KR102595943B1 - 주파수 훑음 광원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치는, 제1 내지 제n 주파수 성분들을 갖는 입력 광 신호를 출력하도록 구성된 모드 락킹 레이저, 및 입력 광 신호에 기초하여 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 각각 포함하는 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 생성하고, 제1 내지 제m 서브 광 신호들이 순차적으로 시간 지연된 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 투과형 지연 제어기를 포함하되, 투과형 지연 제어기는 입력 광 신호에 기초하여 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 각각 제1 내지 제m 채널들로 출력하도록 구성된 역다중화기, 제1 내지 제m 채널들 각각의 광 경로들의 길이들을 서로 상이하게 조절하도록 구성된 경로 지연기, 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 조절하도록 구성된 굴절률 제어기, 및 제1 내지 제m 채널들을 통과한 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 결합하여 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 다중화기를 포함하고, n은 자연수이고, m은 n보다 작은 자연수인 주파수 훑음 광원 장치.

Description

주파수 훑음 광원 장치{FREQUENCY SWEPT SOURCE APPARATUS}
본 발명은 광원 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광 신호를 주파수 성분에 따라 지연시키는 주파수 훑음 광원 장치에 관한 것이다.
주파수 훑음 광원(FSS, frequency swept source)은 바이오 또는 의료용 3차원 광 간섭 단층촬영(OCT, optical coherent tomography), 산업공정 감시 및 진단용 자동 광 검침(AOI, automatic optical inspection), 반도체 및 고분자 물질분석 분광, 환경가스 감시장치, 광통신용 시스템 장비 등에서 핵심적인 광원으로 활용되고 있다.
최근, 주파수 훑음 광원을 이용한 OCT 시스템(SS-OCT, swept source- OCT)에서는, 실시간 고화질 측정영상 구현을 위해서 높은 훑음 반복율을 갖는 광원이 요구된다. 3차원 측정 영상(예를 들어, 500×500×500 픽셀의 full 3D)에 대해 짧은 시간(예를 들어, 0.2초 이하)의 이미지 속도를 얻기 위해서는 수 메가 헤르츠(MHz)의 훑음 반복률이 요구된다.
과거에는 각 구현 형태별로 가격, 부피, 성능에 있어서, 장점 및 단점이 구별되기 때문에 적용 분야별로 형태가 제한적이었다. 그러나, 최근 기능적 구성이 세분화되거나 병합되고, 관련 기술이 발달하고 성능이 개선됨에 따라, 각 형태별 단점들이 지속적으로 개선되고 적용분야가 중첩되고 있다.
본 발명의 목적은 광 신호를 주파수 성분에 따라 지연시키는 주파수 훑음 광원 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치는, 제1 내지 제n 주파수 성분들을 갖는 입력 광 신호를 출력하도록 구성된 모드 락킹 레이저, 및 상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 각각 포함하는 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 생성하고, 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들이 순차적으로 시간 지연된 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 투과형 지연 제어기를 포함하되, 상기 투과형 지연 제어기는 상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 각각 제1 내지 제m 채널들로 출력하도록 구성된 역다중화기, 상기 제1 내지 제m 채널들 각각의 광 경로들의 길이들을 서로 상이하게 조절하도록 구성된 경로 지연기, 상기 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 조절하도록 구성된 굴절률 제어기, 및 상기 제1 내지 제m 채널들을 통과한 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 결합하여 상기 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 다중화기를 포함하고, 상기 n은 자연수이고, 상기 m은 상기 n보다 작은 자연수이다.
예시적인 실시 예에서, 상기 역다중화기는 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 가장 낮은 주파수 성분을 포함하는 상기 제1 서브 광 신호를 출력하고, 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 가장 높은 주파수 성분을 포함하는 상기 제m 서브 광 신호를 출력하도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 경로 지연기는 제1 내지 제m 채널들의 광 경로들의 길이들이 순차적으로 증가하게 조절하도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 경로 지연기는 제1 내지 제m 채널들의 광 경로들의 길이들이 순차적으로 감소하게 조절하도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 굴절률 제어기는 외부 전압에 비례하여 상기 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 증가시키도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 투과형 지연 제어기는 상기 제1 채널과 상기 제m 채널의 광 경로의길이 차이에 기초하여 상기 제1 서브 광 신호가 출력되는 제1 시점 및 상기 제m 서브 광 신호가 출력되는 제2 시점 사이의 시간 구간을 결정하도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 투과형 지연 제어기는 상기 굴절률 제어기의 굴절률에 기초하여 상기 제1 서브 광 신호가 출력되는 제1 시점 및 상기 제m 서브 광 신호가 출력되는 제2 시점 사이의 시간 구간을 결정하도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 n은 상기 m의 정수 배이다.
예시적인 실시 예에서, 상기 모드 락킹 레이저로부터의 상기 입력 광 신호의 펄스를 압축하고, 압축 광 신호를 출력하도록 구성된 펄스 압축기, 상기 압축 광 신호의 노이즈 성분을 차단하고, 밴드 패스 신호를 상기 투과형 지연 제어기로 출력하도록 구성된 밴드 패스 필터, 및 상기 투과형 지연 제어기로부터의 상기 지연 광 신호를 증폭하도록 구성된 증폭기를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제n 주파수 성분들을 갖는 입력 광 신호를 출력하도록 구성된 모드 락킹 레이저, 상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 각각 포함하는 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 생성하고, 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들이 순차적으로 시간 지연된 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 반사형 지연 제어기, 및 상기 모드 락킹 레이저로부터 상기 반사형 지연 제어기로의 제1 경로 그리고 상기 반사형 지연 제어기로부터 광 출사부로의 제2 경로를 제공하도록 구성된 서큘레이터를 포함하되, 상기 반사형 지연 제어기는 상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 각각 제1 내지 제m 채널들로 출력하고, 상기 제1 내지 제m 채널들로부터의 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들을 결합하여 상기 서큘레이터로 상기 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 채널 분리기, 상기 제1 내지 제m 채널들 각각의 광 경로들의 길이들을 서로 상이하게 조절하도록 구성된 경로 지연기, 상기 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 조절하도록 구성된 굴절률 제어기, 및 제1 내지 제m 채널들로부터의 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 반사하고, 제1 내지 제m 채널들로 상기 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들을 출력하도록 구성된 반사기를 포함하고, 상기 n은 자연수이고, 상기 m은 상기 n보다 작은 자연수이다.
예시적인 실시 예에서, 상기 채널 분리기는 상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 가장 낮은 주파수 성분을 포함하는 상기 제1 서브 광 신호를 상기 제1 채널로 출력하고, 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 가장 높은 주파수 성분을 포함하는 상기 제m 서브 광 신호를 상기 제m 채널로 출력하도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 경로 지연기는 제1 내지 제m 채널들의 광 경로들의 길이들이 순차적으로 증가하게 조절하도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 경로 지연기는 제1 내지 제m 채널들의 광 경로들의 길이들이 순차적으로 감소하게 조절하도록 더 구성된다.
예시적인 실시 예에서, 상기 모드 락킹 레이저로부터 상기 제1 경로를 통해 상기 입력 광 신호를 수신하고, 상기 입력 광 신호의 펄스를 압축하고, 압축 광 신호를 출력하도록 구성된 펄스 압축기, 상기 압축 광 신호의 노이즈 성분을 차단하고, 상기 제1 경로를 통해 상기 서큘레이터로 밴드 패스 신호를 출력하도록 구성된 밴드 패스 필터, 및 상기 서큘레이터로부터 상기 제2 경로를 통해 상기 지연 광 신호를 수신하고, 상기 지연 광 신호를 증폭하고, 상기 제2 경로를 통해 상기 광 출사부로 증폭 광 신호를 출력하도록 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 광 신호를 주파수 성분에 따라 지연시키는 주파수 훑음 광원 장치가 제공된다.
또한, 시간 지연을 위한 투과형 구조 또는 반사형 구조를 기반으로, 안정적이고, 신뢰도가 향상되고, 주파수 훑음 반복률이 향상된 주파수 훑음 광원 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 투과형 지연 제어기를 예시적으로 구체화한 도면이다.
도 3은 도 1의 주파수 훑음 광원 장치를 예시적으로 구체화한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 5는 도 4의 반사형 지연 제어기를 예시적으로 구체화한 도면이다.
도 6은 도 4의 주파수 훑음 광원 장치를 예시적으로 구체화한 블록도이다.
도 7a 및 도 7b는 모드 락킹 레이저의 입력 광 신호를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치의 지연 광 신호를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 주파수 훑음 광원 장치(100)가 예시적으로 도시된다. 주파수 훑음 광원 장치(100)는 광 신호를 주파수 별로 출력단에 도달하는 시간을 지연시켜 순차적으로 출력시키는 장치일 수 있다.
예를 들어, 주파수 훑음 광원 장치(100)는 바이오/의료용 3차원 광간섭 단층촬영(OCT, optical coherent tomography), 산업공정 감시 및 진단용 자동 광검침(AOI, automatic optical inspection), 반도체 및 고분자 물질분석 분광, 환경가스 감시장치, 광통신용 시스템 장비 등에서 핵심 광원으로 활용될 수 있다.
주파수 훑음 광원 장치(100)는 모드 락킹 레이저(110), 투과형 지연 제어기(120), 및 광 출사부(130)를 포함할 수 있다.
모드 락킹 레이저(110)는 복수의 주파수 성분들을 갖는 입력 광 신호(ILS)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 입력 광 신호(ILS)는 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn)은 순차적으로 증가하는 주파수들에 각각 대응하는 광 신호들일 수 있다. n은 입력 광 신호(ILS)에 포함된 주파수 성분들의 수를 나타낼 수 있다. n은 임의의 자연수일 수 있다.
모드 락킹 레이저(110)에서 생성된 입력 광 신호(ILS)는 짧은 시간 구간의 펄스 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 입력 광 신호(ILS)의 펄스 폭은 수 펨토 초(fs; femto second) 또는 수 피코 초(ps; pico second)의 시간 구간을 가질 수 있다.
투과형 지연 제어기(120)는 입력 광 신호(ILS)에 기초하여 복수의 주파수 성분들을 갖는 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 생성하고 지연 광 신호(DS1)를 출력할 수 있다. 지연 광 신호(DS1)는 순차적으로 시간 지연된 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)이 결합된 신호일 수 있다. 투과형 지연 제어기(120)는 입력단 및 출력단이 서로 반대 방향에 위치하므로 투과형 지연 제어기로 지칭된다.
제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)은 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 각각 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 광 신호(LS1)는 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn) 중 가장 낮은 주파수 성분을 포함할 수 있다. 제m 서브 광 신호(LSm)는 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn) 중 가장 높은 주파수 성분을 포함할 수 있다. m은 투과형 지연 제어기(120)의 채널들의 수를 나타낼 수 있다. 투과형 지연 제어기(120)의 채널들은 후술되는 도 2를 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 즉, n은 임의의 자연수일 수 있다. m은 n보다 작은 임의의 자연수일 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
보다 상세하게는, 예를 들어, n이 3000이고 m이 100인 경우, 제1 서브 광 신호(LS1)는 제1 내지 제30 주파수 성분들(f1~f30)을 포함할 수 있다. 제2 서브 광 신호(LS2)는 제31 내지 제 60 주파수 성분들(f31~f60)을 포함할 수 있다. 제m 서브 광 신호(LSm)(즉, 제100 서브 광 신호(LS100))는 제2971 내지 제3000 주파수 성분들(f2971~f3000)을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, n 및 m은 증가 또는 감소할 수 있고, 각 서브 광 신호에 포함되는 주파수 성분들의 수는 증가 또는 감소할 수 있다.
광 출사부(130)는 투과형 지연 제어기(120)로부터 지연 광 신호(DS1)를 수신할 수 있다. 광 출사부(130)는 지연 광 신호(DS1)를 주파수 훑음 광원 장치(100)의 외부로 출력할 수 있다. 즉, 광 출사부(130)는 주파수 훑음 광원 장치(100)의 출력단일 수 있다.
도 2는 도 1의 투과형 지연 제어기를 예시적으로 구체화한 도면이다. 도 2를 참조하면, 투과형 지연 제어기(120)가 예시적으로 도시된다. 투과형 지연 제어기(120)는 입력 광 신호(ILS)에 기초하여 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 생성하고, 순차적으로 시간 지연된 지연 광 신호(DS1)를 출력할 수 있다. 투과형 지연 제어기(120)는 역다중화기(121), 경로 지연기(122), 굴절률 제어기(123), 및 다중화기(124)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 투과형 지연 제어기(120)는 채널들(Ch1~Chm) 별로 광 경로 길이들(L1~Lm)을 조절 및 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률을 조절한다. 광 신호에 직접적인 물리적 변화를 가하지 않으므로 기계적으로 안정적이고 높은 신뢰성을 갖는다.
역다중화기(121)는 입력 광 신호(ILS)의 주파수 성분들(f1~fm)에 기초하여 입력 광 신호(ILS)를 분리하고, 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 대응되는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)로 출력할 수 있다. 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)은 광 신호가 전송되는 경로들일 수 있다. 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)은 서로 물리적으로 또는 공간적으로 분리될 수 있다.
예를 들어, 역다중화기(121)는 제1 서브 광 신호(LS1)를 제1 채널(Ch1)로 출력할 수 있다. 제1 서브 광 신호(LS1)는 입력 광 신호(ILS)의 복수의 주파수 성분들(f1~fn) 중 가장 낮은 주파수 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 역다중화기(121)는 제m 서브 광 신호(LSm)를 제m 채널(Chm)로 출력할 수 있다. 제m 서브 광 신호(LSm)는 입력 광 신호(ILS)의 복수의 주파수 성분들(f1~fn) 중 가장 높은 주파수 성분을 포함할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, n은 m의 정수 배일 수 있다. n이 m의 정수 배일 경우, 각각의 서브 광 신호(LS1~LSm)들은 같은 수(즉, n/m)의 주파수 성분들을 포함할 수 있다.
경로 지연기(122) 및 굴절률 제어기(123)는 역다중화기(121)로부터 제1 내지 제m 채널(Ch1~Chm)을 통해 제1 내지 제m 서브 광 신호(LS1~LSm)을 수신할 수 있다. 경로 지연기(122)는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 광 경로들의 길이들(L1~Lm)을 서로 상이하게 조절할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 경로 지연기(122)는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm) 각각의 광 경로들의 길이들(L1~Lm)이 순차적으로 증가하도록 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 광 경로의 길이(L2)는 제1 광 경로의 길이(L1)보다 길 수 있다. 제m 광 경로의 길이(Lm)는 제2 광 경로의 길이(L2)보다 길 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 광 신호(LS1)가 제1 채널(Ch1)을 통과하는데 소요되는 시간은 제2 서브 광 신호(LS2)가 제2 채널(Ch2)을 통과하는데 소요되는 시간보다 짧을 수 있다. 제2 서브 광 신호(LS2)가 제2 채널(Ch2)을 통과하는데 소요되는 시간은 제m 서브 광 신호(LSm)이 제m 채널(Chm)을 통과하는데 소요되는 시간보다 짧을 수 있다.
다른 예시적인 실시 예에서, 경로 지연기(122)는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 광 경로들의 길이들(L1~Lm)이 순차적으로 감소하도록 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 광 경로의 길이(L2)는 제1 광 경로의 길이(L1)보다 짧을 수 있다. 제m 광 경로의 길이(Lm)는 제2 광 경로의 길이(L2)보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 광 신호(LS1)가 제1 채널(Ch1)을 통과하는데 소요되는 시간은 제2 서브 광 신호(LS2)가 제2 채널(Ch2)을 통과하는데 소요되는 시간보다 길 수 있다. 제2 서브 광 신호(LS2)가 제2 채널(Ch2)을 통과하는데 소요되는 시간은 제m 서브 광 신호(LSm)이 제m 채널(Chm)을 통과하는데 소요되는 시간보다 길 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 경로 지연기(122)는 프리즘(prism)과 같은 형태로 구현될 수 있다.
굴절률 제어기(123)는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률(n(VRC))을 조절할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 굴절률 제어기(123)는 외부 전압(VRC)에 비례하여 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률(n(VRC))을 증가시키도록 조절할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 굴절률 제어기(123)가 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률(n(VRC))을 증가시키면, 제1 채널(Ch1)의 광 경로의 굴절되는 정도와 제m 채널의 광 경로의 굴절되는 정도의 차이가 커질 수 있다.
굴절률 제어기(123)는 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 각각 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)로 출력할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 굴절률 제어기(123)는 프리즘(prism)과 같은 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 굴절률 제어기(123)는 외부 전압(VRC)에 따른 굴절률 변화가 큰 액정(LC, Liquid Crystal), LCoS(Liquid Crystal on Silicon), 폴리머(Polymer), PLZT(Lead Lanthanum Zirconate Titanate), PMN-PT (Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)물질 등과 같은 저손실 물질로 구성될 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 굴절률 제어기(123)는 마이크로 히터, 전하유도 굴절률 변화(carrier-induced refractive index change) 효과를 활용해서 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률을 조절할 수 있다
다중화기(124)는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)을 통과한 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 수신할 수 있다. 다중화기(124)는 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 결합하여 지연 광 신호(DS1)를 출력할 수 있다. 지연 광 신호(DS1)는 순차적으로 시간 지연된 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)이 결합된 신호일 수 있다. 서브 광 신호들(LS1~LSm)은 경로 지연기(122)에 의한 채널들의 광 경로들의 길이들의 조절 및 굴절률 제어기(123)에 의한 채널들의 굴절률 조절에 기초하여 순차적으로 지연된 신호들일 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)을 통과한 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 결합하여 지연 광 신호(DS1)를 광 출사부(130)로 출력할 수 있다.
다중화기(124)에서 출력된 지연 광 신호(DS1)는 지연 시간을 가질 수 있다. 지연 시간은 지연 광 신호(DS1)의 한 주기 내에서 서브 광 신호들(LS1~LSm)의 최대 편차를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 지연 시간은 임의의 한 주기 내에서 가장 느린 주파수 성분(예를 들어, f1)에 대응하는 서브 광 신호(LS1)가 출력되는 시점 및 가장 빠른 주파수 성분(예를 들어, fn)에 대응하는 서브 광 신호(LSm)가 출력되는 시점 사이의 시간 구간일 수 있다.
도 2에서 도시된, 제1 광 경로의 길이(L1)와 제m 광 경로의 길이(Lm) 차이(△L)가 커질수록 지연 시간이 길어질 수 있다.
또한 굴절률 제어기(123)에서 제1 채널의 광 경로(L1)의 굴절되는 정도와 제m 채널의 광 경로(Lm)의 굴절되는 정도의 차이가 커질수록 지연 시간이 길어질 수 있다.
투과형 지연 제어기(120)의 지연 시간(△T)은 다음의 수학식 1을 참조하여 설명된다.
수학식 1은 지연 시간을 나타내는 수식이다. △T는 지연 시간이다. △L은 제1 채널(Ch1)의 광 경로의 길이(L1)와 제m 채널(Chm)의 광 경로의 길이(Lm)의 차이다. c는 빛의 속도이다. n(VRC)은 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률이고, VRC의 함수이다. VRC는 외부 전압이다.
예를 들어, 1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률(n(VRC))이 1.5이고 제1 광 경로의 길이(L1)와 제m 광 경로의 길이(Lm) 차이(△L)가 50mm 인 경우, 지연 시간(△T)은 250ps일 수 있다.
즉, 수학식 1은 제1 채널의 광 경로(L1)의 굴절되는 정도와 제m 채널의 광 경로(Lm)의 굴절되는 정도의 차이가 커질수록 지연 시간(△T)이 길어지는 것을 나타낼 수 있다. 또한 수학식 1은 제1 채널(Ch1)의 광 경로의 길이(L1)와 제m 채널(Chm)의 광 경로의 길이(Lm)의 차이(△L)가 커질수록 지연 시간(△T)이 길어지는 것을 나타낼 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 역다중화기(121) 및 다중화기(124)는 벌크 회절 격자(bulk grating), 글래스 기판(glass substrate)에 HR 코팅 필름(HR coating film)과 박막 협대역 필터(thin-flim narrowband filter)가 부착된 구성과 같은 벌크형으로 구현할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 역다중화기(121) 및 다중화기(124)는 어레이 도파로 회절격자(AWG, arrayed waveguide grating) 또는 오목 회절격자(concave grating)과 같은 도파로형으로 구현할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 역다중화기(121) 및 다중화기(124)는 광섬유 필터형으로 구현할 수 있다.
도 3은 도 1의 주파수 훑음 광원 장치를 예시적으로 구체화한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 주파수 훑음 광원 장치(100)는 모드 락킹 레이저(110), 투과형 지연 제어기(120a), 광 출사부(130), 펄스 압축기(140), 밴드 패스 필터(150), 및 증폭기(160)를 포함할 수 있다. 모드 락킹 레이저(110) 및 광 출사부(130)는 도 1의 모드 락킹 레이저(110) 및 광 출사부(130)와 유사하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.
펄스 압축기(140)는 모드 락킹 레이저(110)로부터의 입력 광 신호(ILS)를 수신할 수 있다. 펄스 압축기(140)는 입력 광 신호(ILS)의 펄스 폭을 압축할 수 있다. 펄스 압축기(140)는 압축 광 신호(CS)를 밴드 패스 필터(150)로 출력할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 펄스 압축기(140)는 입력 광 신호(ILS)의 펄스 폭을 압축시켜 입력 광 신호(ILS)의 포락선의 대역폭을 확대시킬 수 있다. 입력 광 신호(ILS)의 포락선에 대한 상세한 설명은 도 7b와 함께 후술될 것이다.
밴드 패스 필터(150)는 펄스 압축기(140)로부터 압축 광 신호(CS)를 수신할 수 있다. 밴드 패스 필터(150)는 압축 광 신호(CS)의 노이즈 성분을 차단할 수 있다. 밴드 패스 필터(150)는 밴드 패스 신호(BPS)를 투과형 지연 제어기(120a)로 출력할 수 있다. 즉, 밴드 패스 필터(150)는 광 신호의 통과 대역 이외의 성분을 차단하는 필터로서 기능할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 밴드 패스 필터(150)의 통과 대역은 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn)에 대응할 수 있다.
투과형 지연 제어기(120a)는, 도 1 및 도 2의 투과형 지연 제어기(120)와 유사하게, 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 생성하고, 순차적으로 시간 지연된 지연 광 신호(DS1)를 출력할 수 있다. 다만, 투과형 지연 제어기(120a)의 입출력은 도 1 및 도 2의 투과형 지연 제어기(120)의 입출력과 상이하다. 예를 들어, 투과형 지연 제어기(120a)는 밴드 패스 필터(150)로부터 밴드 패스 신호(BPS)를 수신할 수 있고, 증폭기(160)로 지연 광 신호(DS1)를 출력할 수 있다.
증폭기(160)는 투과형 지연 제어기(120a)로부터 지연 광 신호(DS1)를 수신할 수 있다. 증폭기(160)는 지연 광 신호(DS1)를 증폭시킬 수 있다. 증폭기(160)는 증폭 광 신호(AS1)을 광 출사부(130)로 출력할 수 있다. 즉, 증폭기(160)는 광 신호를 증폭시키는 모듈 또는 장치일 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 증폭기(160)는 수신된 지연 광 신호(DS1)의 이득을 균등하게 증폭시키는 이득 이퀄라이저(GE; Gain Equalizer)일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치(200)를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 주파수 훑음 광원 장치(200)가 예시적으로 도시된다. 주파수 훑음 광원 장치(200)는 광 신호를 주파수 별로 출력단에 도달하는 시간을 지연시켜 순차적으로 출력시키는 장치일 수 있다. 주파수 훑음 광원 장치(200)는 모드 락킹 레이저(210), 반사형 지연 제어기(220), 광 출사부(230), 및 서큘레이터(240)를 포함할 수 있다.
모드 락킹 레이저(210)은 도 1의 모드 락킹 레이저(110)와 유사하게 복수의 주파수 성분들(f1~fn)을 갖는 입력 광 신호(ILS)를 출력할 수 있다. 모드 락킹 레이저(210)는 제1 포트(P1)로 입력 광 신호(ILS)를 출력할 수 있다.
반사형 지연 제어기(220)는 입력 광 신호(ILS)에 기초하여 복수의 주파수 성분들(f1~fm)을 갖는 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)을 생성할 수 있다. 반사형 지연 제어기(220)는 지연 광 신호(DS2)를 제2 포트(P2)로 출력할 수 있다. 지연 광 신호(DS2)는 순차적으로 시간 지연된 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)의 결합된 신호들일 수 있다. 반사형 지연 제어기(220)는 내부에 반사기를 가지며, 입력단 및 출력단이 서로 같은 방향에 위치하므로 반사형 지연 제어기로 지칭된다.
반사형 지연 제어기(220)는 도 1의 투과형 지연 제어기(120)와 유사하게 채널 별로 서브 광 신호들을 상이하게 지연시킬 수 있다. 다만, 반사형 지연 제어기(220)는 내부 채널의 일단에 반사기(미도시)를 포함할 수 있고, 서브 광 신호들이 내부에서 채널들을 양방향으로 통과함에 따라, 도 1의 투과형 지연 제어기(120)에 비해 광 경로 길이 지연 효과가 2배가 될 수 있다. 이에 따라, 반사형 지연 제어기(220)는 투과형 지연 제어기(120)에 비해 소형화가 가능하고, 저전력으로 구동될 수 있다.
광 출사부(230)는 서큘레이터(240)로부터 지연 광 신호(DS2)를 수신할 수 있다. 광 출사부(230)는, 도 1의 광 출사부(130)와 유사하게, 지연 광 신호(DS2)를 주파수 훑음 광원 장치(200)의 외부로 출력할 수 있다. 다만, 도 1의 광 출사부(130)와 달리, 광 출사부(230)는 제3 포트(P3)로부터 지연 광 신호(DS1)를 수신할 수 있다.
서큘레이터(240)는 제1 내지 제3 포트들(P1~P3)을 통해서 다른 구성 요소들(210, 220, 230)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 서큘레이터(240)는 제1 포트(P1)를 통해 모드 락킹 레이저(210)와 연결될 수 있다. 서큘레이터(240)는 제2 포트(P2)를 통해 반사형 지연 제어기(220)와 연결될 수 있다. 서큘레이터(240)는 제3 포트(P3)를 통해 광 출사부(230)와 연결될 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 서큘레이터(240)는 제1 포트(P1)를 통해 입력 광 신호(ILS)를 수신할 수 있다. 서큘레이터(240)은 제2 포트(P2)를 통해 반사형 지연 제어기(220)로 입력 광 신호(ILS)를 출력할 수 있다. 또한, 서큘레이터(240)은 제2 포트(P2)를 통해 반사형 지연 제어기(220)로부터 지연 광 신호(DS2)를 수신할 수 있다. 서큘레이터(240)은 제3 포트(P3)를 통해 지연 광 신호(DS2)를 광 출사부(230)로 출력할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 서큘레이터(240)는 모드 락킹 레이저(210)로부터 반사형 지연 제어기(220)로의 제1 경로를 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 서큘레이터(240)가 제공하는 제1 경로는 다른 구성 요소들을 더 포함할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 후술될 것이다.
예시적인 실시 예에서, 서큘레이터(240)는 반사형 지연 제어기(220)로부터 광 출사부(230)로의 제2 경로를 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며, 서큘레이터(240)가 제공하는 제2 경로는 다른 구성 요소들을 더 포함할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 6을 참조하여 후술될 것이다.
도 5는 도 4의 반사형 지연 제어기(220)를 예시적으로 구체화한 도면이다. 도 5를 참조하면, 반사형 지연 제어기(220)는 채널 분리기(221), 경로 지연기(222), 굴절률 제어기(223), 및 반사기(224)를 포함할 수 있다.
채널 분리기(221)는 제2 포트(P2)로부터 입력 광 신호(ILS)를 수신할 수 있다. 채널 분리기(221)는 입력 광 신호(ILS)의 주파수 성분들(f1~fm)에 기초하여 입력 광 신호(ILS)를 분리하고, 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 대응되는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)로 출력할 수 있다. 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)은 광 신호가 전송되는 경로들일 수 있다. 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)은 서로 물리적으로 또는 공간적으로 분리될 수 있다.
또한, 채널 분리기(221)는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)로부터의 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)을 결합할 수 있다. 채널 분리기(221)는 제2 포트(P2)로 지연 광 신호(DS2)를 출력할 수 있다. 지연 광 신호(DS2)는 순차적으로 시간 지연된 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)의 결합된 신호들일 수 있다.
즉, 채널 분리기(221)는 도 2의 역다중화기(121) 및 다중화기(124)와 유사한 기능을 수행할 수 있다.
경로 지연기(222)는 도 2의 경로 지연기(122)와 마찬가지로 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm) 각각의 광 경로의 길이들(L1~Lm)를 조절할 수 있다. 굴절률 제어기(223)는 도 2의 굴절률 제어기(123)와 마찬가지로 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률(n(VRC))을 조절할 수 있다. 즉, 경로 지연기(222) 및 굴절률 제어기(223)은 도 2의 경로 지연기(122) 및 굴절률 제어기(123)와 유사한 기능을 수행할 수 있다.
반사기(224)는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)로부터 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 수신할 수 있다. 반사기(224)는 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 반사시킬 수 있다. 반사기(224)는 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)로 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)을 출력할 수 있다. 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RSL1~RLSm)은 반사기(224)에서 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)이 반사된 신호들일 수 있다.
반사기(224)가 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 반사하므로, 반사형 지연 제어기(220)에서의 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)은 2번 경유될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm) 및 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RSL1~RLSm)은 모두 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RSL1~RLSm)은 도 2의 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)보다 광 경로 길이가 2배 지연될 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 반사형 지연 제어기(220)는 소형화될 수 있고 저전력으로 구동될 수 있다. 보다 상세하게는, 반사형 지연 제어기(220)는 반사기(224)로 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)을 2번 경유시킬 수 있으므로, 광 경로의 길이 차가 동일한 조건에서, 도 2의 투과형 지연 제어기(120)보다 소형화되고 저전력으로 구동될 수 있다.
채널 분리기(221)에서 출력된 지연 광 신호(DS2)는 지연 시간을 가질 수 있다. 지연 시간은 지연 광 신호(DS2)의 한 주기 내에서 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)의 최대 편차를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 지연 시간은 임의의 한 주기 내에서 가장 느린 주파수 성분(예를 들어, f1)에 대응하는 반사 서브 광 신호(RLS1)가 출력되는 시점 및 가장 빠른 주파수 성분(예를 들어, fn)에 대응하는 반사 서브 광 신호(RLSm)가 출력되는 시점 사이의 시간 구간일 수 있다.
반사형 지연 제어기(220)의 지연 시간(△T)은 다음의 수학식 2를 참조하여 설명된다.
수학식 2는 반사형 지연 제어기(220)의 지연 시간(△T)을 나타내는 수식이다. △T는 지연 시간이다. △L은 제1 채널(Ch1)의 광 경로의 길이(L1)와 제m 채널(Chm)의 광 경로의 길이(Lm)의 차이다. c는 빛의 속도이다. n(VRC)은 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률이고, VRC의 함수이다. VRC는 외부 전압이다.
예시적인 실시 예에서, 1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률(n(VRC))이 1.5이고 제1 광 경로의 길이(L1)와 제m 광 경로의 길이(Lm) 차이(△L)가 50mm 인 경우, 지연 시간(△T)은 500ps일 수 있다.
즉, 수학식 2는, 수학식 1과 유사하게, 지연 시간(△T)은 제1 채널의 광 경로(L1)의 굴절되는 정도와 제m 채널의 광 경로(Lm)의 굴절되는 정도의 차이 및 제1 채널(Ch1)의 광 경로의 길이(L1)와 제m 채널(Chm)의 광 경로의 길이(Lm)의 차이(△L)에 비례하는 것을 나타낼 수 있다.
다만, 반사형 지연 제어기(220)는 도 2의 투과형 지연 제어기(120)와 달리, 반사기(224)가 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 반사시키므로, 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)이 2번 경유될 수 있다. 이에 따라, 수학식 2에서의 지연 시간(△T)은 수학식 1에서의 지연 시간(△T)보다 2배 클 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제m 채널들(Ch1~Chm)의 굴절률(n(VRC))이 1.5이고 제1 광 경로의 길이(L1)와 제m 광 경로의 길이(Lm) 차이(△L)가 50mm 인 경우, 투과형 지연 제어기(120)에서 지연 시간(△T)은 250ps인 반면, 반사형 지연 제어기(220)에서 지연 시간(△T)은 500ps일 수 있다.
도 6은 도 4의 주파수 훑음 광원 장치를 예시적으로 구체화한 블록도이다. 도 6을 참조하면, 주파수 훑음 광원 장치(200a)는 모드 락킹 레이저(210), 반사형 지연 제어기(220a), 광 출사부(230), 서큘레이터(240), 펄스 압축기(250), 밴드 패스 필터(260), 및 증폭기(270)을 포함할 수 있다.
모드 락킹 레이저(210), 및 광 출사부(230)는 도 4의 모드 락킹 레이저(210), 및 광 출사부(230)와 유사하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다. 펄스 압축기(250), 및 밴드 패스 필터(260)는 도 3의 펄스 압축기(140), 및 밴드 패스 필터(150)와 유사하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략된다.
반사형 지연 제어기(220a)는 제2 포트(P2)를 통해 서큘레이터(240)로부터 밴드 패스 신호(BPS)를 수신할 수 있다. 반사형 지연 제어기(220a)는 밴드 패스 신호(BPS)에 기초하여 복수의 주파수 성분들(f1~fm)을 갖는 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(LS1~LSm)을 생성할 수 있다. 반사형 지연 제어기(220a)는 지연 광 신호(DS2)를 제2 포트(P2)로 출력할 수 있다. 지연 광 신호(DS2)는 순차적으로 시간 지연된 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)의 결합된 신호들일 수 있다.
즉, 반사형 지연 제어기(220a)는 반사형 지연 제어기(220)와 유사한 기능을 수행할 수 있으며, 입력 광 신호(ILS)를 직접 수신하는 도 4의 반사형 지연 제어기(220)와 달리, 반사형 지연 제어기(220a)는 밴드 패스 신호(BPS)를 수신할 수 있다.
서큘레이터(240)는 제1 포트(P1)를 통해 밴드 패스 신호(BPS)를 수신할 수 있다. 서큘레이터(240)는 제2 포트(P2)를 통해 반사형 지연 제어기(220a)로 밴드 패스 신호(BPS)를 출력할 수 있다. 또한, 서큘레이터(240)는 반사형 지연 제어기(220a)로부터 지연 광 신호(DS2)를 수신할 수 있다. 서큘레이터(240)는 제3 포트(P3)를 통해 지연 광 신호(DS2)를 증폭기(270)로 출력할 수 있다. 즉, 서큘레이터(240)는 도 4의 서큘레이터(240)과 유사한 기능을 수행할 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 서큘레이터(240)는 제1 경로를 제공할 수 있다. 제1 경로는 모드 락킹 레이저(210), 펄스 압축기(250), 밴드 패스 필터(260), 서큘레이터(240), 및 반사형 지연 제어기(220a)를 순차적으로 통과하는 경로일 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 서큘레이터(240)는 제2 경로를 제공할 수 있다. 제2 경로는 반사형 지연 제어기(220a), 서큘레이터(240), 증폭기(270), 및 광 출사부(230)를 순차적으로 통과하는 경로일 수 있다.
증폭기(270)는 제3 포트(P3)로부터 지연 광 신호(DS2)를 수신할 수 있다. 증폭기(270)는 지연 광 신호(DS2)를 증폭시킬 수 있다. 증폭기(270)는 광 출사부(230)로 증폭 광 신호(AS2)를 출력할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 증폭기(270)는 수신된 지연 광 신호(DS2)의 이득을 균등하게 증폭시키는 이득 이퀄라이저일 수 있다. 즉, 증폭기(270)는 도 3의 증폭기(160)와 유사한 기능을 수행할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 모드 락킹 레이저의 입력 광 신호를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 7a는 주파수 훑음 광원 장치의 입력 광 신호(ILS)를 시간 영역에서 예시적으로 도시하는 그래프이다. 예를 들어, 도 7a에서 도시된 파형은, 상술된 도 1 내지 도 6에서의 입력 광 신호(ILS)일 수 있다. 가로 축은 시간을 나타낼 수 있다. 세로 축은 세기(intensity)를 나타낼 수 있다.
도 7a를 참조하면, 입력 광 신호(ILS)는 입력 주기(Tpp)를 가질 수 있다. 입력 주기(Tpp)는 입력 광 신호 내에서 펄스들 사이의 시간 간격을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 입력 주기(Tpp)는 제1 펄스가 생성되는 제1 시점(Ta) 및 제2 펄스가 생성되는 제2 시점(Tb) 사이의 시간 구간일 수 있다. 입력 광 신호(ILS)에 포함된 펄스는 입력 펄스 폭(Wp)을 가질 수 있다.
도 7b는 도 7a에 도시된 입력 광 신호(ILS)를 주파수 영역에서 예시적으로 도시하는 그래프이다. 가로 축은 주파수를 나타낼 수 있다. 세로 축은 세기(intensity)를 나타낼 수 있다. 도 7b를 참조하면, 주파수 영역에서 입력 광 신호(ILS)가 예시적으로 도시된다. 도 7a의 입력 광 신호(ILS)를 푸리에 변환(Fourier Transformation)하면 주파수 간격(△fN(=1/Tpp))을 갖는 광 빗살(optical comb)들이 도시될 수 있다.
주파수 영역에서 입력 광 신호(ILS)의 광 빗살들은 포락선(EV)을 형성할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 입력 광 신호(ILS)의 포락선(EV)의 주파수 대역은 수 테라헤르츠(THz)일 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 입력 광 신호(ILS)의 시간 영역에서의 펄스폭을 압축시키면, 포락선(EV)의 대역폭은 확대될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 펄스 압축기(140)에서 출력된 압축 광 신호(CS)의 포락선(EV)은 도 7b의 입력 광 신호(ILS)의 포락선(EV)보다 넓을 수 있다.
예를 들어, 주기가 1ns인 입력 광 신호(ILS)를 푸리에 변환(Fourier Transformation)하면, 1GHz의 주파수 간격(△fN)을 갖는 광 빗살(optical comb)들로 나타날 수 있다. 보다 상세하게는, 3THz 대역폭의 포락선(EV)에 대해 10GHz의 주파수 간격(△fN)을 갖는 3000개(3THz/1GHz)의 광 빗살들이 생성될 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 주파수 영역에서 입력 광 신호(ILS)는 통과 대역(Wbp) 내의 광 빗살들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 광 신호(ILS)는 주파수 훑음에 사용되는 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn) 이외의 다른 주파수 성분들은 주파수 훑음에 불필요한 노이즈 성분들일 수 있다. 통과 대역(Wbp)은 입력 광 신호(ILS)의 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn)을 필터링하기 위한, 제1 통과 주파수(fa) 및 제2 통과 주파수(fb) 사이의 주파수 대역일 수 있다. 예를 들어, 도 3의 밴드 패스 필터(150)는 통과 대역(Wbp) 이외의 주파수 성분들을 차단할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치의 지연 광 신호를 예시적으로 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 주파수 훑음 광원 장치에서의 지연 광 신호(DS)가 시간 영역에서 예시적으로 도시된다. 예를 들어, 지연 광 신호(DS)는 도 1 내지 도 3의 지연 광 신호(DS1)이거나 또는 도 4 내지 도 6의 지연 광 신호(DS2)일 수 있다. 가로 축은 시간을 나타낼 수 있다. 세로 축은 세기를 나타낼 수 있다.
지연 광 신호(DS)는 시간 지연된 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm) 또는 시간 지연된 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm) 및 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)은 입력 광 신호(ILS)의 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 주파수 성분을 각각 포함할 수 있다. 즉, 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn)이 동일한 또는 거의 동일한 시점에서 출력되는 도 7a 및 도 7b의 입력 광 신호(ILS)와 달리, 도 8의 지연 광 신호(DS)는 제1 내지 제n 주파수 성분들(f1~fn)에 대응하는 제1 내지 제m 서브 광 신호들(LS1~LSm) 또는 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들(RLS1~RLSm)이 순차적으로 시간 지연된 신호일 수 있다.
지연 시간(△T)은 지연 광 신호(DS)의 한 주기 내에서 서브 광 신호들의 최대 편차를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 지연 시간(△T)은 임의의 한 주기 내에서 가장 느린 주파수 성분(예를 들어, f1)에 대응하는 서브 광 신호(LS1)가 출력되는 시점(t1) 및 가장 빠른 주파수 성분(예를 들어, fn)에 대응하는 서브 광 신호(LSm)가 출력되는 시점(t2) 사이의 시간 구간일 수 있다. 지연 시간(△T)는 상술된 수학식 1 또는 수학식 2를 참조하여 표현될 수 있다.
입력 주기(Tpp)는 지연 광 신호(DS)의 주기일 수 있다. 지연 광 신호(DS)의 입력 주기(Tpp)는 입력 광 신호(ILS)의 입력 주기(Tpp)와 같을 수 있다. 예를 들어, 지연 광 신호(DS)의 입력 주기(Tpp)는 제1 서브 광 신호(LS1)가 출력되는 제1 시점(t1) 및 다음의 제1 서브 광 신호(LS1)가 출력되는 제3 시점(t3) 사이의 시간 구간일 수 있다. 이러한 입력 주기(Tpp)는 도 7의 입력 주기(Tpp)와 같을 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 9를 참조하면, 주파수 훑음 광원 장치의 동작 방법이 도시된다. 예를 들어, 주파수 훑음 광원 장치는 도 1에서의 투과형 지연 제어기(120)를 포함하는 주파수 훑음 광원 장치(100) 또는 도 3에서의 투과형 지연 제어기(120a)를 포함하는 주파수 훑음 광원 장치(100a)일 수 있다. S110 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제n 주파수 성분들을 갖는 입력 광 신호를 출력할 수 있다.
S120 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 S110 단계에서 생성된 입력 광 신호를 제1 내지 제m 서브 광 신호들로 분리할 수 있다. 제1 내지 제m 서브 광 신호들은 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 각각 포함할 수 있다.
이후, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 제1 내지 제m 채널들로 출력할 수 있다. 제1 내지 제m 채널들은 광 신호가 전송되는 경로들일 수 있다. 제1 내지 제m 채널들은 서로 물리적으로 분리된 경로들일 수 있다.
S130 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 채널들의 각각의 광 경로의 길이를 서로 상이하게 조절할 수 있다. 또한, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 조절할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 주파수 훑음 광원 장치는 외부 전압에 비례하여 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 증가시키도록 조절할 수 있다.
S140 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 채널들을 통과한 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 결합하여 지연 광 신호를 출력할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 주파수 훑음 광원 장치는 경로 지연기 및 굴절률 제어기를 포함할 수 있다. 제1 내지 제m 서브 광 신호들은 경로 지연기에 의해 조절된 제1 내지 제m 채널들의 채널들의 광 경로들의 길이들 및 굴절률 제어기에 의해 조절된 제1 내지 제m 채널들의 굴절률에 기초하여 순차적으로 지연된 신호들일 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 주파수 훑음 광원 장치의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 10을 참조하면, 주파수 훑음 광원 장치의 동작 방법이 도시된다. 예를 들어, 주파수 훑음 광원 장치는 도 4에서의 반사형 지연 제어기(220)를 포함하는 주파수 훑음 광원 장치(200) 또는 도 6에서의 반사형 지연 제어기(220a)를 포함하는 주파수 훑음 광원 장치(200a)일 수 있다.
S210 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제n 주파수 성분들을 갖는 입력 광 신호를 출력할 수 있다.
S220 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 S210 단계에서 생성된 입력 광 신호를 제1 내지 제m 서브 광 신호들로 분리할 수 있다. 제1 내지 제m 서브 광 신호들은 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 각각 포함할 수 있다. 즉, S220 단계는 도 9의 S120 단계와 유사한 동작 방법을 수행할 수 있다.
S225 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 채널들의 각각의 광 경로의 길이를 서로 상이하게 조절할 수 있다. 또한 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 조절할 수 있다. 주파수 훑음 광원 장치는 외부 전압에 비례하여 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 증가시키도록 조절할 수 있다.
이후, S225 단계에서 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 반사하여 제1 내지 제m 채널들로 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들을 출력할 수 있다.
S230 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 채널들의 각각의 광 경로의 길이를 서로 상이하게 조절할 수 있다. 주파수 훑음 광원 장치는 외부 전압(VRC)에 비례하여 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 증가시키도록 조절할 수 있다. 즉, 상술된 S220 단계와 유사한 동작 방법을 수행할 수 있다. 다만, S220 단계와 달리 제1 내지 제m 채널들을 통과하는 신호는 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들일 수 있다. S230 단계를 통해서 제1 내지 제m 채널들이 2번 경유되므로, 채널에 따른 광 신호의 지연이 동일한 조건에서, 주파수 훑음 광원 장치는 소형화될 수 있다.
S240 단계에서, 주파수 훑음 광원 장치는 제1 내지 제m 채널들을 통과한 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들을 결합하여 지연 광 신호를 출력할 수 있다. 좀 더 상세하게는, 주파수 훑음 광원 장치는 경로 지연기 및 굴절률 제어기를 포함할 수 있다. 제1 내지 제m 서브 광 신호들은 경로 지연기에 의해 조절된 제1 내지 제m 채널들의 채널들의 광 경로들의 길이들 및 굴절률 제어기에 의해 조절된 제1 내지 제m 채널들의 굴절률에 기초하여 순차적으로 지연된 신호들일 수 있다.
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 200: 주파수 훑음 광원 장치
110, 210: 모드 락킹 레이저
120: 투과형 지연 제어기
220: 반사형 지연 제어기
130, 230: 광 출사부
121: 역다중화기
122, 222: 경로 지연기
123, 223: 굴절률 제어기
124: 다중화기
221: 채널 분리기
224: 반사기
240: 서큘레이터

Claims (14)

  1. 제1 내지 제n 주파수 성분들을 갖는 입력 광 신호를 출력하도록 구성된 모드 락킹 레이저; 및
    상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 각각 포함하는 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 생성하고, 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들이 순차적으로 시간 지연된 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 투과형 지연 제어기를 포함하되,
    상기 투과형 지연 제어기는:
    상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 각각 제1 내지 제m 채널들로 출력하도록 구성된 역다중화기;
    상기 제1 내지 제m 채널들 각각의 광 경로들의 길이들을 서로 상이하게 조절하도록 구성된 경로 지연기;
    상기 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 조절하도록 구성된 굴절률 제어기; 및
    상기 제1 내지 제m 채널들을 통과한 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 결합하여 상기 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 다중화기를 포함하고,
    상기 n은 자연수이고, 상기 m은 상기 n보다 작은 자연수이고,
    상기 제1 서브 광 신호는 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 가장 낮은 주파수 성분을 포함하고, 상기 제m 서브 광 신호는 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 가장 높은 주파수 성분을 포함하는 주파수 훑음 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 역다중화기는 상기 입력 광 신호의 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들에 기초하여, 상기 입력 광 신호를 분리하여 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 출력하도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경로 지연기는 제1 내지 제m 채널들의 광 경로들의 길이들이 순차적으로 증가하게 조절하도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 경로 지연기는 제1 내지 제m 채널들의 광 경로들의 길이들이 순차적으로 감소하게 조절하도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절률 제어기는 외부 전압에 비례하여 상기 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 증가시키도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과형 지연 제어기는 상기 제1 채널과 상기 제m 채널의 광 경로의길이 차이에 기초하여 상기 제1 서브 광 신호가 출력되는 제1 시점 및 상기 제m 서브 광 신호가 출력되는 제2 시점 사이의 시간 구간을 결정하도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과형 지연 제어기는 상기 굴절률 제어기의 굴절률에 기초하여 상기 제1 서브 광 신호가 출력되는 제1 시점 및 상기 제m 서브 광 신호가 출력되는 제2 시점 사이의 시간 구간을 결정하도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 n은 상기 m의 정수 배인 주파수 훑음 광원 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 모드 락킹 레이저로부터의 상기 입력 광 신호의 펄스를 압축하고, 압축 광 신호를 출력하도록 구성된 펄스 압축기;
    상기 압축 광 신호의 노이즈 성분을 차단하고, 밴드 패스 신호를 상기 투과형 지연 제어기로 출력하도록 구성된 밴드 패스 필터; 및
    상기 투과형 지연 제어기로부터의 상기 지연 광 신호를 증폭하도록 구성된 증폭기를 더 포함하는 주파수 훑음 광원 장치.
  10. 제1 내지 제n 주파수 성분들을 갖는 입력 광 신호를 출력하도록 구성된 모드 락킹 레이저;
    상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 적어도 하나의 성분을 각각 포함하는 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 생성하고, 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들이 순차적으로 시간 지연된 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 반사형 지연 제어기; 및
    상기 모드 락킹 레이저로부터 상기 반사형 지연 제어기로의 제1 경로 그리고 상기 반사형 지연 제어기로부터 광 출사부로의 제2 경로를 제공하도록 구성된 서큘레이터를 포함하되,
    상기 반사형 지연 제어기는:
    상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 각각 제1 내지 제m 채널들로 출력하고, 상기 제1 내지 제m 채널들로부터의 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들을 결합하여 상기 서큘레이터로 상기 지연 광 신호를 출력하도록 구성된 채널 분리기;
    상기 제1 내지 제m 채널들 각각의 광 경로들의 길이들을 서로 상이하게 조절하도록 구성된 경로 지연기;
    상기 제1 내지 제m 채널들의 굴절률을 조절하도록 구성된 굴절률 제어기; 및
    제1 내지 제m 채널들로부터의 상기 제1 내지 제m 서브 광 신호들을 반사하고, 제1 내지 제m 채널들로 상기 제1 내지 제m 반사 서브 광 신호들을 출력하도록 구성된 반사기를 포함하고,
    상기 n은 자연수이고, 상기 m은 상기 n보다 작은 자연수인 주파수 훑음 광원 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 채널 분리기는 상기 입력 광 신호에 기초하여 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 가장 낮은 주파수 성분을 포함하는 상기 제1 서브 광 신호를 상기 제1 채널로 출력하고, 상기 제1 내지 제n 주파수 성분들 중 가장 높은 주파수 성분을 포함하는 상기 제m 서브 광 신호를 상기 제m 채널로 출력하도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 경로 지연기는 제1 내지 제m 채널들의 광 경로들의 길이들이 순차적으로 증가하게 조절하도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 경로 지연기는 제1 내지 제m 채널들의 광 경로들의 길이들이 순차적으로 감소하게 조절하도록 더 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 모드 락킹 레이저로부터 상기 제1 경로를 통해 상기 입력 광 신호를 수신하고, 상기 입력 광 신호의 펄스를 압축하고, 압축 광 신호를 출력하도록 구성된 펄스 압축기;
    상기 압축 광 신호의 노이즈 성분을 차단하고, 상기 제1 경로를 통해 상기 서큘레이터로 밴드 패스 신호를 출력하도록 구성된 밴드 패스 필터; 및
    상기 서큘레이터로부터 상기 제2 경로를 통해 상기 지연 광 신호를 수신하고, 상기 지연 광 신호를 증폭하고, 상기 제2 경로를 통해 상기 광 출사부로 증폭 광 신호를 출력하도록 구성된 주파수 훑음 광원 장치.
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