KR100334790B1 - Wavelength stabilization device for laser diode - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치는, 동작 온도에 따라 발진 파장이 변화하는 레이저 다이오드; 안정화 신호에 따라 상기 레이저 다이오드의 동작 온도를 변경시키는 온도 조절기; 각각 상기 레이저 다이오드에서 방출된 광을 검출하며 상기 검출한 광의 세기에 해당하는 파장편이 검출신호를 출력하는, 서로 인접한 한 쌍의 포토다이오드; 상기 레이저 다이오드와 한쌍의 포토다이오드의 사이에 위치하고, 상기 레이저 다이오드로부터 입사된 광을 입사각 및 파장에 의존하는 투과율에 따라서 투과시키는 에탈론 필터; 상기 파장편이 검출신호들의 차를 보상하기 위한 상기 안정화 신호를 상기 온도 조절기로 출력하는 비교기; 상기 에탈론 필터를 안정화 파장의 변화량에 따른 각도로 회전시키기 위한 엑츄에이터; 상기 레이저 다이오드에 대한 안정화 파장의 정보를 사용자로부터 입력받는 사용자 인터페이스; 상기 안정화 파장의 정보를 이용하여 기설정되어 있는 안정화 파장을 기준으로 한 파장 변화량을 산출하며, 상기 안정화 파장의 변화량에 해당하는 엑츄에이터 구동신호를 출력하는 제어부; 및 상기 엑츄에이터 구동신호에 따라 상기 엑츄에이터를 구동시키는 엑츄에이터 구동부를 포함한다.A wavelength stabilization apparatus for a laser diode according to the present invention comprises: a laser diode whose oscillation wavelength changes according to an operating temperature; A temperature controller for changing an operating temperature of the laser diode according to a stabilization signal; A pair of photodiodes adjacent to each other, each of which detects light emitted from the laser diode and outputs a wavelength shift detection signal corresponding to the intensity of the detected light; An etalon filter positioned between the laser diode and the pair of photodiodes and transmitting light incident from the laser diode according to the transmittance depending on the incident angle and the wavelength; A comparator for outputting the stabilization signal to the temperature controller to compensate for the difference between the wavelength shift detection signals; An actuator for rotating the etalon filter at an angle in accordance with the amount of change in the stabilization wavelength; A user interface for receiving information of a stabilization wavelength of the laser diode from a user; A control unit for calculating an amount of change in wavelength based on a predetermined stabilization wavelength using the information on the stabilization wavelength, and outputting an actuator driving signal corresponding to the amount of change in the stabilization wavelength; And an actuator driving unit for driving the actuator according to the actuator driving signal.
Description
본 발명은 레이저 다이오드(laser diode)의 파장 안정화에 관한 것으로서, 특히 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to wavelength stabilization of laser diodes, and more particularly to wavelength stabilization devices for laser diodes.
광통신에 있어서, 광섬유는 넓은 파장 대역을 가지고 있음에도 불구하고 광신호의 지나친 분산 및 손실을 피하기 위하여 극히 좁은 대역만을 사용하고 있다.In optical communication, although the optical fiber has a wide wavelength band, only an extremely narrow band is used to avoid excessive dispersion and loss of the optical signal.
파장 분할 다중화기(wavelength division multiplexer)는 상기 광통신 파장대역에 가능한 많은 수의 광신호들을 전송하기 위하여 극히 작은 파장 간격을 가지는 광신호들을 다중화한다. 상기 파장 분할 다중화는 예를 들어, 하나의 광섬유에 다수의 광신호들을 동시에 전송하는 것을 말한다. 이에 따른 문제점은, 상기 각각의 광신호를 송신하는 광원이 내부 온도 상승 또는 기타 원인으로 인하여 정확한 파장대의 광신호를 송신하지 못할 경우에, 상기 광신호들이 광섬유를 통해 전송되면서 겪게되는 분산, 손실 등에 의하여 상기 광신호의 수신부에서는 상기 광신호들을 완전히 구분하지 못할 수도 있다는 것이다. 또한, 상기 광원이 초기에 정확한 파장제어를 한다고 해도 장기간에 걸친 안정성까지 보장하기는 힘들다. 상기 광신호를 발진하는 레이저는 그 종류가 다양하지만, 통상적으로 레이저 다이오드와 같은 반도체 레이저를 사용한다. 상기 레이저 다이오드는 통상적으로 온도 민감도가 높다. 즉, 상기 레이저 다이오드는 동작 온도에 따라 발진 파장이 변화하는 것이다. 따라서, 상기 레이저 다이오드의 동작 온도를 제어할 수 없을 경우에, 상기 온도 민감도는 발진 파장 오차의 한 원인이 된다.A wavelength division multiplexer multiplexes optical signals with extremely small wavelength spacing in order to transmit as many optical signals as possible in the optical communication wavelength band. The wavelength division multiplexing refers to, for example, transmitting multiple optical signals simultaneously to one optical fiber. As a result, when the light source for transmitting each optical signal fails to transmit the optical signal in the correct wavelength band due to an increase in internal temperature or other causes, dispersion, loss, etc. that occur while the optical signals are transmitted through the optical fiber. Therefore, the optical signal receiver may not be able to completely distinguish the optical signals. In addition, even if the light source initially performs accurate wavelength control, it is difficult to guarantee stability over a long period of time. There are various kinds of lasers for oscillating the optical signal, but usually a semiconductor laser such as a laser diode is used. The laser diode is typically high in temperature sensitivity. That is, the oscillation wavelength of the laser diode changes according to the operating temperature. Therefore, when the operating temperature of the laser diode cannot be controlled, the temperature sensitivity becomes a cause of the oscillation wavelength error.
한편, 상기 레이저 다이오드에 온도 제어기를 구비하여 상기 레이저 다이오드의 발진 파장을 안정화하거나 상기 발진 파장의 대역폭을 넓힐 수도 있다. 상기 레이저 다이오드의 온도 민감성을 이용하여 발진 파장 대역폭을 넓히는 방법은 후술하는 바와 같다. 실험적으로 레이저 다이오드의 동작 온도에 따른 발진 파장을 분석하여 데이타 베이스(database)를 작성하고, 상기 데이타 베이스에 근거하여 단순히 레이저 다이오드의 동작 온도만을 조절하여 발진 파장을 제어할 수 있다. 또한, 상기 레이저 다이오드의 온도 민감성을 이용하여 발진 파장을 안정화하는 방법은 후술하는 바와 같다. 파장 감시기를 구비하여 상기 레이저 다이오드의 발진 파장을 검출한다. 피드백(feedback) 회로를 구비하여 상기 파장 감시기가 검출하는 광신호를 전기 신호로 변환하여 분석하고, 상기 분석에 따른 안정화 신호를 출력한다. 온도 제어기를 구비하여 입력된 상기 안정화 신호에 따라 상기 레이저 다이오드의 동작 온도를 조절하여 발진 파장을 안정화한다. 따라서, 종래의 레이저 다이오드의 동작 온도를 이용한 파장 안정화 장치는 크게 상기한 세 부분들, 즉 파장감시기, 피드백 회로 및 온도 제어기로 구성된다.Meanwhile, a temperature controller may be provided in the laser diode to stabilize the oscillation wavelength of the laser diode or to widen the bandwidth of the oscillation wavelength. A method of widening the oscillation wavelength bandwidth by using the temperature sensitivity of the laser diode is described later. Experimentally, the oscillation wavelength according to the operating temperature of the laser diode can be analyzed to create a database, and the oscillation wavelength can be controlled by simply adjusting the operating temperature of the laser diode based on the database. In addition, a method of stabilizing the oscillation wavelength by using the temperature sensitivity of the laser diode is described later. A wavelength monitor is provided to detect the oscillation wavelength of the laser diode. A feedback circuit is provided to convert the optical signal detected by the wavelength monitor into an electrical signal and to analyze the signal, and output a stabilization signal according to the analysis. A temperature controller is provided to stabilize the oscillation wavelength by adjusting an operating temperature of the laser diode according to the input stabilization signal. Therefore, the wavelength stabilization apparatus using the operating temperature of the conventional laser diode is largely composed of the above three parts, namely the wavelength monitor, the feedback circuit and the temperature controller.
상기한 파장 안정화 장치의 예로서, 버나드 빌레누브(Bernard Villeneuve) 등에 의하여 발명되어 특허허여된 미국특허번호 제5,825,792호(WAVELENGTH MONITORING AND CONTROL ASSEMBLY FOR WDM OPTICAL TRANSMISSION SYSTEMS)에서는 에탈론 필터(etalon filter)를 이용한 파장 안정화 장치가 개시되어 있다. 상기 미국특허번호 제5,825,792호에서는 에탈론 필터에 입사하는 광의 입사각 및 파장에 따른 상기 에탈론 필터의 투과 특성을 이용하여 레이저 다이오드의 발진 파장을 검출하고, 온도 제어기를 이용하여 상기 레이저 다이오드의 발진 파장을 안정화한다. 또한, 상기 미국특허번호 제5,825,792호에 개시된 파장 안정화 장치는 초기 셋팅(setting)시에, 상기 에탈론 필터가 광축과 이루는 각도를 상기 레이저 다이오드의 안정화하려는 발진 파장, 즉 안정화 파장에 대응하는 값으로 설정한다.As an example of the above-mentioned wavelength stabilizing device, an etalon filter is used in US Patent No. 5,825,792 (WAVELENGTH MONITORING AND CONTROL ASSEMBLY FOR WDM OPTICAL TRANSMISSION SYSTEMS), which was invented and patented by Bernard Villeneuve et al. The wavelength stabilization apparatus used is disclosed. In US Patent No. 5,825,792, the oscillation wavelength of a laser diode is detected using a transmission characteristic of the etalon filter according to the incident angle and wavelength of light incident on the etalon filter, and the oscillation wavelength of the laser diode using a temperature controller. To stabilize. In addition, the wavelength stabilization apparatus disclosed in the US Patent No. 5,825,792, at the initial setting, the angle formed by the etalon filter with the optical axis to a value corresponding to the oscillation wavelength, that is, the stabilization wavelength to stabilize the laser diode Set it.
그러나, 종래의 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치는, 상기 레이저 다이오드의 안정화 파장을 변경할 때에, 상기 파장 안정화 장치를 교체하거나 수동으로 상기 파장 안정화 장치를 셋팅(setting)해야하는 문제점이 있었다. 또한, 상기 파장 안정화 장치를 수동으로 셋팅할 때에, 이로 인한 발진 파장 오차가 발생할 가능성이 높다는 문제점이 있었다.However, the conventional wavelength stabilization device for a laser diode has a problem in that, when changing the stabilization wavelength of the laser diode, the wavelength stabilization device needs to be replaced or manually set. In addition, when manually setting the wavelength stabilizing device, there was a problem that the oscillation wavelength error is likely to occur due to this.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 안정화 파장이 사용자 입력에 의해 자동으로 변경될 수 있는 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a wavelength stabilization device for a laser diode whose stabilization wavelength can be automatically changed by user input.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치는,동작 온도에 따라 발진 파장이 변화하는 레이저 다이오드;안정화 신호에 따라 상기 레이저 다이오드의 동작 온도를 변경시키는 온도 조절기;각각 상기 레이저 다이오드에서 방출된 광을 검출하며 상기 검출한 광의 세기에 해당하는 파장편이 검출신호를 출력하는, 서로 인접한 한 쌍의 포토다이오드;상기 레이저 다이오드와 한쌍의 포토다이오드의 사이에 위치하고, 상기 레이저 다이오드로부터 입사된 광을 입사각 및 파장에 의존하는 투과율에 따라서 투과시키는 에탈론 필터;상기 파장편이 검출신호들의 차를 보상하기 위한 상기 안정화 신호를 상기 온도 조절기로 출력하는 비교기;상기 에탈론 필터를 안정화 파장의 변화량에 따른 각도로 회전시키기 위한 엑츄에이터;상기 레이저 다이오드에 대한 안정화 파장의 정보를 사용자로부터 입력받는 사용자 인터페이스;상기 안정화 파장의 정보를 이용하여 기설정되어 있는 안정화 파장을 기준으로 한 파장 변화량을 산출하며, 상기 안정화 파장의 변화량에 해당하는 엑츄에이터 구동신호를 출력하는 제어부; 및In order to achieve the above object, a wavelength stabilizing apparatus for a laser diode according to the present invention comprises: a laser diode whose oscillation wavelength changes according to an operating temperature; a temperature controller for changing an operating temperature of the laser diode according to a stabilization signal; A pair of photodiodes adjacent to each other, which detects light emitted from a laser diode and outputs a detection signal having a wavelength shift corresponding to the intensity of the detected light; located between the laser diode and the pair of photodiodes, from the laser diode An etalon filter for transmitting the incident light in accordance with the transmittance depending on the incident angle and the wavelength; Comparator for outputting the stabilization signal to the temperature controller for compensating the difference between the wavelength shift detection signal; To rotate at an angle according to the amount of change An actuator; a user interface receiving information of a stabilization wavelength of the laser diode from a user; calculating a wavelength change amount based on a predetermined stabilization wavelength by using the stabilization wavelength information, and corresponding to the change amount of the stabilization wavelength A control unit for outputting an actuator driving signal; And
상기 엑츄에이터 구동신호에 따라 상기 엑츄에이터를 구동시키는 엑츄에이터 구동부를 포함한다.And an actuator driver for driving the actuator according to the actuator driving signal.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치의 구성도,1 is a block diagram of a wavelength stabilization device for a laser diode according to a preferred embodiment of the present invention,
도 2는 에탈론 필터의 위상별 투과율을 설명하기 위한 그래프,2 is a graph for explaining the transmittance of each phase of the etalon filter,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a wavelength stabilization device for a laser diode according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능이나 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention; In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions and configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치의 구성도이다. 레이저 다이오드(11)에서 일정한 방사각,을 갖는 광이 방출되고 있다. 상기 레이져 다이오드(11)는 전면과 후면에서 동시에 광을 방출하며, 상기 전면에서 방출되는 광은 광신호로 사용되고, 후면에서 방출되는 광은 상기 레이져 다이오드(11)의 발진 파장 안정화 및 안정화 파장 변경을 위해 사용된다. 상기 레이저 다이오드(11)의 안정화 파장 정보는 사용자 인터페이스(20)로 입력된다. 제어부(19)는 상기 사용자 인터페이스(20)로 입력된 상기 레이저 다이오드(11)의 안정화 파장 정보에 따라 엑츄에이터 구동신호를 출력한다. 상기 제어부(19)의 세부 동작 과정은 4 단계로 분류된다.1 is a block diagram of a wavelength stabilization apparatus for a laser diode according to a preferred embodiment of the present invention. Constant radiation angle at the laser diode 11, The light having is emitted. The laser diode 11 emits light at the front and rear at the same time, the light emitted from the front side is used as an optical signal, the light emitted from the rear side to stabilize the oscillation wavelength and change the stabilization wavelength of the laser diode 11 Used for. The stabilization wavelength information of the laser diode 11 is input to the user interface 20. The controller 19 outputs an actuator driving signal according to the stabilization wavelength information of the laser diode 11 input to the user interface 20. The detailed operation process of the controller 19 is classified into four steps.
제1 단계에서는, 상기 사용자 인터페이스(20)로부터 상기 레이저 다이오드(11)의 안정화 파장 정보를 입력받는다.In the first step, the stabilization wavelength information of the laser diode 11 is received from the user interface 20.
제2 단계에서는, 상기 에탈론 필터(13)가 현재 광축(16)과 이루고 있는 각도 정보를 파악한다. 상기 각도 정보는 이미 저장되어 있는 값이거나 검사에 의한 값일 수 있다. 상기 에탈론 필터(13)의 각도 정보는 현재 설정되어 있는 안정화 파장 정보를 나타낸다.In the second step, the angle information that the etalon filter 13 currently forms with the optical axis 16 is grasped. The angle information may be a value already stored or a value by inspection. The angle information of the etalon filter 13 represents the stabilization wavelength information currently set.
제3 단계에서는, 상기 입력된 안정화 파장 정보에 의해 상기 레이저 다이오드(11)의 안정화 파장 변화량을 감지한다. 즉, 현재 설정되어 있는 안정화 파장과 상기 입력된 안정화 파장을 비교하여 그 변화량을 감지한다.In a third step, the amount of change in the stabilization wavelength of the laser diode 11 is detected by the input stabilization wavelength information. That is, the amount of change is sensed by comparing the currently set stabilization wavelength with the input stabilization wavelength.
제4 단계에서는, 상기 안정화 파장 변화량에 따라 미리 설정된 엑츄에이터 구동신호를 출력한다. 즉, 상기 제어부(19)는 상기 안정화 파장 변화량에 대응하는 엑츄에이터 구동신호의 데이타베이스를 저장하고 있고, 상기 안정화 파장 변화량이 입력되면 이에 대응하는 엑츄에이터 구동신호를 출력한다. 엑츄에이터 구동부(18)는 상기 구동신호에 응답하여 엑츄에이터 구동전류를 엑츄에이터(17)로 공급한다.In a fourth step, the actuator drive signal preset according to the stabilization wavelength change amount is output. That is, the controller 19 stores a database of actuator driving signals corresponding to the stabilization wavelength change amount, and outputs an actuator driving signal corresponding to the stabilization wavelength change amount when it is input. The actuator driver 18 supplies the actuator drive current to the actuator 17 in response to the drive signal.
상기 엑츄에이터(17)는 상기 에탈론 필터(13)를 회전시키는 장치이다. 도 1에서는, 솔레노이드(solenoid)(17)가 엑츄에이터로 사용되고 있다. 상기 솔레노이드(17)는 상기 에탈론 필터(13)의 하단부와 결합되어 있으며, 상기 엑츄에이터 구동부(18)로부터 입력되는 구동전류에 의해 상기 에탈론 필터(13)를 회전시킨다. 도 1에서는 초기에 상기 에탈론 필터(13)가 상기 광축과의 각도를 이루고 있었으나, 회전됨에 따라 상기 회전된 에탈론 필터(13)가 상기 광축과의 각도를 이루게 됨을 보여주고 있다. 상기 변경된 안정화 파장을 기준으로하여 상기 레이저 다이오드(11)의 발진파장을 안정화하게 된다. 상기 에탈론 필터(13)는 상기 엑츄에이터(17)에 의해 회전된 상태를 유지하며, 상기 레이저 다이오드(11)로부터 입력된 광을 일정한 투과율로 투과시킨다. 인접한 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14)는 각각 상기 에탈론 필터(13)로부터 투과된 광 중에서 일정 영역의 광만을 검출한다. 도 1에서는, 상기 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14)로 입사하는 광들을 빗금으로 표시하고 있다. 상기 에탈론 필터(13)는 두 내부 반사면들을 가지고 있으며, 상기 각 내부반사면은 다층의 막들로 구성된다. 상기 레이저 다이오드(11)의 후면에서 방출되어 상기 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14)로 입사하는 광들이 상기 광축(16)과 이루는 각도들, 즉및는 상기 에탈론 필터(12)를 회전시킨다고 해도 변하지 않는다. 여기에서, 상기 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14)로 입사하는 각각의 광이 일정 영역에 걸쳐있으나, 상기 포토다이오드들(13 및 14) 사이의 거리가 매우 가깝고 상기 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14)와 레이저 다이오드(11)의 거리는 멀다고 가정한다. 즉, 상기 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14)로 입사하는 각각의 광은 하나의 각을 가진다고 가정한다. 상기 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14)로 입사하는 광들이광축과 이루는 각도들,및는 동일하지 않도록 설정된다. 비교기(15)는 상기 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14)에서 출력되는 두 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)를 입력받고, 상기 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)의 차에 대응하는 안정화 신호를 출력한다. 즉, 상기 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)의 차가 '0'이라면, 상기 레이저 다이오드(11)의 발진 파장은 안정화되어 있다는 의미다. 또한, 상기 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)의 차가 '0'이 아닐때는, 상기 비교기(15)가 상기 레이저 다이오드(11)의 발진 파장을 안정화시키기 위한 안정화 신호를 온도 조절기(12)로 피드백시킨다. 상기 안정화 신호에 따라 상기 온도 조절기(12)가 상기 레이저 다이오드(11)의 동작 온도를 조절하여 상기 레이저 다이오드의(11) 발진파장을 안정화시킨다. 결론적으로, 상기 레이저 다이오드(11)의 파장 안정화 장치는 상기 에탈론 필터(13)의 각도를 조절함으로써 상기 레이저 다이오드(11)의 안정화 파장의 변경에 대응하고, 한 쌍의 포토다이오드(13 및 14) 및 비교기(15)가 상기 레이저 다이오드(11)의 발진 파장이 상기 안정화 파장을 벗어나는 것을 감지하여 상기 레이저 다이오드(11)의 발진 파장을 안정화한다.The actuator 17 is a device for rotating the etalon filter 13. In Fig. 1, a solenoid 17 is used as the actuator. The solenoid 17 is coupled to the lower end of the etalon filter 13 and rotates the etalon filter 13 by a driving current input from the actuator driver 18. In FIG. 1, the etalon filter 13 is initially connected to the optical axis. Was rotated, but as the rotated etalon filter 13 rotates with the optical axis, It shows that the angle of. The oscillation wavelength of the laser diode 11 is stabilized based on the changed stabilization wavelength. The etalon filter 13 maintains the state rotated by the actuator 17 and transmits the light input from the laser diode 11 at a constant transmittance. Adjacent pairs of photodiodes 13 and 14 detect only light in a certain region of the light transmitted from the etalon filter 13, respectively. In Fig. 1, light incident on the pair of photodiodes 13 and 14 is indicated by hatching. The etalon filter 13 has two internal reflection surfaces, each of which is composed of multilayer films. The angles of the light emitted from the rear surface of the laser diode 11 and incident on the pair of photodiodes 13 and 14 to the optical axis 16, that is, And Does not change even if the etalon filter 12 is rotated. Here, each light incident on the pair of photodiodes 13 and 14 spans a certain area, but the distance between the photodiodes 13 and 14 is very close and the pair of photodiodes 13 And 14) that the distance between the laser diode 11 is far. That is, it is assumed that each light incident on the pair of photodiodes 13 and 14 has one angle. Angles at which light incident on the pair of photodiodes 13 and 14 forms an optical axis, And Is set not to be the same. The comparator 15 receives two wavelength shift detection signals PD1 and PD2 output from the pair of photodiodes 13 and 14, and corresponds to a difference between the wavelength shift detection signals PD1 and PD2. Output a stabilization signal. That is, when the difference between the wavelength shift detection signals PD1 and PD2 is '0', it means that the oscillation wavelength of the laser diode 11 is stabilized. In addition, when the difference between the wavelength shift detection signals PD1 and PD2 is not '0', the comparator 15 transmits a stabilization signal for stabilizing the oscillation wavelength of the laser diode 11 to the temperature controller 12. Feedback. According to the stabilization signal, the temperature controller 12 adjusts the operating temperature of the laser diode 11 to stabilize the oscillation wavelength of the laser diode 11. In conclusion, the wavelength stabilization device of the laser diode 11 corresponds to the change of the stabilization wavelength of the laser diode 11 by adjusting the angle of the etalon filter 13, and the pair of photodiodes 13 and 14 And the comparator 15 senses that the oscillation wavelength of the laser diode 11 is out of the stabilization wavelength and stabilizes the oscillation wavelength of the laser diode 11.
도 2는 에탈론 필터(13)의 위상별 투과율을 설명하기 위한 그래프이다. 상기 에탈론 필터(13)에 대한 위상, δ는 상기 에탈론 필터(13)로 입사한 광의 내부반사각 및 상기 입사광의 파장에 대한 함수이다.2 is a graph for explaining the transmittance of each phase of the etalon filter 13. The phase, δ, for the etalon filter 13 is a function of the internal reflection angle of the light incident on the etalon filter 13 and the wavelength of the incident light.
상기 수학식 1에서, δ는 위상, λ는 상기 에탈론 필터(13) 내부에서의 광의 파장, d는 상기 에탈론 필터(13)의 내부반사면들 사이의 거리, θ는 상기 내부 반사면의 법선에 대한 입사광의 내부 반사각을 말한다. 또한, 상기 에탈론 필터(13)의 투과율은 입사광의 세기에 대한 투과광의 세기 비율을 말하며, 상기 투과율은 하기 수학식 2에 따른 것이다.In Equation 1, δ is a phase, λ is the wavelength of light inside the etalon filter 13, d is the distance between the internal reflection surface of the etalon filter 13, θ is the The internal reflection angle of incident light with respect to the normal line. In addition, the transmittance of the etalon filter 13 refers to the ratio of the intensity of the transmitted light to the intensity of the incident light, the transmittance is according to the following equation (2).
상기 수학식 2에서, T(δ)는 상기 에탈론 필터(13)의 입사광에 대한 투과율, R은 상기 에탈론 필터(13)의 입사광에 대한 내부 반사도를 말한다. 상기 내부 반사도는 입사광의 세기에 대한 반사광의 세기비를 의미하며, 1을 기준으로한 값이다. 도 2에서, 상기 에탈론 필터(13)의 내부 반사도 및 입사광의 내부 반사각을 상수라고 놓는다면, 상기 투과율은 상기 입사광의 파장에 대한 함수가 된다. 또한, 상기 에탈론 필터(13)의 위상별 투과율은 상기 위상이 π의 정수배가 될 때 극대값을 나타낸다. 상기 에탈론 필터(13)의 극대 투과위상은 하기 수학식 3에 따른다.In Equation 2, T (δ) is the transmittance of the incident light of the etalon filter 13, R is the internal reflectance of the incident light of the etalon filter 13. The internal reflectance means a ratio of the intensity of the reflected light to the intensity of the incident light, and is a value based on one. In FIG. 2, if the internal reflectivity of the etalon filter 13 and the internal reflection angle of incident light are given as constants, the transmittance becomes a function of the wavelength of the incident light. In addition, the transmittance for each phase of the etalon filter 13 represents a maximum when the phase becomes an integer multiple of π. The maximum transmission phase of the etalon filter 13 is according to the following equation (3).
상기 수학식 3에서, λM은상기 에탈론 필터(13) 내부에서의 극대 투과파장, q는 임의의 정수를 말한다. 상기 수학식 3에 따르면, 상기 에탈론 필터(13)의 극대투과파장은 입사광의 내부 반사각에 대한 함수가 되고, 상기 내부 반사각은 상기 에탈론 필터(13)에 입사하는 광이 상기 내부 반사면의 법선과 이루는 입사각의 함수이다.In Equation 3, λ M is the maximum transmission wavelength in the etalon filter 13, q is an arbitrary integer. According to Equation 3, the maximum transmission wavelength of the etalon filter 13 is a function of the internal reflection angle of the incident light, the internal reflection angle is the light incident on the etalon filter 13 of the internal reflection surface It is a function of the angle of incidence with the normal.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 다이오드(11)를 위한 파장 안정화 장치를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 파장 안정화 장치는 두 가지의 기능을 수행하고 있다. 첫 번째는 상기 레이저 다이오드(11)의 발진 파장을 안정화하는 것이다. 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)은 에탈론 필터(13)의 극대 투과파장에서 피크치(peak value)를 나타내고 있다. 또한, 상기 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)은 안정화 파장()에서 교차하고 있다. 상기 안정화 파장()은 상기 에탈론 필터(13)가 광축과 이루는 각을 조절함으로써 결정된다. 상기 레이저 다이오드(11)의 발진 파장이 상기 안정화 파장을 벗어나게 되면, 상기 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)은 서로 동일하지 않게 된다. 따라서, 상기 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)의 차가 발생하게 되고, 비교기(15)가 상기 파장편이 검출신호들(PD1 및 PD2)의 차를 감지하여 이에 대응하는 안정화 신호를 온도 조절기(12)로 피드백시킨다. 상기 온도 조절기(12)는 상기 레이저 다이오드(11)의 동작 온도를 변경시켜서 상기 레이저 다이오드(11)의 발진파장을 안정화한다. 두 번째는, 상기 레이저 다이오드(11)의 안정화 파장을 변경하는 것이다. 상기 에탈론 필터(13)와 광축(16)이 이루는 각도가 변경됨에 따라, 안정화 파장도 변경전 파장()에서 변경후 파장()으로 이동된다.3 is a view for explaining a wavelength stabilization device for a laser diode 11 according to a preferred embodiment of the present invention. The wavelength stabilization device according to the present invention performs two functions. The first is to stabilize the oscillation wavelength of the laser diode 11. The wavelength shift detection signals PD1 and PD2 represent peak values at the maximum transmission wavelength of the etalon filter 13. In addition, the wavelength shift detection signals PD1 and PD2 have a stabilization wavelength ( Crossing). The stabilization wavelength ( ) Is determined by adjusting the angle that the etalon filter 13 makes with the optical axis. When the oscillation wavelength of the laser diode 11 is out of the stabilization wavelength, the wavelength shift detection signals PD1 and PD2 are not equal to each other. Accordingly, the difference between the wavelength shift detection signals PD1 and PD2 is generated, and the comparator 15 detects the difference between the wavelength shift detection signals PD1 and PD2 and outputs a stabilization signal corresponding thereto. Feedback. The temperature controller 12 stabilizes the oscillation wavelength of the laser diode 11 by changing the operating temperature of the laser diode 11. Second, the stabilization wavelength of the laser diode 11 is changed. As the angle between the etalon filter 13 and the optical axis 16 is changed, the stabilization wavelength is also changed to the wavelength before the change ( ) And then change the wavelength ( Is moved to).
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.On the other hand, in the detailed description of the present invention has been described with respect to specific embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 다이오드를 위한 파장 안정화 장치는 사용자 입력에 따라 레이저 다이오드의 안정화 파장이 자동으로 변경될 수 있다는 이점이 있다.As described above, the wavelength stabilization device for a laser diode according to the present invention has an advantage that the stabilization wavelength of the laser diode can be automatically changed according to a user input.
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