KR102327284B1 - 고속 주파수 훑음 광원 장치 - Google Patents

고속 주파수 훑음 광원 장치 Download PDF

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Abstract

다수의 주파수 성분으로 구성된 펄스 형태의 광신호를 주파수 성분별로 차등 지연시킴으로써 출력단에서는 상기 펄스의 주기마다 다수의 주파수 성분이 순차적으로 출력되도록 구성되어, GHz 수준의 반복율로 고속 구동이 가능하면서도 작동상의 안정성과 신뢰성이 높은 주파수 훑음 광원 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 주파수 훑음 광원 장치는, 다수의 주파수 성분으로 이루어진 광빗살을 구성하며 주기적으로 반복되는 짧은 펄스 파형의 광신호를 제공하는 모드락킹 레이저; 상기 모드락킹 레이저의 광신호를 소정의 동작 주파수 대역으로 한정한 제1 광신호를 통과시키는 밴드패스 필터; 및 상기 제1 광신호를 주파수가 서로 다른 다수 채널의 서브 광신호로 역다중화(DEMUX)하고, 상기 다수 채널의 서브 광신호를 채널별로 차등 지연시켜 다시 다중화(MUX)한 제2 광신호를 제공하는 시간지연 제어부; 를 포함하고, 상기 시간지연 제어부는 박막필름형 역다중/다중화부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

고속 주파수 훑음 광원 장치{High-speed frequency swept source}
본 발명은 주파수 훑음 광원 장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는, 광 신호를 주파수 성분에 따라 차등 지연시켜 다수의 주파수 성분을 순차적으로 출력하는 동작을 주기적으로 반복하는 주파수 훑음 광원 장치에 관한 것이다.
주파수 훑음 광원(FSS, frequency swept source)은 의료용 3차원 광간섭 단층촬영기(OCT, optical coherent tomography), 산업공정 감시 및 진단용 자동 광검침기(AOI, automatic optical inspection), 반도체 및 고분자 물질 분석 분광기, 환경가스 감시 장치, 광통신용 시스템 등의 핵심으로 활용되는 광원이다.
최근 주파수 훑음 광원을 이용한 OCT 시스템 (SS-OCT, swept source OCT)에서는 실시간 고화질 측정영상 구현을 위해서 높은 훑음 반복율을 갖는 광원을 필요로 하며, 예를 들어, 3 차원 측정 영상 (full 3D: 500×500×500 픽셀)에 대해 0.2 초 이하의 이미지 속도를 얻기 위해서는 수 MHz의 반복율을 요구한다.
일반적으로 주파수 훑음 광원은 단일모드 레이저 (single-mode laser) 동작을 위해서 주파수 선택 필터(frequency selective filter)가 포함된 공동(cavity)을 구성하여 발진(lasing)시키고, 주파수 훑음을 위해 상기 필터를 시간적으로 가변(tuning) 혹은 변조(modulation) 시킴으로써 동작하게 된다. 상기 광원은 구현하는 형태에 따라 벌크 옵틱스, 광섬유, 반도체 집적구조 기반에서 구현이 가능하며, 과거에는 각 구현 형태별로 가격, 부피, 성능에 있어서, 장단점이 뚜렷했었기 때문에 적용 분야별로 형태가 제한적이었지만, 최근 기능적 구성이 세분화되거나 병합되고, 구현기술의 발달과 성능개선으로 인해 각 형태별 단점들이 지속적으로 개선되어 적용분야가 중첩되어 가는 추세이다.
고속 주파수 훑음 광원을 구현하는 데에 있어서 제약요인으로는, 벌크 옵틱스 기반 구성의 경우 주파수 선택 필터의 낮은 변조속도와 기계적 진동문제를 들 수있고, 광섬유 기반 구성의 경우 긴 공진기 길이로 인한 선폭 확대의 문제를, 그리고 반도체 집적 기반 구성의 경우는 주파수 훑음시 모드 호핑 및 주파수 불안정성의 문제를 수 있다. 이러한 문제들로 인해 현재 구현 형태에 상관없이 수백 KHz 정도의 훑음 반복율로 상용화 되어 있는 실정이다.
앞서 언급된 기존의 주파수 훑음 방식의 광원은 단위시간에 특정 주파수의 발진 광을 하나씩 생성시키며 발진 주파수를 가변시키는 방식으로 작동된다. 이러한 방식은 원론적으로 하나의 주파수에서 다른 주파수로 천이될 때 공진기 내에서 발진 광이 안정화 되는데에 시간이 소요되며, 안정화 시간보다 빠르게 훑을 경우, 광출력 감소, 선폭증가, 모드 호핑등과 같은 문제들이 발생하기 쉽다.
본 발명은 다수의 주파수 성분으로 구성된 펄스 형태의 광신호를 주파수 성분별로 차등 지연시킴으로써 출력단에서는 상기 펄스의 주기마다 다수의 주파수 성분이 순차적으로 출력되도록 구성되어, GHz 수준의 반복율로 고속 구동이 가능하면서도 작동상의 안정성과 신뢰성이 높은 주파수 훑음 광원 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명에 따른 주파수 훑음 광원 장치는, 다수의 주파수 성분으로 이루어진 광빗살을 구성하며 주기적으로 반복되는 짧은 펄스 파형의 광신호를 제공하는 모드락킹 레이저; 상기 모드락킹 레이저의 광신호를 소정의 동작 주파수 대역으로 한정한 제1 광신호를 통과시키는 밴드패스 필터; 및 상기 제1 광신호를 주파수가 서로 다른 다수 채널의 서브 광신호로 역다중화(DEMUX)하고, 상기 다수 채널의 서브 광신호를 채널별로 차등 지연시켜 다시 다중화(MUX)한 제2 광신호를 제공하는 시간지연 제어부; 를 포함하고, 상기 시간지연 제어부는, 상기 제1 및 제2 광신호가 입/출사되고 광학적으로 투명한 기판과, 상기 기판의 일면에 상기 다수 채널에 각각 대응되게 배치되어 각 채널의 서브 광신호가 출/입사되는 다수의 박막 협대역 필터를 갖는 박막필름형 역다중/다중화부; 상기 채널별로 서로 다른 길이의 광경로를 제공하는 채널 경로 지연부; 상기 채널별로 서로 다른 길이의 광경로를 제공하며 인가된 전압에 따라 굴절율이 변하도록 구성된 굴절율 제어부; 및 상기 채널 경로 지연부 및 상기 굴절율 제어부를 통과한 상기 다수 채널의 서브 광신호를 반사시켜 각각 지나온 광경로를 다시 통과하여 상기 역다중/다중화부로 회귀시키는 리플렉터; 를 포함하여 구성된다.
상기 주파수 훑음 광원 장치에서 상기 다수의 박막 협대역 필터는 출/입사되는 서브 광신호의 주파수가 점차 증가 또는 감소하는 순서로, 상기 기판을 통과하는 광신호 레이의 광경로를 따라 순차적으로 배치되고, 상기 채널 경로 지연부는 채널 순번이 증가할수록 점차 더 긴 광경로를 통과하도록 배치된 프리즘 형상의 도광체이고, 상기 굴절율 제어부는 채널 순번이 증가할수록 점차 더 짧은 광경로를 통과하도록 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 채널 경로 지연부는 상기 다수 채널 각각의 서브 광신호가 입/출사되는 다수의 입/출사면이 서브 광신호의 레이 진행 방향에 수직을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 채널 경로 지연부는 서로 평행한 상기 다수의 입/출사면을 가지는 계단형 프리즘 형상의 도광체로 이루어질 수 있다.
또한, 이때 상기 굴절율 제어부도 상기 다수 채널 각각의 서브 광신호가 입/출사되는 다수의 입/출사면이 서브 광신호의 레이 진행 방향에 수직을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 굴절율 제어부는 서로 평행한 상기 다수의 입/출사면을 가지는 계단형 프리즘 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 주파수 훑음 광원 장치에서 상기 다수의 박막 협대역 필터는 출/입사되는 서브 광신호의 주파수가 점차 증가 또는 감소하는 순서로, 상기 기판을 통과하는 광신호 레이의 광경로를 따라 순차적으로 배치되고, 상기 채널 경로 지연부는 상기 박막필터형 역다중/다중화부의 상기 기판과 일체로 형성될 수도 있다.
상기 주파수 훑음 광원 장치는 상기 밴드패스 필터와 상기 시간지연 제어부 사이에 배치되어, 상기 제1 광신호를 상기 시간지연 제어부에 전달하고, 상기 시간지연 제어부에서 출력된 제2 광신호를 출력단에 전달하는, 서큘레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 주파수 훑음 광원 장치에 있어서, 상기 제1 광신호는 N개의 주파수 성분을 포함하고, 상기 시간지연 제어부는 상기 제1 광신호를 M개의 채널로 분리하여 채널별로 차등 지연시키며, N=n*M (n은 자연수)의 관계를 만족하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 한 측면에 따른 주파수 훑음 광원 장치는, 상기 제2 광신호의 시간지연 폭을 검출하고, 검출된 값과 미리 설정된 목표 값의 관계에 따라 상기 굴절율 제어부에 인가되는 전압을 조절하는, 피드백 제어부를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 주파수 성분으로 이루어진 펄스 형태의 광신호를 발생시키는 모드락킹 레이저(MLL, Mode-lock laser)를 이용하고, 상기 광신호를 주파수 성분별로 차등 지연시킴으로써 출력단에서는 상기 펄스의 주기마다 다수의 주파수 성분이 순차적으로 출력되도록 구성되어, 종래보다 1000배 높은 GHz 수준의 반복율로 고속 구동이 가능하면서도 작동상의 안정성과 신뢰성이 높은 주파수 훑음 광원 장치를 제공할 수 있다. 모드락킹 레이저(MLL, Mode-lock laser)를 이용하므로 저선폭, 저잡음 특성을 보이고, 시간지연 제어를 위해 어떤 물리적 변위도 발생시키지 않으므로 우수한 기계적 안정성과 내구성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 모드락킹 레이저에서 발진된 광신호를 역다중화/다중화(DEMUX/MUX) 하는 요소 및 시간지연 요소의 제조상 오차를 극복하고 출력되는 광신호의 시간지연을 쉽고 효과적으로 제어할 수 있어, 주파수 훑음 광원 장치의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 주파수 훑음 광원의 구성을 개략적으로 보인다.
도 2는 모드락킹 레이저에서 발진된 광신호를 (a)타임 도메인 및 (b)주파수 도메인에 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 훑음 광원으로부터 출력되는 광신호를 타임 도메인에 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 훑음 광원에서 시간지연 제어부의 개념적 구성을 보인다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 훑음 광원에서 시간지연 제어부의 구성을 보인다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 훑음 광원에서 시간지연 제어부의 구성을 보인다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 훑음 광원에서 시간지연 제어부 일부의 구성을 보인다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 본 발명의 기술적 구성이 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 주파수 훑음 광원의 구성을 개략적으로 보인다.
본 발명에 따른 주파수 훑음 광원(100)은 모드락킹 레이저(MLL, Mode-lock laser)(10)와 밴드패스 필터(BPF, Band pass filter)(20), 서큘레이터(CC, Circulator)(30), 및 시간지연 제어부(TDC, Time delay controller)(40)를 포함하여 구성된다.
상기 모드락킹 레이저(10)는 시간적 관점에서는 주기적으로 반복되는 짧은 펄스(short-pulse) 파형을 나타내고 주파수 관점에서는 다수의 주파수 성분으로 이루어진 광빗살(Optical frequency comb)을 형성하는 광신호를 제공한다. 상기 밴드패스 필터(20)는 상기 광신호를 소정의 동작 주파수 대역으로 한정하여 통과시킨다. 상기 서큘레이터(30)는 상기 밴드패스 필터(20)를 거친 제1 광신호를 시간지연 요소인 상기 지연 제어부(40)의 입출력 포트(Port A)에 입력시키고, 상기 지연 제어부(40)를 거쳐 다시 상기 입출력 포트(Port A)로 출력된 제2 광신호를 주파수 훑음 광원(100)의 출력단(Output)으로 전달한다.
상기 시간지연 제어부(40)는 상기 제1 광신호를 서로 주파수가 다른 다수의 채널로 역다중화(DEMUX)하고, 상기 다수의 채널의 서브 광신호들을 채널별로 차등 지연시켜 다시 다중화(MUX)함으로써 제2 광신호를 제공한다. 상기 지연 제어부(40)는 전기적 제어 신호를 이용하여 상기 다수의 채널에 차등적으로 발생하는 시간지연의 편차를 제어할 수 있도록 구성된다. 다시 말해서, 상기 지연 제어부(40)는 상기 제1 광신호에 대해 동작 주파수 대역내에 ΔT만큼의 시간지연(time delay)을 발생시키는 기능을 담당한다.
도 2는 상기 모드락킹 레이저에서 발진된 광신호를 (a)타임 도메인 및 (b)주파수 도메인에 나타낸 것이다. 이하에서는 도 1을 함께 참조하여 설명한다.
전술한 바와 같이, 상기 모드락킹 레이저(10)에서 출력된 광신호는 타임 도메인에서 볼 때, T의 시간 주기를 가지는 초단 펄스형태의 파형으로, 고 안정, 저 잡음, 저 선폭의 특성을 가진다. 또한, 상기 광신호를 푸리에 변환(Fourier Transformation)을 통해 주파수 도메인에 나타내보면, ΔfN(=1/T)의 주파수 간격을 갖는 광빗살(optical frequency comb)로 나타난다. 주파수 영역의 신호 파형에서 점선(dashed line)은 주파수 f1부터 fN을 포함하는 상기 밴드패스 필터(20)의 투과 대역을 나타내고, N은 상기 밴드패스 필터의 투과 대역에 속한 광빗살 라인들의 수를 나타낸다.
일반적으로 모드락킹 레이저에서 생성되는 광신호의 펄스 폭(pulse width)은 수백 fs ~ 수 ps로 구현되고, 장시간에 대해 안정적인 펄스를 생성하므로, 주파수 영역에서 광빗살의 포락선(envelope, dotted line)의 주파수 대역은 수 THz (1.55μm 대역에서 1THz는 8nm), 선폭(linewidth)은 수 KHz 이하로 매우 좁은 특성을 가지고 있다. 본 발명에 따른 주파수 훑음 광원(100)의 동작과 관련해서, 예를 들어 모드락킹 레이저(10)의 광신호 펄스의 주기 T를 1 ns로 구동시킬 경우, ΔfN는 1 GHz이고, 5THz 대역폭의 포락선에 대해 5000개의 광빗살 라인(comb line)들이 생성되고, 상기 생성된 광빗살 라인들은 상기 밴드패스 필터(20)에 의해 대역폭이 제한되어 서큘레이터(30)로 전달된다.
도 3은 본 발명에 따른 주파수 훑음 광원으로부터 출력되는 광신호를 타임 도메인에 나타낸 것이다.
다시 말해서, 도 3은 제2 광신호 즉, 상기 서큘레이터(30)를 통해 입력된 상기 제1 광신호가 상기 시간지연 제어부(40)의 채널별 차등 시간지연 과정을 거쳐 출력된 신호, 즉 제2 광신호의 파형을 타임 도메인에 나타낸 것이다. 상기 시간지연 제어부(40)는 전술한 바와 같이, 입력된 광신호를 주파수가 서로 다른 다수의 채널(1~M)로 역다중화(DEMUX) 하고, 다수 채널의 서브 광신호를 채널별로 차등적으로 지연시킨 뒤 다시 다중화(MUX) 하여 출력하도록 구성된다.
그 결과 상기 제2 광신호는 DEMUX/MUX의 다수의 채널 주파수인 f1부터 fM에 각각 대응되는 다수의 피크를 포함하고, 주파수 훑음 시간간격 T(주파수 훑음 반복율= 1/T)에 대해 ΔT의 시간지연 폭을 가진 신호로 나타난다. DEMUX/MUX 투과 채널 주파수(fj(1,2,3~...M))는 상기 도 1 및 도 2의 밴드패스 필터(20)의 투과대역 범위내에 존재하며, 원활한 동작구현 및 채널간격 제어를 위해서 DEMUX/MUX 채널간격 ΔfM은 상기 제1 광신호의 주파수 간격인 ΔfN의 정수배로 구현하는 것이 바람직하다. 즉, ΔfM= ΔfN*n (n은 자연수)의 조건을 충족하도록 하는 것이 바람직하다.
주파수 훑음 광원(100)의 동작에서 주파수 훑음 주기 T는 모드락킹 레이저(10)에서 생성되는 펄스의 주기와 동일하다. 예를 들어, T를 1ns (=1000 ps)로 구동하는 경우, 주파수 훑음 반복율은 1GHz이며, 상기 도 2의 예시에서 설명된 5000개의 광빗살 라인(comb line)들 중 밴드패스 필터(20)에 의해 3THz 대역폭으로 3000개의 광빗살이 투과하도록 구현되고(ΔfN이 1 GHz인 간격으로 3000개, N= 3000), 상기 제2 광신호는 DEMUX/MUX에 의해 ΔfM이 30GHz (n = 30, M = 100)의 채널간격으로 투과시키는 구성과 함께 전술한 지연 제어부(40)에 의해 ΔT가 넓게는 0보다 크고 1000ps보다 작은 범위에 속하도록 하는 구성에 의해 상기 도 3에 도시된 것과 같은 파형으로 제공될 수 있다.
한편, 도 3에서는 낮은 주파수(f1)의 적색 서브 광신호보다 높은 주파수(fM)의 자색 서브 광신호의 시간지연이 더 큰 예가 도시하였으나, 이와 반대로 주파수가 가장 낮은 서브 광신호가 최대의 시간지연 폭을 갖도록 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 훑음 광원에서 시간지연 제어부의 개념적 구성을 보인다.
도시된 바와 같이, 상기 시간지연 제어부(40)는 입출력 포트(Port A)로 입력된 제1 광신호를 M개 채널의 서브 광신호로 역다중화(DEMUX) 하고, 채널별 차등 지연 요소를 거친 상기 M개 채널의 서브 광신호를 다시 다중화(MUX) 하여 상기 입출력 포트(Port A)로 전달하는 역다중/다중화부(이하, DEMUX/MUX로 칭함)(41)를 포함한다. 또한, 상기 시간지연 제어부(40)는 채널별 차등 지연 요소로서, 채널별로 서로 다른 길이의 광경로(light path)를 제공하는 채널 경로 지연부(CPR, Channel path retarder)(42)와, 채널별로 서로 다른 길이의 광경로를 제공하며 입력된 전기적 신호에 따라 상기 광경로의 굴절율이 변하는 굴절율 제어부(RIC, Refractive index controller), 그리고 상기 채널 경로 지연부(42)와 상기 굴절율 제어부(43)를 통과한 상기 다수의 서브 광신호를 지나온 경로의 반대 방향으로 반사시켜 상기 채널별 차등 지연 요소의 시간지연을 2배로 확장하는 리플렉터(reflector)(44)를 포함하여 구성된다.
일 예로, 앞서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 것과 같은 조건 하에서, 상기 채널 경로 지연부(42)의 굴절율(n)이 1.5인 구성에 대해 채널 광경로 길이 변화량(ΔL)을 50mm로 구현할 경우, ΔT(=2ΔL/(c/n), c: 빛의 속도, n: 매질 굴절율, 2ΔL: 반사로 인한 총 경로차)는 500 ps로 얻어진다. 이 경우 듀티비(duty ratio=ΔT/T)는 0.5가 된다. ΔT의 제어를 위해 상기 굴절율 제어부(43)의 굴절율을 전기적으로 변화시켜 제어할 수 있으며 (Δn(V)), 예를 들어, 상기 굴절율 제어부(43)의 광경로 길이가 50mm인 구성에 대해 Δn(V)이 0.15까지 변화시킬 경우, ΔT는 50ps까지 변동할 수 있는 것으로 나타난다.
도 1 내지 도 4를 참조한 주파수 훑음 광원(10)의 동작 예시에서 언급된 구체적인 수치들은 본 발명의 구성에 따른 동작의 이해를 돕기 위해 제시되었을 뿐, 본 발명의 구성이 예시된 것들에 의해 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 주파수 훑음 광원(100)에서 상기 굴절율 제어부(43)는 상기 입출력 포트(Port A)를 통해 출력되는 제2 광신호 또는 서큘레이터(30)를 통해 출력단(Output)으로 출력되는 제2 광신호로부터 상기 시간지연 폭, 즉 ΔT를 검출하고, 그 검출된 값과 목표 값의 관계에 따라 상기 굴절율 제어부(43)에 인가되는 전압 V를 조절하는 피드백 제어부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 훑음 광원에서 시간지연 제어부의 구성을 보인다.
본 실시예에 따르면, 시간지연 제어부(401)는 박막필터(thin-film filter)형 DEMUX/MUX(410)와 프리즘 형태의 채널 경로 지연부(421), 상기 채널 경로 지연부(421)의 프리즘 형태와 역상으로 배치된 굴절율 제어부(430), 그리고 리플렉터(440)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 박막필터형 DEMUX/MUX(410)는 상기 입출력 포트(Port A)로부터의 광신호 입사 방향에 대해 비스듬히 배치된, 광학적으로 투명한 기판(411)과 상기 기판(411)의 양면에 배치된 한 쌍의 고반사 필름(High reflection film)(412,413), 상기 한 쌍의 고반사 필름(412,413) 중 다수 채널의 서브 광신호가 출/입사되는 면에 채널별로 배치된 다수의 박막 협대역 필터(Thin-film narrowband filter)(414)를 포함한다. 상기 박막 협대역 필터(414)는 각 채널에 대응되는 주파수의 서브 광신호를 선택적으로 투과시켜, 상기 기판(411)으로부터 외부로 출사시키거나 외부로부터 상기 기판(411) 내부로 입사시키도록 구성된다.
본 실시예에 따른 박막필터형 DEMUX/MUX(410)는 전술한 입출력 포트(Port A)로 입력된 광신호를 각 채널에 대응되는 상기 다수의 박막 협대역 필터(414)를 통해 주파수 f1에서 fM까지 주파수가 순차적으로 증가 또는 감소하는 채널1 내지 채널M의 서브 광신호로 역다중화 하고, 반대로 상기 다수의 박막 협대역 필터(414)를 통해 입사한 채널1 내지 채널M의 서브 광신호를 다중화 하여 상기 입출력 포트(Port A)로 출력하도록 구성된다.
상기 박막필터형 DEMUX/MUX(410)에서 상기 채널1에 대응되는 주파수 f1의 서브 광신호는 상기 기판(411) 내부에서 가장 짧은 광경로를 거쳐 외부로 출사되고, 채널2, 채널3, 등을 거쳐 채널M으로 갈수록 상기 기판(411) 내부에서 점점 더 긴 광경로를 거쳐 외부로 출사된다. 따라서, 박막필터형 DEMUX/MUX(410)도 채널별로 차등화된 경로 지연 기능을 수행할 수 있다. 상기 기판(411)의 기울기를 조정하거나 광신호 레이(ray)의 진행 경로상에서 상기 다수의 박막 협대역 필터(414)의 위치를 조정함으로써 채널별 경로 길이의 변화(ΔL)를 조절할 수 있다.
한편, 본 실시예와 달리 DEMUX/MUX는 기존의 벌크형 회절격자(Bulk grating)나, 어레이형 도파로 회절격자(AWG,arrayed waveguide grating)로도 구현될 수 있다.
상기 채널 경로 지연부(421)는 예컨대 주파수가 f1인 채널1에 대응되는 광경로가 가장 짧고, 주파수가 fM인 채널M에 대응되는 광경로가 가장 긴 프리즘 형태의 도광체일 수 있다. 이와 같이, 상기 채널 경로 지연부(421)는 각 채널에 대응되는 경로별로 매질내 길이 변화가 발생하도록 프리즘(Prism)과 같은 비대칭 형태로 구현될 수 있고, 통상 실리카 물질로 제작될 수 있다. 상기 채널 경로 지연부(421)의 채널간 간격, 프리즘 형태, 구성 물질의 굴절율(n1)에 따라 유효 광경로 길이의 조정이 가능하다.
상기 굴절율 제어부(430) 역시 도시된 것처럼, 광학적으로 투명하고 다수의 채널에 대해 광경로의 길이가 비대칭적으로 대응되는 형태를 가지며, 인가된 전기적 신호에 따라, 예컨대 외부 전압 인가에 따라 광경로상 매질의 굴절율이 변하도록 구성될 수 있다. 전압 V가 인가된 상태의 굴절율은 n2=n(V)의 식으로 표현될 수 있다. 통상 액정(LC, liquid crystal)을 이용하여 구현될 수 있으며, LCoS(Liquid crystal on silicon) 소자의 형태로도 구현될 수 있다. 폴리머(Polymer), PLZT, PMN-PT와 같은 물질로도 구현이 가능하다.
본 실시예에서 상기 굴절율 제어부(430)는 상기 채널1에 가장 긴 광경로가 대응되고 상기 채널M에 가장 짧은 광경로가 대응되도록, 상기 채널 경로 지연부(421)와 반대되는 프리즘 형태로 배치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 굴절율 제어부(430)는 상기 박막필터형 DEMUX/MUX(410)와 상기 채널 경로 지연부(421)에 의한 채널별로 차등 적용된 경로 길이의 변화를 부분적으로 상쇄시키는 형태로 배치되고, 전압 등 전기적 신호에 의해 그 굴절율을 변화시킴으로써, 결과적으로 지연 제어부(401)가 상기 다수 채널의 시간 지연폭(ΔT)을 조절할 수 있도록 구성된다.
상기 리플렉터(Reflector)(440)는 도시된 바와 미러(mirror) 형태로 구현될 수 있다. 상기 리플렉터(440)는 상기 박막필터형 DEMUX/MUX(410)를 출사하여 상기 채널 경로 지연부(421) 및 상기 굴절율 제어부(430)를 통과한 다수 채널의 서브 광신호들이 지나온 광경로를 반대 방향으로 다시 통과하여 상기 박막필터형 DEMUX/MUX(410)에 도달하도록 배치되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 훑음 광원에서 시간지연 제어부의 구성을 보인다.
본 실시예에 따르면, 박막필터형 DEMUX/MUX(415)가 역다중화/다중화의 기능은 물론 채널별로 광경로의 길이를 차등화하는 채널 경로 지연부로서의 기능을 겸하도록 구성될 수 있다. 채널별로 광경로의 길이가 차등화되는 원리는 도 5의 박막필터형 DEMUX/MUX(410)를 참조하여 앞서 설명한 바와 같으며, 기판(411t)의 두께 t를 좀 더 두껍게 하거나, 광신호 레이의 입출사 방향에 대한 상기 기판(411t)의 각도(θ)를 좀 더 작게하는 방법으로 채널별 광경로 길이의 차등화를 더 심화시킬 수 있다. 이를 통해 도 5의 실시예와 달리 별도의 채널 경로 지연부 없이도 지연 제어부(402)를 구성할 수 있다. 이 외에 굴절율 제어부(430) 및 리플렉터(440)에 관한 사항은 전술한 실시예와 동일하므로 여기서는 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 훑음 광원에서 시간지연 제어부 일부의 구성을 보인다.
본 실시예에 따르면, 시간지연 제어부(403)의 채널 경로 지연부(422) 및 굴절율 제어부(432)의 표면에서 서브 광신호 레이가 비스듬히 입/출사될 때 발생하는 굴절의 영향을 배제할 수 있도록, 도시된 바와 같이 상기 채널 경로 지연부(422) 및 굴절율 제어부(432)에서 각 채널의 서브 광신호가 입/출사되는 면들(426, 428, 436, 438)이 이들 서브 광신호의 레이 진행 방향에 수직으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 채널 경로 지연부(422) 및 굴절율 제어부(432)의 표면이 서로 평행한 다수의 입/출사면들(426, 428, 436, 438)을 갖는 계단(staircase) 형태로 형성될 수 있다.
한편, 본 도면에서는 편의상 DEMUX/MUX가 생략되었으나, 본 실시예에 따른 지연 제어부(403)에서 DEMUX/MUX가 생략됨을 의미하는 것은 아니다.
10: 모드락킹 레이저(Mode-lock laser)
20: 밴드패스 필터(BPF, Band pass filter)
30: 서큘레이터(CC, Circulator)
40, 401, 402, 403: 시간지연 제어부(TDC, Time delay controller)
41: 역다중/다중화부(DEMUX/MUX)
42, 421, 422: 채널 경로 지연부(CPR, Channel path retarder)
43, 430, 432: 굴절율 제어부(RIC, Refractive index controller)
44, 440: 리플렉터(Reflector)
410, 415: 박막필터형 역다중/다중화부(Thin-film filter type DEMUX/MUX)
414: 박막 협대역 필터(Thin-film narrowband filter)

Claims (10)

  1. 다수의 주파수 성분으로 이루어진 광빗살을 구성하며 주기적으로 반복되는 짧은 펄스 파형의 광신호를 제공하는 모드락킹 레이저;
    상기 모드락킹 레이저의 광신호를 소정의 동작 주파수 대역으로 한정한 제1 광신호를 통과시키는 밴드패스 필터; 및
    상기 제1 광신호를 주파수가 서로 다른 다수 채널의 서브 광신호로 역다중화(DEMUX)하고, 상기 다수 채널의 서브 광신호를 채널별로 차등 지연시켜 다시 다중화(MUX)한 제2 광신호를 제공하는 시간지연 제어부; 를 포함하고,
    상기 시간지연 제어부는,
    상기 제1 및 제2 광신호가 입/출사되고 광학적으로 투명한 기판과, 상기 기판의 일면에 상기 다수 채널에 각각 대응되게 배치되어 각 채널의 서브 광신호가 출/입사되는 다수의 박막 협대역 필터를 갖는 박막필터형 역다중/다중화부;
    상기 채널별로 서로 다른 길이의 광경로를 제공하는 채널 경로 지연부;
    상기 채널별로 서로 다른 길이의 광경로를 제공하며 인가된 전압에 따라 굴절율이 변하도록 구성된 굴절율 제어부; 및
    상기 채널 경로 지연부 및 상기 굴절율 제어부를 통과한 상기 다수 채널의 서브 광신호를 반사시켜 각각 지나온 광경로를 다시 통과하여 상기 역다중/다중화부로 회귀시키는 리플렉터; 를 포함하는,
    주파수 훑음 광원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 박막 협대역 필터는 출/입사되는 서브 광신호의 주파수가 점차 증가 또는 감소하는 순서로, 상기 기판을 통과하는 광신호 레이의 광경로를 따라 순차적으로 배치되고,
    상기 채널 경로 지연부는 채널 순번이 증가할수록 점차 더 긴 광경로를 통과하도록 배치된 프리즘 형상의 도광체이고, 상기 굴절율 제어부는 채널 순번이 증가할수록 점차 더 짧은 광경로를 통과하도록 배치된,
    주파수 훑음 광원 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 채널 경로 지연부는 상기 다수 채널 각각의 서브 광신호가 입/출사되는 다수의 입/출사면이 서브 광신호의 레이 진행 방향에 수직을 이루도록 형성된,
    주파수 훑음 광원 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 채널 경로 지연부는 서로 평행한 상기 다수의 입/출사면을 가지는 계단형 프리즘 형상의 도광체인,
    주파수 훑음 광원 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 굴절율 제어부는 상기 다수 채널 각각의 서브 광신호가 입/출사되는 다수의 입/출사면이 서브 광신호의 레이 진행 방향에 수직을 이루도록 형성된,
    주파수 훑음 광원 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 굴절율 제어부는 서로 평행한 상기 다수의 입/출사면을 가지는 계단형 프리즘 형상을 가지는,
    주파수 훑음 광원 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 박막 협대역 필터는 출/입사되는 서브 광신호의 주파수가 점차 증가 또는 감소하는 순서로, 상기 기판을 통과하는 광신호 레이의 광경로를 따라 순차적으로 배치되고,
    상기 채널 경로 지연부는 상기 박막필터형 역다중/다중화부의 상기 기판과 일체로 형성된,
    주파수 훑음 광원 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스 필터와 상기 시간지연 제어부 사이에 배치되어, 상기 제1 광신호를 상기 시간지연 제어부에 전달하고, 상기 시간지연 제어부에서 출력된 제2 광신호를 출력단에 전달하는, 서큘레이터를 더 포함하는,
    주파수 훑음 광원 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광신호는 N개의 주파수 성분을 포함하고, 상기 시간지연 제어부는 상기 제1 광신호를 M개의 채널로 분리하여 채널별로 차등 지연시키며,
    N=n*M (n은 자연수)의 관계를 만족하는,
    주파수 훑음 광원 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 광신호의 시간지연 폭을 검출하고, 검출된 값과 미리 설정된 목표 값의 관계에 따라 상기 굴절율 제어부에 인가되는 전압을 조절하는, 피드백 제어부를 더 포함하는,
    주파수 훑음 광원 장치.

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