WO2018216946A1 - 환형 빔 커플링 시스템 - Google Patents

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fiber
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이민우
형경초
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Definitions

  • the present invention relates to an annular beam coupling system, and more particularly to an annular beam coupling system capable of reducing noise generated in the core of a double clad fiber.
  • Ultrasound technology is a catheter type device that is inserted into specimens such as blood vessels and acquires tomographic images of blood vessels.
  • the resolution is as low as 100 ⁇ m
  • the contrast is low
  • the image acquisition speed is about 30 seconds.
  • Near-infrared imaging technology uses near-infrared light to determine the presence of lipids in the inner wall of blood vessels by spectroscopic method. Recently, it has been developed as a single catheter combined with intravascular ultrasound.
  • Optical coherence tomography like intravascular ultrasound, is a catheter-like device that is inserted into blood vessels to send light to the blood vessels, and analyzes the returning light to acquire tomographic images of the blood vessels.
  • the microstructure in the biological tissue is obtained by combining the principle of white light interferometer and confocal microscopy.
  • Optical coherence tomography is combined with Near Infrared Fluorescence Imaging and Near Infrared Spectroscopy to implement an imaging catheter system.
  • a fiber for transmitting the light of the light source A collimator that receives light output from the fiber and forms a circular parallel beam; An annular beam generation unit converting the parallel beam into an annular beam; And a double clad fiber to which the annular beam is coupled to the cladding region.
  • a light source A multi-mode fiber to which light of the light source is guided;
  • the annular beam output from the multi-mode fiber includes a double clad fiber coupled to a cladding region, wherein light of the light source is guided in an outer region of the core spaced apart from a central axis of the multi-mode fiber by a predetermined distance.
  • an annular beam coupling system is incident on the multi-mode fiber.
  • a light source A hollow core fiber receiving light from the light source and outputting an annular beam; And a double clad fiber to which the annular beam is coupled to the cladding region.
  • the annular beam can be coupled to the clad region instead of being coupled to the core of the double clad fiber, noise components such as self-fluorescence component and Raman scattering signal generated by the core of the double clad fiber can be reduced. Can be.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an imaging catheter system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a profile of an annular beam according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows an annular beam coupling system according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows an annular beam coupling system according to a second embodiment of the invention.
  • 5 and 6 are diagrams showing an example of a phase space filter.
  • FIG. 7 shows an annular beam coupling system according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an annular aperture used in FIG. 7.
  • FIG. 9 is a diagram showing a simulation result of an annular beam using an annular filter.
  • FIG. 10 shows an annular beam coupling system according to a fourth embodiment of the invention.
  • 11 is a view for explaining the principle of forming a skew ray.
  • FIG. 12 shows an annular beam coupling system according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing the structure and refractive index profile of a hollow core fiber.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an imaging catheter system according to an embodiment of the present invention.
  • the imaging catheter system according to the present invention includes a self-fluorescence light source 110, an OCT device 120, a catheter device 130, a light detector 140, and a first optical system 150.
  • An imaging catheter system according to the present invention is an imaging catheter system using optical coherence tomography and autofluorescence lifetime imaging microscopy.
  • the autofluorescence light source 110 outputs light to allow autofluorescence to be generated in the specimen 160 such as a blood vessel into which the catheter 133 of the catheter device 130 is inserted.
  • the wavelength of the light output by the self-fluorescence light source 110 is a wavelength in the ultraviolet region. As an example, a wavelength of 355 nm may be used.
  • the first optical system 150 receives the light of the self-fluorescence light source 110 and the light of the OCT light source output from the OCT device 120 and provides it to the catheter device 130.
  • the autofluorescence input to the catheter device 130 is transmitted to the light detector 140, and the light of the OCT light source reflected from the specimen 160 is transmitted to the OCT device 120.
  • the wavelength of light of the OCT light source may be 1250 nm to 1350 nm.
  • the catheter device 130 scans the specimen 160 by receiving the light of the self-fluorescence light source 110 and the light of the OCT light source.
  • the light detector 140 detects the autofluorescence generated from the specimen 160.
  • the light detector 140 may be a photo multiplier tube detector (PMT) that detects light with a very high sensitivity in the ultraviolet, visible and infrared regions of the electromagnetic field.
  • PMT photo multiplier tube detector
  • a tomographic structure image of a specimen may be generated through optical coherence tomography, and autofluorescence generated from components of the tissue constituting the specimen may be imaged through a self-fluorescence lifetime imaging technique.
  • the first optical system 150 is a dichroic mirror (155) for adjusting the path of light between the collimator and the collimator for transmitting the light of the light source to the catheter device 156). And according to the embodiment, it may further include an optical filter (157, 158) and the reflection mirror 159 to increase the signal-to-noise ratio.
  • the fourth collimator 154 receives the light of the OCT light source through the single mode fiber 170 and transmits the light to the first dichroic mirror 155, and the first dichroic mirror 155 passes the light of the OCT light source. To the first collimator 151.
  • the second collimator 152 receives the light of the self-fluorescent light source through the multi mode fiber or the single mode fiber 171 and transmits the light to the first collimator 151. At this time, the light output from the second collimator 152 is reflected by the first and second dichroic mirrors 155 and 156 and transmitted to the first collimator 151.
  • the first collimator 151 receives the light of the self-fluorescence light source 110 and the OCT light source and transmits the light to the catheter device 130 through the double clad fiber 172. In addition, the first collimator 151 transmits the light of the OCT light source reflected from the self-fluorescence generated from the specimen 160 and the specimen 160 to the first dichroic mirror 155.
  • the first dichroic mirror 155 reflects the autofluorescence to the second dichroic mirror 156 and passes the light of the OCT light source to the fourth collimator 154.
  • the second dichroic mirror 156 passes autofluorescence to the reflection mirror 159, and the autofluorescence reflected by the reflection mirror 159 is input to the third collimator 153. That is, the third collimator 153 receives the self-fluorescence generated from the specimen 160 through the first collimator 151 and transmits the self-fluorescence to the light detector 140 through the multimode fiber 173.
  • the catheter device 130 includes an optical connector 131 and a catheter 133 connecting the first collimator 151 and the catheter 133.
  • the optical connector 131 and the first collimator 151 are connected by the double clad fiber 172, and the catheter 133 is a consumable device and can be easily fastened and detached through the optical connector 131.
  • the catheter device 130 rotates together with the first collimator 151, and the catheter 133 may be inserted into the specimen 160 to scan the inside of the specimen while rotating or moving back and forth.
  • the core of the double clad fiber is made of germanium doped silica to reduce attenuation in the fiber, and the germanium doped silica exhibits autofluorescence characteristics. It exhibits strong autofluorescence characteristics with respect to the wavelength of the ultraviolet region, and exhibits autofluorescence characteristics not only in the ultraviolet region but also in the visible and infrared regions.
  • the autofluorescence generated by the core of the double clad fiber acts as an artifact to the autofluorescence generated from the specimen and becomes a noise in the autofluorescence lifetime image. Therefore, a method for removing such noise is needed.
  • FIG. 2 is a view showing a profile of an annular beam according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 (a) shows the profile of the circular beam
  • Figure 2 (b) shows the profile of the annular beam.
  • the relatively bright portions indicate the shape of the beam.
  • the parallel beam output from the second collimator 152 of FIG. 1 is a circular beam as shown in FIG. Accordingly, the parallel beam coupled to the double clad fiber 172 through the first collimator 151 is also coupled to the core of the double clad fiber 172, whereby a self-fluorescent component is generated by the core.
  • the present invention proposes an annular beam coupling system capable of reducing the autofluorescence component generated by the core of the double clad fiber by coupling an annular beam as shown in FIG. 2 (b) to the double clad fiber. .
  • the annular beam of FIG. 2 (b) is formed with a ring in the outer part, the annular beam is not coupled to the core of the double clad fiber, It can be coupled to the cladding region, so that the autofluorescence component produced by the core of the double clad fiber can be reduced.
  • the annular beam coupling system according to the present invention may generate an annular beam by converting a circular parallel beam formed by a collimator into an annular beam or by adjusting an incident angle of light of a light source incident on a multimode fiber or a double clad fiber.
  • the annular beam may be generated by using a hollow core fiber in which the core is annular.
  • the annular beam coupling system according to the present invention is not only an imaging catheter system using the optical coherence tomography technique and the autofluorescence lifetime imaging technique described above, but also any imaging catheter capable of generating autofluorescence in the core of the double clad fiber. Applicable to the system.
  • optical coherence tomography technology-near infrared fluorescence imaging imaging catheter system, optical coherence tomography technology-near infrared spectroscopy imaging catheter system, optical coherence tomography technology-autofluorescence Autofluorescence imaging may be applied to imaging catheter systems and the like.
  • An annular beam coupling system includes a fiber, a collimator, an annular beam generator and a double clad fiber.
  • the fiber transmits the light of the light source, and the collimator receives the light output from the fiber and forms a circular parallel beam.
  • the annular beam generator converts the parallel beam into an annular beam, which is coupled to the cladding region of the double clad fiber.
  • the fiber corresponds to the multimode fiber or single mode fiber 171 of FIG. 1, and the collimator corresponds to the second collimator 152.
  • the double clad fiber corresponds to the double clad fiber 172 of FIG. 1. That is, the annular beam generating unit according to the present invention is located at the output end of the second collimator 152 to convert the parallel beam of the second collimator 152 into an annular beam.
  • FIG. 3 shows an annular beam coupling system according to a first embodiment of the invention.
  • the collimator will be represented in the form of a lens for convenience.
  • the annular beam coupling system may convert the parallel beam 360 into an annular beam 370 using an axicon lens 330.
  • One surface of the axicon lens 330 has a planar shape, and one surface of the axicon lens 330 is formed to protrude in a cone shape.
  • the axicon lens 330 may be disposed such that the center axis 333 of the axicon lens 330 is positioned on the center axis 333 of the parallel beam.
  • the light output from the fiber 310 is formed by the collimator 320 into the parallel beam 360, and the axicon lens 330 converts the parallel beam 360 into the annular beam 370.
  • the annular beam 370 may be formed while refracting light toward the central axis 333 of the protrusion 332 of the axicon lens 330.
  • the annular beam 370 may be coupled to the cladding region of the double clad fiber 350 through the collimator 340.
  • the collimator 340 may correspond to the first collimator 151 of FIG. 1.
  • the angle of the protrusion of the axicon lens may be variously determined according to the diameter of the parallel beam, the distance to the collimator, and the diameter of the double clad fiber.
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams showing an example of a phase space filter.
  • the annular beam coupling system may convert a parallel beam into an annular beam using a phase spatial filter 430.
  • the phase space filter is a filter that changes the phase of light passing through the phase space filter.
  • the phase space filter 430 changes the phase of the parallel beam output from the collimator 320 to convert the parallel beam into an annular beam at the focus position 470.
  • the phase space filter 430 includes a first protrusion 510.
  • the first protrusion 510 protrudes in a direction opposite to the direction of travel of the parallel beam 360 or the direction of travel of the parallel beam 360, and the diameter a of the first protrusion 510 is the parallel beam 360. Smaller than the diameter of.
  • the phase space filter 430 is spaced apart from the first protrusion 510 by a predetermined distance so as to be in the direction of travel of the parallel beam 360 or to be opposite to the parallel beam 360. It may further include an annular second protrusion 520 protruding in the direction.
  • the phase space filter 430 including the first protrusion 510 may be made of a material having a first refractive index such as epoxy, and the light passing through the phase space filter 430 may be a material having a second refractive index such as air. Pass through.
  • the light 520 passing through the first protrusion 510 is compared with the light 530 passing through a region other than the first protrusion 510, and has the first refractive index equal to the height d of the first protrusion 510. More material is passed, thereby causing a phase difference between the light 520 passing through the first protrusion 510 in the parallel beam 360 and the light 530 that is not, as shown in FIG. 5 (b). Occurs.
  • a phase difference of ⁇ / 2 may occur between the light 520 passing through the first protrusion 510 and the light 530 that is not.
  • the annular beam may be formed by the destructive interference at the focus position 480 where the light passing through the phase space filter 430 collects.
  • the height d of the first protrusion 510 may be determined according to the difference between the first refractive index n1 and the second refractive index n2 and the wavelength ⁇ of the parallel beam 360. As shown in Equation 1, the height d of the first protrusion 510 may be determined.
  • the diameter (a) of the first protrusion 510 may vary according to the diameter of the parallel beam 360 formed to satisfy the condition of destructive interference, and as the diameter of the parallel beam 360 increases, the first protrusion 510 is increased.
  • the diameter (a) of may also increase.
  • FIG. 7 is a diagram showing an annular beam coupling system according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a diagram showing an annular aperture used in FIG. 9 is a diagram showing a simulation result of an annular beam using an annular filter.
  • the annular filter 830 converts the parallel beam output from the collimator 320 into an annular beam.
  • the annular filter 830 surrounds a circular light absorbing portion 831 and a light absorbing portion 831 that absorb a portion of the parallel beam 360, and annular passing the portion of the parallel beam 360.
  • the light absorbing part 831 may be made of a light absorbing material, and may include a cobalt component as an example.
  • the center of the parallel beam 360 is blocked by the light absorbing unit 831, and only the outer region of the parallel beam 360 is passed by the annular opening 832, thereby forming the annular beam 770.
  • the diameter of the light absorbing portion 831 may be designed to be smaller than the diameter (D) of the parallel beam 360.
  • the diameter of the annular opening 832 is smaller than the diameter D of the parallel beam 360, a part of the parallel beam 360 may be unnecessarily blocked by the annular filter 830, so that the annular opening 832 is used.
  • the diameter of is preferably larger than the diameter (D) of the parallel beam 360.
  • the ratio (first ratio) of the diameter of the light absorbing portion 831 to the diameter D of the parallel beam 360 is the diameter of the core relative to the diameter d cl of the cladding of the double clad fiber 350.
  • d co may be designed to be equal to or greater than a ratio (second ratio), and the smaller the difference between the first ratio and the second ratio, the light loss by the light absorbing unit 831 can be reduced.
  • the annular beam is formed while a part of the parallel beam 360 is lost by the light absorbing portion 831, the light by the light absorbing portion 831 It is necessary to minimize the loss. If the diameter of the light absorbing portion 831 becomes too large compared to the diameter of the core of the double clad fiber, the light loss by the light absorbing portion 831 increases. That is, when the diameter of the light absorbing portion 831 is larger than the minimum diameter of the light absorbing portion 831 where the annular beam may not be coupled to the core of the double clad fiber, unnecessary light loss occurs.
  • the annular beam may be coupled to the core of the double clad fiber.
  • the first ratio is larger than the second ratio so that the annular beam is not coupled to the core of the double clad fiber, but the difference between the first ratio and the second ratio is minimized so that the light absorbing portion ( 831 may minimize the light loss.
  • the distance between the double clad fiber 350 and the collimator 340 is narrowed by a predetermined distance as compared to when the annular beam is not used. Can be increased or increased.
  • FIG. 9 is a result of simulating the shape of the annular beam coupled to the double clad fiber according to the third embodiment using optical simulation software.
  • the area made of black dots represents the shape of the annular beam.
  • the diameter of the light absorbing portion 831 is 150 ⁇ m
  • the diameter of the annular opening 832 is 3 mm
  • the core diameter d co of the double clad fiber 350 is 10 ⁇ m
  • the cladding diameter d cl Is 105 ⁇ ⁇
  • the simulation results are shown when the diameter of the parallel beam is 1.5 mm.
  • the ratio of the diameter of the light absorbing portion 831 to the parallel beam diameter D is 0.1 (150/1500), and the ratio of the core diameter d co to the double clad fiber cladding diameter d cl is 0.095, so that the annular beam of FIG. 9 is not coupled to the core of the double clad fiber, and the light loss by the light absorbing portion 831 may not be large.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an annular beam coupling system according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a diagram for describing a principle of forming a skew ray.
  • the fourth embodiment does not use an annular beam generator, but uses a skew ray.
  • Skew ray refers to light that is guided without passing through the center of the optical fiber by inclining the light obliquely when coupling the light to the optical fiber.
  • the light of the light source 1000 is incident to the multi-mode fiber 1010 through the lens 1080.
  • the light of the light source 1000 is incident to the multi-mode fiber 1010 to be guided in the outer region of the core spaced apart from the center of the multi-mode fiber 1010 by a predetermined distance. That is, the light guided in the multi-mode fiber 1010 forms a skew ray.
  • the shape of the beam output from the multi-mode fiber 1010 may be annular, which is coupled to the cladding of the double clad fiber 350.
  • annular beam coupling system may further include an actuator or optical system.
  • the actuator adjusts the position of the light source 1000 such that, for example, light of the light source 1100 is guided in the outer region of the core of the multi-mode fiber 1010. As the position of the light source 1000 is adjusted, the incident angle or the incident direction of the light of the light source 1000 with respect to the multi-mode fiber 1010 may be adjusted.
  • the optical system adjusts a light path of the light source 1000 between the light source 1000 and the multi-mode fiber 1010 so that the light of the light source 1000 is guided in the outer region of the core. That is, the position of the light source 1000 is fixed, and by adjusting the light path of the light source, it is possible to adjust the incident angle or the incident direction of the light of the light source to the multi-mode fiber 1010.
  • a skew ray will be described in more detail with reference to FIG. 11. Arrows in FIG. 11 indicate the direction of light travel.
  • FIG. 12A which illustrates a cross section of the multi-mode fiber 1010
  • light is input to a point 1110 spaced apart by a predetermined distance from the central axis 1120 of the multi-mode fiber core 1011.
  • the light is not incident in parallel with the longitudinal direction 1013 of the multi-mode fiber 1010, as shown in FIG. 12 (a) and FIG. 12 (b) showing an angled view.
  • the fiber 1010 is inclined by a predetermined angle with respect to the longitudinal direction 1013, that is, the central axis 1120, and is incident in the direction of the cladding 1012.
  • the light of the light win 1000 may be inclined by a predetermined angle from the central axis 1120 by an actuator or an optical system to be incident.
  • the reflection angle ⁇ r is the same as the angle of incidence, and total light reflection occurs inside the core 1011, so that light is the length of the multimode fiber 1010. Proceed in direction 1013.
  • light may be guided only in the outer region of the core 1011 spaced apart from the central axis 1120 of the multi-mode fiber 1010 by a predetermined distance r, and a skew ray may be formed.
  • FIG. 12 shows an annular beam coupling system according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 13 shows the structure and refractive index profile of a hollow core fiber.
  • the fifth embodiment forms an annular beam using the structure of the fiber itself.
  • the annular beam coupling system includes a light source, a hollow core fiber 1210 that receives light from the light source and outputs an annular beam 1270, and a double clad fiber in which the annular beam 1270 is coupled to the cladding region. And 350. That is, in FIG. 12, hollow core fibers are used instead of single mode fibers or multimode fibers, and the hollow core fibers 1210 include an annular core 1320 and a cladding 1330, as shown in FIG. 13. The central portion 1310 of the hollow core fiber 1210 is empty.
  • the hollow core fiber 1210 has a refractive index (n 2 ) of the core, a refractive index (n 3 ) of the cladding, and a refractive index (n 1 ) of the center portion (n 1 ) so that light can be guided in the annular core 1320.
  • refractive index shows a small refractive index characteristic.

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Abstract

더블 클래드 파이버의 코어에서 발생하는 노이즈를 감소시킬 수 있는 환형 빔 커플링 시스템이 개시된다. 개시된 환형 빔 커플링 시스템은, 광원의 빛을 전달하는 파이버; 상기 파이버로부터 출력된 빛을 입력받아, 원형의 평행 빔을 형성하는 시준기; 상기 평행 빔을 환형 빔으로 변환하는 환형 빔 생성부; 및 상기 환형 빔이 클래딩 영역에 커플링되는 더블 클래드 파이버를 포함한다.

Description

환형 빔 커플링 시스템
본 발명은 환형 빔 커플링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 더블 클래드 파이버의 코어에서 발생하는 노이즈를 감소시킬 수 있는 환형 빔 커플링 시스템에 관한 것이다.
심혈관 질환 등의 진단에 사용되는 영상화 카테터(imaging catheter)의 종래 기술로는 초음파 기술, 근적외선 영상기술, 광 간섭 단층촬영기술 등이 상용화되어 임상에서 활용되고 있다.
초음파 기술은 카테터 형태의 기기로 혈관 등의 시편에 삽입되어 혈관의 단층 영상을 획득하는 기술로 아직까지 병원에서 가장 많이 활용되고 있는 혈관 내 영상화 기술이다. 초음파 기술을 이용하기 때문에 해상도가 100μm 수준으로 낮고 대비도 또한 낮으며 영상 획득 속도가 약 30초 정도로 느리다.
근적외선 영상기술은 근적외선 빛을 이용하여 분광 방법에 의해 혈관 내벽에 지질의 존재 여부를 파악하는 기술로, 최근 혈관 내 초음파와 결합되어 단일 카테터로 개발되기도 하였다.
광간섭단층촬영기술(Octical Coherence Tomography)은 혈관 내 초음파와 마찬가지로 카테터 형태의 기기로 혈관에 삽입되어 빛을 혈관으로 보내고, 돌아오는 빛을 분석하여 혈관의 단층 영상을 획득하는 기술이다. 백색광 간섭계의 원리와 공초점 현미경 방식의 조합으로 생체조직내부의 미세구조를 획득한다.
그리고 광간섭단층촬영기술은, 근적외선형광영상기술(Near Infrared Fluorescence imaging)이나 근적외선분광분석기술(Near Infrared Spectroscopy)과 결합되어, 영상화 카테터 시스템으로 구현되고 있다.
본 발명은 더블 클래드 파이버의 코어에서 발생하는 노이즈를 감소시킬 수 있는 환형 빔 커플링 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 광원의 빛을 전달하는 파이버; 상기 파이버로부터 출력된 빛을 입력받아, 원형의 평행 빔을 형성하는 시준기; 상기 평행 빔을 환형 빔으로 변환하는 환형 빔 생성부; 및 상기 환형 빔이 클래딩 영역에 커플링되는 더블 클래드 파이버를 포함하는 환형 빔 커플링 시스템을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광원; 상기 광원의 빛이 가이딩되는 멀티 모드 파이버; 상기 멀티 모드 파이버로부터 출력되는 환형 빔이 클래딩 영역에 커플링되는 더블 클래드 파이버를 포함하며, 상기 광원의 빛은, 상기 멀티 모드 파이버의 중심축으로부터 기 설정된 거리만큼 이격된 코어의 외곽 영역에서 가이딩되도록, 상기 멀티 모드 파이버로 입사되는 환형 빔 커플링 시스템을 제공한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 광원; 상기 광원의 빛을 입력받아 환형 빔을 출력하는 중공 코어 파이버; 및 상기 환형 빔이 클래딩 영역에 커플링되는 더블 클래드 파이버를 포함하는 환형 빔 커플링 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 환형 빔이 더블 클래드 파이버의 코어에 커플링되지 않고, 클래드 영역에 커플링될 수 있으므로, 더블 클래드 파이버의 코어에 의해 생성되는 자가형광 성분, 라만 산란 신호 등 노이즈 성분이 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상화 카테터 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환형 빔의 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5 및 도 6은 위상 공간 필터의 일예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7에서 이용되는 환형 필터(annular aperture)를 도시하는 도면이다.
도 9는 환형 필터를 이용한 환형 빔의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이다.
도 11은 스큐 레이(skewed ray)의 형성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이다.
도 13은 중공 코어 파이버의 구조 및 굴절률 프로파일을 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상화 카테터 시스템을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 영상화 카테터 시스템은, 자가형광 광원(110), OCT 장치(120), 카테터 장치(130), 광 검출부(140) 및 제1광학계(150)를 포함한다. 본 발명에 따른 영상화 카테터 시스템은 광간섭단층촬영기술과 자가형광수명영상기술(autofluorescence lifetime imaging microscopy)을 이용하는 영상화 카테터 시스템이다.
자가형광 광원(110)은, 카테터 장치(130)의 카테터(133)가 삽입되는 혈관과 같은 시편(160)에서 자가형광이 발생될 수 있도록 하는 빛을 출력한다. 자가형광 광원(110)이 출력하는 빛의 파장은 자외선 영역의 파장으로서, 일실시예로서, 355nm의 파장이 이용될 수 있다.
제1광학계(150)는 자가형광 광원(110)의 빛과, OCT 장치(120)로부터 출력되는 OCT 광원의 빛을 입력받아, 카테터 장치(130)로 제공한다. 그리고 카테터 장치(130)로 입력된 자가형광을 광 검출부(140)로 전달하고, 시편(160)으로부터 반사된 OCT 광원의 빛을 OCT 장치(120)로 전달한다. OCT 광원의 빛의 파장은 일실시예로서, 1250~1350nm일 수 있다.
카테터 장치(130)는 자가형광 광원(110)의 빛과 OCT 광원의 빛을 입력받아 시편(160)을 스캔한다.
광 검출부(140)는 시편(160)으로부터 생성된 자가 형광을 검출한다. 광 검출부(140)는 일실시예로서, 전자기장의 자외선, 가시광선 및 적외선 근접 영역에서 매우 높은 감도로 광을 검출하는 광 진공관(PMT, Photo Multiplier Tube Detectors)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 광간섭단층촬영기술을 통해 시편의 단층 구조 영상이 생성될 수 있으며, 자가형광수명영상기술을 통해, 시편을 이루는 조직의 구성 성분들로부터 생성되는 자가형광을 영상화할 수 있다.
본 발명에 따른 영상화 카테터 시스템을 보다 구체적으로 설명하면, 제1광학계(150)는 광원의 빛을 카테터 장치로 전달하는 시준기와 시준기들 사이에서 광의 경로를 조절하는 이색성 거울(dichroic mirror, 155, 156)을 포함한다. 그리고 실시예에 따라서, 신호대 잡음비를 높이기 위한 광학 필터(157, 158) 및 반사거울(159)을 더 포함할 수 있다.
제4시준기(154)는 싱글 모드 파이버(170)를 통해 OCT 광원의 빛을 입력받아, 제1이색성 거울(155)로 전달하며, 제1이색성 거울(155)은 OCT 광원의 빛을 통과시켜, 제1시준기(151)로 전달한다.
제2시준기(152)는 멀티모드 파이버(multi mode fiber) 또는 싱글모드 파이버(single mode fiber, 171)를 통해, 자가형광 광원의 빛을 입력받아, 제1시준기(151)로 전달한다. 이 때, 제2시준기(152)로부터 출력된 빛은, 제1 및 제2이색성 거울(155, 156)에 의해 반사되어 제1시준기(151)로 전달된다.
제1시준기(151)는 자가형광 광원(110) 및 OCT 광원의 빛을 입력받아, 더블 클래드 파이버(double clad fiber, 172)를 통해 카테터 장치(130)로 전달한다. 그리고 제1시준기(151)는 시편(160)으로부터 생성된 자가 형광 및 시편(160)으로부터 반사된 OCT 광원의 빛을 제1이색성 거울(155)로 전달한다.
제1이색성 거울(155)은 자가형광을 제2이색성 거울(156)로 반사하며, OCT 광원의 빛을 통과시켜, 제4시준기(154)로 전달한다.
제2이색성 거울(156)은 자가 형광을 통과시켜 반사 거울(159)로 전달하고, 반사 거울(159)에 의해 반사된 자가형광은 제3시준기(153)로 입력된다. 즉, 제3시준기(153)는 시편(160)으로부터 생성된 자가형광을 제1시준기(151)를 통해 입력받아, 멀티모드 파이버(173)를 통해 광 검출부(140)로 전달한다.
카테터 장치(130)는 제1시준기(151)와 카테터(133)를 연결하는 광학 커넥터(131)와 카테터(133)를 포함한다. 광학 커넥터(131)와 제1시준기(151)는 더블 클래드 파이버(172)로 연결되며, 카테터(133)는 소모성 장치로서, 광학 커넥터(131)를 통해 용이하게 체결 및 분리될 수 있다. 카테터 장치(130)는 제1시준기(151)와 함께 회전하며, 카테터(133)는 시편(160)에 삽입되어 회전하거나 앞뒤로 이동하면서 시편 내부를 스캔할 수 있다.
한편, 더블 클래드 파이버의 코어는, 파이버 내에서의 감쇄(attenuation)를 줄이기 위해 게르마늄이 도핑된 실리카(germanium doped silica)로 이루어지는데, 게르마늄이 도핑된 실리카는 자가형광 특성을 나타낸다. 자외선 영역의 파장에 대해 강한 자가형광 특성을 나타내며, 자외선 영역 뿐만 아니라 가시광선 및 적외선 영역에 대해서도 자가형광 특성을 나타낸다.
더블 클래드 파이버의 코어에 의해 생성되는 자가형광은, 시편으로부터 생성되는 자가형광에 대해 아티펙트(artifact)로 작용하며, 자가형광수명영상에서 노이즈가 된다. 따라서 이러한 노이즈를 제거하기 위한 방안이 필요하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 환형 빔의 프로파일을 나타내는 도면으로서, 도 2(a)는 원형 빔의 프로파일을 나타내며, 도 2(b)는 환형 빔의 프로파일을 나타낸다. 도 2에서 상대적으로 밝게 표시된 부분이 빔의 형상을 나타낸다.
도 1의 제2시준기(152)로부터 출력되는 평행 빔은 도 2(a)와 같은 원형 빔(circular beam)이다. 따라서, 제1시준기(151)를 통해 더블 클래드 파이버(172) 에 커플링되는 평행 빔은 더블 클래드 파이버(172)의 코어로도 커플링되고, 코어에 의해 자가형광 성분이 생성된다.
이에 본 발명은 도 2(b)와 같은 환형 빔(annular beam)을 더블 클래드 파이버에 커플링함으로써, 더블 클래드 파이버의 코어에 의해 생성되는 자가형광 성분을 줄일 수 있는 환형 빔 커플링 시스템을 제안한다. 도 2(a)의 원형 빔과 비교하여, 도 2(b)의 환형 빔은 외곽부분에 고리(ring) 형태로 빛이 형성되기 때문에, 환형 빔은 더블 클래드 파이버의 코어에 커플링되지 않고, 클래드 영역에 커플링될 수 있으며, 따라서 더블 클래드 파이버의 코어에 의해 생성되는 자가형광 성분이 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 환형 빔 커플링 시스템은, 시준기에 의해 형성된 원형의 평행 빔을 환형 빔으로 변환하거나 또는 멀티 모드 파이버나 더블 클래드 파이버로 입사되는 광원의 빛의 입사각을 조절하여 환형 빔을 생성할 수 있다. 또는 코어가 환형 형태인 중공 코어 파이버(hollow core fiber)를 이용하여 환형빔을 생성할 수 있다. 이하에서 도면을 참조하여 실시예를 보다 자세히 설명하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 환형 빔 커플링 시스템은, 전술된 광간섭단층촬영기술과 자가형광수명영상기술을 이용하는 영상화 카테터 시스템뿐만 아니라, 더블 클래드 파이버의 코어에서 자가형광이 생성될 수 있는 모든 영상화 카테터 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 광간섭단층촬영기술-근적외선형광영상기술(Near infrared fluorescence imaging) 영상화 카테터 시스템, 광간섭단층촬영기술-근적외선분광분석법(Near infrared spectroscopy) 영상화 카테터 시스템, 광간섭단층촬영기술-자가형광영상(Autofluorescence imaging) 영상화 카테터 시스템 등에 적용될 수 있다.
< 제1실시예 >
본 발명의 일실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템은 파이버, 시준기, 환형 빔 생성부 및 더블 클래드 파이버를 포함한다.
파이버는 광원의 빛을 전달하며, 시준기는 파이버로부터 출력된 빛을 입력받아, 원형의 평행 빔을 형성한다. 환형 빔 생성부는 평행 빔을 환형 빔으로 변환하며, 환형빔은 더블 클래드 파이버의 클래딩 영역에 커플링된다.
파이버는 도 1의 멀티모드 파이버 또는 싱글모드 파이버(171)에 대응되며, 시준기는 제2시준기(152)에 대응된다. 그리고 더블 클래드 파이버는 도 1의 더블 클래드 파이버(172)에 대응된다. 즉, 본 발명에 따른 환형 빔 생성부는 제2시준기(152)의 출력단에 위치하여, 제2시준기(152)의 평행 빔을 환형 빔으로 변환한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이다. 도 3 및 이하 도면에서는 편의상 시준기를 렌즈 형태로 표현하기로 한다.
도 3을 참조하면, 환형 빔 커플링 시스템은 액시콘 렌즈(axicon lens, 330)를 이용하여 평행 빔(360)을 환형 빔(370)으로 변환할 수 있다. 액시콘 렌즈(330)는 일면이 평면 형상을 가지고, 일면의 배면은 원추 형상으로 돌출된 형상으로 형성된다. 액시콘 렌즈(330)의 중심 축(333)이 평행 빔의 중심축(333) 상에 위치하도록 액시콘 렌즈(330)가 배치될 수 있다.
파이버(310)로부터 출력된 빛은 시준기(320)에 의해 평행 빔(360)으로 형성되고, 액시콘 렌즈(330)는 평행 빔(360)을 환형 빔(370)으로 변환한다. 액시콘 렌즈(330)의 평면부(331)로 평행 빔(360)이 입사되면, 액시콘 렌즈의 돌출부(332)의 중심축(333) 방향으로 빛이 굴절하면서 환형 빔(370)이 형성될 수 있다. 환형 빔(370)은 시준기(340)를 통해 더블 클래드 파이버(350)의 클래딩(cladding) 영역에 커플링될 수 있다. 여기서, 시준기(340)는 도 1의 제1시준기(151)에 대응될 수 있다.
액시콘 렌즈의 돌출부의 각도는 평행 빔의 직경, 시준기와의 거리, 더블 클래드 파이버의 직경에 따라 다양하게 결정될 수 있다.
< 제2실시예 >
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이며, 도 5 및 도 6은 위상 공간 필터의 일예를 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 환형 빔 커플링 시스템은 위상 공간 필터(phase spatial filter, 430)를 이용하여 평행 빔을 환형 빔으로 변환할 수 있다. 위상 공간 필터는 위상 공간 필터를 통과하는 빛의 위상을 변화시키는 필터이다.
도 3과 같이, 위상 공간 필터(430)는 시준기(320)로부터 출력된 평행 빔의 위상을 변화시켜, 초점 위치(470)에서 평행 빔을 환형 빔으로 변환한다.
위상 공간 필터(430)는 도 5에 도시된 바와 같이, 제1돌출부(510)를 포함한다. 제1돌출부(510)는 평행 빔(360)의 진행 방향 또는 평행 빔(360)의 진행 방향의 반대 방향으로 돌출된 형상이며, 제1돌출부(510)의 직경(a)는 평행 빔(360)의 직경보다 작다. 또는 실시예에 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 위상 공간 필터(430)는 제1돌출부(510)로부터 기 설정된 거리만큼 이격되어 평행 빔(360)의 진행 방향 또는 평행 빔(360)의 반대 방향으로 돌출된 환형의 제2돌출부(520)를 더 포함할 수 있다.
제1돌출부(510)를 포함하여 위상 공간 필터(430)는, 에폭시와 같은 제1굴절률의 물질로 만들어질 수 있으며, 위상 공간 필터(430)를 통과한 빛은 공기와 같은 제2굴절률의 물질을 통과한다. 제1돌출부(510)를 통과하는 빛(520)은 제1돌출부(510) 이외의 영역을 통과한 빛(530)과 비교하여, 제1돌출부(510)의 높이(d)만큼 제1굴절률의 물질을 더 통과하게 되며, 이에 의해 평행 빔(360)에서 제1돌출부(510)를 통과하는 빛(520)과 그렇지 않은 빛(530) 사이에, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 위상 차이가 발생한다.
제1돌출부(510)의 높이(d)에 따라, 제1돌출부(510)를 통과하는 빛(520)과 그렇지 않은 빛(530) 사이에는 λ/2만큼의 위상 차이(phase difference)가 발생할 수 있으며, 위상 공간 필터(430)를 통과한 빛이 모이는 초점 위치(480)에서 상쇄 간섭에 의해 환형 빔이 형성될 수 있다.
제1돌출부(510)의 높이(d)는 제1굴절률(n1)과 제2굴절률(n2)의 차이 및 평행 빔(360)의 파장(λ)에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어, [수학식 1]과 같이 제1돌출부(510)의 높이(d)가 결정될 수 있다.
Figure PCTKR2018005592-appb-M000001
또한 제1돌출부(510)의 직경(a)는 상쇄 간섭의 조건을 만족하도록 형성된 평행 빔(360)의 직경에 따라 달라질 수 있으며, 평행 빔(360)의 직경이 증가할수록 제1돌출부(510)의 직경(a) 또한 증가할 수 있다.
< 제3실시예 >
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이며, 도 8은 도 7에서 이용되는 환형 필터(annular aperture)를 도시하는 도면이다. 그리고 도 9는 환형 필터를 이용한 환형 빔의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.
도 3과 같이, 환형 필터(830)는 시준기(320)로부터 출력된 평행 빔을 환형 빔으로 변환한다.
본 발명에 따른 환형 필터(830)는 평행 빔(360)의 일부를 흡수하는 원형의 광 흡수부(831) 및 광 흡수부(831)를 둘러싸며, 평행 빔(360)의 일부를 통과시키는 환형 개구부(832)를 포함한다. 광 흡수부(831)는 빛을 흡수하는 물질로 만들어질 수 있으며, 일실시예로서 코발트 성분을 포함할 수 있다.
광 흡수부(831)에 의해 평행 빔(360)의 중심부는 차단되고, 평행 빔(360)의 외곽 영역만 환형 개구부(832)에 의해 통과됨으로써, 환형 빔(770)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 광 흡수부(831)의 직경은 평행 빔(360)의 직경(D)보다 작도록 설계될 수 있다.
그리고 환형 개구부(832)의 직경이 평행 빔(360)의 직경(D)보다 작을 경우, 평행 빔(360)의 일부가 불필요하게 환형 필터(830)에 의해 차단될 수 있으므로, 환형 개구부(832)의 직경은 평행 빔(360)의 직경(D)보다 큰 것이 바람직하다.
한편, 평행 빔(360)의 직경(D)에 대한 광 흡수부(831)의 직경의 비율(제1비율)은 더블 클래드 파이버(350)의 클래딩의 직경(dcl)에 대한 코어의 직경(dco)의 비율(제2비율) 이상이 되도록, 설계될 수 있으며, 제1비율과 제2비율의 차이가 적을수록 광 흡수부(831)에 의한 광손실을 줄일 수 있다.
다시 말해, 제3실시예에 따르면, 다른 실시예와 달리, 평행 빔(360)의 일부가 광 흡수부(831)에 의해 손실되면서 환형 빔이 형성되기 때문에, 광 흡수부(831)에 의한 광손실을 최소화할 필요가 있는데, 더블 클래드 파이버의 코어의 직경에 비해 광 흡수부(831)의 직경이 지나치게 커진다면, 광 흡수부(831)에 의한 광손실이 증가한다. 즉, 더블 클래드 파이버의 코어로 환형 빔이 커플링되지 않을 수 있는 광 흡수부(831)의 최소 직경보다 광 흡수부(831)의 직경이 커지면, 불필요한 광손실이 발생하는 것이다.
반대로 더블 클래드 파이버의 코어의 직경에 비해 광 흡수부(831)의 직경이 지나치게 작아진다면, 환형 빔이 더블 클래드 파이버의 코어에 커플링될 수 있다.
따라서, 제3실시예는, 제1비율이 제2비율보다 크도록 하여 환형 빔이 더블 클래드 파이버의 코어에 커플링되지 않도록하되, 제1비율과 제2비율의 차이를 최소화하여 광 흡수부(831)에 의한 광손실을 최소화할 수 있다.
또한 환형 빔의 초점 위치가 더블 클래드 파이버의 클래딩에 형성될 수 있도록 하기 위해, 환형 빔을 이용하지 않을 때와 비교하여 더블 클래드 파이버(350)와 시준기(340) 사이의 거리를 기 설정된 간격만큼 좁히거나 늘릴 수 있다.
도 9는 제3실시예에 따른 더블 클래드 파이버에 커플링되는 환형 빔의 모양을 광학 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 시뮬레이션한 결과이다. 도 9에서 검은색 점으로 이루어진 영역이 환형 빔의 형상을 나타낸다.
도 9에서는, 광 흡수부(831)의 직경이 150㎛, 환형 개구부(832)의 직경은 3mm이고, 더블 클래드 파이버(350)의 코어 직경(dco)이 10㎛, 클래딩 직경(dcl)은 105㎛이며, 평행 빔의 직경이 1.5mm일 경우의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다.
이 경우, 평행 빔 직경(D)에 대한 광 흡수부(831)의 직경의 비는 0.1(150/1500)이며, 더블 클래드 파이버 클래딩 직경(dcl)에 대한 코어 직경(dco)의 비는 0.095이며, 따라서 도 9의 환형 빔은 더블 클래드 파이버의 코어에 커플링되지 않으며, 광 흡수부(831)에 의한 광손실은 크지 않을 수 있다.
< 제4실시예 >
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이며, 도 12는 스큐 레이(skewed ray)의 형성 원리를 설명하기 위한 도면이다.
전술된 제1 내지 제3실시예와 달리, 제4실시예는 환형 빔 생성부를 이용하지 않으며, 스큐 레이(skewed ray)를 이용한다. 스큐 레이는 광섬유에 빛을 커플링시킬 때 빛을 비스듬하게 입사시킴으로써, 광섬유의 중심을 통과하지 않고 가이딩되는 빛을 의미한다.
도 10을 참조하면, 광원(1000)의 빛은, 렌즈(1080)를 통해 멀티 모드 파이버(1010)로 입사된다. 이 때 광원(1000)의 빛은, 멀티 모드 파이버(1010)의 중심으로부터 기 설정된 거리만큼 이격된 코어의 외곽 영역에서 가이딩되도록, 멀티 모드 파이버(1010)로 입사된다. 즉, 멀티 모드 파이버(1010)에서 가이딩되는 빛은 스큐 레이를 형성한다. 따라서, 멀티 모드 파이버(1010)로부터 출력되는 빔의 형상은 환형일 수 있으며, 이러한 환형 빔은 더블 클래드 파이버(350)의 클래딩에 커플링된다.
도 10에는 도시되지 않았지만, 환형 빔 커플링 시스템은 액츄에이터 또는 광학계를 더 포함할 수 있다.
액츄에이터는 광원(1100)의 빛이 멀티 모드 파이버(1010)코어의 외곽 영역에서 가이딩되도록, 예를 들어 도 11과 같이 광원(1000)의 위치를 조절한다. 광원(1000)의 위치가 조절됨에 따라, 멀티 모드 파이버(1010)에 대한 광원(1000)의 빛의 입사각이나 입사 방향이 조절될 수 있다.
광학계는 광원(1000) 및 멀티 모드 파이버(1010) 사이에서, 광원(1000)의 빛이 코어의 외곽 영역에서 가이딩되도록 광원(1000)의 빛의 경로를 조절한다. 즉, 광원(1000)의 위치는 고정되어 있고, 광원의 빛의 경로를 조절하여 멀티 모드 파이버(1010)에 대한 광원의 빛의 입사각이나 입사 방향을 조절할 수 있다.
도 11을 참조하여 스큐 레이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 11에서 화살표는 빛의 진행 방향을 나타낸다.
멀티 모드 파이버(1010)의 단면을 나타내는 도 12(a)에서, 빛은 멀티 모드 파이버 코어(1011)의 중심축(1120)에서 기 설정된 거리만큼 이격된 지점(1110)으로 입력된다. 이 때, 빛은 멀티 모드 파이버(1010)의 길이 방향(1013)과 평행하게 입사되지 않고 도 12(a) 및 앵글 뷰(angled view)를 나타내는 도 12(b)에 도시된 바와 같이, 멀티 모드 파이버(1010)의 길이 방향(1013), 즉 중심축(1120)에 대해 미리 설정된 각도만큼 기울어져 클래딩(1012) 방향으로 입사된다. 광윈(1000)의 빛은 액츄에이터 또는 광학계에 의해 중심축(1120)으로부터 미리 설정된 각도만큼 기울어져 입사될 수 있다.
이 때, 빛이 임계각 이상의 각도인 입사각 θi로 멀티 모드 파이버(1010)로 입사되면, 반사각 θr은 입사각과 동일하며, 코어(1011) 내부에서 전반사가 일어나면서 빛은 멀티 모드 파이버(1010)의 길이 방향(1013)으로 진행한다. 그리고 이러한 전반사에 의해 빛은 멀티 모드 파이버(1010)의 중심축(1120)으로부터 기 설정된 거리(r)만큼 이격된 코어(1011)의 외곽 영역에서만 가이딩되며, 스큐 레이가 형성될 수 있다.
< 제5실시예 >
도 12는 본 발명의 제4실시예에 따른 환형 빔 커플링 시스템을 도시하는 도면이며, 도 13은 중공 코어 파이버의 구조 및 굴절률 프로파일을 도시하는 도면이다.
제5실시예는 제1 내지 제4실시예와 달리, 파이버의 구조 자체를 이용하여 환형 빔을 형성한다.
도 12를 참조하면, 환형 빔 커플링 시스템은 광원, 광원의 빛을 입력받아 환형 빔(1270)을 출력하는 중공 코어 파이버(1210) 및 환형 빔(1270)이 클래딩 영역에 커플링되는 더블 클래드 파이버(350)를 포함한다. 즉, 도 12에서는 싱글 모드 파이버나 멀티 모드 파이버 대신 중공 코어 파이버가 사용되며, 중공 코어 파이버(1210)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 환형의 코어(1320) 및 클래딩(1330)을 포함하며, 중공 코어 파이버(1210)의 중심부(1310)은 비어있다. 그리고 환형의 코어(1320)에서 빛이 가이딩 될 수 있도록, 중공 코어 파이버(1210)는 코어의 굴절률(n2), 클래딩의 굴절률(n3) 및 중심부의 굴절률(n1) 순으로 굴절률(refractive index)이 작아지는 굴절률 특성을 나타낸다.
따라서, 중공 코어 파이버(1210)의 코어(1320)에서 빛이 가이딩될 수 있고, 코어(1320)는 환형이기 때문에, 중공 코어 파이버(1210)에서 환형 빔(1270)이 출력될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 광원의 빛을 전달하는 파이버;
    상기 파이버로부터 출력된 빛을 입력받아, 원형의 평행 빔을 형성하는 시준기;
    상기 평행 빔을 환형 빔으로 변환하는 환형 빔 생성부; 및
    상기 환형 빔이 클래딩 영역에 커플링되는 더블 클래드 파이버
    를 포함하는 환형 빔 커플링 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 환형 빔 생성부는
    액시콘 렌즈(axicon lens)이며,
    상기 액시콘 렌즈의 중심 축은
    상기 평행 빔의 중심 축 상에 위치하는
    환형 빔 커플링 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 환형 빔 생성부는
    위상 공간 필터(phase spatial filter)이며,
    상기 위상 공간 필터는
    상기 평행 빔의 진행 방향 또는 상기 진행 방향의 반대 방향으로 돌출된 형상이며, 상기 평행 빔의 직경보다 작은 직경의 제1돌출부를 포함하는
    환형 빔 커플링 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 위상 공간 필터는
    상기 제1돌출부로부터 기 설정된 거리만큼 이격되어 상기 진행 방향 또는 상기 진행 방향의 반대 방향으로 으로 돌출된 환형의 제2돌출부
    를 더 포함하는 환형 빔 커플링 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 환형 빔 생성부는
    상기 평행 빔의 일부를 흡수하는 원형의 광 흡수부; 및
    상기 광 흡수부를 둘러싸며, 상기 평행 빔의 일부를 통과시키는 환형 개구부
    를 포함하는 환형 빔 커플링 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 환형 개구부의 직경은
    상기 평행 빔의 직경보다 큰
    환형 빔 커플링 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 평행 빔의 직경에 대한 상기 광 흡수부의 직경의 비율은
    상기 클래딩의 직경에 대한 상기 상기 더블 클래드 파이버의 코어의 직경의 비율 이상인
    환형 빔 커플링 시스템.
  8. 광원;
    상기 광원의 빛이 가이딩되는 멀티 모드 파이버;
    상기 멀티 모드 파이버로부터 출력되는 환형 빔이 클래딩 영역에 커플링되는 더블 클래드 파이버를 포함하며,
    상기 광원의 빛은, 상기 멀티 모드 파이버의 중심축으로부터 기 설정된 거리만큼 이격된 코어의 외곽 영역에서 가이딩되도록, 상기 멀티 모드 파이버로 입사되는
    환형 빔 커플링 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 광원의 빛이 상기 외곽 영역에서 가이딩되도록, 상기 광원의 위치를 조절하는 액츄에이터
    를 더 포함하는 환형 빔 커플링 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 액츄에이터는
    상기 광원의 빛이, 상기 중심축으로부터 미리 설정된 각도만큼 기울어져 입사되도록 상기 광원의 위치를 조절하며,
    상기 광원의 빛은 전반사되며 가이딩되는
    환형 빔 커플링 시스템.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 광원 및 상기 멀티 모드 파이버 사이에서, 상기 광원의 빛이 상기 외곽 영역에서 가이딩되도록 상기 광원의 빛의 경로를 조절하는 광학계
    를 더 포함하는 환형 빔 커플링 시스템.
  12. 광원;
    상기 광원의 빛을 입력받아 환형 빔을 출력하는 중공 코어 파이버; 및
    상기 환형 빔이 클래딩 영역에 커플링되는 더블 클래드 파이버
    를 포함하는 환형 빔 커플링 시스템.
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