KR20240061098A - 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 장치 및 그의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 광학 장치에 관한 것이며, 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치는, 레이저 광을 전달받아 여기광 및 탐사광으로 분리하는 광 지연 빔 스플리터 블록; 및 레이저 광을 전달받아 반사광 및 투과광으로 분리 및 중첩하여 검출부에 전달하는 자기상관 빔 스플리터 블록을 포함할 수 있다.

Description

광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 장치 및 그의 구동 방법{APPARATUS SWITCHABLE TO OPTICAL DELAY LINE DEVICE AND AUTOCORRELATOR DEVICE AND OPERATION METHODS}

본원은 광학 자기상관 장치 및/또는 광 지연 장치로 변환이 가능한 광학 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.

레이저는 여기된 원자로부터 자발 방출된 빛이 충돌해서 자발 방출된 빛과 동일하면서도, 그 세기가 급격히 증가되는 유도방출을 이용한 장치로서, 철판의 가공이나 절단, 각막이나 피부의 제거, 홀로그램 등 다양한 산업 분야에 활용되고 있다. 또 레이저 광이 물체에 닿았을 때 반사되는 정도를 측정하여 물체의 내부를 관찰하거나 거리를 측정하는 등 정밀 측정 장치로 활용되는 경우도 많다. 이중에서 거리나 깊이의 측정에 레이저를 이용하는 경우, 그 해상도가 레이저의 펄스 폭이 작을수록 높아지므로 펄스 폭이 작은 레이저, 즉 초단펼스 레이저와 관련된 연구, 개발이 활발하게 진행되어 왔다.

그런데, 초단펄스 레이저를 개발한다 하더라도 그 펄스 폭을 정확히 알 수 없다면 개발된 초단펄스 레이저를 이용한 거리 등 측정의 정확도가 낮아질 수밖에 없고, 이에 따라 레이저의 펄스 폭을 특히 피코초(ps)나 펨토초(fs) 대의 펄스 폭을 가지는 초단펄스 레이저의 펄스 폭을 정확하게 측정하는 장치의 개발도 계속되어 왔다. 레이저 광의 세기는 파워 미터나 에너지 미터로 특정할 수 있고, 광의 주파수 특성은 분광기(Spectrometer)를 사용하여 중심 파장이나 중심 주파수를 쉽게 검출할 수 있다. 그러나, 광 펄스의 펄스 폭은 수십 피코초 이하일 때는 속도가 빠른 전자장치를 이용하더라도 쉽게 측정할 수 없다.

특히, 향후 초고속 레이저나 광원을 이용한 펨토초 초정밀 가공 및 표면 개질 기술 개발에 최적 조건을 확보하기 위해서는 펄스 폭 검출기는 반드시 필요하며, 향후 UV 펨토초 광원을 이용한 의료보건 신기술 개발 분야, 예로서 가전 물품 살균기 개발, 공용시설용 살균기 개발, 혈액 및 제약 백신 등 부작용이 적은 특수 살균 분야에 최적 조건을 확보하기 위해서는 자외선 및 가시광선 파장대역에 대한 펄스 폭 측정 장치에 대한 개발 필요성이 증대될 것으로 예상된다.

이에 따라, 짧은 펄스 폭을 측정하기 위해서는 이러한 광펄스가 갖고 있는 짧은 펄스 폭 자체 특성을 이용해서 간접적으로 측정해야 하는데, 짧은 펄스 폭일수록 첨두출력(Peak Power)이 높아진다. 레이저 광 펄스의 높은 첨두출력을 바탕으로 비선형결정을 이용한 파장 변조나 비선형물질을 이용한 형광, 또는 업컨버젼(UP-Conversion)으로 유도되는 광여기자(전자, 홀)를 생성할 수 있다. 대부분은 레이저 광의 제2고조파 발생이나 이광자 흡수와 같은 비교적 간편한 비선형 효과를 이용하여 초단펄스 레이저의 펄스 폭을 측정하고 있다. 이중 제2고조파 발생을 이용하는 방법은 광학적으로 비선형성을 가지는 결정을 이용해야 하고 펄스의 중심 파장이 달라지는 경우, 비선형 결정의 방향을 변경하거나 다른 종류의 비선형 결정으로 대체해야 하는 불편함이 있어 최근에는 이광자 흡수 효과를 이용하는 방법의 연구가 활발한 편이다.

그러나 종래의 이광자 흡수 효과를 이용한 펄스 폭 측정 장치의 경우, 빔 스플리터 (splitter, 빔가르게)에서 2개로 분리된 레이저 광 사이에 경로차를 부여하기 위해 미러를 평행 이동시키는 스텝 모터의 스텝 분해능이 충분히 높지 않고, 스텝 간격이 충분히 정밀하지 못하여, 펄스 폭의 정확도가 낮아지고, 수십 펨토초 이하의 펄스 폭을 정밀 측정이 어려운 문제점이 있다.

한편, 광학 실험에 있어서, 특정 광의 펄스 폭 측정을 위한 광학 자기상관 장치와 더불어, 두 개 이상의 광 펄스 사이에 정확한 시간 지연이 필요한 경우, 광 지연 장치(Optical time Delay Line, ODL)가 주로 함께 사용된다. 그러나, 일반적으로, 광 펄스의 펄스 폭을 측정하기 위한 광학 자기상관 장치(Autocorrelator) 및 광 지연 장치(ODL)는 각각 구비되는 것으로, 광학 실험 시, 두 개의 장치를 각각 준비해야 하는 번거로움이 있다.

본원의 배경이 되는 기술은 한국공개특허공보 제10-2022-0069692호에 개시되어 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 빔 스플리터 블록의 선택 배치만으로, 광학 자기상관 장치 또는 광 지연 장치로 선택적으로 동작 가능한, 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치 및 그의 구동 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 펨토초 및 피코초 정도의 짧은 시간 폭의 초고속 펄스 폭을 검출할 수 있는, 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치 및 그의 구동 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 펄스 폭 측정의 스캔 범위와, 탐사광 및 여기광 간의 광 지연 정도가 최대 약 100피코초 이상에 이를 수 있는, 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치 및 그의 구동 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 장치는, 레이저 광을 전달받아 여기광 및 탐사광으로 분리하는 광 지연 빔 스플리터 블록 및 레이저 광을 전달받아 반사광 및 투과광으로 분리 및 중첩하여 검출부에 전달하는 자기상관 빔 스플리터 블록을 포함할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 레이저 광을 출력하는 출력부, 상기 여기광 또는 상기 반사광을 상기 광 지연 빔 스플리터 블록 또는 상기 자기상관 빔 스플리터 블록으로 재 반사시키는 제1미러 및 상기 탐사광 또는 상기 투과광을 상기 광 지연 빔 스플리터 블록 또는 상기 자기상관 빔 스플리터 블록으로 재 반사시키는 제2미러를 더 포함할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 출력부, 상기 제1미러 및 상기 제2미러의 배치에 따른 소정의 위치에 상기 광 지연 빔 스플리터 블록 또는 상기 자기상관 빔 스플리터 블록을 배치함으로써 상기 광학 자기상관 장치 또는 상기 광 지연 장치로 선택적으로 동작 가능한 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 광 지연 빔 스플리터 블록은, 상기 레이저 광을 전달받아 상기 여기광 및 상기 탐사광으로 분리하는 광 지연 빔스플리터, 상기 광 지연 빔스플리터를 통과한 상기 탐사광의 광 특성을 반사된 여기광과 동일하게 유지시키는 기능을 가지는 윈도우 및 상기 윈도우를 통해 전달되어 상기 제2미러에서 재 반사된 상기 탐사광을 상기 여기광과 나란하게 진행되도록 반사시키는 방향 전환 미러를 포함하는 것일 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 자기상관 빔 스플리터 블록은, 상기 레이저 광을 전달받아 상기 반사광 및 상기 투과광으로 분리하고, 상기 제1미러 및 상기 제2미러를 통해 재 반사된 반사광 및 투과광을 중첩시키는 자기상관 빔 스플리터를 포함하는 것일 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 제2미러를 상기 탐사광의 진행 방향의 수직 방향으로 이동시켜 상기 탐사광이 상기 방향 전환 미러에 입사 및 반사되도록 상기 탐사광의 진행 위치를 조절하고, 상기 여기광 및 상기 탐사광의 간격을 조절하는 이동부를 더 포함할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 출력부는, 서로 다른 파장대역의 광을 출력 가능하도록 구비되고, 상기 광 지연 빔 스플리터 블록은, 상기 서로 다른 파장대역의 광 각각에 대응하여 복수 개 배치되는 것일 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 상기 출력부는, 서로 다른 파장대역의 광을 출력 가능하도록 구비되고, 상기 자기상관 빔 스플리터 블록은, 상기 서로 다른 파장대역의 광 각각에 대응하여 복수 개 배치되는 것일 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 구동 방법은, (a) 자기상관 빔 스플리터 블록을 이용하여 펄스 폭을 측정하는 단계 및 (b) 광 지연 빔 스플리터 블록을 이용하여, 여기광 및 탐사광을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 자기상관 빔 스플리터 블록 또는 상기 광 지연 빔 스플리터 블록은, 레이저 광을 출력하는 출력부 및 미러 구조체의 배치에 따른 소정의 위치에 선택적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 빔 스플리터 블록을 선택적으로 배치함으로써, 광학 자기상관 장치 또는 광 지연 장치로의 용이한 변환이 가능하여, 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치를 각각 구비해야 했던 종래의 기술 대비 단순한 구조 및 간단한 방법으로 광학 실험을 수행할 수 있게 할 수 있는 효과가 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 액추에이터를 이용하여 제1미러 또는 제2미러를 정밀하게 이동시킴으로써, 펨토초 및 피코초 정도의 짧은 시간 폭의 초고속 펄스 폭을 검출할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 펄스 폭 측정의 스캔 범위와, 탐사광 및 여기광 간의 광 지연 정도가 최대 약 100피코초나 그 이상에 이를 수 있다.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.

도 1의 (a)는 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 실제 구현 예시를 나타낸 도면이다.
도 1의 (b)는 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 구조도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 광학 자기상관 장치로 변환된 상태를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 광 지연 장치로 변환된 상태를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 광 지연 장치를 통해 생성한 여기광 및 탐사광을 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 구동 방법에 대한 동작 흐름도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 "배치"된다고 할 때, 이는 어떤 부재가 본원에서 설명하는 장치 내의 임의의 한 위치에 배치될 수 있다는 것을 의미할 수 있고, 장치 내의 지정된 특정 위치(이하, 소정의 위치)에 배치될 수 있다는 것을 의미할 수 있다.

본원은 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본원은 빔 스플리터(BS, Beam Splitter)를 포함하는 빔 스플리터 블록의 교체만으로 광학 자기상관 장치(1') 또는 광 지연 장치(1'')로 변환할 수 있는 광학 장치에 관한 것이다. 본 명세서에서의 "빔 스플리터"는 "빔 가르게"라는 용어로 대체될 수 있으며, 동일한 의미를 가지는 것으로 이해될 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위해, 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 광학 장치(1)를 본 장치(1)로 특정하기로 한다. 다시 말해, 본 장치(1)는 광학 자기상관 장치(1') 또는 광 지연 장치(1'')로 변환된, 혹은 변환 가능한 장치, 광학 자기상관 장치(1') 또는 광 지연 장치(1'')의 기능을 수행하는 장치를 의미하는 것일 수 있다.

또한, 본원의 일 실시예에 따른 본 장치(1)가 광학 자기상관 장치로 변환된 상태를 '광학 자기상관 장치(1')'라 특정하고, 본 장치(1)가 광 지연 장치로 변환된 상태를 '광 지연 장치(1'')'라 특정하기로 한다. 다시 말해, 본 장치(1)는 광학 자기상관 장치(1') 또는 광 지연 장치(1'')의 상태를 포함하는 것일 수 있다.

도 1의 (a)는 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 광학 장치의 실제 구현 예시를 나타낸 도면이다. 또한, 도 1의 (b)는 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 광학 장치의 구조도이다. 다시 말해, 도 1의 (b)는 본 장치(1)의 실제 구현 예시를 기반으로 도시한 본 장치(1)의 일 실시예에 따른 구조도일 수 있다. 또한, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)에 부호로 표시되지 않은 구성 요소를 구조적으로 표시하여 나타낸 것일 수 있다. 따라서, 도 1의 (a)에 표시되지 않은 부호일지라도, 도 1의 (a) 역시 도 1의 (b)에 표시되어 있는 부호 및 이에 대응하는 구성 요소를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 장치(1)는, 출력부(10), 제1미러(20), 제2미러(30), 액추에이터(40), 리니어 엔코더(50), 파라볼릭 미러(60), 검출부(70), 이동부(80), 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b) 및 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)를 포함할 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 출력부(10)는 레이저 광을 출력할 수 있다. 또한, 출력부(10)에 의해 출력되는 레이저 광은 빔 스플리터 블록, 제1미러(20), 제2미러(30), 파라볼릭 미러(60) 등에 의해 형성되는 광 경로를 통해 검출부(70, Two photon Absorption Detector)에 도달할 수 있다. 이때, 빔 스플리터 블록은, 빔 스플리터(Beam Splitter, 광 분배기)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 출력부(10)는 레이저 광을 생성하여 장치 내로 입력시켜 주는 구성이다.

빔 스플리터는, 출력부(10)로부터 입사되는 레이저 광의 일부는 반사하고, 일부는 투과시켜 레이저 광을 분리하는 것일 수 있다. 이하에서는 빔 스플리터에서 반사된 레이저 광을 반사광이라 지칭하고, 빔 스플리터에서 투과한 레이저 광을 투과광으로 구분하여 지칭하도록 한다. 또한, 빔 스플리터는, 후술되는 자기상관 빔 스플리터(111) 및 광 지연 빔 스플리터(121)를 포함하는 개념으로 해석되는 것일 수 있다.

제1미러(20)는, 빔 스플리터에서 분리된 반사광(또는 투과광)을 반사하여 재차 빔 스플리터에 입사시키는 것일 수 있다. 예시적으로 제1미러(20)는 전반사를 이용한 프리즘일 수 있다.

제2미러(30)는, 제1미러(20)와 마찬가지로 빔 스플리터에서 분리된 투과광(또는 반사광)을 반사하여 재차 빔 스플리터에 입사시키는 것일 수 있다. 즉, 본원의 빔 스플리터, 제1미러 (20)및 제2미러(30)는 마이캘슨 간섭계 또는 마하겐더 간섭계 등 기타 간섭계의 구성을 이룰 수 있다.

액추에이터(40)는, 제1미러(20) 또는 제2미러(30) 중 어느 하나에 연결되어, 제1미러(20) 또는 제2미러(30)에 입사되는 광과 평행하게 이동시키는 것으로, 예시적으로, 보이스 코일이나, 리니어 모터 등일 수 있다. 이와 관련하여, 액추에이터(40)는 제1미러(20) 또는 제2미러(30)를 반사광 또는 투과광과 평행하게 이동시킬 수 있기 때문에 반사광과 투과광 간의 광 경로차를 발생시킬 수 있다. 한편, 액추에이터(40)의 변위는 예시적으로 sin 파형 등 주기 함수의 형태를 가질 수 있다.

도 1의 (b)를 참조하여 예시하면, 액추에이터(40)로 제1미러(20)를 이동시키는 경우, 액추에이터(40)는, 도 1의 (b)에서 액추에이터(40)의 측면에 도시된 화살표 방향으로 제1미러(20)를 이동시킬 수 있고, 제1미러(20)를 제1미러(20)에 입사되는 반사광과 평행하게 이동시킴으로써, 반사광과 투과광의 경로 차를 발생시키는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

리니어 엔코더(50)는 직선으로 이동되는 액추에이터(40)의 변위를 측정하는 것일 수 있다. 구체적으로, 리니어 엔코더(50)는, 제1미러(20) 또는 제2미러(30)의 위치나, 이들 간의 상대적인 거리차를 측정하는 것일 수 있다.

이와 관련하여, 액추에이터(40)가 연속적으로 제1미러(20) 또는 제2미러(30)를 직선운동 시키면서 리니어 엔코더(50)가 실시간으로 제1미러(20) 또는 제2미러(30)의 위치를 측정할 수 있고, 이에 따라, 리니어 엔코더(50)에서 측정한 변위차의 2배(반사광 또는 투과광이 왕복해야 하므로 2배이다.)만큼 반사광과 투과광 간의 광 경로차가 발생될 수 있다.

이때, 본원의 일 실시예에 따른 리니어 엔코더(50)의 거리 분해능은 0.1μm이고, 왕복 운동을 고려하면, 광 경로차는 0.2μm까지 발생 가능하며, 이에 따라 시간 분해능은 0.67fs(= 0.2μm / 광속(3 x 10⁸m/s)이 될 수 있다. 0.67fs 는 수소 분자의 가장 빠른 분자 진동 주파수에 해당하는 1fs보다도 작으므로, 본 장치(1)는 수소보다 무겁고 진동이 느린 다른 모든 분자의 진동 주파수를 분해할 수 있다. 다시 말해, 본 장치(1)는 펄스 폭이 0.67fs 이상이기만 하면, 펨토초(fs) 및 피코초(ps) 단위의 짧은 시간 폭의 초고속 펄스 폭을 검출할 수 있다.

또한, 본원의 일 실시예에 따른 액추에이터(40)는 고유진동수가 아닌 주파수를 인가 받아 움직이므로, 액추에이터(40)의 변위가 구동 전압인 sin 파형대로 온전하게 움직이지 못하고, 왜곡된 sin 파형으로 나타나, 스캔 범위가 고유 진동수를 인가 받은 경우 대비, 제약이 적을 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 본 장치(1)의 경우, 전체 스캔 영역이 최소 10ps에서 최대 110ps 에 달할 수 있어, 종래 기술 대비 스캔 영역, 즉 스캔 범위의 선택의 폭이 현저히 클 수 있다. 다시 말해, 본 장치(1)의 펄스 폭 측정의 스캔 범위는 최대 약 100ps 이상에 이를 수 있으며, 이를 이용하면, 본 장치(1)가 광 지연 장치(1'')로 변환된 경우, 생성되는 여기광 및 탐사광 간의 광 지연을 최대 약 100ps 이상까지 지연시킬 수 있다.

한편, 본 장치(1)는, 광학 자기상관 장치(1')로 변환된 경우, 반도체 이광자 흡수 현상을 이용하여 초고속 펄스 폭을 측정할 수 있다. 이와 관련하여, 파라볼릭 미러(60) 및 검출부(70)는, 본 장치(1)가 광학 자기상관 장치(1')로 변환된 경우에 이용되는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 본 장치(1)가 광 지연 장치(1'')로 변환된 경우에는, 생성된 여기광 및 탐사광의 검출 및 이를 이용한 광학 실험을 위한 장치로서, 이를 장치로부터 분리하여 별도로 사용 가능하도록 구비된 파라볼릭 미러(Parabolic Mirror) 및 검출기(Detector)를 포함하는 장치로 다양하게 배치될 수 있다.

본 장치(1)가 광학 자기상관 장치(1')로 변환된 경우, 파라볼릭 미러(60)는, 빔 스플리터를 통해 중첩되었으나, 한 점에 집중되지 못한 반사광 및 투과광을 한 점에 모아주는 역할을 할 수 있다.

또한, 본 장치(1)가 광학 자기상관 장치(1')로 변환된 경우, 검출부(70)는, 빔 스플리터에 의해 중첩되고, 파라볼릭 미러(60)에 의해 한 점에 집속되는 광을 전달 받고, 입사된 광들을 검출기 내 반도체 광다이오드에서 이광자 흡수(단일 광자로는 밴드갭(에너지 띠)이 커서 흡수효과가 없지만, 이광자 흡수로는 밴드갭을 넘어서 흡수됨)라는 비선형효과로 유도되는 미세한 광전류를 측정할 수 있다.

이때, 검출부(70)는, 이광자 흡수에 의해 유도되는 미세한 광전류를 측정하기 위한 광 다이오드를 포함할 수 있고, 출력부(10)에서 다양한 파장대역의 광을 출력할 수 있음에 따라, 다양한 유형의 광 다이오드 소자를 포함하고, 다양한 유형의 광 다이오드 소자 중 적어도 하나를 결정하여 광전류의 측정을 수행하는 것일 수 있다. 예를 들어, 출력부(10)에서 출력하는 광이 적외선 파장 대역의 광이라면, 검출부(70)는 GaP 광 다이오드, GaAsP광 다이오드, Si 광 다이오드 및 InGaAs광 다이오드 중 적어도 하나를 포함하는 제1유형 소자를 이용하여 광전류를 측정하고, 출력부(10)에서 출력하는 광이 자외선 또는 가시광선 파장 대역의 광이라면, 검출부(70)는 GaN 계열의 광 다이오드 및 SiC 광 다이오드 중 적어도 하나를 포함하는 제1유형 소자를 이용하여 광전류를 측정할 수 있다.

본 장치(1)는 광학 자기상관 장치(1')로 변환된 경우, 검출부(70)에서 측정된 광에 따른 반사광 및 투과광의 광 경로차에 대한 간섭(간섭형 자기상관함수) 데이터를 바탕으로 레이저 광의 펄스 폭을 도출할 수 있다.

또한, 도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 이동부(80)는 제2미러(30)를 제2미러(30)에 입사되는 탐사광(C)의 진행 방향과 수직 방향으로 이동시키는 것일 수 있다. 이동부(80)는, 예를 들어, 마이크로미터일 수 있으며, 제2미러(30)의 위치를 미세 조정함으로써, 제2미러(30)를 통해 재 반사되는 탐사광(C)이 방향 전환 미러(123)에 입사 되게 하고, 여기광(D)과 나란하게 진행되도록 탐사광(C)의 진행 위치를 미세 조정하며, 탐사광(C)의 중심점과, 여기광(D)의 중심점 간의 거리를 미세 조절할 수 있다. 즉, 이동부(80)는, 본 장치(1)가 광 지연 장치(1'')로 변환된 경우에 이용되는 것일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 본 장치(1)가 광학 자기상관 장치(1')로 변환된 경우에도 이용 가능한 것일 수 있다.

이하에서는, 본원의 일 실시예에 따른 빔 스플리터 블록에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본원의 일 실시예에 따르면, 빔 스플리터 블록은, 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b) 및 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)를 포함할 수 있다.

자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)은, 레이저 광을 전달받아 반사광(B) 및 투과광(A)으로 분리하고, 분리된 반사광(B) 및 투과광(A)이 각각 제1미러(20) 및 제2미러(30)를 통해 재 반사되어 돌아오면, 돌아온 반사광(B) 및 투과광(A)을 중첩하여 검출부(70)에 전달하는 것일 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)은 전달되는 레이저 광을 예를 들어, 5:5의 비율로 반사광(B) 및 투과광(A)으로 분리할 수 있다. 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)에 의한 펄스 폭 측정을 위한 광 경로에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.

또한, 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은, 레이저 광을 전달받아 여기광(D) 및 탐사광(C)으로 분리하는 것일 수 있다. 다시 말해, 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은, 레이저 광을 일부는 반사하고, 나머지 일부는 투과시켜 반사광 및 투과광으로 분리하되, 상술한 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)과 달리 분리된 두개의 광을 다시 중첩시키지 않고, 각각 진행시켜, 전달받아 여기광(D) 및 탐사광(C)을 생성하는 것일 수 있다. 이때, 여기광(D)은 펌프 빔(Pump Beam)을 의미하고, 탐사광(C)은 프로브 빔(Probe Beam)을 의미하는 것으로, 본원의 일 실시예에 따른 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은 펌프-프로브 분광법에 따라, 여기광(D) 및 여기광(D) 대비 소정의 시간 지연된 탐사광(C)을 생성하기 위한 것일 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은 전달되는 레이저 광을 필요에 따라 다양한 비율로 여기광(D) 및 탐사광(C)으로 분리할 수 있다. 예를 들어, 7:3 또는 8:2 또는 9:1 등의 비율로 여기광(D) 및 탐사광(C)으로 분리할 수 있다. 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)에 의한 광 지연을 위한 광 경로에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술하기로 한다.

이와 같이, 본 장치(1)는 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)과 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)을 포함하며, 필요에 따라 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)과 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)로 변환이 가능하며, 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)과 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은 입사되는 레이저 광을 서로 다른 분배 비율로 분리할 수 있다.

이때, 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b) 및 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은, 각각 복수 개 구비되는 것일 수 있다. 구체적으로, 출력부(10)는 서로 다른 파장대역의 광을 출력 가능하도록 구비되는 것일 수 있고, 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)은, 서로 다른 파장대역의 광 각각에 대응하여 복수 개 배치되는 것일 수 있으며, 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은, 서로 다른 파장대역의 광 각각에 대응하여 복수 개 배치되는 것일 수 있다.

도 1의 (a) 및 (b)를 참조하여 예시하면, 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b)은 근적외선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110a) 및 가시광선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110b)을 포함할 수 있고, 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은 근적외선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120a) 및 가시광선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120b)을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 장치(1)에는, 출력부(10)에서 출력 가능한 다양한 파장대역의 광에 대응하는 다양한 자기상관 빔 스플리터 블록 및 광 지연 빔 스플리터 블록이 구비될 수 있다.

본원의 일 실시예에 따르면, 본 장치(1)는 상술한 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b) 및 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b) 중 적어도 하나의 빔 스플리터 블록의 선택 배치를 통해, 광학 자기상관 장치(1') 또는 광 지연 장치(1'')로 변환 가능한 것일 수 있다.

구체적으로, 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b) 및 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)은, 출력부(10)와, 제1미러(20) 제2미러(30) 및 파라볼릭 미러(60)를 포함하는 미러 구조체의 배치에 따른 소정의 위치에 배치 가능한 것일 수 있다. 이때, 각각의 빔 스플리터 블록(110a, 110b, 120a, 120b)은, 사용자에 의해 수동으로 배치되는 것일 수 있고, 본 장치(1)에 포함되어 있는 구동부(미도시)에 의해 기계적으로 이동되어 배치되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본원에서 개시하는 '소정의 위치'는, 도 1의 (a) 및 (b)에서 근적외선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110a)이 배치되어 있는 위치를 의미할 수 있다. 또한, 소정의 위치는, 출력부(10)에서 출력되는 레이저 광이 입사 되고, 제1미러(20) 및 제2미러(30)로 광을 전달하고, 제1미러(20) 및 제2미러(30)로부터 재 반사된 광이 입사 되고, 파라볼릭 미러(60) 또는 파라볼릭 미러(60)가 배치되어 있는 방향을 향해 광을 전달할 수 있는 위치를 의미할 수 있다.

또한, 도 1의 (a) 및 (b)와 같이, 근적외선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110a)이 소정의 위치에 배치되어 있는 경우, 근적외선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110a)을 제외한, 나머지 빔 스플리터 블록(가시광선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110b), 근적외선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120a) 및 가시광선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120b))은, 광 경로 형성에 영향을 미치지 않는 위치에 배치되는 것일 수 있다. 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 것은 본원의 일 실시예인 것으로, 소정의 위치에는 가시광선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110b), 근적외선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120a) 및 가시광선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120b) 중 어느 하나가 배치될 수도 있다.

즉, 본 장치(1)는 출력부(10)에서 출력되는 레이저 광의 광 경로 형성에 영향을 줄 수 있는 소정의 위치에, 복수의 빔 스플리터 블록 중 적어도 하나가 배치되면, 배치된 빔 스플리터 블록의 종류에 따라, 광학 자기상관 장치(1') 또는 광 지연 장치(1'')로 변환되는 것일 수 있다. 다시 말해, 본 장치(1)는, 출력부(10)와, 제1미러(20) 및 제2미러(30)를 포함하는 미러 구조체의 배치에 따른 소정의 위치에 자기상관 빔 스플리터 블록(110a, 110b) 또는 광 지연 빔 스플리터 블록(120a, 120b)을 배치함으로써, 광학 자기상관 장치(1') 또는 광 지연 장치(1'')로 선택적으로 동작 가능한 것일 수 있다. 이때, 미러 구조체는, 제1미러(20) 및 제2미러(30)만을 포함하는 것은 아니며, 액추에이터(40), 리니어 엔코더(50), 파라볼릭 미러(60), 검출부(70) 및 이동부(80) 등을 더 포함하는 것일 수 있다.

예를 들어, 도 1의 (a) 및 (b)에 예시한 바와 같이, 근적외선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110a)이 소정의 위치에 배치되어 있는 경우에는, 본 장치(1)는 광학 자기상관 장치(1')로 변환되어, 출력부(10)에서 출력하는 근적외선 파장(600-1700nm)의 광을 이용하여 펄스 폭 측정을 수행할 수 있고, 가시광선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110b)이 소정의 위치에 배치되어 있는 경우에는, 본 장치(1)는 광학 자기상관 장치(1')로 변환되어, 출력부(10)에서 출력하는 가시광선 파장(400-700nm)의 광을 이용하여 펄스 폭 측정을 수행할 수 있다.

또한, 근적외선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120a)이 소정의 위치에 배치되어 있는 경우에는, 본 장치(1)는 광 지연 장치(1'')로 변환되어, 출력부(10)에서 출력하는 근적외선 파장(600-1100nm)의 광을 이용하여 여기광(D)과 시간 지연된 탐사광(C)을 생성할 수 있고, 가시광선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120b)이 소정의 위치에 배치되어 있는 경우에는, 본 장치(1)는 광 지연 장치(1'')로 변환되어, 출력부(10)에서 출력하는 가시광선 파장(400-700nm)의 광을 이용하여 여기광(D)과 시간 지연된 탐사광(C)을 생성할 수 있다.

상술한 바에 따르면, 본 장치(1)는 빔 스플리터 블록을 선택적으로 배치함으로써, 광학 자기상관 장치(1') 또는 광 지연 장치(1'')로의 용이한 변환이 가능하여, 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치를 각각 구비해야 했던 종래의 기술 대비 단순한 구조 및 간단한 방법으로 광학 실험을 수행할 수 있도록 할 수 있다.

도 2는 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 광학 자기상관 장치로 변환된 상태를 나타낸 개략적인 구성도이다. 다시 말해, 도 2는 상술한 소정의 위치에 자기상관 빔 스플리터 블록(110)이 배치되어, 본 장치(1)가 광학 자기상관 장치(1')로 변환된 상태에서의 각 구성 요소의 배치 및 각 구성 요소에 의해 형성되는 광 경로의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 자기상관 빔 스플리터 블록(110)은, 상술한 근적외선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110a) 및 가시광선용 자기상관 빔 스플리터 블록(110b)을 비롯한 다양한 파장대역의 광에 대응하는 자기상관 빔 스플리터 블록을 포함하는 것으로 해석할 수 있다.

도 2를 참조하면, 자기상관 빔 스플리터 블록(110)은, 자기상관 빔 스플리터(111)를 포함할 수 있다. 이때, 자기상관 빔 스플리터(111)는 예시적으로 1mm의 두께로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2를 참조하여 예시적으로 설명하면, 상술한 소정의 위치에 자기상관 빔 스플리터 블록(110)이 배치되어, 본 장치(1)가 광학 자기상관 장치(1')로 변환된 경우, 출력부(10)는 레이저 광을 출력하고, 자기상관 빔 스플리터(111)는 레이저 광을 전달받아 반사광(B) 및 투과광(A)으로 분리할 수 있다. 제1미러(20)는 분리된 반사광(B)을 전달 받아, 자기상관 빔 스플리터 블록(110)의 자기상관 빔 스플리터(111)로 재 반사시키고, 제2미러(30)는 분리된 투과광(A)을 전달 받아 자기상관 빔 스플리터 블록(110)의 자기상관 빔 스플리터(111)로 재 반사시킬 수 있다. 자기상관 빔 스플리터(111)는 제1미러(20) 및 제2미러(30)를 통해 재 반사된 반사광(B) 및 투과광(A)을 중첩시켜 파라볼릭 미러(60)로 전달하고, 파라볼릭 미러(60)는 전달 받은 반사광(B) 및 투과광(A)을 한 점에 집속하여 검출부(70)로 전달하며, 검출부(70)는, 전달 받은 집속된 반사광(B) 및 투과광(A)으로부터 펄스 폭을 측정하는 것일 수 있다.

또한, 이때, 제1미러(20)는 액추에이터(40)에 의해 평행 이동될 수 있고, 리니어 엔코더(50)는 액추에이터(40)의 변위를 측정할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2에 도시된 바는 본원의 다양한 실시예 중 하나의 예시인 것으로, 본 장치(1)의 각 구성 요소의 배치 및 광 경로가 도 2에 도시된 바에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 광 지연 장치로 변환된 상태를 나타낸 개략적인 구성도이다. 다시 말해, 도 2는 상술한 소정의 위치에 광 지연 빔 스플리터 블록(120)이 배치되어, 본 장치(1)가 광 지연 장치(1'')로 변환된 상태에서의 각 구성 요소의 배치 및 각 구성 요소에 의해 형성되는 광 경로의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 광 지연 빔 스플리터 블록(120)은, 상술한 근적외선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120a) 및 가시광선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120b)을 비롯한 다양한 파장대역의 광에 대응하는 광 지연 빔 스플리터 블록을 포함하는 것으로 해석할 수 있다.

도 3을 참조하면, 광 지연 빔 스플리터 블록(120)은, 광 지연 빔 스플리터(121), 윈도우(122) 및 방향 전환 미러(123)를 포함할 수 있다. 이때, 광 지연 빔 스플리터(121)는 예시적으로 3mm의 두께로 형성되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

광 지연 빔 스플리터(121)는, 레이저 광을 전달 받아 일부는 반사(D)시키고, 다른 일부는 투과(C)시켜 분리할 수 있다. 여기서, 반사된 광은 결과적으로 여기광(D)이 되고, 투과된 광은 결과적으로 탐사광(C)이 되므로, 광 지연 빔 스플리터(121)는, 레이저 광을 여기광(D) 및 탐사광(C)으로 분리하는 것일 수 있다.

또한, 윈도우(122)는 광 지연 빔 스플리터를 통과한 탐사광(C)의 광 특성을 반사된 여기광과 동일하게 유지시키거나 윈도우(122)의 통과 전후로 가변하기 위한 것일 수 있다. 한편, 본원의 일 실시예에 따르면, 윈도우(122)는 광 지연 빔 스플리터(121)의 두께에 대응하는 두께로 형성(예를 들면, 광 지연 빔 스플리터(121)의 두께와 윈도우(122)의 두께는 상호 일치할 수 있음)되는 것으로, 광 지연 빔 스플리터(121)가 3mm인 경우, 윈도우(122) 역시 3mm의 두께로 형성되는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 방향 전환 미러(123)는 윈도우(122)를 통해 전달되어 제2미러(30)를 통해 재 반사된 탐사광(C)을 여기광(D)과 나란하게 진행되도록, 탐사광(C)의 진행 방향을 전환시키는 것일 수 있다. 이때, 방향 전환 미러(123)는 금속 미러(Metal Mirror)로 형성되는 것일 수 있으며, D자 형상으로 형성되는 것일 수 있다. 본원의 일 실시예에 따르면, 근적외선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120a)은 방향 전환 미러(123)로서 D자 형상의 골드(Gold) 미러를 포함하는 것일 수 있고, 가시광선용 광 지연 빔 스플리터 블록(120b)은 방향 전환 미러(123)로서 D자 형상으로 실버(Silver) 미러를 포함하는 것일 수 있다.

구체적으로, 도 3을 참조하여 예시적으로 설명하면, 상술한 소정의 위치에 광 지연 빔 스플리터 블록(120)이 배치되어, 본 장치(1)가 광 지연 장치(1'')로 변환된 경우, 출력부(10)는 레이저 광을 출력하고, 광 지연 빔 스플리터(121)는 레이저 광을 전달받아 일부는 반사(D)시키고, 다른 일부는 투과(C)시켜 분리할 수 있다. 여기서, 일부 반사된 광(D)은 여기광(D), 일부 투과된 광(C)은 탐사광(C)일 수 있다.

이후, 제1미러(20)는 여기광(D)을 전달 받아, 광 지연 빔 스플리터 블록(120)의 광 지연 빔 스플리터(121)로 재 반사시키고, 제2미러(30)는 탐사광(C)을 전달 받아 광 지연 빔 스플리터 블록(120)의 자기상관 빔 스플리터(121)로 재 반사시킬 수 있다. 이때, 제2미러(30)에 입사되는 탐사광(C)은 제2미러(30)에 입사 되기 전에 윈도우(122)를 통과하며 일부 광 특성이 가변된 것일 수 있다.

이때, 제1미러(20)를 통해 재 반사된 여기광(D)은 광 지연 빔 스플리터(121)와 방향 전환 미러(123) 간의 틈으로 진행되어, 도 3을 기준으로 9시 방향(도 2에서 파라볼릭 미러(60) 및 검출부(70)가 위치하는 방향)으로 뻗어나가는 것일 수 있다.

또한, 제2미러(30)를 통해 재 반사된 탐사광(C)은 방향 전환 미러(123)에 입사 되고, 방향 전환 미러(123)에 의해 반사되어, 여기광(D)이 진행되는 방향과 동일한 방향으로 진행될 수 있다. 다시 말해, 제2미러(30)는, 광 지연 빔 스플리터(121)를 투과하여 입사되는 탐사광(C)을 반사시켜 방향 전환 미러(123)에 입사 시킬 수 있고, 방향 전환 미러(123)는, 제2미러(30)에서 반사되어 입사되는 탐사광(C)을 반사시켜 여기광(D)이 진행되는 방향과 동일한 방향으로 진행시킬 수 있다.

이때, 이동부(80)는 제2미러(30)를 탐사광(C)의 진행 방향의 수직 방향(도 3에 도시된 이동부(80)의 상단에 표시된 화살표 방향, 즉 도 3을 기준으로 3시 방향 및 9시 방향)으로 이동시켜, 탐사광(C)이 입사되는 위치와 재 반사되는 위치를 정밀하게 조절하여, 탐사광(C)의 진행 위치 및 여기광(D)과 탐사광(C)의 간격을 조절할 수 있다.

예를 들어, 이동부(80)가 제2미러(30)를 도 3을 기준으로 3시 방향으로 이동시키면, 탐사광(C)이 제2미러(30)에 입사되는 위치 및 재 반사되는 위치가 변하여, 도 3에 도시된 것보다, 탐사광(C)이 방향 전환 미러(123)의 안쪽(도 3을 기준으로 1시와 2시 사이 방향의 위치)에 입사 되어, 여기광(D)과의 간격이 더 커질 수 있다. 반대로, 이동부(80)가 제2미러(30)를 도 3을 기준으로 9시 방향으로 이동시키면, 탐사광(C)이 방향 전환 미러(123)에 입사 되지 않고, 광 지연 빔 스플리터(121)와 방향 전환 미러(123) 사이로 지나가게 될 수 있다.

따라서, 이동부(80)에 의해 제2미러(30)의 위치가 탐사광(C)을 방향 전환 미러(123)에 입사시키기에 적합한 위치로 고정되면, 제2미러(30)를 통해 재 반사된 탐사광(C)은 방향 전환 미러(123)에 입사 되고, 방향 전환 미러(123)에 의해 반사되어, 여기광(D)이 진행되는 방향과 동일한 방향으로 진행될 수 있다. 즉, 이동부(80)는 탐사광(C)의 진행 위치를 조절하여, 여기광(D) 및 탐사광(C)의 간격을, 광학 실험에 적합한 정도로 조절하는 것일 수 있다.

도 4는 본원의 일 실시예에 따른 광 지연 장치를 통해 생성한 여기광 및 탐사광을 나타낸 도면이다. 본원의 일 실시예에 따르면, 여기광(D) 및 탐사광(C)의 간격, 즉 여기광(D)의 중심점과 탐사광(C)의 중심점 간의 거리는 약 2mm 이상, 10mm 이하 정도가 될 수 있으며, 여기광(D) 및 탐사광(C)의 강도(세기)의 비율은 약 7:3 정도가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.

도 5는 본원의 일 실시예에 따른 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 구동 방법에 대한 동작 흐름도이다.

도 5에 도시된 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 구동 방법은 앞서 설명된 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치(1)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치(1)에 대하여 설명된 내용은 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치의 구동 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.

도 5을 참조하면, 단계 S11에서 본 장치(1)는, 자기상관 빔 스플리터 블록(110)을 이용하여, 펄스 폭을 측정할 수 있다.

다음으로, 단계 S12에서 본 장치(1)는, 광 지연 빔 스플리터 블록(120)을 이용하여, 여기광(D) 및 탐사광(C)을 생성할 수 있다.

이때, 자기상관 빔 스플리터 블록(110) 및 광 지연 빔 스플리터 블록(120)은 레이저 광을 출력하는 출력부(10) 및 미러 구조체의 배치에 따른 소정의 위치에 선택적으로 배치되는 것이고, 본 장치(1)는, 소정의 위치에 자기상관 빔 스플리터 블록(110)이 배치되면, 광학 자기상관 장치(1')로 변환되는 것이고, 소정의 위치에 광 지연 빔 스플리터 블록(120)이 배치되면, 광 지연 장치(1'')로 변환되는 것일 수 있다.

구체적으로, 단계 S11에서 본 장치(1)는, 소정의 위치에 자기상관 빔 스플리터 블록(110)이 배치되면, 광학 자기상관 장치(1')로 변환될 수 있다.

이때, 출력부(10)는 레이저 광을 출력할 수 있다.

다음으로, 자기상관 빔 스플리터(111)는 레이저 광을 전달받아 반사광(B) 및 투과광(A)으로 분리할 수 있다.

다음으로, 제1미러(20)는 분리된 반사광(B)을 전달 받아, 자기상관 빔 스플리터 블록(110)의 자기상관 빔 스플리터(111)로 재 반사시킬 수 있다. 이때, 액추에이터(40)는 제1미러(20)를 평행 이동시킬 수 있고, 리니어 엔코더(50)는 액추에이터(40)의 변위를 측정할 수 있다.

다음으로, 제2미러(30)는 분리된 투과광(A)을 전달 받아 자기상관 빔 스플리터 블록(110)의 자기상관 빔 스플리터(111)로 재 반사시킬 수 있다.

다음으로, 자기상관 빔 스플리터(111)는 제1미러(20) 및 제2미러(30)를 통해 재 반사된 반사광(B) 및 투과광(A)을 중첩시켜 파라볼릭 미러(60)로 전달할 수 있다.

다음으로, 파라볼릭 미러(60)는 전달 받은 반사광(B) 및 투과광(A)을 한 점에 집속하여 검출부(70)로 전달할 수 있다.

다음으로, 검출부(70)는, 전달 받은 집속된 반사광(B) 및 투과광(A)으로부터 펄스 폭을 측정하는 것일 수 있다.

또한, 단계 S12에서 본 장치(1)는, 소정의 위치에 광 지연 빔 스플리터 블록(120)이 배치되면, 광 지연 장치(1'')로 변환될 수 있다.

이때, 출력부(10)는 레이저 광을 출력할 수 있다.

다음으로, 광 지연 빔 스플리터(121)는 레이저 광을 전달받아 일부는 반사(D)시키고 다른 일부는 투과(C)시켜, 레이저 광을 여기광(D) 및 탐사광(C)으로 분리할 수 있다.

다음으로, 제1미러(20)는 여기광(D)을 전달 받아, 광 지연 빔 스플리터 블록(120)의 광 지연 빔 스플리터(121)로 재 반사시킬 수 있다. 이때, 제1미러(20)를 통해 재 반사된 여기광(D)은 광 지연 빔 스플리터(121)와 방향 전환 미러(123) 간의 틈으로 진행되는 것일 수 있다.

다음으로, 제2미러(30)는 탐사광(C)을 전달 받아 광 지연 빔 스플리터 블록(120)의 자기상관 빔 스플리터(121)로 재 반사시킬 수 있다. 이때, 제2미러(30)에 입사되는 탐사광(C)은 제2미러(30)에 입사 되기 전에 윈도우(122)를 통과하며 일부 광 특성이 가변된 것일 수 있다.

다음으로, 이동부(80)는 제2미러(30)를 탐사광(C)의 진행 방향의 수직 방향으로 이동시켜, 탐사광(C)이 입사되는 위치와 재 반사되는 위치를 조절하여, 탐사광(C)의 진행 위치 및 여기광(D)과 탐사광(C)의 간격을 조절할 수 있다.

이때, 이동부(80)에 의해 제2미러(30)의 위치가 탐사광(C)을 방향 전환 미러(123)에 입사시키기에 적합한 위치로 고정되면, 제2미러(30)를 통해 재 반사된 탐사광(C)은 방향 전환 미러(123)에 입사 되고, 방향 전환 미러(123)에 의해 반사되어, 여기광(D)이 진행되는 방향과 동일한 방향으로 진행될 수 있다.

상술한 설명에서, 단계 S11 및 S12는 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.

본원의 일 실시 예에 따른 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 장치의 구동 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐 만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

또한, 전술한 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 장치의 구동 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1, 1', 1'': 광학 자기상관 장치로 변환이 가능한 광 지연 장치
10: 출력부
20: 제1미러
30: 제2미러
40: 액추에이터
50: 리니어 엔코더
60: 파라볼릭 미러
70: 검출부
80: 이동부
110, 110a, 110b: 자기상관 빔 스플리터 블록
111: 자기상관 빔 스플리터
120, 120a, 120b: 광 지연 빔 스플리터 블록
121: 광 지연 빔 스플리터
122: 윈도우
123: 방향 전환 미러

Claims (11)

1. 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 장치에 있어서,
   레이저 광을 전달받아 여기광 및 탐사광으로 분리하는 광 지연 빔 스플리터 블록; 및
   레이저 광을 전달받아 반사광 및 투과광으로 분리 및 중첩하여 검출부에 전달하는 자기상관 빔 스플리터 블록,
   을 포함하는, 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 광을 출력하는 출력부;
   상기 여기광 또는 상기 반사광을 상기 광 지연 빔 스플리터 블록 또는 상기 자기상관 빔 스플리터 블록으로 재 반사시키는 제1미러; 및
   상기 탐사광 또는 상기 투과광을 상기 광 지연 빔 스플리터 블록 또는 상기 자기상관 빔 스플리터 블록으로 재 반사시키는 제2미러,
   를 더 포함하는, 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 출력부, 상기 제1미러 및 상기 제2미러의 배치에 따른 소정의 위치에 상기 광 지연 빔 스플리터 블록 또는 상기 자기상관 빔 스플리터 블록을 배치함으로써 상기 광학 자기상관 장치 또는 상기 광 지연 장치로 선택적으로 동작 가능한 것을 특징으로 하는, 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 광 지연 빔 스플리터 블록은,
   상기 레이저 광을 전달받아 상기 여기광 및 상기 탐사광으로 분리하는 광 지연 빔 스플리터;
   상기 광 지연 빔 스플리터를 통과한 상기 탐사광의 광 특성을 가변하는 윈도우; 및
   상기 윈도우를 통해 전달되어 상기 제2미러에서 재 반사된 상기 탐사광을 상기 여기광과 나란하게 진행되도록 반사시키는 방향 전환 미러,
   를 포함하는 것인, 장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 자기상관 빔 스플리터 블록은,
   상기 레이저 광을 전달받아 상기 반사광 및 상기 투과광으로 분리하고, 상기 제1미러 및 상기 제2미러를 통해 재 반사된 반사광 및 투과광을 중첩시키는 자기상관 빔 스플리터,
   를 포함하는 것인, 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2미러를 상기 탐사광의 진행 방향의 수직 방향으로 이동시켜 상기 탐사광이 상기 방향 전환 미러에 입사 및 반사되도록 상기 탐사광의 진행 위치를 조절하고, 상기 여기광 및 상기 탐사광의 간격을 조절하는 이동부,
   를 더 포함하는, 장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 출력부는,
   서로 다른 파장대역의 광을 출력 가능하도록 구비되고,
   상기 광 지연 빔 스플리터 블록은,
   상기 서로 다른 파장대역의 광 각각에 대응하여 복수 개 배치되는 것인, 장치.
8. 제2항에 있어서,
   상기 출력부는,
   서로 다른 파장대역의 광을 출력 가능하도록 구비되고,
   상기 자기상관 빔 스플리터 블록은,
   상기 서로 다른 파장대역의 광 각각에 대응하여 복수 개 배치되는 것인, 장치.
9. 광학 자기상관 장치 및 광 지연 장치로 변환이 가능한 장치의 구동 방법에 있어서,
   (a) 자기상관 빔 스플리터 블록을 이용하여, 펄스 폭을 측정하는 단계; 및
   (b) 광 지연 빔 스플리터 블록을 이용하여, 여기광 및 탐사광을 생성하는 단계,
   를 포함하고,
   상기 자기상관 빔 스플리터 블록 또는 상기 광 지연 빔 스플리터 블록은, 레이저 광을 출력하는 출력부 및 미러 구조체의 배치에 따른 소정의 위치에 선택적으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 광 지연 빔 스플리터 블록은,
    상기 레이저 광을 전달받아 상기 여기광 및 상기 탐사광으로 분리하는 광 지연 빔 스플리터;
    상기 광 지연 빔 스플리터를 통과한 상기 탐사광의 광 특성을 가변하는 윈도우; 및
    상기 윈도우를 통해 전달되어 상기 미러 구조체를 통해 재 반사된 상기 탐사광을 상기 여기광과 나란하게 진행되도록 반사시키는 방향 전환 미러,
    를 포함하는 것인, 방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 자기상관 빔 스플리터 블록은,
    상기 레이저 광을 전달받아 반사광 및 투과광으로 분리하고, 상기 미러 구조체를 통해 재 반사된 반사광 및 투과광을 중첩시키는 자기상관 빔 스플리터,
    를 포함하는 것인, 방법.
    

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