KR101754161B1 - Quadrature homodyne detecter by using 2 photo detecters - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2개의 광검출소자를 이용한 호모다인 검출기에 관한 것이다. 상기 호모다인 검출기는, 호모다인 간섭계로부터 제공된 간섭신호가 입사되고, 입사된 간섭신호를 제1 및 제2 신호로 분할하고 상기 제1 신호는 반사시켜 출사시키고 상기 제2 신호는 통과시켜 출사시키는 빔 스플리터; 상기 제1 신호의 광축상에 위치하고, 상기 제1 신호 중 제1 편광 성분을 출력하는 제1 광소자부; 상기 제1 편광 성분에 대한 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 제1 출력 신호로 출력하는 제1 광검출 소자; 상기 제2 신호의 광축상에 위치하고, 위상 지연시킨 상기 제2 신호 중 제1 편광 성분을 출력하는 제2 광소자부; 상기 위상 지연시킨 제2 신호 중 제1 편광 성분에 대한 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 제2 출력 신호로 출력하는 제2 광검출 소자;를 구비하고, 상기 제1 출력 신호와 제2 출력 신호는 서로 90°위상차를 갖는 신호들이다.The present invention relates to a homodyne detector using two light detectors. The homodyne detector includes a beam splitter for splitting an incident interference signal provided from a homodyne interferometer into first and second signals, reflecting the first signal and passing the second signal, Splitter; A first optical element positioned on an optical axis of the first signal and outputting a first polarized component of the first signal; A first optical detecting element for detecting an optical signal for the first polarized light component, converting the optical signal into an electrical signal, and outputting the electrical signal as a first output signal; A second optical device part positioned on an optical axis of the second signal and outputting a first polarized component of the second signal phase-delayed; And a second photodetector for detecting an optical signal for a first polarized light component of the phase-delayed second signal, converting the optical signal into an electrical signal, and outputting the electrical signal as a second output signal, wherein the first output signal and the second output The signals are signals having a phase difference of 90 degrees with respect to each other.

Description

두 개의 광검출소자를 이용한 쿼드러쳐 호모다인 검출기{Quadrature homodyne detecter by using 2 photo detecters}[0001] The present invention relates to a quadrature homodyne detector using two photo detectors,

본 발명은 쿼드러쳐 호모다인 검출기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 간단한 구성으로 이루어져, 호모다인 간섭계의 간섭 신호로부터 쿼드러쳐 신호(Quadrature Signal; 이하, 'Q 신호'라 한다.)와 인 페이즈 신호(In Phase signal; 이하 'I 신호'라 한다.)를 검출하는 쿼드러쳐 호모다인 검출기에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a quadrature homodyne detector, and more particularly, to a quadrature homodyne detector having a simple structure and capable of detecting a quadrature signal (Q signal) and an inphase signal (Q signal) from an interference signal of a homodyne interferometer In phase signal (hereinafter referred to as " I signal ") of a quadrature homodyne detector.

간섭식 측정장치는 신호빛(probe beam)과 기준빛(reference beam)의 간섭 신호를 빛살 가르게(Beam splitter, BS)를 이용하여 합쳐주고 두 개의 출력단에서 나오는 빛의 세기를 각각 별도의 광검출기로 측정하는 장치이다. 이때 각각의 광검출기에서 출력되는 전기 신호를 광신호라고 하고, 신호빛과 기준빛의 주파수가 같을 경우 이를 호모다인(homodyne) 간섭계라고 하며, 주파수가 다를 경우 이를 헤테로다인(heterodyne) 간섭계라고 한다. The interferometric measuring device combines the interference signal of the probe beam and the reference beam using a beam splitter (BS) and the intensity of the light from the two output stages is measured by a separate photodetector . At this time, the electric signal output from each photodetector is referred to as an optical signal. When the frequency of the signal light and the reference light are the same, it is called a homodyne interferometer, and when the frequency is different, it is called a heterodyne interferometer.

호모다인 간섭계의 경우, 빔 스플리터(Beam Splitter)의 두 개의 출력단으로 나오는 빛의 세기가 신호빛과 기준빛의 위상 차이에 따라 변하며, 만약 한쪽 출력단으로 나오는 빛이 증강간섭이 일어나는 경우 다른 쪽 출력단으로 나오는 빛은 소멸간섭을 일으킨다. 즉, 각각의 출력단으로 나오는 빛의 간섭신호는 180도 위상차이를 갖는다. 따라서 두 개의 광신호를 차동 증폭기로 빼어 줌으로써 각각의 광신호에 실려있는 서로 상관된 잡음(correlated niose)은 제거되고 광신호는 두 배로 커져 신호 대 잡음비를 높일 수 있으며, 이와 같은 측정방법을 balanced detection 방법이라고 한다. In the case of a homodyne interferometer, the light intensity at the two output ends of the beam splitter varies according to the phase difference between the signal light and the reference light. If the light coming out of one output stage is an enhancement interference, The emerging light causes extinction interference. That is, the interference signal of light coming out to each output terminal has a phase difference of 180 degrees. Therefore, by subtracting two optical signals into a differential amplifier, the correlated noise in each optical signal is eliminated, and the optical signal is doubled to increase the signal-to-noise ratio. Method.

I/Q-간섭계를 사용할 경우 신호빛에 유도된 위상변화와 크기 변화를 동시에 구분하여 측정할 수 있다. 이러한 간섭계에 대한 자세한 내용과 이를 이용한 표면 현미경에 대한 연구 결과가 참고문헌 1(Heseong Jeong, Jong-Hoi Kim, Kyumann Cho, "Complete mapping of complex reflection coefficient of a surface using a scanning homodyne multiport interferometer.", Optics communication, Vol. 204, pp. 45- 52 (2002) )에 나와 있다. 여기서 표면 분석은 반사형으로 이루어졌으며 신호빛을 표면의 한 지점에 집광시킨 후 시료를 x, y-축 방향으로 스캔하면서 신호빛에 대한 국부적인 위상과 크기의 변화를 매핑(mapping)시킴으로써 표면의 구조적, 재질적 특성을 분석할 수 있다. When I / Q-interferometer is used, it is possible to simultaneously measure induced phase change and magnitude change in signal light. In this paper, we propose a new method of surface microscopy using a scanning electron microscope (SEM) and a scanning electron microscope (SEM) Optics communication, Vol. 204, pp. 45- 52 (2002). Here, the surface analysis is of a reflection type, and after the signal light is condensed at one point on the surface, the sample is scanned in the x, y-axis directions and the mapping of the local phase and size changes to the signal light, Structural and material properties can be analyzed.

도 1은 전술한 참고문헌 1의 호모다인 간섭계를 전체적으로 도시한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 호모다인 간섭계의 경우 쿼드러쳐 호모다인 검출기가 세 개의 PBS(PBS1, PBS2, PBS3)와 4개의 광검출기(PD1, PD2, PD3, PD4)로 구성되어 있다. 따라서 간섭계가 제대로 작동하기 위해서는 매우 어렵고 전문적인 기술을 필요로 하는 정렬과정을 필요로 한다. 1 is a block diagram showing the entire homodyne interferometer of Reference 1 described above. As shown in FIG. 1, in the case of a homodyne interferometer, the quadrature homodyne detector is composed of three PBSs (PBS1, PBS2, and PBS3) and four photodetectors (PD1, PD2, PD3, PD4). Therefore, interferometers require alignment procedures that require very difficult and specialized techniques to function properly.

한국등록특허공보 제 10-0830694호Korean Patent Registration No. 10-0830694 한국등록특허공보 제 10-0866038호Korean Patent Registration No. 10-0866038

1. Heseong Jeong, Jong-Hoi Kim, Kyumann Cho, "Complete mapping of complex reflection coefficient of a surface using a scanning homodyne multiport interferometer.", Optics communication, Vol. 204, pp. 45- 52 (2002) 1. Heseong Jeong, Jong-Ho Kim, Kyumann Cho, "Optimal communication, Vol. 204, pp. 45- 52 (2002)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 두 개의 수광 소자만을 이용하여 간단하게 구성하여, 호모다인 간섭계로부터 제공된 간섭신호로부터 I 신호 및 Q 신호를 검출할 수 있도록 하는 쿼드러쳐 호모다인 검출기를 제공하는 것이다. An object of the present invention to solve the above problems is to provide a quadrature homodyne detector which can be constructed simply using only two light receiving elements and detect an I signal and a Q signal from an interference signal provided from a homodyne interferometer .

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 호모다인 검출기는, 호모다인 간섭계로부터 제공된 간섭신호가 입사되고, 입사된 간섭신호를 제1 및 제2 신호로 분할하고 상기 제1 신호는 반사시켜 출사시키고 상기 제2 신호는 통과시켜 출사시키는 빔 스플리터; 상기 제1 신호의 광축상에 위치하고, 상기 제1 신호 중 제1 편광 성분을 출력하는 제1 광소자부; 상기 제1 편광 성분에 대한 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 제1 출력 신호로 출력하는 제1 광검출 소자; 상기 제2 신호의 광축상에 위치하고, 상기 제2 신호 중 제2 편광 성분을 출력하는 제2 광소자부; 상기 제2 편광 성분에 대한 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 제2 출력 신호로 출력하는 제2 광검출 소자;를 구비하고, According to a first aspect of the present invention, there is provided a homodyne detector comprising: an interference signal provided from a homodyne interferometer; a splitter for splitting an incident interference signal into first and second signals; A beam splitter that reflects and emits the second signal, and transmits the second signal; A first optical element positioned on an optical axis of the first signal and outputting a first polarized component of the first signal; A first optical detecting element for detecting an optical signal for the first polarized light component, converting the optical signal into an electrical signal, and outputting the electrical signal as a first output signal; A second optical element positioned on an optical axis of the second signal and outputting a second polarized component of the second signal; And a second light detecting element for detecting an optical signal for the second polarized light component, converting the optical signal into an electrical signal, and outputting the electrical signal as a second output signal,

상기 제1 출력 신호와 제2 출력 신호는 서로 90°위상차를 갖는 신호들이다. The first output signal and the second output signal are signals having a phase difference of 90 ° with respect to each other.

전술한 제1 특징에 따른 호모다인 검출기에 있어서, 상기 제1 광소자부는 순차적으로 배치된 사분파장 위상지연판(QWP) 및 제1 편광빔스플리터(PBS)로 구성되고, 상기 제2 광소자부는 제2 편광빔스플리터로 구성되거나, In the homodyne detector according to the first aspect of the present invention, the first optical device unit is composed of a quadrature phase retarder (QWP) and a first polarizing beam splitter (PBS) sequentially arranged, and the second optical device unit A second polarizing beam splitter,

상기 제1 광소자부는 순차적으로 배치된 사분파장 위상지연판(QWP) 및 제1 편광자(Polarizer)로 구성되고, 상기 제2 광소자는 제2 편광자로 구성되는 것이 바람직하다. Preferably, the first optical device comprises a quadrature phase delay plate (QWP) and a first polarizer, which are sequentially arranged, and the second optical device comprises a second polarizer.

전술한 제1 특징에 따른 호모다인 검출기에 있어서, 서로 다른 제1 시각(t1) 및 제2 시각(t2)의 각각에 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 모두 출력하고, 출력된 제1 및 제2 출력 신호들을 이용하여 간섭 신호의 위상 및 진폭을 검출하는 것이 바람직하며, 상기 제1 시각 및 제2 시각의 간격은 최대한 작게 설정되도록 구성된 것이 더욱 바람직하다. In the homodyne detector according to the first aspect described above, both the first output signal and the second output signal are outputted at each of the first time (t1) and the second time (t2) different from each other, It is preferable to detect the phase and amplitude of the interference signal using the second output signals, and it is more preferable that the interval between the first time and the second time is set as small as possible.

본 발명에 따른 호모다인 검출기는 2개의 광 검출소자만을 이용하여 I 신호 및 Q 신호를 검출할 수 있게 되고, 이로부터 위상 정보를 얻을 수 있게 된다. The homodyne detector according to the present invention can detect the I signal and the Q signal using only two photodetecting elements, and obtain phase information therefrom.

도 1은 전술한 참고문헌 1의 호모다인 간섭계를 전체적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기를 도시한 구성도이다. 1 is a block diagram showing the entire homodyne interferometer of Reference 1 described above.
2 is a block diagram illustrating a quadrature homodyne detector according to a first embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a quadrature homodyne detector according to a second embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기는 두 개의 광검출소자만을 이용함으로써 간단하게 구성할 수 있는 것을 특징으로 한다. The quadrature homodyne detector according to the present invention is characterized in that it can be constructed simply by using only two light detectors.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the construction and operation of a quadrature homodyne detector according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

< 제1 실시예 >&Lt; Embodiment 1 >

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기를 도시한 구성도이다. Hereinafter, the configuration and operation of the quadrature homodyne detector according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. 2 is a block diagram illustrating a quadrature homodyne detector according to a first embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기(20)는 빔 스플리터(200), 제1 광 소자부(210), 제1 광 검출소자(220), 제2 광 소자부(230) 및 제2 광 검출소자(240)를 구비한다. 2, the quadrature homodyne detector 20 according to the first embodiment of the present invention includes a beam splitter 200, a first optical element part 210, a first optical detector element 220, An optical element unit 230 and a second photodetector element 240.

상기 빔 스플리터(200)는, 호모다인 간섭계로부터 제공된 간섭신호가 입사되고, 입사된 간섭신호를 제1 및 제2 신호로 분할하고 상기 제1 신호는 그대로 통과시켜 제1 광 소자부로 제공하고 상기 제2 신호는 반사시켜 제2 광 소자부로 제공한다. The beam splitter 200 splits the interference signal provided from the homodyne interferometer into first and second signals and passes the first signal as it is to the first optical element unit, 2 signal is reflected and provided to the second optical element portion.

상기 제1 광 소자부(210)는 상기 제1 신호의 광축상에 위치하고, 상기 제1 신호 중 제1 편광 성분을 출력하여 제1 광 검출 소자(220)로 제공한다. The first optical element unit 210 is located on the optical axis of the first signal and outputs a first polarized light component of the first signal to the first optical detector 220.

상기 제1 광 검출소자(220)는 상기 제1 광 소자부로부터 출력된 상기 제1 편광 성분에 대한 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 제1 출력 신호로 출력한다. The first photodetector 220 detects an optical signal corresponding to the first polarization component output from the first photodetector 220, converts the optical signal into an electrical signal, and outputs the electrical signal as a first output signal.

상기 제2 광 소자부(230)는 상기 제2 신호의 광축상에 위치하고, 상기 제2 신호를 λ/4 만큼 위상지연시킨 후 이에 대한 제1 편광 성분을 검출하여 제2 광 검출 소자(240)로 제공한다. The second optical element unit 230 is located on the optical axis of the second signal, delays the second signal by? / 4, detects a first polarization component therefrom, .

상기 제2 광 검출 소자(240)는 상기 제2 편광 성분에 대한 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 제2 출력 신호로 출력한다. 여기서, 상기 제1 출력 신호와 제2 출력 신호는 서로 90°위상차를 갖는 신호들로 구성된다. The second photodetector 240 detects an optical signal for the second polarization component, converts the optical signal into an electrical signal, and outputs the electrical signal as a second output signal. Here, the first output signal and the second output signal are composed of signals having a phase difference of 90 degrees with respect to each other.

상기 제1 및 제2 광 검출 소자는 광 다이오드(Photo Diode)로 구성될 수 있다. The first and second photodetecting elements may be formed of photodiodes.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 광소자부(210)는 제1 편광빔스플리터(PBS)로 구성되고, 상기 제2 광소자부(230)는 순차적으로 배치된 사분파장 위상지연판(QWP; 232) 및 제2 편광빔스플리터(PBS ; 234)로 구성될 수 있다. In this embodiment, the first optical device 210 is composed of a first polarizing beam splitter (PBS), and the second optical device 230 is a quadrature phase retarder (QWP) 232, And a second polarizing beam splitter (PBS) 234.

이 경우, 빔 스플리터(200)를 통과한 제1 신호는 제1 PBS로 입사되고, 입사된 제1 신호의 P파는 제1 PBS(210)를 통과하고 제1 광 검출 소자(220)에 의해 검출되어 제1 출력신호(I1)으로 출력된다. In this case, the first signal transmitted through the beam splitter 200 is incident on the first PBS, and the P wave of the incident first signal passes through the first PBS 210 and is detected by the first photodetector 220 And output as the first output signal I1.

빔 스플리터(200)로부터 반사된 제2 신호는 상기 제2 광 소자부(230)의 QWP(232)로 입사되어 사분 파장 위상지연되어 원형 편광으로 변환된 후, 제2 PBS(234)로 입사된다. QWP를 통과한 후 제2 PBS로 입사된 제2 신호의 P파는 제2 PBS를 통과하고 제2 광 검출 소자(240)에 의해 검출되어 제2 출력신호(I2)로 출력된다. 따라서, 제2 출력신호(I2)는 제1 출력신호(I1)과 90°위상차를 갖게 된다. The second signal reflected from the beam splitter 200 is incident on the QWP 232 of the second optical element unit 230, is delayed by a quarter wave phase to be converted into circularly polarized light, and then is incident on the second PBS 234 . The P wave of the second signal incident on the second PBS after passing through the QWP passes through the second PBS and is detected by the second photodetector 240 and output as the second output signal I2. Therefore, the second output signal I2 has a phase difference of 90 degrees with the first output signal I1.

< 제2 실시예 >&Lt; Embodiment 2 >

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기를 도시한 구성도이다. Hereinafter, the configuration and operation of the quadrature homodyne detector according to the second embodiment of the present invention will be described in detail. 3 is a block diagram illustrating a quadrature homodyne detector according to a second embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 쿼드러쳐 호모다인 검출기(30)는 빔 스플리터(300), 제1 광 소자부(310), 제1 광 검출소자(320), 제2 광 소자부(330) 및 제2 광 검출소자(340)를 구비하며, 제1 광 소자부(310)는 제1 편광자(polarizer)로 구성되고, 제2 광 소자부(330)은 순차적으로 배치된 사분파장 위상지연판(QWP; 332) 및 제2 편광자(Polarizer; 334)로 구성된다. 본 실시예에 따른 제1 및 제2 광 소자부를 제외한 나머지의 구성은 제1 실시예의 그것들과 동일하다. 3, the quadrature homodyne detector 30 according to the second embodiment of the present invention includes a beam splitter 300, a first optical element part 310, a first optical detector element 320, The first optical element part 310 is constituted by a first polarizer and the second optical element part 330 is constituted by sequentially arranging the optical element part 330 and the second optical detector element 340 (QWP) 332 and a second polarizer (334). The remaining structures except for the first and second optical element portions according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment.

상기 제1 광 소자부(310)를 구성하는 제1 편광자는 빔 스플리터(300)를 통과한 제1 신호를 편광 신호로 변환하여 출력한다. The first polarizer constituting the first optical element unit 310 converts the first signal having passed through the beam splitter 300 into a polarized signal and outputs the polarized signal.

상기 제2 광 소자부(330)를 구성하는 QWP(332)는 상기 빔 스플리터(300)로부터 반사된 제2 신호를 사분 파장 위상지연시켜 제2 편광자(334)로 제공하며, 제2 편광자(334)는 위상지연된 제2 신호를 편광 신호로 변환하여 출력한다. The QWP 332 constituting the second optical element unit 330 delays the second signal reflected from the beam splitter 300 by a quarter wavelength phase and provides the second signal to the second polarizer 334. The second polarizer 334 ) Converts the phase-delayed second signal into a polarized signal and outputs it.

여기서, 상기 제1 출력 신호와 제2 출력 신호는 서로 90°위상차를 갖는 신호들로 구성된다. Here, the first output signal and the second output signal are composed of signals having a phase difference of 90 degrees with respect to each other.

전술한 호모다인 검출기의 제1 및 제2 광 검출소자들은 서로 90°위상차를 갖는 제1 및 제2 출력신호들을 제어 장치로 출력한다. 상기 제어 장치는 제1 및 제2 출력 신호들을 복조하여 간섭 신호에 포함된 위상 정보를 추출한다. The first and second light detecting elements of the above-described homodyne detector output first and second output signals having a phase difference of 90 DEG to each other to the control device. The control device demodulates the first and second output signals and extracts the phase information included in the interference signal.

이하, 본 발명에 따라 전술한 구성을 갖는 호모다인 검출기로부터 출력된 출력신호들을 이용하여, 제어 장치가 간섭신호에 포함된 위상 정보를 측정하는 과정을 설명한다. Hereinafter, the process of measuring the phase information included in the interference signal by the controller using the output signals output from the homodyne detector having the above-described configuration according to the present invention will be described.

먼저, 제1 광 검출소자로부터 제1 시각(t1) 및 제2 시각(t2)에 출력된 제1 출력신호를 각각 Qi 및 Qi +1로 정의하며, 수학식 1 및 2로 표현된다. First, a first defining a first output signal output to the first time (t1) and a second time (t2) from the light detecting element to each Q i and Q i +1, and is represented by the expressions (1) and (2).

Figure 112015085762110-pat00001
Figure 112015085762110-pat00001

여기서,

Figure 112015085762110-pat00002
은 제1 광 검출소자인 포토 다이오드의 responsivity 이며,
Figure 112015085762110-pat00003
및
Figure 112015085762110-pat00004
는 각각 신호빔과 기준빔의 세기를 나타내며, Φ는 시스템에 의해 주어지는 위상차로 상수값이며, Δφ는 시료로부터 반사되어 나온 신호빔과 기준빔의 광학적 경로차이에 의한 위상 차이를 나타낸다. here,
Figure 112015085762110-pat00002
Is the responsivity of the photodiode which is the first photodetecting element,
Figure 112015085762110-pat00003
And
Figure 112015085762110-pat00004
Represents the phase difference due to the optical path difference between the signal beam reflected from the sample and the reference beam, and? Represents the intensity of the signal beam and the reference beam, respectively.

Figure 112015085762110-pat00005
Figure 112015085762110-pat00005

수학식 1 및 2의 차를 구하면, 수학식 3과 같이 얻을 수 있게 된다. If the difference between Equations 1 and 2 is found, Equation 3 can be obtained.

Figure 112015085762110-pat00006
Figure 112015085762110-pat00006

한편, 제2 광 검출소자로부터 제1 시각(t1) 및 제2 시각(t2)에 출력된 제2 출력신호를 각각 I i 및 I i+1 로 정의하며, 수학식 4 및 5로 표현된다. 제1 광 검출소자와 제2 광 검출소자의 제1 및 제2 출력신호들은 그 위상차가 90°이므로, 제2 출력신호는 제1 출력신호의 sin 함수가 cos 함수로 변환되어 표현될 수 있다.On the other hand, the second defines the second output signal output to the first time (t1) and a second time (t2) from the light detecting element by I i and I i + 1, respectively, and are expressed by Equation 4 and 5. Since the first and second output signals of the first and second light detecting elements have a phase difference of 90 degrees, the second output signal can be expressed by converting the sine function of the first output signal into a cosine function.

Figure 112015085762110-pat00007
Figure 112015085762110-pat00007

Figure 112015085762110-pat00008
Figure 112015085762110-pat00008

수학식 4 및 5의 차를 구하면, 수학식 6과 같이 얻을 수 있게 된다. If the difference between Equations (4) and (5) is obtained, Equation (6) is obtained.

Figure 112015085762110-pat00009
Figure 112015085762110-pat00009

위의 수학식 3과 수학식 6의 결과를 이용하여, 위상변화 φ를 얻을 수 있게 된다. Using the results of Equations (3) and (6) above, it is possible to obtain the phase change ?.

Figure 112015085762110-pat00010
Figure 112015085762110-pat00010

여기서, Δφ≪1의 조건을 만족시키기 위하여 Δφ를 충분히 작은 값이 되도록 하여야 하는데, 이는 데이터 수집(Data Sampling) 간격, 즉 t1과 t2의 간격을 적절하게 조절하여 Δφ를 작게 만들 수 있게 된다. 예를 들어, 데이터 수집 간격은 수학식 3과 수학식 6의 크기로부터 추정할 수 있으며, 이 과정은 되먹임(feedback) 회로 또는 알고리즘을 사용한 자동 작업에 의해 수행될 수 있다. Here, to be such that a sufficiently small value of Δφ to satisfy the condition of Δφ«1, it is possible to properly adjust the data collection (Data Sampling) interval, i.e. the interval between t1 and t2 can be made small to Δφ. For example, the data collection interval can be estimated from the magnitudes of Equations 3 and 6, and this process can be performed by an automatic operation using a feedback circuit or algorithm.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

본 발명에 따른 검출기는 간섭계에 널리 사용될 수 있다. Detectors according to the present invention can be widely used in interferometers.

20, 30 : 쿼드러쳐 호모다인 검출기
200, 300 : 빔 스플리터
210, 310 : 제1 광 소자부
220, 320 : 제1 광 검출소자
230, 330 : 제2 광 소자부
240, 340 : 제2 광 검출소자20, 30: Quadrature homodyne detector
200, 300: beam splitter
210 and 310: a first optical element part
220, 320: a first light detecting element
230, 330: second optical element part
240, 340: second light detecting element

Claims (7)

호모다인 간섭계로부터 제공된 간섭신호가 입사되고, 입사된 간섭신호를 제1 및 제2 신호로 분할하고 상기 제1 신호는 반사시켜 출사시키고 상기 제2 신호는 통과시켜 출사시키는 빔 스플리터;
상기 제1 신호의 광축상에 위치하고, 상기 제1 신호 중 제1 편광 성분을 출력하는 제1 광소자부;
상기 제1 신호의 제1 편광 성분에 대한 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 제1 출력 신호로 출력하는 제1 광검출 소자;
상기 제2 신호의 광축상에 위치하고, 사분 파장만큼 위상 지연시킨 제2 신호 중 제1 편광 성분을 출력하는 제2 광소자부;
상기 위상 지연된 제2 신호 중 제1 편광 성분에 대한 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환하여 제2 출력 신호로 출력하는 제2 광검출 소자; 및
상기 제1 광검출 소자로부터 제1 출력신호를 제공받고 제2 광검출소자로부터 제2 출력신호를 제공받는 제어 장치;
를 구비하고, 상기 제1 출력 신호와 제2 출력 신호는 서로 90°위상차를 갖는 신호들이며,
상기 제어장치는 수학식 8을 이용하여 i번째 간섭신호에 대한 위상(φi )을 검출하는 것을 특징으로 하는 호모다인 검출기.
[수학식 8]
Figure 112017016451065-pat00014

여기서, Qi 는 제1 광검출소자로부터 출력되어 제1 시각에 샘플링된 i번째 제1 출력신호이며, Qi+1 은 제1 광검출소자로부터 출력되어 제2 시각에 샘플링된 i+1번째 제1 출력신호이며, Ii 는 제2 광검출소자로부터 출력되어 제1 시각에 샘플링된 i번째 제2 출력신호이며, Ii+1 은 제2 광검출소자로부터 출력되어 제2 시각에 샘플링된 i+1번째 제2 출력신호임. A beam splitter for receiving an interference signal provided from a homodyne interferometer, splitting an incident interference signal into first and second signals, reflecting the first signal, and passing the second signal through the beam splitter;
A first optical element positioned on an optical axis of the first signal and outputting a first polarized component of the first signal;
A first optical detecting element for detecting an optical signal for a first polarization component of the first signal, converting the optical signal into an electrical signal, and outputting the electrical signal as a first output signal;
A second optical element part positioned on an optical axis of the second signal and outputting a first polarized component of a second signal phase-delayed by a quarter wavelength;
A second optical detecting element for detecting an optical signal for the first polarized component of the phase-delayed second signal, converting the optical signal into an electrical signal, and outputting the electrical signal as a second output signal; And
A control device which receives a first output signal from the first photodetecting device and receives a second output signal from the second photodetector;
Wherein the first output signal and the second output signal are signals having a phase difference of 90 ° with respect to each other,
Wherein the controller detects the phase &lt; RTI ID = 0.0 & gt; # i &lt; / RTI & gt; for the ith interference signal using Equation (8).
&Quot; (8) &quot;
Figure 112017016451065-pat00014

Here, Q i is an i-th first output signal output from the first optical detector and sampled at a first time, Q i + 1 is an i + 1 th first sampled output from the first optical detector and sampled at a second time, the output signal is, i i is the second optical detection output from chulsoja is the i-th second output signal sampled in the first time, i i + 1 is the output from the two optical detection chulsoja the i + 1-th sampling in the second time Second output signal. 제1항에 있어서, 상기 제1 광소자부는 순차적으로 배치된 사분파장 위상지연판(QWP) 및 제1 편광빔스플리터(PBS)로 구성되고,
상기 제2 광소자부는 제2 편광빔스플리터로 구성된 것을 특징으로 하는 호모다인 검출기.[2] The apparatus of claim 1, wherein the first optical unit comprises a quadrature phase delay plate (QWP) and a first polarizing beam splitter (PBS)
And the second optical unit comprises a second polarization beam splitter. 제1항에 있어서, 상기 제1 광소자부는 순차적으로 배치된 사분파장 위상지연판(QWP) 및 제1 편광자(Polarizer)로 구성되고,
상기 제2 광소자는 제2 편광자로 구성된 것을 특징으로 하는 호모다인 검출기. [2] The apparatus of claim 1, wherein the first optical unit comprises a quadrature phase delay plate (QWP) and a first polarizer,
Wherein the second optical element comprises a second polarizer. 제1항에 있어서, 상기 제1 광검출소자 및 제2 광검출소자는 서로 다른 제1 시각(t1) 및 제2 시각(t2)의 각각에 제1 출력 신호 및 제2 출력 신호를 모두 출력하고, 상기 제어 장치는 상기 제1 및 제2 광검출소자들로부터 출력된 제1 및 제2 출력 신호들을 이용하여 간섭 신호의 위상 및 진폭을 검출하는 것을 특징으로 하는 호모다인 검출기. The apparatus of claim 1, wherein the first light detector and the second light detector output both the first output signal and the second output signal at different first times (t1) and second times (t2) Wherein the control unit detects the phase and amplitude of the interference signal using the first and second output signals output from the first and second optical sights detectors. 제1항에 있어서, 데이터 수집(Data Sampling) 간격인 상기 제1 시각 및 제2 시각의 간격은 제1 시각과 제2 시각에 획득한 신호들에 대한 위상차가 최소값이 되도록 설정된 것을 특징으로 하는 호모다인 검출기. 2. The method of claim 1, wherein the interval between the first and second time intervals, which is a data sampling interval, is set such that the phase difference with respect to the signals obtained at the first and second times is a minimum value. Dyne detector. 제1항에 있어서, 데이터 수집(Data Sampling) 간격인 상기 제1 시각 및 제2 시각의 간격은 자동으로 설정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 호모다인 검출기. The homodyne detector of claim 1, wherein the interval between the first time and the second time, which is a data sampling interval, is automatically set. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광 검출소자는 광 다이오드(photo diode)로 구성된 것을 특징으로 하는 호모다인 검출기.


The homodyne detector according to any one of claims 1 to 3, wherein the first and second photodetecting elements are composed of photo diodes.


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