KR20150045534A - 타임 도메인 테라헤르츠 시스템에 연결된 섬유 광의 타이밍 에러를 유발하는 섬유 신장을 감소시키는 시스템 및 그 방법 - Google Patents

타임 도메인 테라헤르츠 시스템에 연결된 섬유 광의 타이밍 에러를 유발하는 섬유 신장을 감소시키는 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

광학섬유의 신장에 대한 영향을 감소시키는 시스템은 광학신호를 출력하는 광학제어소스와, 상기 광학소스에 광학적으로 연결된 테라헤르츠 송신기와 수신기, 및 상기 테라헤르츠 수신기가 광학신호에 의해 테라헤르츠 송신기에 동조되도록 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기 모두에 광학신호를 보내는 수단을 포함한다. 상기 수단은 테라헤르츠 송신기 또는 테라헤르츠 수신기에 보내진 광학신호를 가진 섬유의 신장을 막거나 또는 테라헤르츠 수신기가 광학신호에 의해 테라헤르츠 송신기에 계속하여 동조될 수 있게 광학섬유의 신장을 허용한다.

Description

타임 도메인 테라헤르츠 시스템에 연결된 섬유 광의 타이밍 에러를 유발하는 섬유 신장을 감소시키는 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD REDUCING FIBER STRETCH INDUCED TIMING ERRORS IN FIBER OPTIC COUPLED TIME DOMAIN TERAHERTZ SYSTEMS}
본 발명은 테라헤르츠 발생 시스템(terahertz generation systems), 특히 펌프-탐침 구조(pump-probe configuration)를 가진 테라헤르츠 발생 시스템에 관한 것이다.
타임-도메인 테라헤르츠 발생 시스템은 300펨토초(femtosecond) 미만 지속하는 레이저 펄스에 의해 트리거 되어 파워를 갖게 되는 테라헤르츠 발생 및 수신기 디바이스를 사용한다. 테라헤르츠 디바이스는 0.020 내지 > 10테라헤르츠 범위의 스펙트럼 량의 푸리에 변환을 가진 전자기 펄스 또는 펄스 시퀀스를 발생 및/또는 검출한다. 흔히, 이들 테라헤르츠 전자기 펄스는 0.050 내지 4 테라헤르츠 범위에서 단일 사이클 서브-피코초 변이(sub-picosecond transients) 근방이다.
다수개의 공통 테라헤르츠 송신기와 수신기 디바이스가 펌프-탐침 구조에 사용된다. 이들은 비-선형 전자-광학 크리스탈(예, ZnTe, GaP 등)과 광전도 반도체 디바이스(GaAs, InGaAs, 및 그 밖의 초고속 반도체에 제작된 "Auston 스위치")를 포함한다. 이들 사이의 주요한 차이는 펌프-탐침 장치에서의 광학 드라이브의 중심 파장의 길이이다(예를 들면, GaAs는 대략 800nm, InGaAs는 1000과 1600nm 사이). 설명을 목적으로 광전도 디바이스가 논의된다. 광전도 테라헤르츠 송신기에서, 바이어스 광전도 스위치 갭(bias photoconductive switch gap)이 펨토초 레이저 펄스로 조사(illuminate)된다. 캐리어가 발생되며, 전류는 바이어스 갭을 가로질러 흘러서, 여자(excitation) 레이저 펄스의 일시 프로필(temporal profile)로 급하게 상승하며, 상기 캐리어의 재조합으로 급하게 떨어진다. 이 시간 변화 전류가 맥스웰 방정식을 통해 테라헤르츠 펄스를 발생시킨다.
발생한 테라헤르츠 펄스 전자기장은 일반적으로 펌프-탐침 방법으로 지칭되는 고정밀한 시간 게이팅 방법(a method of highly precise time gating)에 의해 검출된다. 테라헤르츠 송신기를 구동하는 제1레이저 펄스는 펌프이다. 제1테라헤르츠 송신기 펄스에 대해 펨토초 또는 서브-펨토초의 정확도로 정밀하게 시간 지연된 제2레이저 펄스는 탐침이며, 이런 사실은 참고문헌으로 본원에 포함되어 있는 미국특허 6,320,191호와 6,849,852호에 설명되어 있다. 탐침 펄스는 언-바이어스된 광전도 스위치를 조사한다. 상기 스위치는 서브-피코초 기간 동안 전류를 운반할 수 있다. 만일 테라헤르츠 수신기를 구동하는 펨토초 레이저 펄스가 발생된 테라헤르츠 펄스 전자기장의 부분과 일치하는 시간이면, 전류는 상기 스위치를 가로질러 흐를 것이다. 전류는 특정 시간의 테라헤르츠 펄스 장의 진폭과 사인(sign)에 비례한다. 전형적으로, 펌프와 탐침 사이의 타이밍은 시스템적으로 변화되며, 타임-도메인 테라헤르츠 파형은 펌프와 탐침 사이의 지연에 대한 테라헤르츠 수신기 전류의 함수로서 기록된다.
펌프-탐침 장치에 사용된 테라헤르츠 송신기 또는 수신기 디바이스와 무관하게, 펌프 비임과 탐침 비임의 광학로(optical path) 길이는 펨토초 또는 서브-펨토초의 정밀도로 알려지고 안정적으로 지켜져야 한다. 만일 상기 광학로 길이가 안정적이지 않으면, 단기간 지터(short term jitter) 또는 장기간 타이밍 드리프트(long term timing drift)를 일으킬 수 있다. 이 타이밍 에러는 다양한 방식으로 측정된 테라헤르츠 파형을 왜곡(distort)시킬 것이다. 예를 들면, 푸리에 변환과 타임 도메인 테라헤르츠 분광 측정은 부정확한 주파수로 분배된 파워를 가질것이다. 다른 예에서, 상기 지터와 드리프트는 종이와 같은 재료를 통과하는 테라헤르츠 펄스의 비행(flight) 시간을 왜곡하여, 테라헤르츠 포스트 타이밍으로부터 유도된 부정확한 두께 측정을 초래할 것이다.
이전 실시에서, 타임 도메인 테라헤르츠 기구는 자유공간 환경(free space environment)에서 전체적으로 펌프 및 탐침 비임을 배출하였다. 이 자유공간 환경에서의 안정성은 전체적으로 광전송에 대한 기계적 안정성에 종속한다. 그러나, 이런 종속성 때문에 자유공간은 심한 제한을 받는 실시 공간이 된다. 광학 지연 메카니즘 및 광학 펌프와 탐침을 제공하는 펨토초 레이저는 테라헤르츠 송신기와 수신기 디바이스를 보유하는 동일한 기계적 구조물에 영구적으로 부착되어야 한다. 이들 테라헤르츠 송신기와 수신기 디바이스는 상호 자유롭지 않게 배치되며, 시스템의 그 밖의 구성요소들은 시스템을 조립해제하여 새로운 위치에 전체 시스템을 재조립하는 공정을 갖지 않는다.
자유롭게 배치할 수 있는 테라헤르츠 송신기와 수신기 모듈은 광학섬유를 통한 펌프와 탐침의 펨토초 광학 드라이브의 배출에 의해 형성할 수 있다. 전형적으로 광학섬유는 단일 모드 또는 단일 모드 편광(polarization)을 유지한다. 상기 섬유는 테라헤르츠 송신기와 수신기 모듈이 기구를 형성하는 동안 또는 상기 기구를 사용하는 동안 함께 또는 독립적으로 이동되게 한다(예를 들면, 송신기와 수신기가 래스터 스캔 이미징 갠트리(raster scan imaging gantry)에 장착될 수 있음-이것은 테스트를 받는 물체가 정지 상태를 유지하게 한다. 즉, 상기 자유공간 테라헤르츠 시스템이 정지 상태를 유지하지만, 자유공간 시스템은 보통 물체의 이동을 필요로 한다. 상기 섬유는 주로 섬유가 구부러질 때 펌프 및 탐침 광학 드라이브를 안내하며, 빈번하게 펌프와 탐침 광학로에서 일정한 광학로 길이를 불충분하게 유지한다. 섬유의 동작이 섬유가 신장(stretch)하지 않거나 인장을 받지 않는 단순한 구부림 동작을 하는 한, 상기 광학로 길이는 일정하게 유지된다. 불행하게도, 펌프 및 탐침 과정 중에 광학섬유의 동작은 동작을 하면서 의도하지 않게 신장될 수 있다. 이것은 광학섬유가 인장 및 신장을 유발하는 케이블 쟈켓, 벌크헤드, 또는 그 밖의 장소 내에서 결합(bind)하게 하는 단순한 인장에 의하거나 구부림 동작 및 다른 동작을 통해 일어날 수 있다.
광학섬유를 통하는 펌프 및/또는 탐침 펄스 그룹의 이동시간은 광학섬유가 신장 및/또는 인장된다면 증가될 것이다. 이 그룹 지연은 1개 이상의 물리적 영향을 통해 섬유 코어의 길이 치수의 상당한 증가 및 그룹 속도에서의 변화를 일으키는 변형을 초래하며, 상기 그룹 속도는 굴절율 대 주파수의 제1도함수와 연관된다. 광학섬유의 신장 또는 인장으로 초래되는 이런 수 피코초의 의도하지 않은 지연은 펌프-탐침 방법에 의해 발생 및/또는 검출된 타임 도메인 테라헤르츠 파형을 심하게 왜곡시킨다.
종래기술의 결함을 해결하기 위한 노력으로, 광학섬유의 신장에 대한 영향을 감소시키는 시스템이 기술되었다. 상기 시스템은 광학신호를 출력하는 광학제어소스와, 광학소스에 광학적으로 연결된 테라헤르츠 송신기와 수신기, 및 테라헤르츠 수신기가 광학신호에 의해 테라헤르츠 송신기에 동조되게 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기에 광학신호를 보내는 수단을 포함한다. 상기 수단은 테라헤르츠 송신기 또는 테라헤르츠 수신기에 보내진 광학신호를 전파(propagate)하는 섬유의 신장을 방지하거나, 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기로 광학신호를 보내는 각각의 광학로에서의 광학로 길이가 대체로 동등하게 신장되도록 송신기와 수신기의 광학 펄스를 전파하는 방법을 제공한다.
섬유의 신장이 방지되는 경우, 광학신호를 보내는 수단은 제1단부와 제2단부를 가진 가요성 관형 구조물(flexible tubular structure)이며, 상기 가요성 관형 구조물은 내부 공간을 한정하는 벽 부분을 갖는다. 상기 가요성 관형 구조물의 제1단부는 광학 제어소스에 연결되며, 제2단부는 테라헤르츠 수신기 및/또는 송신기에 연결된다. 이 실시예는 또한 광학소스에 광학적으로 연결된 제1단부와 테라헤르츠 수신기 또는 테라헤르츠 송신기에 광학적으로 연결된 제2단부를 가진 적어도 1개의 광학섬유를 포함한다. 상기 광학섬유는 가요성 관형 구조물의 내부공간을 통과한다. 관형 구조물을 통과하는 광학섬유의 루트는 관형 구조물의 인장이 섬유의 신장 또는 인장을 유도하지 않고, 관형 구조물의 구부림은 섬유를 단순히 구부리며, 관형 구조물 자체의 구부림 동작 시에 섬유의 부주의한 신장 또는 인장을 유도하지 않게 하는 방식으로 정해진다. 이것은 가요성 관형 구조물보다 긴 길이를 가진 광학섬유를 사용하여 이루어진다. 또한, 만일 광학섬유의 길이가 신장되었을 때 가요성 관형 구조물의 길이보다 길다면, 이 가요성 관형 구조물의 신장은 광학섬유를 신장시키지 않을 것이다.
섬유가 통과하는 광학로가 대체로 동등하게 신장하는 경우, 광학신호를 보내는 수단은 제1코어와 제2코어를 가진 광학섬유이다. 상기 광학섬유는 펌프 탐침 장치 광학소스에 광학적으로 연결된 제1단부를 갖는다. 광학섬유의 제1코어는 테라헤르츠 송신기(펌프 통로)에 광학적으로 연결되며, 광학섬유의 제2코어는 테라헤르츠 수신기(탐침 통로)에 광학적으로 연결된다. 상기 광학섬유가 신장되거나 인장되면, 섬유의 2개의 코어를 통해 전송되는 광학신호가 동일한 양으로 신장되며, 단일 광학섬유의 1개의 코어 만이 신장될 때 발생하는 영향을 받지 않는다.
섬유를 통과하는 광학로가 대체로 동등하게 신장되는 경우의 또 다른 실시예에서, 광학신호를 보내는 수단은 단일 코어를 가진 단일 광학섬유이다. 이 단일 광학섬유는 광학소스와 테라헤르츠 송신기 및 수신기에 광학적으로 연결된다. 이 실시예에서, 테라헤르츠 송신기와 수신기에 보내진 신호는 서로 직교하는 광학섬유로 하향 전송된다. 다음, 이들 신호는 역다중화(demultiplex)되며 테라헤르츠 송신기와 수신기에 보내질 수 있다. 광학섬유는 편광을 유지하고 있으며, 이 경우에 펌프/송신기 광학신호와 탐침/수신기 광학신호는 런칭 및 빛의 직교 편광의 분리에 의해 다중화(multiplex) 및 역다중화 된다. 다른 가능성으로, 펌프/송신기 광학신호와 탐침/수신기 광학신호가 실질적으로 광학 중심 주파수를 갖고, 상기 신호는 주파수 대역 패스 필터의 사용을 통해 다중화 및 역다중화된다. 단일 섬유가 사용되므로, 이 섬유의 신장은 동일한 양으로 양쪽 광학신호를 신장시키어, 1개 만의 광학신호가 신장되면 아무런 영향을 받지 않는다.
본 발명의 다른 목적 및 특징적인 기술구성과 이점을 첨부 도면을 참고로 하여 이하에 설명한다.
도1은 2개의 가요성 관형 구조물을 사용하는 광학섬유의 신장에 대한 영향을 감소시키는 시스템의 제1실시예를 나타낸 도면이다.
도2는 도1의 2-2선을 따라 절취된 도1의 가요성 관형 구조물을 상세하게 나타낸 도면이다.
도3은 단일의 가요성 관을 가진 광학섬유를 사용하는 광학섬유의 신장에 대한 영향을 감소시키는 시스템의 제2실시예를 나타낸 도면이다.
도4는 도3의 4-4선을 따라 절취된 도3의 단일의 가요성 관을 상세하게 나타낸 도면이다.
도5는 2개의 코어를 가진 광학섬유를 구비한 광학섬유의 신장에 대한 영향을 감소시키는 시스템의 제3실시예를 나타낸 도면이다.
도6은 도5의 6-6선을 따라 절취된 도5의 2개의 코어를 가진 광학섬유를 상세하게 나타낸 도면이다.
도7은 다중화된 광학신호를 전송하게 형성된 단일의 광학섬유를 사용하는 광학섬유의 신장에 대한 영향을 감소시키는 시스템의 제4실시예를 나타낸 도면이다.
도8은 도7의 8-8선을 따라 절취된 도7의 광학섬유를 상세하게 나타낸 도면이다.
도1은 광학섬유의 신장에 대한 영향을 감소시키는 시스템(10a)을 나타내었다. 상기 시스템의 주요 구성부품으로서, 상기 시스템(10a)은 광학 제어소스(12a), 테라헤르츠 송신기(14a), 테라헤르츠 수신기(15a), 및 광학 제어소스(12a)에 의해 출력된 광학신호 상기 테라헤르츠 송신기(14a) 및 수신기(15a)로 보내는 수단(16a)을 포함한다. 상기 광학신호를 보내는 수단(16a)은 테라헤르츠 수신기(14a)가 광학 제어소스(12a)에 의해 방사(emit)된 광학신호에 의해 테라헤르츠 송신기(14a)에 동조되게 광학신호를 보낸다. 또한, 상기 수단(16a)은 테라헤르츠 송신기(14a)와 테라헤르츠 수신기(15a)에 보내진 광학신호의 신장을 방지하거나 광학 제어소스(12a)로부터의 광학신호를 신장시키어, 테라헤르츠 송신기(14a)에 보내진 광학신호가 테라헤르츠 수신기(15a)에 제공된 광학신호와 대체로 동하게 한다.
일반적으로, 광학 제어소스(12a)는 다양한 다른 실시예를 취한다. 그런 실시예 중의 1실시예에서, 광학 제어소스(12a)는 광학펄스를 출력하게 형성된 레이저 소스(18a)를 포함한다. 일반적으로, 레이저 소스(18a)는 팸토초(femotosecond) 출력 펄스를 발생시킨다. 선택적으로 레이저 소스(18a)에는 보상기(compensator)(20a)가 연결된다. 레이저 소스(18a)에 의해 방사된 광학펄스는 상기 보상기(20a)에 제공된다. 상기 보상기는 이들이 상기 수단(16a)을 통과할 때 반대편 사인 분산(opposite sign dispersion)을 광학펄스에 추가하여 광학펄스의 신장을 보정한다. 보상기(20a)와 레이저 소스(18a)는 광학섬유에 의해 서로 광학적으로 연결되거나 자유공간방식으로 서로 광학적으로 연결된다.
적절한 양의 반대편 사인 분산이 보상기(20a)에 의해 광학펄스에 제공되었으면, 상기 광학펄스는 스플리터(22a)에 제공된다. 스플리터(22a)는 상기 광학펄스를 분배하여, 이들을 제1광학섬유(24a)와 제2광학섬유(26a)에 제공한다. 이 실시예에서, 제1광학섬유(24a)는 단일 모드 섬유이며, 스플리터(22a)에 의해 분배된 펄스가 광학섬유(24a)에 제공된다. 유사하게, 제2광학섬유(26a)도 스플리터(22a)로부터 분배된 펄스를 수취하는 광학섬유이다.
광학섬유(24a)는 테라헤르츠 송신기(14a)에 연결된다. 유사하게, 광학섬유(26a)는 테라헤르츠 수신기(15a)에 광학적으로 연결된다. 테라헤르츠 송신기(14a)가 광학섬유(24a)로부터 나온 광학펄스를 수신할 때, 테라헤르츠 송신기는 테라헤르츠 방사선(radiation)(28a)을 샘플(30a)로 출력한다. 테라헤르츠 수신기(15a)가 광학펄스를 광학섬유(26a)로부터 수신할 때, 광학 수신기는 테라헤르츠 송신기(14a)로부터 방사된 방사선(28a)을 수신할 것이다. 따라서, 타이밍은 테라헤르츠 수신기(15a)가 광학섬유(24a, 26a)에서 전송하는 광학펄스에 의해 테라헤르츠 송신기(14a)에 동조되는데 매우 중요한 것이 된다. 이 동조 때문에, 적절히 보상되지 않았거나 방지되지 않은 광학섬유(24a, 26a)의 신장은, 적절한 시간 간격으로 테라헤르츠 방사선(28a)이 전송 또는 수신되는 것을 방지하는 이 타이밍을 방해할 수 있다. 이 실시예에서 상기 수단(16a)은 광학섬유(24a, 26a)의 임의적인 신장 또는 인장이 일어나지 않게 한다.
방사선(30a)이 테라헤르츠 수신기(15a)에 의해 수신되면, 테라헤르츠 수신기(15a)는 데이터 수신(acquistion) 시스템(17a)에 의해 해석(interprete), 스케일링(scale), 및/또는 디지털화(digitiz)되는 전기적 신호를 발생한다. 상기 데이터 수신 시스템(17a)은 일반적으로 테라헤르츠 수신기(15a)에 전기적으로 연결된다.
상기 수단(16a)은 제1단부(36a)와 제2단부(38a)를 가진 가요성 관형 구조물(32a)을 포함한다. 제1단부(36a)는 광학 제어유닛(12a)의 하우징(13a)에 연결된다. 가요성 관형 구조물(32a)은 내부 공간에 광학섬유(24a)의 일 부분을 수용한다. 도1의 2-2선을 따라 절취된 가요성 관형 구조물(32a)의 절결부를 나타낸 도2에 양호하게 도시된 바와 같이, 상기 가요성 관형 구조물(32a)은 가요성 관형 구조물(32a)의 내부 공간 내에 배치된 광학섬유(24a)의 길이보다 짧은 길이로 이루어진다. 가요성 관형 구조물(32a)의 제2단부(38a)는 테라헤르츠 송신기(14a)의 하우징(19a)에 연결된다.
일반적으로, 가요성 관형 구조물(32a, 34a)은 광학섬유(24a, 26a)의 외경보다 수 배 더 큰 내경의 가요성 플라스틱 도관이다. 상기 섬유(24a, 26a)는 1라인에 나선 모양으로 감기며, 상기 라인은 가요성 관형 구조물(32a, 34a)을 통해 섬유(24a, 26a)를 당기는데 사용된다. 상기 섬유의 각 단부쪽으로 밀어서 상기 나선을 가요성 관형 구조물(32a, 34a)의 내측에 대하여 상향하여 확장시킨다. 가요성 관형 구조물(32a, 34a)의 내부는 상기 나선을 유지하면서 가요성 관형 구조물(32a, 34a)이 구부러질 때 구부리지 않는 표면을 갖는다.
가요성 관형 구조물(32a)은 가요성 관형 구조물(32a)의 내부 공간 내에 배치된 광학섬유(24a)의 신장되지 않은 부분보다 더 신장되지 않게 제조된다. 상기 가요성 관형 구조물(32a)의 제1단부(36a)와 제2단부(38a) 사이에 배치된 광학섬유(24a)의 부분이 가요성 관형 구조물의 길이보다 더 길어 광학섬유(24a)가 가요성 관형 구조물(32a)의 길이보다 길기 때문에 광학섬유(24a)의 신장을 초래하지 않을 것이다. 따라서, 상기 섬유(24a)는 가요성 관형 구조물(32a) 내에 위치한 부위에서 신장되지 않아, 섬유의 어떤 신장과 테라헤르츠 송신기(14a)와 테라헤르츠 수신기(15a)의 동조화의 붕괴를 막는다. 유사한 방식으로, 광학섬유(26a)를 보유하는 상기 가요성 관형 구조물(34a)이 도2에 나타내고 상술한 바와 같은 가요성 관형 구조물(32a)과 유사한 모양으로 형성된다.
시스템(10b)의 다른 실시예를 나타낸 도3을 참고로 하여 설명한다. 이 실시예에서는 상기 실시예의 각 요소의 도면부호와 유사 도면부호가 각 요소의 부호에 "b"를 병기한 기재를 제외하고는 동일하게 사용되었다.
이 실시예에서, 수단(16b)은 단일의 가요성 관형 구조물(44b)을 포함한다. 가요성 관형 구조물(44b)을 상세하게 도3의 4-4선을 따라 절취하여 도4에 나타내었다. 가요성 관형 구조물(44b)은 제1단부(36b)와 제2단부(38b)를 갖는다. 상기 제1단부는 광학 제어유닛(12b)의 하우징(13b)에 연결되고, 상기 제2단부(38b)는 테라헤르츠 송신기(14b)와 테라헤르츠 수신기(15b)를 보유하는 하우징(23b)에 연결된다. 상기 가요성 관형 구조물(44b)의 내부 공간 내에는 광학섬유(24b, 26b)가 배치된다.
가요성 관형 구조물(44b) 내에 둘러싸인 광학섬유(24b, 26b)의 길이는 가요성 관형 구조물(44b)의 길이보다 길다. 가요성 관형 구조물(44b)에서 일어나는 신장 또는 인장이 광학섬유(24b, 26b)를 신장 또는 인장시키지 않는다. 따라서, 광학섬유(24b, 26b)의 어떤 신장도 일어나지 않는다.
시스템(10c)의 다른 실시예를 나타낸 도5를 참고로 하여 설명한다. 이 실시예에서는 상기 실시예의 각 요소의 도면부호와 유사 도면부호가 각 요소의 부호에 "c"를 병기한 기재를 제외하고는 동일하게 사용되었다. 상술한 바와 같이, 레이저 소스(18c)는 광학펄스를 보상기(20c)에 방사한다. 다음, 상기 보상기(20c)는 상기 보상된 펄스를 출력하여 스플리터(22c)에 대해 시스템(10c)에서 발생하는 분산에 맞추어 보상한다. 스플리터(22c)는 광케이블(24c, 26c)을 따르는 2개의 광학로(optic path)로 광학신호를 분배한다.
그러나, 수단(16c)은 광케이블(24c, 26c)로부터의 광학신호를 수신하는 듀얼 코어 섬유 광학 멀티플렉서(52c)를 포함한다. 광학 멀티플렉서(52c)는 광케이블(24c, 26c)로부터 나오는 광학신호를 다중화하며, 이들을 듀얼 코어 광학섬유(54c)로 보낸다. 상기 듀얼 섬유 광학 멀티플렉서(52c)는 2개의 독립적인 자유-공간 광학 비임으로부터의 출력; 또는 2개의 독립적인 섬유 광을 취하며(하나는 펌프/송신기용이고 다른 하나는 탐침/수신기용), 그것들을 동일한 광학섬유 내의 2개의 코어에 연결시킨다. 상기 연결은 이미징 옵틱 또는 융해된 섬유 옵틱 테이퍼 비임 조합기(an imaging optic or a fused fiber optic tapered beam combiner)를 통해 이루어진다.
듀얼 코어 광학섬유(54c)를 상세하게 도5의 6-6선을 따라 절취하여 도6에 나타내었다. 듀얼 코어 광학섬유(54c)는 광케이블(24c, 26c)로부터 방사된 광학신호를 전송하는 제1코어(62c)와 제2코어(64c)를 포함한다. 상기 듀얼 코어(62c, 64c)는 클래딩(66c)에 둘러싸여 진다. 상기 클래딩(66c)은 버퍼(68c)에 둘러싸여 진다. 단일 모드의 섬유와 유사하게, 듀얼 코어 섬유는 총 내부 반사의 성질을 활용하여 코어(62c, 64c)를 통해 광학신호를 전송한다. 상기 2개의 코어는 그것들이 그 사이의 광을 연결하지 않게 충분히 분리된다.
도5를 다시 참고하여 설명하면, 듀얼 코어 광학섬유(54c)를 따라 이동하는 광학신호는 광학 디멀티플렉서(56c)에 의해 수신되며, 상기 디멀티플렉서는 광학신호를 광케이블(58c, 60c)을 통해 테라헤르츠 송신기(14c)와 테라헤르츠 수신기(15c)로 전송한다. 상기 듀얼 코어 디멀티플렉서는 2개의 코어를 독립된 자유공간 통로에 이미징하거나 2개의 독립된 섬유 통로를 재설정하는 융해된 섬유 옵틱 테이퍼된 섬유 비임 스플리터의 사용을 통해 멀티플렉서의 동작을 반전시킨다. 듀얼 코어 광학섬유(54c)가 신장 또는 인장되는 경우, 2개의 코어(62c, 64c)를 통해 이동하는 광학신호는 동일한 양으로 신장되며, 단일 광학섬유의 1개 코어 만이 신장될 때 일어나는 영향을 받지 않는다.
시스템(10d)의 다른 실시예를 나타낸 도7을 참고로 하여 설명한다. 이 실시예에서는 상기 실시예의 각 요소의 도면부호와 유사 도면부호가 각 요소의 부호에 "c"를 병기한 기재를 제외하고는 동일하게 사용되었다. 이 실시예에서, 스플리터(22d)에 의해 방사된 광학신호가 광케이블(24d, 26d)에 보내진다. 광케이블(24d, 26d)은 단일 코어 섬유 광학 멀티플렉서(70d)에 광학적으로 연결된다. 상기 단일 코어 광학 멀티플렉서(70d)는 광케이블(24d, 26d)로부터 광학섬유(71d)로 신호를 보낸다. 편광 다중화(polarization multiplexing) 또는 주파수 다중화(frequency multiplexing)가 펌프/송신기 및 탐침/수신기 광학신호를 단일 섬유 광 코어에 조합하는데 사용된다. 편광 다중화의 경우, 편광 유지 섬유가 사용되며, 멀티플렉서는 자유 공간 또는 섬유 옵틱 편광 비임 조합기로 구성되며, 이것은 펌프/송신기 광학신호와 탐침/수신기 광학신호를 동일한 편광 유지 섬유의 직교 광학 편광에 런칭(launche)한다. 주파수 다중화의 경우, 펌프/송신기 광학신호와 탐침/수신기 광학신호는 충분히 다른 광학 중심 주파수를 가져서 이색성 비임 조합기(dichroic beam combiner)가 광학신호를 동일한 통로 또는 섬유에 조합하는데 사용될 수 있다.
도8을 참고로 하여 설명하면, 광학섬유(71d)는 일반적으로 코어(74d), 클래딩(76d) 및 버퍼(78d)를 가진 단일 모드의 광학섬유이다. 만일 편광 멀티플렉서가 사용되면, 광학섬유도 편광을 유지하여야 하며 섬유에서 복굴절을 유도하는 응력 적용파트(stress applying parts)(도시되지 않음)를 가져야 하며, 이것은 빠른 편광축(fast polarization axis)과 직교하는 서행 편광축을 허용한다. 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 광학신호는 총 내부 반사를 통해 광학섬유(71d)의 코어(74d)로 이동한다. 그러나, 이 실시예에서는 광학 멀티플렉서(70d)가 하나의 순수 직교 편광 상태 또는 다른 신호 순수 편광 상태(signal pure polarization state)에 대한 하나의 유일 주파수 대역(unique frequency band) 또는 광케이블(24d 또는 26d)로부터의 유일 주파수 대역의 광케이블(24d 또는 26d)의 하나로부터의 1개의 광학신호를 광학섬유(71d)의 단일 코어(74d)로 보낸다.
도7을 다시 참고하여 설명하면, 광학섬유(71d)에 전송된 직교 신호는 광학 디멀티플렉서(72d)에 의해 수신되며, 상기 디멀티플렉서는 상기 2개의 신호를 역다중화 하며, 상기 신호 중의 하나를 광학섬유(58d)로 전송하고 다른 하나의 신호를 광학섬유(60d)로 전송한다. 편광 다중화의 경우, 편광 비임 분리 광 또는 섬유 광 커플러가 탐침/수신기 광학신호로부터 펌프/송신기 광학신호를 분리하는데 사용된다. 주파수 다중화의 경우에는 이색성 비임 스플리터(dichroic beam splitter) 또는 주파수 대역-패스 필터는 탐침/수신기 광학신호로부터 펌프/송신기 광학신호를 분리하는데 사용된다. 차례로 상기 신호들은 테라헤르츠 수신기(15d)와 테라헤르츠 송신기(14d)로 보내진다.
이와 같이, 신호가 동일한 광학섬유(71d) 아래로 전송되기 때문에, 광학섬유(71d)의 임의적인 신장은 동등한 방식으로 광학섬유(71d)를 따라 전송된 신호를 충격할 것이다. 따라서, 신장에 의해 일어나는 왜곡(distortion)은, 양쪽 신호가 신장되며 양쪽 신호가 섬유 동작과 무관한 의도된 펌프와 탐침의 타이밍에 의해 정해지는 동일한 상대적 시간으로 테라헤르츠 수신기와 테라헤르츠 송신기에 의해 수신되어 상호 보상된다. 이런 신호들이 의도된 펌프 및 탐침 타이밍에 의해 결정되는 동일한 상대적 시간으로 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기에 의해 수신되는 한, 광케이블(71d)의 신장은 보상될 것이고, 따라서 상대적 에러는 일어나지 않을 것이다.
상술한 실시예의 기재는 본원을 설명할 목적으로 기술한 것으로, 본원을 한정하는 것이 아니다. 본원은 첨부 청구범위에 의해 한정되며, 본원의 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 이루어지는 본 발명의 개조 또는 변경을 포함하는 것이다.

Claims (7)

  1. 광학섬유의 신장에 대한 영향을 감소시키는 시스템에서, 상기 시스템은:
    광학신호를 출력하는 광학소스와;
    광학소스에 광학적으로 연결되며, 광학신호에 의해 작동될 때 테라헤르츠 방사선(radiation)을 샘플로 방사하게 형성된 테라헤르츠 송신기와;
    광학소스에 광학적으로 연결되며, 샘플에 의해 조절된 테라헤르츠 방사선(radiation)을 검출하여 테라헤르츠 수신기에 전기적으로 연결된 데이터 수신 시스템에 의해 해석, 스케일링, 및/또는 디지털화되는 전기적 신호를 발생하게 형성된 테라헤르츠 수신기와;
    테라헤르츠 수신기가 광학신호에 의해 테라헤르츠 송신기에 동조되게 광학신호를 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기에 보내는 수단을 포함하며;
    상기 수단은 테라헤르츠 수신기가 광학신호에 의해 테라헤르츠 송신기에 동조되게 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기에 보내진 광학신호를 전송하는 광학섬유의 신장을 허용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수단은 부가로:
    제1코어와 제2코어를 가진 광학섬유를 포함하며;
    상기 광학섬유는 광학소스에 광학적으로 연결된 제1단부를 갖고;
    상기 광학섬유의 제1코어는 테라헤르츠 송신기에 광학적으로 연결되며;
    상기 광학섬유의 제2코어는 테라헤르츠 수신기에 광학적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    광학소스와 광학섬유 사이에 광학적으로 배치되며, 상기 광학섬유의 제1코어와 제2코어에 의해 광학신호를 보내게 형성된 멀티플렉서와;
    광학섬유와 테라헤르츠 수신기 및 테라헤르츠 송신기 사이에 광학적으로 배치되며, 광학펄스를 제1코어로부터 테라헤르츠 수신기로 보내며 광학펄스를 제2코어로부터 테라헤르츠 송신기로 보내게 형성된 디멀티플렉서를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수단은 부가로 광학소스에 광학적으로 연결된 멀티플렉서와;
    상기 멀티플렉서에 광학적으로 연결된 광학섬유와;
    광학섬유에 광학적으로 연결되며, 제1 및 제2펄스를 수신하며 제1펄스를 테라헤르츠 송신기에 보내며 제2펄스를 테라헤르츠 수신기에 보내게 형성된 디멀티플렉서를 포함하며;
    상기 멀티플렉서는 광학신호에 기초한 제1펄스를 광학섬유에 보내게 형성되며;
    상기 멀티플렉서는 광학신호에 기초한 제2펄스를 광학섬유에 보내게 형성되며;
    상기 제1펄스와 제2펄스는 그것들이 광학섬유를 통한 이동 시에 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    광학소스는 부가로 광학 펄스를 출력하게 형성된 레이저 소스를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    레이저 소스 사이에 광학적으로 배치된 보상기와 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기에 광학신호를 보내는 수단을 부가로 포함하며, 상기 보상기는 광학펄스들이 광학신호를 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기에 보내는 수단을 통한 이동 시에 광학펄스의 신장을 보정하도록 레이저 소스에 의해 방사된 광학 펄스에 반대편 사인 분산을 추가하게 형성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 레이저 소스 사이에 광학적으로 배치된 광학 스플리터와 광학신호를 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기에 보내는 수단을 부가로 포함하며, 상기 광학 스플리터는 광학신호를 분리하며 광학신호를 테라헤르츠 송신기와 테라헤르츠 수신기에 보내는 수단에 분리된 광학신호를 보내게 형성된 것을 특징으로 하는 시스템.
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