WO2025150615A1 - 전자기파 검출 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

전자기파 검출 장치 및 그 구동 방법

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WO2025150615A1
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electromagnetic wave
light
detection device
control unit
probe
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이동준
홍영표
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    • G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics

Definitions

  • MPE maximum permissible exposure
  • This technology is a method for measuring electromagnetic waves from the relationship between the polarization direction of the electromagnetic wave and the extraordinary refractive index (ne) axis and the ordinary refractive index (no) axis of the electro-optic crystal.
  • the polarization control unit comprises one or more wave plate modules, wherein the wave plate modules comprise: a wave plate for applying strain to the optical fiber; and a motor for pivoting the wave plate.
  • the wave plate is one of a 1/2 wavelength wave plate and a 1/4 wavelength wave plate.
  • control unit pivots the wave plate in a first direction so as to reduce a difference between a target power provided by the user and the power of light formed by the electromagnetic wave probe.
  • the polarization control unit includes a plurality of wave plate modules, and the control unit sequentially controls the plurality of wave plate modules.
  • the user-provided target power is 0.
  • control unit further receives data from the user on one or more of the temperature of the light source, the wavelength of light provided by the light source, and the wavelength range of light provided by the light source, and controls the light source to provide light of a wavelength corresponding to the provided data.
  • the present embodiment relates to a driving method of an electromagnetic wave detection device that detects electromagnetic waves, the driving method comprising: a step of receiving a target power value from a user; a step of measuring the power value of light formed from an electromagnetic wave probe and comparing it with the target power value; and a step of pivoting a wave plate in a first direction if the power value of light formed from the electromagnetic wave probe is less than the target power value, and pivoting the wave plate in a second direction if the power value of light formed from the electromagnetic wave probe is greater than or equal to the target power value.
  • one or more data of the temperature of the light source, the wavelength of light provided by the light source, and the wavelength range of light provided by the light source are further provided from the user.
  • Figure 2 is a drawing for explaining the operating point of an electro-optical probe.
  • Figure 3 is a drawing illustrating an outline of a polarization control unit.
  • Figure 7 is a drawing for explaining the electro-optical characteristics of an electro-optic crystal.
  • Figure 8 is an exemplary flowchart of a method in which a control unit controls a polarization control unit.
  • Figure 9 is a diagram for explaining resonance characteristic control.
  • Fig. 10 is a drawing schematically explaining the operation of an electromagnetic wave detection device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically illustrating an electromagnetic wave detection device (10) according to the present embodiment.
  • the electromagnetic wave detection device (10) includes a light source (200), a polarization control unit (900) that changes the polarization of light provided by the light source, an electromagnetic wave probe (100) that outputs modulated light modulated to correspond to the detected electromagnetic wave, an optical power meter (700) that detects the modulated light and outputs a corresponding electrical signal, and a control unit (400) that controls the electromagnetic wave detection device.
  • the input parameters may include a target power value of light formed from an electro-optical probe (100), an optical parameter for controlling light provided by a light source (200), and a polarization control parameter for controlling a polarization control unit (900).
  • the optical parameter includes at least one of a wavelength, a wavelength range, power, and a temperature of the light to be output by the light source (200).
  • the polarization control parameter includes a parameter for controlling a strain provided to a wave plate (912).
  • FIG. 2 is a drawing for explaining the operating point of the electro-optical probe (100).
  • the control unit (400) sets the operating point (bias point) of the electromagnetic wave detection device (10) from the optical parameters provided by the user, and controls the light source (200) so that the light source (200) outputs light of a desired wavelength.
  • the control unit (400) may use the point with the largest slope in the graph of reflected light (R) against the wavelength of input light as the operating point (bias point), as exemplified in FIG. 2.
  • the control unit (400) may use the operating point (bias point) where the differential value is within the desired range in the graph of reflected light (R) against the wavelength of input light.
  • control unit (400) sets the wavelength of light provided by the light source (200) so that the electro-optical probe (100) operates at an operating point of 10% to 60% where the differential value of the reflected light (R) component is large and constant.
  • the control unit (400) can control the temperature control unit of the light source (200) to control the light source (200) to output light of a desired wavelength.
  • light formed in the electromagnetic wave detection probe (100) includes a modulated light component formed by modulating the provided light due to a change in the refractive index (ne) of the electro-optic crystal (120) and a reflected light component formed by reflection from the electro-optic crystal. Since the operating point (bias point) of the electromagnetic wave detection probe (100) is set so that the modulated light changes greatly with respect to a change in the wavelength of the provided input light, detection can be easily performed.
  • FIG. 3 is a drawing illustrating an outline of a polarization control unit (900).
  • the polarization control unit (900) includes one or more wave plate modules (910) that control the polarization of light provided by a light source (200).
  • Each wave plate module (910) includes a wave plate (912) around which an optical fiber (110) is wound, a motor (914) that pivots the wave plate (912) around a pivot axis (A) according to a control signal provided by the control unit (400), and an interface through which the control signal output by the control unit (400) is provided.
  • An optical fiber (110) is wound around a wave plate (912). Since the optical fiber (110) has a radius of curvature and is wound around the wave plate (912), strain is formed on the outer and inner sides of the optical fiber (110) core (112, see FIG. 3) through which light is transmitted. From this, an optical length difference in the path along which light travels is formed, so that by controlling the strain, the polarization of light provided to the electro-optical crystal (120, see FIG. 3) can be controlled.
  • the wave plate (912) may be either a quarter wave plate capable of forming a phase difference corresponding to 1/4 wavelength of light output from the light source (200), or a half wave plate capable of forming a phase difference corresponding to 1/2 wavelength.
  • the polarization control unit (900) may include a plurality of wave plates.
  • the control unit (400) controls the wave plate (912) so that the power value of light detected by the optical power meter (700) approaches the target power value specified by the user, and the details are described later.
  • FIG. 4 is a drawing illustrating an outline of an electro-optic probe (100) according to the present embodiment.
  • the electro-optic probe (100) according to the present embodiment includes an electro-optic structure (160) including an optical fiber (110), an electro-optic crystal (120) positioned at one end of the optical fiber (110), a first reflector (130) positioned at a first surface of the electro-optic crystal and facing the one end of the core, and a second reflector (140) positioned at a second surface of the electro-optic crystal.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an enlarged portion (110e) of an optical fiber (110).
  • the optical fiber (110) may include a core (112) having a first refractive index and a cladding (114) having a lower refractive index than the first refractive index, and light provided to the core propagates while undergoing total internal reflection (TIR).
  • TIR total internal reflection
  • the core (112) is expanded at one end (110e) of the optical fiber (110) facing the electro-optical structure (160). In one embodiment, the core (112) may be expanded by performing a heat treatment.
  • the diameter (Dex_core) of the core (112) at one end (110e) is larger than the diameter (Dcore) of the core (112) of the optical fiber (110).
  • the diameter (Dcore) of the core (112) of the optical fiber (110) may be approximately 10 ⁇ m
  • the diameter (Dex_core) of the core (112) at one end (110e) may increase to approximately 30 ⁇ m. Accordingly, the area facing the first reflector may increase nine times.
  • the optical coupling coefficient (C) between the optical fiber (110) and the optical crystal (120) may increase.
  • one end of the core may not be expanded.
  • the coupling coefficient value of the optical fiber (110) according to the prior art was only 0.2 to 0.3.
  • a light pattern is formed in the vicinity of the optical fiber (110) similar to parallel light in free space, so that the coupling coefficient value can have a value of 0.3 to 0.9, and can be improved by up to three times or more according to the embodiment.
  • the electro-optic structure (160) may include an electro-optic crystal (120) and a first reflector (130) and a second reflector (140).
  • the electro-optic crystal (120) may be formed of a material having two refractive indices, an extraordinary refractive index (ne) and a normal refractive index (no), to cause birefringence.
  • the electro-optic crystal may be lithium tantalate (LT, LiTaO3: lithium tantalate) and lithium niobate (LN, LiNbO3: lithium niobate).
  • the electro-optic crystal may be an electro-optic material having only a normal refractive index and no extraordinary refractive index, such as gallium arsenide (GA, GaAs: gallium arsenide), zinc telluride (ZT, ZnTe: zinc telluride), and cadmium telluride (CT, CdTe: cadminum telluride).
  • the electro-optic crystal can be a material having multiple ideal refractive indices, such as 4-N,N-dimethylamino-4-N-methyl-stilbazolium tosylate (DAST).
  • DAST 4-N,N-dimethylamino-4-N-methyl-stilbazolium tosylate
  • the electro-optic crystal (120) is illustrated as a hexahedron with a thickness of d, but according to another example not shown, the electro-optic crystal (120) can be in the form of a wafer with a thickness of d.
  • the first reflector (130) and the second reflector (140) can be formed by laminating two material layers having different refractive indices, and the thickness of the laminated material layers, the number of laminated layers, and the refractive indices of the laminated materials can be variously modified.
  • the first reflector (130) and the second reflector (140) can be formed by alternately laminating material layers having different refractive indices, such as zinc selenide (ZnSe) and magnesium fluoride (MgF2).
  • r2 can be in the range of 1% to 99% based on power.
  • the first reflector (130) and the second reflector (140) can be manufactured to have the same or different reflectivities, which serve as efficient resonators that allow laser light to remain in the electro-optical crystal for a long time.
  • the electro-optic structure (160) may further include an optical adhesive (140) that bonds one end of the optical fiber (110) and the first reflector (130).
  • the optical adhesive (140) has optically transparent properties with respect to light provided through the core (112).
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an optical fiber (110) core (112) and an electro-optical crystal (120) for explaining the behavior of light.
  • the size of light transmitted through the core (112) is normalized to 1.
  • the reflectivity and transmittance of the first reflector (130) are r1 and t1, respectively, and the reflectivity and transmittance of the second reflector (140) are r2 and t2, respectively.
  • the ideal refractive index of the optical crystal (120) is ne
  • the thickness of the optical crystal (120) is d.
  • R3 (Ct 1 ) 2 r 2 e i ⁇ (-r 1 r 2 e i ⁇ ).
  • the reflected light component for the incident light theoretically has an infinite geometric series of components, and all the infinite components are combined to form the reflected light component. Therefore, if the reflected light component is R, the reflected light component (R) can be expressed as in the following mathematical expression 1.
  • optical fiber (110) Unlike free space, light emitted from an optical fiber (110) is spatially divergent. Considering the numerical aperture (NA) of the optical fiber (110), only a portion of the emitted light is recombined into the core (120), and the mode field diameter (MFD) of the core where light of a typical optical fiber (110) is focused is only 10 ⁇ m. However, in the present embodiment, the cross-section of the core (110) is expanded at one end (110e) of the optical fiber (110). For example, if the diameter of the core increases by three times due to the expansion, the numerical aperture decreases to approximately 1/9.
  • NA numerical aperture
  • MFD mode field diameter
  • the refractive index changes ( ⁇ nz(Ez)).
  • the change in the refractive index changes the value of ne in Equation 1, and as a result, the incident light is modulated to correspond to an electromagnetic wave. Therefore, if the modulated modulated light is demodulated in an optical-electromagnetic manner, the characteristics of the electromagnetic wave applied to the optical crystal can be measured.
  • the wavelength of light provided through the optical fiber (110) corresponds to the resonant wavelength, it resonates within the electro-optic crystal (120) by the first reflector (130) and the second reflector (140), and this is called Fabry-Perot resonance.
  • the electromagnetic wave detection device (10) includes an optical circulator (500) and an optical coupler (600).
  • the optical circulator (500) provides light output from a polarization control unit (900) to an electromagnetic wave probe (100), and provides light including a modulated light component and a reflected light component formed in the electromagnetic wave probe (100) to the optical coupler (600).
  • the optical coupler (600) distributes the light output from the optical circulator (500) according to a preset ratio, providing some in one direction and providing the other in the other direction. As in the illustrated embodiment, the optical coupler (600) outputs modulated light detected and output by the electromagnetic wave probe (100) to the demodulator (300) and the optical power meter (700), respectively.
  • the optical power meter (700) detects modulated light formed in the electro-optical probe (100) through the optical coupler (600) and outputs it to the control unit (400).
  • the demodulation unit (300) includes a conversion unit (310).
  • the conversion unit (310) includes a photoelectric conversion element such as a photodiode or an avalanche photodiode, and a transfer impedance amplifier that converts a photocurrent signal provided by the photoelectric conversion element into a voltage signal. Therefore, the demodulation unit (300) can form and output an electric signal corresponding to an electromagnetic wave detected by the electro-optical probe (100).
  • the signal formed in the demodulator may be provided to an analysis device.
  • the analysis device may be an analysis device such as a spectrum analyzer or an oscilloscope, and the properties of the electromagnetic waves converted into electrical signals may be analyzed.
  • the control unit (400) determines whether the electro-optical crystal (120) resonates from the modulated light and controls the polarization control unit (900) by determining whether the power of the modulated light corresponds to the target power value provided by the user as an input parameter.
  • Fig. 8 is an exemplary flowchart of a method in which a control unit (400) controls a polarization control unit (900).
  • the control unit (400) obtains input parameters from a user (S100).
  • the input parameters provided by the user include a target power value of light formed from an electro-optical probe, an optical parameter for controlling light provided by a light source (200), and a polarization control parameter for controlling the polarization control unit (900).
  • the optical parameters include at least one of the wavelength, wavelength range, power of the light, and temperature of the light source to be output by the light source (200).
  • the polarization control parameters include parameters for controlling the strain provided to the optical fiber (110) as described above.
  • the parameters for controlling the strain include the number of iterations for pivoting the wave plate (912) to control the strain in a unit period in which the control unit (400) controls one wave plate module (910).
  • the polarization control unit (900) includes a plurality of wave plate modules, the user may specify the number of iterations for pivoting the wave plate (912) included in each module to control the strain as the polarization control parameter.
  • one wave plate module (910) to be controlled is set (S200).
  • the wave plate module (910) to be controlled at the time of initial operation can be set in advance, and as described later, when the number of control repetitions for the wave plate module (910) to be controlled is reached, the wave plate module (910) to be controlled is switched.
  • the control unit (400) compares the power value of the modulated light detected by the optical power meter (700) with the target power value specified by the user as an input parameter (S300). If the power value detected by the electro-optical probe (100) as a result of the comparison is greater than the target power value input as an input parameter, the control unit (400) provides a control signal to the motor (914) included in the wave plate module (910) which is a control target to pivot the wave plate (912) around which the optical fiber (110) is wound in the first direction (S400b).
  • control unit (400) controls the motor to pivot the wave plate (912) around which the optical fiber (110) is wound in the first direction, which is the same as the previous pivoting direction (S400b).
  • control unit (400) controls the motor to pivot the wave plate (912) around which the optical fiber (110) is wound in a second direction opposite to the previous pivot direction (S400a).
  • the wave plate module (910) to be controlled is switched to compare the power value of the detected modulated light with the target power value specified by the user, thereby continuously controlling the wave plate (912).
  • the control unit (400) controls the motor (914) to pivot the wave plate (912), thereby controlling the strain provided to the optical fiber (110), and thereby controlling the polarization of the light provided to the electro-optic crystal (160) connected to the end of the optical fiber (110).
  • the advantage of being able to converge the power value of the detected modulated light to the power value of the modulated light specified by the user within a short period of time is provided.
  • the control unit rotates all wave plates in the direction that maximizes the constant resonance characteristic.
  • the optical power can be maintained at a value corresponding to the operating point rather than the minimum value by controlling the temperature of the laser wavelength, the operating point of the maximum slope shown by the solid line in Fig. 10 can be constantly maintained through polarization control by the wave plate and temperature control of the laser.

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Abstract

본 실시예는 전자기파를 검출하는 전자기파 검출 장치로, 상기 전자기파 검출 장치는: 광원; 상기 전자기파에 상응하도록 변조된 광을 출력하는 전자기파 프로브; 상기 광원이 제공한 광을 전송하는 광 섬유에 스트레인을 인가하여 상기 전자기파 프로브에 제공되는 광의 편광을 제어하는 편광 제어부; 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력을 측정하는 광 전력계; 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력이 사용자가 제공한 목표 전력에 수렴하도록 상기 편광 제어부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

전자기파 검출 장치 및 그 구동 방법
본 개시는 일반적으로 전자기파 검출 장치 및 그 구동 방법과 관련된다.
최근 사회, 경제 활동 및 정보화의 눈부신 발달로 인하여 휴대 전화기와 같은 무선통신기술은 급속도로 발전하고 있다. 이러한 발전은 각종 고주파 부품의 개발과 시스템의 저렴화, 소형화로부터 기인한 것이다. 통신 시스템 외에도 전자파를 이용하는 기술 산업의 발전으로 인하여 다양한 가정 기기, 의료 기기, 산업용 장비가 개발되고 있으며, 특히 많은 양의 데이터를 처리하기 위한 고속 디지털 장비의 개발이 진행중이다.
그러나, 기술의 발전과 아울러 장비와 장비 및 장비와 인체 사이의 전자파 간섭 문제에 대한 관심이 날로 증가하고 있으며 근거리 전자기파의 위해로부터 인체를 보호하기 위하여 각국은 전계와 자계 혹은 전력밀도의 최대 허용 노출량 (maximum permissible exposure, MPE)을 규정해 놓고 있다.
전자기파는 전자장 영역에서 발생하는 것으로 임의의 전자기기에서는 측정 및 계산이 곤란하며, 민원 해결 및 전자통신 시스템의 개발과 검정을 위하여 전자기파를 정확하게 측정하여야 하는 필요성이 날로 증가하고 있다.
전자기파를 측정하기 위한 기술 중에서 전기장에 반응하여 굴절률이 변하는 전기광학(electro-optic) 결정을 이용하여 전자기파를 측정하는 기술이 각광을 받고 있다. 이러한 기술은 전자기파의 편파(polarization) 방향과 전기광학 결정의 이상 굴절률(ne, extraordinary refractive index) 축과 정상 굴절률(no, ordinary refractive index) 축과의 관계로부터 전자기파를 측정하는 방식이다.
전기광학 결정을 이용하여 전자기파를 측정하는 기술은 광원이 제공한 광을 광케이블을 통해 전기광학 결정에 제공하여 전자기파를 측정하나, 광케이블의 미소한 움직임에 의하여도 전기광학 결정에 도달하는 편광이 변화하여 전기광학 결정에 제공되는 편광을 최적화 제어하는 것이 곤란하다. 나아가, 전기광학 결정이 위치하는 환경의 온도에 따라 광원이 제공하는 광의 파장과 전기광학 결정과 연관된 광학적 성질이 변화(drift)하므로, 전자기파를 목적하는 정밀도로 측정하기에 난점이 있다.
본 기술로 해결하려는 과제 중 하나는 상기한 종래 기술의 난점을 해소하기 위한 것이다.
본 실시예는 전자기파를 검출하는 전자기파 검출 장치로, 상기 전자기파 검출 장치는: 광원; 상기 전자기파에 상응하도록 변조된 광을 출력하는 전자기파 프로브; 상기 광원이 제공한 광을 전송하는 광 섬유에 스트레인을 인가하여 상기 전자기파 프로브에 제공되는 광의 편광을 제어하는 편광 제어부; 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력을 측정하는 광 전력계; 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력이 사용자가 제공한 목표 전력에 수렴하도록 상기 편광 제어부를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 편광 제어부는, 하나 이상의 웨이브 플레이트 모듈을 포함하고, 상기 웨이브 플레이트 모듈은: 상기 광 섬유에 스트레인을 인가하는 웨이브 플레이트 및 상기 웨이브 플레이트를 피봇하는 모터를 포함한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 웨이브 플레이트는, 1/2 파장 웨이브 플레이트 및 1/4 파장 웨이브 플레이트 중 어느 하나이다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 제어부는, 상기 사용자가 제공한 목표 전력과 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력의 차이가 감소하도록 상기 웨이브 플레이트를 제1 방향으로 피봇시킨다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 제어부는, 상기 제1 방향으로 피봇하여 상기 사용자가 제공한 목표 전력과 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력의 차이가 감소하면 상기 웨이브 플레이트를 상기 제1 방향으로 더 피봇시킨다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 제어부는, 상기 제1 방향으로 피봇하여 상기 사용자가 제공한 목표 전력과 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력의 차이가 증가하면 상기 웨이브 플레이트를 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 피봇시킨다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 편광 제어부는, 복수의 웨이브 플레이트 모듈들을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 복수의 웨이브 플레이트 모듈들을 순차적으로 제어한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 사용자가 제공한 목표 전력은 0이다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 제어부는, 상기 사용자로부터 상기 광원의 온도, 상기 광원이 제공하는 광의 파장 및 상기 광원이 제공하는 광의 파장 범위 중 어느 하나 이상의 데이터를 더 제공받고, 상기 광원이 제공된 데이터에 상응하는 파장의 광을 제공하도록 제어한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 전자기파 검출 장치는, 광학 서큘레이터와 광학 커플러를 더 포함하며, 상기 광학 서큘레이터는, 상기 편광 제어부가 제공한 광을 상기 전기광학 프로브에 제공하고, 상기 전기광학 프로브에서 형성된 광을 상기 광학 커플러에 제공하며, 상기 광학 커플러는, 상기 광학 서큘레이터가 제공한 광을 미리 정해진 비율로 상기 광 전력계와 복조부에 출력한다.
본 실시예는 전자기파를 검출하는 전자기파 검출 장치의 구동 방법으로, 상기 구동 방법은: 사용자로부터 목표 전력값을 입력 받는 단계; 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력값을 측정하고, 상기 목표 전력값과 비교하는 단계; 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력값이 상기 목표 전력값보다 작으면 웨이브 플레이트를 제1 방향으로 피봇하고, 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력값이 상기 목표 전력값보다 크거나 같으면 웨이브 플레이트를 제2 방향으로 피봇하여 제어하는 단계를 포함한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 전자기파 검출 장치는, 복수의 웨이브 플레이트들을 포함하고, 상기 복수의 웨이브 플레이트들에 대하여 하나씩 순차적으로 제어한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 입력 받는 단계에서, 상기 사용자로부터 반복 회수를 더 입력받고, 어느 하나의 상기 웨이브 플레이트에 대하여 상기 반복 회수 만큼 상기 피봇하여 제어를 수행한 후,
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 입력 받는 단계에서, 상기 사용자로부터 광원의 온도, 광원이 제공하는 광의 파장 및 광원이 제공하는 광의 파장 범위 중 어느 하나 이상의 데이터를 더 제공받는다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 사용자로부터 제공된 광원의 온도, 광원이 제공하는 광의 파장 및 광원이 제공하는 광의 파장 범위 중 어느 하나 이상은 상기 전자기파 프로브의 동작점을 결정하며, 상기 제어하는 단계는 상기 전자기파 프로브가 상기 동작점에서 이탈하지 않도록 수행된다.
본 실시예에 의하면 물리적인 외란에도 안정적인 전자기파 검출 장치가 제공된다.
도 1은 본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치를 개요적으로 도시한 개요도이다.
도 2는 전기광학 프로브의 동작점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 편광 제어부의 개요를 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 의한 전기광학 프로브의 개요를 도시한 도면이다.
도 5는 광 섬유의 일 단부를 확대하여 개요적으로 표시한 단면도이다.
도 6은 광의 거동을 설명하기 위한 광 섬유 코어와 전기광학 결정의 개요적 단면도이다.
도 7은 전기광학 결정의 전기광학적 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제어부가 편광 제어부를 제어하는 방법의 예시적인 순서도이다.
도 9는 공진 특성 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치의 동작을 개요적으로 설명하는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예를 설명한다. 도 1을 참조하여 전자기파 검출 장치(10)를 설명한다. 도 1은 본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치(10)를 개요적으로 도시한 개요도이다. 도 1을 참조하면, 전자기파 검출 장치(10)는 광원(200)과, 광원에서 제공한 광의 편광을 변화시키는 편광 제어부(900)와, 검출한 전자기파에 상응하도록 변조된 변조광을 출력하는 전자기파 프로브(100)와, 변조광을 검출하여 상응하는 전기적 신호로 출력하는 광 전력계(700) 및 전자기파 검출 장치를 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
사용자는 입력 장치(미도시)를 통하여 입력 파라미터를 제공한다. 입력 파라미터는 전기광학 프로브(100)에서 형성된 광의 목표 전력값, 광원(200)이 제공하는 광을 제어하는 광 파라미터와 편광 제어부(900)를 제어하는 편광 제어 파라미터를 포함할 수 있다. 광 파라미터는 광원(200)이 출력할 광의 파장, 파장 범위, 전력 및 광원의 온도 중 어느 하나 이상을 포함한다. 편광 제어 파라미터는 웨이브 플레이트(912)에 제공되는 스트레인을 제어하는 파라미터를 포함한다.
광원(200)은 사용자가 제공한 광 파라미터에 상응하는 파장의 광을 출력한다. 일 실시예로, 광원(200)은 미리 정해진 파장의 광을 출력하는 레이저 다이오드 등의 레이저 광원일 수 있다. 광원(200)의 일 실시예로, 레이저 다이오드 등의 레이저 광원은 온도에 의한 파장 변화(drift)가 발생할 수 있다. 이로부터 제어부(400)는 광원(200)의 온도를 제어하여 광원(200)이 출력하는 광의 파장을 제어할 수 있다. 레이저 광원(200)은 출력하는 광의 파장을 안정화하는 온도 제어부를 포함할 수 있다.
도 2는 전기광학 프로브(100)의 동작점을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 제어부(400)는 사용자가 제공한 광 파라미터로부터 전자기파 검출 장치(10)의 동작점(bias point)을 설정하고, 광원(200)이 목적하는 파장의 광을 출력하도록 광원(200)을 제어한다. 다른 실시예로, 제어부(400)는 도 2로 예시된 것과 같이 입력광의 파장(wavelength)에 대한 반사광(R)에 대한 그래프에서 기울기가 가장 큰 점을 동작점(bias point)으로 삼을 수 있다. 다른 예로, 제어부(400)는 입력광의 파장(wavelength)에 대한 반사광(R)에 대한 그래프에서 미분 값이 목적하는 범위내에 있는 동작점(bias point)으로 삼을 수 있다.
일 예로, 제어부(400)는 반사광(R) 성분의 미분값이 크고 일정하게 되는 10% ~ 60% 인 동작점에서 전기광학 프로브(100)가 동작하도록 광원(200)이 제공하는 광의 파장을 설정한다. 제어부(400)는 광원(200)의 온도 제어부를 제어하여 광원(200)이 목적하는 파장의 광을 출력하도록 제어할 수 있다.
동작점(bias point)이 설정되고, 전자기파 검출 프로브(100)에 전자기파가 제공됨에 따라 전자기파 검출 프로브(100)에서 형성된 광은 전기광학 결정(120)의 굴절율(ne)이 변동하여 제공된 광이 변조되어 형성된 변조광 성분과 전기광학 결정에서 반사되어 형성된 반사광 성분을 포함한다. 전자기파 검출 프로브(100)의 동작점(bias point)은 제공된 입력광의 파장 변화에 대하여 변조광이 큰 폭으로 변화하도록 설정되었으므로 용이하게 검출할 수 있다.
도 3은 편광 제어부(900)의 개요를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 편광 제어부(900)는 각각 광원(200)이 제공한 광의 편광을 제어하는 하나 이상의 웨이브 플레이트 모듈(910)을 포함한다. 각각의 웨이브 플레이트 모듈(910)에는 광 섬유(110)가 감긴 웨이브 플레이트(wave plate, 912)와, 제어부(400)가 제공한 제어 신호에 따라 웨이브 플레이트(912)를 피봇 축(A)을 중심으로 피봇시키는 모터(914) 및 제어부(400)가 출력한 제어 신호가 제공되는 인터페이스를 포함한다.
웨이브 플레이트(912)에는 광 섬유(110)가 감겨 있다. 광 섬유(110)는 곡률 반경을 가지고 웨이브 플레이트(912)에 감기므로 광이 전달되는 광섬유(110) 코어(core, 112, 도 3 참조)의 외측과 내측에 스트레인(strain)이 형성된다. 이로부터 광이 진행하는 경로의 광학적 길이 차가 형성되므로, 스트레인을 제어함으로써 전기광학 결정(120, 도 3 참조)에 제공되는 광의 편광을 제어할 수 있다.
일 실시예로, 웨이브 플레이트(912)는 광원(200)이 출력한 광의 1/4 파장에 상응하는 위상차까지 형성할 수 있는 쿼터 웨이브 플레이트(1/4 wave plate), 1/2 파장에 상응하는 위상차까지 형성할 수 있는 하프 웨이브 플레이트(1/2 wave plate) 중 어느 하나 일 수 있다. 또한, 편광 제어부(900)는 복수 개의 웨이브 플레이트들을 포함할 수 있다.
제어부(400)는 광 전력계(700)가 검출한 광의 전력값이 사용자가 지정한 목표 전력값에 근접하도록 웨이브 플레이트(912)를 제어하며, 구체적인 내용은 후술한다.
도 4는 본 실시예에 의한 전기광학 프로브(100)의 개요를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 전기광학 프로브(100)는 광 섬유(110)와, 광 섬유(110)의 일단에 위치하는 전기광학 결정(120)과, 전기광학 결정의 제1 면에 위치하여 코어의 상기 일 단부와 마주하는 제1 반사체(130)와, 전기광학 결정의 제2 면에 위치하는 제2 반사체(140)를 포함하는 전기광학 구조물(160)을 포함한다.
도 5는 광 섬유(110)의 일 단부(110e)를 확대하여 개요적으로 표시한 단면도이다. 도 4 내지 도 5를 참조하면, 광 섬유(110)는 제1 굴절율을 가지는 코어(core, 112)와 제1 굴절율에 비하여 낮은 굴절율을 가지는 클래딩(cladding, 114)을 포함할 수 있으며, 코어로 제공된 광이 전반사(TIR, total internal reflection)하며 진행한다.
일 실시예로, 전기광학 구조물(160)과 마주하는 광 섬유(110)의 일 단부(110e)에서 코어(112)는 확장(expand)된다. 일 실시예로, 코어(112)는 열처리가 수행되어 확장될 수 있다.
따라서, 일 단부(110e)에서 코어(112)의 직경(Dex_core)은 광 섬유(110) 코어(112)의 직경(Dcore)보다 크다. 일 예로, 광 섬유(110) 코어(112)의 직경(Dcore)은 대략 10μm 일 수 있으며, 일 단부(110e)에서 코어(112)의 직경(Dex_core)은 대략 30μm 로 증가할 수 있다. 따라서, 제1 반사체와 마주하는 면적은 9배로 증가할 수 있다. 또한 광 섬유(110) 인근에서 광 패턴이 자유 공간의 평행광과 유사하게 형성되므로 광 섬유(110)와 광학 결정(120) 사이의 광학적 결합 계수(C)를 증가시킬 수 있다. 그러나, 도시되지 않은 실시예와 같이 코어의 일 단부는 확장되지 않을 수 있다.
종래 기술에 따른 광 섬유(110)의 결합 계수 값은 0.2 내지 0.3 에 불과하였다. 그러나, 본 실시예에 의하면 일 단부에서 코어(112)의 직경이 확장됨에 따라 광 섬유(110) 인근에서 광 패턴이 자유 공간의 평행광과 유사하게 형성되어 결합 계수 값은 0.3 내지 0.9 의 값을 가질 수 있고, 실시예에 따라 최대 3배 이상 향상될 수 있다.
전기광학 구조물(160)은 전기광학 결정(120)과 제1 반사체(130) 및 제2 반사체(140)를 포함할 수 있다. 전기광학 결정(120)은 이상 굴절율(ne)과 정상 굴절율(no)의 두 개의 굴절율을 가져 복굴절(Birefringence)을 일으키는 물질로 형성될 수 있다. 일 예로, 전기광학 결정은 리튬 탄탈레이트(LT, LiTaO3: lithium tantalate) 및 리튬 나이오베이트(LN, LiNbO3: lithium niobate) 일 수 있다. 다른 예로, 전기광학 결정은 갈륨 아세나이드(GA, GaAs: galium arsenide), 징크 텔루라이드(ZT, ZnTe: zinc telluride), 카드뮴 텔루라이드(CT, CdTe: cadminum telluride)와 같이 이상 굴절율을 갖지 않고 정상 굴절율로만 이루어진 전기광학 물질일 수 있다. 또 다른 예로, 전기광학 결정은 DAST(4-N,N-dimethylamino-4-N-methyl-stilbazolium tosylate)와 같이 복수의 이상 굴절율을 가지는 물질일 수 있다. 도 1에서 전기광학 결정(120)은 두께 d인 육면체로 예시되었으나, 도시되지 않은 다른 예에 의하면, 전기광학 결정(120)은 두께 d인 웨이퍼(wafer)의 형태일 수 있다.
제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)는 굴절율이 서로 다른 두 물질층이 적층되어 형성될 수 있으며, 적층되는 물질층의 두께, 적층되는 층의 개수, 적층되는 물질들의 굴절율은 다양하게 변형 실시될 수 있다. 일 예로, 제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)는 징크셀레나이드(ZnSe, zinc selenide), 마그네슘 플루오라이드(MgF2, magnesium fluoride)와 같이 굴절율이 서로 다른 물질층이 서로 교번 적층되어 형성될 수 있다.
제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)의 반사율을 r이라 하였을 때, 전력 기준으로 r2은 1% ~ 99% 의 범위에 있을 수 있다. 일 예로, 제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)은 반사율을 서로 동일하거나 상이하게 제작될 수 있으며, 이는 레이저 광을 전기광학 결정에 오래 머물게 하는 효율적인 공진기 역할을 수행한다.
전기광학 구조물(160)의 일 실시예에서, 전기광학 구조물(160)은 광 섬유(110)의 일 단부와 제1 반사체(130)를 접착하는 광학적 접착제(140)를 더 포함할 수 있다. 광학적 접착제(140)는 코어(112)를 통하여 제공되는 광에 대하여 광학적으로 투명한 성질을 가진다.
이하에서는 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 실시예에 의한 전기광학 프로브(100)의 동작을 설명한다. 도 6은 광의 거동을 설명하기 위한 광 섬유(110) 코어(112)와 전기광학 결정(120)의 개요적 단면도이다. 도 6을 참조하면, 코어(112)를 통하여 전달된 광의 크기를 1로 정규화(normalize)하였다. 제1 반사체(130)의 반사율과 투과율들은 각각 r1, t1 이고, 제2 반사체(140)의 반사율과 투과율들은 각각 r2, t2이다. 또한, 광학 결정(120)의 이상 굴절율은 ne이고, 광학 결정(120)의 두께는 d이다.
제공된 입사광은 전기광학 결정(120)으로 투과되지 않고 제1 반사체(130)에서 반사될 수 있다. 이때의 반사광 성분을 R1이라 하면 R1 = r1이다. 그러나, 입사광이 전기광학 결정(120)으로 투과하여 t1 의 성분으로 진행할 수 있으며, 이 때 제2 반사체(140)에서 반사되고, 다시 제1 반사체(130)를 투과하는 성분을 R2라 하면 R2는 R2= Ct1 2r2eiδ로 표시될 수 있다. δ는 전기광학 결정(120)에서의 왕복 광경로에 따른 위상차이며, δ = (2πned)/(λ)이다. (ne: 전기광학 결정의 이상 굴절율, d: 전기광학 결정의 두께, λ: 광의 파장)
이와 유사하게 R3 성분을 구하면, R3 = (Ct1)2r2eiδ(-r1r2eiδ)로 표시될 수 있다. 입사광에 대한 반사광 성분은 이론적으로 무한등비급수의 성분을 가지며, 무한대의 성분들은 모두 도합되어 반사광 성분을 형성한다. 따라서, 반사광 성분을 R이라 하면 반사광 성분(R)은 아래의 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.
자유공간과는 달리 광 섬유(110)에서 출사된 광은 공간적으로 발산한다. 광 섬유(110)의 개구수(numerical aperture, NA)를 고려하면 출사된 광 중 일부만 코어(120)로 재결합하며, 일반적인 광 섬유(110)의 광이 집속되는 코어의 모드 필드 직경(mode field diameter, MFD)는 10μm에 불과하다. 그러나 본 실시예에서, 광 섬유(110) 일 단부(110e)에서 코어(110)의 단면은 확장된다. 일 예로, 확장에 의하여 코어의 직경이 3배 증가하면 개구수는 약 1/9로 감소한다. 따라서, 광 섬유(110) 단부(110e)에서 코어의 직경을 확장시킴으로써 광 섬유(110) 인근의 광 패턴이 자유공간의 평행광과 유사하게 형성되므로 결합 계수(C)가 증가하며, 출사된 광이 코어(120)로 재결합되는 비율을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에 의하여 단부가 확장된 코어를 가지는 광 섬유(110)의 결합 계수 값은 0.3 내지 0.9의 값을 가질 수 있다.
도 7은 전기광학 결정(120)의 전기광학적 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 상술한 바와 같이 전기광학 결정(120)은 결정의 성장 방향에 따라 굴절율이 달라지는 복굴절 특성을 가진다. 또한, 전기광학 결정(120)은 특정 방향으로 인가된 전기장에 비례해 결정의 굴절율이 변하는 특성이 있다.
일 예로, 리튬탄탈레이트(LT: LiTaO3)의 굴절율은 도 7(a)와 같이 3차원 좌표에서 한 축이 다른 두 축보다 조금 굴절률이 큰 positive uniaxial의 구조를 가진다. 도 7(a)는 가장 큰 굴절률(ne)이 z방향으로 설정된 경우의 굴절률 분포(index ellipsoid)이고, z축을 포함한 단면은 도 7(b)와 같은 각각 ne와 no의 독립된 굴절률 분포를 가진다. 일 예로, 1550nm 파장에서 ne와 no는 각각 2.1224 와 2.1186 값을 가진다.
이상 굴절율 ne과 같은 방향으로 편파된 전기장 Ez가 제공됨에 따라 굴절율은 변화(Δnz(Ez))한다. 굴절율 변화는 수학식 1에서 ne값을 변화시키고, 결과적으로 입사된 광이 전자기파에 상응하도록 변조된다. 따라서, 변조된 변조광을 광-전자파 방식으로 복조하면 광학 결정에 인가된 전자기파의 특성을 측정할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 광 섬유(110)을 통해 제공된 광의 파장이 공진 파장에 상응하면 제1 반사체(130)와 제2 반사체(140)에 의하여 전기광학 결정(120) 내에서 공진(resonate)하며, 이를 파브리-페로(Fabry-perot) 공진이라 한다.
전자기파 검출 장치(10)는 광학 서큘레이터(optical circulator, 500)와 광학 커플러(optical coupler, 600)를 포함한다. 광학 서큘레이터(500)는 편광 제어부(900)에서 출력된 광을 전자기파 프로브(100)에 제공하고, 전자기파 프로브(100)에서 형성된 변조광 성분과 반사광 성분을 포함하는 광을 광학 커플러(600)에 제공한다.
광학 커플러(600)는 광학 서큘레이터(500)가 출력한 광을 미리 설정된 비율에 따라 분배하여 일부를 일 방향으로 제공하고, 다른 일부를 타 방향으로 제공한다. 예시된 실시예와 같이, 광학 커플러(600)는 전자기파 프로브(100)가 검출하여 출력한 변조광을 각각 복조부(300)와 광 전력계(700)로 출력한다.
광 전력계(700)는 광학 커플러(600)를 통하여 전기광학 프로브(100)에서 형성된 변조광을 검출하고, 제어부(400)에 출력한다. 복조부(300)는 변환부(310)를 포함한다. 일 실시예로, 변환부(310)는 포토 다이오드, 애벌런치 포토 다이오드 등의 광전 변환 소자와, 광전 변환 소자가 제공한 광 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 전달 임피던스 증폭기를 포함한다. 따라서, 복조부(300)는 전기광학 프로브(100)로 검출한 전자기파에 상응하는 전기 신호를 형성하여 출력할 수 있다.
도시되지 않은 실시예에서, 복조부에서 형성된 신호는 분석 장치로 제공될 수 있다. 일 예로, 분석 장치는 스펙트럼 분석기(spectrum analyzer), 오실로스코프 등의 분석장치일 수 있으며, 이로부터 전기 신호로 변환된 전자기파의 성질을 분석할 수 있다.
제어부(400)는 변조광으로부터 전기광학 결정(120)이 공진하는지 여부를 파악하고, 변조광의 전력이 사용자가 입력 파라미터로 제공한 목표 전력값에 상응하는지 파악하여 편광 제어부(900)를 제어한다.
도 8은 제어부(400)가 편광 제어부(900)를 제어하는 방법의 예시적인 순서도이다. 도 1, 도 2 및 도 8을 참조하면, 제어부(400)는 사용자로부터 입력 파라미터를 취득한다(S100). 사용자가 제공한 입력 파라미터는 전기광학 프로브에서 형성된 광의 목표 전력값, 광원(200)이 제공하는 광을 제어하는 광 파라미터와 편광 제어부(900)를 제어하는 편광 제어 파라미터를 포함한다.
광 파라미터는 광원(200)이 출력할 광의 파장, 파장 범위, 광의 전력 및 광원의 온도 중 어느 하나 이상을 포함한다. 편광 제어 파라미터는 상술한 바와 같이 광 섬유(110)에 제공되는 스트레인을 제어하는 파라미터를 포함한다. 스트레인을 제어하는 파라미터는 제어부(400)가 어느 하나의 웨이브 플레이트 모듈(910)을 제어하는 단위 주기(period)에서 스트레인을 제어하도록 웨이브 플레이트(912)를 피봇하는 반복 횟수(iteration)를 포함한다. 일 실시예로, 편광 제어부(900)가 복수의 웨이브 플레이트 모듈을 포함하는 경우에, 사용자는 편광 제어 파라미터로 각 모듈에 포함된 웨이브 플레이트(912)를 피봇시켜 스트레인을 제어하는 반복 횟수를 지정할 수 있다.
두 개의 웨이브 플레이트 모듈(910) 중에서 제어 대상인 어느 하나의 웨이브 플레이트 모듈(910)을 설정한다(S200). 최초 구동시 제어 대상인 웨이브 플레이트 모듈(910)은 미리 설정될 수 있으며, 후술할 바와 같이 제어 대상인 웨이브 플레이트 모듈(910)에 대한 제어 반복 횟수에 도달하면 제어 대상인 웨이브 플레이트 모듈(910)이 전환된다.
제어부(400)는 광 전력계(700)로 검출한 변조광의 전력값과 사용자가 입력 파라미터로 지정한 목표 전력값을 비교한다(S300). 비교 결과 전기광학 프로브(100)에서 검출된 전력값이 입력 파라미터로 입력된 목표 전력값에 비하여 크면 제어부(400)는 제어 대상인 웨이브 플레이트 모듈(910)에 포함된 모터(914)에 제어 신호를 제공하여 광 섬유(110)가 감긴 웨이브 플레이트(912)를 제1 방향으로 피봇한다(S400b). 피봇의 결과로 검출된 변조광 전력값과 목표 전력값의 차이가 감소하는지 판단(S600b)하여 차이가 감소하면 제어부(400)는 모터가 광 섬유(110)가 감긴 웨이브 플레이트(912)를 이전 피봇 방향과 동일한 제1 방향으로 피봇하도록 제어한다(S400b).
반면에, 피봇의 결과로 검출된 변조광 전력값과 목적하는 변조광의 전력값의 차이가 감소하지 않으면 제어부(400)는 모터가 광 섬유(110)가 감긴 웨이브 플레이트(912)를 이전 피봇 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 피봇하도록 제어한다(S400a).
사용자는 제어부가 하나의 웨이브 플레이트 모듈(910)을 피봇하는 회수를 반복 회수로 지정하므로, 반복 회수에 도달하였는지 파악(S500a, S500b)한 후 반복 회수에 도달하였으면, 제어 대상인 웨이브 플레이트 모듈(910)을 전환한다.
도시된 실시예에서 최초 구동 이후, 반복 회수에 도달하면 제어 대상인 웨이브 플레이트 모듈(910)을 전환하여 검출된 변조광의 전력값과 사용자가 지정한 목표 전력값을 비교하여 웨이브 플레이트(912)를 제어하는 방식으로 지속적으로 제어한다. 상술한 과정에서 제어부(400)가 모터(914)를 제어하여 웨이브 플레이트(912)를 피봇시킴으로써 광 섬유(110)에 제공되는 스트레인을 제어할 수 있으며, 이로부터 광 섬유(110) 단부에 연결된 전기광학 결정(160)에 제공되는 광의 편광(polarization)을 제어할 수 있다. 또한, 외부에서 큰 변동이 있더라도 빠른 시간 내에 검출된 변조광의 전력값을 사용자가 지정한 변조광의 전력값으로 수렴시킬 수 있다는 장점이 제공된다.
도 9는 공진 특성 제어를 설명하기 위한 도면이다. 도 9에서 편광 제어부(900)가 두 개의 λ/4 웨이브 플레이트 모듈들(WP1, WP2)을 포함할 때, 이들의 피봇 각에 따른 반사광의 반사율의 변화를 도시한 도면이다. 도 1 및 도 9를 참조하면, 전기광학 프로브(100)의 피봇 각(angle)의 변화에 따라서 반사광의 편차가 0% ~ 90% 정도로 변화량이 큰 것을 확인할 수 있다.
전기광학 프로브는 공진 특성을 활용하므로 공진 파장에서 그 공진 특성이 최대가 되어야 바람직하다. 공진 파장에서의 반사광이 최소가 될수록 공진특성이 최대로 되어 센서로서의 성능이 최적화된다. 따라서 편광 제어부(900)은 공진특성을 최대로 설정하고 유지하도록 설정된다.
도 10은 본 실시예에 의한 전자기파 검출 장치(10)의 동작을 개요적으로 설명하는 도면이다. 도 10에서 파선으로 도시된 곡선은 전기광학 결정에 제공된 광의 편광이 일치하지 않는 경우를 도시한 것이며, 일 예로, 실선으로 도시된 공진 특성은 광학 서큘레이터 포트에서 전기광학 프로브로 연결된 광 섬유(110)가 흔들리는 경우에 점선과 같이 열화된다. 이러한 경우 온도 제어에 의해 동일한 반사광이 유지되나. 기울기가 더 완만하게 되어 변조 효율이 열화 된다.
이 때 편광 제어부는 도 8로 예시된 과정을 수행하여 전기광학 결정에 제공된 광의 편광을 제어함으로써 파선으로 도시된 상태에서 실선으로 도시된 기울기가 가장 급한 동작점에서 센서를 동작시킬 수 있다. 이전에 측정된 광전력 값보다 작아지는 방향으로 웨이브 플레이트를 회전 제어 함으로써 변조 성능이 우수한 기울기가 급한 상태로 동작점을 유지할 수 있다.
일 예로, 목표 광전력을 최소 값인 0으로 설정하면 제어부는 모든 웨이브 플레이트들을 상시 공진 특성을 극대화하는 방향으로 회전한다. 이와는 별개로 레이저 파장의 온도제어로 광전력을 최소 값이 아닌 동작점에 해당하는 값으로 유지 가능하므로, 결국 웨이브 플레이트에 의한 편광제어와 레이저의 온도 제어를 통하여 도 10의 실선으로 도시된 최대 기울기의 동작점을 상시 유지 할 수 있다.
따라서 센서의 장시간 운용시 발생하는 편광 및 주변 온도변화에 의한 드리프트(drift)는 레이저의 실시간 편광제어와 온도제어로 항상 일정한 동작점에 상응하는 반사광으로 유지가능하다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 전자기파를 검출하는 전자기파 검출 장치로, 상기 전자기파 검출 장치는:
    광원;
    상기 전자기파에 상응하도록 변조된 광을 출력하는 전자기파 프로브;
    상기 광원이 제공한 광을 전송하는 광 섬유에 스트레인을 인가하여 상기 전자기파 프로브에 제공되는 광의 편광을 제어하는 편광 제어부;
    상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력을 측정하는 광 전력계;
    상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력이 사용자가 제공한 목표 전력에 수렴하도록 상기 편광 제어부를 제어하는 제어부를 포함하는 전자기파 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 편광 제어부는,
    하나 이상의 웨이브 플레이트 모듈을 포함하고, 상기 웨이브 플레이트 모듈은:
    상기 광 섬유에 스트레인을 인가하는 웨이브 플레이트 및
    상기 웨이브 플레이트를 피봇하는 모터를 포함하는 전자기파 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 웨이브 플레이트는,
    1/2 파장 웨이브 플레이트 및 1/4 파장 웨이브 플레이트 중 어느 하나인 전자기파 검출 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 사용자가 제공한 목표 전력과 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력의 차이가 감소하도록 상기 웨이브 플레이트를 제1 방향으로 피봇시키는 전자기파 검출 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 방향으로 피봇하여
    상기 사용자가 제공한 목표 전력과 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력의 차이가 감소하면 상기 웨이브 플레이트를 상기 제1 방향으로 더 피봇시키는 전자기파 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 방향으로 피봇하여
    상기 사용자가 제공한 목표 전력과 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력의 차이가 증가하면 상기 웨이브 플레이트를 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 피봇시키는 전자기파 검출 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 편광 제어부는,
    복수의 웨이브 플레이트 모듈들을 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 웨이브 플레이트 모듈들을 순차적으로 제어하는 전자기파 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 사용자가 제공한 목표 전력은 0인 전자기파 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 사용자로부터 상기 광원의 온도, 상기 광원이 제공하는 광의 파장 및 상기 광원이 제공하는 광의 파장 범위 중 어느 하나 이상의 데이터를 더 제공받고,
    상기 광원이 제공된 데이터에 상응하는 파장의 광을 제공하도록 제어하는 전자기파 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전자기파 검출 장치는,
    광학 서큘레이터와 광학 커플러를 더 포함하며,
    상기 광학 서큘레이터는,
    상기 편광 제어부가 제공한 광을 상기 전기광학 프로브에 제공하고, 상기 전기광학 프로브에서 형성된 광을 상기 광학 커플러에 제공하며,
    상기 광학 커플러는,
    상기 광학 서큘레이터가 제공한 광을 미리 정해진 비율로 상기 광 전력계와 복조부에 출력하는 전자기파 검출 장치.
  11. 전자기파를 검출하는 전자기파 검출 장치의 구동 방법으로, 상기 구동 방법은:
    사용자로부터 목표 전력값을 입력 받는 단계;
    전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력값을 측정하고, 상기 목표 전력값과 비교하는 단계;
    상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력값이 상기 목표 전력값보다 작으면 웨이브 플레이트를 제1 방향으로 피봇하고, 상기 전자기파 프로브에서 형성된 광의 전력값이 상기 목표 전력값보다 크거나 같으면 웨이브 플레이트를 제2 방향으로 피봇하여 제어하는 단계를 포함하는 전자기파 검출 장치의 구동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전자기파 검출 장치는,
    복수의 웨이브 플레이트들을 포함하고,
    상기 복수의 웨이브 플레이트들에 대하여 하나씩 순차적으로 제어하는 전자기파 검출 장치의 구동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 입력 받는 단계에서,
    상기 사용자로부터 반복 회수를 더 입력받고,
    어느 하나의 상기 웨이브 플레이트에 대하여 상기 반복 회수 만큼 상기 피봇하여 제어를 수행한 후,
    다른 하나의 상기 웨이브 플레이트에 대하여 상기 반복 회수 만큼 상기 피봇하여 제어를 수행하는 전자기파 검출 장치의 구동 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 입력 받는 단계에서,
    상기 사용자로부터 광원의 온도, 광원이 제공하는 광의 파장 및 광원이 제공하는 광의 파장 범위 중 어느 하나 이상의 데이터를 더 제공받는 전자기파 검출 장치의 구동 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 사용자로부터 제공된 광원의 온도, 광원이 제공하는 광의 파장 및 광원이 제공하는 광의 파장 범위 중 어느 하나 이상은 상기 전자기파 프로브의 동작점을 결정하며,
    상기 제어하는 단계는 상기 전자기파 프로브가 상기 동작점에서 이탈하지 않도록 수행되는 전자기파 검출 장치의 구동 방법.
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