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 2a에 도시된 것과 같이 전극(123c, 123d)은 광신호의 진행을 용이하게 하기 위해 광신호가 조사되는 면에 수직인 위치에 접촉될 수 있다.
또한, 제1실시예와 같이 광섬유를 광경로로 이용하는 경우 광 샘플(S)은 한 쌍의 광 연결수단(123a, 123b) 사이에 놓여지게 되는데, 제1 및 제2 광 연결수단(123a, 123b)은 광 샘플(S)이 일반 벌크형이면 광 콜리메이터 또는 그린렌즈가 사용될 수 있고, 광도파로형 소자이면 테이퍼된 광섬유 끝단으로 구성될 수 있다.
만일, 제2실시예에서와 같이 벌크형 광경로를 이용하는 경우라면 빔이 직접 조사되므로, 이러한 광 연결수단은 이용되지 않는다.
샘플설치대(123)는 이와 다르게 구성될 수도 있는데, 바로 도 2b에서와 같이 광 샘플(S)을 통과하는 광신호와 중첩되는 위치에서 상기 광 샘플(S)에 접촉하여 상기 광 샘플(S)에 전압을 인가하는 투명전극(123g, 123h)를 이용하는 것이다. 이때는 전극이 광신호의 투과가 가능하도록 투명하게 이용됨에 따라 전극이 설치되는 위치의 제약을 줄일 수 있는 장점이 있다.
샘플설치대(123)는 또 다르게 구성될 수도 있는데, 바로 도 2c에서와 같이 얇은 광도파로형 샘플(S) 상의 한 면에 두 전극(123i, 123j)이 일정한 간격을 띄워서 형성이 되어 있고 광신호 빔은 이들 전극면에 가까운 쪽에서 이들 전극 사이의 간격을 따라 통과하는 구조를 가지며, 이들 전극들을 통해 샘플(S)에 전압을 인가하는 방법이다.
이 경우에는 광도파로형 전기광학 물질의 광도파로형 구조에서의 전기광학 특성을 직접 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 2d와 도 2e, 도 2f는 상기 도 1b의 벌크광학계를 이용하여 전기광학 계수를 측정할 때, 각각 도 2a, 도 2b 및 도 2c에서와 같이 준비되는 전기광학 샘플에 빛이 진행하는 방향을 맞추는 구도를 보여주고 있다.
여기서는 광 연결수단(123a, 123b)이 이용되지 않을 뿐 그 원리는 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 샘플의 열광학 계수 측정을 위해서는 도 3a 및 도 3b에 도시된 것과 같이 샘플(S)의 주위에, 광 샘플(S)의 온도를 올리거나 내릴 수 있는 가열/냉각장치(123k, 223k)와 광 샘플(S)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(123l, 223l)를 구비할 수 있다.
이와 같은 가열/냉각장치(123k)는 광 샘플(S)의 온도를 올리거나 내림으로써 온도조건에 따른 간섭무늬 측정이 가능하도록 하는 것으로, 도 3에 도시된 것과 같이 광 샘플(S)로 조사되는 광신호의 경로를 차단하지 않는 것이 바람직하다.
여기서, 가열/냉각장치(123k, 223k)는 온도센서(123l, 223l)를 통해 측정된 광 샘플(S)의 온도에 기반하여, 실험을 전반적으로 제어하는 중앙 제어 장치(미도시)로 제어될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 도 4a 및 도 4b를 참조하여 본 발명의 바람직한 제3실시예 및 제4실시예에 따른 측정시스템을 설명하도록 한다. 설명에 있어서, 도 1a 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 구성을 지칭한다.
본 발명의 바람직한 제3실시예 및 제4실시예는 마이켈슨(Michelson) 간섭계를 이용한 실시예로서, 광 간섭계(300 또는 400)가 광원(10)으로부터 입력되는 광 신호를 분배하고, 분배한 방향으로부터 되돌아오는 둘 이상의 광신호를 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 분배결합수단(301 또는 401), 분배된 광신호 중 어느 하나를 반사하여 상기 광신호 분배결합수단(301 또는 401)으로 되돌려보내는 기준팔(310 또는 410), 분배된 광 신호 중 다른 하나를 측정대상인 광 샘플(S)에 투과시킨 후, 반사하여 상기 광신호 분배결합수단(301 또는 401)으로 되돌려보내며 광 샘플(S)에 전압 또는 열을 가하는 샘플팔(320 또는 420)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 제3실시예 및 제4실시예는 대부분의 원리가 제1실시예 및 제2실시예와 유사하나, 기준팔과 샘플팔이, 각자에게 조사된 광신호를 반사시켜 조사된 방향으로 되돌려 보내는 점에서 상이하다.
이를 위해서, 광경로로 광섬유를 이용하는 제3실시예에서는 광신호 분배결합수단으로, 광섬유 커플러(301)를 이용하고, 기준팔(310)과 샘플팔(320)의 끝단에, 각각 반사체(314, 324)가 구비된다.
이러한 구성에 의해, 광섬유 커플러(301)를 통해 기준팔(310)과 샘플팔(320)에 조사되었던 광신호는 다시 반사되어 광섬유 커플러(301)로 되돌아 온 후, 서로 간섭되어 광 스펙트럼 분석장치(20)로 공급된다.
또한, 제3실시예에서는 기준팔(310)이 광섬유 커플러(301)로부터 수신한 광신호를 공기 중으로 출력하고, 반사체(314)를 통해 반사되어 돌아오는 광신호를 입력받는 광신호 발사/수광수단(312)을 포함할 수 있는데, 이러한 광신호 발사/수광수단(312)은 광 콜리메이터 또는 그린렌즈가 이용되는 것이 바람직하다.
또한, 광섬유 커플러(301)와 광신호 발사/수광수단(312) 사이의 광경로(311)는 길이 조절이 가능하도록 광섬유(optical fiber) 경로로 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
샘플팔(320) 역시 마찬가지로 샘플설치대(323)를 통과하여 입력되는 광신호를 반사하여 광섬유 커플러(301)로 되돌려 보내는 반사체(324)가 구비되며, 광섬유 커플러(301)와 광 샘플(S) 사이의 광경로(321)에, 광 샘플로 조사되는 광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 편광조절기(322)가 구비되는 것이 바람직하다.
반면, 제4실시예는 벌크형 광경로를 이용한 측정 시스템으로서, 광신호 분배결합수단으로 광원(10)으로부터 조사된 광신호를, 조사 방향과 평행/수직한 두 방향으로 분파시키는 광분파기(401)가 이용된다.
이때, 기준팔(410)은, 광분파기(401)로부터 분파된 광신호 중 어느 하나를 광분파기(401)로 되돌려보내기 위한 반사체(414)만으로 구성된다.
이 경우, 광 신호 전송길이의 조절은 반사체(414)를 앞뒤로 조절함으로써 이루어질 수 있다.
또한, 샘플팔(420)은, 광분파기(401)로부터 분파된 광신호 중 다른 하나를 샘플설치대(423)를 거쳐 광분파기(401)로 되돌려보내기 위한 반사체(424)를 포함하며, 광신호의 편광이 광분파기(401)에서 서로 일치하여 출력광경로(Out)로 진행할 수 있도록 광분파기(401)와 광 샘플 사이의 광경로(421)에, 광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 반파장판형 편광조절기(422)가 구비되는 것이 바람직하다.
도 5a 내지 도 5f에는 앞서 살펴본 본 발명의 바람직한 제3 및 제4실시예에 따른 측정시스템에서 전기광학 계수를 측정하기 위한 세부 구성이 도시되어 있다.
도 5a 내지 도 5f에 도시된 것과 같이 본 발명의 바람직한 제3 및 제4실시예에서는 기본적인 전압인가 구성이 본 발명의 바람직한 제1 및 제2실시예에서와 동일하므로, 중복되는 구성요소의 설명은 생략하도록 한다.
다만, 본 발명의 바람직한 제3 및 제4실시예는 광신호를 반사하여 되돌리도록 하므로, 광섬유 광경로를 이용하는 제3실시예에서는 광신호를 광 샘플(S)로 조사하고, 광 샘플(S)을 통과하여 반사되어 돌아오는 광신호를 입력받는 광 연결수단(323a)은 반사체(324)의 반대측에만 구비된다
또한 이때, 광섬유 커플러(301)와 광 연결수단(323a) 사이의 광경로(321)는 광섬유(optical fiber) 경로로 구성되는 것이 바람직하다.
이와 달리 벌크형 광경로를 이용하는 제4실시예에서는 광 연결수단(323a)과 같은 구성이 요구되지 않음은 당연하다.
한편, 샘플의 열광학 계수 측정을 위해서는 본 발명의 바람직한 제3 및 제4 실시예에서도 도 6a 및 도 6b에 도시된 것과 같이 샘플(S)의 주위에 광 샘플(S)의 온도를 올리거나 내릴 수 있는 가열/냉각장치(323k, 423k)와 광 샘플(S)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(323l, 423l)가 구비될 수 있다.
이하에서는 도 7을 참조하여 앞서 살펴본 것과 같은 측정시스템을 이용한 전기광학 계수 및 열광학 계수 측정방법을 설명하도록 한다. 설명에 있어서, 도 1a 내지 도 6과 동일한 참조부호는 동일한 기능을 수행하는 동일한 구성을 지칭한다. 또한, 아래에서 지시되는 참조부호는 본 발명의 바람직한 제1실시예를 기준으로 설 명하고 있으나, 이러한 부호는 발명의 이해를 돕기 위해 대표적인 구성만을 지칭한 것이므로 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기광학 및 열광학 계수 측정방법을 간략하게 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 따르면, 먼저 샘플팔(120)의 광 샘플(S)에 열이나 전압을 전혀 가하지 않은 상태에서, 광 스펙트럼 분석장치(20)를 통해 광신호의 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수에 대한 스펙트럼을 얻는다(S11).
여기서, 상기 S11단계는, 상기 광 샘플(S)에 전압(또는 열)이 가해지지 않은 상태에서 광 간섭계(100)를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼(기준 스펙트럼)을 얻은 후, 이 기준 스펙트럼을 획득했을 때와 동일한 전압(또는 열) 조건에서, 간섭계의 두 팔(기준팔 및 샘플팔) 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 것으로 수행될 수 있다.
이와 달리 상기 S11단계는, 상기 광 샘플(S)에 전압(또는 열)이 가해지지 않은 상태에서 상기 광 간섭계(100)를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼(기준 스펙트럼)을 얻은 후, Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 것으로 수행될 수도 있다.
이때, Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값은 공지된 방법에 의 해 전산적 또는 수학적 방법에 의해 산출된다.
또한, 광 스펙트럼 분석장치(20)에서 측정되어 나타나는 스펙트럼이, 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낼 수 있도록 기준팔(110)의 공기 중 광신호 전송길이를 조절하는 단계(S10)를 먼저 수행할 수 있는데, 이때 스펙트럼이 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타내는 상태는 간섭무늬의 가시도(visibility)가 가장 큰 상태, 즉, 간섭무늬가 가장 또렷하게 보이는 상태를 의미한다.
다음으로, 상기 S11단계에서 얻어진 주파수 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산한다(S14).
여기서 S11단계에서 얻어진 주파수 스펙트럼의 바로 인접한 피크점들 간의 위상차이는 
이므로, 이러한 피크점들을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산할 수 있다.
일반적으로 피크점이라 하면, 상향으로의 피크점을 말하나 S14단계에서 이용되는 피크점은 하향으로의 피크점일 수도 있다.
그리고 나서, 샘플팔(120)의 광 샘플(S)에 전압(또는 열)을 가한 상태에 대하여 광 간섭계를 통과하여 나오는 광신호의 스펙트럼을 광 스펙트럼 분석장치(20)로 측정한다(S17).
이때도 S11단계와 유사하게 먼저 상기 광 샘플(S)에 전압(또는 열)이 가한 상태에서 상기 광 간섭계(100)를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼(대조 스펙트럼)을 얻은 후, 이 대조 스펙트럼을 획득했을 때와 동일한 전압(또는 열) 조건에서, 간섭계의 두 팔(기준팔 및 샘플팔) 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 것으로 수행될 수 있다.
나아가, 상기 광 샘플(S)에 전압(또는 열)이 가한 상태에서 상기 광 간섭계(100)를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼(대조 스펙트럼)을 얻은 후, Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 것으로 수행될 수 있음은 물론이다.
또한, 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낼 수 있도록, 선행하여 기준팔(110)의 공기 중 광신호 전송길이를 조절할 수 있다(S16).
다음으로, S17단계에서 얻어진 주파수 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산한다(S20).
이때, S17단계에서 얻어진 주파수 스펙트럼의 바로 인접한 피크점들 간의 위상차이는 S11단계에서의 주파수 스펙트럼과 동일하므로, 단계 S14와 동일한 방법으로 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산할 수 있다.
이때, S20단계에서의 피크점은 단계 S14에서와 마찬가지로 상향으로의 피크점 외에 하향으로의 피크점이 이용될 수도 있다.
다음으로, S14단계 및 S20단계에서 각각 계산된 주파수 변화에 따른 위상차 이값들의 변화 곡선 각각에 대한 데이터 피팅(Data Fitting)하여 두 데이터 곡선에 대한 데이터 피팅 함수의 계수들을 결정한다(S23).
마지막으로, S23단계에서 결정된 데이터 피팅 함수의 계수들을 이용하여 샘플의 전기광학 계수 값(또는 열광학 계수 값)을 계산한다(S26).
열광학 계수의 계산에 있어서는 기존에 알려져 있거나 기 측정된 열광학 계수 값이 사용된다.
이하에는 광 샘플의 전기광학계수 (또는 열광학 계수)를 도출하기 위한 수학식을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭무늬 측정시스템을 이용한 전기광학 계수 및 열광학 계수 측정 방법을 좀 더 자세히 설명한다.
먼저, 광 샘플(S)에 전기장 또는 열이 가해진 경우와 가해지지 않은 경우에 광 간섭계(100)의 기준팔(110) 및 샘플팔(120)을 통과하는 광신호들의 주파수에 따른 전기장 크기는 각각 다음 수학식 1 및 수학식 2로 나타낼 수 있다.
여기에서 
는 광신호분배수단(101)에서 갈라져서 기준팔(110)로 진행하는 광신호의 진폭을 나타내고, 
는 기준팔(110)로 진행하는 광신호의 전기장 진 폭에 대한 샘플팔(120)로 진행하는 광신호의 전기장 진폭의 상대적인 비율을 나타낸다.
한편, 
는 간섭계의 기준팔 광경로(111)에서의 광경로 일부가 광도파로로 되어 있을 때에는 이 광도파로의 길이에 해당하고, 자유공간 벌크 광학계의 간섭계로 되어 있을 때에는 
는 영으로 두어야 한다. 
는 간섭계의 샘플팔 광경로(121)에서의 샘플을 제외한 전체 길이를 나타내며, 
는 샘플의 길이를 나타낸다.
여기서, 
는 공기 중의 빛 속도를 나타내며, 
은 샘플의 유효 굴절률을 나타낸다.
한편, 
는 기준팔(110)에 있는 두 광 콜리메이터(114,115) 사이의 공기 간격 길이 
에 대하여 빛이 지나가는데 걸리는 시간 
로 계산될 수 있다.
한편, 이들 광신호가 광 간섭계(100)를 통과하여 출력단(Out)을 통해 출력되는 광신호의 세기는 다음 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
여기에서 
와 
는 각각 간섭계(100)의 기준팔(110) 및 샘플팔(120)을 지나는 광신호들의 세기를 나타내며, 
및 
와 같다.
그리고 두 팔(110,120)을 지나는 각각의 광신호 간의 전파에 따른 위상 차이는 수학식 4로 나타낼 수 있다.
한편, 두 팔(110,120)을 지나는 두 광신호의 전파 상수에 의한 위상 차이를 나타내는 수학식 4를 이들 신호 간의 시간 지연 
로 표시하면 다음 수학식 5가 정의된다.
다음으로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 두 광 연결수단(123a, 123b) 사이에 연결된 광 샘플(S)에 외부 전압
를 걸어주면 광 간섭계(100)의 샘플팔(120)을 지나는 광신호의 주파수에 따른 전기장 크기는 다음 수학식 6으로 나타내어 진다.
여기서 
는 광 샘플(S)의 전극(123c, 123d)에 전압 
를 걸어주었을 때, 혹은 가열/냉각장치(123k)를 통해 광 샘플(S)에 열을 가하거나 냉각시켰을 때 광 샘플(S) 내에서 진행하는 광신호의 파동 전파 상수를 나타낸다.
알려진 바와 같이, 전기광학 계수 측정일 경우에는 이 파동 전파 상수는,
로 나타내어지고,
열광학 계수 측정일 경우에는
로 나타내어진다.
그러나, 열광학 계수 측정의 경우에는 
는 온도 변화 
가 일어난 후의 샘플 길이를 나타내며, 기존의 열팽창 계수 
를 이용하여 
로 계산하거나, 열팽창 측정 장치로 측정할 수 있다.
이들 광신호가 광 간섭계(100)를 통과하여 출력단(Out)을 통해 출력되는 광신호의 세기는 다음 수학식 7로 나타낼 수 있다.
여기서 두 팔(110,120)을 지나는 광신호간의 전파에 따른 위상 차이는 다음 수학식 8로 나타내어진다.
수학식 4를 수학식 8에 대입하면, 이 위상차이값은 전기광학 계수 측정일 경우와 열광학 계수 측정일 경우에는 다음 수학식 9와 10과 같이 정리될 수 있다.
전기광학 계수 측정일 위상차이값은,
로 나타내어지고,
열광학 계수 측정일 경우 위상차이값은,
로 나타내어진다. 여기에서 
는 주파수 f 에서, 그리고 초기 온도 
에서의 샘플의 굴절률을 나타내고, 
는 초기 온도 
에서의 샘플의 원래 길이를 나타낸다.
수학식 9로부터 전기광학 계수는 다음 수학식 11과 같이 정리될 수 있다.
또한, 수학식 10으로부터 열광학 계수는 다음 수학식 12와 같이 정리될 수 있다.
여기서, 측정된 기준 위상차값 
와 대조 위상차값 
에 관해 데이터 피팅을 함으로써 각각의 위상차값에 대한 피팅함수를 결정할 수 있다.
또한, 이렇게 결정된 피팅 함수들을 통해, 임의의 주파수 
에서의 기준 위상차값 및 대조 위상차값, 즉, 
를 산출할 수 있으며, 나아가, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값을 이용하여 전기광학 계수 값을 계산할 수 있다.
열광학 계수의 계산에 있어서는 기존에 알려져 있거나 다른 방법에 의해 측정된 열광학 계수 
를 수학식 12에 적용하여야 한다.
여기서, Sellmeier 공식은 본 발명이 해당하는 기술분야에서 이미 공지된 것이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 8은 도 1a 및 도 2a에 도시된 전기광학샘플의 간섭무늬 측정시스템에서 측정된 간섭무늬 스펙트럼의 예를 나타낸 그래프로써 광 샘플(S)에 조사되는 광신호의 편광이 복굴절성 광 샘플의 결정 축에 임의의 방향으로 나올 경우 복굴절률에 따른 이중 간섭 무늬가 보이는 경우의 그래프를 보여주고 있다.
수학식 3으로부터 위상의 코사인 함수는 다음 수학식 13과 같이 나타내어질 수 있다.
여기에서 
와 
는 각각 간섭계의 한쪽 팔 신호를 막은 상태에서 측정된 다른 쪽 팔을 통과하는 광신호 출력을 나타낸다.
측정된 간섭무늬 출력 
와 간섭계의 한쪽 팔 신호를 막은 상태에서 측정된 각 다른 팔 쪽의 광신호 출력 
와 
를 이용하여 계산된 수학식 13에 해당하는 코사인 함수값의 파장에 따른 변화 곡선은 도 9에 보여진다. 도 8의 파장 축을 
식을 이용하여 주파수 축의 함수로 변경하여 도 10과 같은 그래프로 그린다.
광 샘플(S)이 복굴절률을 가지고 있고 조사광의 편광이 두 복굴절률 성분을 나타내는 방향으로 조사될 경우에는 도 10의 결과에 푸리에변환을 취하면 복굴절률에 따른 이중 간섭 무늬에 대한 두 개의 진동 주기가 도 11과 같이 얻어진다.
이 푸리에 변환된 신호에서 대역 투과 필터(band-pass filter)로 이 중 하나씩을 갈라낸 다음 역푸리에 변환을 취하여 도 12a와 12b와 같이 각 복굴절률에 대한 단일 간섭무늬를 분리해 낼 수 있다.
편광조절기(122 또는 222)를 조절하여 광 샘플(S)로 조사되는 광신호의 편광이 광샘플의 복굴절률 축에 대한 방향의 변화로 복굴절률 중 한쪽 굴절률에 따라 단일 간섭 무늬가 보이도록 조절이 가능하다.
이 경우에는 도 10의 이중간섭무늬 대신에, 앞서 말한 바와 같은 푸리에변환 - 필터링 - 역푸리에 변환 과정없이 도 12a와 12b와 같이 각 복굴절률에 대한 단일 간섭무늬가 곧바로 얻어질 수 있다. 아울러 복굴절률을 가지지 않은 광샘플의 경우에도 이와 같은 단일 간섭무늬가 곧바로 얻어진다.
단일 굴절률의 광샘플에 대한 경우와 마찬가지로 복굴절률 샘플의 단일 굴절률에 대한 경우에 전기장을 가하지 않은 상태에서 얻어진 간섭무늬와 전기장을 가한 상태에서 얻어진 간섭무늬 사이의 위상차이는 도 13에 보여진다. 복굴절률 샘플의 경우에는 다른 쪽 굴절률에 대해서도 비슷한 형태의 간섭무늬의 위상변화가 얻어진다.
도 12의 각 간섭무늬로부터 바로 인접한 두 개의 피크 점들 사이나 최저점들 사이의 위상차이는 
이므로, 이들 간섭무늬의 피크 점들 (혹은 최저점들)은 임의의 주어진 주파수를 기준으로 떨어진 피크 점 (혹은 최저점) 차수 
에 의해 
만큼 위상이 차이난다. 이들 위상차이들을 주파수에 따라 그린 그래프가 도 14에 보여지고, 이들 데이터 점들에 대한 데이터 피팅(data fitting)하면 적절한 데이터 피팅 함수를 얻을 수 있다. 전기장을 가하지 않은 상태에서 얻어진 간섭무늬와 전압 
에 의한 전기장을 가한 상태에서 얻어진 간섭무늬에 대해 동일한 과정을 거쳐 주파수에 따른 위상차이 그래프와 데이터 피팅 함수들을 얻는다. 이들 주파수에 대한 위상차이 함수들을 이용하고 샘플의 굴절률 값에 대한 알려진 값이나 측정값을 이용하여 수학식 11에 따라 전기광학 계수를 계산할 수 있다.
주파수는 
관계식을 이용하여 파장으로 변환되며, 이 파장을 이용하여 파장에 대한 전기광학 계수를 최종적으로 얻을 수 있다.
도 15는 복굴절률 샘플의 경우에 대해 측정된 전기광학계수의 파장에 따른 변화 그래프를 그린 결과의 한 예시를 보여주고 있다. 복굴절률을 가진 광샘플에 대해서는 광샘플 접속단자(123a)로부터 나오는 광신호의 편광을 편광조절기(122)를 통해 샘플의 복굴절축에 45도로 조절하여 두 복굴절 특성이 동시에 나오게 하면 한번의 측정으로 두 복굴절률 전기광학계수를 동시에 측정할 수 있다.
열광학 샘플의 경우에 대해서도 복굴절성 샘플이 아니면 도 12a와 도 12b 같은 단일 간섭무늬가 측정이 되고, 복굴절률 샘플이면 도 8과 같은 이중간섭무늬가 측정된다.
열을 가하지 않은 상태의 간섭무늬에 대해서 피크점들 (혹은 최저점들)을 이용하여 주파수에 따른 위상차이값들을 계산하여 위상차이 함수를 얻는다. 열을 가하여 온도가 
만큼 변한 상태에서의 간섭무늬에 대해서도 피크 점들 (혹은 최저점들)을 이용하여 주파수에 따른 위상차이값들을 계산하여 위상차이 함수를 얻고, 샘플의 굴절률 값과 열팽창 계수에 대한 알려진 값이나 측정값을 이용하여 수 학식 12에 따라 열광학 계수를 계산할 수 있다. 주파수는 
관계식을 이용하여 파장으로 변환이 되며, 이 파장을 이용하여 파장에 대한 열광학 계수를 최종적으로 얻을 수 있다.
이와 같은 본 발명의 방법에 의하면 전기광학 샘플이나 열광학 샘플의 경우에 대해 각 파장에 해당하는 전기광학 계수와 열광학 계수를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 간섭무늬 측정을 이용한 광샘플의 전기광학 계수 및 열광학 계수 측정 방법으로 마하젠더 간섭계의 다른 변형이기도 하지만, 통상 마이켈슨(Michelson) 간섭계라고 명칭되기도 한다. 기존 도 1a 및 도 1b에 도시된 마하젠더 간섭계(100)의 출력단측 절반을 대신하여 거울과 같은 반사체(314, 324, 414, 424)를 이용하여 그 시스템 구성의 두 팔의 광신호 전송길이를 절반으로 줄인 마이켈슨 간섭계(300, 400) 구도를 하고 있다. 이의 입력단(In) 및 출력단(Out)과 기준팔 광도파로(310, 410) 및 샘플팔 광도파로(320, 420)는 광신호분배결합기(301, 401)에 연결되는데, 입력단(In)으로부터 전달받은 광신호는 기준팔 광도파로(310, 410) 및 샘플팔 광도파로(320, 420)에게 분배되어 전달되고, 반사체(314, 324, 414, 424)에 반사되어 기준팔 광도파로(310, 410) 및 샘플팔 광도파로(320, 420)을 통해 되돌아오는 광신호는 결합 간섭되어 출력단(Out)으로 전달된다.
이러한 간섭무늬 측정시스템에서는 광 스펙트럼 분석장치(20)에서 간섭무늬 가 선명하게 생기도록하기 위해서 광 콜리메이터(312, 벌크 광학계를 이용하는 경우인 도 4b의 경우에는 광신호 분배기 401)과 반사체(314, 414) 사이의 거리를 조절해야한다. 한편, 광샘플 접속 단자(323a)와 반사체(324) 사이에 삽입되는 광도파로 샘플(S)의 길이는 도 1a 및 도 1b의 경우에 비해 상대적으로 절반 수준으로 줄일 수 있다..
또한, 도 4a 및 도 4b에 도시된 간섭무늬 측정시스템에 따른 간섭무늬 측정을 이용한 광샘플의 전기광학계수나 열광학계수 측정 방법은 앞서 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된 마하젠더 간섭계를 이용한 광샘플의 전기광학계수나 열광학계수 측정 방법과 동일하되, 수학식 1 및 8에서의 
는 광콜리메이터(312)와 반사체(314) 사이의 거리 
를 진행하는 시간 
의 2배로 적용하고, 수학식 2, 4, 6, 8, 9, 10, 11 및 12에서의 
와 
는 
와 
로 하여 도 1a 및 도 1b의 경우에 대한 계산 방식과 동일하게 측정 및 계산할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
예를 들어, 위의 설명에서는 전기광학 계수와 열광학 계수의 측정을 위한 구 성이 하나의 측정시스템에 모두 포함되는 것으로 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전기광학 계수 측정시스템과 열광학 계수 측정시스템은 각각 별개로 구현될 수 있음은 물론이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 바람직한 제1실시예 및 바람직한 제2실시예에 따른 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템의 구성도,
도 2a 내지 도 2c는 도 1a에 도시된 샘플팔에서 전기광학 계수를 측정하기 위한 샘플설치대의 주요 구성을 나타낸 요부 구성도,
도 2d 내지 도 2f는 도 1b에 도시된 샘플팔에서 전기광학 계수를 측정하기 위한 주요 구성을 나타낸 요부 구성도,
도 3a 및 도 3b는 도 1a 및 도 1b에 도시된 샘플팔에서 열광학 계수를 측정하기 위한 샘플설치대의 주요 구성을 나타낸 요부 구성도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 제3실시예 및 바람직한 제4실시예에 따른 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템의 구성도,
도 5a 내지 도 5c는 도 3a에 도시된 샘플팔에서 전기광학 계수를 측정하기 위한 샘플설치대의 주요 구성을 나타낸 요부 구성도,
도 5d 내지 도 5f는 도 3b에 도시된 샘플팔에서 전기광학 계수를 측정하기 위한 샘플설치대의 주요 구성을 나타낸 요부 구성도,
도 6 및 도 6b는 도 3a 및 도 3b에 도시된 샘플팔에서 열광학 계수를 측정하기 위한 주요 구성을 나타낸 요부 구성도,
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기광학계수 또는 열광학계수 측정 방법의 흐름도,
도 8은 본 발명의 바람직한 제1실시예 및 제3실시예에 따른 전기광학 및 열 광학 계수 측정시스템을 통해 측정된 간섭무늬 스펙트럼의 예를 나타낸 그래프,
도 9는 도 8에 도시된 간섭무늬 스펙트럼에서 원래 광신호의 파장 분포를 제외하고 정규화(normalize)하여 순수 간섭무늬만 보여주는 한 예를 나타낸 그래프,
도 10은 도 9에 도시된 순수 간섭무늬 스펙트럼에서 파장을 주파수 (f = c/λ) 로 변환하여 주파수에 따른 순수 간섭무늬 스펙트럼의 한 예를 나타낸 그래프,
도 11은 복굴절성 광 샘플에 임의의 편광 방향으로 조사된 광신호에 의한 간섭무늬 스펙트럼에 대한 푸리에 변환을 취해 얻어진 결과의 한 예를 나타낸 그래프,
도 12a 및 도 12b는 도 11의 복굴절성 광 샘플로 부터의 간섭무늬 스펙트럼에 대한 푸리에 변환된 그래프에서 두 개의 시간 주기들을 각각 하나씩 필터링한 후 역푸리에 변환을 통해 각 복굴절 방향에 따른 2개의 단일 간섭무늬로 분리해 낸 결과의 한 예를 나타낸 그래프들,
도 13은 광 샘플에 전압을 인가하지 않았을 경우와 인가하였을 때의 간섭무늬의 위상이 변화가 일어나는 예를 나타낸 그래프,
도 14는 도 12에서와 같은 하나의 간섭무늬 스펙트럼에 대해 피크점들을 이용하여 계산된 주파수 변화에 따른 위상변화를 나타낸 그래프,
도 15는 복굴절성 광 샘플의 경우에 본 발명의 방법을 통해 측정된 간섭무늬 및 위상변화 값으로부터 각 복굴절 빔 각각에 대해 계산된 광 샘플의 전기광학 계수의 파장 분포를 나타낸 그래프이다.
Claims (53)
- 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원;상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 전압을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 기준팔은,상기 광신호 분배수단으로부터 수신한 광신호를 공기 중으로 출력하기 위한 광신호 발사수단; 및상기 광신호 발사수단으로부터 출력된 광신호를 수신하기 위한 광신호 수광수단;을 포함하며,상기 광신호 분배수단과 광신호 발사수단 사이의 광경로와, 광신호 수광수단과 광신호 결합수단 사이의 광경로 중의 어느 하나 이상은 광섬유(optical fiber) 로 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 2항에 있어서, 상기 샘플팔은,상기 광 샘플의 일단에 연결되어, 상기 광신호 분배수단으로부터 수신한 광신호를 상기 광 샘플로 조사하는 제1광 연결수단; 및상기 광 샘플을 거쳐 상기 제1광 연결수단로부터 조사되는 광신호를 수신하기 위한 제2광 연결수단;을 포함하며,상기 광신호 분배수단과 제1광 연결수단 사이의 광경로와, 제2광 연결수단과 광신호 결합수단 사이의 광경로 중 어느 하나 이상은 광섬유(optical fiber)로 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 3항에 있어서, 상기 광신호 분배수단과 광 샘플 사이의 광경로에,상기 광 샘플로 조사되는 광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 편광조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 기준팔은,상기 광신호 분배수단으로부터 나온 광신호를 굴절시켜 상기 광신호 결합수단으로 조사되도록 하고, 위치 이동을 통한 기준팔에서의 광 경로 길이 조절이 가 능하게 하는 제1굴절수단;을 포함하고,상기 샘플팔은,상기 광신호 분배수단으로부터 나온 상기 광신호를 굴절시켜 상기 광 샘플을 거쳐 상기 광신호 결합수단으로 조사되도록 하는 제2굴절수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 5항에 있어서,상기 제1굴절수단과 상기 광신호 결합수단 사이 및 상기 광신호 분배수단과 상기 광 샘플 사이의 광경로에,광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 반파장판형 편광조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 샘플팔은,상기 광 샘플을 통과하는 광신호와 중첩되지 않는 위치에서 상기 광 샘플에 접촉하여, 상기 광 샘플에 전압을 인가하는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 샘플팔은,상기 광 샘플을 통과하는 광신호와 중첩되는 위치에서 상기 광 샘플에 접촉하여 상기 광 샘플에 전압을 인가하는 투명전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 광 간섭계는,외부 진동의 영향을 차단하기 위해 외면에 진동차단막이 형성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원;상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 열을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 10항에 있어서, 상기 기준팔은,상기 광신호 분배수단으로부터 수신한 광신호를 공기 중으로 출력하기 위한 광신호 발사수단; 및상기 광신호 발사수단으로부터 출력된 광신호를 수신하기 위한 광신호 수광수단;을 포함하며,상기 광신호 분배수단과 광신호 발사수단 사이의 광경로와, 광신호 수광수단과 광신호 결합수단 사이의 광경로 중의 어느 하나 이상은 광섬유(optical fiber)로 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 11항에 있어서, 상기 샘플팔은,상기 광 샘플의 일단에 연결되어, 상기 광신호 분배수단으로부터 수신한 광신호를 상기 광 샘플로 조사하는 제1광 연결수단; 및상기 광 샘플을 거쳐 상기 제1광 연결수단로부터 조사되는 광신호를 수신하기 위한 제2광 연결수단;을 포함하며,상기 광신호 분배수단과 제1광 연결수단 사이의 광경로와, 제2광 연결수단과 광신호 결합수단 사이의 광경로 중 어느 하나 이상은 광섬유(optical fiber)로 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 12항에 있어서, 상기 광신호 분배수단과 광 샘플 사이의 광경로에,상기 광 샘플로 조사되는 광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 편광조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 10항에 있어서, 상기 기준팔은,상기 광신호 분배수단으로부터 수신한 광신호가, 상기 광신호 결합수단으로 조사되도록 상기 광신호 분배수단으로부터 수신한 광신호를 굴절시키며, 위치 이동을 통한 기준팔에서의 광 경로 길이 조절이 가능한 제1굴절수단;을 포함하고,상기 샘플팔은,상기 광신호 분배수단으로부터 상기 수신한 광신호가, 상기 광 샘플을 거쳐 상기 광신호 결합수단으로 조사되도록, 상기 광신호 분배수단으로부터 수신한 광신호를 굴절시키기 위한 제2굴절수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 14항에 있어서,상기 제1굴절수단과 상기 광신호 결합수단 사이 및 상기 광신호 분배수단과 상기 광 샘플 사이의 광경로에,광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 반파장판형 편광조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 10항에 있어서, 상기 샘플팔은,상기 광 샘플의 온도를 올리거나 내릴 수 있는 가열/냉각장치; 및상기 광 샘플의 온도를 측정하기 위한 온도센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 10항에 있어서, 상기 광 간섭계는,외부 진동의 영향을 차단하기 위해 외면에 진동차단막이 형성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원;상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하고, 분배한 방향으로부터 되돌아오는 두 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 분배결합수단, 분배된 두 광신호 중 어느 하나를 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내는 기준팔, 분배된 광신호 중 다른 하나를 측정대상인 광 샘플에 투과시킨 후 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내며 상기 광 샘플에 전압을 가하는 샘플팔을 포함하는 광 간섭계; 및상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 18항에 있어서, 상기 기준팔은,상기 광신호 분배결합수단으로부터 나온 광신호를 수신하고, 수신된 광신호를 통하여 제1반사체로 출력한 후, 상기 제1반사체에 의해 반사된 상기 광신호를 입력받는 광신호 발사/수광수단;을 포함하고,상기 샘플팔은,상기 광 샘플의 일단에 연결되어, 상기 광신호 분배결합수단으로부터 나온 광신호를 상기 광 샘플로 출력하고, 상기 광 샘플을 투과하여 제2반사체에 의해 반사된 상기 광신호를 입력받는 광 연결수단;를 포함하며,상기 광신호 분배결합수단과 광신호 발사/수광수단 사이의 광경로 및 상기 광신호 분배결합수단과 상기 광 연결수단 사이의 광경로는 광섬유(optical fiber)로 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 19항에 있어서, 상기 광신호 분배결합수단과 광 샘플 사이의 광경로에,상기 광 샘플로 조사되는 광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 편광조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 19항에 있어서, 제1반사체는,상기 광신호 분배결합수단으로부터 분파된 광신호 중 어느 하나를 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내며, 위치 이동을 통한 기준팔에서의 광 경로 길이 조절이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 기광학 계수 측정시스템.
- 제 21항에 있어서,상기 광신호 분배결합수단과 상기 광 샘플 사이의 광경로에,광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 반파장판형 편광조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 18항에 있어서, 상기 샘플팔은,상기 광 샘플을 통과하는 광신호와 중첩되지 않는 위치에서 상기 광 샘플에 접촉하여, 상기 광 샘플에 전압을 인가하는 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 제 18항에 있어서, 상기 샘플팔은,상기 광 샘플을 통과하는 광신호와 중첩되는 위치에서 상기 광 샘플에 접촉하여 상기 광 샘플에 전압을 인가하는 투명전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측 정시스템.
- 제 18항에 있어서, 상기 광 간섭계는,외부 진동의 영향을 차단하기 위해 외면에 진동차단막이 형성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템.
- 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원;상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하고, 분배한 방향으로부터 되돌아오는 두 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 분배결합수단, 분배된 두 광신호 중 어느 하나를 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내는 기준팔, 분배된 광신호 중 다른 하나를 측정대상인 광 샘플에 투과시킨 후 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내며 상기 광 샘플에 열을 가하는 샘플팔을 포함하는 광 간섭계; 및상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 26항에 있어서, 상기 기준팔은,상기 광신호 분배결합수단으로부터 나온 광신호를 수신하고, 수신된 광신호를 통하여 제1반사체로 출력한 후, 상기 제1반사체에 의해 반사된 상기 광신호를 입력받는 광신호 발사/수광수단;을 포함하고,상기 샘플팔은,상기 광 샘플의 일단에 연결되어, 상기 광신호 분배결합수단으로부터 나온 광신호를 상기 광 샘플로 출력하고, 상기 광 샘플을 투과하여 제2반사체에 의해 반사된 상기 광신호를 입력받는 광 연결수단;를 포함하며,상기 광신호 분배결합수단과 광신호 발사/수광수단 사이의 광경로 및 상기 광신호 분배결합수단과 상기 광 연결수단 사이의 광경로는 광섬유(optical fiber)로 구성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템. 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 27항에 있어서, 상기 광신호 분배결합수단과 광 샘플 사이의 광경로에,상기 광 샘플로 조사되는 광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 편광조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 27항에 있어서, 상기 제1반사체는,상기 광신호 분배결합수단으로부터 분파된 광신호 중 어느 하나를 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내며, 위치 이동을 통한 기준팔에서의 광 경로 길이 조절이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광 학 계수 측정시스템.
- 제 29항에 있어서,상기 광신호 분배결합수단과 상기 광 샘플 사이의 광경로에,광신호의 편광 방향을 조절하기 위한 반파장판형 편광조절기가 구비되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템.
- 제 26항에 있어서, 상기 샘플팔은,상기 광 샘플의 온도를 올리거나 내릴 수 있는 가열/냉각장치; 및상기 광 샘플의 온도를 측정하기 위한 온도센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템.
- 제 26항에 있어서, 상기 광 간섭계는,외부 진동의 영향을 차단하기 위해 외면에 진동차단막이 형성되는 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 및 열광학 계수 측정시스템.
- 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 전압을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광 신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치; 를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템을 이용하여 전기광학 계수를 측정하는 방법으로서,상기 광 샘플에 전압이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계;상기 기준 스펙트럼 획득단계와 동일하게 전압이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계;상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계;상기 광 샘플에 전압이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계;상기 대조 스펙트럼 획득단계와 동일하게 전압이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계;상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계;상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수()에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값을 이용하여 전기광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;
를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법. - 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 전압을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치; 를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템을 이용하여 전기광학 계수를 측정하는 방법으로서,상기 광 샘플에 전압이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계;Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계;상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계;상기 광 샘플에 전압이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계;Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계;상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계;상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수()에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값을 이용하여 전기광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;
를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법. - 제 33항 또는 제 34항에 있어서, 상기 기준 스펙트럼 획득단계 또는 대조 스펙트럼 획득단계 이전에,상기 광 스펙트럼 분석장치에서 측정되는 스펙트럼이 상기 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낸 상태가 되도록 상기 기준팔의 광신호 전송길이를 조절하는 전송길이 조절단계;를 더 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법.
- 제 35항에 있어서,상기 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낸 상태는,간섭무늬의 가시도(visibility)가 가장 큰 상태인 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법.
- 제 35항에 있어서, 상기 광 샘플이 복굴절률을 갖는 경우,이중 간섭무늬가 측정되도록 상기 광 샘플로 조사되는 광 신호의 편광과 상기 기준팔의 광신호 전송길이를 조절하는 조절단계;일정한 간격의 스펙트럼을 구하기 위해 상기 기준 스펙트럼 획득단계 및 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득된 스펙트럼을 보간(interporation)하는 보간단계;푸리에변환과 필터링, 역푸리에 과정을 이용하여 보간된 스펙트럼으로부터 정상 굴절빔과 비정상 굴절빔에 대한 간섭무늬로 구분해내는 간섭무늬 구분단계;를 더 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법.
- 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하고, 분배한 방향으로부터 되돌아오는 두 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 분배결합수단, 분배된 두 광신호 중 어느 하나를 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내는 기준팔, 분배된 광신호 중 다른 하나를 측정대상인 광 샘플에 투과시킨 후 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보 내며 상기 광 샘플에 전압을 가하는 샘플팔을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템을 이용하여 전기광학 계수를 측정하는 방법으로서,상기 광 샘플에 전압이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계;상기 기준 스펙트럼 획득단계와 동일하게 전압이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계;상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계;상기 광 샘플에 전압이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계;상기 대조 스펙트럼 획득단계와 동일하게 전압이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계;상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계;상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수()에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값을 이용하여 전기광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;
를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법. - 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 전압을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치; 를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정시스템을 이용하여 전기광학 계수를 측정하는 방법으로서,상기 광 샘플에 전압이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계;Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계;상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계;상기 광 샘플에 전압이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계;Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계;상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계;상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수()에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값을 이용하여 전기광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;
를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법. - 제 38항 또는 제 39항에 있어서, 상기 기준 스펙트럼 획득단계 또는 대조 스펙트럼 획득단계 이전에,상기 광 스펙트럼 분석장치에서 측정되는 스펙트럼이 상기 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낸 상태가 되도록 상기 기준팔의 광신호 전송길이를 조절하는 전송길이 조절단계;를 더 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법.
- 제 40항에 있어서,상기 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낸 상태는,간섭무늬의 가시도(visibility)가 가장 큰 상태인 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법.
- 제 40항에 있어서, 상기 광 샘플이 복굴절률을 갖는 경우,이중 간섭무늬가 측정되도록 상기 광 샘플로 조사되는 광 신호의 편광과 상기 기준팔의 광신호 전송길이를 조절하는 조절단계;일정한 간격의 스펙트럼을 구하기 위해 상기 기준 스펙트럼 획득단계 및 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득된 스펙트럼을 보간(interporation)하는 보간단계;푸리에변환과 필터링, 역푸리에 과정을 이용하여 보간된 스펙트럼으로부터 정상 굴절빔과 비정상 굴절빔에 대한 간섭무늬로 구분해내는 간섭무늬 구분단계;를 더 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 전기광학 계수 측정방법.
- 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 열을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템을 이용하여 열광학 계수를 측정하는 방법으로서,상기 광 샘플에 열이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계;상기 기준 스펙트럼 획득단계와 동일하게 열이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계;상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계;상기 광 샘플에 열이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계;상기 대조 스펙트럼 획득단계와 동일하게 열이 가해진 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계;상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계;상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수()에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값 및 그리고 기존에 알려지거나 측정된 열팽창 계수를 이용하여 열광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;
를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법. - 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하는 광신호 분배수단, 분배된 광신호 중 어느 하나를 수신하는 기준팔, 분배된 두 광신호 중 다른 하나를 수신하며 측정대상인 광 샘플이 연결되어 상기 광 샘플에 열을 가하는 샘플팔, 상기 기준팔 및 상기 샘플팔을 거쳐 출력되는 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 결합수단을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템을 이용하여 열광학 계수를 측정하는 방법으로서,상기 광 샘플에 열이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계;Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계;상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계;상기 광 샘플에 열이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계;Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계;상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계;상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수()에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값 및 그리고 기존에 알려지거나 측정된 열팽창 계수를 이용하여 열광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;
를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법. - 제 43항 또는 제 44항에 있어서, 상기 기준 스펙트럼 획득단계 또는 대조 스펙트럼 획득단계 이전에,상기 광 스펙트럼 분석장치에서 측정되는 스펙트럼이 상기 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낸 상태가 되도록 상기 기준팔의 광신호 전송길이를 조절하는 전송길이 조절단계;를 더 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법.
- 제 45항에 있어서,상기 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낸 상태는,간섭무늬의 가시도(visibility)가 가장 큰 상태인 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법.
- 제 45항에 있어서, 상기 광 샘플이 복굴절률을 갖는 경우,이중 간섭무늬가 측정되도록 상기 광 샘플로 조사되는 광 신호의 편광과 상기 기준팔의 광신호 전송길이를 조절하는 조절단계;일정한 간격의 스펙트럼을 구하기 위해 상기 기준 스펙트럼 획득단계 및 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득된 스펙트럼을 보간(interporation)하는 보간단계;푸리에변환과 필터링, 역푸리에 과정을 이용하여 보간된 스펙트럼으로부터 정상 굴절빔과 비정상 굴절빔에 대한 간섭무늬로 구분해내는 간섭무늬 구분단계;를 더 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법.
- 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하고, 분배한 방향으로부터 되돌아오는 두 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 분배결합수단, 분배된 두 광신호 중 어느 하나를 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내는 기준팔, 분배된 광신호 중 다른 하나를 측 정대상인 광 샘플에 투과시킨 후 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내며 상기 광 샘플에 열을 가하는 샘플팔을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템을 이용하여 열광학 계수를 측정하는 방법으로서,상기 광 샘플에 열이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계;상기 기준 스펙트럼 획득단계와 동일하게 열이 가해지지 않은 상태에서, 상기 간섭계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계;상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계;상기 광 샘플에 열이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계;상기 대조 스펙트럼 획득단계와 동일하게 열이 가해진 상태에서, 상기 간섭 계의 두 팔 중 하나만을 교번적으로 막아 빛통과를 차단하고, 차단하지 않은 팔의 스펙트럼을 측정한 후, 이들 스펙트럼을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 얻어진 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계;상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계;상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수()에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값 및 그리고 기존에 알려지거나 측정된 열팽창 계수를 이용하여 열광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;
를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법. - 다중 파장의 광신호를 출력하는 광원; 상기 광원으로부터 입력되는 광신호를 2개로 분배하고, 분배한 방향으로부터 되돌아오는 두 광신호들을 결합하여 상호 간섭시키는 광신호 분배결합수단, 분배된 두 광신호 중 어느 하나를 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내는 기준팔, 분배된 광신호 중 다른 하나를 측정대상인 광 샘플에 투과시킨 후 반사하여 상기 광신호 분배결합수단으로 되돌려보내며 상기 광 샘플에 열을 가하는 샘플팔을 포함하는 광 간섭계; 및 상기 광 간섭계에서 간섭된 광신호를 전달받아 스펙트럼을 분석하는 광 스펙트럼 분석장치;를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정시스템을 이용하여 열광학 계수를 측정하는 방법으로서,상기 광 샘플에 열이 가해지지 않은 상태에서 상기 간섭계를 통과하여 출력되는 스펙트럼을 측정하고, 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 기준 스펙트럼 획득단계;Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 기준 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 기준 간섭무늬 획득단계;상기 기준 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상차이값을 계산하는 기준 위상차 계산단계;상기 광 샘플에 열이 가해진 상태에서, 상기 간섭계를 통과하여 나오는 스펙트럼을 측정하고 파장을 주파수로 바꾸어 주파수 스펙트럼을 얻는 대조 스펙트럼 획득단계;Hilbert 변환에 의한 광 신호 세기 분포 계산값을 상기 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득한 주파수 스펙트럼으로부터 제외하고 정규화(normalize)하여 간섭무늬 스펙트럼을 구하는 대조 간섭무늬 획득단계;상기 대조 간섭무늬 획득단계에서 얻어진 간섭무늬 스펙트럼을 이용하여 미리 정해진 기준 주파수로부터의 주파수 변화에 따른 위상 차이값을 계산하는 대조 위상차 계산단계;상기 기준 위상차 계산단계 및 상기 대조 위상차 계산단계 각각에 대해서 계산된 주파수 변화에 따른 위상차이 값을 데이터 피팅(data fitting)하여 각각의 피팅 함수를 결정하는 피팅 함수 결정단계; 및상기 피팅 함수 결정단계에서 결정된 피팅 함수들을 이용하여 임의의 주파수()에서의 기준 위상차 값(
)과 대조 위상차 값(
)을 구하고, 상기 기준 위상차값 및 상기 대조 위상차값 간의 차이값(
)과, Sellmeier 공식을 통해 산출된 굴절률 값이나 측정된 굴절률 값 및 그리고 기존에 알려지거나 측정된 열팽창 계수를 이용하여 열광학 계수 값을 계산하는 광학 계수 계산단계;
를 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법. - 제 48항 또는 제 49항에 있어서, 상기 기준 스펙트럼 획득단계 또는 대조 스펙트럼 획득단계 이전에,상기 광 스펙트럼 분석장치에서 측정되는 스펙트럼이 상기 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낸 상태가 되도록 상기 기준팔의 광신호 전송길이를 조절하는 전송길이 조절단계;를 더 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법.
- 제 50항에 있어서,상기 간섭된 광신호의 특성을 상대적으로 잘 나타낸 상태는,간섭무늬의 가시도(visibility)가 가장 큰 상태인 것을 특징으로 하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법.
- 제 50항에 있어서, 상기 광 샘플이 복굴절률을 갖는 경우,이중 간섭무늬가 측정되도록 상기 광 샘플로 조사되는 광 신호의 편광과 상기 기준팔의 광신호 전송길이를 조절하는 조절단계;일정한 간격의 스펙트럼을 구하기 위해 상기 기준 스펙트럼 획득단계 및 대조 스펙트럼 획득단계에서 획득된 스펙트럼을 보간(interporation)하는 보간단계;푸리에변환과 필터링, 역푸리에 과정을 이용하여 보간된 스펙트럼으로부터 정상 굴절빔과 비정상 굴절빔에 대한 간섭무늬로 구분해내는 간섭무늬 구분단계;를 더 포함하는 간섭무늬 측정을 이용한 열광학 계수 측정방법.
- 제 33항, 제 34항, 제 38항, 제 39항, 제 43항, 제 44항, 제 48항 및 제 49 항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독이 가능한 매체.
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