KR101170271B1 - Method and apparatus for generating oscillation signal of millimeter and terahertz wave band - Google Patents

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김재영
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Abstract

PURPOSE: A method for generating an oscillation signal in a millimeter and terahertz wave band and an apparatus thereof are provided to generate an oscillation signal in a terahertz wave or millimeter wave band by controlling an output signal from a first laser. CONSTITUTION: A first injection-locked unit(330) calculates a frequency difference by using a frequency of an output signal from a first laser(310) and the frequency of the output signal from a second laser(320). An optical fiber loop(340) can output a signal having a high frequency interval by passing through the output signal of the second laser. An optical amplification unit(350) amplifies an optical signal in order to obtain enough loop gain values for oscillation. A filtering unit(370) filters the signal of a desired band from the signal inputted from an optical detection unit(360). A first laser modulation unit(380) modulates the filtered signal.

Description

밀리미터 및 테라헤르쯔파 대역의 발진 신호 생성 방법 및 장치 방법{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING OSCILLATION SIGNAL OF MILLIMETER AND TERAHERTZ WAVE BAND}METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING OSCILLATION SIGNAL OF MILLIMETER AND TERAHERTZ WAVE BAND}

본 발명은 마스터 레이저(Master Laser) 및 슬레이브 레이저(Slave Laser)를 이용하여 고주파 대역의 발진 신호를 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for generating an oscillation signal of a high frequency band using a master laser and a slave laser.

주기적 정현파 신호를 발생시키는 발진 장치는 주파수를 이용하거나 특정 기준 신호를 발생시키는 장치이다. 이러한 발진 장치는 통신, 신호처리, 회로, 주파수 표준을 포함한 다양한 산업 기술에 있어서 중요하게 이용되고 있다.Oscillators that generate periodic sinusoidal signals are devices that use frequencies or generate specific reference signals. Such oscillation devices are importantly used in various industrial technologies including communication, signal processing, circuits, and frequency standards.

일반적으로, 유전체 공진 발진장치(Dielectric Resonator Oscillator), 수정 공진 발진장치(Quartz Resonator Oscillator), 및 전기 발진장치(Electronic Oscillator)가 주로 이용된다. 유전체 공진 발진장치는 마이크로파 대역의 신호를 발생시켜 셀룰러, PCS(Personal Communication Service), W-CDMA, 와이브로(Wibro), 및 갭 필터(Gap filter)에 적용된다. 수전 공진 발진장치는, MHz 이하 대역의 발진신호를 생성하며, 전기 발진장치는 전기 소자를 이용하여 GHz 이상 대역의 발진 신호를 생성한다. 이러한, 유전체 공진 발진장치, 수정 공진 발진장치, 및 전기 발진장치는 발진신호의 주파수 대역이 수 MHz~ 수 GHz이다. 이에 따라, 종래의 발진장치로는 수십 또는 수백 GHz 이상의 기준 주파수 신호를 생성하는데 한계가 있다.Generally, a dielectric resonator oscillator (Dielectric Resonator Oscillator), a quartz resonator oscillator (Quartz Resonator Oscillator), and an electronic oscillator (Electronic Oscillator) are mainly used. The dielectric resonator oscillator generates signals in the microwave band and is applied to cellular, personal communication service (PCS), W-CDMA, Wibro, and gap filters. The power receiving resonance oscillator generates an oscillation signal in a band of MHz or less, and the electric oscillator generates an oscillation signal in a band of GHz or more using an electric element. The dielectric resonance oscillation apparatus, the crystal resonance oscillation apparatus, and the electric oscillation apparatus have frequency bands of the oscillation signal of several MHz to several GHz. Accordingly, the conventional oscillator has a limit in generating reference frequency signals of tens or hundreds of GHz or more.

그런데, 시스템이 고집적화됨에 따라, 광/바이오 신호처리, 통신 시스템, 회로 시스템 등에서 요구하는 주파수 대역이 수십 GHz, 수백 GHz, 또는 THz 이상으로 증가하고 있다.However, as the system is highly integrated, frequency bands required by optical / bio signal processing, communication systems, circuit systems, and the like have increased to several tens of GHz, hundreds of GHz, or THz or more.

따라서, 수십 GHz, 수백 GHz, 또는 THz 등의 고주파 대역에서 저잡음 발진신호를 생성할 수 있는 기술이 요구된다.Accordingly, there is a need for a technology capable of generating a low noise oscillation signal in a high frequency band such as tens of GHz, hundreds of GHz, or THz.

본 발명은 수십 GHz, 수백 GHz, 또는 THz 등의 고주파 대역에서 기준신호를 저전력으로 생성할 수 있는 발진 기술을 제공한다.The present invention provides an oscillation technique capable of generating a reference signal at low power in a high frequency band such as tens of GHz, hundreds of GHz, or THz.

본 발명의 일실시예에 따른 발진 신호 생성 방법은, 제1 레이저의 출력신호의 변조에 기초하여 제1 및 제2 레이저의 비선형성을 발생시키는 단계, 및 상기 비선형성 생성에 따라 제2 레이저의 출력신호를 광섬유 루프에 적용하여 테라헤르쯔파(Terahertz wave) 또는 밀리미터파(millimeter wave) 대역의 발진 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.An oscillation signal generating method according to an embodiment of the present invention includes generating nonlinearities of the first and second lasers based on modulation of an output signal of the first laser, and generating the nonlinearity of the second laser according to the nonlinearity generation. The output signal may be applied to an optical fiber loop to generate an oscillation signal in a terahertz wave or millimeter wave band.

또한, 상기 비선형성을 발생시키는 단계는, 제1 레이저의 출력신호에 대한 주파수와 제2 레이저의 출력신호에 대한 주파수에 기초하여 주파수차이를 계산하는 단계, 제1 레이저의 출력신호에 대한 파워와 제2 레이저의 출력신호에 대한 파워에 기초하여 출력파워비율을 계산하는 단계, 및 상기 주파수차이 및 상기 출력파워비율에 기초하여 상기 제1 레이저의 출력 신호를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the nonlinearity may include calculating a frequency difference based on a frequency of an output signal of the first laser and a frequency of an output signal of the second laser, and power and power of the output signal of the first laser. Calculating an output power ratio based on the power of the output signal of the second laser; and adjusting the output signal of the first laser based on the frequency difference and the output power ratio.

또한, 상기 비선형성을 발생시키는 단계는, 상기 제1 레이저의 출력신호의 직접 변조에 기초하여 제1 레이저의 출력신호에 대한 주파수 및 파워 중 적어도 하나를 조절하여 이중모드 발진 또는 4파장혼합(Four-wave mixing)을 발생시킬 수 있다.In the generating of the nonlinearity, the dual mode oscillation or four wavelength mixing may be performed by adjusting at least one of a frequency and a power of the output signal of the first laser based on direct modulation of the output signal of the first laser. -wave mixing) can occur.

또한, 상기 발진 신호를 생성하는 단계는, 상기 제2 레이저의 출력신호를 광섬유 루프에 적용함에 따라 출력되는 광신호(Optical Signal)를 증폭하는 단계, 증폭된 광신호를 전기적 신호로 변환하는 단계, 및 전기적 신호를 대역통과 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the oscillation signal may include amplifying an optical signal output by applying the output signal of the second laser to an optical fiber loop, converting the amplified optical signal into an electrical signal, And bandpass filtering the electrical signal.

또한, 상기 필터링하는 단계는, 상기 전기적 신호를 필터링하여 낮은 위상 잡음을 갖는 테라헤르쯔파(Terahertz wave) 또는 밀리미터파(millimeter wave) 대역의 발진신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.The filtering may include filtering the electrical signal to output an oscillation signal having a terahertz wave or millimeter wave band having low phase noise.

또한, 상기 발진 신호를 생성하는 단계는, 대역통과 필터링된 신호를 변조하여 상기 광섬유 루프를 공진시킬 수 있다.The generating of the oscillation signal may resonate the optical fiber loop by modulating a bandpass filtered signal.

또한, 상기 제1 레이저는, 마스터 레이저(Master Laser)이고, 상기 제2 레이저는, 상기 마스터 레이저에 종속하는 광주입(Optically Injection) 레이저일 수 있다.The first laser may be a master laser, and the second laser may be an optically injected laser that depends on the master laser.

본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 및 제2 레이저의 출력신호에 따른 비선형성에 기초하여 제1 레이저의 출력신호를 조절하여 이중 모드를 발진 시킨 후 이를 공진 가능한 닫힌 형태의 광섬유 루프에 적용시켜 테라헤르쯔파(Terahertz wave) 또는 밀리미터파(Millimeter wave) 대역의 발진신호를 생성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, based on the nonlinearity according to the output signals of the first and second lasers, the output signal of the first laser is adjusted to oscillate the duplex mode, and then applied to the closed optical fiber loop of the resonant type. An oscillation signal in a terahertz wave or millimeter wave band can be generated.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 테라헤르쯔파 또는 밀리미터파 대역의 발진신호를 생성하는 과정을 설명하기 위해 제공되는 플로우차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발진신호 생성장치에서 제1 및 제2 레이저의 비선형성을 발생시키는 과정을 설명하기 위해 제공되는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발진신호 생성장치의 구성을 도시한 블록다이어그램이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발진신호 생성장치에서 이중모드 발진을 발생시키는 과정을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.1 is a flowchart provided to explain a process of generating an oscillating signal in a terahertz wave or millimeter wave band according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart provided to explain a process of generating nonlinearity of the first and second lasers in the oscillation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a configuration of an oscillation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view provided to explain a process of generating a dual-mode oscillation in the oscillation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공기 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.However, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related air technology or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be abbreviated or omitted.

본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of a user, an operator, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification.

이하에서 설명하는 제1 레이저는 광주입 반도체 레이저의 마스터 레이저(Master Laser)이고, 제2 레이저는 광주입 반도체 레이저의 슬레이브 레이저(Slave Laser)이다. The first laser described below is a master laser of a light-emitting semiconductor laser, and the second laser is a slave laser of a light-emitting semiconductor laser.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발진신호 생성장치에서 테라헤르쯔파 또는 밀리미터파 대역의 발진신호를 생성하는 과정을 설명하기 위해 제공되는 플로우차트이다.1 is a flowchart provided to explain a process of generating an oscillation signal of a terahertz wave or millimeter wave band in an oscillation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 따르면, 110단계에서, 발진신호 생성장치는 제1 레이저의 직접 변조(Directly Modulation)에 기초하여 제1 및 제2 레이저의 비선형성을 발생시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, in operation 110, the oscillation signal generating apparatus may generate non-linearity of the first and second lasers based on direct modulation of the first laser.

일례로, 발진신호 생성장치는, 제1 및 제2 레이저 각각의 출력신호에 대한 파워, 그리고, 제1 및 제2 레이저 각각의 출력신호에 대한 주파수를 이용하여 제1 레이저의 출력신호를 조절함에 따라 비선형성을 발생시킬 수 있다. 여기서, 비선형성은, 광주입 파장 잠금, 이중모드 발진, 4파장혼합(four-wave mixing), 및 펄세이션(pulsation) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.For example, the oscillation signal generating apparatus adjusts an output signal of the first laser by using power of an output signal of each of the first and second lasers, and a frequency of an output signal of each of the first and second lasers. Therefore, nonlinearity may occur. Here, the nonlinearity may include at least one of photo-input wavelength lock, dual mode oscillation, four-wave mixing, and pulsation.

이어, 120 단계에서, 발진신호 생성장치는, 비선형성이 발생함에 따라 제2 레이저의 출력신호를 충분한 이득값을 가진 닫힌 형태의 광섬유 루프에 적용하여 테라헤르쯔파(Terahertz wave) 또는 밀리미터파(Millimeter wave) 대역의 발진신호를 생성할 수 있다.Subsequently, in step 120, as the nonlinearity occurs, the oscillation signal generating apparatus applies the output signal of the second laser to a closed optical fiber loop having a sufficient gain value, thereby terahertz wave or millimeter wave. wave) can generate an oscillating signal.

일례로, 이중모드 발진현상이 발생한 경우, 발진신호 생성장치는, 제2 레이저의 출력신호를 광섬유 루프(Optical Fiber Loop)에 통과시킬 수 있다. 그러면, 발진신호 생성장치는 광섬유 루프를 통과한 신호로부터 광신호를 검출할 수 있다. 이어, 발진신호 생성장치는 광신호를 전기적 신호로 변환하고, 전기적 신호를 증폭 및 필터링하여 테라헤르쯔파(Terahertz wave) 또는 밀리미터파(Millimeter wave) 대역의 발진신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 발진신호 생성 장치는, RF 필터링을 통해 낮은 위상잡음을 갖는 60GHz 이상 300GHz 이하의 발진신호를 생성할 수 있다.For example, when a dual mode oscillation phenomenon occurs, the oscillation signal generator may pass the output signal of the second laser to the optical fiber loop. Then, the oscillation signal generator may detect the optical signal from the signal passing through the optical fiber loop. Subsequently, the oscillation signal generator may convert an optical signal into an electrical signal, and amplify and filter the electrical signal to generate an oscillation signal of a terahertz wave or millimeter wave band. For example, the oscillation signal generating apparatus may generate an oscillation signal of 60 GHz or more and 300 GHz or less having low phase noise through RF filtering.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 발진신호 생성장치에서 제1 및 제2 레이저의 비선형성을 발생시키는 과정을 설명하기 위해 제공되는 플로우차트이다.2 is a flowchart provided to explain a process of generating nonlinearity of the first and second lasers in the oscillation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2에 따르면, 210 단계에서, 발진신호 생성장치는, 제1 레이저의 출력신호에 대한 주파수와 제2 레이저의 출력신호에 대한 주파수를 이용하여 주파수차이를 계산할 수 있다. 예를 들어, 발진신호 생성장치는 아래의 수학식 1을 이용하여 주파수차이를 계산할 수 있다.Referring to FIG. 2, in operation 210, the oscillation signal generator may calculate a frequency difference using a frequency of an output signal of a first laser and a frequency of an output signal of a second laser. For example, the oscillation signal generator may calculate the frequency difference using Equation 1 below.

Figure 112011021339903-pat00001
Figure 112011021339903-pat00001

수학식 1에서, △f는 주파수차이, f1은 제1 레이저의 출력신호에 대한 주파수, f2은 제2 레이저의 출력신호에 대한 주파수이다.In Equation 1, Δf is a frequency difference, f 1 is a frequency for the output signal of the first laser, f 2 is a frequency for the output signal of the second laser.

수학식 1에 따르면, 발진신호 생성장치는, 제1 레이저의 출력신호에 대한 주파수와 2 레이저의 출력신호에 대한 주파수의 차로써 주파수차이를 계산할 수 있다.According to Equation 1, the oscillation signal generator may calculate the frequency difference as a difference between the frequency of the output signal of the first laser and the frequency of the output signal of the second laser.

이때, 발진신호 생성장치는 제1 레이저의 출력신호에 대한 파장 및 제2 레이저의 출력신호에 대한 파장의 차를 통해 파장차이를 계산할 수도 있다. In this case, the oscillation signal generator may calculate the wavelength difference based on the difference between the wavelength of the output signal of the first laser and the wavelength of the output signal of the second laser.

이어, 220 단계에서, 발진신호 생성장치는, 제1 레이저의 출력신호에 대한 파워와 제2 레이저의 출력신호에 대한 파워를 이용하여 출력파워비율을 계산할 수 있다. 예를 들어, 발진신호 생성장치는 아래의 수학식 2를 이용하여 출력파워비율을 계산할 수 있다.In operation 220, the oscillation signal generating apparatus may calculate an output power ratio by using the power of the output signal of the first laser and the power of the output signal of the second laser. For example, the oscillation signal generator may calculate the output power ratio using Equation 2 below.

Figure 112011021339903-pat00002
Figure 112011021339903-pat00002

수학식 2에서, R는 출력파워비율, P1은 제1 레이저의 출력신호에 대한 파워, P2는 제2 레이저의 출력신호에 대한 파워이다.In Equation 2, R is the output power ratio, P1 is the power for the output signal of the first laser, P2 is the power for the output signal of the second laser.

수학식 2에 따르면, 발진신호 생성장치는 제1 레이저의 출력신호에 대한 파워를 제2 레이저의 출력신호에 대한 파워로 나눔으로써 출력파워비율, 즉, 주입비율(Injection Ratio)을 계산할 수 있다.According to Equation 2, the apparatus for generating an oscillation signal may calculate an output power ratio, that is, an injection ratio, by dividing the power for the output signal of the first laser by the power for the output signal of the second laser.

그리고, 230단계에서, 발진신호 생성장치는, 주파수차이 및 출력파워비율에 기초하여 제1 레이저의 출력신호를 조절하여 비선형성을 발생시킬 수 있다.In operation 230, the oscillation signal generating apparatus may generate nonlinearity by adjusting the output signal of the first laser based on the frequency difference and the output power ratio.

일례로, 발진신호 생성장치는, 이중모드 발진 또는 4파장혼합이 발생할 때까지 제1 레이저의 출력신호에 대한 주파수 및 제1 레이저의 출력신호에 대한 파워 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 상세하게는, 마스터 레이저와 슬레이브 레이저 간의 출력파워비율 R이 증가할수록 이중모드 간의 발진 주파수 차이가 커질 수 있다. 이에 따라, 높은 기준 주파수를 발진시키려 하는 경우, 마스터 레이저에서 슬레이브 레이저로 매우 강한 세기의 광출력을 주입하고, 이와 동시에 두 레이저의 파장 차이를 조절함으로써 특정 대역 내에서 발진 신호의 가변성(tunability)을 얻을 수 있다.For example, the oscillation signal generator may adjust at least one of a frequency for the output signal of the first laser and a power for the output signal of the first laser until a dual mode oscillation or four wavelength mixing occurs. In detail, as the output power ratio R between the master laser and the slave laser increases, the oscillation frequency difference between the duplex modes may increase. Accordingly, in order to oscillate a high reference frequency, a very strong intensity light output is injected from the master laser to the slave laser, and at the same time, the tunability of the oscillation signal is adjusted within a specific band by adjusting the wavelength difference between the two lasers. You can get it.

그러면, 이중모드 발진 또는 4파장혼합이 발생한 경우, 발진신호 생성장치는, 제2 레이저의 출력신호를 광섬유 루프(Optical fiber loop)에 적용할 수 있다. 이때, 광섬유 루프를 통과한 신호는 테라헤르쯔파 또는 밀리미터파 대역 등의 높은 주파수 간격을 가질 수 있다. 발진신호 생성장치는, 광섬유 루프를 통과한 신호를 광증폭기를 이용하여 증폭한 후 광신호를 검출하여 전기적 신호로 변환할 수 있다. 그리고, 발진신호 생성장치는 전기적 신호를 발진신호 대역의 대역 통과 필터를 통해 필터링한 후, 다시 제 1 레이저를 변조함으로써 광섬유 루프를 공진할 수 있다. 이때, 발진신호 생성장치는, 닫힌 광섬유 루프에서 필터링부를 통과한 신호를 추출함으로써, 낮은 위상 잡음을 가진 테라헤르쯔파 또는 밀리미터파 대역의 발진신호를 생성할 수 있다. Then, when the dual mode oscillation or the four wavelength mixing occurs, the oscillation signal generator may apply the output signal of the second laser to the optical fiber loop. At this time, the signal passing through the optical fiber loop may have a high frequency interval, such as terahertz wave or millimeter wave band. The oscillation signal generating apparatus may amplify a signal passing through the optical fiber loop using an optical amplifier, detect an optical signal, and convert the signal into an electrical signal. The oscillation signal generator may resonate the optical fiber loop by filtering the electrical signal through the band pass filter of the oscillation signal band and then modulating the first laser. In this case, the oscillation signal generator may generate a terahertz wave or millimeter wave oscillation signal having a low phase noise by extracting a signal passing through the filtering unit from the closed optical fiber loop.

한편, 비선형성이 발생한 경우, 제2 레이저의 출력신호에 대한 광학적 주파수 성분의 세기가 매우 강하기 때문에, 발진신호 생성장치는, 낮은 증폭이득으로도 루프를 발진시킬 수 있다. 이에 따라, 발진신호 생성장치는 전력소모를 약 30dB이상 감소시킬 수 있다.On the other hand, when non-linearity occurs, since the intensity of the optical frequency component with respect to the output signal of the second laser is very strong, the oscillation signal generator can oscillate the loop with low amplification gain. Accordingly, the oscillation signal generator can reduce power consumption by about 30 dB or more.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 발진신호 생성장치의 구성을 도시한 블록다이어그램이다.3 is a block diagram showing a configuration of an oscillation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3에 따르면, 발진신호 생성장치(300)는 제1 레이저(310), 제2 레이저(320), 광주입부(330), 광섬유 루프(340), 광증폭부(350), 광검출부(360), 필터링부(370), 및 제1 레이저 변조부(380)를 포함할 수 있다.According to FIG. 3, the oscillation signal generating apparatus 300 includes a first laser 310, a second laser 320, a photonic light incident part 330, an optical fiber loop 340, an optical amplifier 350, and a light detector 360. ), A filtering unit 370, and a first laser modulator 380.

먼저, 제1 광주입부(Injection-Locked Unit: 330)는 제1 레이저(310)의 출력신호에 대한 주파수 및 제2 레이저(320)의 출력신호에 대한 주파수를 이용하여 주파수차이를 계산할 수 있다. 이때, 제1 레이저(310)에서 출력되는 신호는 제2 레이저(320)로 주입될 수 있다. 그리고, 제1 광주입부(330)는 제1 레이저(310)의 출력신호에 대한 파워 및 제2 레이저(320)의 출력신호에 대한 파워를 이용하여 출력파워비율을 계산할 수 있다. 예를 들어, 제1 광주입부(330)는 위의 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 주파수차이 및 출력파워비율을 각각 계산할 수 있다. First, the first injection-locked unit 330 may calculate a frequency difference using a frequency of the output signal of the first laser 310 and a frequency of the output signal of the second laser 320. In this case, the signal output from the first laser 310 may be injected into the second laser 320. In addition, the first gwangju entrance unit 330 may calculate the output power ratio by using the power of the output signal of the first laser 310 and the power of the output signal of the second laser 320. For example, the first Gwangju entrance unit 330 may calculate the frequency difference and the output power ratio by using Equations 1 and 2, respectively.

이때, 제1 및 제2 레이저 각각에서 출력되는 신호의 파장을 이용하는 경우, 제1 광주입부(330)는 파장차이를 계산할 수 있다. 여기서, 제1 레이저(310)는 TLS(Tunable Laser Source) 및 MZM(Mach-Zehnder Modulator), 혹은 DFB LD(Distributed Feedback Laser Diode)로 구성될 수 있으며, 제2 레이저(320)는 DFB LD(Distributed Feedback Laser Diode)로 구성될 수 있다.In this case, when the wavelength of the signal output from each of the first and second lasers is used, the first light incident part 330 may calculate the wavelength difference. Here, the first laser 310 may be composed of a tunable laser source (TLS) and a machine-machined modulator (MZM), or a distributed feedback laser diode (DFB LD), and the second laser 320 may be a DFB LD. Feedback Laser Diode).

그러면, 제1 및 제2 레이저의 비선형성은 주파수차이 및 출력파워비율에 기초하여 제1 레이저의 출력신호에 대한 파워 및 주파수 중 적어도 하나를 조절함에 따라 발생할 수 있다. 이때, 파장차이가 이용되는 경우, 제1 및 제2 레이저의 비선형성은 제1 레이저의 출력신호에 대한 파워 및 파장 중 적어도 하나를 조절함에 따라 발생할 수 있다. 여기서, 비선형성은 광주입 파장 잠금, 이중모드 발진, 4파장혼합(four-wave mixing), 및 펄세이션(pulsation) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Then, nonlinearity of the first and second lasers may occur by adjusting at least one of power and frequency for the output signal of the first laser based on the frequency difference and the output power ratio. In this case, when the wavelength difference is used, nonlinearity of the first and second lasers may occur by adjusting at least one of power and wavelength of the output signal of the first laser. Here, the nonlinearity may include at least one of photo-input wavelength lock, bimodal oscillation, four-wave mixing, and pulsation.

일례로, 이중모드 발진 또는 4파장혼합이 발생한 경우, 광섬유 루프(340)는 제2 레이저(320)의 출력신호를 통과시켜 높은 주파수 간격의 주파수 성분을 갖는 신호를 출력할 수 있다. 다시 말해, 광섬유 루프(340)는 제2 레이저(320)의 출력신호를 입력받아 수십 GHz ~ 수백 GHz의 주파수 성분을 갖는 신호를 출력할 수 있다.For example, when dual mode oscillation or 4 wavelength mixing occurs, the optical fiber loop 340 may pass a signal output from the second laser 320 to output a signal having a frequency component of a high frequency interval. In other words, the optical fiber loop 340 may receive an output signal of the second laser 320 and output a signal having a frequency component of several tens of GHz to several hundred GHz.

광증폭부(350)는 발진을 위한 충분한 루프 이득 값을 얻기 위해 광신호를 증폭한다. 예를 들어, 광증폭부(350)로는 EDFA(Erbium-Doped Fiver Amplifier)가 이용될 수 있다.The optical amplifier 350 amplifies the optical signal to obtain a sufficient loop gain value for oscillation. For example, the optical amplifier 350 may be an Erbium-Doped Fiver Amplifier (EDFA).

그러면, 광검출부(photo detector: 360)는 광증폭부(350)에서 출력되는 신호에서 전기적 신호를 검출할 수 있다. 이때, 검출된 전기적 신호는 밀리미터파 및 테라헤르쯔파 대역의 발진 신호일 수 있다. 이러한, 발진 신호는 위상 잡음이 높은 신호이므로 전체 광루프 시스템을 닫힌 형태로 구성하여 공진할 수 있게 구현하여 낮은 위상 잡음을 가진 신호를 생성할 수 있어야 한다. 이에 따라, 필터링부(370)는 광검출부(360)로부터 입력되는 신호에서 원하는 대역의 신호를 필터링한 후, 필터링된 신호를 제1 레이저 변조부(380)로 전달할 수 있다. 그러면, 제1 레이저 변조부(380)는 필터링된 신호를 변조하여 전체 시스템을 공진 가능한 구조로 만들 수 있다. 다시 말해, 제1 레이저 변조부(380)는 필터링된 신호를 변조하여 광섬유 루프(340)를 공진시킬 수 있다. 이때, 필터링부(370)로는 대역통과필터(BPF)가 이용될 수 있다.Then, the photo detector 360 may detect an electrical signal from the signal output from the optical amplifier 350. In this case, the detected electrical signal may be an oscillation signal of millimeter wave and terahertz wave band. Since the oscillation signal is a high phase noise signal, the entire optical loop system must be configured in a closed form to be able to resonate to generate a signal having low phase noise. Accordingly, the filtering unit 370 may filter a signal having a desired band from the signal input from the light detector 360, and then transfer the filtered signal to the first laser modulator 380. Then, the first laser modulator 380 may modulate the filtered signal to make the entire system resonant. In other words, the first laser modulator 380 may resonate the optical fiber loop 340 by modulating the filtered signal. In this case, a band pass filter (BPF) may be used as the filtering unit 370.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발진신호 생성장치에서 이중모드 발진을 발생시키는 과정을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.4 is a view provided to explain a process of generating a dual-mode oscillation in the oscillation signal generating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4에 따르면, 이중모드 발진이 발생한 경우, 제1 레이저의 출력신호에 대한 제1 스펙트럼(410)은 하나가 존재하고, 공진모드(Cavity Mode)에서 다른 하나의 제2 스펙트럼(420)이 존재할 수 있다. 여기서, 제2 스펙트럼(420)은 제2 레이저 주변에 존재하는 공진모드(Cavity)에서 나타나는 스펙트럼을 의미한다.According to FIG. 4, when the dual mode oscillation occurs, there is one first spectrum 410 for the output signal of the first laser and another second spectrum 420 in the cavity mode. Can be. Here, the second spectrum 420 refers to a spectrum appearing in the resonance mode around the second laser.

이때, 발진신호 생성장치는 제1 스펙트럼(410)과 제2 스펙트럼(420)의 파장차이 또는 주파수차이 f0(=?f, 430)에서 광신호를 검출할 수 있다. 그러면, 발진신호 생성장치는 주파수차이에 기초하여 광주입 세기를 조절함에 따라 고성능 밀리미터파 또는 테라헤르쯔파 대역의 발진신호를 생성할 수 있다.In this case, the oscillation signal generator may detect an optical signal in a wavelength difference or a frequency difference f0 (=? F, 430) between the first spectrum 410 and the second spectrum 420. Then, the oscillation signal generator may generate an oscillation signal having a high performance millimeter wave or terahertz wave band by adjusting the intensity of light incident based on the frequency difference.

본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. The methods according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

300: 발진신호 생성장치
310: 제1 레이저
320: 제2 레이저
330: 광주입부
340: 광섬유 루프
350: 광검출부
360: 광증폭부
370: 필터링부
380: 제1 레이저 변조부300: oscillation signal generator
310: first laser
320: second laser
330: Enter Gwangju
340: fiber loop
350: photodetector
360: optical amplifier
370: filtering unit
380: first laser modulator

Claims (7)

제1 레이저의 출력신호의 변조에 기초하여 제1 및 제2 레이저의 비선형성을 발생시키는 단계; 및
상기 비선형성 생성에 따라 제2 레이저의 출력신호를 광섬유 루프에 적용하여 테라헤르쯔파(Terahertz wave) 또는 밀리미터파(millimeter wave) 대역의 발진 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 발진 신호 생성 방법.Generating nonlinearity of the first and second lasers based on modulation of the output signal of the first laser; And
Generating an oscillation signal in a terahertz wave or millimeter wave band by applying an output signal of a second laser to an optical fiber loop according to the nonlinearity generation
Oscillation signal generation method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 비선형성을 발생시키는 단계는,
제1 레이저의 출력신호에 대한 주파수와 제2 레이저의 출력신호에 대한 주파수에 기초하여 주파수차이를 계산하는 단계;
제1 레이저의 출력신호에 대한 파워와 제2 레이저의 출력신호에 대한 파워에 기초하여 출력파워비율을 계산하는 단계; 및
상기 주파수차이 및 상기 출력파워비율에 기초하여 상기 제1 레이저의 출력 신호를 조절하는 단계
를 포함하는 발진 신호 생성 방법.The method of claim 1,
Generating the nonlinearity,
Calculating a frequency difference based on a frequency of the output signal of the first laser and a frequency of the output signal of the second laser;
Calculating an output power ratio based on power of an output signal of the first laser and power of an output signal of the second laser; And
Adjusting an output signal of the first laser based on the frequency difference and the output power ratio
Oscillation signal generation method comprising a. 제1항에 있어서,
상기 비선형성을 발생시키는 단계는,
상기 제1 레이저의 출력신호의 변조에 기초하여 제1 레이저의 출력신호에 대한 주파수 및 파워 중 적어도 하나를 조절하여 이중모드 발진 또는 4파장혼합(Four-wave mixing)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 발진 신호 생성 방법.The method of claim 1,
Generating the nonlinearity,
Oscillation, characterized in that for generating dual-mode oscillation or four-wave mixing by adjusting at least one of frequency and power for the output signal of the first laser based on modulation of the output signal of the first laser Signal generation method. 제1항에 있어서,
상기 발진 신호를 생성하는 단계는,
상기 제2 레이저의 출력신호를 광섬유 루프에 적용함에 따라 출력되는 광신호(Optical Signal)를 증폭하는 단계;
증폭된 광신호를 전기적 신호로 변환하는 단계; 및
상기 전기적 신호를 대역통과 필터링하는 단계
를 포함하는 발진 신호 생성 방법.The method of claim 1,
Generating the oscillation signal,
Amplifying an optical signal output by applying the output signal of the second laser to an optical fiber loop;
Converting the amplified optical signal into an electrical signal; And
Bandpass filtering the electrical signal
Oscillation signal generation method comprising a. 제4항에 있어서,
상기 필터링하는 단계는,
상기 전기적 신호를 필터링하여 낮은 위상 잡음을 갖는 테라헤르쯔파(Terahertz wave) 또는 밀리미터파(millimeter wave) 대역의 발진신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 발진 신호 생성 방법.The method of claim 4, wherein
The filtering step,
And generating a terahertz wave or millimeter wave oscillation signal having low phase noise by filtering the electrical signal. 제4항에 있어서,
상기 발진 신호를 생성하는 단계는,
대역통과 필터링된 신호를 변조하여 상기 광섬유 루프를 공진시키는 단계
를 더 포함하는 발진 신호 생성 방법.The method of claim 4, wherein
Generating the oscillation signal,
Resonating the optical fiber loop by modulating a bandpass filtered signal
An oscillation signal generation method further comprising. 제1항에 있어서,
상기 제1 레이저는, 마스터 레이저(Master Laser)이고,
상기 제2 레이저는, 상기 마스터 레이저에 종속하는 광주입(Optically Injection) 레이저인 것을 특징으로 하는 발진 신호 생성 방법.The method of claim 1,
The first laser is a master laser (Master Laser),
The second laser is an oscillation signal generation method characterized in that the optically injected (Optically Injection) laser that is dependent on the master laser.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429452A (en) * 2019-07-25 2019-11-08 东南大学 A kind of bicyclic wideband adjustable optical-electronic oscillator
CN114567384A (en) * 2022-02-17 2022-05-31 上海交通大学 Universal silicon-based photonic millimeter wave/terahertz chip and transmission system and method thereof
US11799553B2 (en) 2021-03-17 2023-10-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method of generating terahertz signal using directly-modulated laser

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080152360A1 (en) 2006-06-27 2008-06-26 The Regents Of The University Of California Ultrafast chirped optical waveform recording using referenced heterodyning and a time mircoscope

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080152360A1 (en) 2006-06-27 2008-06-26 The Regents Of The University Of California Ultrafast chirped optical waveform recording using referenced heterodyning and a time mircoscope

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429452A (en) * 2019-07-25 2019-11-08 东南大学 A kind of bicyclic wideband adjustable optical-electronic oscillator
US11799553B2 (en) 2021-03-17 2023-10-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method of generating terahertz signal using directly-modulated laser
CN114567384A (en) * 2022-02-17 2022-05-31 上海交通大学 Universal silicon-based photonic millimeter wave/terahertz chip and transmission system and method thereof
CN114567384B (en) * 2022-02-17 2023-06-27 上海交通大学 Universal silicon-based photon millimeter wave/terahertz chip and transmission system and method thereof

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