KR20160079946A - Polarizing mutation detecting apparatus using optical waveguide - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a device to detect a polarizing mutation from an optical waveguide, capable of detecting polarizing characteristics of polarizing light outputted from an optical waveguide depending on whether a substance exists on the waveguide or not and the quantity of the substance. The device is capable of detecting the polarizing characteristics of the polarizing light, outputted from an optical waveguide depending on whether a substance exists on the waveguide or not and the quantity of the substance, without an operating motor rotating a polarizer. The present invention includes: a light source generating part; an optical waveguide generating a phase change between two polarizing lights, caused by a change of a surface substance; a liquid crystal phase detecting element continuously rotating the polarizing lights outputted from the optical waveguide; a first polarizer filtering the polarizing lights outputted from the liquid crystal phase detecting element; and a detecting part detecting a real time change of the quantity of a detection target substance through the polarizing light, rotated by the liquid crystal phase detecting element, and the polarizing light outputted from the first polarizer.

Description

광도파로 편광 변이 검출 장치{Polarizing mutation detecting apparatus using optical waveguide}[0001] The present invention relates to an optical waveguide detecting apparatus,

본 발명은 광도파로 편광 변이 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광도파로 상의 물질 존재 여부와 존재 물질의 양에 따라 광도파로에서 출력되는 편광의 편광 특성을 검출하는 광도파로 편광 변이 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an optical waveguide polarization shift detection apparatus, and more particularly to an optical waveguide polarization shift detection apparatus for detecting a polarization characteristic of a polarization output from an optical waveguide according to presence or absence of a substance on an optical waveguide and an amount of a substance present will be.

근래 집적형 광학을 이용한 화학 센서, 바이오 센서 등이 보고되고 있다. 집적형 광학 방식의 센서는 높은 분해능을 갖고 있고, 소형화가 가능하다는 장점을 가지고 있으며 표면 플라즈몬 공명 센서, 브레그격자 센서, 마흐젠더 간섭계 센서 등이 그 주를 이루고 있다. 이러한 센서들 중에서 편광 간섭(polarimetric interference)을 이용한 센서는 광섬유, 광도파로를 구비한 형태로 구성된다.Recently, chemical sensors and biosensors using integrated optics have been reported. Integrated optical sensors have the advantage of high resolution and miniaturization, and surface plasmon resonance sensors, bragg grating sensors, and Mach-Zehnder interferometer sensors are the main products. Among these sensors, a sensor using polarimetric interference is configured in the form of an optical fiber and an optical waveguide.

편광 간섭을 이용한 센서는 제작이 용이하고 표면 변화에 대한 감도가 탁월하므로 주목을 받고 있다. 이러한 편광간선 표면 검출장치(센서)는 광도파를 표면에 노출시켜 구성되는데, 원리는 표면물질의 굴절률 변화에 따른 도파광의 위상변화를 감지하는 것이다. 즉, 두 편극에 대한 도파광의 진행속도가 다른 현상을 이용한 것이 편광 간섭형 표면 검출장치이다.Sensors using polarization interference are attracting attention because they are easy to manufacture and have excellent sensitivity to surface changes. This polarized light line surface detecting device (sensor) is constituted by exposing a light wave to the surface, and the principle is to detect the phase change of the waveguide light according to the refractive index change of the surface material. That is, a polarization interference type surface detection apparatus uses a phenomenon in which propagation velocities of the two polarized beams differ from each other.

구체적으로 도파로에 기준이 되는 두 편광을 동시에 입사시킨 후에 출력되는 편광 성분을 분석하게 되는데, 도파로 표면의 물질 변화에 대한 두 기준 편광의 위상변화량이 달라 출력되는 두 기준편광간의 위상차가 발생하게 된다. 따라서, 출력광에서 기준 편광간의 위상차 변화가 표면물질의 굴절률 변화와 비례하므로 출력편광의 분석을 통해 표면 물질의 변화량을 검출할 수 있게 되는 것이다.Specifically, the polarized light component output after two polarized lights incident on the waveguide at the same time are analyzed. The phase difference between the two reference polarized lights in which the phase change amounts of the two reference polarized lights are different with respect to the material change of the waveguide surface is generated. Therefore, since the change in the phase difference between the reference polarized light in the output light is proportional to the change in the refractive index of the surface material, the amount of change in the surface material can be detected through analysis of the output polarized light.

한편, 한국등록특허 제10-1066112호에는 편광간섭 표면 검출장치 및 이를 이용한 평관간 위상변화 검출방법에 대하여 개시하고 있다.Korean Patent No. 10-1066112 discloses an apparatus for detecting a polarization interference surface and a method for detecting a phase change between edges using the same.

개시된 편광간섭 표면 검출장치는 광원발생장치로부터 입사되는 광을 표면 물질의 변화에 의해 두 편광간 위상변화가 발생하도록 하는 광도파로, 상기 광도파로의 두 편광에 대해 45°의 각도로 기울어져 있으며, 상기 광도파로로부터 출력된 광의 위상을 지연지키기 위한 1/4 파장 위상지연기, 광이 통과하지 못하는 불투명 영역이 형성되고 축 회전이 가능하며, 상기 1/4 파장 위상지연기를 통과한 광을 필터링하기 위한 편광자, 상기 편광자를 통과한 광의 광세기를 전기적 신호로 변환하는 광검출기를 포함한다.The disclosed polarized interference surface detecting device is an optical waveguide that causes light incident from a light source device to cause a phase change between two polarized light due to a change of a surface material, is inclined at an angle of 45 degrees with respect to two polarized light of the optical waveguide, A 1/4 wavelength phase retarder for delaying the phase of the light output from the optical waveguide, an opaque region in which light can not pass through is formed and the axis can be rotated, and the light passing through the 1/4 wavelength phase retarder is filtered And a photodetector for converting the light intensity of the light that has passed through the polarizer into an electrical signal.

그러나 개시된 편광간섭 표면 검출장치는 위상지연기의 출력단에 구비되는 편광자를 축 회전시키기 위하여 별도의 구동 모터를 통해 연속해서 회전을 시켜야하는데 구동 모터의 구동으로 인해 장치 전체의 소음과 진동이 발생하게 되고, 전원 소모량이 상승하는 문제점이 있었다. 이에 따라, 센서를 제작하였을 경우, 휴대용을 위한 소형 크기로 제작하기 힘들고, 전원 소모량이 상승함에 따라 연속 측정이 어려운 문제점이 있었다.However, the disclosed polarized interference surface detecting apparatus must continuously rotate through a separate driving motor to rotate the polarizer provided at the output end of the phase retarder. However, due to driving of the driving motor, noise and vibration of the entire apparatus are generated , And power consumption is increased. Accordingly, when the sensor is manufactured, it is difficult to manufacture the sensor in a small size for portable use, and continuous measurement is difficult due to an increase in power consumption.

따라서 본 발명의 목적은 편광자를 회전시키기 위한 구동 모터를 구비하지 않고도, 광도파로 상의 물질 존재 여부와 존재 물질의 양에 따라 광도파로에서 출력되는 편광의 편광 특성을 검출할 수 있는 광도파로 편광 변이 검출 장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical waveguide polarization shift detection method capable of detecting a polarization characteristic of a polarization output from an optical waveguide according to presence or absence of a substance on an optical waveguide and the amount of a substance present, Device.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치는 광원 발생부, 상기 광원 발생부로부터 입사되는 편광을 표면 물질의 변화에 의해 두 편광간 위상 변화가 발생하도록 하는 광도파로, 상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시키는 액정 위상 검출 소자, 상기 액정 위상 검출 소자로부터 출력된 편광을 필터링하는 제1 편광자, 상기 액정 위상 검출 소자에 의해 회전되는 편광과, 상기 제1 편광자로부터 출력된 편광을 통해 검출 대상 물질양 변화를 실시간 검출하는 검출부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting an optical waveguide polarization shift according to the present invention includes a light source generating unit, an optical waveguide for causing polarized light incident from the light source generating unit to cause a phase- A liquid crystal phase detecting element for continuously rotating the polarized light output from the optical waveguide, a first polarizer for filtering the polarized light output from the liquid crystal phase detecting element, a polarized light rotated by the liquid crystal phase detecting element, And a detection unit for detecting in real time a change in the amount of the detection target substance through the output polarized light.

본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치에 있어서, 상기 액정 위상 검출 소자는 한 쌍의 유리기판, 상기 유리기판의 내측면에 각각 코팅되는 투명 전극, 상기 유리 기판 사이에 충진되는 액정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the optical waveguide polarization shift detecting device according to the present invention, the liquid crystal phase detecting element may include a pair of glass substrates, a transparent electrode coated on the inner surface of the glass substrate, and a liquid crystal filled between the glass substrates .

본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치에 있어서, 상기 액정 위상 검출 소자는 상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 회전시키는 것을 특징으로 한다.In the optical waveguide polarization shift detecting apparatus according to the present invention, the liquid crystal phase detecting element applies a voltage to the transparent electrode to rotate the polarized light output from the optical waveguide.

본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치에 있어서, 상기 액정 위상 검출 소자는 상기 투명 전극에 사인파의 전압을 인가하여 상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시키는 것을 특징으로 한다.In the optical waveguide polarization shift detecting device according to the present invention, the liquid crystal phase detecting element applies a voltage of a sine wave to the transparent electrode to continuously rotate the polarized light output from the optical waveguide.

본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치에 있어서, 상기 검출부는 상기 제1 편광자로부터 출력되는 편광이 최대 출력이 발생한 경우의 상기 전압의 위상 값을 플로팅하여 상기 검출 대상 물질양 변화를 실시간 검출하는 것을 특징으로 한다.In the optical waveguide polarization shift detection device according to the present invention, the detection section detects the change in the amount of the detection target substance in real time by plotting the phase value of the voltage when the maximum output of the polarized light output from the first polarizer is generated .

본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치에 있어서, 상기 최대 출력은 상기 액정 위상 검출 소자를 통과한 편광의 방향과, 상기 편광자가 투과시키는 편광의 방향과 일치할 경우의 출력인 것을 특징으로 한다.In the optical waveguide polarization shift detection device according to the present invention, the maximum output is an output when the direction of the polarized light passed through the liquid crystal phase detection element coincides with the direction of the polarized light transmitted through the polarizer.

본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치는 광원 발생부로부터 입사되는 광의 편광 상태를 조정하는 제2 편광자, 상기 제2 편광자로부터 입사되는 편광을 표면 물질의 변화에 의해 두 편광간 위상 변화가 발생하도록 하는 광도파로, 상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시키는 액정 위상 검출 소자, 상기 액정 위상 검출 소자로부터 출력된 편광을 필터링하는 제1 편광자, 상기 액정 위상 검출 소자에 의해 회전되는 편광과, 상기 제1 편광자로부터 출력된 편광을 통해 검출 대상 물질양 변화를 실시간 검출하는 검출부를 포함한다.The optical waveguide polarization shift detecting apparatus according to the present invention comprises a second polarizer for adjusting the polarization state of light incident from the light source generating unit, a second polarizer for changing the polarized light incident from the second polarizer, A liquid crystal phase detecting element for continuously rotating the polarized light output from the optical waveguide; a first polarizer for filtering the polarized light output from the liquid crystal phase detecting element; a polarizer rotated by the liquid crystal phase detecting element; And a detection unit that detects in real time the change in the amount of the detection target material through the polarized light output from the first polarizer.

본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치에 있어서, 상기 액정 위상 검출 소자는 상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 회전시키는 것을 특징으로 한다.In the optical waveguide polarization shift detecting apparatus according to the present invention, the liquid crystal phase detecting element applies a voltage to the transparent electrode to rotate the polarized light output from the optical waveguide.

본 발명에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치는 광도파로로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시키는 액정 위상 검출 소자를 구비하여, 구동 모터를 이용하여 편광자를 회전시키지 않고도 광도파로로부터 출력되는 편광을 회전시킬 수 있기 때문에 전력 소모량과 소음을 줄일 수 있고, 소형화가 가능하여 휴대성을 향상시킬 수 있다.The optical waveguide polarization shift detecting apparatus according to the present invention includes a liquid crystal phase detecting element for continuously rotating the polarized light output from the optical waveguide so as to rotate the polarized light output from the optical waveguide without rotating the polarizer using a driving motor The power consumption and the noise can be reduced, and miniaturization can be achieved, so that the portability can be improved.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치를 나타낸 모식도이다.
도 2는 검출 대상 물질양 변화에 따라 액정 위상 검출 소자로부터 출력되는 편광 위상 변화를 나타낸 예시도이다.1 is a schematic diagram showing an optical waveguide polarization shift detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram showing a change in polarization phase output from a liquid crystal phase detecting element in accordance with a change in the amount of a detection target material.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 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.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치를 나타낸 모식도이고, 도 2는 검출 대상 물질양 변화에 따라 액정 위상 검출 소자로부터 출력되는 편광 위상 변화를 나타낸 예시도이다.FIG. 1 is a schematic diagram showing an apparatus for detecting an optical waveguide polarization shift according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exemplary view showing a change in polarization phase output from a liquid crystal phase detecting element according to a change in the amount of a detection target material.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치(100)는 광원 발생부(10), 광도파로(20), 액정 위상 검출 소자(30), 제1 편광자(40) 및 검출부(50)를 포함한다.1 and 2, an optical waveguide polarization shift detection apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a light source generation unit 10, an optical waveguide 20, a liquid crystal phase detection element 30, (40) and a detection unit (50).

광원 발생부(10)는 광원을 생성하여 광도파로(20)로 전달한다. 예컨데 광원 발생부로(10)는 레이저 다이오드(LD, Laser Diode)가 사용될 수 있다. 광원 발생부(10)는 편광을 생성하여 광도파로(20)로 전달하거나, 출력단에 편광되지 않은 광을 편광될 수 있도록 하는 제2 편광자(11)를 구비하여 편광된 광원을 광도파로(20)로 전달한다.The light source generating unit 10 generates a light source and transmits it to the optical waveguide 20. For example, a laser diode (LD) may be used as the light source generating unit 10. The light source generating unit 10 includes a second polarizer 11 for generating polarized light and transmitting the polarized light to the optical waveguide 20 or allowing the unpolarized light to be polarized at the output end, .

한편 광도파로(20)는 표면 물질 변화에 의해 수직 편광(TM 모드)과 수평 편광(TE 모드)간의 위상 변화를 발생시킨다. 이때, 광도파로(20)의 수직 편광과 수평 편광의 위상 속도가 변화하게 되고, 이 결과, 광도파로(20)로부터 출력되는 편광이 회전하게 된다.On the other hand, the optical waveguide 20 causes a phase change between vertical polarization (TM mode) and horizontal polarization (TE mode) by surface material change. At this time, the phase velocities of the vertically polarized light and the horizontally polarized light of the optical waveguide 20 change, and as a result, the polarized light output from the optical waveguide 20 is rotated.

이러한 광도파로(20)에는 측정하고자 하는 검출 물질이 유입하는 유입부(미도시)와 검출 물질이 유출되는 유출부(미도시)가 형성될 수 있다. 광도파로(20) 표면에 검출 물질이 유입되면 광도파로(20)의 표면 물질양의 변화가 발생된다. 여기서 표면 물질은 TiO2, Ta2O5, Si3N4와 같은 고굴절률 물질이 될 수 있다.The optical waveguide 20 may include an inlet (not shown) through which the detection substance to be measured flows and an outlet (not shown) through which the detection substance flows. When the detection material flows into the surface of the optical waveguide 20, the amount of the surface material of the optical waveguide 20 is changed. The surface material may be a high refractive index material such as TiO2, Ta2O5, or Si3N4.

표면 물질양의 변화에 따라 광도파로(20)로 입사된 편광은 광도파로(20)를 거쳐 수직 편광과 수평 편광 사이에 위상변화가 발생된다. 예컨데, 도 2에 도시된 바와 같이, 검출 대상 물질양이 각각 10nm, 20nm, 30nm 일 경우, 수직 편광과 수평 편광 사이의 위상차가 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있다.The phase difference between the vertically polarized light and the horizontally polarized light is generated through the optical waveguide 20 in the polarized light incident on the optical waveguide 20 according to the change of the amount of the surface material. For example, as shown in FIG. 2, it can be seen that the phase difference between the vertical polarization and the horizontal polarization is different when the amounts of the substances to be detected are 10 nm, 20 nm, and 30 nm, respectively.

한편 본 실시예에서는 하나의 광도파로(20)를 통해 하나의 검출 물질을 검출 하지만, 이에 한정된 것은 아니고, 복수의 광도파로(20)를 구성하여, 다수의 검출 물질을 동시에 검출하도록 구성할 수 있다.Meanwhile, in this embodiment, one detecting material is detected through one optical waveguide 20, but the present invention is not limited to this, and a plurality of optical waveguides 20 may be configured to detect a plurality of detecting materials simultaneously .

광도파로(20)에서 출력된 수직 편광과 수평 편광의 위상차에 의해 일정 각도로 회전된 편광은 액정 위상 검출 소자(30)로 입사된다. 액정 위상 검출 소자(30)는 광도파로(20)에서 출력된 편광을 지속적으로 회전시킨다.The polarized light, which is rotated at a predetermined angle by the phase difference between the vertical polarization and the horizontal polarization outputted from the optical waveguide 20, is incident on the liquid crystal phase detecting element 30. The liquid crystal phase detecting element 30 continuously rotates the polarized light output from the optical waveguide 20. [

즉 액정 위상 검출 소자(30)는 액정의 배향성을 이용하여 특정한 광을 투과 시키거나 차단할 수 있으며, 전기적인 신호를 가할 때에 액정의 상전이(phase transition)가 발생됨에 따라 분극이 발생되는 현상을 이용하여 광도파로(20)로부터 전달받은 편광을 회전시킬 수 있다.That is, the liquid crystal phase detecting element 30 can transmit or block a specific light by using the orientation of the liquid crystal, and by using a phenomenon that polarization occurs due to phase transition of the liquid crystal when an electrical signal is applied The polarized light transmitted from the optical waveguide 20 can be rotated.

이러한 액정 위상 검출 소자(30)는 한 쌍의 유리기판(미도시)과, 유리기판의 내측면에 각각 코팅되는 투명 전극(미도시)과, 유기 기판 사이에 충진되는 액정(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.The liquid crystal phase detecting element 30 includes a pair of glass substrates (not shown), transparent electrodes (not shown) coated on inner surfaces of the glass substrates, and liquid crystal (not shown) filled between the organic substrates .

투명 전극을 통해 전압이 인가되지 않은 경우에 액정은 유리기판을 따라 일렬로 배열되며 입사광의 위상 지연은 최대가 된다.In the case where no voltage is applied through the transparent electrode, the liquid crystal is arranged in a line along the glass substrate, and the phase delay of the incident light is maximized.

그리고 투명 전극을 통해 인가되는 전압이 높아짐에 따라 액정은 유리기판과 비스듬한 각을 이루면서 전기장 방향과 액정의 길이 방향이 이루는 각이 점점 작아지게 된다. 이에 따라 입사광의 위상 지연은 점점 작아지게 된다. As the voltage applied through the transparent electrode increases, the liquid crystal becomes oblique to the glass substrate, and the angle between the electric field direction and the longitudinal direction of the liquid crystal becomes smaller. As a result, the phase delay of the incident light becomes smaller.

또한, 투명 전극을 통해 특정 임계값 이상의 전압이 가해지면 전기장 방향과 액정의 길이 방향은 서로 평행하게 된다. 이때 입사광의 위상 지연은 최소가 된다.Further, when a voltage exceeding a specific threshold value is applied through the transparent electrode, the electric field direction and the longitudinal direction of the liquid crystal become parallel to each other. At this time, the phase delay of the incident light is minimized.

한편 본 실시예에서 액정 위상 검출 소자는 투명 전극에 사인파의 전압을 인가하여 광도파로(20)로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시킬 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the liquid crystal phase detecting element can continuously rotate the polarized light output from the optical waveguide 20 by applying a voltage of a sine wave to the transparent electrode.

이와 같이, 본 실시예에서 액정 위상 검출 소자(30)는 투명 전극에 사인파의 전압을 인가하여 광도파로(20)로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시킴으로써, 변화하는 검출 대상 물질의 양을 실시간으로 검출할 수 있도록 지원한다.As described above, in the present embodiment, the liquid crystal phase detecting element 30 applies the voltage of the sine wave to the transparent electrode and continuously rotates the polarized light output from the optical waveguide 20, thereby detecting the amount of the changing target substance in real time .

한편 제1 편광자(40)는 액정 위상 검출 소자(30)로부터 출력된 편광을 필터링한다.On the other hand, the first polarizer 40 filters the polarized light output from the liquid crystal phase detecting element 30.

이때, 제1 편광자(40)로부터 출력되는 편광의 출력은 액정 위상 검출 소자(30)로부터 출력된 편광의 방향과, 제1 편광자(40)가 투과시키는 편광의 방향이 일치할 경우 최대가 된다.At this time, the output of the polarized light output from the first polarizer 40 becomes the maximum when the direction of the polarized light output from the liquid crystal phase detecting element 30 coincides with the direction of the polarized light transmitted through the first polarizer 40.

본 실시예에서는 액정 위상 검출 소자(30)로부터 출력된 편광의 방향과, 제1 편광자(40)가 투과시키는 편광의 방향이 일치하여 최대 출력이 발생될 때, 액상 위상 검출 소자(30)로 인가되는 전압의 위상값을 플로팅하여 검출 대상 물질양 변화를 실시간 감지할 수 있다.In this embodiment, when the direction of the polarized light output from the liquid crystal phase detecting element 30 coincides with the direction of the polarized light transmitted through the first polarizer 40 and the maximum output is generated, So that the change in the amount of the detection target material can be detected in real time.

검출부(50)는 제1 편광자(40)로부터 출력된 편광을 통해 검출 대상 물질양 변화를 실시간 검출한다.The detection unit 50 detects the change in the amount of the detection target material in real time through the polarized light output from the first polarizer 40. [

검출부(50)는 액정 위상 검출 소자(30)에 사인파의 전압을 인가하고, 제1 편광자(40)로부터 출력된 편광의 출력을 검출할 수 있다.The detection unit 50 can apply a voltage of a sine wave to the liquid crystal phase detection element 30 and can detect the output of the polarized light output from the first polarizer 40. [

여기서 검출부(50)는 제1 편광자(40)로부터 출력된 편광이 최대 출력에 도달 하였을 경우, 액정 위상 검출 소자(30)에 인가되는 전압의 위상을 플로팅하여 검출 대상 물질양을 검출한다. Here, when the polarized light output from the first polarizer 40 reaches the maximum output, the detection unit 50 detects the amount of the detection target substance by floating the phase of the voltage applied to the liquid crystal phase detection element 30.

즉 광도파로(20)에서 검출 대상 물질양에 따라 광도파로(20)의 유효 굴절률이 변하게 되어 수직 편광과 수평 편광의 위상 속도가 변화하게 되고, 이에 따라 광도파로(20)로부터 출력되는 편광은 일정 각도로 회전된 상태에서 출력된다.That is, the effective refractive index of the optical waveguide 20 changes according to the amount of the substance to be detected in the optical waveguide 20, so that the phase velocities of the vertically polarized light and the horizontally polarized light are changed, And is output in a state rotated by an angle.

일정 각도로 회전된 상태에서 출력된 편광은 액정 위상 검출 소자(30)에 의해 회전하여 제1 편광자(40)로 입사된다.The polarized light output in a state rotated at a predetermined angle is rotated by the liquid crystal phase detecting element 30 and is incident on the first polarizer 40.

이때 제1 편광자(40)의 출력이 최대가 되기 위하여 광도파로(20)로부터 출력된 편광은 액정 위상 검출 소자(30)를 통해 일정 각도로 회전되어, 제1 편광자(40)가 투과시키는 편광의 방향과 동일해야 한다.The polarized light outputted from the optical waveguide 20 is rotated at a certain angle through the liquid crystal phase detecting element 30 so that the output of the polarized light transmitted through the first polarizer 40 Direction.

여기서 제1 편광자(40)의 출력이 최대가 되기까지의 액정 위상 검출 소자(30)에 의해 회전하는 편광의 회전 각도는 광도파로(20) 상의 검출 대상 물질 양에 따라 변화하게 된다.Here, the rotation angle of the polarized light rotating by the liquid crystal phase detecting element 30 until the output of the first polarizer 40 becomes maximum changes in accordance with the amount of the detection target material on the optical waveguide 20.

이에 따라 본 실시예에서는 광도파로(20) 상의 검출 대상 물질 양에 따라 변화하는 편광의 회전 각도, 즉 제1 편광자(40)의 출력이 최대가 되기까지의 광도파로(20)로부터 출력되는 편광을 회전시키기 위한 액정 위상 검출 소자(30)에 인가되는 전압의 위상을 읽어내고, 이를 검출 대상 물질 양에 해당하는 값으로 환산하여 검출 대상 물질의 양을 검출할 수 있다.Accordingly, in the present embodiment, the rotation angle of the polarized light that changes in accordance with the amount of the detection target material on the optical waveguide 20, that is, the polarized light output from the optical waveguide 20 until the output of the first polarizer 40 becomes maximum The phase of the voltage applied to the liquid crystal phase detecting element 30 for rotation can be read and converted to a value corresponding to the amount of the substance to be detected to detect the amount of the substance to be detected.

예컨데, 광원 발생부(10)에서 입력된 편광이 광도파로(20)를 통과하여 5도 회전된 상태에서, 액정 위상 검출 소자(30)에 의해 90도 회전하여 제1 편광자(40)의 출력이 최대 출력이 발생하였다고 가정하면, 광도파로(20) 상의 검출 대상 물질양 변화에 의해 광원 발생부(10)에서 입력된 편광이 광파도로(20)를 통과하여 20도 회전된 상태에서 출력된다면, 액정 위상 검출 소자(30)에 의해 75도 회전하여야 최대 출력이 발생된다.For example, when the polarized light inputted from the light source 10 passes through the optical waveguide 20 and is rotated by 5 degrees, the liquid crystal phase detecting element 30 rotates 90 degrees and the output of the first polarizer 40 Assuming that the maximum output has occurred, if the polarized light input from the light source 10 due to the change in the amount of the detection target material on the optical waveguide 20 is output through the light wave path 20 and rotated 20 degrees, The maximum output is generated when the phase detecting element 30 is rotated by 75 degrees.

이와 같이 본 실시예에서는 광도파로(20) 상의 검출 대상 물질 양에 따라 변화하는 편광의 회전 각도, 즉 제1 편광자(40)의 출력이 최대가 되기까지의 광도파로(20)로부터 출력되는 편광을 회전시키기 위한 액정 위상 검출 소자(30)에 인가되는 전압의 위상을 읽어내고, 이를 검출 대상 물질 양에 해당하는 값으로 환산하여 검출 대상 물질의 양을 검출함으로써, 예컨데, 전압의 위상을 0도, 90도, 180도, 360도, 720도 등 매우 광범위하게 나타낼 수 있어 검출 해상도를 획기적으로 증가시킬 수 있고, 이에 따라 고감도의 센서를 제작할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the rotation angle of the polarized light that changes in accordance with the amount of the detection target material on the optical waveguide 20, that is, the polarized light output from the optical waveguide 20 until the output of the first polarizer 40 becomes maximum The phase of the voltage applied to the liquid crystal phase detecting element 30 for rotation is read and converted into a value corresponding to the amount of the substance to be detected to detect the amount of the substance to be detected, 90 degrees, 180 degrees, 360 degrees, 720 degrees, and so on, so that the detection resolution can be remarkably increased, thereby making it possible to manufacture a highly sensitive sensor.

또한 본 발명의 실시예에 따른 광도파로 편광 변이 검출 장치(100)는 광도파로(20)로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시키는 액정 위상 검출 소자(30)를 구비하여, 구동 모터를 이용하여 편광자를 회전시키지 않고도 광도파로(20)로부터 출력되는 편광을 회전시킬 수 있기 때문에 전력 소모량과 소음을 줄일 수 있고, 소형화가 가능하여 휴대성을 향상시킬 수 있다.The optical waveguide polarization shift detection apparatus 100 according to the embodiment of the present invention further includes a liquid crystal phase detection element 30 that continuously rotates the polarized light output from the optical waveguide 20, Since the polarized light output from the optical waveguide 20 can be rotated without being rotated, power consumption and noise can be reduced, miniaturization is possible, and portability can be improved.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.It should be noted that the embodiments disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.

10 : 광원 발생부 20 : 광도파로
30 : 액정 위상 검출 소자 40 : 제1 편광자
50 : 검출부 100 : 광도파로 편광 변이 검출 장치10: light source generating unit 20: optical waveguide
30: liquid crystal phase detecting element 40: first polarizer
50: detection unit 100: optical waveguide polarization shift detection device

Claims (8)

광원 발생부로부터 입사되는 편광을 표면 물질의 변화에 의해 두 편광간 위상 변화가 발생하도록 하는 광도파로;
상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시키는 액정 위상 검출 소자;
상기 액정 위상 검출 소자로부터 출력된 편광을 필터링하는 제1 편광자;
상기 액정 위상 검출 소자에 의해 회전되는 편광과, 상기 제1 편광자로부터 출력된 편광을 통해 검출 대상 물질양 변화를 실시간 검출하는 검출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로 편광 변이 검출 장치.An optical waveguide for causing a polarization change between two polarized lights to occur by a change in surface material of polarized light incident from the light source generating unit;
A liquid crystal phase detecting element for continuously rotating the polarized light output from the optical waveguide;
A first polarizer for filtering the polarized light output from the liquid crystal phase detecting element;
A detecting unit for detecting in real time a change in the amount of a detection target material through polarized light rotated by the liquid crystal phase detecting element and polarized light output from the first polarizer;
And a polarized beam splitter for splitting said polarized beam splitter. 제1항에 있어서,
상기 액정 위상 검출 소자는,
한 쌍의 유리기판;
상기 유리기판의 내측면에 각각 코팅되는 투명 전극;
상기 유리 기판 사이에 충진되는 액정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로 편광 변이 검출 장치.The method according to claim 1,
Wherein the liquid crystal phase-
A pair of glass substrates;
A transparent electrode coated on the inner surface of the glass substrate;
A liquid crystal filled between the glass substrates;
Wherein the optical waveguide polarization shift detecting device comprises: 제2항에 있어서,
상기 액정 위상 검출 소자는 상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 회전시키는 것을 특징으로 하는 광도파로 편광 변이 검출 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the liquid crystal phase detecting element applies a voltage to the transparent electrode to rotate the polarized light output from the optical waveguide. 제3항에 있어서,
상기 액정 위상 검출 소자는 상기 투명 전극에 사인파의 전압을 인가하여 상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 광도파로 편광 변이 검출 장치.The method of claim 3,
Wherein the liquid crystal phase detecting element applies a voltage of a sine wave to the transparent electrode to continuously rotate the polarized light output from the optical waveguide. 제4항에 있어서,
상기 검출부는 상기 제1 편광자로부터 출력되는 편광이 최대 출력이 발생한 경우의 상기 전압의 위상 값을 플로팅하여 상기 검출 대상 물질양 변화를 실시간 검출하는 것을 특징으로 하는 광도파로 편광 변이 검출 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the detector detects a change in the amount of the detection target substance in real time by plotting a phase value of the voltage when the polarized light output from the first polarizer generates a maximum output. 제5항에 있어서,
상기 최대 출력은 상기 액정 위상 검출 소자를 통과한 편광의 방향과, 상기 제1 편광자가 투과시키는 편광의 방향과 일치할 경우의 출력인 것을 특징으로 하는 광도파로 편광 변이 검출 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the maximum output is an output when the direction of the polarized light passing through the liquid crystal phase detecting element is coincident with the direction of the polarized light transmitted by the first polarizer. 광원 발생부로부터 입사되는 광의 편광 상태를 조정하는 제2 편광자;
상기 제2 편광자로부터 입사되는 편광을 표면 물질의 변화에 의해 두 편광간 위상 변화가 발생하도록 하는 광도파로;
상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 지속적으로 회전시키는 액정 위상 검출 소자;
상기 액정 위상 검출 소자로부터 출력된 편광을 필터링하는 제1 편광자;
상기 액정 위상 검출 소자에 의해 회전되는 편광과, 상기 제1 편광자로부터 출력된 편광을 통해 검출 대상 물질양 변화를 실시간 검출하는 검출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로 편광 변이 검출 장치.A second polarizer for adjusting a polarization state of light incident from the light source generating unit;
An optical waveguide for causing a phase change between two polarized lights to be generated by a change of a surface material of polarized light incident from the second polarizer;
A liquid crystal phase detecting element for continuously rotating the polarized light output from the optical waveguide;
A first polarizer for filtering the polarized light output from the liquid crystal phase detecting element;
A detecting unit for detecting in real time a change in the amount of a detection target material through polarized light rotated by the liquid crystal phase detecting element and polarized light output from the first polarizer;
And a polarized beam splitter for splitting said polarized beam splitter. 제7항에 있어서,
상기 액정 위상 검출 소자는 상기 투명 전극에 전압을 인가하여 상기 광도파로로부터 출력되는 편광을 회전시키는 것을 특징으로 하는 광도파로 편광 변이 검출 장치.8. The method of claim 7,
Wherein the liquid crystal phase detecting element applies a voltage to the transparent electrode to rotate the polarized light output from the optical waveguide.
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