KR940011274B1 - 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

레이저 다이오드의 파장변화 측정장치

제 1(a)도와 제1(b)도는 본 발명 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치 구성도.

제 2(a)도와 제2(b)도는 본 발명에 따른 홀로그램 그레이팅 제작방법을 보인 설명도.

제 3 도는 본 발명에 따른 파장이 다른 레이저광의 경로도.

제 4 도는 본 발명에 따른 간섭무늬의 측정을 보인 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 다이오드 2 : 레이저 다이오드 구동부

3 : 콜리메이터 렌즈 4 : 빔 스플릿터

5, 8 : 반사경 6, 7 : 1차 및 2차 홀로그램 그레이팅

9 : 광센서 어레이 10 : 증폭기

11 : 아날로그/디지탈 변환기 12 : 중앙 처리장치

13 : 구면 레이저광 14 : 평행 레이저광

15 : 출력장치 16, 16' : 레이저광

17 : 오실로 스코프 18 : 홀로그램 플레이트

19 : 수직평행광 10, 20' : 물체광

21, f : 간섭무늬

본 발명은 두개의 홀로그램(Hologram) 회절격자를 이용하여 레이저 다이오드의 파장변화를 측정하는 방법에 관한 것으로, 특히 수 MHz정도의 속도로 변조되는 레이저 다이오드의 파장변화를 간단한 구성으로 측정하는데 적당하도록 한 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치에 관한 것이다.

종래의 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치는 스펙트럼 아날리스(Spectrum Analyses), 포토 라디오 메터(Photo Radio Meter)등의 장비를 이용하여 레이저 다이오드의 파장 변화를 측정하였다.

최근들어, 레이저 다이오드가 각종 광학기기의 광원으로서 많이 용융되고 있으며 특히 홀로그램을 이용한 홀로그램 스캐닝 유니트(Hologram Scanning Unit)등의 광원으로서도 광범위하게 이용되고 있으나, 레이저다이오드는 자체의 특성상 파장이 일정하게 유지되지 않으며 레이저 온도의 상승등의 원인도 레이저 다이오드의 파장변화를 초래한다.

이러한 파장변화는 레이저 다이오드를 홀로그램 광학소자에 적용할때 심각한 문제가 되며, 특히 레이저 프린터용 홀로그램 스캐닝 유니트등의 주사계에서는 레이저 다이오드 파장의 변화에 따라 주사되는 레이저광의 위치변화가 심각한 문제로 제기된다.

이러한 문제 해결의 전단계로 레이저 다이오드의 파장변화특성을 정확히 파악해야 하는데, 상기에서 설명한 바와 같은 종래 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치는 응답시간(Response time)이 더디므로 레이저 프린터와 같이 레이저 다이오드가 1MHz 내지 그 이상의 속도로 변조될 때의 동특성을 측정하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 두개의 홀로그램 그레이팅을 이용한 간섭계를 이용하여 광로차로부터 파장변화를 측정함으로써 각종 레이저 다이오드의 파장변화 측정 및 기타 레이저광의 파장변동 측정에 널리 이용할 수 있는 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제 1(a)도와 제1(b)도는 본 발명 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치 구성도로서 이에 도시한 바와 같이 광학적 원리를 이용하여 간섭무늬를 형성하는 광학부(가) 및 그 광학부(가)에서 형성된 간섭무늬로부터 검출된 신호를 처리하는 신호처리부(나)로 구성한다.

즉, 제 1 (a)도에서 광학부는 레이저 다이오드(1) 및, 레이저 다이오드 구동부(2)와 상기 레이저 다이오드(1)에서 나온 구면 레이저광(13)을 평행 레이저광(14)으로 만들어 주는 콜리메이터 렌즈(3)와, 상기 평행 레이저광(14)을 두개의 레이저광(16)(16')으로 만들어 주는 빔 스플릿터(4)와, 상기 레이저광(16)(16')을 반사시켜 주는 반사경(5)(8) 및 그 레이저광(16')의 경로차를 발생시키는 1차 홀로그램 그레이팅(6) 및 2차 홀로그램 그레이팅(7)으로 구성한다.

그리고, 상기 평행 레이저광(14)중 빔 스플릿터(4)에 의해 반사된 광(16)은 반사경(5)에 의해 다시 반사 된 후에 이번에는 그 빔 스플릿터(4)를 통과하여 광센서 어레이(9)의 위치에 입사하며, 상기 평행 레이저광(14)중의 상기 빔 스플릿터(4)를 투과한 레이저광(16')은 1차 및 2차 홀로그램 그레이팅(6), (7)을 거치고 반사경(8)에 의해 반사된 후 다시 역순으로 상기 제 2 차 및 제 1 차 홀로그램 그레이팅(7), (6)을 통해 상기 빔스플릿터(4)에서 반사되어 광센서 어레이(9)의 위치에 입사하여 또 다른 레이저광(16)과 함께 간섭무늬(f)를 형성한다.

제 2(a)도와 제2(b)도는 본 발명에 따른 홀로그램 그레이팅(6), (7)의 제작방법을 보인 설명도로서, 이에 도시한 바와 같이 각 홀로그램 그레이팅(6), (7)은 동일한 홀로그램을 사용하며, 홀로그램 기록용 플레이트(18)에 하나의 수직평행광(19)과 입사각(θ)을 가진 물체광(20)을 입사시켜 간섭무늬(21)를 형성시켜 기록한다.

이때, 기록용 파장(λ0)은 레이저 다이오드(1)의 파장과 같은 경우이며, 통상 홀로그램 기록용 광원의 파장(λ')은 레이저 다이오드(1)의 파장과 다르므로, 제 2 도 (나)와 같이 수직평행광(19)과 각도를 가진 물체광(20')을 이용하여 간섭무늬(21)를 기록하되 그 간섭무늬 간격이 제 2 도의 (가)와 같은 값을 가지게 한다.

그리고, 제 1 (b)도에서 신호처리부는 광센서 어레이(9) 및 그 신호를 증폭시켜 주는 증폭기(10)와, 그 증폭기(10)로부터의 아날로그신호를 디지탈 신호로 변환하는 아랄로그/디지탈 변환기(11)와, 그 아날로그/디지탈 변환기(11)의 출력신호를 입력받아 처리하는 중앙처리장치(12)와, 상기 증폭기(10)에서 출력되는 신호를 직접 표시할 수 있는 오실로스코프(17)와, 그 오실로스코프(17) 및 상기 중앙처리장치(12)로 부터 처리된 신호를 출력하는 출력장치(15)로 구성하며, 여기서 상기 광센서 어레이(9)는 두개의 핀다이오드로 구성되고, 간섭무늬(f)의만큼 떨어지도록 설치한다.

이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 파장이 다른 레이저광의 경로도인 제 3 도 간섭무늬의 측정을 보인 파형도인 제 4 도를 참조해 설명면 다음과 같다.

먼저, 레이저 다이오드 구동부(2)의 제어를 받아 레이저 다이오드(1)에서 초기 순간 λ0의 파장을 가지고 출력된 레이저광(13)은 콜리메이터 렌즈(3)에 의해 평행광(14)이 되어 빔 스플릿터(4)에 입사되고, 이 빔 스플릿터(4)에 의해 둘로 분할된 레이저광(16)(16')은 통상적인 간섭계와 같이 반사경(5), (8) 및 빔 스플릿터(4)를 거쳐 광센서 어레이(9)의 위치에 간섭무늬(f)를 형성시키나, 이중 한 레이저광(16')은 광경로에서 두장의 홀로그램 그레이팅(6), (7)을 지나게 된다.

즉 , 제 3 도에서와 같이 입사광(Li)은 1차 홀로그램 그레이팅(6)에 의해 회절되어 회절광(Ld)이 된 다음 2차 홀로그램 그레이팅(7)에 입사하면 이에 의해 회절광(Lr)이 되어 나온다.

또한, 이 회절광(Lr)은 반사경(8)에서 반사되어 입사할 때와 똑같은 경로로 제 2 차 및 제 1 차 홀로그램 그레이팅(7), (6)을 지나 입사광(Li)의 경로를 따라 광센서 어레이(9)로 향한다.

상기 레이저 다이오드(1)가 변조됨에 따라 파장(λ0)은 다른 파장(λ1)으로 바뀌어 가는데, 이의 감지는 다음과 같이 이루어진다.

상기 레이저광(16)이 상기 광센서 어레이(9)에 도달하기까지의 광로는 △λ=λ1-λ0이 매우 작을때 두 파장에 대해 변하지 않는다고 가정할 수 있고, 상기 레이저광(16')이 겪는 광로차이도 두 홀로그램 그레이팅(6), (7) 사이의 광로만이 변할 뿐이다.

제 3 도에서 λ1(λ0)인 레이저광(16') 즉 입사광(Li)이 1차 홀로그램 그레이팅(6)에 입사되면 회절각(θ')(θ)의 각도로 꺽여 2차 홀로그램 그레이팅(7)을 향한다. 이 레이저광(Ld')은 2차 홀로그램 그레이팅(7)에 의해 회절되어 회절광(Lr')이 되어 반사경(8)을 향하고, 이 반사된 광은 다시 같은 경로를 거쳐(Lr→ 7→ Ld'→ 6→ Li) 광센서 어레이(9)로 향하게 된다.

이때, 파장이 변하여도 Li 및 Lr, Lr'은 서로 평행하기 때문에 똑같은 광로를 거치게 되고, 유일한 차이는 제 1 차 및 제 2 차 홀로그램 그레이팅(6), (7) 사이에서만 발생하게 된다.

즉, 파장(λ0)일때 제 1 차 및 제 2 차 홀로그램 그레이팅(6), (7) 사이의 광로를 1이라고 하고 λ1일때 1'이라하면,

두 경우의 왕복 광로차 2△1=1'-1

와 같이 된다. 여기서 d는 두 홀로그램 그레이팅(6), (7) 사이의 수직간격이며, 홀로그램의 원리에 의해의 관계가 있으므로 광로차(2△1)는

이에 따른 위상차이(△0)는

되어 위상차이(△0)를 알게 되면, 상기 (4)식에 의해 변화한 파장(λ1)을 알 수가 있다.

한편, 위상차의 측정은 제 1(b) 도와 같은 신호처리부에 의해 이루어지는데 상기 광센서 어레이(9)의 위치에 형성되는 간섭무늬(21)(f)를 제 4 도와 같이 도시한바, 광센서 어레이(9)를 이루는 두개의 핀 포토 다이오드를 각각 간섭무늬(f)의 최대점(A)과 그 간섭무늬의 간격(D)에 의한 거리 (만큼 떨어진 지점(B)에 설치하여 두소자의 입력을 증폭기(10)로 증폭한 후 아날로그/디지탈 변환기(11)를 통해 중앙처리장치(12)로 인가한다.

이에 따라, 위상차이(△ø)가 발생하였을 때 두 점(A), (B)은 각각 A', B'로 이동한 것과 같은 효과를 가지므로 각 센서가 느끼는 광량(Ia'), (Ib')은 원래의 광량(Ia), (Ib)과 다르고, 이는 다시 중앙처리장치(12)로 입력되어 Ia'-Ia, Ib'-Ib로부터 통상적인 방법으로 위상차(△ø)가 계산될 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 종래에는 고가의 장비를 사용하여 레이저 다이오드 파장을 측정하나 응답시간이 느리므로 레이저 다이오드가 정지한 상태에서 파장(λ0)을 가지고 레이저광을 방출할때 유용하나, 1MHz 이상으로 변조될 때의 동적인 파장의 변화(동특성)을 감지할 수 없었다.

그러나, 본 발명은 이런 단점을 극복하고자 간단한 구성으로 레이저 다이오드의 파장변화를 응답시간으로 감지할 수 있고, 또한 기존의 레이저 다이오드의 특성분석장치와 병용 또는 대치하여 사용할 수 있으므로 경제적인 이득을 주는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 레이저 다이오드(1)를 구동시키는 레이저 다이오드 구동부(2)와, 이 레이저 다이오드(1)로부터 출력된 구면 레이저광(13)을 평행 레이저광(14)으로 만들어 주는 콜리메이터 렌즈(3)와, 상기 평행 레이저광(14)을 두개의 레이저광(16)(16')으로 만들어 주는 빔 스플릿터(4)와, 상기 레이저광(16), (16')을 반사시켜 주는 반사경(5), (8)과, 상기 레이저광(16')의 경로차를 발생시키는 1차 및 2차 홀로그램 그레이팅(6), (7)으로 이루어져 위상차이의 변화에 의한 간섭무늬(f)를 형성하는 광학부와, 상기 레이저광(16)(16')에 의한 간섭무늬(f) 형성위치에 설치되는 광센서 어레이(9) 및 그 신호를 증폭시켜 주는 증폭기(10)와, 그 증폭기(10)로부터의 아날로그 신호를 디지탈신호로 변환하는 아날로그/디지탈 변환기(11)와, 그 아날로그/디지탈 변환기(11)의 출력신호를 입력받아 처리하는 중앙처리장치(12)와, 상기 증폭기(10)에서 출력되는 신호를 직접 표시할 수 있는 오실로스코프(17)와, 상기 중앙처리장치(12) 및 오실로스코프(17)로부터 처리된 신호를 출력하는 출력장치(15)로 이루어져 파장변화를 측정하는 신호처리부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 및 2차 홀로그램 그레이팅(6), (7)은 홀로그램 기록용 플레이트(18)에 수직평행광(19)과 입사각(θ), ()을 가진 물체광(20)(20')을 입사시켜 간격()을 갖는 간섭무늬(21)를 형성시켜 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 및 2차 홀로그램 그레이팅(6), (7)은 레이저광(16')의 파장변화에 따라 위상차이가 발생하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 다이오드의 파장변화 측정장치.