KR100268181B1 - Optical clock recovery device using induced harmonically mode locked fiber laser - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A high frequency optical clock generator is provided to be capable of generating clock optical signals of a high frequency more than 20GHz using the difference in the frequency of an inputted light and a laser resonant. CONSTITUTION: A high frequency optical clock generator includes an optical fiber coupler(11) for coupling an optical fiber to which an inputted light is incident and an optical fiber lasers in which an optical amplification optical fiber(20) is formed. A distribution transition single mode optical fiber(12) obtains a nonlinear optical delay effect for the input light via the optical fiber coupler(11). A polarizing controller includes a polarizer(14) and two double refraction controller(13,15) for induction harmony mode locking using a nonlinear polarization phenomenon. An optical fiber coupler(16) is used to output light from the optical fiber laser to the outside. An optical path shutter(17) directs a laser light toward a single direction. A pumping laser diode(18) is used as an additional light source for pumping light to the optical amplification medium. A wavelength splitting optical fiber coupler(19) inputs light from the pumping laser diode into the optical amplification medium.

Description

유도 조화 모드 록킹 레이저를 이용한 고 주파수 광 클럭 재생기High Frequency Optical Clock Regenerator with Inductive Harmonic Mode Locking Laser

본 발명은 초고속 광 전송 시스템에 사용되는 광 클럭 재생기에 관한 것으로, 특히 광섬유 레이저 공진기 내에서의 조화 유도 모드 록킹 기술을 이용하여 입력된 광 디지털 신호의 클럭 신호를 재생시키는 광 클럭 재생기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical clock regenerator for use in an ultrafast optical transmission system, and more particularly, to an optical clock regenerator for reproducing a clock signal of an input optical digital signal using a harmonic induction mode locking technique in a fiber laser resonator.

광 클럭 재생기는 광 통신 분야에 있어서 가장 중요한 기술 중의 하나이다. 현재 사용되고 있는 디지털 신호 통신 시스템에서는, 전송된 신호를 증폭 재생하여 디지털 신호로 변환하여야 전송된 신호로부터 원하는 정보를 추출해 낼 수 있다. 이 때 전송된 데이터 신호의 주파수를 갖는 신호가 클럭 주파수이다.Optical clock reproducers are one of the most important technologies in the field of optical communication. In the digital signal communication system that is currently used, it is necessary to amplify and convert the transmitted signal into a digital signal to extract the desired information from the transmitted signal. At this time, a signal having a frequency of the transmitted data signal is a clock frequency.

광 섬유를 이용하여 광 데이터 신호를 전송하는 광 통신 시스템에서 주파수가 20 ㎓ 이하 일 때에는 광 검출기로 광 신호를 전기적 신호로 변환하고, 전기적 공진 회로로부터 클럭 신호를 재생한다. 그러나, 높은 주파수의 클럭 신호는 전기적 공진 회로를 만들 수가 없는 문제점이 있다.In an optical communication system that transmits an optical data signal using an optical fiber, when the frequency is 20 kHz or less, the optical detector converts the optical signal into an electrical signal and reproduces a clock signal from the electrical resonance circuit. However, a clock signal of high frequency has a problem that it is not possible to make an electrical resonance circuit.

따라서 본 발명에서는 전기적인 공진 회로로 구성이 불가능하여 클럭 신호를 재생할 수 없는 20 ㎓ 이상의 고 주파수의 클럭 광 신호를 재생할 수 있도록, 광섬유 레이저의 비선형 편광 지연 현상을 이용하여 펄스형 레이저 만을 공진하여 발생하도록 하고 주입된 광 펄스 신호에 대해 유도 조화 모드 록킹을 수행하여 주입된 광 펄스 신호의 반복 주파수를 가진 광신호가 재생되는 광 클럭 재생기를 제시한다.Therefore, in the present invention, a non-polarized polarization delay phenomenon of a fiber laser is used to resonate only a pulsed laser so as to reproduce a clock optical signal having a high frequency of 20 kHz or higher, which cannot be configured as an electrical resonance circuit and thus cannot reproduce a clock signal. And performing an inductive harmonic mode locking on the injected optical pulse signal to present an optical clock regenerator in which an optical signal having a repetitive frequency of the injected optical pulse signal is reproduced.

본 발명은 초고속 광 통신 시스템에 있어 전기적인 공진 회로로 구성이 불가능하여 클럭 신호를 재생할 수 없는 20 ㎓ 이상의 고 주파수의 클럭 광 신호를 재생할 수 있는 광 클럭 재생기를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical clock regenerator capable of reproducing a clock optical signal having a high frequency of 20 kHz or higher, which cannot be reproduced by an electrical resonant circuit in an ultra high speed optical communication system.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유도 조화 모드 록킹 레이저를 이용한 고 주파수 광 클럭 재생기는, 입력 광이 입사되는 광 섬유와 광 증폭 매질이 형성된 광 섬유 레이저를 결합시키는 광 섬유 결합기와, 상기 광 섬유 결합기를 통하여 입력된 입력 광에 대해 비선형 광학 지연 효과를 얻기 위한 분산 천이 단일 모드 광 섬유와, 비 선형 편광 현상을 이용하여 유도 조화 모드 록킹되도록 제 1 복굴절 조절기, 광 편광기 및 제 2 복굴절 조절기로 구성된 편광 조절기와, 광 섬유 레이저에서 출력되는 광을 외부로 출력하기 위해 사용되는 광 섬유 결합기와, 레이저 광을 한 쪽 방향으로만 진행되도록 하는 광 경로 차단기와, 광 증폭 매질로 광을 펌핑하기 위해 별도의 광원으로 사용되는 펌핑용 레이저 다이오드 및 상기 펌핑용 레이저 다이오드로부터 광을 광 증폭 매질로 입력 시키기 위한 파장 분할 광 섬유 결합기가 링 형으로 구성된 것을 특징으로 한다.A high frequency optical clock regenerator using an induction harmonic mode locking laser according to the present invention for achieving the above object comprises: an optical fiber combiner for coupling an optical fiber to which input light is incident and an optical fiber laser having an optical amplification medium; Disperse transition single mode optical fiber to obtain nonlinear optical retardation effect on the input light input through the optical fiber coupler, and first birefringence regulator, optical polarizer and second birefringence regulator to lock the inductive harmonic mode using non linear polarization phenomenon A polarization controller consisting of a light source, an optical fiber coupler used to output light output from an optical fiber laser to the outside, an optical path blocker for directing the laser light in only one direction, and pumping light with an optical amplification medium. Pumping laser diode and the pumping laser diode used as a separate light source for From and to the wavelength division optical fiber coupler for input light to the optical amplification medium consisting of a ring type characterized.

도 1은 본 발명에 따른 유도 조화 모드 록킹 레이저를 이용한 고 주파수 광 클럭 재생기.1 is a high frequency optical clock regenerator using an inductive harmonic mode locking laser according to the present invention.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉<Description of Signs of Major Parts of Drawings>

11 및 16 : 광 섬유 결합기 12 : 분산 천이 단일 모드 광 섬유11 and 16: Optical fiber combiner 12: Dispersion transition single mode optical fiber

13 및 15 : 복굴절 조절기 14 : 광 편광기13 and 15: birefringence regulator 14: optical polarizer

17 : 광 경로 차단기 18 : 펌핑용 레이저 다이오드17 optical path breaker 18 pumping laser diode

19 : 파장 분할 광 섬유 결합기 20 : 광 증폭 광 섬유19: wavelength division optical fiber combiner 20: optical amplification optical fiber

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 유도 조화 모드 록킹 레이저를 이용한 고 주파수 광 클럭 재생기이다.1 is a high frequency optical clock regenerator using an inductive harmonic mode locking laser according to the present invention.

도 1에 도시된 것과 같이, 링형 광섬유 레이저로 구성된 광 클럭 재생기는, 광 증폭 매질과 광 섬유의 비선형 광학 효과를 이용하기 위한 저 손실 단일 모드 광 섬유를 광 섬유 결합기로 결합한 형태이다. 광 증폭 매질로는 반도체 레이저 다이오드나 희토류 불순물 즉, 네오듐 또는 어븀이 첨가된 광 증폭 광 섬유(20)를 사용하고 있다.As shown in FIG. 1, an optical clock regenerator composed of a ring-shaped fiber laser combines a low loss single mode optical fiber with an optical fiber combiner to take advantage of the nonlinear optical effects of the optical amplification medium and the optical fiber. As the optical amplification medium, a semiconductor laser diode or a light amplifying optical fiber 20 to which rare earth impurities, that is, neodymium or erbium are added, is used.

광 펌핑은 별도의 광원을 사용하는 데 파장이 980 ㎚인 레이저 다이오드(18)를 사용하고 파장 분리 광섬유 결합기(19)를 이용하여 광 증폭 광섬유(20)의 한 끝에 입력하였다. 파장 분리 광 섬유 결합기(19)는 펌핑 광의 파장에서만 광의 결합이 이루어지고 광 섬유 레이저의 파장인 1,550 ㎚에서는 분리되도록 설계되어 있다.Light pumping was input to one end of the optically amplified optical fiber 20 using a laser diode 18 having a wavelength of 980 nm and using a wavelength separating fiber coupler 19 to use a separate light source. The wavelength separating optical fiber coupler 19 is designed to combine light only at the wavelength of the pumped light and to separate at 1,550 nm, which is the wavelength of the optical fiber laser.

여기에 본 발명의 중점적인 장치로써 입력 광을 위한 광 섬유 결합기(11)와 유도 모드 록킹을 위해 편광기(14)와 2 개의 복굴절 조절기(13 및 15)로 구성된 편광 조절기를 설치한 것이다. 레이저 발생기로부터 발생되는 레이저 광의 모든 출력 특성을 이 편광 조절기로 결정한다.Here, as the main device of the present invention, a polarization controller composed of a fiber coupler 11 for input light and a polarizer 14 and two birefringence regulators 13 and 15 for induction mode locking are provided. All output characteristics of the laser light generated from the laser generator are determined with this polarization controller.

광섬유 레이저 광의 발생을 위한 펌핑용 레이저(18) 광의 문턱 광 전력은 대략 10 ㎽ 였으며, 이 때 레이저 광의 광 전력은 50 ㎼ 였다. 이 광 증폭 매질에 비선형 광학 지연 효과를 이용하기 위한 분산 천이 단일 모드 광 섬유(12)가 연결되어 있다. 이 단일 모드 광 섬유(12)의 광학적인 매질 특성은 레이저 발생기의 출력 특성 요구에 따라 결정되는데, 본 발명에서는 유도 모드 록킹 된 고 반복율 레이저 광 펄스를 발생하기 위해서 1,550 ㎚의 광 파장에서 천이된 분산도는 3.5 ps/㎞㎚이고 비선형 계수는 3.2 × 10-16㎠/W이며 광 섬유의 총 길이는 100 m로 하였다.The threshold optical power of the pumping laser 18 light for generation of the optical fiber laser light was approximately 10 mW, and the optical power of the laser light was 50 mW. A dispersion transition single mode optical fiber 12 is connected to this optical amplification medium for utilizing the nonlinear optical retardation effect. The optical medium characteristic of this single mode optical fiber 12 is determined according to the output characteristic requirements of the laser generator. In the present invention, the dispersion shifted at an optical wavelength of 1550 nm to generate an induction mode locked high repetition rate laser light pulse. The figure is 3.5 ps / km nm, the nonlinear coefficient is 3.2 x 10 -16 cm 2 / W, and the total length of the optical fiber is 100 m.

편광 조절기와 파장 분할 광 섬유 결합기(19) 간에는 출력 광 섬유 결합기(16) 및 광 경로 차단기(17)가 구성되어 있다.An output optical fiber coupler 16 and an optical path blocker 17 are configured between the polarization regulator and the wavelength division optical fiber coupler 19.

이와 같이 구성된 레이저 발생기 내에서의 클럭 재생을 위한 고 주파 유도 조화 모드 록킹 현상을 간단히 설명하면, 광 증폭 광 섬유(20)에서 발생된 광은 레이저 발생기 내를 공진하는데, 주어진 길이의 광 섬유에서 일어나는 비선형 편광 변이 현상에 의해 2 축 상의 직선 편광 특성이 타원 편광으로 변하여간다. 이 비선형 편광 현상은 광 전력에 비례하기 때문에, 광의 세기가 2 ㎿가 되어야만 90°위상 지연이 생긴다. 따라서 흔히 발생하기 쉬운 ㎽정도의 광 세기를 갖는 낮은 연속파 레이저 광은 편광 변화가 거의 없다. 여기에 편광기(14)를 설치하고 광 축의 방향을 복굴절 조절기로 약 85°정도 회전 시켜 놓으면, 편광기(14)를 통과한 단일 편광의 광이 공진기를 경유할 때 비선형 편광 현상이 일어나게 된다. 따라서 회전각이 90°가 되어 같은 편광기(14)를 통과하지 못하게 된다.Briefly describing the high frequency induction harmonic mode locking phenomenon for clock reproduction in the laser generator configured as described above, the light generated in the optical amplification optical fiber 20 resonates in the laser generator, which occurs in the optical fiber of a given length. The nonlinear polarization shift phenomenon causes the linear polarization characteristics on the two axes to be changed to elliptical polarization. Since this nonlinear polarization phenomenon is proportional to the optical power, a 90 ° phase delay occurs only when the light intensity is 2 kW. Thus, low continuous wave laser light, which often has a small degree of light intensity, which tends to occur, has little polarization change. If the polarizer 14 is installed here and the direction of the optical axis is rotated by about 85 ° with the birefringence controller, a nonlinear polarization phenomenon occurs when the single polarized light passing through the polarizer 14 passes through the resonator. As a result, the rotation angle becomes 90 ° so that it cannot pass through the same polarizer 14.

이와 같이 레이저 공진 조건을 만족하지 못하는 조건으로 레이저 공진기를 제작해 놓으면, 발진되는 레이저 광은 편광기(14)의 성능이 우수할수록 매우 낮은 광 전력의 연속파 레이저 광이거나 고 출력의 펄스 레이저 광이 된다.When the laser resonator is manufactured under such conditions that the laser resonance condition is not satisfied, the oscillated laser light becomes continuous wave laser light of very low optical power or pulse laser light of high output as the performance of the polarizer 14 is excellent.

일반적으로 고 출력 펄스 레이저는 외부의 섭동에 발진되는 경우가 많으나, 펌핑 전력이 낮을 때는 거의 불가능하다. 이런 공진기의 입력 포트에 순간 광 전력이 ㎿ 이상인 낮은 전력의 극 초단 광 펄스를 주입하면, 이 펄스는 비선형 위상 천이에 의해 180°위상차를 만들게 되므로 계속해서 공진하게되어 새로운 레이저로 발진하게 된다. 그런데 일반적으로 주입된 펄스의 반복률은 구성된 주파수와는 차이가 난다. 이렇게 주파수가 차이가 나면 2 개의 주파수의 공배수에 해당하는 주파수에서 공진 모드가 생기게 되어 새로운 모드들의 위상 모드 록킹이 일어나는 데 이 현상을 유도 조화 모드 록킹이라고 하는 것이다.In general, high-power pulsed lasers are often oscillated by external perturbation, but are almost impossible at low pumping power. When a low power ultra short optical pulse with an instantaneous optical power of more than ㎿ is injected into the input port of such a resonator, the pulse makes a 180 ° phase difference due to nonlinear phase shift, and thus it continues to resonate and oscillates with a new laser. However, in general, the repetition rate of the injected pulse is different from the configured frequency. This difference in frequency results in a resonant mode at frequencies corresponding to the common multiple of the two frequencies, resulting in phase mode locking of new modes. This phenomenon is called inductive harmonic mode locking.

이와같은 현상을 이용하면 주입된 불규칙한 패턴의 광 신호 클럭 주파수를 가진 광 신호를 재생하는 광섬유 레이저를 이용한 광 클럭 재생기를 구성할 수 있다.Using this phenomenon, an optical clock regenerator using an optical fiber laser that reproduces an optical signal having an injected irregular pattern of optical signal clock frequencies can be constructed.

또한 본 발명품에 구성된 광 섬유는 분산도가 수 ps/㎞㎚로 광 증폭 광 섬유나 단일 모드 광 섬유에 비교하여 매우 낮아, 구성된 단일의 레이저 발생기로부터 솔리톤 펄스형 레이저도 발생시킬 수 있게 된다.In addition, the optical fiber configured in the present invention has a dispersion degree of several ps / km nm, which is very low compared to the optically amplified optical fiber or single mode optical fiber, so that it is possible to generate a soliton pulse type laser from the single laser generator configured.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 20 ㎓ 이상의 초 고주파 2 ∼ 3 ps 의 극초단 펄스 레이저 광원 기술이 가능하게 되었으며, 또한 입력되는 광과 레이저 공진기의 주파수 차를 이용한 초 고차 조화 모드 록킹에 의한 광 클럭 신호를 재생하는 재생 장치가 가능하게 되었다. 이 레이저 광 클럭 장치는 또한 솔리톤 광원으로 변환도 가능하므로 차세대 광 통신 시스템의 장거리 초고속 전송 장치에 활용될 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, an ultra-high frequency pulse laser light source technology of 20 Hz or more ultra high frequency 2 to 3 ps is enabled, and the light by ultra high order harmonic mode locking using the frequency difference between the input light and the laser resonator A reproducing apparatus for reproducing the clock signal has been made possible. The laser optical clock device can also be converted to a soliton light source, which can be used for long distance ultra high speed transmission in next generation optical communication systems.

Claims (4)

입력 광이 입사되는 광 섬유와 광 증폭 매질이 형성된 광 섬유 레이저를 결합시키는 광 섬유 결합기와,An optical fiber combiner for coupling an optical fiber to which input light is incident and an optical fiber laser on which an optical amplification medium is formed; 상기 광 섬유 결합기를 통하여 입력된 입력 광에 대해 비선형 광학 지연 효과를 얻기 위한 분산 천이 단일 모드 광 섬유와,A dispersion transition single mode optical fiber for obtaining a nonlinear optical retardation effect on input light input through the optical fiber combiner; 비 선형 편광 현상을 이용하여 유도 조화 모드 록킹되도록 제 1 복굴절 조절기, 광 편광기 및 제 2 복굴절 조절기로 구성된 편광 조절기와,A polarization controller comprised of a first birefringent regulator, an optical polarizer and a second birefringent regulator to lock inductive harmonic mode using a non-linear polarization phenomenon, 광 섬유 레이저에서 출력되는 광을 외부로 출력하기 위해 사용되는 광 섬유 결합기와,An optical fiber combiner used to output light output from the optical fiber laser to the outside; 레이저 광을 한 쪽 방향으로만 진행되도록 하는 광 경로 차단기와,An optical path breaker that directs the laser light in only one direction, 광 증폭 매질로 광을 펌핑하기 위해 별도의 광원으로 사용되는 펌핑용 레이저 다이오드 및 상기 펌핑용 레이저 다이오드로부터 광을 광 증폭 매질로 입력 시키기 위한 파장 분할 광 섬유 결합기가 링 형으로 구성된 것을 특징으로 하는 유도 조화 모드 록킹 레이저를 이용한 고 주파수 광 클럭 재생기.Induction characterized in that the pumping laser diode used as a separate light source for pumping light into the optical amplification medium and the wavelength division optical fiber combiner for inputting the light from the pumping laser diode into the optical amplification medium in a ring shape. High Frequency Optical Clock Regenerator with Harmonic Mode Locking Laser. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 펌핑용 레이저 다이오드 광은 파장이 980 ㎚인 것을 것을 특징으로 하는 유도 조화 모드 록킹 레이저를 이용한 고 주파수 광 클럭 재생기.The pumping laser diode light has a wavelength of 980 nm high frequency optical clock regenerator using an induction harmonic mode locking laser. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 증폭 매질은 반도체 레이저 다이오드 및 희토류 불순물이 첨가된 광 증폭 광섬유 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 유도 조화 모드 록킹 레이저를 이용한 고 주파수 광 클럭 재생기.The optical amplification medium is a high frequency optical clock regenerator using an inductive harmonic mode locking laser, characterized in that any one of a semiconductor laser diode and an optical amplification optical fiber to which rare earth impurities are added. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 희토류 불순물은 네오듐 또는 어븀인 것을 특징으로 하는 유도 조화 모드 록킹 레이저를 이용한 고 주파수 광 클럭 재생기.And said rare earth impurity is neodium or erbium.
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