KR0160583B1 - 파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저 - Google Patents

파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파장겨변형 솔리톤 광섬유 레이저에 관한 것으로, 광파의 발진을 위해 이득매질을 여기시키는 빛을 방출하는 광펌핑 레이저;
상기 광펌핑 레이저에서 방출되는 빛을 이용하여 소정 파장의 광파를 발진시키는 비선형 증폭 루우프 거울; 상기 비선형 증폭 루우프 거울에서 발진된 광파가 모드록킹되어 솔리톤 펄스를 발생시키는 선형 루우프 거울; 및 상기 비선형 증폭 루우프 거울과 선형 루우프 거울 사이에 연결되어 상기 비선형 증폭 루우프 거울에서 발생되는 광파를 상기 선형 루우프 거울에 결합시키기 위한 제2광섬유 방향성 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하며, 기존의 8자형 광섬유 레이저 구도에서 간단한 방법으로 이득매질의 발진 가능 파장에 대해 솔리톤 펄스를 발진시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저
제1도는 종래의 8자형 수동형 모드록킹된 광섬유 레이저의 구조도.
제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 8자형 공진기 구도를 이용한 파장가변형 수동형 모드록킹된 광섬유 레이저의 구조도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 제2 (50:50) 광섬유 방향성 결합기
12 : 파장 분할 광섬유 결합기
13 : 제1 (90:10) 광섬유 방향성 결합기 21,22 : 편광조절기
31 : 광 아이솔레이터(Isolator) 41 : 분산 천이 광섬유
42 : 어븀(광이득 매질) 첨가 광섬유
51 : 980 nm 광펌핑 레이저 다이오드
71 : 광 스펙트럼 분석기 72 : 자기 상관계
101 : 비선형 증폭 루우프 거울 102 : 선형 루우프 거울
본 발명은 파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저에 관한 것으로 특히, 종래의 8자형 레이저에서 비선형 루우프 거울 안에 있는 편광조절기를 이용하여 광섬유 레이저의 이득영역에 대해 간단히 솔리톤 펄스를 발생시키는 파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저에 관한 것이다.
서로 다른 파장의 광속은 서로를 간섭하지 않고 전파한다.
그러므로 몇 개의 정보채널 즉 각각은 서로 다른 반송파 파장을 갖는 여러 개를 하나의 광섬유로 동시에 전송할 수 있다.
이러한 방식은 파장 분할 다중화(wavelength-division multiplexing:WDM)라고 하며 광섬유의 정보 전송 용량을 향상한다.
파장분할 다중화 방식에 의해 반송파의 수를 증가하기 위해서는 파장이 서로 다른 광원들이 필요하다.
광섬유 레이저 광원은 펄스의 생성과 압축에 필요한 여러 요소들 즉, 이득, 분산, 비선형성 등을 모두 가지고 있기 때문에 수동형 모드 로킹된 광원으로 많이 이용되고 있다.
또한, 발진 파장이 1550nm 대이기 때문에 초고속 광통신에 이용될 수 있는 가능성을 가지고 있다.
특히 광섬유 레이저에서의 광원은 짧은 펄스폭(피코초 이하)을 갖는 솔리톤이 발생하며, 이는 장거리 통신에 이용할 수 있으므로 이에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다.
기존의 초단 솔리톤 펄스는 광섬유 레이저의 이득 파장중 한 파장에서 발진하여 이 파장에서만 사용이 가능하였다.
그러나 파장 분할 광통신 구도에 적합한 여러 파장에서 솔리톤 펄스의 이용은 이 광원으로는 불가능하다.
제1도는 초단 펄수를 얻기 위한 종래의 8자형 광섬유 레이저 구도이다.
이 구도에서 기존에 발진하는 파장은 대부분 한 파장에 국한되었기 때문에 파장 분할 구도에는 부적합하였다.
한편, 기존의 파장 가변 솔리톤 펄스의 구현은 링 구조로써 복굴절 파장판 필터의 사용이나 또는 밴드 패스 필터를 사용하여 파장을 가변할 수 있는 구도가 제시되었었다.
그러나 이러한 종래의 방법은 그 구조가 복잡하다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 8자형 광섬유 레이저를 이용하여 간단하게 구현할 수 있는 파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광파의 발진을 위해 이득매질을 여기시키는 빛을 방출하는 광펌핑 레이저; 상기 광펌핑 레이저에서 방출되는 빛을 이용하여 소정 파장의 광파를 발진시키는 비선형 증폭 루우프 거울; 상기 비선형 증폭 루우프 거울에서 발진된 광파가 모드록킹되어 솔리톤 펄스를 발생시키는 선형 루우프 거울; 및 상기 비선형 중폭 루우프 거울과 선형 루우프 거울 사이에 연결되어 상기 비선형 증폭 루우프 거울에서 발생되는 광파를 상기 선형 루우프 거울에 결합시키기 위한 제2광섬유 방향성 결합기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에서 제안한 파장 가변형 솔리톤 펄스 구현의 실시예를 보여주는 8자형 광섬유 레이저의 구조도이다.
이득 매질로 어븀 첨가율이 800 ppm인 광섬유(42) 10 m을 루우프(101) 한쪽 끝에 위치하고, 비선형 효과를 주기 위하여 나머지 부분에 영분산 파장이 1550 nm이 분산 천이 광섬유(41)를 17 m을 연결하였다.
영분산 파장이 1550 nm이 분산 천이 광섬유라는 것은 도파로 분산이 재료 분산을 상쇄하도록 도파로가 삼각형의 굴절률을 갖도록 하여 1550 nm에서 최소의 분산값을 갖도록 한 것이다.
1550 nm에서 분산 천이 광섬유의 분산값은 ｜D｜= 3.5 ps/nm/km 이다.
980/1550 WDM 결합기(12)를 이용하여 980 nm의 반도체 레이저(51)로 광펌핑을 해준다.
선형 루우프 거울(102) 쪽은 1550 nm의 광 아이솔레이터(31)를 넣어서 한쪽 방향으로만 진행하도록 하고 10% 방향성 결합기(13)를 통해서 출력을 검출한다.
비선형 루우프 거울(101)과 선형 루우프 거울(102) 사이는 3dB 방향성 결합기(11)로 연결한다.
수동형 모드록킹된 펄수를 발진할 수 있도록 각 루우프 안에는 편광조절기를 넣어주어 편광을 맞추어 준다.
비선형 루우프 거울의 길이는 총 29 nm이고, 선형 루우프 거울의 길이는 약 10.5 m이다.
이 길이에 해당하는 공진기 종모드 간격은 5.2MHz이다.
수동형 모드록킹 된 광 펄수는 선형 루우프 거울의 제1(90:100)광섬유 방향성 결합기(13)의 출력단으로 자기 상관계(72)와 광 스펙트럼 분석기 (71)를 통해서 그 특성을 측정한다.
980nm의 펌핑 출력을 연속발진 문턱값(7mW)보다 훨씬 큰 약 40mW 정도까지 펌핑해주고, 빈선형 루우프 거울안에 있는 편광조절기(21)를 적당히 조절하여 원하는 파장에 맞추어 놓은 다음, 선형 루우프 거울 안에 있는 편광조절기(22)를 적당히 모드록킹이 일어난다.
오실로스코프 신호를 관찰하여 보면, 발생된 펄스는 한 주기 안에 여러개의 펄수 군이 있으며, 펄수 군 안에는 진폭이 서로 다른 펄스들이 있음을 알 수 있다.
이러한 현상은 솔리톤 펄스가 양자화 되어 있음을 알 수 있으며, 이것은 전형적인 솔리톤 펄수의 특징으로 알려져 있다.
이때 펌핑출력을 연속 발진 문턱값을 근처로 낮추어주어 솔리톤 펄스가 공진기 종모드 간격(5.2MHz)으로 발진하도록 해주면 안정된 광펄스 신호가 된다.
비선형 루우프 거울 안에 있는 평광조절기를 조절하면 어븀이 첨가된 광섬유의 편광에 대한 이득이 달라지기 때문에 발진 파장이 바뀌게 된다.
따라서 비선형 루우프 거울 안에 있는 편광조절기를 적당히 조절하면 원하는 발진 파장에 맞추어 줄 수 있다.
이 경우 발진할 수 있는 영역은 어븀 첨가 광섬유의 이득 스페트럼과 관계가 있으며, 여기서는 1540nm에서 1570nm까지 발진시킬 수 있다.
원하는 파장에서 발진이 되면, 선형 루우프 거울 안에 있는 편광조절기를 조절하여 솔리톤 펄스를 발생시킨다.
본 발명은 기존의 8자형 광섬유 레이저 구도에서 간단한 방법으로 이득 매질의 발진 가능 파장에 대해 솔리톤 펄스가 발진할 수 있다는 것을 실현하였고, 따라서 파장 가변 솔리톤 레이저가 실현 가능하므로 앞으로 파장 분할 다중화 기술의 광통신에 응용이 가능하며, 이 분야의 발전에 기여하리라 기대된다.

Claims (3)

  1. 광파의 발진을 위해 이득매질을 여기시키는 빛을 방출하는 광펌핑 레이저; 상기 광펌핑 레이저에서 방출되는 빛을 이용하여 소정 파장의 광파를 발진시키는 비선형 증폭 루우프 거울; 상기 비선형 증폭 루우프 거울에서 발진된 광파가 모드록킹되어 솔리톤 펄스를 발생시키는 선형 루우프 거울; 및 상기 비선형 증폭 루우프 거울과 선형 루우프 거울 사이에 연결되어 상기 비선형 증폭 루우프 거울에서 발생되는 광파를 상기 선형 루우프 거울에 결합시키기 위한 제2광섬유 방향성 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비선형 증폭 루우프 거울은 상기 광펌핑 레이저에서 방출되는 빛을 입력으로 하여 소정 파장에 대한 광파가 발진하도록 이득매질을 첨가한 이득매질 첨가 광섬유; 상기 광펌핑 레이저에서 방출되는 빛을 상기 이득매질 첨가 광섬유에 결합시키는 파장 분할 광섬유 결합기; 상기 이득매질 첨가 광섬유에 연결되어 발진되는 광파에 비선형 효과를 주기 위한 분산 천이 광섬유; 및 상기 이득매질 첨가 광섬유에서 발진되는 광파의 파장을 조정하기 위한 편광조절기로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 선형 루우프 거울은 한쪽 방향으로만 광파가 진행하도록 하는 광 아이솔레이터; 상기 비선형 증폭 루우프 거울에서 발진된 광파가 모드록킹이 되도록 하는 편광조절기 ; 및 상기와 같이 모드록킹된 광펄스를 출력하기 위한 제1광섬유 방향성 결합기로 구성되는 것을 특징으로 하는 파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저.
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