KR101127153B1 - Dual mode optical fiber laser module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이중 모드 광섬유 레이저 모듈을 제공한다. 이 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 광섬유 레이저, 광섬유 레이저에 제1 인젝션 락킹을 제공하는 제1 인젝션 락킹부, 및 광섬유 레이저에 제2 인젝션 락킹을 제공하는 제2 인젝션 락킹부를 포함하되, 제1 인젝션 락킹부의 제1 파장과 상기 제2 인젝션 락킹부의 제2 파장은 서로 다르고, 제1 인젝션 라킹부 및 제2 인젝션 락킹부는 광섬유 레이저에서 이중 모드를 발진시킨다.The present invention provides a dual mode fiber laser module. The dual mode fiber laser module includes a fiber laser, a first injection locking portion for providing a first injection locking to the fiber laser, and a second injection locking portion for providing a second injection locking to the optical fiber laser, the first injection locking portion The first wavelength and the second wavelength of the second injection locking part are different from each other, and the first injection locking part and the second injection locking part oscillate the dual mode in the fiber laser.
테라헤르츠 파, 인젝션 락킹, 주파수 도메인, 주파수 가변 Terahertz Wave, Injection Locking, Frequency Domain, Frequency Variable
Description
본 발명은 광섬유 레이저 모듈에 관한 것으로, 더 구체적으로 광대역 주파수 가변 테라헤르츠파 발생을 위한 이중 모드 광섬유 레이저 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a fiber laser module, and more particularly to a dual mode fiber laser module for generating a wideband frequency variable terahertz wave.
현재까지 활용 중에 있는 테라헤르츠 파 생성 방법은 주파수 배가법, 후진파 발진법(Backward wave Oscillating method), 포토믹싱(Photomixing) 방법, CO2 펌핑(pumping) 가스 레이저 방법, 양자 폭포 레이저(Quantum cascade laser) 방법, 또는 자유 전자 레이저(Free electron laser) 방법 등 매우 다양한 기술이 있다.Terahertz wave generation methods currently in use include frequency doubling, backward wave oscillating method, photomixing method, CO 2 pumping gas laser method, and quantum cascade laser. ), Or a free electron laser method.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 포터블, 고출력, 저가형의 주파수 가변형 테라헤르츠파 원에 제공되는 이중 모드 광성유 레이저를 제공하는 것이다.One technical problem to be solved of the present invention is to provide a dual mode photonic oil laser provided in a portable, high-power, low-cost frequency variable terahertz wave source.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 광섬유 레이저, 상기 광섬유 레이저에 제1 인젝션 락킹을 제공하는 제1 인젝션 락킹부, 상기 광섬유 레이저의 증폭 자발 방출 또는 발진된 광을 상기 제1 인젝션 라킹부에 제공하는 제1 서큘레이터,상기 광섬유 레이저에 제2 인젝션 락킹을 제공하는 제2 인젝션 락킹부, 및 상기 광섬유 레이저의 상기 증폭 자발 방출 또는 상기 발진된 광을 상기 제2 인젝션 락킹부에 제공하는 제2 서큘레이터를 포함하되, 상기 제1 인젝션 락킹부의 제1 파장과 상기 제2 인젝션 락킹부의 제2 파장은 서로 다르고, 상기 제1 인젝션 라킹부 및 상기 제2 인젝션 락킹부는 상기 광섬유 레이저에서 이중 모드를 발진시킨다.A dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention includes a fiber laser, a first injection locking unit for providing a first injection lock to the fiber laser, and amplified spontaneous emission or oscillated light of the fiber laser. A first circulator provided in a locking unit, a second injection locking unit providing a second injection locking to the optical fiber laser, and providing the amplified spontaneous emission or the oscillated light of the optical fiber laser to the second injection locking unit And a second circulator, wherein the first wavelength of the first injection locking part and the second wavelength of the second injection locking part are different from each other, and the first injection locking part and the second injection locking part are doubled in the optical fiber laser. To trigger the mode.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광섬유 레이저는 광섬유 레이저 공진기, 상기 광섬유 레이저 공진기에 에너지를 공급하는 여기 광원, 및 상기 여기 광원을 상기 광섬유 레이저 공진기에 결합하는 입력 광섬유 커플러를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the optical fiber laser may include an optical fiber laser resonator, an excitation light source for supplying energy to the optical fiber laser resonator, and an input optical fiber coupler coupling the excitation light source to the optical fiber laser resonator.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 여기 광원은 980 nm의 레이저 다이오드일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the excitation light source may be a laser diode of 980 nm.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광섬유 레이저 공진기는 어븀(Er), 및 이테르븀(Yb) 중에서 적어도 하나로 도핑될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the optical fiber laser resonator may be doped with at least one of erbium (Er) and ytterbium (Yb).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광섬유 레이저를 일 방향으로 레이저 발진을 위한 광 고립기를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the optical fiber laser may further include an optical isolator for laser oscillation in one direction.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 인젝션 락킹부 및 상기 제2 인젝션 락킹부에서 적어도 하나는 주파수 가변용 히터 또는 쿨러를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, at least one of the first injection locking portion and the second injection locking portion may include a frequency variable heater or cooler.
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본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 인젝션 락킹부 및 상기 제2 인젝션 락킹부는 필터 및 외부 락킹 광원으로 작용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first injection locking portion and the second injection locking portion may act as a filter and an external locking light source.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 인젝션 락킹부 및 상기 제2 인젝션 락킹부는 페브리 페럿(FP) 레이저일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first injection locking portion and the second injection locking portion may be a Fabry Ferret (FP) laser.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광섬유 레이저는 반도체 광증폭기를 포함하는 광섬유 레이저 공진기, 및 상기 광섬유 레이저 공진기에 에너지를 공급하는 여기 전원을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the optical fiber laser may include an optical fiber laser resonator including a semiconductor optical amplifier, and an excitation power supply for supplying energy to the optical fiber laser resonator.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 광섬유 레이저, 상기 광섬유 레이저에서의 증폭 자발 방출(Amplified spontaneous emission:ASE) 광에 의하여 락킹되는 제1 인젝션 락킹부; 및 상기 광섬유 레이저에서의 증폭 자발 방출 광을 상기 제1 인젝션 라킹부에 제공하는 제1 서큘레이터; 상기 광섬유 레이저에서의 상기 증폭 자발 방출 광에 의하여 락킹되는 제2 인젝션 락킹부; 및 상기 광섬유 레이저에서의 상기 증폭 자발 방출 광을 상기 제2 인젝션 락킹부에 제공하는 제2 서큘레이터를 포함하되,상기 제1 인젝션 락킹의 제1 파장과 상기 제2 인젝션 락킹의 제2 파장은 서로 다르고, 상기 제1 인젝션 라킹부의 출력광 및 상기 제2 인젝션 락킹부의 출력광은 상기 광섬유 레이저에서 다시 제공될 수 있다.A dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention comprises a first injection locking unit which is locked by an optical fiber laser, Amplified spontaneous emission (ASE) light in the optical fiber laser; And a first circulator for providing amplified spontaneous emission light from the optical fiber laser to the first injection locking unit. A second injection locking part locked by the amplified spontaneous emission light in the optical fiber laser; And a second circulator for providing the amplified spontaneous emission light from the optical fiber laser to the second injection locking unit, wherein the first wavelength of the first injection locking and the second wavelength of the second injection locking are mutually different. The output light of the first injection locking part and the output light of the second injection locking part may be provided again by the optical fiber laser.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저는 광섬유 레이저 공진기 내에 인젝션 락킹법(Injection locking method)으로 2개의 발진 파장들을 조절할 수 있다. 이에 따라, 상기 이중 모드 광섬유 레이저는 안정된 두개의 발진 파장을 제공할 수 있다. The dual mode fiber laser according to the exemplary embodiment of the present invention may adjust two oscillation wavelengths by an injection locking method in the fiber laser resonator. Accordingly, the dual mode fiber laser can provide two stable oscillation wavelengths.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 포토믹싱(photomixing)법에 의한 테라헤르츠 파 발생에 제공될 수 있다. 상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 광섬유 레이저 공진기 내에 광을 주입하는 두 개의 페브리 페럿(Fabry-Perot:FP) 레이저들을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 광섬유 레이저 공진기 내에서 증폭 자발 방출(Amplified spontaneous emission: ASE)에 의해 상기 FP 레이저들은 락킹될 수 있다. 또는 상기 FP 레이저들은 이중 모드 광섬유 레이저에 인젝션 락킹을 유도할 수 있다. 상기 FP 레이저들은 상기 광섬유 레이저 공진기 내에서 우세한 모드 발진을 유도하여 매우 안정적이고 좁은 발진 스펨트럼을 제공할 수 있다.The dual mode optical fiber laser module according to an embodiment of the present invention may be provided for terahertz wave generation by photomixing. The dual mode fiber laser module may include two Fabry-Perot (FP) lasers that inject light into the fiber laser resonator. Accordingly, the FP lasers can be locked by amplified spontaneous emission (ASE) in the fiber laser resonator. Alternatively, the FP lasers can induce injection locking in a dual mode fiber laser. The FP lasers can induce a predominant mode oscillation in the fiber laser resonator to provide a very stable and narrow oscillation spectrum.
0.1THz ~ 3THz(1THz: 1012Hz) 테라헤르츠파 영역은 비금속 및 무극성 물질의 투과 특성을 가질 수 있다. 또한, 다양한 분자들의 공진 주파수가 상기 테라헤르츠파 영역에 분포할 수 있다. 테라헤르츠 파 기술은 분자들을 비파괴, 미개봉, 비접촉법으로 실시간으로 식별하는 것을 제공할 수 있다. 상기 테라헤르츠 파 기술은 의료, 의학, 농업식품, 환경계측, 바이오, 첨단재료평가 등에서 신개념의 분석기술 제공을 제공할 수 있다. 상기 테라헤르츠파 기술은 다른 응용영역으로 급속히 확대될 수 있다. 상기 테라헤르츠 파 영역은 수 meV수준의 매우 낮은 에너지로 인체에의 영향이 거의 없다. 따라서, 상기 테라헤르츠파 기술은 인간 중심의 유비쿼터스 사회 실현에서 필수 핵심기술로 수요가 급격히 증가하고 있다. The 0.1 THz to 3 THz (1 THz: 10 12 Hz) terahertz wave region may have permeation characteristics of nonmetallic and nonpolar materials. In addition, resonant frequencies of various molecules may be distributed in the terahertz wave region. Terahertz wave technology can provide real-time identification of molecules by nondestructive, unopened, and noncontact methods. The terahertz wave technology can provide a new concept of analysis technology in medical, medical, agricultural food, environmental measurement, bio, advanced materials evaluation and the like. The terahertz wave technology can be rapidly extended to other application areas. The terahertz wave region has very low energy of a few meV levels and has little effect on the human body. Therefore, the terahertz wave technology is rapidly increasing demand as an essential core technology in realizing a human-centered ubiquitous society.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 고효율, 저가, 포터블 개념으로 연속발진 주파수 가변 테라헤르츠 파 발생장치에 제공될 수 있다. 상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 고출력 광원을 제공할 수 있다. THz 갭 영역이라고도 하는 0.1 ~ 10THz 주파수 대역에서 동작하는 파원 개발에 많은 연구들이 진행되고 있다.The dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention may be provided in a continuous oscillation frequency variable terahertz wave generator in a high efficiency, low cost, and portable concept. The dual mode fiber laser module may provide a high power light source. Much research is being conducted on the development of wave sources operating in the 0.1 to 10 THz frequency band, also known as the THz gap region.
상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 0.1 ~ 3THz 영역의 분자지문 해석에 제공될 수 있다. 상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 주파수 영역(Frequency Domain:FP)에서 분자지문의 실시간 계측을 제공할 수 있다. 통상적인 테라헤르츠파 발생 방법은 펨토초급 초단 펄스레이저를 초고속 응답속도를 가지는 반도체에 조사시켜 THz파를 발생시키는 TDS(Time Domain Spectroscopy) 기반의 포토믹스법이 활 용되고 있다. 펨토초급의 고출력 펄스레이저 및 포토믹스로 구성된 테라헤르츠파 시스템으로 높은 신호대노이즈비(SNR)을 제공하는 장점이 있다.The dual mode fiber laser module may be provided for molecular fingerprint analysis in the 0.1 to 3 THz region. The dual mode fiber laser module may provide real-time measurement of molecular fingerprints in the frequency domain (FP). The typical terahertz wave generation method utilizes a TDS (Time Domain Spectroscopy) based photomixing method that generates THz waves by irradiating a femto elementary ultra-short pulsed laser to a semiconductor having a super fast response speed. It is a terahertz wave system composed of femto-grade high power pulsed laser and photomix, and has the advantage of providing high signal-to-noise ratio (SNR).
본 발명의 일시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 온도 변화에 의한 발진 파장이 가변되는 두 대의 FP 레이저를 포함할 수 있다. 두 대의 상기 FP 레이저의 광을은 광섬유 레이저 공진기 내부에 서큘레이터를 통하여 주입될 수 있다. 두 대의 상기 FP 레이저는 서로 다른 주파수를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 FP 레이저들은 상기 광섬유 레이저 공진기 내의 ASE(Amplified spontaneous emission)에 의하여 락킹(Locking)될 수 있다. 또는 상기 FP 레이저들은 광섬유 레이저에 인젝션 락킹을 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 광섬유 레이저는 이중 모드로 발진될 수 있다. 이에 따라, 상기 이중 모드 광섬유 레이저는 좁은 스펙트럼을 가지고 발진 파장을 가변시킬 수 있다.The dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention may include two FP lasers whose oscillation wavelengths are varied by temperature change. Light of the two FP lasers may be injected into the fiber laser resonator through a circulator. The two FP lasers may have different frequencies. In this case, the FP lasers may be locked by Amplified spontaneous emission (ASE) in the fiber laser resonator. Alternatively, the FP lasers may provide injection locking to the fiber laser. Accordingly, the fiber laser can be oscillated in dual mode. Accordingly, the dual mode fiber laser can have a narrow spectrum and vary the oscillation wavelength.
상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 발진 중심 파장이 다르고 상기 발진 중심 파장을 가변시킴으로써 상기 광섬유 레이저 공진기 내의 우세한 두 모드만이 임계이득에 도달하여 이중 모드(dual mode) 발진 특성을 가질 수 있다. 두 모드 간의 파장 차가 테라헤르츠파의 주파수에 해당될 수 있다. 상기 주파수 가변은 상기 광섬유 레이저 공진기 내의 인젝션 락킹된 상기 FP 레이저들의 파장을 제어하여 수행될 수 있다. 상기 FP 레이저들의 파장의 제어는 구동 온도를 조정함으로써 수행될 수 있다.The dual mode fiber laser module may have a dual mode oscillation characteristic because only two dominant modes in the fiber laser resonator reach a critical gain by varying the oscillation center wavelength and varying the oscillation center wavelength. The wavelength difference between the two modes may correspond to the frequency of the terahertz wave. The frequency variation may be performed by controlling the wavelength of the injection locked FP lasers in the fiber laser resonator. The control of the wavelength of the FP lasers can be performed by adjusting the drive temperature.
상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 두 모드에 해당하는 파장 간격을 조 절할 수 있다. 이에 따라, 상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 저가형, 포터블 개념의 주파수 가변형 테라헤르츠 파원으로 사용될 수 있다. 상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 테라헤르츠 파원에 관련된 광모듈, 테라헤르츠파 발생 및 검출, 응용기술 등의 매우 다양한 분야에 제공될 수 있다.The dual mode fiber laser module may adjust wavelength intervals corresponding to two modes. Accordingly, the dual mode fiber laser module may be used as a low frequency, portable variable frequency terahertz wave source. The dual mode fiber laser module may be provided to a wide variety of fields such as optical modules related to terahertz wave sources, terahertz wave generation and detection, and application technologies.
도 1a 및 도 1b은 종래기술에 따른 테라헤르츠 광학 장치를 설명하는 도면이다. 도 1b는 도 1a의 광학 장치를 이용하여 얻은 데이터를 나타내는 도면들이다.1A and 1B illustrate a terahertz optical device according to the prior art. FIG. 1B is a diagram illustrating data obtained by using the optical device of FIG. 1A.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 상기 광학 장치(10)는 초단펄스 레이저(110)를 이용하여 테라헤르츠파를 발생 및/또는 검출할 수 있다. 상기 광학 장치(10)는 FDS(Time domain spectroscopy) 시스템일 수 있다. 상기 광학 장치(10)는 펨토 초급의 게이팅 시간 동안만 데이터를 획득하는 호모다인(homodyne) 검출법을 활용하여 높은 신호잡음비(signal to noise ratio: SNR)을 확보할 수 있는 장점이 있다.1A and 1B, the
상기 초단펄스레이저(110)의 출력광은 제1 미러(112)에 의하여 경로가 변경될 수 있다. 상기 제1 미러(112)에서 반사된 상기 초단펄스레이저(110)의 출력광은 빔 스플릿터(beam splitter:BS, 114)를 사용하여 둘로 나뉠 수 있다. 하나의 초단 펄스는 제2 미러(116)를 통하여 테라헤르츠파 발생기(THz Tx,130a)에 입사시켜 테라헤르츠 파를 발생시킬 수 있다. 다른 초단 펄스는 적절한 시간지연을 갖고 테라헤르츠 파 검출기(THz Dx,130b)에 입사하여 데이터를 샘플링하는데 활용될 수 있다. 상기 테라헤르츠 파 발생기(130a) 및 상기 테라헤르츠 파 검출기(130b)는 동일한 구조의 포토믹스일 수 있다. 상기 시간 지연은 DL(delayed line, 118)을 이용하 여 수행될 수 있다. 상기 DL(delayed line,118)의 출력광은 제3 미러(122) 및 제4 미러(124)를 통하여 상기 테라헤르츠 파 검출기(130b)에 제공될 수 있다.The path of the output light of the
상기 테라헤르츠 파 발생기(130a)에서 생성된 테라헤르츠 파는 제1 집속 렌즈(142)를 통하여 시료(146)에 집속될 수 있다. 상기 시료(146)를 통과한 상기 테라헤르츠 파는 제2 집속 렌즈(144)를 통하여 상기 테라 헤르츠 파 검출기(130b)에 입사할 수 있다.The terahertz wave generated by the
상기 테라헤르츠 파 발생기(130a) 및/또는 상기 테라 헤르츠 파 검출기(130b)는 포토믹스일 수 있다. 상기 상기 테라헤르츠 파 발생기(130a)에서 발생한 테라헤르츠 파는 실리콘 렌즈에 의하여 집속될 수 있다. 상기 테라헤르츠 파 검출기(130b)는 상기 프레즈넬 렌즈를 통하여 집광되어 입사하는 광에 의하여 상기 포토믹스 구조체를 통하여 전기신호를 발생시킬 수 있다.The
상기 테라헤르츠 파 검출기(130b)는 시간지연에 따른 시간에 의존하는 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 전기 신호는 샘플러(148)에 의하여 획득될 수 있다. 상기 샘플러(148)는 고속 A/D 변환기 또는 고속 오실로스코프일 수 있다. The
도 1b를 참조하면, 상기 전기 신호는 FFT(Fast Fourier Transform)변환되어 테라헤르츠 파의 스펙트럼을 제공할 수 있다.Referring to FIG. 1B, the electrical signal may be FFT (Fast Fourier Transform) transformed to provide a spectrum of terahertz waves.
이와 같이 광전변환(Optical electronic conversion)에 사용된 포토믹스는 펄스법과 비팅(beating)법을 포함할 수 있다. 상기 비팅법은 고출력의 각기 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저를 포토믹스에 조사시켜 테라헤르츠 파를 생성시킬 수 있다. 상기 포토믹스는 초고속 응답속도를 갖는 반도체 기판 상에 집적된 안테나를 포함할 수 있다. 상기 안테나는 고전압이 인가될 수 있다.As such, the photomix used in the optical electronic conversion may include a pulse method and a beating method. The beating method may generate terahertz waves by irradiating two lasers having different wavelengths of high power to the photomix. The photomix may include an antenna integrated on a semiconductor substrate having an ultra high speed response speed. The antenna may be applied with a high voltage.
TDS 기반 테라헤르츠파를 발생 및 검출하는 광학 장치는 펨토초급의 초단 펄스레이저를 반도체 혹은 비선형 물질에 조사시켜 생성된 케리어의 가속에 의한 전자기파의 발생으로 비교적 쉽게 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다. 상기 TDS 기반 테라헤르츠파를 발생 및 검출하는 광학 장치는 펨토초급의 게이팅 시간을 같은 호모다인 검출법을 활용하여 높은 SNR을 확보할 수 있는 장점으로 연구용으로 많은 활용이 되어왔다. 발진파장 800nm대역의 펨토초급의 초단펄스레이저를 둘로 나누어 하나는 THz Tx(Transmitter) 표시된 포토믹스에 입사시켜 테라헤르츠파 발생에 사용하고, 다른 하나의 초단 펄스는 적절한 시간지연을 갖고 테라헤르츠파 검출기(THz Dx)에 입사된다. 지연 시간에 의존하는 데이터를 취해 이를 FFT(Fast Fourier Transform)변환하여 테라헤르츠파의 스펙트럼을 확보할 수 있다. 테라헤르츠파의 실제 응용을 위해서는 각 픽셀에서의 각각의 지연 시간에 해당되는 정보를 수집하여야 하고, 상기 정보를 FFT 함으로써 데이터 처리에 시간 지연을 피할 수 없어 시스템의 크기, 고가격을 제외하고도 실시간 개념의 테라헤르츠 파원 개발에는 제한적이다.Optical devices for generating and detecting TDS-based terahertz waves can generate terahertz waves relatively easily due to the generation of electromagnetic waves due to the acceleration of the carrier generated by irradiating ultra-short femtosecond pulsed lasers to semiconductor or nonlinear materials. The optical device for generating and detecting the TDS-based terahertz wave has been widely used for research as an advantage of securing a high SNR by using the same homodyne detection method for the gating time of the femto elementary class. The femto-element ultra-short pulse laser of 800nm band is divided into two and one is inputted to THz Tx (Transmitter) marked photomix and used to generate terahertz wave.The other ultra-short pulse has a proper time delay Is incident on (THz Dx). It is possible to obtain a terahertz wave spectrum by taking data depending on the delay time and transforming it by fast Fourier transform (FFT). For the practical application of terahertz wave, it is necessary to collect the information corresponding to each delay time in each pixel, and it is impossible to avoid the time delay in data processing by FFT the information. Development of terahertz sources is limited.
상기 TDS기반의 테라헤르츠 파원 생성 및 검출 시스템의 단점을 극복하고 분자지문 분석을 통한 유해물질 추출, 신소재 특성 측정, 농수산물의 신선도 측정 등 매우 다양한 영역에서 점차 수요가 증가할 것으로 예측되는 주파수 도메인(Frequency Domain:FD)기반 테라헤르츠파원이 요구된다.Frequency domain (Frequency) is expected to increase gradually in various areas such as TDS-based terahertz wave source generation and detection system and overcomes the disadvantages of extracting harmful substances through molecular fingerprint analysis, measuring new material characteristics, and measuring freshness of agricultural and marine products. Domain: FD) based terahertz wave source is required.
포토믹스를 이용한 파장 가변 연속 발진 테라헤르츠파 발생을 위하여, 두 대의 독립적인 광원이 필수적이다. 상기 광원은 고출력의 파장 가변 레이저일 수 있다. 상기 파장 가변 레이저들의 발진 주파수 차이는 테라헤르츠 파의 주파수에 대응될 수 있다. 주파수 영역(frequency domain:FD) 기반 주파수 가변형 테라헤르츠 파의 발생에서, 서로 다른 발진 파장의 특성은 테라헤르츠파의 노이즈 특성에 직접적인 영향을 미칠 수 있다.In order to generate a tunable continuous oscillation terahertz wave using a photomix, two independent light sources are essential. The light source may be a high power tunable laser. The oscillation frequency difference of the tunable lasers may correspond to the frequency of the terahertz wave. In the generation of frequency domain (FD) based variable frequency terahertz waves, the characteristics of different oscillation wavelengths can directly affect the noise characteristics of terahertz waves.
주파수 도메인( frequency domain: FD)기반에서는 고출력의 각기 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저를 초고속 응답속도를 갖는 반도체 기판상에 안테나를 집적하여 전압 인가된 포토믹서에 조사시켜 테라헤르츠파를 생성시키는 방법으로 아래와 같은 광전변환 효율을 갖는다. In the frequency domain (FD) -based method, two lasers having different wavelengths of high power are generated by integrating an antenna on a semiconductor substrate having a super fast response speed and irradiating a voltage applied photomixer to generate terahertz waves. The photoelectric conversion efficiency is as follows.
상기 포토믹스는 다음과 같은 광전 효율(optical eletrical conversion efficiency)을 가질 수 있다.The photomix may have the following optical eletrical conversion efficiency.
여기에서 P1, P2 은 각기 다른 파장을 갖는 두 개의 레이저의 광출력, P0평균출력, Io는 DC 광전류(dc photocurrent), RA는 안테나의 방사저항, c는 포토믹스의 정전용량, τ는 포토믹스의 라이프 타임(life time), m은 두 빔의 혼합비율이다.Where P 1 and P 2 are the light outputs of two lasers with different wavelengths, P 0 average power, I o is the DC photocurrent, R A is the radiation resistance of the antenna, and c is the capacitance of the photomix. where τ is the life time of the photomix and m is the mixing ratio of the two beams.
고효율의 테라헤르츠 파 발생을 위해서는 고출력 광원과 함께 포토믹스의 광전변환 효율에 영향을 미치는 변수들을 조절하여야 한다. 상기 포토믹스의 광전변환 효율은 포토믹스의 높은 응답속도 또는 라이프 타임, 안테나 저항, 및 두 광원의 혼합비율 등에 영향을 받을 수 있다.For high efficiency terahertz wave generation, it is necessary to adjust variables affecting photoelectric conversion efficiency of photomix with high power light source. The photoelectric conversion efficiency of the photomix may be affected by the high response speed or life time of the photomix, the antenna resistance, and the mixing ratio of the two light sources.
포토믹스법을 활용한 테라헤르츠파 발생 및 검출 시스템에서 여기 광원의 파장이 1.5㎛, 1.3㎛ 대역을 활용하고자 하는 방안들이 제안되고 있다. 그 이유는 광통신용으로 개발된 광부품의 활용으로 저가격이고, 초소형 모듈화기술, 초고속 신호처리기술 등 대부분의 핵심기술들이 개발되어 비교적 쉽게 활용이 가능하고, 또한 통신영역인 1.5㎛ 대역에서 광증폭기가 잘 개발되어 있으며, 1.3㎛ 대역에서 반도체 광증폭기가 또한 잘 개발되어 있으며, 단파장에 비해 장파장 활용에 따른 높은 광전 변환 효율을 가지기 때문이다.In the terahertz wave generation and detection system using the photomix method, methods for utilizing the wavelength of the excitation light source in the range of 1.5 μm and 1.3 μm have been proposed. The reason is low cost by utilizing optical parts developed for optical communication, and most core technologies such as ultra-small modular technology and high speed signal processing technology have been developed and can be used relatively easily. Well-developed, semiconductor optical amplifier in the 1.3㎛ band is also well developed, and has a high photoelectric conversion efficiency according to the long wavelength utilization compared to the short wavelength.
연속 주파수 가변 테라헤르츠 파원에서 테라헤르츠파의 주파수(f)와 여기 광의 두 발진 파장 차이는 f=cΔλ /λ2 관계를 가진다. 두 개의 여기 광의 파장특성이 테라헤르츠파의 발생에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 각각의 발진파장 λ1 및 λ2에 해당하는 주파수 f1=c/λ1, f2=c/λ2의 차이에 의해 테라헤르츠 파의 주파수(f)가 결정될 수 있다. 즉, 주파수 가변형 테라헤르츠 파원에서 여기 광원의 파장 가변 특성이 매우 중요하게 된다. 1THz 주파수 가변을 위해서는 1.5㎛ 파장 영역에서 8nm, 1.3㎛ 파장 영역에서 약 6nm의 두 모드간 파장간격 가변이 특성 확보가 필수적이다. 따라서, 이를 위한 파장 가변 레이저 개발이 필요하다. WDM(Wavelength Division Multiplexer)기반의 광통신시스템에서 파장 가변 레이저의 중요성 및 높은 가격으로 인하여, 이를 활용한 테라헤르츠 파원은 많은 어려움이 있을 수 있다. In the continuously variable terahertz wave source, the difference between the frequency f of the terahertz wave and the two oscillation wavelengths of the excitation light has a relationship of f = cΔλ / λ 2 . The wavelength characteristics of the two excitation light can directly affect the generation of terahertz waves. The frequency f of the terahertz wave can be determined by the difference between the frequencies f 1 = c / λ 1 and f 2 = c / λ 2 corresponding to the respective oscillation wavelengths λ 1 and λ 2 . In other words, the variable wavelength characteristic of the excitation light source becomes very important in the frequency variable terahertz wave source. In order to change the 1THz frequency, it is necessary to secure the characteristics of the variable wavelength spacing between two modes of 8 nm in the 1.5 탆 wavelength region and about 6 nm in the 1.3 탆 wavelength region. Therefore, it is necessary to develop a tunable laser for this purpose. Due to the importance and the high price of the tunable laser in a wavelength division multiplexer (WDM) based optical communication system, the terahertz wave source using the wavelength division multiplexer may have many difficulties.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 광대역 파장 가변 특성과 함께 매우 좁은 발진 파장 선폭을 제공할 수 있다.However, the dual mode optical fiber laser module according to the embodiment of the present invention can provide a very narrow oscillation wavelength line width with wideband wavelength tunable characteristics.
통상적으로, 발진 파장의 반치폭(Full width half maximum: FWHM)이 kHz 정도를 가진 두 대의 독립적인 파장 가변 레이저는 상기 테라헤르츠 파원에 제공될 수 있다. 그러나, 독립적으로 발진한 파장 가변 레이저는 파장의 불안정화 및 파장들 사이의 편광 조절, 및 높은 시스템 가격 등의 단점을 가질 수 있다. Typically, two independent wavelength tunable lasers having a full width half maximum (FWHM) of the oscillation wavelength of about kHz may be provided to the terahertz wave source. However, independently oscillating tunable lasers can have disadvantages such as destabilization of wavelengths and control of polarization between wavelengths, and high system cost.
상기 이중 모드 광섬유 레이저는 주파수 가변형 연속발진 테라헤르츠파 발생을 위하여 제공될 수 있다. 상기 이중 모드 광섬유 레이저는 광섬유 기반으로 제작되어 어븀 광증폭기 혹은 광섬유 실장 반도체 광증폭기와 용이하게 결합할 수 있다. 상기 이중 모드 광섬유 레이저는 광출력을 용이하게 증가시킬 수 있다. 상기 이중 모드 광섬유 레이저는 휴대성을 가진 모듈로 제작될 수 있다. 또한 상기 이중 모드 광섬유 레이저의 출력은 포토믹스에 집적적으로 제공될 수 있다. 따라서, 상기 이중 모드 광섬유 레이저는 고효율 및 저가격의 테라헤르츠 파 발생 모듈을 제공할 수 있다.The dual mode fiber laser may be provided for generating a frequency variable continuous oscillation terahertz wave. The dual mode fiber laser is fabricated based on an optical fiber and can be easily combined with an erbium optical amplifier or an optical fiber mounted semiconductor optical amplifier. The dual mode fiber laser can easily increase the light output. The dual mode fiber laser may be manufactured as a portable module. In addition, the output of the dual mode fiber laser can be provided integrally to the photomix. Thus, the dual mode fiber laser can provide a high efficiency and low cost terahertz wave generation module.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈은 저가격 반도체 레이저를 활용하여 파장 가변 범위를 확장시키고, 발진파장의 반치폭(FWHM)을 축소시킬 수 있다. Dual-mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention can extend the wavelength variable range by using a low-cost semiconductor laser, and can reduce the half width (FWHM) of the oscillation wavelength.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈에 사용되는 인젝션 락킹부의 특성을 설명하는 도면들이다. 상기 인젠션 락킹부의 발진 스펙트럼을 보여주는 시뮬레이션 도면들이다.2A and 2B are views illustrating characteristics of an injection locking unit used in a dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention. Simulation diagrams showing an oscillation spectrum of the injection locking part.
도 2a를 참조하면, 상기 인젝션 락킹부는 FP 레이저일 수 있다. 상기 인젝션 락킹부의 스펙트럼은 공진기 길이에 의해 형성되는 다수의 종 모드들을 가질 수 있다. 상기 인젝션 락킹부의 중심 파장은 구도에 따라 1550nm, 1300nm, 1060nm, 850nm일 수 있다.Referring to FIG. 2A, the injection locking unit may be an FP laser. The spectrum of the injection locking part may have a plurality of longitudinal modes formed by the resonator length. The center wavelength of the injection locking part may be 1550 nm, 1300 nm, 1060 nm, or 850 nm, depending on the composition.
도 2b를 참조하면, 상기 인젝션 락킹부의 스프렉트럼은 발진한 상태에서 외부에서 매우 좁은 발진 스펙트럼을 가지는 외부 주입광에 의해 인젝션 락킹된 경우의 스프렉트럼의 시뮬레이션 결과를 보여주고 있다. 상기 외부 주입광은 1545 nm일 수 있다. 이에 따라, 선폭이 좁고 일정 크기 이상의 외부 주입광에 의하여 락킹되어, 상기 인젝션 락킹부의 중심 파장은 1545 nm으로 이동할 수 있고, 주모드 이외의 종모드들은 감쇠될 수 있다.Referring to FIG. 2B, the injection lock of the injection locking part shows the simulation result of the injection when the injection lock is performed by external injection light having a very narrow oscillation spectrum from the outside in the oscillation state. The external injection light may be 1545 nm. Accordingly, the line width is narrowed and locked by external injection light of a predetermined size or more, the center wavelength of the injection locking portion can move to 1545 nm, and the slave modes other than the main mode can be attenuated.
도 2b를 참조하면, 상기 외부 주입광의 파장은 구도에 따라 상기 인젝션 락킹부의 증심 파장에 수nm 전후 일 수 있다. 이에 따라, 선폭이 좁고 일정 크기 이상의 외부 주입광에 의하여 락킹되어, 상기 인젝션 락킹부의 중심 파장은 상기 외부 주입광의 파장으로 이동할 수 있고, 또한 주모드 이외의 종모드들은 감쇠될 수 있다.Referring to FIG. 2B, the wavelength of the external injection light may be about several nm before and after the increasing wavelength of the injection locking part according to the composition. Accordingly, the line width is narrowed and locked by the external injection light of a predetermined size or more, so that the center wavelength of the injection locking part can move to the wavelength of the external injection light, and the vertical modes other than the main mode can be attenuated.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈의 동작원리를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the operation principle of a dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 마스트 레이저(32)의 외부 주입광은 서큘레이터(36)를 통하여 슬레이브 레이저(34)에 제공될 수 있다. 상기 마스트 레이저(32)는 외부 주입광을 제공한다. 상기 슬레이브(slave) 레이저(34)는 상기 마스트 레이저(32)의 외부 주입광에 의하여 락킹될 수 있다. 상기 외부 주입광은 인젝션 락킹용이다. 상기 외부 주입광은 DFB LD(distributed feedback laser diode)와 같은 스펙트럼 특성이 우수한 광원에 의하여 제공될 수 있다. 또는 상기 외부 주입광은 일정한 스펙트럼 선폭을 가진 광원에 의하여 제공될 수 있다. 상기 마스트 레이저의 외부 주입광은 중심 파장(λ0 )을 가질 수 있다. 상기 슬레이브 레이저(34)가 락킹된 경우, 상기 외부 주입광의 파장, 출력, 락킹 레이저의 특성 등에 의존하는 락킹된 광원을 제공할 수 있다. Referring to FIG. 3, external injection light of the
상기 슬레이브(Slave) 레이저(34)는 복수의 종 모드를 가지고 넓은 스펙트럼을 가지는 LD일 수 있다. 상기 슬레이브(Slave) 레이저(34)의 중심 파장은 λ1일 수 있다. 상기 외부 주입광의 원활한 주입과 락킹(Locked)된 광의 용이한 추출을 위해 상기 슬레이브(Slave) 레이저(34)는 공진기에 형성된 무반사막(AR) 및/또는 고반사막(HR)을 포함할 수 있다. 상기 무반사막 및 상기 고반사막은 유전체막으로 형성될 수 있다.The
상기 서큘레이터(36)는 세 개의 입력 포터를 가질 수 있다. 제1 포트(36a)는 상기 마스트 레이저(32)에 연결되어, 상기 외부 주입광은 상기 제1 포트(36a)로 주입될 수 있다. 제2 포트(36b)는 상기 슬레이브 레이저(34)에 연결될 수 있다. 상기 제1 포트(36a)로 주입된 주입광은 상기 제2 포트(36b)를 통하여 상기 슬레이브 레이저(34)에 제공될 수 있다.The
상기 슬레이브 레이저(34)는 상기 외부 주입광의 파장으로 락킹될 수 있다. 상기 제2 포트에 제공된 상기 슬레이브 레이저(34)의 락킹된 광은 제3 포트(36c)를 통하여 출력될 수 있다. 상기 슬레이브 레이저(34)는 외부 주입광에 의하여 락킹되지 않는 경우, 상기 슬레이브 레이저(34)의 중심 파장(λ1)은 상기 외부 주입광의 파장(λ0 )과 다를 수 있다. The
상기 마스트 레이저(32)의 외부 주입광의 파장(λ0 )은 상기 슬레이브 레이저(34)의 주 모드를 이동시킬 수 있다. 상기 마스트 레이저(32)의 외부 주입광이 상기 슬레이브 레이저(34)를 락킹한 경우, 상기 슬레이브 레이저(34)는 외부 주입광의 파장(λ0 )에서 발진할 수 있다.The wavelength λ 0 of the external injection light of the
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈을 설명하는 도면들이다. 도 4b는 도 4a의 이중 모두 광섬유 레이저에서 인젝션 락킹이 없는 경우 광섬유 레이저의 발진 특성을 설명하는 도면이다. 도 4c는 도 4a의 이중 모두 광섬유 레이저에서 인젝션 락킹이 있는 경우 광섬유 레이저의 발진 특성을 설명하는 도면이다.4A to 4C are diagrams illustrating a dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention. 4B is a view illustrating oscillation characteristics of the fiber laser when there is no injection locking in both of the fiber laser of FIG. 4A. FIG. 4C is a view illustrating oscillation characteristics of the fiber laser when injection locking is present in both of the fiber lasers of FIG. 4A.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 상기 이중 모드 광섬유 레이저 모듈(200)은 광섬유 레이저(210), 상기 광섬유 레이저(210)에 제1 인젝션 락킹을 제공하는 제1 인젝션 락킹부(222), 및 상기 광섬유 레이저(210)에 제2 인젝션 락킹을 제공하는 제2 인젝션 락킹부(224)를 포함하되, 상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 제1 파장(λ1 )과 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 제2 파장(λ2 )은 서로 다르고, 상기 제1 인젝션 라킹부(222) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(222)는 상기 광섬유 레이저(210)에서 이중 모드를 발진시킬 수 있다.4A to 4C, the dual mode
상기 광섬유 레이저(210)는 광섬유 레이저 공진기(202), 상기 광섬유 레이저 공진기(202)에 에너지를 공급하는 여기 광원(212), 및 상기 여기 광원(212)을 상기 광섬유 레이저 공진기(202)에 결합하는 입력 광섬유 커플러(214)를 포함할 수 있다. 상기 여기 광원(212)은 980 nm의 레이저 다이오드일 수 있다. The
상기 광섬유 레이저 공진기(202)는 어븀(Er), 이테르븀(yb), 또는 이테르븀(Yb) 과 어븀(Er) 동시 도핑될 수 있다.. 상기 도핑된 물질은 증폭기의 기능을 수행할 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 1550nm, 1060nm 대역에서 발진할 수 있다. The
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 광섬유 레이저 공진기(202)는 반도체 광증폭기를 포함할 수 있다. 상기 광섬유 레이저 공진기(202)는 도핑된 광섬유 증폭기 대신에 반도체 광증폭기를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 광섬유 레이저 레이저(210)에서 상기 여기 광원은 제거될 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 1550nm, 1300nm, 850nm 대역에서 발진할 수 있다. 상기 여기 전원(미도시)은 반도체 광증폭기에 에너지를 공급할 수 있다. 상기 반도체 광증폭기는 반도체 레이저의 단면반사를 제거하여 공진 일어나지 않게 한 구조일 수 있다. 상기 반도체 광증폭기는 전류 주입에 의하여 이득을 얻을 수 있다. 상기 반도체 광증폭기의 중심 파장은 1.55um, 1.3um, 또는 850nm 대역일 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the
상기 입력 광섬유 커플러(214)는 980/1550nm, 980/1060nm WDM 광섬유 커플러일 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 일 방향으로 레이저 발진을 위한 광 고립기(216)를 포함할 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 활성물질로 어븀, 이테르븀, 혹은 어븀과 이테르븀 동시에 첨가될 수 있다. The
또는 상기 광섬유 레이저(210)는 이득영역의 확대를 위해 중심이득이 각기 다른 반도체 광섬유증폭기를 연속적으로 연결하여 사용할 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 출력 광섬유 커플러(218)를 포함할 수 있다. 상기 출력 광섬유 커플러(218)는 10 퍼센트의 출력을 외부에 제공할 수 있다.Alternatively, the
상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(224) 중에서 적어도 하나는 주파수 가변용 쿨러(thermo electric cooler:TEC) 또는 마이크로 쿨러를 포함할 수 있다. 상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(224)는 페브리 페럿(FP) 레이저일 수 있다. 상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 제1 파장과 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 제2 파장은 각각 가변될 수 있다. 상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(224)는 온도에 따라 발진 파장이 가변될 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)의 발진 파장은 상기 제1 인젝션 락킹부(222) 또 는 상기 제2 인젝션 락킹부(224)에 장착된 TEC 및/또는 마이크로 히터에 의하여 가변될 수 있다. 즉, 상기 제1 인젝션 락킹부(222) 또는 상기 제2 인젝션 락킹부(224)는 온도에 따른 주파수 가변 특성을 가질 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 상기 광섬유 레이저 공진기(202) 내의 우세한 두 모드만이 임계이득에 도달하여 이중 모드 발진 특성을 보일 수 있다. 즉, 두 모드 간의 파장 차는 테라헤르츠 파의 주파수에 해당될 수 있다. 상기 두 모드 간의 파장 차는 상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및/또는 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 구동 온도에 따라 제어될 수 있다.At least one of the first
상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(224)는 필터 및 외부 락킹 광원으로 작용할 수 있다. 상기 제1 인젝션 락킹부(224)의 출력광은 광섬유 레이저 공진기(202) 내부에 제1 서큘레이터(223)를 통하여 주입될 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 제1 파장으로 발진할 수 있다. 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 출력광은 상기 광섬유 레이저 공진기(202) 내부에 제2 서큘레이터(225)를 통하여 주입될 수 있다. 상기 광섬유 레이저(202)는 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 제2 파장으로 발진할 수 있다. 이에 따라, 상기 광섬유 레이저(210)는 상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(224)에 의해 인젝션 락킹되어 두 모드에서 발진될 수 있다. 상기 두 모드의 파장은 상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 제1 파장과 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 제2 파장과 실질적으로 일치할 수 있다.The first
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 제1 서큘레이터(223)는 상기 광섬유 레이저(210)의 ASE 또는 발진된 광을 상기 제1 인젝션 라킹부(222)에 제공할 수 있다. 상기 제1 인젝션 라킹부(222)는 상기 광섬유 레이저 공진기 내의 ASE(Amplified spontaneous emission) 광에 의해 락킹될 수 있다. 상기 제1 서큘레이터(223)는 상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 락킹된 광을 상기 광섬유 레이저(210)에 다시 제공할 수 있다. According to a modified embodiment of the present invention, the
제2 서큘레이터(225)는 상기 광섬유 레이저(202)의 ASE 또는 발진된 광을 상기 제2 인젝션 락킹부(224)에 제공할 수 있다. 상기 제2 인젝션 라킹부(224)는 상기 광섬유 레이저 공진기(202) 내의 ASE(Amplified spontaneous emission) 광에 의해 락킹될 수 있다. 상기 제2 서큘레이터(225)는 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 락킹된 제2 광을 상기 광섬유 레이저(202)에 제공할 수 있다. The
상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 제1 파장과 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 제2 파장은 서로 다를 수 있다. 상기 제1 인젝션 락킹부(222)와 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 파장의 차이는 상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 구동 온도에 기인할 수 있다.The first wavelength of the first
통상적인 DFB 레이저는 활성층 상에 회절격자를 포함할 수 있다. 상기 DFB 레이저는 0.01 Å/mA 및 0.1 Å/℃ 수준으로 파장 가변을 제공하기 어려울 수 있다. 파장 가변을 위해 반도체 레이저는 DBR( Distributed Bragg Reflector) 구조가 채택할 수 있다. 상기 DBR 구조의 반도체 레이저는 연속 주파수 발진 파장 가변형 레이저에 적용하기 어려울 수 있다. Conventional DFB lasers can include a diffraction grating on the active layer. The DFB laser can be difficult to provide wavelength variability at levels of 0.01 mA / mA and 0.1 mA / ° C. For wavelength tunability, semiconductor lasers can adopt a distributed bragg reflector (DBR) structure. The semiconductor laser of the DBR structure may be difficult to apply to a continuous frequency oscillation wavelength tunable laser.
상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(224)는 FP 레이저 일 수 있다. 상기 FP 레이저(224)는 0.8nm/℃ 수준의 매우 넓은 발진 파장 가변 특성을 가질 수 있다. 서로 다른 발진 주파수를 가지는 두 개의 상기 FP 레이저는 한 개의 상기 광섬유 레이저 공진기(202)에 인젝션 락킹법(Injection locking)을 활용하도록 제공될 수 있다.The first
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 제1 인젝션 락킹부(222) 및 제2 인젝션 제2 인젝션 락킹부(224)는 상기 광섬유 레이저(210)에 다양한 방법으로 연결될 수 있다.According to a modified embodiment of the present invention, the first
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈의 인젝션 락킹부의 발진 스펙트럼의 주모드 및 이웃모드 간 SMSR(Side-Mode Suppression Ratio)을 설명하는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a side-mode suppression ratio (SMSR) between a main mode and a neighbor mode of an oscillation spectrum of an injection locking unit of a dual mode fiber laser module according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 광섬유 레이저의 ASE에 의한 락킹이 우세한 경우, 상기 광섬유 레이저는 매우 좁은 필터를 활용하지 않는 구조로 인한 원하는 소정의 선폭의 스펙트럼 확보가 어려울 수 있다. 그러나, 인젝션 락킹부의 주모드와 이웃 모드와의 차이가 광섬유 레이저를 락킹시킴으로써, FMSMSR( FM Side-Mode Suppression Ratio)가 점차 증가할 수 있다. 이에 따라, 매우 좁은 스펙트럼에 도달하는 폐루프(Close loop)가 형성되어 안정적인 이중 모드 광섬유레이저를 제공할 수 있다. 또한, 모드간 파장차를 조절하여 광대역 테라헤르츠파 발생에 직접적으로 활용될 수 있다.Referring to FIG. 5, when locking by the ASE of the fiber laser is dominant, the fiber laser may be difficult to secure a desired line width due to a structure that does not utilize a very narrow filter. However, as the difference between the main mode and the neighbor mode of the injection locking unit locks the fiber laser, the FM side-mode suppression ratio (FM SMSR ) may gradually increase. Accordingly, a closed loop reaching a very narrow spectrum can be formed to provide a stable dual mode optical fiber laser. In addition, by adjusting the wavelength difference between the modes can be directly utilized in the generation of broadband terahertz wave.
상기 광섬유 레이저의 발진 상태는 두 개의 상기 인젝션 락킹부의 상태에 많은 영향을 받을 수 있다. 상기 인젝션 락킹부의 주입 전류가 발진 임계전류보다 낮은 상태는 마치 반도체 광증폭기 역할을 하여 광섬유레이저 모드간 이득 차를 제공할 수 있다. 또한, 상기 인젝션 락킹부의 주입전류가 발진 임계전류보다 높은 경우, 광섬유 레이저의 ASE 락킹과 FP 레이저의 광섬유레이저 락킹중 보다 영향이 우세한 것에 의해 광섬유레이저의 모드 선택성을 증가시킬 수 있다.The oscillation state of the fiber laser may be greatly influenced by the states of the two injection locking portions. When the injection current of the injection locking unit is lower than the oscillation threshold current, it may act as a semiconductor optical amplifier to provide a gain difference between the optical fiber laser modes. In addition, when the injection current of the injection locking unit is higher than the oscillation threshold current, the mode selectivity of the optical fiber laser can be increased because the influence of the ASE locking of the optical fiber laser and the optical fiber laser locking of the FP laser dominate.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈을 설명하는 도면이다. 도 4a 내지 도 4c에서 설명한 부분과 중복되는 설명은 생략한다.6 is a diagram illustrating a dual mode fiber laser module according to another embodiment of the present invention. Descriptions overlapping with those described in FIGS. 4A to 4C will be omitted.
상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 출력광은 광섬유 레이저 공진기(202) 내부에 제1 광섬유 커플러(223a)를 통하여 주입될 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 제1 파장(λ1)으로 발진할 수 있다. 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 출력광은 상기 광섬유 레이저 공진기(202) 내부에 제2 광섬유 커플러(225a)를 통하여 주입될 수 있다. 상기 광섬유 레이저(210)는 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 제2 파장(λ2)으로 발진할 수 있다. 이에 따라, 상기 광섬유 레이저(210)는 상기 제1 인젝션 락킹부(224) 및 상기 제2 인젝션 락킹부(224)에 의해 인젝션 락킹되어 두 모드의 개의 좁은 스펙트럼에서 발진될 수 있다. 상기 두 모드의 파장은 상기 제1 인젝션 락킹부(222)의 제1 파장과 상기 제2 인젝션 락킹부(224)의 제2 파장과 실질적으로 일치할 수 있다.The output light of the first
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으 나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the following claims.
도 1a 및 도 1b은 종래기술에 따른 테라헤르츠 광학 장치를 설명하는 도면이다.1A and 1B illustrate a terahertz optical device according to the prior art.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈에 사용되는 인젝션 락킹부의 특성을 설명하는 도면들이다.2A and 2B are views illustrating characteristics of an injection locking unit used in a dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈의 동작원리를 설명하는 도면이다.3 is a view for explaining the operation principle of a dual mode fiber laser module according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 r광섬유 레이저 모듈을 설명하는 도면들이다.4A to 4C are diagrams illustrating a dual mode r optical fiber laser module according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈의 인젝션 락킹부의 발진 스펙트럼의 주모드 및 이웃모드 간 SMSR(Side-Mode Suppression Ratio)을 설명하는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a side-mode suppression ratio (SMSR) between a main mode and a neighbor mode of an oscillation spectrum of an injection locking unit of a dual mode fiber laser module according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 모드 광섬유 레이저 모듈을 설명하는 도면이다. 6 is a diagram illustrating a dual mode fiber laser module according to another embodiment of the present invention.
Claims (11)
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Applications Claiming Priority (1)
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Citations (2)
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KR100204580B1 (en) * | 1996-08-21 | 1999-06-15 | 정선종 | Apparatus of mode locking fiber laser used two mode fiber laser |
JP2006179779A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Intelligent Cosmos Research Institute | Double frequency stabilization mode synchronization laser light source |
-
2009
- 2009-04-27 KR KR1020090036470A patent/KR101127153B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100204580B1 (en) * | 1996-08-21 | 1999-06-15 | 정선종 | Apparatus of mode locking fiber laser used two mode fiber laser |
JP2006179779A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Intelligent Cosmos Research Institute | Double frequency stabilization mode synchronization laser light source |
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