KR20110044504A - Uniform grating structure for a superposition amplification light - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 중첩 보강된 광을 위한 균일 격자체 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광원의 광을 균일 격자체에 의해 광량 변화 없이 중첩 보강하는 균일 격자체 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a uniform lattice structure for superimposed reinforced light, and more particularly, to a uniform lattice structure for superimposing and reinforcing light of a light source without changing the amount of light by the uniform lattice.
일반적으로, 광증폭이라 함은 광신호를 증폭할 때 빛을 유도 방사에 의해서 직접 증폭하는 방법을 사용하는 것을 말한다.In general, optical amplification refers to a method of directly amplifying light by induced radiation when amplifying an optical signal.
이러한 광증폭은 구조가 복잡한 광증폭기 등에 의해 수행되는바, 그러나 간단한 구조에 의해 실현 가능하면서 강도는 세지지만 광량은 변함없도록 광 증폭의 실현이 대두하고 있는 실정이다. 기존의 회절격자(Diffraction Grating)는 브레이즈 각(Blaze angle)을 줌으로써 광을 분광시키는 분광기(spectrometer)에 주로 사용되어 왔다. 본 기술에서는 회절격자의 원리를 이용한 균일 격자체 (Uniform Grating)를 고안하여 광을 중첩 보강할 수 있는 구조체에 대한 것이다.Such optical amplification is performed by an optical amplifier having a complicated structure. However, the optical amplification is emerging to be realized by a simple structure and the intensity is high but the amount of light remains unchanged. Conventional diffraction gratings have been mainly used in spectrometers that spectroscopic light by giving a blaze angle . In the present technology, a uniform grating using the principle of a diffraction grating is devised and a structure capable of overlapping and reinforcing light.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 균일 격자체에 의한 보강간섭에 의해 입사광의 강도를 증폭시켜 증폭된 균일한 반사광을 일정한 방향으로 유지 및 조사 가능할 수 있게 하고 균일 격자체의 회절에 의한 광의 확산 효과를 주는 균일 격자체 구조를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to amplify the intensity of incident light by constructive interference by a uniform lattice body so that the amplified uniform reflected light can be maintained and irradiated in a constant direction and uniformly It is to provide a uniform lattice structure that gives a diffusing effect of light by diffraction of the lattice.
일반적으로 물리학에서는 단파장에 대한 보강간섭과 회절에 대한 원리를 기본이론으로 설명하고 있다. 그러나 현실에서의 빛은 다 파장으로 이루어져 설명에 있어서는 단파장의 이론만으로 설명될 수 없다고 말할 수도 있겠지만, 다파장은 결국 단 파장들이 모여 이루어진 형태이므로 다파장의 간섭과 회절상에 대한 이론적인 설명에 이러한 단파장의 간섭과 회절에 대한 기본원리에 근거를 두고 해석할 수 있다. 즉 단파장의 간섭과 회절현상을 활용하여 실제 나타나는 다파장 빛의 현상과 그 이론적인 상호작용도 설명이 가능한 것이다. 그러하여 본 발명에서는 이러한 이론적 배경 설명에 근거를 두고 실제 다 파장의 빛을 증폭하고 회절시킬 수 있는 균일 격자체를 고안하여 중첩 보강광을 위한 구조체를 제안하였다. 여기서의 균일 격자체는 이미 분광에서 활용되고 있는 회절격자의 원리를 적용하여 고안한 것이다.In general, physics explains the principle of constructive interference and diffraction for short wavelengths as basic theory. However, light in reality is but also consists of a wavelength to say can not be explained solely on the short wavelength theory in the description, the wavelength in the end such a short wavelength in the theoretical description of the stage so wavelength gathered made form the interference and diffraction image of the wavelength Can be interpreted on the basis of the fundamental principles of interference and diffraction. In other words, it is possible to explain the phenomenon of multi-wavelength light and its theoretical interaction using short-wave interference and diffraction. Therefore, in the present invention, based on the theoretical background description, the structure for the superposition reinforcement light was proposed by devising a uniform lattice to amplify and diffract the light of the actual wavelength. The uniform lattice here is designed by applying the principle of the diffraction grating already used in spectroscopy.
또한, 균일 격자체의 구조를 달리하여 일반 조명등뿐 아니라 고강도의 광을 출사하는 각종 등(lights) 및 특수용 광(레이저 광) 등에 접목시킬 수 있게 한 중첩 보강 광을 위한 균일 격자체 구조를 제공함에 있다.In addition, by providing a uniform lattice structure for superimposed reinforcement light, the structure of the uniform lattice can be applied to not only general lighting but also various lights emitting high intensity light and special light (laser light). have.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 1차 광으로부터 균일 격자체(Uniform Grating)를 통해 반사(Reflection) 및 회절(Diffraction)된 2차 광들이 상호 중첩되어 경로차에 의해 광 파장이 보강간섭 됨에 따라 광 강도의 증폭 및 균일 격사체에 의한 회절에 의해 상기 2차 광들이 확산되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the secondary light that is reflected (reflected) and diffraction (Diffraction) from the primary light through the uniform grating (Uniform Grating) overlap each other, so that the interference of the light wavelength due to the path difference As a result, the secondary lights are diffused by amplification of light intensity and diffraction by a uniform grid.
또한, 본 발명에서는, 상기 1차 광을 제공하기 위한 광원 소스인 1차 광원부; 및 상기 1차 광원부의 1차 광이 투과 및 반사되어 보강간섭에 의해 증폭된 균질한(Homogeneous) 반사광인 2차 광을 출사시키는 균일 격자체인 2차 광원부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention, the primary light source unit which is a light source source for providing the primary light; And a secondary light source unit which is a uniform lattice body that emits secondary light, which is a homogeneous reflected light amplified by constructive interference by transmitting and reflecting primary light of the primary light source unit.
또한, 본 발명에서의 상기 2차 광원부는 격자 플레이트; 및 상기 격자 플레이트의 수평면에 대해 설정 반사각을 갖는 돌출부 또는 설정 간격을 갖는 홀 또는 돌출부 및 홀이 혼합된 혼합 형태 중 선택되는 어느 하나로 구비되는 격자체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the secondary light source unit in the present invention; And a grid provided with any one selected from a protrusion having a set reflection angle or a hole having a set reflection angle with respect to a horizontal plane of the grid plate, or a mixed form in which the protrusion and the hole are mixed.
또한, 본 발명에서의 상기 격자체는 1차 광 파장의 정수 배에 해당하는 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the grating body in the present invention is characterized in that formed at intervals corresponding to integer multiples of the primary light wavelength.
또한, 본 발명에서의 상기 격자체의 간격은 0.1㎛~10mm 범위 내에 형성되는 것을 특징으로 한다.Moreover, the space | interval of the said grating body in this invention is characterized by being formed in 0.1 micrometer-10 mm.
또한, 본 발명에서의 상기 2차 광원부는, 상기 격자 플레이트가 구면판 형태로 구비되어 전방에서 1차 광이 조사되도록 구면판 표면에 반사체가 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the secondary light source in the present invention, the grating plate is provided in the form of a spherical plate, characterized in that the reflector is disposed on the surface of the spherical plate so that the primary light is irradiated from the front.
또한, 본 발명에서의 상기 2차 광원부는, 상기 격자 플레이트가 원뿔 형태로 구비되어 전방에서 1차 광이 조사되도록 원뿔 내주면에 반사체가 동심을 갖도록 연속 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the secondary light source unit in the present invention is characterized in that the grating plate is provided in a conical shape is continuously arranged so that the reflector is concentric on the inner peripheral surface of the cone so that the primary light is irradiated from the front.
또한, 본 발명에서의 상기 2차 광원부는, 평판 형태로 구비되는 상기 격자 플레이트의 대향되는 양단에 절곡부가 형성되고, 상기 절곡부의 내벽에서 평판 표면에 배치된 반사체로 1차 광을 조사하는 것을 특징으로 한다.In addition, the secondary light source in the present invention, the bent portion is formed on opposite ends of the grating plate provided in the form of a flat plate, characterized in that to irradiate the primary light to the reflector disposed on the surface of the flat plate from the inner wall of the bent portion It is done.
또한, 본 발명에서의 상기 제1 광원부는 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD)를 포함한 집광 광원인 것을 특징으로 한다.In addition, the first light source unit in the present invention is characterized in that the light source including a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD).
이와 같은 본 발명의 균일 격자체 구조는, 본 발명에 따르면, 균일 격자체에 의한 보강간섭에 의해 입사광의 강도를 증폭시켜 증폭된 균일한 반사광을 일정한 방향으로 유지 및 조사 가능할 수 있게 하면서 균일 격자체의 회절에 의한 광의 확산 효과도 있어 균일 격자체의 구조를 달리하여 일반 조명등뿐 아니라 고강도의 광을 출사하는 각종 등(lights) 및 특수용 광(레이저 광) 등에 접목시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the uniform lattice structure according to the present invention can amplify the intensity of incident light by constructive interference by the uniform lattice, thereby making it possible to maintain and irradiate the amplified uniform reflected light in a constant direction. There is also a diffusing effect of light by diffraction, so that the structure of the uniform lattice body can be applied to various lights for emitting high intensity light and special light (laser light) as well as general lighting.
이하, 본 발명의 균일 격자체 구조를 첨부도면을 참조하여 실시 예들을 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
< 실시 예 1 ><Example 1>
본 실시 예에 따른 균일 격자체에 의한 광증폭 구조체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 1차 광으로부터 균일 격자체(Uniform Grating)를 통해 반사(Reflection) 및 회절(Diffraction)된 2차 광들이 상호 중첩되어 경로차에 의해 광 파장이 보강 간섭 됨에 따라 광 강도가 증폭되면서 균일 격자체에 의한 회절에 의해 확산되는 것을 요지로 하며, 1차 광원부(110) 및 2차 광원부(120)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the
1차 광원부(110)는 1차 광을 2차 광원부(120)로 제공하기 위한 광원 소스로, 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드(LD) 등을 포함하며, 집광 광원이면 어느 것이던 변경 적용이 가능하다.The primary light source unit 110 is a light source source for providing the primary light to the secondary
2차 광원부(120)는 1차 광원부(110)의 1차 광이 투과 및 반사되어 보강간섭에 의해 증폭된 균질한(Homogeneous) 반사광인 2차 광을 출사시키는 균일 격자체이다.The secondary
여기서, 2차 광원부(120)는 1차 광원부(110)의 1차 광을 반사(Reflection) 및 회절(diffraction)시키는 균일 격자체(Uniform Grating)로, 격자 플레이트(122) 및 반사체(124)를 포함하며, 격자 플레이트(122)는 그 상면에 반사체(124)가 다수 구비된다.Here, the secondary
반사체(124)는 다중 반사체로, 격자 플레이트(122)의 수평면에 대해 설정 반사각을 갖는 돌출부(124a) 또는 설정 간격을 갖는 홀(124b) 또는 돌출부(124a) 및 홀(124b)이 혼합된 혼합 형태 중 선택되는 어느 하나로 구비된다.The reflector 124 is a multi-reflector, a mixture of a
이때, 반사체(124)가 홀(124b)인 경우를 예시하며, 이는 격자 플레이트(122)상에 설정 간격으로 슬릿(Slit) 형태로 형성된다. 여기서, 1차 광원부(110)는 반사체(124)의 후방에 각각 설치되는 것이 바람직하다.In this case, a case in which the reflector 124 is the
이때, 1차 광원부(110)의 광이 균일 격자체(Grating reflector)인 2차 광원부(120)를 통해 밝은 띠의 위치(경로차)에 따라 두 파동의 마루와 마루 또는 골과 골이 중첩되어 합성파의 진폭이 최대로 되도록 다 파장의 빛에 대한 간섭과 회절현 상을 물리학의 단파장에 대한 기본원리에 근거를 두고 다음과 같은 보강간섭(constructive interference)이 일어나는 조건은 수학식 1과 같다.At this time, the light of the primary light source unit 110 overlaps the floor and the floor or the valleys and valleys of the two waves according to the position (path difference) of the bright band through the secondary
여기서, d는 격자[홀(124b)] 간격이고, θ는 회절각이고, m은 -2, -1, 0, 1, 2..등 정수이며, λ는 빛의 파장이다.Where d is a lattice (
특히, 반사체(126)인 홀(124b)의 간격이 1차 광 파장의 정수 배에 해당하는 0.1㎛ 이상∼ 10mm 이하로 형성되는 조건을 만족하면, 이웃한 격자점에서 나온 광들의 위상차로 인해 서로 보강간섭하게 되므로 균일 격자체에 의해 형성된 2차 광들이 중첩하여 증폭하게 된다. 또한 격자의 홀(124b) 간격을 가능한 작게 조절함으로써 2차광의 회절현상을 효과적으로 나타나게 하여 빛의 확산 및 중첩 효과를 증대시킬 수 있다. In particular, when the distance between the
다음으로, 1차 광원부(110)의 광이 균일 격자체인 2차 광원부(120)를 통해 밝은 띠의 폭에 따라 보강간섭이 일어나는 조건은 수학식 2와 같다.Next, the condition that the constructive interference occurs according to the width of the bright band through the secondary
결국, 2차 광원부(120)에 의한 회전격자의 광 특성은 홀(124b) 격자간격(d)이 작을수록 폭이 넓어져 중첩부분이 커지며 이에 보다 밝은 광의 특성을 나타낸다.As a result, the optical characteristics of the rotational grating by the secondary
이렇게, 2차 광원부(120)의 홀(124b)을 통한 이웃한 반사광들은 보강 간섭을 지속적으로 유지됨으로써 균질한 광을 형성하므로 연합된 2차 광에 의해 그 강도가 수학식 3과 같이 1차 광의 4배 정도로 증폭되며 일정한 방향으로 출사된다. 나아가서는, 2차 광은 그 강도가 1차 광에 비해 향상되지만 전체적인 광량은 변하지 않는다.In this way, the neighboring reflected light through the
이때, I는 증폭된 광 세기이고, I0는 최초의 광 세기이다.Where I is the amplified light intensity and I 0 is the initial light intensity.
결국, 2차 광원부(120)가 반사체(126)가 돌출부(124a) 및 홀(124b)이 혼합된 혼합 형태인 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 격자 플레이트(122) 표면에 한 변을 제외한 나머지 변들을 부분 절개한 후 상방으로 절곡시켜 형성되는 것으로, 본 실시 예에서는 4각 형상으로 형성됨을 예시한다. 특히, 돌출부(124a) 형성시 격자 플레이트(122)를 절개하므로 절개 과정에서 홀(124b)이 동시 형성된다. 나아가서는 홀(124b) 사이즈가 돌출부(124a)의 사이즈와 동일하므로 홀(124b)의 미세 면적을 요구할 경우 돌출부(124a)를 별도의 부재로 연장시킬 수 있다.As a result, when the secondary
여기서, 1차 광원부(110)는 1차 광원이 홀(124b)을 통해 경사진 돌출부(124a)에 조사될 수 있도록 2차 광원부(120)의 후방에 설치되면서 경사진 조사 방향을 선택한다.Here, the primary light source unit 110 selects the inclined irradiation direction while being installed behind the secondary
여기서, 홀(124b) 사이즈를 미세화할 경우 돌출부(124a) 및 홀(124b)의 간격 이 1차 광 파장의 정수 배에 해당하는 0.1㎛~10mm 범위 내에 형성되는 조건을 만족하면, 이웃한 격자의 대응점에서 나온 광의 위상차가 서로 보강 간섭되게 유지하여 광파가 서로 중첩하여 보강 간섭됨으로써 간섭파들의 진폭이 증폭되는 광이 된다.Here, when the size of the
결국, 1차 광원부(110)의 1차 광원이 홀(124b) 및 돌출부(124a)를 포함하는 균일 격자체에 의해 평행한 3개의 광로(도 1 참조시)가 증폭이 된 균질한 광인 2차 광을 출사되는 것으로, 분광에 따른 스팩트럼과 차이가 있으며 격자 반사판을 이용하여 광을 분리하는(분광) 일반적인 원리를 적용하지 않고 반사된 광들의 광로를 일정하게 유지하여 보강간섭의 광로차 조건을 만들어 증폭되는 광을 만드는 것이다.As a result, the secondary light source of the primary light source unit 110 is a homogeneous light in which three parallel optical paths (see FIG. 1) are amplified by a uniform lattice including a
< 실시 예 2 ><Example 2>
본 실시 예에서의 균일 격자체에 의한 광증폭 구조체(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 1차 광원부(210) 및 2차 광원부(220)를 포함하며, 1차 광원부(210)는 앞선 실시 예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.As shown in FIG. 2, the
2차 광원부(220)는 격자 플레이트(222)가 구면판 형태로 구비되어 전방에서 1차 광이 조사되도록 전방에 1차 광원부(210)가 설치되며, 도면에는 도시하지 않았지만 구면판 표면에 반사체인 돌출부가 설정 간격으로 이웃 또는 이격 배치 되거나 평평한 반사체로 형성된다. 이때, 본 실시 예에서는 평평한 반사체로 예시하다.The secondary
이때, 본 실시 예에서는 평평한 반사체(226)는 구비되어, 오목한 형태의 구면판인 격자 플레이트(222)의 표면에 1차 광원부(210)의 광이 반사되는 것이다.At this time, in the present embodiment, the flat reflector 226 is provided, and the light of the primary
< 실시 예 3 ><Example 3>
본 실시 예에서의 균일 격자체에 의한 광증폭 구조체(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 1차 광원부(310) 및 2차 광원부(320)를 포함하며, 1차 광원부(310)는 앞선 실시 예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다. 이때, 1차 광원부(310)는 원뿔 형태의 격자 플레이트(322) 내주면 상단 테두리에 방사상으로 설치되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, the
2차 광원부(320)는 격자 플레이트(322)가 원뿔 형태로 구비되어 전방에서 1차 광이 조사되도록 원뿔 내주면에 반사체(326)가 동심을 갖도록 연속 배치되며, 본 실시 예에서의 반사체(326)가 돌출부(324a)이다.The secondary
특히, 2차 광원부(320)가 원뿔 형태로 구비되어 집광에 따른 자동차 전조등, 공장등, 항만등, 서치라이트(search-light) 및 고출력 플래시(flash) 등에 응용할 수 있다.In particular, the secondary
< 실시 예 4 ><Example 4>
본 실시 예에서의 균일 격자체에 의한 광증폭 구조체(400)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 1차 광원부(410) 및 2차 광원부(420)를 포함하며, 1차 광원부(410)는 앞선 실시 예의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.The
2차 광원부(420)는 평판 형태로 구비되는 격자 플레이트(422)의 대향되는 양단에 절곡부(424)가 각각 형성되고, 이 절곡부(424)의 내벽에 반사체(626)인 돌출부(424a)로 1차 광원을 조사하도록 1차 광원부(410)가 양단 중심부를 기준으로 양 단 중심부의 양측이 격자 플레이트(422)의 중심을 향해 기울어진 상태로 배치된다.The secondary
즉, 격자 플레이트(422)의 양단에 외측 방향으로 경사지고 내측 방향으로 재차 경사진 절곡부(424) 중 내측 방향으로 경사진 내벽에 돌출부(424a) 방향으로 광을 조사하는 1차 광원부(410)가 중심부와 외곽이 광의 조사 각도가 상이한 상태로 구비된다.That is, the primary
이때, 1차 광원부(410)는 양측 절곡부(424)의 중심부에 돌출부(424a)와 평행하게 일부 배치되고, 양측 절곡부(424)의 중심부 양단에 중심부에서 돌출부(424a)의 중심 방향으로 각각 경사지게 설치된다.In this case, the primary
특히, 2차 광원부(420)가 일부가 평판이면서 평판인 양단에 절곡부(424)가 각각 형성되고 절곡부(424)의 내면에 중심부와 외곽에 설치된 1차 광원부(410)에 의해 돌출부(424a)에 직접 반사되거나 절곡부(424)에 반사되고 재차 돌출부(424a)에 반사되므로 1차 광의 손실을 최소화할 수 있으며, 보안등, 가로등 터널등 등에 응용할 수 있다.Particularly, the
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiment of the present invention, the scope of protection of the present invention is not limited to the above embodiment, and those skilled in the art of the present invention It will be understood that various modifications and changes can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 균일 격자체 구조를 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating a uniform lattice structure according to an embodiment of the present invention.
도 2은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 균일 격자체 구조를 도시한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a uniform grid structure according to another embodiment of the present invention.
도 3는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 균일 격자체 구조를 도시한 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a uniform grid structure according to another embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 균일 격자체 구조를 도시한 정면도 및 평면도이다.4A and 4B are front and plan views illustrating a uniform grid structure according to still another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
110, 210, 310, 410: 1차 광원부110, 210, 310, 410: primary light source
120, 220, 320, 420: 2차 광원부120, 220, 320, 420: secondary light source
122, 222, 322, 422: 격자 플레이트122, 222, 322, 422: grid plate
124b: 홀124b: hall
324a: 돌출부324a: protrusion
Claims (9)
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-
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- 2009-10-23 KR KR1020090101216A patent/KR101099387B1/en active IP Right Grant
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