KR20230076652A - Method and apparatus for frequency stabilization of chip-scale optical frequency combs, system for providing stabilized optical frequency combs - Google Patents

Method and apparatus for frequency stabilization of chip-scale optical frequency combs, system for providing stabilized optical frequency combs Download PDF

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Abstract

주파수 안정화 장치의 동작 방법으로서, 주파수 안정화 대상인 광주파수빗, 그리고 제1 주파수의 제1 기준 신호 및 제2 주파수의 제2 기준 신호를 입력받는 단계, 상기 제1 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제1 주파수 모드의 차이 주파수에 해당하는 제1 간섭 신호를 획득하고, 상기 제1 간섭 신호가 펌프 레이저의 펌프 파워 변조에 사용되도록 상기 펌프 레이저로 피드백하는 단계, 그리고 상기 제2 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제2 주파수 모드의 차이 주파수에 해당하는 제2 간섭 신호를 획득하고, 상기 제2 간섭 신호가 상기 펌프 레이저의 펌프 주파수 변조에 사용되도록 상기 펌프 레이저로 피드백하는 단계를 포함한다.A method of operating a frequency stabilization device, comprising: receiving an optical frequency comb to be frequency stabilized, a first reference signal of a first frequency, and a second reference signal of a second frequency; Acquiring a first interference signal corresponding to a difference frequency of 1 frequency mode, feeding back the first interference signal to the pump laser so that the first interference signal is used for pump power modulation of the pump laser, and the second reference signal and the optical frequency Acquiring a second interference signal corresponding to a difference frequency of a second frequency mode of a comb, and feeding the second interference signal back to the pump laser to be used for pump frequency modulation of the pump laser.

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Figure P1020210163786

Description

칩-스케일 광주파수빗의 주파수 안정화 방법 및 장치, 이를 이용한 안정화된 광주파수빗 제공 시스템{METHOD AND APPARATUS FOR FREQUENCY STABILIZATION OF CHIP-SCALE OPTICAL FREQUENCY COMBS, SYSTEM FOR PROVIDING STABILIZED OPTICAL FREQUENCY COMBS}Frequency stabilization method and device of chip-scale optical frequency comb, and system for providing stabilized optical frequency comb using the same

본 발명은 주파수 안정화에 관한 것이다.The present invention relates to frequency stabilization.

고반복률 광주파수빗은 광통신, 분광학, 아날로그디지털변환기, 초장기선 간섭계(very long baseline interferometry, VLBI) 등의 샘플링 속도나 신호 분석에 매우 중요하다. 이러한 분야에선 신호원의 주파수 안정도를 확보하는 것이 매우 중요하다. High-repetition-rate optical frequency combs are very important for sampling rates and signal analysis, such as optical communication, spectroscopy, analog-to-digital converters, and very long baseline interferometry (VLBI). In this field, it is very important to secure the frequency stability of the signal source.

광주파수빗의 각 주파수 모드는 반복률과 오프셋 주파수로 정의되므로, 반복률과 오프셋 주파수를 모두 안정화해야 한다. 광주파수빗의 오프셋 주파수는 비선형성을 이용하여 검출하고 안정화하기 때문에 높은 펄스 에너지를 필요로 한다. 하지만 고반복률 광주파수빗은 펄스 에너지를 일정 수준 이상 높이기 어려워 기존의 방법으로는 오프셋 주파수를 검출하고 안정화하기 어렵다. 이처럼, 고반복률 광주파수빗은 계속 발전하고 있지만, 오프셋 주파수를 검출하기 어려워서 주파수 안정도를 확보하는 데 어려움이 있다.Since each frequency mode of the optical frequency comb is defined by repetition rate and offset frequency, both repetition rate and offset frequency must be stabilized. Since the offset frequency of the optical frequency comb is detected and stabilized using nonlinearity, high pulse energy is required. However, it is difficult to detect and stabilize the offset frequency with conventional methods because high repetition rate optical frequency combs are difficult to increase pulse energy above a certain level. As such, although the high repetition rate optical frequency comb continues to develop, it is difficult to detect the offset frequency, so it is difficult to secure frequency stability.

본 개시는 주파수가 다른 두 기준 신호를 이용하여 칩-스케일 광주파수빗의 주파수 안정화 방법 및 장치, 이를 이용한 안정화된 광주파수빗 제공 시스템을 제공하는 것이다.The present disclosure provides a method and apparatus for stabilizing the frequency of a chip-scale optical frequency comb using two reference signals having different frequencies, and a system for providing a stabilized optical frequency comb using the same.

본 개시는 광주파수빗의 특정 주파수 모드와 기준 신호의 간섭 신호를 통해 오프셋 주파수 안정화를 위한 펌프 파워를 변조하고, 다른 주파수 모드와 다른 기준 신호의 간섭 신호를 통해 반복률 안정화를 위한 펌프 주파수를 변조하여 광주파수빗 주파수를 안정화하는 방법을 제공하는 것이다.The present disclosure modulates pump power for offset frequency stabilization through a specific frequency mode of an optical frequency comb and an interference signal of a reference signal, and modulates pump frequency for repetition rate stabilization through another frequency mode and an interference signal of another reference signal. It is to provide a method for stabilizing the frequency of an optical frequency comb.

실시예에 따른 주파수 안정화 장치의 동작 방법으로서, 주파수 안정화 대상인 광주파수빗, 그리고 제1 주파수의 제1 기준 신호 및 제2 주파수의 제2 기준 신호를 입력받는 단계, 상기 제1 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제1 주파수 모드의 차이 주파수에 해당하는 제1 간섭 신호를 획득하고, 상기 제1 간섭 신호가 펌프 레이저의 펌프 파워 변조에 사용되도록 상기 펌프 레이저로 피드백하는 단계, 그리고 상기 제2 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제2 주파수 모드의 차이 주파수에 해당하는 제2 간섭 신호를 획득하고, 상기 제2 간섭 신호가 상기 펌프 레이저의 펌프 주파수 변조에 사용되도록 상기 펌프 레이저로 피드백하는 단계를 포함한다.A method of operating a frequency stabilization device according to an embodiment, comprising the steps of receiving an optical frequency comb, a first reference signal of a first frequency, and a second reference signal of a second frequency as inputs, the first reference signal and the optical frequency comb to be stabilized. Obtaining a first interference signal corresponding to a difference frequency of a first frequency mode of a frequency comb, feeding back the first interference signal to the pump laser so that the first interference signal is used for modulating the pump power of the pump laser, and the second reference signal and obtaining a second interference signal corresponding to a difference frequency between a second frequency mode of the optical frequency comb and feeding the second interference signal back to the pump laser so as to be used for pump frequency modulation of the pump laser. .

상기 펌프 파워 변조 신호에 의해 상기 광주파수빗의 오프셋 주파수가 안정화될 수 있다. An offset frequency of the optical frequency comb may be stabilized by the pump power modulation signal.

상기 펌프 주파수 변조 신호에 의해 상기 광주파수빗의 반복률이 안정화될 수 있다.A repetition rate of the optical frequency comb may be stabilized by the pump frequency modulation signal.

실시예에 따른 광주파수빗 제공 시스템으로서, 주파수 펌프 레이저와 칩-스케일 공진기를 이용하여 펄스를 생성하는 칩-스케일 광주파수빗 장치, 그리고 상기 칩-스케일 광주파수빗 장치에서 출력된 주파수 도메인의 광주파수빗을 입력받고, 상기 광주파수빗과 두 기준 신호들을 간섭시켜 두 간섭 신호들을 획득하고, 상기 두 간섭 신호들을 상기 칩-스케일 광주파수빗 장치로 피드백하는 주파수 안정화 장치를 포함한다.A system for providing an optical frequency comb according to an embodiment, a chip-scale optical frequency comb device generating pulses using a frequency pump laser and a chip-scale resonator, and light in a frequency domain output from the chip-scale optical frequency comb device. and a frequency stabilization device that receives a frequency comb, obtains two interference signals by interfering with the optical frequency comb and two reference signals, and feeds back the two interference signals to the chip-scale optical frequency comb device.

상기 주파수 안정화 장치는 상기 두 간섭 신호들 중 어느 하나를 펌프 파워 변조 신호로 생성하고, 상기 두 간섭 신호들 중 나머지 하나를 펌프 주파수 변조 신호로 생성할 수 있다.The frequency stabilization device may generate one of the two interference signals as a pump power modulated signal and generate the other one of the two interference signals as a pump frequency modulated signal.

상기 펌프 파워 변조 신호에 의해 상기 광주파수빗의 오프셋 주파수가 안정화되고, 상기 펌프 주파수 변조 신호에 의해 상기 광주파수빗의 반복률이 안정화될 수 있다.An offset frequency of the optical frequency comb may be stabilized by the pump power modulation signal, and a repetition rate of the optical frequency comb may be stabilized by the pump frequency modulation signal.

상기 주파수 안정화 장치는 제1 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제1 주파수 모드가 간섭된 제1 간섭 신호, 그리고 제2 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제2 주파수 모드가 간섭된 제1 간섭 신호를 획득할 수 있다. 상기 제1 간섭 신호는 상기 제1 주파수 모드의 잡음에 해당하고, 상기 제2 간섭 신호는 상기 제2 주파수 모드의 잡음에 해당할 수 있다.The frequency stabilization device generates a first interference signal in which a first reference signal and a first frequency mode of the optical frequency comb are interfered, and a first interference signal in which a second reference signal and a second frequency mode of the optical frequency comb are interfered. can be obtained The first interference signal may correspond to noise of the first frequency mode, and the second interference signal may correspond to noise of the second frequency mode.

상기 두 간섭 신호들은 상기 펌프 레이저로 입력될 수 있다.The two interference signals may be input to the pump laser.

상기 칩-스케일 광주파수빗 장치는 상기 펌프 레이저의 출력을 변조하여 상기 공진기로 전달하는 변조기, 그리고 상기 변조기를 제어하는 전압제어발진기를 더 포함하고, 상기 두 간섭 신호들은 상기 전압제어발진기로 입력될 수 있다.The chip-scale optical frequency comb device further includes a modulator for modulating the output of the pump laser and transmitting the modulated output to the resonator, and a voltage controlled oscillator for controlling the modulator, wherein the two interference signals are input to the voltage controlled oscillator. can

상기 두 기준 신호들은 광섬유를 통해 기준 신호원으로부터 상기 주파수 안정화 장치로 전달될 수 있다.The two reference signals may be transferred from a reference signal source to the frequency stabilization device through an optical fiber.

실시예에 따른 광주파수빗 제공 시스템으로서, 제1 주파수의 제1 기준 신호 및 제2 주파수의 제2 기준 신호를 제공하는 기준 신호원, 그리고 주파수 안정화 대상인 광주파수빗과 상기 제1 기준 신호의 제1 간섭 신호를 기초로 상기 광주파수빗의 제1 주파수 모드를 고정하고, 상기 광주파수빗과 상기 제2 기준 신호의 제2 간섭 신호를 기초로 상기 광주파수빗의 제2 주파수 모드를 고정하는 주파수 안정화 장치를 포함한다.A system for providing an optical frequency comb according to an embodiment, wherein a reference signal source provides a first reference signal of a first frequency and a second reference signal of a second frequency, and a frequency stabilization object of the optical frequency comb and the first reference signal 1 Frequency for fixing the first frequency mode of the optical frequency comb based on an interference signal and fixing the second frequency mode of the optical frequency comb based on the second interference signal of the optical frequency comb and the second reference signal Includes a stabilizing device.

상기 주파수 안정화 장치는 상기 제1 간섭 신호 및 상기 제2 간섭 신호를 상기 광주파수빗을 출력하는 칩-스케일 광주파수빗 장치로 피드백할 수 있다.The frequency stabilization device may feed back the first interference signal and the second interference signal to a chip-scale optical frequency comb device outputting the optical frequency comb.

상기 주파수 안정화 장치는 상기 제1 간섭 신호를 기초로 생성한 펌프 파워 변조 신호를 상기 칩-스케일 광주파수빗 장치로 피드백하고, 상기 제2 간섭 신호를 기초로 생성한 펌프 주파수 변조 신호를 상기 칩-스케일 광주파수빗 장치로 피드백할 수 있다.The frequency stabilization device feeds back a pump power modulated signal generated based on the first interference signal to the chip-scale optical frequency comb device, and returns a pump frequency modulated signal generated based on the second interference signal to the chip-scale optical frequency comb device. It can be fed back to the scaled optical frequency comb device.

상기 제1 간섭 신호는 상기 제1 주파수 모드의 잡음에 해당하고, 상기 제2 간섭 신호는 상기 제2 주파수 모드의 잡음에 해당할 수 있다.The first interference signal may correspond to noise of the first frequency mode, and the second interference signal may correspond to noise of the second frequency mode.

상기 기준 신호원은 복수의 주파수 안정화 장치들로 상기 제1 기준 신호와 상기 제2 기준 신호를 제공할 수 있다.The reference signal source may provide the first reference signal and the second reference signal to a plurality of frequency stabilization devices.

실시예에 따르면 펄스 에너지에 의존하지 않고 오프셋 주파수를 안정화할 수 있어서, 펄스 에너지가 낮은 고반복률 광주파수빗의 주파수 안정도를 높일 수 있다. According to the embodiment, since the offset frequency can be stabilized without depending on the pulse energy, the frequency stability of the high repetition rate optical frequency comb having low pulse energy can be improved.

실시예에 따르면 두 기준 신호를 각각 이용하여 두 주파수 모드들을 고정함으로써, 오프셋 주파수와 반복률을 지속적으로 고정할 수 있다.According to the embodiment, the offset frequency and the repetition rate may be continuously fixed by fixing the two frequency modes using the two reference signals, respectively.

실시예에 따르면 주파수 안정도가 보장된 고반복률 광주파수빗은 분자분광학, 천문 분야의 도플러 주파수 천이 기반 분광학, 광통신 등에 사용될 수 있다.According to the embodiment, the high repetition rate optical frequency comb with guaranteed frequency stability can be used for molecular spectroscopy, Doppler frequency shift-based spectroscopy in the field of astronomy, optical communication, and the like.

실시예에 따르면, 기준 신호들을 광섬유를 통해 장거리 전송할 수 있으므로, 우수한 신호원의 기준 신호들을 여러 장소의 광주파수빗으로 전송함으로써, 여러 장소의 광주파수빗을 동일한 기준 신호원에 안정화할 수 있다. According to the embodiment, since reference signals can be transmitted over a long distance through an optical fiber, optical frequency combs in various places can be stabilized with the same reference signal source by transmitting reference signals of excellent signal sources to optical frequency combs in various places.

실시예에 따르면, 초장기선 간섭계 기반 천문 연구(VLBI), 가속기 시설 등과 같이 동일 시점에 실험을 진행해야 하는 거대 시스템의 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있다.According to the embodiment, the performance of a large system, such as very long baseline interferometry-based astronomical research (VLBI) and an accelerator facility, which must be tested at the same time, can be dramatically improved.

도 1은 칩-스케일 광주파수빗을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 2는 광주파수빗을 설명하는 도면이다.
도 3은 종래의 오프셋 주파수 검출 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 칩-스케일 광주파수빗의 주파수 안정화 방법을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 칩-스케일 광주파수빗의 주파수 안정화 장치의 예시이다.
도 6은 실시예에 따른 변조기를 포함하는 칩-스케일 광주파수빗으로의 피드백 신호 전송을 설명하는 도면이다.
도 7은 실시예에 따른 칩-스케일 광주파수빗의 주파수 안정화 방법의 흐름도이다.1 is a diagram conceptually illustrating a chip-scale optical frequency comb.
2 is a diagram illustrating an optical frequency comb.
3 is a diagram illustrating a conventional offset frequency detection method.
4 is a diagram conceptually illustrating a method for stabilizing a frequency of a chip-scale optical frequency comb according to an embodiment.
5 is an example of a device for stabilizing a frequency of a chip-scale optical frequency comb according to an embodiment.
6 is a diagram illustrating transmission of a feedback signal to a chip-scale optical frequency comb including a modulator according to an embodiment.
7 is a flowchart of a method for stabilizing a frequency of a chip-scale optical frequency comb according to an embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

설명에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the description, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.

설명에서, 도면 부호 및 이름은 설명의 편의를 위해 붙인 것으로서, 장치들이 반드시 도면 부호나 이름으로 한정되는 것은 아니다.In the description, reference numerals and names are attached for convenience of explanation, and devices are not necessarily limited to reference numerals or names.

도 1은 칩-스케일 광주파수빗을 개념적으로 설명하는 도면이고, 도 2는 광주파수빗을 설명하는 도면이며, 도 3은 종래의 오프셋 주파수 검출 방법을 설명하는 도면이다.1 is a diagram conceptually illustrating a chip-scale optical frequency comb, FIG. 2 is a diagram illustrating an optical frequency comb, and FIG. 3 is a diagram illustrating a conventional offset frequency detection method.

도 1을 참고하면, 칩-스케일 광주파수빗 장치(10)는, 펌프 레이저(11)의 출력 신호를 입력받은 칩-스케일 공진기(12)에서 강한 비선형을 이용하여 펄스를 생성하는 방식으로, 주파수 도메인의 광주파수빗(Optical frequency comb)(20)을 생성할 수 있다. Referring to FIG. 1, the chip-scale optical frequency comb device 10 generates pulses by using strong nonlinearity in the chip-scale resonator 12 receiving the output signal of the pump laser 11, An optical frequency comb 20 of the domain may be generated.

도 2를 참고하면, 광주파수빗(Optical frequency comb)(20)은 주파수 도메인에서 일정 주파수 간격(frep)의 불연속적인 스펙트럼으로 표현된다. 광주파수빗의 주파수 모드는 빗살 모드(comb-line mode)라고도 하는데, 반복률(repetition rate, frep)과 반송자 포락선 오프셋(carrier envelope offset) 주파수(간단히, “오프셋 주파수”라고 함)(fceo)로 정의된다. 예를 들면, n번째 주파수 모드 vn은 수학식 1과 같이 정의된다.Referring to FIG. 2 , an optical frequency comb 20 is expressed as a discontinuous spectrum at a constant frequency interval f rep in the frequency domain. The frequency mode of the optical frequency comb is also called the comb-line mode, which is the repetition rate (f rep ) and the carrier envelope offset frequency (simply called “offset frequency”) (f ceo ) is defined as For example, the n-th frequency mode v n is defined as in Equation 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

따라서, 광주파수빗에서 각 주파수 모드가 완벽하게 정의되기 위해서는 오프셋 주파수와 반복률이 모두 안정화되어야 한다. Therefore, in order for each frequency mode to be perfectly defined in the optical frequency comb, both the offset frequency and the repetition rate must be stabilized.

도 3을 참고하면, 일반적으로 광주파수빗에서 n번째 주파수 모드와 2n번째 주파수 모드를 이용하여, 오프셋 주파수(fceo)를 검출하고, 이를 이용하여 오프셋 주파수를 안정화한다. Referring to FIG. 3 , an offset frequency (f ceo ) is generally detected using an n-th frequency mode and a 2n-th frequency mode in an optical frequency comb, and the offset frequency is stabilized using this.

이러한 방법은 강한 비선형성을 이용하여 오프셋 주파수를 검출하고 안정화하기 때문에 높은 펄스 에너지를 필요로 한다. 하지만 고반복률 광주파수빗은 펄스 에너지를 일정 수준 이상 높이기 어려워 기존의 방법으로는 오프셋 주파수를 검출하고 안정화하기 어렵다.This method requires high pulse energy because the offset frequency is detected and stabilized using strong nonlinearity. However, it is difficult to detect and stabilize the offset frequency with conventional methods because high repetition rate optical frequency combs are difficult to increase pulse energy above a certain level.

다음에서, 펄스 에너지에 의존하지 않으면서 오프셋 주파수 및 반복률을 모두 안정화하여 광주파수빗의 주파수 안정도를 얻는 방법에 대해 설명한다.Next, a method for obtaining frequency stability of an optical frequency comb by stabilizing both the offset frequency and the repetition rate without depending on the pulse energy will be described.

도 4는 실시예에 따른 칩-스케일 광주파수빗의 주파수 안정화 방법을 개념적으로 설명하는 도면이다.4 is a diagram conceptually illustrating a method for stabilizing a frequency of a chip-scale optical frequency comb according to an embodiment.

도 4를 참고하면, 광주파수빗 시스템은 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)와 주파수 안정화 장치(200)를 포함한다. 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)에 주파수 안정화 장치(200)가 포함되어 구현될 수 있으나, 주파수 안정화 방법을 설명하기 위해, 이들을 구분하여 설명한다. 광주파수빗 시스템은 서로 다른 주파수의 두 기준 신호를 제공하는 기준 신호원을 더 포함할 수 있다. 기준 신호원은 실시예에 따라 주파수 안정화 장치(200)에 포함되거나, 주파수 안정화 장치(200)와 광섬유를 통해 연결될 수 있다. 기준 신호원은 복수의 주파수 안정화 장치(200)로 동일한 기준 신호들을 제공할 수 있다. 기준 신호원은 한국표준과학연구원의 표준 주파수와 같이, 안정화되어 소급성이 확보된 신호원을 활용할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the optical frequency comb system includes a chip-scale optical frequency comb device 100 and a frequency stabilization device 200 . Although the chip-scale optical frequency comb device 100 may be implemented by including the frequency stabilization device 200, in order to explain the frequency stabilization method, they will be separately described. The optical frequency comb system may further include a reference signal source providing two reference signals of different frequencies. The reference signal source may be included in the frequency stabilization device 200 or may be connected to the frequency stabilization device 200 through an optical fiber. The reference signal source may provide the same reference signals to a plurality of frequency stabilization devices 200 . As a reference signal source, a signal source stabilized and traceability secured, such as the standard frequency of the Korea Research Institute of Standards and Science, may be used.

칩-스케일 광주파수빗 장치(100)는, 펌프 레이저(110) 및 칩-스케일 공진기(120)를 포함하고, 공진기(120)의 공진 조건에 해당하는 펌프 주파수를 찾기 위해 펌프 레이저(110)의 주파수를 스캔하는 임의 파형 발생기(Arbitrary Waveform Generator, AWG)(미도시), 펌프 레이저(110)의 주파수를 고정하는 피드백 회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.The chip-scale optical frequency comb device 100 includes a pump laser 110 and a chip-scale resonator 120, and uses the pump laser 110 to find a pump frequency corresponding to the resonance condition of the resonator 120. An Arbitrary Waveform Generator (AWG) (not shown) that scans the frequency and a feedback circuit (not shown) that fixes the frequency of the pump laser 110 may be further included.

칩-스케일 광주파수빗 장치(100)는, 펌프 레이저(110)의 출력 신호를 입력받은 칩-스케일 공진기(120)에서 강한 비선형을 이용하여 펄스를 생성하는 방식으로, 광주파수빗(Optical frequency comb)을 생성할 수 있다.The chip-scale optical frequency comb device 100 uses a strong nonlinearity in the chip-scale resonator 120 receiving the output signal of the pump laser 110 to generate pulses. ) can be created.

펌프 레이저(110)는 임의 파형 발생기의 주파수 스캔 전압을 기초로 주파수 스캔을 하면서, 공진기(120)의 공진 조건에 해당하는 펌프 주파수를 찾고, 펄스가 생성되면, 주파수 스캔을 멈춘다. 이후, 펌프 주파수가 공진 조건으로부터 벗어나지 않도록 고정된다. 펌프 레이저(110)는 연속파(Continuous Wave, CW) 신호를 출력하는 레이저일 수 있다. The pump laser 110 performs a frequency scan based on the frequency scan voltage of the arbitrary waveform generator, finds a pump frequency corresponding to the resonance condition of the resonator 120, and stops the frequency scan when a pulse is generated. Then, the pump frequency is fixed so that it does not deviate from the resonance condition. The pump laser 110 may be a laser that outputs a continuous wave (CW) signal.

공진기(120)는 칩-스케일의 실리카(silica) 마이크로 공진기일 수 있다. 공진기(12)는 고품질 인자(High Quality factor)　공진기일 수 있다. 공진기(120)는 FWM(four-wave mixing) 기반의 비선형 주파수 변환을 통해, 입력된 신호로부터 펄스를 생성한다.The resonator 120 may be a chip-scale silica microresonator. The resonator 12 may be a high quality factor 　 resonator. The resonator 120 generates a pulse from an input signal through nonlinear frequency conversion based on four-wave mixing (FWM).

주파수 안정화 장치(200)는 서로 다른 주파수(vr1, vr2)의 두 기준 신호를 이용하여, 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)에서 출력된 광주파수빗의 오프셋 주파수 및 반복률을 안정화한다. 두 기준 신호의 신호원은 주파수 안정화 장치(200)에 포함될 수 있다. 또는, 두 기준 신호는 광섬유를 통해 주파수 안정화 장치(200)로 입력될 수 있다. 주파수 안정화 장치(200)는 주파수 vr1의 기준 신호1과 광주파수빗을 간섭시켜 간섭 신호1을 획득한다. 간섭 신호1은 주파수 모드 vn와 기준 신호1의 차이 주파수(vn- vr1)를 가지는데, 이는 주파수 모드 vn의 잡음 δvn에 해당한다. The frequency stabilization device 200 uses two reference signals of different frequencies (v r1 and v r2 ) to stabilize the offset frequency and repetition rate of the optical frequency comb output from the chip-scale optical frequency comb device 100. Signal sources of the two reference signals may be included in the frequency stabilization device 200 . Alternatively, the two reference signals may be input to the frequency stabilization device 200 through an optical fiber. The frequency stabilization device 200 obtains an interference signal 1 by interfering a reference signal 1 of frequency v r1 with an optical frequency comb. Interference signal 1 has a difference frequency (v n- v r1 ) between frequency mode v n and reference signal 1, which corresponds to noise δv n of frequency mode v n .

마찬가지로, 주파수 안정화 장치(200)는 주파수 vr2의 기준 신호2와 광주파수빗을 간섭시켜 간섭 신호2를 획득한다. 간섭 신호2는 주파수 모드 vm와 기준 신호2의 차이 주파수(vm- vr2)를 가지는데, 이는 주파수 모드 vm의 잡음 δvm에 해당한다. Similarly, the frequency stabilization device 200 obtains the interference signal 2 by interfering the optical frequency comb with the reference signal 2 of frequency v r2 . Interference signal 2 has a difference frequency (v m- v r2 ) between frequency mode v m and reference signal 2, which corresponds to noise δv m of frequency mode v m .

주파수 안정화 장치(200)는 간섭 신호1과 간섭 신호2 중 어느 하나를 이용하여, 오프셋 주파수(fceo) 안정화를 위한 펌프 파워 변조 신호를 생성하고, 이를 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)로 피드백한다. 오프셋 주파수의 변화는 펌프 주파수 변화보다 펌프 파워 변화에 대해 민감도가 높다. 따라서, 오프셋 주파수는 펌프 파워를 변조하는 피드백을 통해 안정화될 수 있다. The frequency stabilization device 200 uses any one of the interference signal 1 and the interference signal 2 to generate an offset frequency (f ceo ) A pump power modulation signal for stabilization is generated and fed back to the chip-scale optical frequency comb device 100. Changes in offset frequency are more sensitive to changes in pump power than changes in pump frequency. Thus, the offset frequency can be stabilized through feedback modulating the pump power.

주파수 안정화 장치(200)는 간섭 신호1과 간섭 신호2 중 나머지 하나를 이용하여 반복률(frep) 안정화를 위한 펌프 주파수 변조 신호를 생성하고, 이를 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)로 피드백한다. 반복률의 변화는 펌프 주파수 변화에 대해 민감도가 높다. 따라서, 반복률은 펌프 주파수를 변조하는 피드백을 통해 안정화될 수 있다. The frequency stabilization device 200 uses the other one of the interference signal 1 and the interference signal 2 to determine the repetition rate (f rep ). A pump frequency modulated signal for stabilization is generated and fed back to the chip-scale optical frequency comb device 100. Changes in repetition rate are highly sensitive to changes in pump frequency. Thus, the repetition rate can be stabilized through feedback modulating the pump frequency.

즉, 주파수 안정화 장치(200)는 광주파수빗과 기준 신호1의 간섭 신호1을 기초로 광주파수빗의 주파수 모드 vn을 고정하고, 광주파수빗과 기준 신호2의 간섭 신호2을 기초로 광주파수빗의 주파수 모드 vm을 고정할 수 있다. 각 주파수 모드는 오프셋 주파수와 반복률로 정의되므로, 두 주파수 모드가 고정되는 경우, 오프셋 주파수와 반복률이 고정될 수 있다. That is, the frequency stabilization device 200 fixes the frequency mode v n of the optical frequency comb based on the optical frequency comb and the interference signal 1 of the reference signal 1, and based on the interference signal 2 of the optical frequency comb and the reference signal 2, The frequency mode v m of the frequency comb can be fixed. Since each frequency mode is defined by an offset frequency and a repetition rate, when the two frequency modes are fixed, the offset frequency and repetition rate may be fixed.

펌프 파워 변조 신호 및 펌프 주파수 변조 신호는 펌프 레이저(110)로 직접 입력될 수 있다. 또는 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)가 펌프 레이저(110)의 출력을 변조하는 음향광학 주파수변조기(Acousto-Optic Frequency Shifter, AOFS)나 전자광학변조기 등의 변조기를 포함하는 경우, 변조기를 제어하는 전압제어발진기(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)로 펌프 파워 변조 신호 및 펌프 주파수 변조 신호가 전달될 수 있다. The pump power modulation signal and the pump frequency modulation signal may be directly input to the pump laser 110 . Alternatively, when the chip-scale optical frequency comb device 100 includes a modulator such as an Acousto-Optic Frequency Shifter (AOFS) or an electro-optical modulator that modulates the output of the pump laser 110, the modulator is controlled A pump power modulated signal and a pump frequency modulated signal may be transferred to a voltage-controlled oscillator (VCO).

만약, 하나의 기준 신호1만을 이용하여 생성한 펌프 파워 변조 신호를 펌프 레이저(110)로 피드백하는 경우, 주파수 모드 vn은 기준 신호 주파수와의 차이(vn- vr1)가 일정한 값으로 유지되어 고정될 수 있다. 하지만, 오프셋 주파수와 반복률이 지속적으로 변하면서, 주파수 모드 vn은 고정되지만, 오프셋 주파수는 점점 커지고, 반복률은 점점 작아질 수 있다.If the pump power modulation signal generated using only one reference signal 1 is fed back to the pump laser 110, the frequency mode v n maintains a difference (v n - v r1 ) from the reference signal frequency at a constant value. and can be fixed. However, as the offset frequency and repetition rate continuously change, the frequency mode v n is fixed, but the offset frequency may gradually increase and the repetition rate may gradually decrease.

따라서, 주파수 안정화 장치(200)는 추가적인 기준 신호2를 이용해서, 주파수 모드 vm도 고정한다. 이렇게, 두 주파수 모드 vn과 vm이 동시에 고정이 되므로, 각 주파수 모드를 정의하는 오프셋 주파수와 반복률이 지속적으로 변하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the frequency stabilization device 200 also fixes the frequency mode v m by using the additional reference signal 2 . In this way, since the two frequency modes v n and v m are simultaneously fixed, the offset frequency and repetition rate defining each frequency mode can be prevented from continuously changing.

도 5는 실시예에 따른 칩-스케일 광주파수빗의 주파수 안정화 장치의 예시이다. 5 is an example of a device for stabilizing a frequency of a chip-scale optical frequency comb according to an embodiment.

도 5를 참고하면, 주파수 안정화 장치(200)는 서로 다른 주파수(vr1, vr2)의 두 기준 신호를 이용하여, 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)에서 출력된 광주파수빗의 오프셋 주파수 및 반복률을 안정화한다. 주파수 안정화 장치(200)는 주파수 안정화 장치(200)는 두 기준 신호를 제공하는 기준 신호원(300-1, 300-2)을 포함할 수 있고, 광섬유를 통해 기준 신호원(300-1, 300-2)에서 전송한 두 기준 신호를 입력을 수 있다. 도면에서는 두 기준 신호를 구분하기 위해 기준 신호원을 구분해서 설명하나, 기준 신호원이 반드시 물리적으로 분리될 필요는 없다. Referring to FIG. 5 , the frequency stabilization device 200 uses two reference signals of different frequencies (v r1 and v r2 ) to offset frequencies of the optical frequency comb output from the chip-scale optical frequency comb device 100. and stabilize the repetition rate. The frequency stabilization device 200 may include reference signal sources 300-1 and 300-2 providing two reference signals, and may include reference signal sources 300-1 and 300 through an optical fiber. You can input the two reference signals transmitted in -2). In the drawing, the reference signal sources are separately described in order to distinguish the two reference signals, but the reference signal sources are not necessarily physically separated.

주파수 안정화 장치(200)는 각 기준 신호를 이용한 간섭 신호를 피드백하기 위한 회로를 포함한다. 회로 구성은 다양하게 설계될 수 있고, 대표적으로 광검출기(210, 211), 광 대역통과필터(Optic BandPass Filter)(220, 221), 주파수 믹서(230, 231), 캐리어 주파수를 제공하는 RF 신호원(240, 241), 그리고 루프 필터(250, 251)를 포함할 수 있다. 이외에도 주파수 안정화 장치(200)는 간섭 및 피드백을 위해 필요한 소자들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 광주파수빗과 기준 신호를 바인딩하는 커플러(260, 261)를 더 포함할 수 있다. 또는 커플러 대신에 편광판과 빔 컴바이너가 사용될 수 있다.The frequency stabilization device 200 includes a circuit for feeding back an interference signal using each reference signal. The circuit configuration may be designed in various ways, and typically includes photodetectors 210 and 211, optical bandpass filters 220 and 221, frequency mixers 230 and 231, and an RF signal providing a carrier frequency. Circles 240 and 241 and loop filters 250 and 251 may be included. In addition, the frequency stabilization device 200 may use elements necessary for interference and feedback. For example, couplers 260 and 261 binding an optical frequency comb and a reference signal may be further included. Alternatively, a polarizer and a beam combiner may be used instead of the coupler.

광검출기(210)는 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)에서 출력된 광주파수빗과 기준 신호(vr1)의 간섭 신호1을 획득한다. 간섭 신호1은 주파수 모드 vn과 기준 신호(vr1)의 차이 주파수를 가지는데, 이는 주파수 모드 vn의 잡음 δvn에 해당한다. The photodetector 210 acquires the optical frequency comb output from the chip-scale optical frequency comb device 100 and the interference signal 1 of the reference signal v r1 . The interference signal 1 has a difference frequency between the frequency mode v n and the reference signal v r1 , which corresponds to noise δv n of the frequency mode v n .

광검출기(210)에서 출력된 간섭 신호1은 광 대역통과필터(220)을 통과한 후, 주파수 믹서(230)에 의해 캐리어 RF 신호원(240)과 혼합된다. 그리고, 루프 필터(250)가 주파수 믹서(230)에서 캐리어 주파수에 실린 간섭 신호1을 피드백 신호로 변환하고, 피드백 신호가 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)로 전달된다. 루프 필터(250)은 간섭 신호1을, 오프셋 주파수(fceo) 안정화를 위한 펌프 파워 변조에 사용되도록 피드백할 수 있다.The interference signal 1 output from the photodetector 210 passes through the wide pass filter 220 and then is mixed with the carrier RF signal source 240 by the frequency mixer 230. Then, the loop filter 250 converts the interference signal 1 loaded on the carrier frequency into a feedback signal in the frequency mixer 230, and the feedback signal is transferred to the chip-scale optical frequency comb device 100. The loop filter 250 takes the interference signal 1, the offset frequency (f ceo ) It can be fed back to be used for pump power modulation for stabilization.

광검출기(211)는 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)에서 출력된 광주파수빗과 기준 신호(vr2)의 간섭 신호2를 획득한다. 간섭 신호2는 주파수 모드 vm과 기준 신호(vr2)의 차이 주파수를 가지는데, 이는 주파수 모드 vm의 잡음 δvm에 해당한다. The photodetector 211 acquires the optical frequency comb output from the chip-scale optical frequency comb device 100 and the interference signal 2 of the reference signal v r2 . The interference signal 2 has a difference frequency between the frequency mode v m and the reference signal v r2 , which corresponds to noise δv m of the frequency mode v m .

광검출기(211)에서 출력된 간섭 신호2는 광 대역통과필터(221)을 통과한 후, 주파수 믹서(231)에 의해 캐리어 RF 신호원(241)과 혼합된다. 그리고 루프 필터(251)가 주파수 믹서(231)에서 캐리어 주파수에 실린 간섭 신호2를 피드백 신호로 변환하고, 피드백 신호가 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)로 전달된다. 루프 필터(251)은 간섭 신호2를, 반복률(frep) 안정화를 위한 펌프 주파수 변조에 사용되도록 피드백할 수 있다.The interference signal 2 output from the photodetector 211 passes through the wide pass filter 221 and then is mixed with the carrier RF signal source 241 by the frequency mixer 231. Then, the loop filter 251 converts the interference signal 2 loaded on the carrier frequency into a feedback signal in the frequency mixer 231, and the feedback signal is transmitted to the chip-scale optical frequency comb device 100. The loop filter 251 is the interference signal 2, the repetition rate (f rep ) Feedback can be used to modulate the pump frequency for stabilization.

도 6은 실시예에 따른 변조기를 포함하는 칩-스케일 광주파수빗으로의 피드백 신호 전송을 설명하는 도면이다.6 is a diagram illustrating transmission of a feedback signal to a chip-scale optical frequency comb including a modulator according to an embodiment.

도 6을 참고하면, 주파수 안정화 장치(200)에서 생성된 광주파수빗의 오프셋 주파수(fceo) 안정화를 위한 펌프 파워 변조 신호, 그리고 반복률(frep) 안정화를 위한 펌프 주파수 변조 신호는, 칩-스케일 광주파수빗 장치(100’)로 입력된다.Referring to FIG. 6, the offset frequency (f ceo ) of the optical frequency comb generated by the frequency stabilization device 200 Pump power modulation signal for stabilization, and repetition rate (f rep ) The pump frequency modulation signal for stabilization is input to the chip-scale optical frequency comb device 100'.

이때, 칩-스케일 광주파수빗 장치(100')는 펌프 레이저(110)의 출력을 변조하여 공진기(120)로 전달하는 변조기(130), 그리고 변조기를 제어하는 전압제어발진기(140)를 더 포함할 수 있다. 변조기(130)는 음향광학 주파수변조기(Acousto-Optic Frequency Shifter, AOFS)나 전자광학변조기 등일 수 있다. At this time, the chip-scale optical frequency comb device 100' further includes a modulator 130 that modulates the output of the pump laser 110 and transfers it to the resonator 120, and a voltage controlled oscillator 140 that controls the modulator. can do. The modulator 130 may be an acousto-optic frequency shifter (AOFS) or an electro-optical modulator.

이 경우, 입력 전압에 따라 신호원의 주파수를 변조하는 전압제어발진기(140)가 주파수 안정화 장치(200)로부터 피드백 신호들을 입력받고, 피드백 신호에 비례하여 주파수를 가변할 수 있다. 변조기(130)는 전압제어발진기(140)의 주파수에 따라 펌프 레이저(110)의 출력을 변조할 수 있다.In this case, the voltage controlled oscillator 140 that modulates the frequency of the signal source according to the input voltage may receive feedback signals from the frequency stabilization device 200 and vary the frequency in proportion to the feedback signals. The modulator 130 may modulate the output of the pump laser 110 according to the frequency of the voltage controlled oscillator 140 .

이처럼, 변조기(130)를 통한 펌프 파워 및 펌프 주파수 제어는 우수한 제어 속도를 확보할 수 있다. 또한, 펌프 파워 변조 신호 및 펌프 주파수 변조 신호는 칩-스케일 광주파수빗 장치(100’)의 펌프 레이저(110)로 직접 피드백될 수 있다.As such, control of the pump power and pump frequency through the modulator 130 can secure an excellent control speed. In addition, the pump power modulation signal and the pump frequency modulation signal may be directly fed back to the pump laser 110 of the chip-scale optical frequency comb device 100'.

도 7은 실시예에 따른 칩-스케일 광주파수빗의 주파수 안정화 방법의 흐름도이다.7 is a flowchart of a method for stabilizing a frequency of a chip-scale optical frequency comb according to an embodiment.

도 7을 참고하면, 주파수 안정화 장치(200)는 광주파수빗과 서로 다른 주파수(vr1, vr2)의 두 기준 신호를 간섭시킨다(S110).Referring to FIG. 7 , the frequency stabilization device 200 interferes with the optical frequency comb and two reference signals of different frequencies (v r1 , v r2 ) (S110).

주파수 안정화 장치(200)는 주파수 모드 vn과 기준 신호1의 차이 주파수에 해당하는 간섭 신호1을 펌프 파워 변조 신호로 생성하여 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)로 피드백한다(S120). 펌프 파워 변조 신호는 펌프 파워 변화에 민감도가 높은 오프셋 주파수의 안정화에 기여할 수 있다.The frequency stabilization device 200 generates an interference signal 1 corresponding to a difference frequency between the frequency mode v n and the reference signal 1 as a pump power modulation signal and feeds it back to the chip-scale optical frequency comb device 100 (S120). The pump power modulation signal may contribute to stabilization of an offset frequency that is highly sensitive to a change in pump power.

주파수 안정화 장치(200)는 주파수 모드 vm과 기준 신호2의 차이 주파수에 해당하는 간섭 신호2를 펌프 주파수 변조 신호로 생성하여 칩-스케일 광주파수빗 장치(100)로 피드백한다(S130). 펌프 주파수 변조 신호는 펌프 주파수 변화에 민감도가 높은 반복률의 안정화에 기여할 수 있다.The frequency stabilization device 200 generates an interference signal 2 corresponding to a difference frequency between the frequency mode v m and the reference signal 2 as a pump frequency modulated signal and feeds it back to the chip-scale optical frequency comb device 100 (S130). The pump frequency modulated signal can contribute to stabilization of a repetition rate that is highly sensitive to pump frequency changes.

펌프 파워 변조 신호 및 펌프 주파수 변조 신호는 펌프 레이저(110)에 직접 입력되거나, 펌프 레이저(110)의 출력을 가변하여 공진기(120)로 전달하는 회로(변조기 및 전압제어발진기)로 입력될 수 있다.The pump power modulation signal and the pump frequency modulation signal may be directly input to the pump laser 110 or may be input to a circuit (modulator and voltage controlled oscillator) that varies the output of the pump laser 110 and transmits the signal to the resonator 120. .

이와 같이 실시예에 따르면 펄스 에너지에 의존하지 않고 오프셋 주파수를 안정화할 수 있어서, 펄스 에너지가 낮은 고반복률 광주파수빗의 주파수 안정도를 높일 수 있다. As described above, according to the embodiment, the offset frequency can be stabilized without depending on the pulse energy, so that the frequency stability of the high repetition rate optical frequency comb having low pulse energy can be improved.

실시예에 따르면 두 기준 신호를 각각 이용하여 두 주파수 모드들을 고정함으로써, 오프셋 주파수와 반복률을 지속적으로 고정할 수 있다.According to the embodiment, the offset frequency and the repetition rate may be continuously fixed by fixing the two frequency modes using the two reference signals, respectively.

실시예에 따르면 주파수 안정도가 보장된 고반복률 광주파수빗은 분자분광학, 천문 분야의 도플러 주파수 천이 기반 분광학, 광통신 등에 사용될 수 있다.According to the embodiment, the high repetition rate optical frequency comb with guaranteed frequency stability can be used for molecular spectroscopy, Doppler frequency shift-based spectroscopy in the field of astronomy, optical communication, and the like.

실시예에 따르면, 기준 신호들을 광섬유를 통해 장거리 전송할 수 있으므로, 우수한 신호원의 기준 신호들을 여러 장소의 광주파수빗으로 전송함으로써, 여러 장소의 광주파수빗을 동일한 기준 신호원에 안정화할 수 있다. According to the embodiment, since reference signals can be transmitted over a long distance through an optical fiber, optical frequency combs in various places can be stabilized with the same reference signal source by transmitting reference signals of excellent signal sources to optical frequency combs in various places.

실시예에 따르면, 초장기선 간섭계 기반 천문 연구(VLBI), 가속기 시설 등과 같이 동일 시점에 실험을 진행해야 하는 거대 시스템의 성능을 비약적으로 향상시킬 수 있다.According to the embodiment, the performance of a large system, such as very long baseline interferometry-based astronomical research (VLBI) and an accelerator facility, which must be tested at the same time, can be dramatically improved.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiments of the present invention described above are not implemented only through devices and methods, and may be implemented through programs that realize functions corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention or a recording medium on which the programs are recorded.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the present invention. that fall within the scope of the right.

Claims (15)

주파수 안정화 장치의 동작 방법으로서,
주파수 안정화 대상인 광주파수빗, 그리고 제1 주파수의 제1 기준 신호 및 제2 주파수의 제2 기준 신호를 입력받는 단계,
상기 제1 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제1 주파수 모드의 차이 주파수에 해당하는 제1 간섭 신호를 획득하고, 상기 제1 간섭 신호가 펌프 레이저의 펌프 파워 변조에 사용되도록 상기 펌프 레이저로 피드백하는 단계, 그리고
상기 제2 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제2 주파수 모드의 차이 주파수에 해당하는 제2 간섭 신호를 획득하고, 상기 제2 간섭 신호가 상기 펌프 레이저의 펌프 주파수 변조에 사용되도록 상기 펌프 레이저로 피드백하는 단계
를 포함하는 동작 방법.As a method of operating a frequency stabilization device,
Receiving an optical frequency comb, which is a frequency stabilization target, and a first reference signal of a first frequency and a second reference signal of a second frequency as input;
Obtaining a first interference signal corresponding to a difference frequency between the first reference signal and a first frequency mode of the optical frequency comb, and feeding back the first interference signal to the pump laser to be used for pump power modulation of the pump laser step, and
A second interference signal corresponding to a difference frequency between the second reference signal and a second frequency mode of the optical frequency comb is obtained, and the second interference signal is fed back to the pump laser to be used for pump frequency modulation of the pump laser. step to do
Operation method including. 제1항에서,
상기 펌프 파워 변조 신호에 의해 상기 광주파수빗의 오프셋 주파수가 안정화되는, 동작 방법.In paragraph 1,
The method of operation, wherein the offset frequency of the optical frequency comb is stabilized by the pump power modulation signal. 제1항에서,
상기 펌프 주파수 변조 신호에 의해 상기 광주파수빗의 반복률이 안정화되는, 동작 방법.In paragraph 1,
The method of operation, wherein the repetition rate of the optical frequency comb is stabilized by the pump frequency modulation signal. 펌프 레이저와 칩-스케일 공진기를 이용하여 펄스를 생성하는 칩-스케일 광주파수빗 장치, 그리고
상기 칩-스케일 광주파수빗 장치에서 출력된 주파수 도메인의 광주파수빗을 입력받고, 상기 광주파수빗과 두 기준 신호들을 간섭시켜 두 간섭 신호들을 획득하고, 상기 두 간섭 신호들을 상기 칩-스케일 광주파수빗 장치로 피드백하는 주파수 안정화 장치
를 포함하는 광주파수빗 제공 시스템.A chip-scale optical frequency comb device that generates pulses using a pump laser and a chip-scale resonator, and
An optical frequency comb in the frequency domain output from the chip-scale optical frequency comb device is received, two interference signals are obtained by interfering with the optical frequency comb and two reference signals, and the two interference signals are combined with the chip-scale optical frequency comb. Frequency stabilization device with feedback to the device
An optical frequency comb providing system comprising a. 제4항에서,
상기 주파수 안정화 장치는
상기 두 간섭 신호들 중 어느 하나를 펌프 파워 변조 신호로 생성하고,
상기 두 간섭 신호들 중 나머지 하나를 펌프 주파수 변조 신호로 생성하는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 4,
The frequency stabilization device
generating one of the two interference signals as a pump power modulation signal;
An optical frequency comb providing system for generating the other of the two interference signals as a pump frequency modulated signal. 제5항에서,
상기 펌프 파워 변조 신호에 의해 상기 광주파수빗의 오프셋 주파수가 안정화되고,
상기 펌프 주파수 변조 신호에 의해 상기 광주파수빗의 반복률이 안정화되는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 5,
The offset frequency of the optical frequency comb is stabilized by the pump power modulation signal,
A system for providing an optical frequency comb, wherein a repetition rate of the optical frequency comb is stabilized by the pump frequency modulation signal. 제4항에서,
상기 주파수 안정화 장치는
제1 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제1 주파수 모드가 간섭된 제1 간섭 신호, 그리고 제2 기준 신호와 상기 광주파수빗의 제2 주파수 모드가 간섭된 제1 간섭 신호를 획득하고,
상기 제1 간섭 신호는 상기 제1 주파수 모드의 잡음에 해당하고, 상기 제2 간섭 신호는 상기 제2 주파수 모드의 잡음에 해당하는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 4,
The frequency stabilization device
obtaining a first interference signal in which a first reference signal and a first frequency mode of the optical frequency comb are interfered, and a first interference signal in which a second reference signal and a second frequency mode of the optical frequency comb are interfered;
The system for providing an optical frequency comb, wherein the first interference signal corresponds to noise of the first frequency mode, and the second interference signal corresponds to noise of the second frequency mode. 제4항에서,
상기 두 간섭 신호들은 상기 펌프 레이저로 입력되는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 4,
The system for providing an optical frequency comb, wherein the two interference signals are input to the pump laser. 제1항에서,
상기 칩-스케일 광주파수빗 장치는
상기 펌프 레이저의 출력을 변조하여 상기 공진기로 전달하는 변조기, 그리고 상기 변조기를 제어하는 전압제어발진기를 더 포함하고,
상기 두 간섭 신호들은 상기 전압제어발진기로 입력되는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 1,
The chip-scale optical frequency comb device
Further comprising a modulator for modulating the output of the pump laser and transmitting it to the resonator, and a voltage controlled oscillator for controlling the modulator,
The system for providing an optical frequency comb, wherein the two interference signals are input to the voltage controlled oscillator. 제4항에서,
상기 두 기준 신호들은 광섬유를 통해 기준 신호원으로부터 상기 주파수 안정화 장치로 전달되는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 4,
The system for providing an optical frequency comb, wherein the two reference signals are transferred from a reference signal source to the frequency stabilization device through an optical fiber. 제1 주파수의 제1 기준 신호 및 제2 주파수의 제2 기준 신호를 제공하는 기준 신호원, 그리고
주파수 안정화 대상인 광주파수빗과 상기 제1 기준 신호의 제1 간섭 신호를 기초로 상기 광주파수빗의 제1 주파수 모드를 고정하고, 상기 광주파수빗과 상기 제2 기준 신호의 제2 간섭 신호를 기초로 상기 광주파수빗의 제2 주파수 모드를 고정하는 주파수 안정화 장치
를 포함하는 광주파수빗 제공 시스템.A reference signal source providing a first reference signal of a first frequency and a second reference signal of a second frequency; and
The first frequency mode of the optical frequency comb is fixed based on the optical frequency comb to be stabilized and the first interference signal of the first reference signal, and based on the optical frequency comb and the second interference signal of the second reference signal. A frequency stabilization device for fixing the second frequency mode of the optical frequency comb to
An optical frequency comb providing system comprising a. 제11항에서,
상기 주파수 안정화 장치는
상기 제1 간섭 신호 및 상기 제2 간섭 신호를 상기 광주파수빗을 출력하는 칩-스케일 광주파수빗 장치로 피드백하는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 11,
The frequency stabilization device
The system for providing an optical frequency comb, wherein the first interference signal and the second interference signal are fed back to a chip-scale optical frequency comb device outputting the optical frequency comb. 제12항에서,
상기 주파수 안정화 장치는
상기 제1 간섭 신호를 기초로 생성한 펌프 파워 변조 신호를 상기 칩-스케일 광주파수빗 장치로 피드백하고,
상기 제2 간섭 신호를 기초로 생성한 펌프 주파수 변조 신호를 상기 칩-스케일 광주파수빗 장치로 피드백하는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 12,
The frequency stabilization device
Feeding back a pump power modulation signal generated based on the first interference signal to the chip-scale optical frequency comb device;
A system for providing an optical frequency comb that feeds back a pump frequency modulated signal generated based on the second interference signal to the chip-scale optical frequency comb device. 제11항에서,
상기 제1 간섭 신호는 상기 제1 주파수 모드의 잡음에 해당하고, 상기 제2 간섭 신호는 상기 제2 주파수 모드의 잡음에 해당하는, 광주파수빗 제공 시스템.In paragraph 11,
The system for providing an optical frequency comb, wherein the first interference signal corresponds to noise of the first frequency mode, and the second interference signal corresponds to noise of the second frequency mode. 제11항에서,
상기 기준 신호원은 복수의 주파수 안정화 장치들로 상기 제1 기준 신호와 상기 제2 기준 신호를 제공하는, 광주파수빗 제공 시스템.
In paragraph 11,
Wherein the reference signal source provides the first reference signal and the second reference signal to a plurality of frequency stabilization devices.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101633466B1 (en) * 2015-07-15 2016-06-24 한국과학기술원 apparatus and method for frequency stabilization of the optical comb of fiber femtosecond lasers using optical modes extracted directly from the optical comb

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016038298A (en) * 2014-08-07 2016-03-22 株式会社ミツトヨ Method and apparatus for evaluating accuracy of laser frequency measurement by using optical frequency comb
KR101633466B1 (en) * 2015-07-15 2016-06-24 한국과학기술원 apparatus and method for frequency stabilization of the optical comb of fiber femtosecond lasers using optical modes extracted directly from the optical comb

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