KR20110005379A - 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템 및 이를 이용한 축 결정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템 및 이를 이용한 축 결정 방법에 관한 것으로, 상기 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템은, 광섬유의 축 방향에 경사진 방향으로 빛을 입사시키는 광원, 상기 광원의 빛이 투과되고, 비원형 대칭으로 배열된 복수의 홀을 포함하는 광섬유 및 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여 상기 광섬유의 광학적 축을 결정하는 분석기를 포함한다.
광자결정 광섬유, 복굴절 축, 대칭축
Description
본 발명은 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템 및 이를 이용한 축 결정 방법에 관한 것으로, 광자결정 광섬유의 측면에서 복수의 홀을 포함하는 광섬유에 빛을 투과시켜 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴을 분석함으로써 복굴절 및 대칭축을 결정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반 광섬유 중 편광 유지 광섬유에서 그 편광 방향의 고유 축을 찾는 방법으로, 측면 조사법이 이용된다. 이는 측면에서 조사되어, 광섬유 내의 스트레스 멤버(stress member)에 의하여 굴절된 빛의 산란 패턴을 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기 방식과 다르게, 광자결정 광섬유는 여러 개의 공기 구멍 층을 클래딩(cladding) 영역에 포함하고 있으므로, 상기 광섬유의 측면에서 조사된 빛은 이보다 복잡한 구조를 지나게 된다. 광자결정 광섬유의 광섬유 접합(splicing) 및 광섬유 측면 연마(optical fiber side polishing)를 이용한 광소자 및 센서 제작 시 접합 및 가공 부분에서 복굴절 및 대칭축을 결정해야 하는 경우가 많다. 현재까지는 이와 관련된 구체적인 방법이 제시된 바 없어 광섬유의 축 정렬에 많은 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 것으로, 비파괴(non-destructive) 및 비접촉(non-contacting) 방식으로 광자 결정 광섬유의 복굴절 축 및 대칭축을 결정할 수 있는 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템 및 이를 이용한 축 결정 방법을 제공하고자 한다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시 예와 관련된 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템은, 광섬유의 축 방향에 경사진 방향으로 빛을 입사시키는 광원, 상기 광원의 빛이 투과되고, 비원형 대칭으로 배열된 복수의 홀을 포함하는 광섬유 및 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여 상기 광섬유의 광학적 축을 결정하는 분석기를 포함한다.
또한, 상기 복수의 홀은 중심에 인접한 제 1 홀군 및 상기 제 1 홀군보다 지름이 작은 제 2 홀군을 포함하고, 상기 분석기는 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여, 상기 광섬유의 복굴절 축을 결정한다.
또한, 상기 복수의 홀은 육각 구조 또는 사각 구조로 배열되고, 상기 분석기는 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여, 상기 광섬유의 대칭축을 결정한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예와 관련된 광자결정 광섬유의 축 결정 방법은, 광섬유의 축 방향에 경사진 방향으로 빛이 입사되는 단계, 상기 입사된 빛이 비원형 대칭으로 배열된 복수의 홀을 포함하는 광섬유를 투과하는 단계 및 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여 상기 광섬유의 광학적 축을 결정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 복수의 홀은 중심에 인접한 제 1 홀군 및 상기 제 1 홀군보다 지름이 작은 제 2 홀을 포함하고, 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 분석하여 상기 광섬유의 복굴절 축을 결정한다.
또한, 상기 복수의 홀은 육각 구조 또는 사각 구조로 배열되고, 상기 분석기는 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여, 상기 광섬유의 대칭축을 결정한다.
본 발명의 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템은, 비파괴 및 비접촉 방식으로 광자 결정 광섬유의 복굴절 축 및 대칭축을 결정할 수 있는 이점이 있다.
따라서, 상기 광자 결정 광섬유 축 결정 시스템은 광섬유 접합 기술 및 측면 연마를 이용한 광 결합기 등의 광소자 또는 물질의 농도 측정 등의 광 센서의 제작에 광자결정 광섬유의 축을 정렬하는 기술로 이용될 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능이나 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있을 경우에는 이를 생략한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템에 관한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 상기 광자결정 광섬유 축 결정 시스템(100)은 광원(110), 광섬유(120) 및 분석기(130)를 포함한다.
상기 광원(110)은 광섬유(120) 측면으로 빛을 입사시킨다. 상기 광원(110)은 상기 빛을 광섬유(120)의 축(ℓ) 방향에 경사진 방향으로 입사시키기 위하여, 상기 광섬유(120)를 포함하는 평면에서 광섬유(120) 축(ℓ)의 방향과 10도 이상 170도 이하로 광을 입사시킬 수 있다. 상기 광원(110)은 헬륨-네온(He-Ne) 레이저와 같은 결맞음(coherent)의 빛을 입사시킬 수 있다. 상기 빛은 렌즈를 통하여 광섬유(120)에 바로 입사되거나, 다른 광섬유를 이용하여 입사시킬 수 있다. 상기 광원(110)은 상기 빛을 광섬유(120)의 측면을 통해, 광섬유(120)의 중심을 지나도록 입사시킬 수 있다. 상기 빛이 광섬유(120)의 중심을 지나도록 함으로써, 복굴절 축 및 대칭축 결정에 유리해질 수 있다. 상기 광섬유(120)를 투과한 빛은 서로 간섭하며, 상기 간섭에 의한 간섭 패턴이 광섬유(120)를 포함한 평면에 수직 방향으로 분포한다.
상기 광원(110)으로부터 입사되는 빛의 파장은 200㎚ 이상 2㎛이하의 파장인 결맞음(coherent)의 빛으로 구성될 수 있다.
상기 광섬유(120)는 상기 광원(110)의 빛이 투과되고, 비원형 대칭(non-circular symmetry)인 복수의 홀을 포함한다. 상기 광섬유(120)는 6 중첩 회전 대칭성(6-fold rotational symmertry)을 가질 수 있고, 투과되는 빛을 전반사 진행(index guiding) 시킨다. 복굴절 축(optical birefringent axes)을 결정하기 위한 광자결정 광섬유 축 결정 시스템의 경우, 상기 광섬유(120)는 중심에 인접한 제 1홀군 및 상기 제 1 홀군보다 지름이 작은 제 2 홀군을 포함한다. 상기 제 1홀군에 포함되는 홀(121a, 121b)은 상기 제 2 홀군에 포함되는 타 홀(예를 들어,122)보다 지름이 크고, 거울 대칭(mirror symmetry)적으로 배열된다. 상기 제 1 홀군에 포함되는 홀은 광섬유(120) 또는 광원(110)의 회전에 따라서, 입사되는 빛의 방향에 평행하게 배열되거나, 수직으로 배열될 수 있다. 또한, 대칭축(symmetric axes)을 결정하기 위한 광자결정 광섬유 축 결정 시스템의 경우, 상기 광섬유(120)에 포함되는 복수의 홀은 육각 구조(hexagonal structure) 또는 사각 구조로 배열된다. 상기 육각 구조 또는 사각 구조의 꼭지점은 광섬유(120) 또는 광원(110)의 회전에 따라서, 입사되는 빛의 방향에 평행하게 배열되거나, 수직으로 배열될 수 있다.
상기 광섬유(120)의 복수의 홀은 지름 크기 및 홀 사이의 간격은 0.1㎛ 이상 500㎛ 이하의 값으로 구성될 수 있다.
상기 분석기(130)는 상기 광원(110) 또는 광섬유(120)를 회전시켜, 상기 광섬유(120)를 투과한 빛의 간섭(interference) 패턴 또는 산란(diffusion) 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하고, 상기 측정 결과를 분석하여, 상기 광섬유(120)의 광학적 축을 결정한다. 상기 광학적 축에는 복굴절 축 또는 대칭축이 포함될 수 있다. 상기 광섬유(120)를 투과하는 광원(110)의 빛은 서로 결맞고, 상기 간섭 패턴은 광자 결정 광섬유(120)를 포함하는 평면에 수직방향으로 분포하게 된다. 상기 분석기(130)는 상기 간섭 패턴의 세기와 간격을 분석함으로써 복굴절 축 및 대칭축 방향을 결정할 수 있다.
구체적으로, 상기 분석기(130)는 중심에 인접한 제 1 홀군 및 상기 제 1 홀군 보다 지름이 작은 제 2 홀군을 포함하는 광섬유(120)를 이용하여, 상기 광섬유(120)의 복굴절 축을 결정할 수 있다. 구체적으로, 상기 광섬유(120)는 제 1홀군으로서 중심에 인접한 거울 대칭적인 두 개 또는 네 개의 큰 홀을 가질 수 있다. 따라서, 상기 광섬유(120)에 입사되어 투과된 빛의 간섭 패턴은 광섬유(120) 또는 광원(110)의 180도 회전마다 반복적인 패턴을 보이게 되고, 대칭성 관계에 의해서 광섬유(120) 또는 광원(110)의 30도 회전마다 특정 간섭 패턴을 보이게 된다. 그 결과, 상기 분석기(130)는 상기 간섭 패턴의 공간적 위치 관계를 분석하여 광자결정 광섬유의 복굴절 축을 결정할 수 있다.
또한, 상기 분석기(130)는 육각 구조 또는 사각 구조로 배열되는 복수의 홀을 포함하는 광섬유(120)를 이용하여, 상기 광섬유(120)의 대칭축을 결정할 수 있다. 즉, 상기 광섬유(120)는 육각 구조에 해당하는 비원형 대칭인 복수의 홀을 가 짐에 따라 회전 대칭성과 두 종류의 거울 대칭성을 가지게 되므로, 광섬유(120) 또는 광원(110)의 60도 회전마다 두 가지의 특정 간섭 패턴을 보이게 된다. 그 결과, 상기 분석기(130)는 상기 두 가지의 특정 간섭 패턴을 분석하여 대칭축을 결정할 수 있다.
또한, 상기 분석기(130)는 상기 광섬유(120) 후방향으로 1ｍ 범위 이내 및 상방향 또는 하방향으로 1ｍ 범위 이내에서 상기 광섬유(120)를 투과하는 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴을 분석할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템을 이용한 복굴절 축에 따른 제 1 간섭 패턴 변화를 도시한 그림이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템에서 광원 또는 광섬유의 회전에 따라, 광섬유(210) 상의 제 1 군에 포함되는 지름이 큰 홀(211, 212)이 입사되는 빛과 수직한 방향으로 배열될 수 있다. 상기와 같은 방향으로 광섬유(210)가 배열되는 경우의 대칭축에 따른 간섭 패턴을 살펴보면, 홀 영역을 투과하는 빛은 대부분 산란되어 크기가 작게 관찰되고, 광섬유 중심에 간섭 패턴이 보이지 않게 된다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템을 이용한 복굴절 축에 따른 제 2 간섭 패턴 변화를 도시한 그림이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템에서 광원 또는 광섬유의 회전에 따라, 광섬유(210) 상의 제 1 군에 포함되 는 지름이 큰 홀(211, 212)이 입사되는 빛과 수평한 방향으로 배열될 수 있다. 상기와 같은 방향으로 광섬유(210)가 배열되는 경우의 대칭축에 따른 간섭 패턴을 살펴보면, 홀 영역을 투과하는 빛의 상당 부분에 대해 광 경로가 확보되어 비교적 적은 산란으로 크기가 크게 관찰되고, 광섬유 중심으로 강한 빛의 분포를 보이게 된다.
계속해서 광원 또는 광섬유의 회전에 따라 상기와 다른 방향에서 입사한 빛의 경우. 간섭 무늬 패턴은 광섬유의 중심을 기준으로 비대칭적으로 나타나게 된다. 상기 비대칭성은 간섭 무늬 측정의 위치를 전후로 변화시켰을 때 더욱 선명하게 관찰될 수 있다. 상기 간섭 패턴 및 산란 패턴을 분석하여 복굴절 축의 방향을 결정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템을 이용한 대칭축에 따른 제 1 간섭 패턴 변화를 도시한 그림이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템에서 광원 또는 광섬유의 회전에 따라, 광원의 빛이 육각 구조로 배열된 홀 형태에서 임의의 꼭지점 방향의 홀(221)로 입사되도록 광섬유(220)가 배열될 수 있다. 상기와 같은 방향으로 광섬유(220)가 배열되는 경우의 대칭축에 따른 간섭 패턴을 살펴보면, 상기 광섬유 중심 위치에서 세기가 큰 간섭 패턴이 관측된다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템을 이용한 대칭축에 따른 제 2 간섭 패턴 변화를 도시한 그림이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템에서 광원 또는 광섬유의 회전에 따라, 광원의 빛이 육각 구조로 배열된 홀 형태에서 임의의 면 방향으로 입사되도록 광섬유(220)가 배열될 수 있다. 상기와 같이 입사되는 빛이 육각 구조의 면 방향으로 입사되는 경우 광섬유(220)의 대칭축에 따른 간섭 패턴을 살펴보면, 산란으로 인하여 상기 광섬유 중심 위치에서 간섭 패턴을 관측하기 어렵다.
상기와 같은 방식으로 간섭 패턴 및 산란 패턴을 분석하여 대칭축의 방향을 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예와 관련된 광자결정 광섬유의 축 결정 방법은, 광섬유의 축 방향에 경사진 방향으로 빛이 입사되는 단계, 상기 입사된 빛이 비원형 대칭으로 배열된 복수의 홀을 포함하는 광섬유를 투과하는 단계 및 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여 상기 광섬유의 광학적 축을 결정하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 복수의 홀은 중심에 인접한 제 1 홀군 및 상기 제 1 홀군보다 지름이 작은 제 2 홀군을 포함하고, 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여 상기 광섬유의 복굴절 축을 결정할 수 있다. 또한, 상기 복수의 홀은 육각 구조 또는 사각 구조로 배열되고, 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여, 상기 광섬유의 대칭축을 결정할 수 있다.
이상 본 발명의 특정 실시 예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상은 첨부된 도면과 상기한 설명 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허 청구 범위에 속한다고 볼 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템에 관한 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템을 이용한 복굴절 축에 따른 제 1 간섭 패턴 변화를 도시한 그림.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템을 이용한 복굴절 축에 따른 제 2 간섭 패턴 변화를 도시한 그림.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템을 이용한 대칭축에 따른 제 1 간섭 패턴 변화를 도시한 그림.
도 5는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 광자결정 광섬유 축 결정 시스템을 이용한 대칭축에 따른 제 2 간섭 패턴 변화를 도시한 그림.
Claims (11)
- 광섬유의 축 방향에 경사진 방향으로 빛을 입사시키는 광원;상기 광원의 빛이 투과되고, 비원형 대칭으로 배열된 복수의 홀을 포함하는 광섬유; 및상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여 상기 광섬유의 광학적 축을 결정하는 분석기를 포함하는 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수의 홀은 중심에 인접한 제 1 홀군 및 상기 제 1 홀군보다 지름이 작은 제 2 홀군을 포함하고,상기 분석기는 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여, 상기 광섬유의 복굴절 축을 결정하는 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수의 홀은 육각 구조 또는 사각 구조로 배열되고,상기 분석기는 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여, 상기 광섬유의 대칭축을 결정하는 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수의 홀의 지름은 0.1㎛ 이상 500㎛ 이하의 값인 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수의 홀 사이의 간격은 0.1㎛ 이상 500㎛ 이하의 값인 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 광원으로부터 입사되는 빛의 파장은 200㎚ 이상 2㎛이하인 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 광원으로부터 입사되는 빛은 상기 광섬유의 축 방향에 대해 10도 내지 170도의 각도로 입사되는 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유 축 결정 시스템.
- 제 1 항에 있어서,상기 분석기는 광섬유 후방향으로 1ｍ 범위 이내 및 상방향 또는 하방향으로 1ｍ 범위 이내에서 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴을 측정하는 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유 축 결정 시스템.
- 광섬유의 축 방향에 경사진 방향으로 빛이 입사되는 단계;상기 입사된 빛이 비원형 대칭으로 배열된 복수의 홀을 포함하는 광섬유를 투과하는 단계; 및상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여 상기 광섬유의 광학적 축을 결정하는 단계를 포함하는 광자결정 광섬유의 축 결정 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 복수의 홀은 중심에 인접한 제 1 홀군 및 상기 제 1 홀군보다 지름이 작은 제 2 홀군을 포함하고,상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여 상기 광섬유의 복굴절 축을 결정하는 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유의 축 결정 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 복수의 홀은 육각 구조 또는 사각 구조로 배열되고,상기 분석기는 상기 광섬유를 투과한 빛의 간섭 패턴 또는 산란 패턴의 공간적인 세기 변화를 측정하여, 상기 광섬유의 대칭축을 결정하는 것을 특징으로 하는 광자결정 광섬유의 축 결정 방법.
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| KR1020090062886A KR101056409B1 (ko) | 2009-07-10 | 2009-07-10 | 광자결정 광섬유의 축 결정 시스템 및 이를 이용한 축 결정 방법 |
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2009
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