KR101833968B1 - 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기 - Google Patents

분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광의 파장에 따라 광분산부에서 발생된 광의 시간차에 의해 모드 잠금이 일어나는 전기신호의 주기가 변화하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치에 관한 것으로, 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;를 포함하고,전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것이다.

Description

분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기{Apparatus for Measuring Reflection Spectral according to Wavelength based on Dispersion Medium and Measurement System for Using the same}
본 발명은 광학 측정 장치에 관한 것으로, 구체적으로 광의 파장에 따라 광분산부에서 발생된 광의 시간차에 의해 모드 잠금이 일어나는 전기신호의 주기가 변화하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기에 관한 것이다.
일반적으로 모드 잠금 기술은 공진기 내에 광자의 일주시간을 정수배로 나눈 주기를 가지는 주기적인 전기 신호를 가하여 짧은 광 펄스(optical pulse)를 만드는 광원 기술이다.
이때에 발진되는 출력광 펄스의 세기는 전기 신호의 주기가 광자의 일수시간의 정수배에 해당하는 모드잠금 조건을 만족할 때에 가장 극대화되는 특성을 갖는다. 이러한 광원은 주로 광 통신 기술이나 별개의 장치로 구성된 영상 측정기기에 응용된다.
모드 잠금 레이저를 이용한 영상 측정기기는 빛의 결맞음(coherence) 현상을 이용하여 샘플(sample)의 깊이 방향 영상을 획득하는 장비인 광 결맞음 단층 영상기기(optical coherence tomography, OCT)를 포함한다.
상기 광 결맞음 단층 영상기기는 샘플의 내부 조직 단면을 영상화하여 볼 수 있는 이미징 시스템이다. 상기 광 결맞음 단층 영상기기는 추가적인 광 간섭계를 이용하여 근적외선 파장대의 광원의 간섭 원리를 이용한 기기이다.
특히, 상기 광 결맞음 단층 영상 기법은 샘플의 내부를 비 접촉하여 조영하는 영상 기법으로 최근 들어 이와 관련한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 광 결맞음 단층 영상기기에서, 깊이 방향의 정보 획득을 위하여 중심 파장 가변 레이저가 사용된다. 모드 잠금을 이용한 파장 가변 레이저에서는 분산 매개체 혹은 파장별 광 경로 차이 유도 소자 등을 사용하여 주기적 전기신호의 주기가 시간에 따라 변함에 따라 파장 별로 다른 모드 잠금 조건을 만족하여 발진하는 출력광을 이용하여 파장을 가변한다. 이때 주기를 시간에 따라 선형적으로 변화시킴에 따라 출력광의 파장은 선형적으로 변하지만 출력광의 세기는 일정하게 유지가 된다.
한편, 파장 가변 레이저는 높은 광 출력, 넓은 파장 가변 대역, 높은 파장 가변 선형성, 좁은 발진 선폭 등 영상 기기에 적용되기 위해서 여러 가지 특성을 만족 하여야 한다.
또한, 파장 가변레이저를 이용한 광 단층 영상 기기의 최대 영상 깊이 혹은 표면 단차의 차이는 수 mm를 넘지 못하며 이는 광원의 coherence length(광결맞음 길이)에 따라 결정된다.
이러한 파장 가변 레이저를 이용한 광 결맞음 단층 영상 기기는 파장가변 광원부, 거리차 광간섭부, 광간섭신호 측정부, 시간-거리변환 신호처리부 등으로 구성되며 시간에 따라 변하는 광의 간섭 신호를 측정하여 거리정보를 얻기위한 추가적인 신호 처리를 하는 방법이다.
한편, 신호처리부에서는 시간 변화에 따른 선형성 보정, 시간-거리 간의 푸리에 변환 등 여러 가지의 신호 처리 과정을 거치기 때문에 시간적인 제약 및 제조비용 증가 등의 단점을 가진다.
특히, 깊이 측정 범위가 광원의 광결맞음 길이(coherence length)에 의해 제한되어 형상 측정 장치에 응용하는 것이 한계가 있다.
일반적인 능동 모드 잠금을 이용한 공진기 길이 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 능동 모드 잠금의 원리를 나타낸 구성도이고, 도 2는 능동 모드 잠금을 이용한 공진기 길이 측정 원리를 나타낸 구성도이다.
능동 모드 잠금이란, 도 1에서와 같이, 외부에서 가해진 주기적인 전기신호를 통해 공진기의 이득값을 제어하여 강한 세기의 광 펄스를 만들어 내는 기술을 의미한다.
전기신호의 주파수와 빛이 공진기를 회전하는 주파수가 일치될 때 모드 잠금이 일어나고, 이때의 주파수를 공진주파수라하고, 공진주파수는 공진기의 길이에 의해 결정된다.
이와 같은 능동 모드 잠금을 이용한 공진기 길이 측정 원리는 다음과 같다.
도 2에서와 같이, 능동 모드 잠금이 일어나면 광출력의 세기가 증가한다.
능동 모드 잠금은 공진주파수에서 일어나고, 공진주파수는 공진기의 길이에 의해 결정된다.
외부전기신호의 주파수를 변화시켜가면서 발진되는 광세기가 최대가 되는 주파수를 측정하면 공진주파수를 알 수 있고, 공진기의 길이가 변화하게 되면 공진주파수가 변화하는데, 공진주파수의 변화를 측정하여 공진기의 길이를 측정할 수 있다.
그리고 종래 기술의 FBG 센서 복조 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도 3과 도 4는 종래 기술의 FBG 센서 복조 시스템의 구성도이다.
종래 기술의 FBG 센서 복조 시스템은 FBG의 반사 파장 차이를 통해서 각각의 FBG를 구분하는 것으로, 동일한 반사파장을 가지고 있는 FBG를 서로 구분할 수 없는 문제가 있다.
그리고 종래 기술의 단차 측정 기술에 관하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 종래 기술의 광 간섭을 이용한 단차 측정 기술을 나타낸 구성도이고, 도 6은 종래 기술의 능동 모드 잠금을 이용한 단차 측정 기술을 나타낸 구성도이다.
도 5에서와 같이, 광 간섭을 이용한 단차 측정 기술은 샘플단과 기준단의 광경로 차이로 인해 발생하는 간섭 신호의 주기 정보를 통해 샘플단의 표면 형상 정보를 획득하는 것이다.
얻어진 광 간섭 신호를 퓨리에 변환하여 주파수 성분을 획득한 후, 이를 거리 정보로 일대일 대응 하여 치환한다.
이와 같은 단차 측정 방법에서 간섭신호를 획득하기 위해서는 광원 이외의 별도의 정밀한 간섭계가 필요하고, 광 간섭 신호를 측정한 이후에 거리 정보를 획득하기 위하여 별도의 퓨리에 변환이 필요하다.
또한, 샘플단과 기준단 미러의 광 경로차가 멀어질수록 간섭신호의 주파수가 증가하기 때문에 고속의 디지털 데이터 획득이 가능한 디지타이저 또는 DAQ가 필요하다.
종래 기술의 능동 모드 잠금을 이용한 단차 측정 기술은 도 6에서와 같이, 샘플단의 거리 변화에 따른 공진주파수 차이를 측정하여 샘플의 단차를 측정하는 것이다.
이와 같은 단차 측정 기술은 샘플의 거리 변화에 따른 공진주파수 변화의 민감도 한계로 인하여 미세한 샘플의 높이 차이를 측정하는데 어려움이 있고, 렌즈의 초점거리로 인해서 단차에 따른 반사광의 세기가 일정하지 않다는 문제가 있다.
따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위한 새로운 방식의 측정 기술의 개발이 요구되고 있다.
한국공개특허 제10-2015-0086955호 한국공개특허 제10-2010-0118898호
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 광학 측정 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 광의 파장에 따라 광분산부에서 발생된 광의 시간차에 의해 모드 잠금이 일어나는 전기신호의 주기가 변화하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 광원 장치를 구성하는 공진기가 분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 광원 장치를 구성하는 공진기가 분산부, 투과형 광이득부, 광순환부, 반사부가 원형구조에 위치하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 반사부가 특정 파장을 가지는 광을 선택적으로 반사하는 단수 개 혹은 복수 개의 광학 소자 및 구성물을 포함하며, 외부 환경 변화에 따라 반사되는 광의 파장이 변화하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 분산부가 광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 만들어 내는 광학 소자 및 구성물을 포함하며, 반사부를 통해 반사되어진 반사광이 가지는 파장의 차이에 따라 광의 진행에 시간 지연을 만들어 내는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 광원 장치를 구성하는 공진기가 광이득부를 대신하여 주기적 전기신호를 받아 공진기의 광이득을 제어하는 전광소자를 포함하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;를 포함하고, 전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 반사형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 투과형 광이득부, 광순환부, 반사부가 원형구조로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 반사부는, 광섬유 코어(Core)에 주기적인 굴절률 변화에 의해 특정 파장의 광을 선택적으로 반사시키는 단수 개 혹은 복수 개의 광섬유 격자 소자(Fiber Bragg Grating)를 포함하고, 상기 광섬유 격자 소자(Fiber Bragg Grating)로부터 얻어진 광의 파장별 반사 스팩트럼 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 반사부는, 파장에 따라 초점거리가 각기 다른 색분산 렌즈로 구성된 광학계를 포함하고, 상기 광학계를 통해 측정시료로부터 얻어진 광의 파장별 반사 스펙트럼 정보를 이용하여 그 측정 시료의 표면형상 또는 내부 형상 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 분산부는, 어레이 광도파 격자 소자(Array Waveguide Grating), 프리즘(Prism), 회절격자(Grating), 처프 광도파 브래그 격자 소자(Chirped Waveguide Bragg Grating), 볼륨 브래그 격자 소자(Volume Bragg Grating), 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensation Optical Fiber)중 어느 하나 혹은 다수를 포함하며, 광의 파장차이에 따라 광의 진행에 시간지연을 만들어 내는 것을 특징으로 한다.
그리고 공진기의 광이득부를 대신하여 주기적 전기신호를 받아 공진기의 광이득을 제어하는 전광소자를 포함하는 형태로 구성하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부;광분배부에서 분배된 광의 세기를 측정하는 광세기측정부;를 포함하고, 반사부의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 광의 세기 분포가 생기는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 반사형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 원형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;전기신호 발생부의 전류세기 크기측정을 통해 공진기의 광세기를 측정하기 위한 전기세기 측정부;상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;를 포함하고, 반사부의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 소모 전류 세기 분포를 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 반사형광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는, 분산부, 투과형광이득부, 반사부가 원형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정을 이용하는 측정 기기는 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;를 포함하는 공진기로 구성된 광원을 갖고, 전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 광원 내 공진기의 공진 시간차 별 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정을 이용하는 측정 기기는 영상 측정 기기 또는 센서 측정 기기인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 광의 파장에 따라 분산부에서 발생된 광의 시간차에 의해 모드 잠금이 일어나는 전기신호의 주기가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하여 측정 효율성을 높인다.
둘째, 고속의 디지털 데이터 획득이 가능한 디지타이저 또는 DAQ를 필요로 하지 않는다.
셋째, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 기술을 적용하여 공진주파수를 기반으로 반사부를 측정하기 때문에 동일한 파장을 가진 FBG들도 공진기 길이 차이로 인해 구분이 가능하다.
넷째, 반사부에서 생긴 미세한 단차 차이로 인한 반사광의 파장 변화를 색분산 물질 또는 소자가 포함된 공진기를 이용해 매우 민감하게 측정할 수 있다.
도 1은 능동 모드 잠금의 원리를 나타낸 구성도
도 2는 능동 모드 잠금을 이용한 공진기 길이 측정 원리를 나타낸 구성도
도 3과 도 4는 종래 기술의 FBG 센서 복조 시스템의 구성도
도 5는 종래 기술의 광 간섭을 이용한 단차 측정 기술을 나타낸 구성도
도 6은 종래 기술의 능동 모드 잠금을 이용한 단차 측정 기술을 나타낸 구성도
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 FBG 센서 복조 시스템의 구성도
도 9는 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치의 구성도
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 기술을 적용한 단차 측정 기술을 나타낸 구성도
도 11 내지 도 25는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기의 구성도
이하, 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 FBG 센서 복조 시스템의 구성도이다.
본 발명은 광의 파장에 따라 광분산부에서 발생된 광의 시간차에 의해 모드 잠금이 일어나는 전기신호의 주기가 변화하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기에 관한 것이다.
본 발명은 전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 구성을 포함한다.
본 발명은 반사부의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 광의 세기 분포가 생기는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 구성을 포함한다.
본 발명은 반사부의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 소모 전류 세기 분포를 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 구성을 포함한다.
도 7에서와 같이, 본 발명에 따른 FBG 센서 복조 시스템은 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 기술을 적용하여 공진주파수를 기반으로 반사부를 측정 하기 때문에 동일한 파장을 가진 FBG들도 공진기 길이 차이로 인해 구분이 가능도록 한 것이다.
도 8에서와 같이, 반사부의 파장변화 → 공진기 길이 변화 → 공진 주파수 변화의 과정으로 측정이 이루어지는 것이다.
즉, 동일한 위치에 있는 FBG의 반사 파장이 변하였을 경우, 공진기 내부에 있는 색분산 물질 또는 소자에 의해서 공진기의 길이가 변화하기 때문에 공진주파수가 변화한다.
따라서, 공진주파수의 변화를 통해서 FBG의 반사 파장 변화를 측정할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치의 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.
도 9는 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치의 구성도이다.
도 9에서와 같이, 반사부의 파장 변화 → 공진기 길이 변화 → 공진 주파수 변화의 과정으로 측정이 이루어지는 것이다.
공진기 내에 있는 색분산 물질 또는 소자는 공진기를 회전하는 광의 파장에 따라서 서로 다른 광경로를 가지는데 이는 파장에 따른 광경로 차를 만든다.
따라서, 색분산 물질 또는 소자를 포함한 공진기 구조의 공진주파수는 공진기의 길이(반사부의 위치)와 반사된 광의 파장에 의해서 결정된다.
이와 같이 고정된 반사부에서 반사된 광의 파장이 변하게 되면 공진주파수가 변화하고, 이를 이용하여 반사부의 공진파장 변화를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 기술을 적용한 단차 측정 기술을 설명하면 다음과 같다.
그리고 도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 기술을 적용한 단차 측정 기술을 나타낸 구성도이다.
도 10a와 도 10b에서와 같이, 색분산을 이용한 다초점 렌즈 광학계에서 초록색의 초점거리에 반사면이 있을 경우에는 반사부의 단차 변화 → 반사부의 파장 변화 → 공진기 길이 변화 → 공진 주파수 변화를 이용하는 것이다.
이와 같은 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 반사부에서 생긴 미세한 단차 차이로 인한 반사광의 파장 변화를 색분산 물질 또는 소자가 포함된 공진기를 이용해 매우 민감하게 측정할 수 있다.
그리고 도 10c에서와 같이, 색분산을 이용한 다초점 렌즈 광학계에서 λY색과 λG색의 초점거리에 반사면1,2가 있을 경우에는,
반사부의 단차 분포 → 반사부의 파장 분포 → 공진기 길이 분포 → 공진 주파수 분포를 이용하는 것이다.
이와 같은 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 반사부에서 생긴 미세한 단차 차이로 인한 반사광의 파장 변화를 색분산 물질 또는 소자가 포함된 공진기를 이용해 매우 민감하게 측정할 수 있다.
이와 같은 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정을 이용하는 측정 기기는 영상 측정 기기 또는 센서 측정 기기이다.
이하에서 본 발명의 실시 예에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기에 관하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 11 내지 도 25는 본 발명의 실시 예에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용하는 측정 기기의 구성도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 11에서와 같이, 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부(11a)와, 상기 전기신호 발생부(11a)로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부(11b)와, 광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부(11c)와, 입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부(11d)를 포함하고, 전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부(11d)의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 12에서와 같이, 분산부(12c), 투과형 광이득부(12b), 반사부(12d)가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성한다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 13에서와 같이, 분산부(13c), 반사형 광이득부(13b), 반사부(13d)가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성한다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 14에서와 같이, 분산부(14e), 투과형 광이득부(14b), 광순환부(14c), 반사부(14d)가 원형구조로 위치하여 공진기를 구성한다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치에서 반사부는 도 15a에서와 같이, 광섬유 코어(Core)에 주기적인 굴절률 변화에 의해 특정 파장의 광을 선택적으로 반사시키는 단수 개 혹은 복수 개의 광섬유 격자 소자(Fiber Bragg Grating)를 포함하고, 상기 광섬유 격자 소자(Fiber Bragg Grating)로부터 얻어진 광의 파장별 반사 스팩트럼 정보를 획득하도록 구성된다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치에서 반사부는 도 15b에서와 같이, 파장에 따라 초점거리가 각기 다른 색분산 렌즈로 구성된 광학계를 포함하고, 상기 광학계를 통해 측정시료로부터 얻어진 광의 파장별 반사 스펙트럼 정보를 이용하여 그 측정 시료의 표면형상 또는 내부 형상 정보를 획득하도록 구성된다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치에서 분산부는 도 16a 내지 도 16f에서와 같이, 어레이 광도파 격자 소자(Array Waveguide Grating), 프리즘(Prism), 회절격자(Grating), 처프 광도파 브래그 격자 소자(Chirped Waveguide Bragg Grating), 볼륨 브래그 격자 소자(Volume Bragg Grating), 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensation Optical Fiber)중 어느 하나 혹은 다수를 포함하며, 광의 파장차이에 따라 광의 진행에 시간지연을 만들어 내는 것이다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치에서 도 17a 내지 도 17c에서와 같이, 공진기의 광이득부를 대신하여 주기적 전기신호를 받아 공진기의 광이득을 제어하는 전광소자를 포함하는 형태로 구성하는 것도 가능하다.
그리고 본 발명의 다른 실시 예에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 18에서와 같이, 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부(18a)와, 상기 전기신호 발생부(18a)로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부(18c)와, 광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부(18b)와, 입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부(18e)와, 광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부(18d)와, 광분배부(18d)에서 분배된 광의 세기를 측정하는 광세기 측정부(18f)를 포함하고, 반사부(18e)의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부(18b)의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 광의 세기 분포가 생기는 것을 이용하여 반사부(18e)의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 19에서와 같이, 분산부(19b), 투과형 광이득부(19c), 반사부(19b)가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성한다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 20에서와 같이, 분산부(20c), 반사형 광이득부(20b), 반사부(20e)가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성한다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 21에서와 같이, 분산부(21e), 투과형 광이득부(21b), 반사부(21d)가 원형적으로 위치하여 공진기를 구성한다.
그리고 본 발명의 다른 실시 예에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 22에서와 같이, 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부(22a)와, 전기신호 발생부(22a)의 전류세기 크기측정을 통해 공진기의 광세기를 측정하기 위한 전기세기 측정부(22b)와, 상기 전기신호 발생부(22a)로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부(21d)와, 광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부(22c)와, 입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부(22e)를 포함하고, 반사부(22e)의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부(22c)의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 소모 전류 세기 분포를 이용하여 반사부(22e)의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것이다.
이와 같은 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 23에서와 같이, 분산부(23c), 투과형 광이득부(23d), 반사부(23e)가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성한다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 24에서와 같이, 분산부(24d), 반사형 광이득부(24c), 반사부(24e)가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성한다.
그리고 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는 도 25에서와 같이, 분산부(25f), 투과형 광이득부(25c), 반사부(25e)가 원형적으로 위치하여 공진기를 구성한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치를 적용하여 구성한 측정 기기의 일 예는 다음과 같이 구성될 수 있다.
먼저, 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부와, 상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부와, 광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부와, 입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;를 포함하는 공진기로 구성된 광원을 갖고, 전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 광원 내 공진기의 공진 시간차 별 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것이다.
이와 같은 구조는 갖는 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정을 이용한 측정 기기는 영상 측정 기기 또는 센서 측정 기기일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용한 측정 기기는 전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것이다.
본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용한 측정 기기는 반사부의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 광의 세기 분포가 생기는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것이다.
본 발명에 따른 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치 및 이를 이용한 측정 기기는 반사부의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 소모 전류 세기 분포를 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
11a. 전기신호 발생부 11b. 광 이득부
11c. 분산부 11d. 반사부

Claims (18)

  1. 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;
    상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;
    광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;
    입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;를 포함하고,
    전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하고,
    상기 반사부는 파장에 따라 초점거리가 각기 다른 색분산 렌즈로 구성된 광학계를 포함하고, 상기 광학계를 통해 측정시료로부터 얻어진 광의 파장별 반사 스펙트럼 정보를 이용하여 그 측정 시료의 표면형상 또는 내부 형상 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 반사형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 투과형 광이득부, 광순환부, 반사부가 원형구조로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 분산부는,
    어레이 광도파 격자 소자(Array Waveguide Grating), 프리즘(Prism), 회절격자(Grating), 처프 광도파 브래그 격자 소자(Chirped Waveguide Bragg Grating), 볼륨 브래그 격자 소자(Volume Bragg Grating), 분산 보상 광섬유(Dispersion Compensation Optical Fiber)중 어느 하나 혹은 다수를 포함하며,
    광의 파장차이에 따라 광의 진행에 시간지연을 만들어 내는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 공진기의 광이득부를 대신하여 주기적 전기신호를 받아 공진기의 광이득을 제어하는 전광소자를 포함하는 형태로 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  9. 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;
    상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;
    광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;
    입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;
    광의 세기를 일정 비율로 분배하는 광분배부;
    광분배부에서 분배된 광의 세기를 측정하는 광세기측정부;를 포함하고,
    반사부의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 광의 세기 분포가 생기는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 반사형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 원형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  13. 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;
    전기신호 발생부의 전류세기 크기측정을 통해 공진기의 광세기를 측정하기 위한 전기세기 측정부;
    상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;
    광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;
    입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;를 포함하고,
    반사부의 파장별 반사 스펙트럼의 광 세기 분포에 따라 분산부의 파장별 시간 지연을 통한 시간별 광 세기 분포가 발생되어 전기신호의 중심 주파수별 모드잠금되는 소모 전류 세기 분포를 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 투과형 광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 반사형광이득부, 반사부가 선형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  16. 제 13 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치는,
    분산부, 투과형광이득부, 반사부가 원형적으로 위치하여 공진기를 구성하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정 장치.
  17. 중심주파수가 변화하는 주기적인 전기신호를 발생시키는 전기신호 발생부;
    상기 전기신호 발생부로부터 전달받은 전기신호에 의하여 광이득이 제어되는 광이득부;
    광의 파장 차이에 의해서 광의 시간차를 발생시키는 분산부;
    입사하는 광을 파장별 반사 스펙트럼에 따라 반사시키는 반사부;를 포함하는 공진기로 구성된 광원을 갖고,
    전기신호의 중심 주파수를 변화함에 따라 광원 내 공진기의 공진 시간차 별 모드잠금되는 정도가 변화하는 것을 이용하여 반사부의 파장별 반사 스펙트럼을 측정하고,
    상기 반사부는 파장에 따라 초점거리가 각기 다른 색분산 렌즈로 구성된 광학계를 포함하고, 상기 광학계를 통해 측정시료로부터 얻어진 광의 파장별 반사 스펙트럼 정보를 이용하여 그 측정 시료의 표면형상 또는 내부 형상 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정을 이용하는 측정 기기.
  18. 제 17 항에 있어서, 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정을 이용하는 측정 기기는 영상 측정 기기 또는 센서 측정 기기인 것을 특징으로 하는 분산 매질 기반 파장별 반사 스펙트럼 측정을 이용하는 측정 기기.






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