KR20180084745A

KR20180084745A - 위상 요소들의 파라미터들과 광섬유 분산을 측정하는 장치 및 위상 요소들의 파라미터들과 광섬유 분산을 측정하는 방법

Info

Publication number: KR20180084745A
Application number: KR1020187010232A
Authority: KR
Inventors: 카롤 스테피엔; 미할리나 우즈비크; 마렉 나피에르아; 안나 지올로비츠; 루카스 슈츠키비츠; 미할 무라프스키; 스타니슬라프 리핀스키; 즈비그뉴 홀딘스키; 토마스 스탄치크; 토마스 나질로스키
Original assignee: 폴스키 센트룸 포토니키 아이 스위애틀로우도우
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2018-07-25
Also published as: RU2018114296A3; RU2713038C2; EP3423782B1; IL258173A; US20200191551A1; WO2017048141A1; PL414064A1; CA3000156A1; PL237446B1; CN108431544A; PH12018500611A1; RU2018114296A; EP3423782A1; JP2018534547A

Abstract

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유들의 분산을 측정하는 장치로서, 상기 장치는 적어도 하나의 광섬유 커플러에 직렬로 연결된 적어도 하나의 광원을 포함하며, 상기 광섬유 커플러의 암들 중 하나는 기준 암(reference arm)의 일부를 구성하고, 상기 광섬유 커플러의 제 2 암은 상기 장치의 측정 암(measurement arm)의 일부를 구성하고, 적어도 하나의 모터구동식 선형 스테이지(motorized linear stage)가 상기 장치의 적어도 하나의 암 상에 장착되고, 상기 장치의 암들 중 적어도 하나는 직접 또는 추가 광섬유 커플러를 통해 적어도 하나의 검출기에 연결되고, 적어도 하나의 콜리메이터(collimator)가 적어도 상기 위상 요소 앞에서, 상기 장치의 암들 중 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 장치를 적용하여, 위상 요소의 파라미터들 및 광섬유들의 분산을 측정하는 방법은 2개의 단계를 포함하며, 제 1 단계는 본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션(calibration)을 수행하고, 제 2 단계는 정확한(proper) 측정 단계이며, 본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션 동안, 상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 광은 상기 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 상기 광섬유 커플러(2.1)에서, 광이 상기 측정 암 및 상기 기준 암으로 분리되며, 이어서, 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)가 이동하면서, 특정 광섬유 커플러 암들 사이의 광학적 경로들의 제로 차가 획득될 때까지 상기 선형 스테이지의 위치에 관한 정보가 기록된다. 광이 콜리메이터들(3.2 및 4.2)을 통과한 후에 인터페로그램(interferogram)이 광섬유 커플러(2.2)에서 발생하며, 상기 인터페로그램은 광검출기에 의해서, 특히, 광다이오드에 의해 수집되고, 상기 장치가 캘브레이션된 후에, 상기 시스템은 정확한 측정 단계로 진행하고, 상기 정확한 측정 시에, 위상 요소, 특히 측정을 위해 의도된 렌즈가 본 발명에 따른 장치의 측정 암에서 상기 콜리메이터들(3.1 및 3.2) 간에 삽입되고, 그 후에, 상기 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광 경로 차(zero optical path difference)를 생성하는 위치가 결정되고, 상기 위상 요소의 두께가 상기 위상 요소에 대한 상기 캘리브레이션 측정 및 상기 정확한 측정에서 등가 광학 경로들의 차동 위치들(differential positions)에 기초하여 그리고 렌즈가 제조된 유리의 굴절율에 대한 지식에 기초하여 결정된다.

Description

위상 요소들의 파라미터들과 광섬유 분산을 측정하는 장치 및 위상 요소들의 파라미터들과 광섬유 분산을 측정하는 방법

본 발명의 요지는 위상 요소(phase element)들의 파라미터들과 광섬유 분산(optical fiber dispersion)을 측정하는 장치 및 위상 요소들의 파라미터들과 광섬유 분산을 측정하는 방법에 관한 것이다. 렌즈를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는, 위상 요소들의 파라미터는 특히 굴절률 및 두께이다. 본 장치 및 방법은 백색광 간섭(저-코히어런스(low-coherence) 간섭)을 적용한다. 또한, 본 장치 및 방법은 분산 측정 시에, 특히, 분산 보상 광섬유의 분산을 측정하는데 사용되며, 즉, 전화통신에서 사용되는 표준 광섬유에 비하여 상당히 높은 (절대) 분산 값을 특징으로 하는 광섬유의 분산을 측정하는데 사용된다.

종래 기술은 다양한 물리적 현상과 효과를 사용하여, 굴절률과 두께를 포함하는, 위상 요소들의 파라미터를 측정하는 몇 가지 방법을 규정한다. 다음과 같은 접촉식 기술이 공지되어 있다: 표시자를 사용한 측정, 포인트들의 클라우드를 수집하여, 그것의 두께를 포함하는, 위상 요소들의 프로파일에 대한 정보를 생성하는, 좌표 측정 머신(CMM)을 사용하는 측정, 및 가장 간단한 캘리퍼 측정. 공지된 접촉 방법은 간섭법, 타원해석법 및 AT 기반(감쇠된 전반사 및 내부 반사) 방법(감쇠된 전반사 적외선 분광법)을 포함한다.

위상 요소 파라미터 측정에서의 과제 중 하나는 측정 장치의 기계 부품으로 측정 요소들의 표면을 건드리지 않으면서 위상 요소 파라미터의 측정을 최대한 정밀하게 수행하는 것이다. 접촉 방법은 피시험 요소와 그 표면의 손상, 특히 기계적 손상을 초래할 수 있으며, 위상 요소들과 측정 유닛 양자의 정밀한 조립을 요구하는데, 이것은 산업 조건에서 매우 어렵다. 더욱이, 통상적인 접촉 방법은 실험실 측정을 제외하면 곡률 반경이 큰 오목 렌즈의 측정에 전용될 수 없으며, 정밀 계측기에 대한 구매 비용이 종종 전체 생산 라인의 가치를 초과하게 될 수도 있다.

문헌 "Measurement of the refractive index and thickness for lens by confocal technique" by Yun Wang, Lirong Qju, Jiamiao Yang and Weiqian Zhao(Optik, that is, International Journal for Light and Electron Optics, 2013)는 공초점 시스템(confocal system)에서 위상 요소의 굴절률 또는 두께를 결정하는 방법을 설명한다. 이 기술은 광선 추적 방법을 적용한다. 렌즈를 통과한 후에, 광선이 위상 요소의 첫 번째로 검사된 표면의 중심점에 포커싱되며 이어서 미러로 향하게 된다. 렌즈는 위상 요소의 피검사 표면을 기준으로 시프트된다. 초점 곡선 피크의 값이, 렌즈의 초점 거리를 기준으로, 위상 요소의 변화하는 위치에 따라 검사된다. 검출기로 향한 후에, 그 신호가 계산 알고리즘에 의해 처리된다. 측정을 수행하기 이전에, 시스템이 정렬되며 그 정렬의 정확도가 측정의 정밀도를 결정한다. 신호는 빔 스플리터 큐브(beam splitter cube)에 의해 측정 시스템으로 들어간다. 벌크 광학소자(이 경우, 빔 스플리터 큐브)를 적용하면, 위상 요소에 먼지가 묻거나 위상 요소가 이동함으로써, 시스템이 정렬 상태에서 벗어날 위험이 증가하게 된다.

또한, 광선 추적 방법은, 상기 문헌의 저자들에 의해서, 다음과 같은 문헌, 즉 "Laser differential confocal lens thickness measurement" by Yun Wang, Lirong Qiu, Yanxing Song and Weiqian Zhao(Measurement Science and Technology, 2012)에도 기술되었으며, 이러한 문헌에서 저자들은 공초점 시스템을 적용한다. 이전의 문헌과는 달리, 여기서의 방법은 제 2 감지기를 수반하는 차동 측정(differential measurement)의 적용으로 이루어지는 시스템 수정을 상정하고 있다. 이러한 측정은 한편으로는 더 정확하지만, 다른 한편으로는 측정 지속 기간 및 계산 능력이 확장되어야 한다.

문헌 "Low coherence interferometry for central thickness measurement of rigid and soft contact lenses" by Verrier I., Veillas C, and Lepine T.(Optics Express, 2009)"는 저-코히어런스 광원을 사용하여 콘택트 렌즈의 두께를 측정하는 방법을 기술하고 있다. 이 방법에서, 광 빔은 다음과 같은 2개의 간섭계로 구성된 시스템으로 향하게 된다: Mach-Zehnder 젠더 간섭계 및 SISAM 상관기 시스템, 여기서 SISAM은 "interferential spectrometer by selection of amplitude modulation"의 두문자어이며, 이것은 2개의 회절 격자, 빔 스플리터, 렌즈 및 신호 검출을 위한 CCD 카메라로 구성된다. 이 방법의 가장 큰 장점은 비접촉식이지만 분산 효과를 제거하기 위해 복잡한 수학 알고리즘을 적용해야 한다는 것이다. 이러한 시스템은 요소들 및 미러들의 세트를 사용하는 것이 특징이지만, 더 많은 수의 요소들은 더 높은 출력 파워를 갖는 소스를 적용해야할 필요성을 요구한다. 본질적으로, 이러한 시스템에서 요소들의 수를 늘리면 디폴트 트랙 상에서 빔을 유지하는데 부정적인 영향을 주는 시프트의 위험을 초래하고 비용 상승을 유발할 수 있다. 시스템의 정확도는 적용된 카메라의 해상도에 따라 결정된다.

다른 통상적인 측정 기술은, 문헌 "Simultaneous measurement of refractive index and thickness by combining low-coherence interferometry and confocal optics" by Seokhan Kim, Jihoon Na, Myoung Jin Kim, and Byeong Ha Lee(Optics Express, 2008)에 상세하게 기술된 바와 같이, 백색광 간섭계(저-코히어런스 간섭계)와 공초점 측정 기술을 결합하는 것이다. 이 방법에서는, 간섭계를 위한 빔 스플리팅이 빔 스플리터 큐브에서 수행된다. 렌즈의 굴절률과 두께를 측정하려면 2개의 시스템을 사용해야 한다.

특허 문헌 US7433027은 볼륨메트릭 광학소자를 적용하여 렌즈 두께(특히, 안경용 캘리브레이션 렌즈의 두께)를 측정하는 장치 및 비접촉식 방법을 기재하고 있다. 이 시스템의 동작 원리는 CCD 매트릭스를 가진 카메라를 포함하는 이미징 시스템에 의한 데이터 수집에 기초한다. 측정을 완료한 이후에는, 위상 요소가 전용 핸들부에 의해서 회전해야 한다. 이미지 처리 방법을 사용하여, 상기 측정된 위상 요소의 3D 이미지를 얻을 수 있다.

특허 공개 번호 20070002331 A1에는 생산 중에 몰드/렌즈를 측정하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 볼륨메트릭 광학소자를 적용한 간섭계 측정의 사용을 기반으로 한다.

특허 공개 번호 US 20130278756 A1은 통과하는 빔의 초점 거리를 이동시킴으로써, 투명 요소의 두께를 측정하는 장치 및 방법을 제시하고 있으며, 여기서는 스넬(Snell)의 법칙에 따라 두께가 결정된다. 이 장치는 측정 대상의 표면 상에 광을 포커싱하는 카메라를 포함한다. 이 방법은 높은 정확도를 달성하는데 사용될 수 있다. 이 방법은 광 파워가 발생하는 렌즈 측정에 전용되지 못하며, 그 이유는 이러한 광 파워의 존재로 인해 스펙 시프트(speck shift)가 야기됨으로써, 측정 왜곡의 가능성이 있기 때문이다.

특허 공개 번호 US 20140253907 A1은 백색광 간섭 및 코히어런트-광 간섭을 적용하는, 위상 요소의 중심 두께 측정에 대한 설명을 포함한다. 광학 거리의 변경은 압전 요소를 사용하여 수행된다. 또한, 이 방법은 샤크-하트만(Shack-Hartmanm) 센서를 적용함으로써 통과하는 광 파면의 측정을 적용한다. 위상 요소의 다른 파라미터들은 초점 거리와 같은 파면에 기초하여 계산된다. 이 측정 방법을 구현하려면 3개의 광원을 사용해야 한다. 이 장치는 간섭계 암들 사이의 광 경로를 변경하는데 사용되는 압전기 상에 감긴 광섬유들을 적용한다.

종래 기술은 특히 광섬유의 위상 속도의 분산(이하: 분산)을 측정하는 문제를 규정한다. 이 파라미터의 측정은 전화통신 회선에서 피크 확장을 보상하는 기술을 개발하는데 중요한다. 광섬유를 보다 많이 보상할수록(절대항에서 분산이 커질수록) 입력 신호를 재생성하기 위해 전화통신 회선에서 획립되어야 하는 길이가 더 짧아진다.

광섬유의 분산을 측정하기 위한 시스템의 예는, 특히, 문헌 "Experimental study of dispersion characteristics for a series of microstructured fibers for customized supercontinuum generation" by Z. Holdynski et.al.(Optics Express 2013)에 기재되어 있다. 이 방법에서는, 마이클슨(Michelson)의 간섭계 구성에서 백색광 간섭계를 적용하여, 높은 정확도를 얻을 수 있다. 그러나, 측정된 광섬유와 기준 광섬유 사이의 색 분산 값의 차이가 비교적 작기 때문에, 측정 범위가 제한된다(이 방법의 경우에, 기준 광섬유는 예를 들어, 코닝의 SMF-28과 같은 표준 단일 모드 광섬유이다). 이것은 실제로 마이너스 수십 ps/(nm·km)보다 큰 분산을 측정할 수 없다는 것을 의미한다. 분산 보상 광섬유에서의 음의 분산으로 인해, "고분산(higher dispersion)"이라는 문구가 본 특허에 존재하는 경우, 이는 절대적으로 높은 값을 나타낸다. 예를 들어, (-100)ps/(nm·km)의 분산은 (-18)ps/(nm·km)의 분산보다 크다.

광 섬유 분산을 측정하는 다른 방법은, 특히, 분산의 규정의 직접적인 적용에 기초하며, 즉, 특정 거리로 펄스 확장 측정 또는 파장의 함수로서의 시간 지연 측정에 기초한다. 이러한 측정 방법을 사용하여, 분산이 작은 광섬유가 광섬유의 많은 부분을 실현한다. 결국, 큰 분산을 갖는 광섬유의 경우에, 작은 거리에서 피크 확장이 관찰되는 경우, 이들 광섬유의 감쇠 특성에서 문제가 발생한다. 이러한 광섬유는 일반적으로 연성 유리로 제조되며, 이 때문에 이러한 광섬유는 몇 dB/m의 손실을 갖는다. 결과적으로, 신호는 광섬유의 작은 부분을 사용하여 측정할 수 있으며, 수십 cm의 섹션을 적용할 경우, 측정 시스템에서 광섬유 섹션의 조립이 어렵거나 불가능할 수 있다. 측정된 광섬유를 너무 많이 줄이면 피크 확장을 관찰하는 능력에 부정적인 영향을 미친다.

특허 문헌 US4799789A에는 그룹 속도 분산을 측정하는 방법이 기재되어 있다. 이 측정 방법은 각 파장이 주어진 분산 매질에서 상이한 전파 시간을 갖는다는 사실을 이용하며, 측정은 측정된 광섬유 및 기준 광섬유를 통과하는 광 전파의 시간의 측정으로 이루어진다. 캐스케이드(cascade)의 다이오드 레이저들이 생성되는 파의 길이를 가변시키면서 광원(또는 구성에 따라, LED 다이오드)으로서 적용되며, 이에 따라, 양쪽 광섬유 모두에서의 파장을 변경할 수 있다. 스펙트럼 함수로서 빔의 전파 시간을 스캐닝함으로써, 그룹 속도 분산을 얻게된다.

WO 2006118911에는 파장 함수로서 이러한 분산 측정 방법을 사용하여 수행되는, (거리 함수로서의) 길이 방향 분산의 측정이 기재되어 있다. 이 방법은 통상적인 전화통신 섬유의 측정에 전용되며, 여기서는 광섬유의 길이가 손실로 인해 제한되지 않는다.

따라서, 본 발명의 연구의 목적은 위상 요소들의 파라미터(예를 들어, 굴절률 및 두께)의 산업적 측정을 수행할 수 있는 것을 보장하는, 시스템을 개발하는 것이다. 제조된 위상 요소들의 품질 관리의 일부로서의 산업적 요구사항 중 하나는 특히, 위상 요소들의 두께를 제어하는 것이다. 통상적인 시스템의 대다수는 이러한 영역에서 매우 양호한 파라미터에 도달하며, 즉, 수 ㎛ 또는 심지어 ㎛ 파트(part)의 정확도로 측정을 수행할 수 있다. 이러한 측정의 정확도가 비교적 만족스러운 한, 측정 시스템의 구조는 컴팩트하지 않으며, 오직 실험실에서만 사용된다. 이러한 시스템에 의한 또 다른 장애는 고도의 자격을 갖춘 운영 요원을 제공할 필요가 있다는 것이다. 이러한 문제점들은, 본 발명에 따른 장치에 의해서 해결되며, 본 발명은 측정 정밀도를 1 ㎛ 미만으로 증가시키는 것과는 별도로, 불편한 산업적 상황에서 컴팩트하고 편안한 제어 측정을 수행하는 것을 가능하게 하는 비접촉식, 비파괴 측정을 보장한다. 본 발명이 자동 측정에 대해 부여된 기대를 충족시키기 위해, 볼륨메트릭 광학 요소들이 가능한 한 제거되었으며, 이로 인하여 생산 라인 상에서 직접 조립할 수 있게 된다. 예를 들어, 종래 기술에서 파생된 솔루션은 주로 빔 스플리터 큐브에서 빔 스플리팅을 가정한다. 이러한 빔 분할은 빔 스플리팅 및 온도와 기계적 조건의 긴밀한 상관 관계로 인해 상당한 측정 오차 또는 일반적으로는 측정을 수행할 수 없는 위험을 초래한다. 본 발명에 따른 해결책에서는, 이러한 문제가 광섬유 커플러를 사용하여 빔 스플리팅을 적용함으로써 해결된다. 이러한 구성에서, 상기 요소에는 분진이 묻을 수 없으며, 온도 및 진동이 빔 스플리팅에 미미한 수준으로 영향을 미친다(또한 광섬유 커플러를 움직이면 빔 스플리팅의 효과에 영향을 미치지 않는 반면에, 큐브가 사용될 경우에는 이러한 움직임이 측정을 방해할 수 있다). 또한, 광섬유 요소는 일반적으로 볼륨메트릭 광학적 대응 부품들에 비해서 가격이 저렴한다. 본 발명에 따른 시스템은 CCD 카메라를 포함하지 않으며, 이러한 CCD 카메라의 사용은 빔이 매트릭스에 부딪치지 않을 경우 정보의 일부가 손실될 가능성으로부터 파생되는 불확실성을 항상 초래한다. 본 발명에 따른 해결책에서는, 수광 광섬유 커넥터가 전체 측정 기간 동안 헤드 유닛 내측에 고정된다. 저-코히어런스 광원을 적용할 경우에는, 측정된 요소의 분산이 측정 결과에 영향을 미치게 된다. 이러한 측정 원리의 적용으로, 자동 측정 시에 본 시스템을 채택할 수 있는 한편, 시스템의 구성 비용은 본 특허에서 인용된 예들에 비해 상당히 낮다.

또한, 본 발명의 목적은 광섬유의 위상 속도의 분산을 측정하기 위한 장치를 개발하는 것이며, 특히 전화통신 응용에서 매우 바람직한, 분산 보상 광섬유의 위상 속도의 분산을 측정하기 위한 장치를 개발하는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분산 보상 광섬유에 대한 위상 속도 분산을 측정하는 것이 가능하다. 종래 기술에서 공지된 위상 분산 측정에 사용되는 시스템들의 일부(특히, 간섭계 방법을 사용하는 것들)는 수십 ps/nm·km를 초과하는 (절대) 분산을 나타내는 광섬유에서는 사용될 수 없다. 본 발명에 따른 시스템을 적용할 경우에는, 매우 높은 절대 분산 값에 대해서도 제한 없는 측정을 수행하는 것이 가능하다.

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유들의 분산을 측정하는 장치는 적어도 하나의 광섬유 커플러에 직렬로 연결된 적어도 하나, 바람직하게는 저-코히어런스 광원을 포함하며, 상기 커플러의 암들 중 하나는 기준 암의 일부를 구성하고, 상기 커플러의 제 2 암은 본 장치의 측정 암의 일부를 구성하고, 적어도 하나의 모터구동식 선형 스테이지가 상기 장치의 적어도 하나의 암에 장착되고, 상기 장치의 암들 중 적어도 하나는 직접적으로 또는 추가 광섬유 커플러를 통해 적어도 하나의 검출기, 바람직하게는 광 다이오드에 연결되며, 적어도 하나의 콜리메이터가 적어도 위상 요소 앞에서 상기 장치의 암들 중 적어도 하나에 배치된다. 측정 동안, 본 장치는 바람직하게는 추가적인 모델 위상 요소를 사용하여 위상 요소의 파라미터들을 지정한다.

측정된 요소는 특히, 그것의 파라미터를 규정하기 위해서 측정되는 렌즈로 해석되는 측정된 렌즈로서 해석된다.

본 발명에 따른 장치의 측정 암은, 바람직한 실시형태에서, 입력 커플러를 포함하는 광섬유, 입력 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 위상 요소, 특히, 렌즈가 측정 기간 동안 핸들부에 위치 및 장착되는 자유 공간, 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

본 발명에 따른 장치의 기준 암은, 바람직한 실시형태에서, 입력 커플러를 포함하는 광섬유, 자유 공간, 출력 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치된 콜리메이터를 포함하며, 콜리메이터들 중 하나는 모터구동식 선형 스테이지 상에 장착된다.

본 발명에 따른 장치의 암들의 길이는 광섬유 길이와 자유 공간 길이로 분할된다.

적어도 하나의 광원이 입력 광섬유 커플러에 연결되고, 입력 광섬유 커플러의 광섬유들은 측정 암 및 기준 암의 일부를 포함하며 콜리메이터들에서 종단되고, 콜리메이터들 중 하나는 모터구동식 선형 스테이지에 연결되고, 검출기에서 종단되는 광섬유 커플러는 다른 측 상의 기준 암 및 측정 암에 연결된다. 측정을 수행하는 단계에서, 위상 요소가 측정 광섬유 영역에 장착된다. 바람직한 실시형태에서, 위상 요소는 모터구동식 선형 스테이지 상에 장착된 적어도 하나의 렌즈이다.

바람직한 실시형태에서, 모델 위상 요소, 즉, 바람직하게는 소정 두께의 모델 렌즈가 기준 암 상에 배치된다.

다른 실시형태에서는, 측정된 위상 요소, 특히 측정된 렌즈가 입력 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 배치된 콜리메이터 바로 뒤이면서 모터구동식 선형 스테이지를 지지하는 콜리메이터 앞에 있는, 측정 암의 자유 공간에 배치된다. 콜리메이터에서 종단되지 않은 입력 커플러를 포함하는 광섬유는 또한 콜리메이터에서 종단되지 않은 출력 커플러를 포함하는 광섬유에 직접 연결된다.

또한, 모터구동식 선형 스테이지를 지지하는 콜리메이터를 측정된 위상 요소, 특히 측정된 렌즈에 배치하는 것이 아니라, 다른 암에 배치할 수도 있다.

바람직한 실시형태에서, 제 2 코히어런트 광원(coherent light source)이 저-코히어런스 광원과는 별도로 적용된다. 제 2 코히어런트 광원의 코히어런스 경로는 적어도 모터구동식 선형 스테이지의 이동 범위와 동일하다. 제 2 코히어런트 광원 및 저-코히어런스 광원은 장치에 서로 교차-연결되며, 저-코히어런스 광원으로부터의 출력 신호는 입력 광섬유 커플러를 통해 기준 암 및 측정 암으로 향하고, 그 후에, 상기 연결된 출력 광섬유 커플러를 통해 검출기에 도달한다. 제 2 코히어런트 광원은 출력 광섬유 커플러를 포함하는 제 2 광섬유에 연결된다. 제 2 광원으로부터, 신호가 출력 광섬유 커플러와 측정 암 및 기준 암을 통해 입력 광섬유 커플러 및 제 2 검출기로 향하게 된다.

바람직한 실시형태에서, 저-코히어런스 광원은 그 스펙트럼 폭이 적어도 수 나노미터를 갖는, SLED, LED, 슈퍼컨티늄(supercontinuum) 광원, 저-코히어런스 레이저 등으로부터 선택되는 광원이다.

바람직한 실시형태에서, 모터구동식 선형 스테이지는 적어도 하나의 축을 따라 움직하면서 이동 가능하다. 바람직한 실시형태에서, 위상 요소의 핸들부는 3개의 축을 따라 움직이면서 이동 가능하며 이들 축 중 어느 하나를 중심으로 하는 회전을 가능하게 한다.

광섬유 커플러들을 포함하는 광섬유들은 콜리메이터들에서 종단된다.

다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 반사 구성(reflective configuration)에 따라 조립된다.

바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 장치를 적용하여 위상 요소의 파라미터들과 광섬유의 분산을 측정하는 방법은 2개의 단계를 가지며, 여기서 제 1 단계는 본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션(기준 측정)을 수행하는 것이고, 제 2 단계는 정확한 측정(proper measurement) 단계이다. 한편, 반사 구성에서는, 캘리브레이션 측정 및 정확한 측정이 단일 스캐닝 동안에 수행된다.

본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션 동안, 저-코히어런스 광원으로부터의 광이 광섬유 커플러로 향하게 되며, 이 광섬유 커플러에서 광이 측정 암 및 기준 암으로 분리된다.

또한, 모터구동식 선형 스테이지가 슬라이딩하면서, 검출기를 사용하여 판독되고 인터페로그램으로 분석되는 광학 경로들에서의 제로 차(zero difference)를 획득할 때까지, 상기 스테이지의 위치 정보가 기록된다. 광이 콜리메이터들을 통과한 이후에 광섬유 커플러에서 간섭이 발생하고, 인터페로그램이 시간 함수로서 수집되며, 이것이 모터구동식 선형 스테이지 이동으로 변환된다. 인터페로그램은 광검출기, 특히 광다이오드에 의해 수집된다.

추가의 코히어런트 광원을 사용하는 경우, 캘리브레이션 측정은 전술한 바와 동일하다. 추가의 광원(코히어런트한 광원)에서 수집된 인터페로그램은, (광 경로들의 차이로 인해) 암들 간의 파장 차이를 정확하게 설정함으로써, 측정 정밀도를 높이는 것을 목표로 한다.

장치가 캘리브레이션된 후에는 시스템이 정확한 측정으로 진행하며, 여기서 위상 요소, 특히 측정을 위한 것으로 의도된 렌즈가 본 발명에 따른 장치의 측정 암에서 콜리메이터들 사이에 삽입된다. 또한, 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광학 경로 차를 생성하는 위치가 결정된다. 위상 요소에 대한 정확한 측정 및 캘리브레이션 측정에서 인터페로그램 콘트라스트 최대치들에 대한 모터구동식 선형 스테이지의 차동 위치(differential position)들을 기준으로 하고, 위상 요소를 이루는 유리의 굴절률에 기초하여, 위상 요소의 두께가 결정된다(우리는 위상 요소에 의해 도입된 광학 경로 차를 잘 알고 있다).

한편, 바람직한 실시형태에서, 정확한 측정 동안, 기지의(known) 파라미터를 갖는 위상 요소가 기준 암에 배치된다. 위상 요소가 모델 렌즈인 경우, 우리는 두께, 굴곡 및 굴절률을 잘 알고 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 장치는 모델 위상 요소로부터의 편차만을 측정한다.

측정 동안, 저-코히어런스 광원으로부터의 신호는 광섬유 커플러로 향하고, 그 후에, 이 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 이 신호가 콜리메이터들로 전달된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 측정 암의 렌즈로 향하게 되며, 그 후에 콜리메이터로 향하게 된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 제 2 암의 콜리메이터에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들로부터의 신호들이 커플러로 향하게 되며, 이 커플러에서 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기로 향하게 된다.

제 2 코히어런트 광원이 저-코히어런스 광원과 별도로 사용될 경우, 저-코히어런스 광원으로부터의 신호가 광섬유 커플러로 향하며, 그 후에 이 커플러를 포함하는 광섬유들로부터 이 신호가 콜리메이터들로 전달된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 측정 암의 렌즈(5)로 향하며, 그 후에 일 콜리메이터로 향하게 된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 제 2 암의 콜리메이터에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지의 시프트에 따라 달라진다. 콜리메이터들로부터의 신호들은 커플러로 향하게 되며, 이 커플러에서 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기를 향하게 된다. 시스템의 다른 측에서는, 코히어런트 광원으로부터의 신호가 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들 중 하나로 향하게 되며(이 광섬유 커플러로부터 저-코히어런스 광원에 의해 생성된 신호가 나오며, 이 커플러에는 검출기가 연결되지 않음), 그 후에, 이 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 상기 신호가 콜리메이터들로 전달된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 측정 암의 렌즈로 향하며, 그 후에 일 콜리메이터로 향하게 된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 제 2 암의 콜리메이터에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들로부터의 신호들은 커플러로 향하게 되며, 이 커플러에서 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기로 향하게 된다. 제 2 광원(코히어런트한 광원)의 존재로 인해, 모터구동식 선형 스테이지 위치 측정의 정밀도를 높일 수 있다.

기준 암에 배치된 모델 위상 요소를 적용할 경우, 저-코히어런스 광원으로부터의 신호가 광섬유 커플러로 향하게 되며, 그 후에 이 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 상기 신호가 콜리메이터들로 전달된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 측정 암의 렌즈로 향하며, 그 후에 일 콜리메이터로 향하게 된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 모델 렌즈에 도달하고, 그 후에 제 2 암의 콜리메이터에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들로부터의 신호들은 커플러로 향하게 되며, 이 커플러에서 신호들이 서로 간섭한다. 이 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기로 향하게 된다.

위상 요소들의 곡선을 측정할 경우, 저-코히어런스 광원으로부터의 신호가 광섬유 커플러로 향하고, 그 후에 이 커플러를 포함하는 광섬유들로부터 상기 신호가 콜리메이터들로 전달된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 측정 암의 평면-볼록 렌즈(plano-convex lens)로 향하며, 그 후에 일 콜리메이터로 향하게 된다. 렌즈(5.3)는 X축 및 Y축를 따르는 렌즈의 움직임을 가능하게 하는 시스템에 장착된다. 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 제 2 암의 콜리메이터에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들로부터의 신호들은 커플러로 향하게 되며, 이 커플러에서 신호들이 서로 간섭한다. 상기 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기로 향하게 된다.

렌즈의 굴절률 측정의 경우, 저-코히어런스 광원으로부터의 신호가 광섬유 커플러로 향하며, 그 후에 이 커플러를 포함하는 광섬유들로부터 상기 신호가 콜리메이터들로 전달된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 측정 암의 평면-평행 플레이트(plane-parallel plate)를 향하며, 그 후에 일 콜리메이터를 향하게 된다. 이 플레이트는 사전 설정된 각도로의 회전을 가능하게 하는 구성으로 장착된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 제 2 암의 콜리메이터에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지의 시프트에 의존한다. 상기 콜리메이터들로부터의 신호들은 일 커플러로 향하게 되며, 이 커플러에서 신호들이 서로 간섭한다. 이 커플러로부터의 신호는 검출기로 향하게 된다.

일 암에만 장착된 콜리메이터들, 즉 측정 암에만 장착된 콜리메이터들로 측정을 수행하는 경우, 저-코히어런스 광원으로부터의 신호가 광섬유 커플러로 향하고, 그 후에, 이 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 상기 신호가 일 콜리메이터로 전달된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 측정 암의 렌즈로 향하게 되고, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지의 시프트에 의존한다. 이 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 떠난 후에, 광이 제 2 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유에 직접 연결된다. 측정 암 및 기준 암으로부터의 신호들은 일 광섬유 커플러로 향하게 되며, 이 광섬유 커플러에서 신호들이 서로 간섭한다. 이 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기로 향하게 된다.

반사 구성에서 시스템을 실행하는 경우, 저-코히어런스 광원으로부터의 신호가 광섬유 커플러로 향하고, 그 후에, 이 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 상기 신호가 일 콜리메이터로 전달된다. 상기 콜리메이터를 떠난 후에, 광이 측정 암의 렌즈로 향하게 되고, 그 후에 미러에 의해 반사되어 콜리메이터에 의해 광섬유 커플러 및 검출기로 다시 향하게 된다. 콜리메이터로 향하는 광은 미러로 향하게 되고, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지의 위치에 의존한다. 이 광섬유 커플러를 떠난 후에, 광은 검출기로 전달된다.

이용 가능한 카탈로그에 규정되는 굴절률의 높은 정확도로 인해, 위상 요소의 두께를 매우 정확하게 결정할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 장치가 도면들에 제시되어 있다.
도 1은 본 발명의 기본 버전을 나타내며, 이러한 기본 버전에서는, 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 신호가 콜리메이터(3.1) 및 콜리메이터(4.1)로 전달된다.
도 2는 코히어런트 광원 및 저-코히어런스 광원을 적용한 본 발명을 나타낸다.
도 3은 모델 위상 요소를 적용한 측정을 위해 사용되는 본 발명의 변형예를 나타낸다.
도 4는 위상 요소의 곡선을 측정하기 위한 본 발명의 구성을 나타낸다.
도 5는 평면-평행 플레이트들의 굴절률을 측정하는데 사용되는 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내며, 여기서 2개의 다양한 플레이트 경사에 대한 데이터가 수집된다.
도 6은 본 발명의 소위 축소된 버전의 바람직한 실시형태를 나타낸다.
도 7은 미러 반사에 기초한 반사 구성을 적용한 본 발명의 버전의 바람직한 실시형태를 나타낸다
도 8은 위상 요소의 표면으로부터의 반사에 기초한 반사 구성을 적용한 본 발명의 버전의 또 다른 바람직한 실시형태를 나타낸다.
도 9는 높은 절대 분산 값을 갖는 광섬유들의 분산을 측정하기 위한 본 발명의 버전의 바람직한 실시형태를 나타낸다.

실시예 1

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유 분산을 측정하는 장치는 저-코히어런스 광원, 검출기, 즉 광 다이오드, 2개의 광섬유 광학 커플러, 모터구동식 선형 스테이지, 및 4개의 콜리메이터를 포함한다.

본 발명에 따른 측정 암은 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 위상 요소, 즉 렌즈가 측정 기간 동안 핸들부에 장착되는 자유 공간, 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

본 발명에 따른 장치의 기준 암은, 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 위상 요소, 즉 렌즈가 측정 기간 동안 핸들부에 장착되는 자유 공간, 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

암의 길이는 광섬유의 길이와 자유 공간의 길이로 분할된다. 광섬유에서 암의 길이는 시판되는 광섬유 커플러에서 적용되는 카탈로그 솔루션들에 나열되어 있는 바와 같은 표준이며, 1m이다. 자유 공간에서 암의 길이는 150mm이다.

광원이 입력 광섬유 커플러에 연결되며, 이 입력 광섬유 커플러의 광섬유들은 측정 암 부분 및 기준 암 부분을 포함하고 콜리메이터들에서 종단되며, 이 콜리메이터들 중 하나는 모터구동식 선형 스테이지에 연결되고, 검출기에 연결된 광섬유 커플러는 측정 암 및 기준 암의 다른쪽에 연결된다. 측정 단계에서는, 측정된 위상 요소, 즉 측정된 렌즈가 측정 암의 자유 공간에 장착된다.

본 발명에 따른 장치를 적용하여, 위상 요소의 파라미터들 및 광섬유들의 분산을 측정하는 방법은 2개의 단계를 가지며, 여기서 제 1 단계는 본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션을 수행하는 것이고, 제 2 단계는 정확한 측정(proper measurement)이다.

본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션 동안, 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 광이 광섬유 커플러(2.1)로 향하게 되며, 여기서 이 광이 측정 암 및 기준 암으로 분할된다. 한편, 측정 암 및 기준 암의 자유 공간에는 위상 요소들이 없다.

또한, 모터구동식 선형 스테이지(6)가 움직임에 따라, 검출기로부터의 데이터 및 모터구동식 선형 스테이지 위치의 분석을 통해서, 특정 광섬유 커플러 암들 사이의 광 경로들의 제로 차(zero difference)가 획득될 때까지 그것의 위치에 관한 정보를 기록한다. 콜리메이터들(3.2 및 4.2)를 통과한 후에 광섬유 커플러(2.2)에서 간섭이 발생하고, 인터페로그램이 시간 함수로서 수집되며, 이것이 모터구동식 선형 스테이지 이동으로 변환된다. 인터페로그램은 광 검출기, 특히 광 다이오드에 의해 수집된다.

본 장치가 캘리브레이션된 후에, 시스템이 정확한 측정으로 진행되며, 이러한 측정에서, 위상 요소, 특히, 측정을 위한 것으로 의도된 렌즈가 본 발명에 따른 장치의 측정 암에서, 콜리메이터들(3.1 및 3.2) 사이에 삽입된다. 또한, 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광학 경로 차를 생성하는 위치가 결정된다. 위상 요소에 대한 정확한 측정 및 캘리브레이션 측정에서 인터페로그램 콘트라스트 최대치들에 대한 모터구동식 선형 스테이지의 차동 위치들을 기준으로 하고, 위상 요소를 이루는 유리의 굴절률에 기초하여, 위상 요소의 두께, 특히 렌즈의 두께가 결정된다.

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)를 향하게 되고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 상기 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달된다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 위상 요소, 즉 렌즈(5.1)로 향하며, 그 후에 콜리메이터(3.2)로 향하게 된다. 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들이 광섬유 커플러(2.2)로 향하게 되며, 여기서 이 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 된다.

이용 가능한 카탈로그 굴절률에 규정된 굴절률의 고정밀도로 인해, 위상 요소의 두께를 매우 정확하게 결정할 수 있게 된다.

실시예 2

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유 분산을 측정하는 장치는, 저-코히어런스 광원 및 코히어런트 광원, 포토 다이오드 형태의 2개의 검출기, 2개의 광섬유 커플러, 모터구동식 선형 스테이지, 4개의 콜리메이터를 포함한다.

본 발명에 따른 장치의 기준 암은, 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 자유 공간, 모터구동식 선형 스테이지 상에 장착된 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

암의 길이는 광섬유의 길이와 자유 공간의 길이로 분할된다. 광섬유에서 암의 길이는 시판되는 광섬유 커플러에서 적용되는 카탈로그 솔루션들에 나열되어 있는 바와 같은 표준이며, 1m이다. 자유 공간에서 암의 길이는 150mm이다. 광섬유 커플러는 표준 단일 모드 광섬유들로 제작된다.

코히어런트 광원 및 검출기는 입력 광섬유 커플러에 연결되며, 이 커플러의 광섬유들은 측정 암 및 기준 암 부분을 포함하고 콜리메이터들에서 종단되며, 이 콜리메이터들 중 하나는 모터구동식 선형 스테이지에 연결되고, 제 2 검출기 및 저-코히어런스 광원에 연결된 입력 광섬유 커플러가 측정 암 및 기준 암의 다른쪽에 연결된다.

코히어런트 광원의 경우, 코히어런스 길이는 모터구동식 선형 스테이지의 이동 범위보다 크거나 이와 동일하다.

본 발명에 따른 장치를 적용하여, 위상 요소의 파라미터들 및 광섬유들의 분산을 측정하는 방법은 2개의 단계를 가지며, 여기서 제 1 단계는 본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션을 수행하는 것이고, 제 2 단계는 정확한 측정이다.

본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션 동안, 저-코히어런스 광원(1.1) 및 코히어런트 광원(1.2)으로부터의 광이 광섬유 커플러들(2.1 및 2.2)로 향하며, 여기서 이 광이 측정 암 및 기준 암으로 분할된다. 한편, 측정 암 및 기준 암의 자유 공간에는 위상 요소들이 없다.

모터구동식 선형 스테이지가 움직임으로써 각 광원들에 대한 인터페로그램이 기록된다. 또한, 모터구동식 선형 스테이지가 이동하면, 특정 광섬유 커플러 암들 사이의 광 경로들의 제로 차가 검출기를 사용하여 판독될 때까지 그것의 위치에 대한 정보가 기록된다. 광섬유 커플러들 양쪽 모두에서 간섭이 일어나며, 그 중 하나는 코히어런트 광원으로부터의 간섭을 지원하고, 다른 하나는 저-코히어런스 광원으로부터의 간섭을 지원한다. 인터페로그램은 광 검출기, 특히 광 다이오드에 의해 수집된다.

본 장치가 캘리브레이션된 후에, 시스템이 정확한 측정으로 진행되고, 이러한 측정에서, 위상 요소, 특히, 측정을 위한 것으로 의도된 렌즈가 본 발명에 따른 장치의 측정 암에서, 콜리메이터들(3.1 및 3.2) 사이에 삽입된다. 또한, 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광학 경로 차를 생성하는 위치가 결정된다. 위상 요소에 대한 정확한 측정 및 캘리브레이션 측정에서 인터페로그램 콘트라스트 최대치들에 대한 모터구동식 선형 스테이지의 차동 위치들을 기준으로 하고, 위상 요소를 이루는 유리의 굴절률에 기초하여, 위상 요소의 두께, 특히 렌즈의 두께가 결정된다.

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)를 향하게 되고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 이 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달된다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 위상 요소, 즉 렌즈(5.1)로 향하며, 그 후에 콜리메이터(3.2)로 향하게 된다. 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들이 광섬유 커플러(2.2)로 향하게 되며, 여기서 이 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 된다. 시스템의 다른 측에서는, 코히어런트 광원(1.2)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.2)로 향하고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유로부터, 이 신호가 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로 전달된다. 콜리메이터(3.2)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 위상 요소, 즉 렌즈(5.1)로 향하며, 그 후에 콜리메이터(3.2)로 향하게 된다. 콜리메이터(4.2)를 떠난 후에, 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.1)에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.1)로 향하며, 여기서 이 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.2)로 향하게 된다. 제 2 광원(코히어런트한 광원)의 존재로 인해서, 모터구동식 선형 스테이지 위치 측정의 정밀도를 높일 수 있다.

실시예 3

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유 분산을 측정하는 장치는, 저-코히어런스 광원, 포토 다이오드 형태의 검출기, 2개의 광섬유 커플러, 모터구동식 선형 스테이지, 및 4개의 콜리메이터를 포함한다. 측정의 일부로서, 측정된 위상 요소의 사양(specification)이 모델 위상 요소, 즉 공지의 광학적 파라미터들 및 치수들을 갖는 모델 렌즈에 기초하여 결정된다.

본 발명에 따른 측정 암은 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 위상 요소, 즉 렌즈가 측정 기간 동안 핸들부에 장착되는 자유 공간, 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

본 발명에 따른 장치의 기준 암은, 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 모델 위상 요소, 즉 모델 렌즈가 정확한 측정 기간 동안 핸들부에 장착되는 자유 공간, 모터구동식 선형 스테이지 상에 장착된 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

광원이 입력 광섬유 커플러에 연결되고, 이 입력 광섬유 커플러의 광섬유는 측정 암 부분 및 기준 암 부분을 포함하고 콜리메이터들에서 종단되며, 이 콜리메이터들 중 하나는 모터구동식 선형 스테이지에 연결되고, 검출기에 연결된 광섬유 커플러는 측정 암 및 기준 암의 다른쪽에 연결된다. 측정 단계에서는, 측정된 위상 요소, 즉 측정된 렌즈가 측정 암의 자유 공간에 장착되며, 모델 위상 요소, 즉 모델 렌즈가 기준 암에 장착된다. 모델 위상 요소는 모터구동식 선형 스테이지에 장착된다.

본 발명에 따른 장치를 적용하여, 위상 요소의 파라미터 및 광섬유의 분산을 측정하는 방법은 2개의 단계를 가지며, 여기서 제 1 단계는 본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션을 수행하는 것이고, 제 2 단계는 정확한 측정이다.

본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션 동안, 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 광이 광섬유 커플러(2.1)로 향하며, 여기서 이 광이 측정 암 및 기준 암으로 분할된다. 한편, 측정 암 및 기준 암의 자유 공간에는 위상 요소들이 없다.

또한, 모터구동식 선형 스테이지(6)가 움직임에 따라, 검출기를 사용하여, 특정 광섬유 커플러 암들 사이의 광 경로들의 제로 차가 판독될 때까지 그것의 위치에 관한 정보를 기록한다. 콜리메이터들(3.2 및 4.2)를 통과한 후에 광섬유 커플러(2.2)에서 간섭이 발생하고, 인터페로그램이 시간 함수로서 수집되며, 이것이 모터구동식 선형 스테이지 이동으로 변환된다. 인터페로그램은 광 검출기, 특히 광 다이오드에 의해 수집된다.

본 장치가 캘리브레이션된 후에, 시스템이 정확한 측정으로 진행되고, 이 측정에서는, 위상 요소, 특히, 측정을 위한 것으로 의도된 렌즈가 본 발명에 따른 장치의 측정 암에서, 콜리메이터들(3.1 및 3.2) 사이에 삽입된다. 또한, 공지의 파라미터들을 가진 모델 렌즈로 구성된 모델 위상 요소가 기준 암에서 콜리메이터들(4.1 및 4.2) 사이에 배치된다. 또한, 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광학 경로 차를 생성하는 위치가 결정된다. 위상 요소에 대한 정확한 측정 및 캘리브레이션 측정에서 인터페로그램 콘트라스트 최대치들에 대한 모터구동식 선형 스테이지의 차동 위치들을 기준으로 하고, 위상 요소를 이루는 유리의 굴절률에 기초하여, 위상 요소의 두께, 특히 렌즈의 두께가 결정된다.

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)를 향하게 되고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 이 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달된다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 위상 요소, 즉 렌즈(5.1)로 향하게 되며, 그 후에 콜리메이터(3.2)로 향하게 된다. 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 광이 모델 렌즈(5,2)에 도달하고, 그 후에 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.2)로 향하게 되며, 여기서 이 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 된다.

실시예 4

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유 분산을 측정하는 장치는 저-코히어런스 광원, 검출기, 즉 광 다이오드, 2개의 광섬유 광학 커플러, 모터구동식 선형 스테이지, X축 및 Y축을 따르는 이동을 가능하게 하는 일 시스템, 4개의 콜리메이터를 포함한다. 측정의 일부로서, 일 측이 편평한 측정된 위상 요소의 사양은, 위상 요소가 X축 및 Y축을 따르는 이동을 가능하게 하는 시스템에 배치될 경우에 결정된다.

본 발명에 따른 측정 암은 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 위상 요소, 즉 렌즈가 측정 기간 동안 X축 및 Y축을 따르는 이동을 가능하게 하는 핸들부에 장착되는 자유 공간, 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

광원이 입력 광섬유 커플러에 연결되고, 이 입력 광섬유 커플러의 광섬유는 측정 암 부분 및 기준 암 부분을 포함하고 콜리메이터들에서 종단되며, 이 콜리메이터들 중 하나는 모터구동식 선형 스테이지에 연결되고, 검출기에 연결된 광섬유 커플러는 측정 암 및 기준 암의 다른쪽에 연결된다. 측정 단계에서는, 측정된 위상 요소, 즉 일 측이 편평하고 모터구동식 선형 스테이지 상에 배치된 위상 요소가 측정 광섬유 영역에 장착된다.

본 장치가 캘리브레이션된 후에, 시스템이 정확한 측정으로 진행되고, 이 측정에서는, 위상 요소, 특히, 측정을 위한 것으로 의도된 렌즈가 본 발명에 따른 장치의 측정 암에서, 콜리메이터들(3.1 및 3.2) 사이에 삽입된다. 또한, 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광학 경로 차를 생성하는 위치가 결정된다. 한편, 측정된 위상 요소를 슬라이딩시키면서, 여러 지점들에서 측정이 수행된다. 위상 요소에 대한 정확한 측정 및 캘리브레이션 측정에서 인터페로그램 콘트라스트 최대치들에 대한 모터구동식 선형 스테이지의 차동 위치들을 기준으로 하고, 위상 요소를 이루는 유리의 굴절률에 기초하여, 위상 요소의 두께, 특히 렌즈의 두께가 결정된다.

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)를 향하게 되고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 이 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달된다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 위상 요소, 즉 일 측이 편평한 위상 요소(5.1)로 향하며, 그 후에 콜리메이터(3.2)로 향하게 된다. 이 편평한 측정된 위상 요소는 X축 및 Y축을 따르는 이동을 가능하게 하는 시스템에서 장착된다. 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.2)로 향하게 되며, 여기서 이 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 된다.

실시예 5

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유 분산을 측정하는 장치는 저-코히어런스 광원, 검출기, 즉 광 다이오드, 2개의 광섬유 광학 커플러, 모터구동식 선형 스테이지, 4개의 콜리메이터를 포함한다. 측정의 일부로서, 모터구동식 선형 스테이지들 중 하나에 장착된 측정된 위상 요소의 사양이 결정된다.

본 발명에 따른 측정 암은 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 위상 요소, 즉 평면-평행한 렌즈(plane-parallel lens)가 측정 기간 동안 핸들부에 장착되는 자유 공간, 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

암의 길이는 광섬유의 길이와 자유 공간의 길이로 분할된다. 광섬유에서 암의 길이는 시판되는 광섬유 커플러에서 적용되는 카탈로그 솔루션들에 나열되어 있는 바와 같은 표준이며, 1m이다. 자유 공간에서 암의 길이는 150mm이다. 광섬유 커플러들은 표준 단일 모드 광섬유들로 제작된다.

광원이 입력 광섬유 커플러에 연결되고, 이 입력 광섬유 커플러의 광섬유는 측정 암 부분 및 기준 암 부분을 포함하고 콜리메이터들에서 종단되며, 이 콜리메이터들 중 하나는 모터구동식 선형 스테이지에 연결되고, 검출기에 연결된 광섬유 커플러는 측정 암 및 기준 암의 다른쪽에 연결된다. 측정 단계에서는, 모터구동식 선형 스테이지 상에 배치된, 측정된 위상 요소, 즉 평면-평행 플레이트가 측정 광섬유 영역에 장착된다.

본 장치가 캘리브레이션된 후에, 시스템이 정확한 측정으로 진행되고, 이 측정에서는, 위상 요소, 특히, 측정을 위해 의도된 평면-평행 플레이트가 본 발명에 따른 장치의 측정 암에서, 콜리메이터들(3.1 및 3.2) 사이에 삽입된다. 또한, 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광학 경로 차를 생성하는 위치가 결정된다. 한편, 공지의 각도만큼 적어도 2 회 상기 측정된 플레이트가 회전되도록 측정이 수행된다. 위상 요소에 대한 정확한 측정 및 캘리브레이션 측정에서 인터페로그램 콘트라스트 최대치들에 대한 모터구동식 선형 스테이지의 차동 위치들을 기준으로 하고, 회전 각도에 대한 지식에 기초하여, 위상 요소의 굴절율이 결정된다.

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)를 향하게 되고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 이 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달된다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 플레이트(5.4)로 향한 후에 콜리메이터(3.2)로 향하게 된다. 플레이트(5,4)는 사전 설정된 각도(9)만큼 그것의 회전을 가능하게 하는 시스템에 장착된다. 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.2)로 향하게 되며, 여기서 이 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 된다.

실시예 6

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유 분산을 측정하는 장치는 저-코히어런스 광원, 검출기, 즉 광 다이오드, 2개의 광섬유 광학 커플러, 모터구동식 선형 스테이지, 2개의 콜리메이터를 포함한다. 측정의 일부로서, 핸들부 상에 장착된 측정된 위상 요소의 사양이 결정된다.

본 발명에 따른 기준 암은 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터를 포함하며, 이 콜리메이터는 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유에 연결된다.

본 발명에 따른 장치의 측정 암은, 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유, 이 입력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터, 자유 공간, 모터구동식 선형 스테이지 상에 장착된 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치한 콜리메이터, 및 출력 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유를 포함한다.

측정 단계에서는, 측정된 위상 요소, 즉, 측정된 렌즈가 측정 광섬유 영역에 장착되며, 콜리메이터가 모터구동식 선형 스테이지 상에 장착된다.

또한, 모터구동식 선형 스테이지(6)가 움직임에 따라, 특정 광섬유 커플러 암들 사이의 광 경로들의 제로 차가 획득될 때까지 그것의 위치에 관한 정보를 기록한다. 콜리메이터들(3.2 및 4.2)를 통과한 후에 광섬유 커플러(2.2)에서 간섭이 발생하고, 인터페로그램이 시간 함수로서 수집되며, 이것이 모터구동식 선형 스테이지 이동으로 변환된다. 인터페로그램은 광 검출기, 특히 광 다이오드에 의해 수집된다.

본 장치가 캘리브레이션된 후에, 시스템이 정확한 측정으로 진행되고, 이 측정에서는, 측정을 위해 의도된 렌즈가 본 발명에 따른 장치의 측정 암에서, 콜리메이터들(3.1 및 3.2) 사이에 삽입된다. 또한, 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광학 경로 차를 생성하는 위치가 결정된다. 한편, 공지의 각도들만큼 적어도 2 회 상기 측정된 플레이트가 회전되도록 측정이 수행된다. 위상 요소에 대한 정확한 측정 및 캘리브레이션 측정에서 인터페로그램 콘트라스트 최대치들에 대한 모터구동식 선형 스테이지의 차동 위치들을 기준으로 하고, 굴절율에 대한 지식에 기초하여, 위상 요소의 두께가 결정된다.

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)를 향하게 되고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유들로부터, 이 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달된다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 렌즈(5.1)로 향한 후 콜리메이터(3.2)로 향하게 되며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 광섬유 커플러(2.1)를 떠난 후에, 광이 기준 암을 포함하는 광섬유에 의해서 제 2 광섬유 커플러(2.2)로 향하게 된다. 측정 암 및 기준 암으로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2,2)로 향하게 되며, 여기서 이 신호들이 서로 간섭한다. 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 된다.

이러한 레이아웃에서는, 2개의 콜리메이터들이 필요 없게 되며 따라서 이러한 시스템을 조절할 필요가 없게 된다. 이러한 방법은 시스템을 포함하는 광섬유가 작은 분산을 갖는다(목표 정확도를 낮추는 레벨에서 측정을 왜곡하지 않는다)는 점에서 효과적이다.

실시예 7

본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태, 즉, 도 7에 도시된 바와 같은 시스템의 반사 구성에서, 본 장치는 바람직하게는 저-코히어런스 광원, 바람직하게는 검출기, 바람직하게는 하나의 광섬유 커플러, 바람직하게는 2개의 미러, 바람직하게는 2개의 콜리메이터를 포함한다. 측정의 일부로서, 측정된 위상 요소, 즉 측정된 렌즈의 사양이 결정된다.

반면에, M-Z 구성과 비교하여, 본 발명에 따른 장치의 이 실시형태는, 전자기파가 렌즈를 2 회 통과하기 때문에, 빔에 대한 위상 요소의 더 큰 영향을 가능하게 한다. 본 시스템을 통한 광의 이중 통과는 증가된 정밀도(나이퀴스트(Nyquist) 기준에 따른 요건)를 요구하기 때문에, 동일한 스캔 범위를 유지하면서, M-Z 구성과 관련하여 이동 정밀도를 증가시킬 필요가 있다. 또한, 이 반사 구성은 역 반사를 특징으로 한다 - 동일한 파워가 광원 및 검출기에 도달함(경우에 따라 이것은 추가적인 광학적 감쇠기 적용의 필요성을 발생시킨다).

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유로부터, 이 신호가 콜리메이터(3.1) 및 콜리메이터(4.1)로 전달된다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 렌즈(5.1)로 향하게 되고, 그 후에, 미러(10.1)에 의해 반사되어, 렌즈(5.1) 및 콜리메이터를 통해, 다시 광섬유 커플러(2.1) 및 검출기(7.1)로 향하게 된다. 콜리메이터(4.1)로 향한 광은 미러(10.1)로 향하게 되고, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 광섬유 커플러(2.1)를 떠난 후에, 광이 검출기(7.1)로 전달된다.

실시예 8

본 발명의 다른 바람직한 실시형태, 즉, 도 8에 도시된 바와 같은 시스템의 미러 반사 구성에서, 본 장치는 하나의 저-코히어런스 광원, 검출기, 광섬유 커플러, 미러, 2개의 콜리메이터를 포함한다. 측정의 일부로서, 측정된 위상 요소들의 사양이 결정된다.

본 반사 구성을 적용한 측정의 사상은 실시예 7에 제시된 측정과 다르지 않다. 차이점은, 본 경우에, 위상 요소의 첫 번째 측정된 표면 및 두 번째 측정된 표면에서 반사된 신호와 기준 암에서 전파된 신호 간에서 발생하는 간섭을 획득하는 방법이다: 물리적인 동작 원리는 그대로 유지된다.

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유로부터, 이 신호가 콜리메이터(3.1) 및 콜리메이터(4.1)로 전달된다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 측정 암에서 렌즈(5.1)로 향하게 되고, 그 후에, 광은 위상 요소의 표면에 의해 반사된 후에 렌즈(5.1) 및 콜리메이터를 통해, 다시 광섬유 커플러(2.1) 및 검출기(7.1)로 향하게 된다. 콜리메이터(4.1)로 향한 광은 그 후에 미러(10.1)로 향하게 되며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존한다. 광섬유 커플러(2.1)를 떠난 후에, 광은 검출기(7.1)로 전달된다.

실시예 9

도 8에 제시된 바와 같이, 높은 절대 분산 값을 갖는 광섬유의 분산을 측정하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 본 장치는 하나의 저-코히어런스 광원, 검출기, 광섬유 커플러, 미러, 2개의 콜리메이터를 포함한다. 측정의 일부로, 측정된 위상 요소의 사양이 결정된다.

본 방식과 실시예 1 내지 실시예 7에 제시된 방식들 간의 주요 차이점은 측정 암이 절대적으로 높은 분산을 갖는 광섬유 형태의 암으로 대체된다는 것이다.

제 1 측정 단계에서는, 광섬유(11)의 길이가 측정된다. 이 광섬유는 광섬유 커플러들(2.1 및 2.2)을 포함하는 광섬유들과 결합된다. 이러한 결합은 광섬유 스플라이싱(splicing), 버트 커플링(butt coupling) 또는 다른 방식으로 수행된다. 그 후에, 인터페로그램이 위상 요소들 파라미터의 측정과 마찬가지로, 시프트 함수로서 모터구동식 선형 스테이지(6)에서 수집된다. 광섬유(11)의 길이에 대한 정보를 고려하여, 굴절률의 분산 값이 상기 생성된 인터페로그램의 수학적 분석을 통해 획득된다.

저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 광섬유 커플러를 포함하는 광섬유로부터, 이 신호가 높은 분산 값을 갖는 광섬유(11) 및 콜리메이터(3.1)로 향한다. 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 콜리메이터(3.2)로 향하게 되며, 이것의 위치는 모터구동식 선형 스테이지(6)에 의해 조절된다. 광섬유(11)로부터의 신호 및 콜리메이터(3.2)를 떠난 신호가 광섬유 커플러(2.2)에서 서로 간섭한다. 그 후에, 이 신호는 검출기(7.1)로 향하게 된다.

Claims

위상 요소들의 파라미터들 및 광섬유들의 분산(dispersion)을 측정하는 장치로서,
적어도 하나의 광원(1.1), 적어도 하나의 입력 광섬유 커플러(2.1), 적어도 하나의 모터구동식 선형 스테이지(motorized linear stage)(6), 적어도 하나의 검출기(7.1, 7.2), 적어도 하나의 콜리메이터(collimator)(3.1, 3.2, 4.1, 4.2), 및 출력 광섬유 커플러(2.2)를 포함하고,
상기 광원(1.1)은 상기 하나의 광섬유 커플러(2.1)에 직렬로 연결되고,
상기 광섬유 커플러(2.1)의 암(arm)들 중 하나는 기준 암(reference arm)의 일부를 구성하고, 상기 광섬유 커플러(2.1)의 제 2 암은 상기 장치의 측정 암(measurement arm)의 일부를 구성하고,
상기 적어도 하나의 모터구동식 선형 스테이지(6)가 상기 장치의 적어도 하나의 암 상에 장착되고,
상기 장치의 암들 중 상기 하나는 직접적으로 또는 상기 출력 광섬유 커플러(2,2)를 통해 상기 적어도 하나의 검출기(7.1, 7.2)에 연결되고,
상기 적어도 하나의 콜리메이터(3.1, 3.2, 4.1, 4.2)는 적어도 상기 위상 요소(5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 11) 앞에서, 상기 장치의 암들 중 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 광원(1.1)은 저-코히어런스 광원(low-coherence light source)인 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
렌즈들, 평면-평행 플레이트들, 광섬유들 또는 다른 것들 중에서 선택된 모델 위상 요소(5.2)가 상기 기준 암에 장착되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
광다이오드가 상기 검출기(7.1, 7.2)인 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
본 발명에 따른 상기 측정 암은,
상기 입력 광섬유 커플러(2.1)를 포함하는 광섬유;
상기 입력 광섬유 커플러(2.1)를 포함하는 상기 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터(3.1);
상기 위상 요소(5.1, 5.2, 5.4)가 장착되는 자유 공간;
상기 출력 광섬유 커플러(2.2)를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치된 콜리메이터(3.2); 및
상기 출력 광섬유 커플러(2.2)를 포함하는 광섬유를 포함하며,
본 발명에 따른 장치의 상기 기준 암은,
입력 광섬유 커플러(2.1)를 포함하는 광섬유;
상기 입력 광섬유 커플러(2.1)를 포함하는 광섬유의 단부에 위치된 콜리메이터(4.1);
자유 공간;
상기 모터구동식 선형 스테이지(6) 상에 장착된 출력 광섬유 커플러(2.2)를 포함하는 광섬유의 시작 부분에 위치된 콜리메이터(4.2); 및
상기 출력 광섬유 커플러(2.2)를 포함하는 광섬유를 포함하고,
상기 콜리메이터들(4.1 또는 4.2) 중 하나는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광원(1.1)이 상기 입력 광섬유 커플러(2.1)에 연결되고, 상기 입력 광섬유 커플러의 광섬유들은 상기 측정 암 및 상기 기준 암의 일부를 포함하며 상기 콜리메이터들에서 종단되고,
상기 콜리메이터들 중 하나는 모터구동식 선형 스테이지(6)에 연결되고,
검출기에 연결된 광섬유 커플러는 상기 측정 암 및 상기 기준 암의 다른 측에 연결되며,
측정 단계에서, 측정된 위상 요소(5.1, 5.3, 5.4)가 상기 측정 암 영역에 장착되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입력 광섬유 커플러(2.1)를 포함하는 광섬유의 단부에 배치된 상기 콜리메이터(3.1) 뒤이면서, 또한 상기 모터구동식 선형 스테이지를 지지하는 상기 콜리메이터(4.2) 앞이 되도록, 상기 측정된 위상 요소(5.1, 5.3, 5.4), 특히 측정된 렌즈가 상기 측정 암의 자유 공간에 배치되고,
콜리메이터에서 종단되지 않은 상기 입력 광섬유 커플러(2.1)를 포함하는 광섬유가 직접적으로 또는 다른 광섬유를 통해서, 콜리메이터에서 종단되지 않은 상기 출력 광섬유 커플러(2.2)를 포함하는 광섬유에 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
고분산(high dispersion) 광섬유(11)가 상기 광섬유 커플러(2.1) 및 상기 광섬유 커플러(2.2)를 포함하는 광섬유들에 연결되고, 상기 연결은 섬유 스플라이싱(splicing) 또는 버트 커플링(butt coupling) 또는 다른 방식으로 수행되며,
본 발명에 따른 장치의 상기 기준 암은 상기 콜리메이터(3.1) 및 상기 콜리메이터(3.2)를 포함하고, 상기 콜리메이터(3.1) 및 상기 콜리메이터(3.2)는 상호 직렬로 연결되며 상기 모터구동식 선형 스테이지(6) 상에 배치되고, 상기 고분산 광섬유(11)에 평행하며,
상기 고분산 광섬유(11) 및 상기 콜리메이터 시스템(3.1 및 3.2)은 상기 검출기(7.1)에 연결된 광섬유 커플러(2.2)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 모터구동식 선형 스테이지(6)를 지지하는 콜리메이터는 상기 측정된 위상 요소, 특히 상기 측정된 렌즈와는 상이한 암에 위치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 저-코히어런스 광원(1.1)과는 별도로 적용되어, 상기 제 1 광원(1.1)에 대하여 상기 장치에 교차-연결되어 있는 제 2 코히어런트 광원(coherent light source)(1.2)을 포함하며,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 출력 신호는 상기 입력 광섬유 커플러(2.1)를 통해 상기 기준 암 및 상기 측정 암으로 향하고, 그 후에, 상기 연결된 출력 광섬유 커플러(2.2)를 통해 상기 검출기에 도달하며,
상기 제 2 코히어런트 광원(1.2)은 상기 출력 광섬유 커플러(2.2)를 포함하는 상기 제 2 광섬유에 연결되고,
상기 출력 광섬유 커플러(2.2)로부터, 상기 출력 신호 및 상기 측정 암을 통해, 신호가 상기 입력 광섬유 커플러(2.1) 및 제 2 검출기(7.2)로 향하게 되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나의 광원(1.1)이 상기 입력 광섬유 커플러(2.1)에 연결되고, 상기 입력 광섬유 커플러(2.1)의 광섬유들은 상기 측정 암 및 상기 기준 암의 일부를 포함하고 콜리메이터들(3.1, 4.1)에서 종단되며,
상기 콜리메이터들(3.1, 4.1) 중 하나는 미러(10)가 연결되는 모터구동식 선형 스테이지(6)에 연결되고,
정확한 측정(proper measurement)을 수행하는 단계에서, 상기 측정 암 영역에 위상 요소(5.1, 5.3, 5.4)가 장착되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 11 항에 있어서,
미러(10)가 상기 측정된 위상 요소(5.1, 5.2, 5.3, 5.4) 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저-코히어런스 광원은 그 스펙트럼 폭이 적어도 수 나노미터를 갖는, SLED, LED, 슈퍼컨티늄(supercontinuum) 광원, 저-코히어런스 레이저 등으로부터 선택되는 광원인 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터구동식 선형 스테이지(6)는 적어도 하나의 축을 따라 이동하고,
상기 위상 요소(5.1, 5.2, 5.3, 5.4)의 핸들부(handele)는 3개의 축을 따라 이동하고 상기 3개의 축 중 임의의 축을 중심으로 하는 회전을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 적용하여, 위상 요소의 파라미터들 및 광섬유의 분산을 측정하는 방법으로서,
상기 방법은 2개의 단계를 포함하며,
제 1 단계는 본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션(calibration)을 수행하고,
제 2 단계는 정확한 측정(proper measurement)이며,
본 발명에 따른 장치의 캘리브레이션 동안,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 광은 상기 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 상기 광섬유 커플러(2.1)에서, 광이 상기 측정 암 및 상기 기준 암으로 분리되며,
이어서, 광섬유 커플러 암들 사이의 광학적 경로들의 제로 차(zero difference)가 획득될 때까지 그것의 위치에 관한 정보를 기록하면서, 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)가 이동하고,
인터페로그램(interferogram)이 시간 지연으로, 광검출기에 의해서, 특히, 광다이오드에 의해 수집되고,
상기 장치가 캘브레이션된 후에, 상기 시스템은 정확한 측정으로 진행하고, 상기 정확한 측정 시에, 위상 요소, 특히 측정을 위해 의도된 렌즈가 본 발명에 따른 장치의 상기 측정 암에 삽입되고,
그 후에, 상기 모터구동식 선형 스테이지를 슬라이딩시키면서, 제로 광 경로 차(zero optical path difference)를 생성하는 위치가 결정되고,
상기 위상 요소의 선택되는 파라미터는 상기 캘리브레이션 및 상기 정확한 측정에서 등가 광학 경로들의 차동 위치들(differential positions)에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 캘리브레이션 및 상기 정확한 측정은 본 발명에 따른 장치의 반사 구성에서 단일 스캐닝으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
측정 동안에,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호가 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 상기 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유들로부터, 상기 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달되고,
상기 측정 암에서 상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 위상 요소, 즉 렌즈(5.1)로 향하고, 그 후에, 상기 광은 콜리메이터(3.2)로 향하게 되고,
상기 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 상기 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)를 조명하며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하고,
상기 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.2)로 향하여 상기 광섬유 커플러(2,2)에서 상기 신호들이 간섭하고, 상기 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 저-코히어런스 광원과는 별도로 제 2 코히어런트 광원(1.2)을 적용할 경우,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호는 상기 광섬유 커플러(2.1)로 향하고 그 후에, 상기 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유들로부터, 상기 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달되고, 상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광은 상기 측정 암에서 위상 요소, 즉, 렌즈(5.1)로 향하게 되고, 그 후에 광은 콜리메이터(3.2)에 보내지고,
상기 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 상기 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하고,
상기 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.2)로 향하고 상기 광섬유 커플러(2.2)에서 상기 신호들이 서로 간섭하며, 상기 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하며,
상기 시스템의 다른 측에서는,
상기 코히어런트 광원(1.2)으로부터의 신호는 광섬유 커플러(2.2)로 향한 다음, 상기 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유들로부터, 신호가 콜리메이터(3.2) 및 콜리메이터(4.2)로 향하고, 상기 콜리메이터(3.2)를 떠난 후에, 광이 상기 측정 암에서 렌즈(5.1)로 향하고, 그 후에, 콜리메이터(3.2)로 향하고,
이어서, 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.1)로 향하게 되며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하고,
상기 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 상기 광섬유 커플러(2.1)에서 상기 신호들이 서로 간섭하며, 상기 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.2)로 향하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 기준 암에 연결된 모델 위상 요소를 적용할 경우,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호는 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에 상기 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유들로부터 상기 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달되고,
상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광은 상기 측정 암에서 상기 모델 위상 요소, 즉 모델 렌즈(model lens)(5.1)로 향하고, 그 후에, 콜리메이터(3.2)로 향하게 되고,
상기 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 상기 광이 모델 렌즈(5.2)에 도달하고, 그 후에 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하며,
상기 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.2)로 향하고, 상기 광섬유 커플러(2.2)에서 상기 신호들이 서로 간섭하며, 상기 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 위상 요소의 곡선을 측정할 경우,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호는 상기 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 상기 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유들로부터, 상기 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달되고, 상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 상기 측정 암에서 위상 요소, 즉 일 측면이 편평한 렌즈(5.3)로 향하게 되고, 그 후에 콜리메이터(3.2)로 향하게 되고,
상기 렌즈(5.3)는 X 축 및 Y 축을 따르는 상기 렌즈의 이동을 가능하게 하는 시스템(8)에 장착되며,
광이 상기 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하고,
상기 콜리메이터(3.2) 및 콜리메이터(4.2)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.2)로 향하고, 상기 광섬유 커플러(2.2)에서 신호들은 간섭하며, 상기 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
굴절률을 측정할 경우,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호는 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 상기 광섬유 커플러(2.1)를 포함하는 상기 광섬유로부터, 상기 신호가 콜리메이터들(3.1 및 4.1)로 전달되고, 상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 상기 측정 암에서 평면-평행 플레이트(plane-parallel plate)(5.4)로 향하고, 그 후에 콜리메이터(3.2)로 향하게 되고,
상기 플레이트(5.4)는 사전 설정된 각도(9)만큼의 상기 플레이트의 회전을 가능하게 하는 시스템에 장착되고,
상기 콜리메이터(4.1)를 떠난 후에, 광이 제 2 암에서 콜리메이터(4.2)에 도달하며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하고,
상기 콜리메이터들(3.2 및 4.2)로부터의 신호들은 광섬유 커플러(2.2)로 향하고, 상기 광섬유 커플러(2.2)에서 상기 신호들이 서로 간섭하며, 상기 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
하나의 암에만, 즉 상기 광섬유 커플러들의 상기 측정 암에만 장착된 콜리메이터들로 측정을 수행할 경우,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호는 상기 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 상기 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유들로부터, 상기 신호가 콜리메이터(3.1)로 이동하고,
광이 상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 상기 측정 암에서 위상 요소, 즉 렌즈(5.1)로 향하고 그 후에, 콜리메이터(3.2)로 향하게 되며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하고,
상기 광섬유 커플러(2.1)를 떠난 후에, 광이 상기 기준 암을 포함하는 상기 광섬유에 의해 제 2 광섬유 커플러(2.2)로 전달되고,
상기 측정 암 및 상기 기준 암으로부터의 신호들은 상기 광섬유 커플러(2.2)로 향하고, 상기 광섬유 커플러(2.2)에서 상기 신호들이 서로 간섭하며, 상기 광섬유 커플러로부터의 신호는 검출기(7.1)로 향하게 되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 반사 구성에 시스템을 적용할 경우,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호는 상기 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 상기 광섬유 커플러(2.1)를 포함하는 상기 광섬유들로부터, 상기 신호가 상기 콜리메이터(3.1) 및 상기 콜리메이터(4.1)로 전달되고,
상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 상기 측정 암에서 위상 요소, 즉 렌즈(5.1)로 향하고, 그 후에 미러(10.1)에 의해 반사되고 상기 렌즈(5.1) 및 콜리메이터를 통해, 상기 광섬유 커플러(2.1) 및 상기 검출기(7.1)로 다시 향하게 되며,
그 후에, 상기 콜리메이터(4.1)로 향한 광이 상기 미러(10.1)로 향하게 되며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하고,
상기 광섬유 커플러(2.1)를 떠난 후에, 광이 상기 검출기(7.1)로 전달되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호는 상기 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 상기 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유들로부터, 상기 신호가 상기 콜리메이터(3.1) 및 상기 콜리메이터(4.1)로 전달되고,
상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광은 상기 측정 암에서 위상 요소, 즉 렌즈(5.1)로 향하게 되고,
그 후에, 광은 상기 위상 요소의 2개의 표면들에 의해 반사되고 상기 렌즈(5.1) 및 콜리메이터를 통하여, 다시 상기 광섬유 커플러(2.1) 및 상기 검출기(7.1)로 향하게 되고,
그 후에, 상기 콜리메이터(4.1)로 향한 광은 상기 미러(10.1)로 향하게 되며, 이것의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)의 시프트에 의존하고,
상기 광섬유 커플러(2.1)를 떠난 후에, 광이 상기 검출기(7.1)로 전달되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
하나의 암 상에만, 즉 상기 광섬유 커플러들의 상기 기준 암 상에만 장착된 콜리메이터들로 측정을 수행할 경우,
상기 저-코히어런스 광원(1.1)으로부터의 신호는 상기 광섬유 커플러(2.1)로 향하고, 그 후에, 상기 광섬유 커플러를 포함하는 상기 광섬유들로부터, 상기 신호가 고분산 값을 갖는 광섬유(11) 및 콜리메이터(3.1)로 전달되고,
상기 콜리메이터(3.1)를 떠난 후에, 광이 콜리메이터(3.2)로 향하고, 상기 콜리메이터(3.2)의 위치는 상기 모터구동식 선형 스테이지(6)에 의해 조절되며,
상기 광섬유(11)로부터의 신호 및 상기 콜리메이터(3.2)를 떠나는 상기 신호는 상기 광섬유 커플러(2.2)에서 서로 간섭한 후에, 상기 검출기(7)로 향하게 되는 것을 특징으로 하는, 방법.