KR101011562B1 - 링형 파장 가변 레이저 - Google Patents

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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 광대역 이득 출력과 가변 대역 통과 필터를 이용하여 간단한 구조와 제어 방법으로 다양한 파장 영역에서 파장 가변이 가능한 파장 가변 레이저에 관한 것으로서, 광대역 이득 출력을 발생시키는 광증폭기와 가변 대역 통과 필터를 링 구조로 연결하여, 가변 대역 통과 필터가 광증폭기에서 출력되는 광신호중에서 원하는 파장을 선택하여 광증폭기로 피드백시키면, 광증폭기가 상기 피드백된 광신호의 파장에 의해 주 발진하게 되어, 다른 모드들의 신호가 억제되고, 상기 원하는 파장의 광신호가 출력된다.
SOA(Semiconductor optical amplifier), 파장 가변 레이저, 가변 대역 통과 필터, 슬릿판, 슬릿

Description

링형 파장 가변 레이저{Wavelength Tunable Ring Laser}
본 발명은 광신호의 파장을 가변하여 출력할 수 있는 파장 가변 레이저에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광대역 이득 출력과 가변 대역 통과 필터를 이용하여 다양한 대역에서 파장을 가변시킬 수 있는 링형 파장 가변 레이저에 관한 것이다.
파장 가변 레이저는, 하나의 광원으로 여러 파장의 광신호를 제공할 수 있는 광학 소자로서, 광 통신 시스템의 연구 개발 단계 및 광통신 소자의 특성 측정, 광 섬유 센서의 호출 등 광 관련 개발에 필요한 핵심 소자로서 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히, 최근에는, 분광(spectroscopy) 및 광 가간섭성 단층 촬영(OCT: optical coherence tomography)를 포함하는 바이오 메디컬 분야에까지 그 사용이 확장되고 있다.
초기의 파장 가변 레이저는 광 통신 시스템에서 주로 사용되었기 때문에, 1500nm~1600nm 파장 영역에서 주로 연구 및 개발이 이루어졌으나, 상술한 바와 같 이 응용 분야가 다양해지고 있기 때문에, 더 다양한 파장 대역에서 가변가능한 파장 가변 레이저의 개발이 요구되고 있다. 예를 들어, 바이오 메디컬 분야에서는, 가시광선 영역보다 광 침투가 더 깊게 이루어지는 1300nm 파장 대역의 광원이 요구되고 있다.
한편, 광신호의 파장 가변 방법은, 크게 네 가지로 구분된다.
첫번째는, VCSEL(Vertical Cavity Surface - Emitting Laser)형태의 레이저에 MEMS(MicroElectroMechanical System) 기술을 이용하여 공진기의 길이를 조정함으로써 파장을 변화시키는 방법이 있다.
두번째는, 장거리 전송에서 고정 파장 광원으로 사용되고 있는 DFB(Distributed FeedBack) 레이저의 작동 온도를 조절함으로써 출력 파장을 변화시키는 방법이다. 이때, 온도에 의한 파장 가변 범위가 작기 때문에, 넓은 대역폭을 지원하기 위해서는 여러 개의 다른 중심 파장을 갖는 DFB 레이저가 필요하다.
세번째는, 가장 제어 방법이 복잡한 것으로 DBR(Distributed Bragg Reflector) 레이저에 광학적 작용이 서로 다른 여러 요소를 만들고 각 구성요소의 입력 전류를 변화시켜 가며 파장을 바꾸는 방법이다.
네번째는, 외부 공진기 레이저(External Cavity Laser)로서 레이저 외부에 격자와 거울이 결합된 파장 선택 요소를 두고 상기 반사부의 각도를 조정하여 파장을 조절하는 방식이다. 대부분의 외부 공진기형 파장 가변 레이저는 Littman-Metcalf cavity 정렬을 이용하는데, 대부분의 Littman-Metcalf cavity 정렬에서는 거울을 회전시키는 모션 제어를 필요로 한다. 이 경우, 파장을 기계적으로 조작하 므로 장시간 운용에 대한 기계적 안정도와 온도에 대한 안정도의 검증이 필요하다.
이러한 기존의 파장 가변 방법들은, 반도체 구조에 기반을 둔 것으로 복잡한 구조와 정밀한 구조제어를 필요로 한다. 또한, 파장 안정화 및 광 파워 안정화를 위한 부가적인 제어가 필수적이며, 이는 파장 가변 레이저의 가격을 상승시키는 주요 요인이 된다. 또한, DFB/DBR 구조를 채용하는 경우는 파장 가변 범위가 좁다는 단점이 있다.
본 발명은 다양한 파장 영역에서 동작가능한 파장 가변 레이저에 대한 요구와, 기존의 파장 가변 레이저가 복잡한 구조와 정밀한 구조제어를 필요로 하며, 제품 가격이 비싸다는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광대역 이득 출력과 가변 대역 통과 필터를 이용하여 간단한 구조 및 간단한 제어 방법으로 다양한 파장 영역에서 파장을 가변시킬 수 있는 링형 파장 가변 레이저를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 링형 파장 가변 레이저는,
동작 전류가 인가되면 자연 증폭 방출에 의해 광신호를 출력하고, 피드백 입력단으로 광신호가 입력되면 상기 광신호의 파장에 동기하여 상기 파장의 광신호를 증폭 출력하는 광증폭기;
상기 광증폭기의 출력 광신호에서 특정 파장의 광신호를 필터링하는 가변 대역 통과 필터; 및
상기 가변 대역 통과 필터에서 필터링된 광신호의 일부를 상기 광증폭기로 피드백 입력하고, 나머지는 출력단으로 출력하는 광커플러를 포함하여 이루어진다.
상기 링형 파장 가변 레이저는, 상기 광증폭기의 출력단과 피드백 입력단에 각각 연결되어 최대 전송 및 이득을 갖도록 광신호의 편광 상태를 정렬하는 제1,2 편광 제어기를 더 포함한다.
또한, 상기 링형 파장 가변 레이저에 있어서, 상기 광증폭기는 반도체 광 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 링형 파장 가변 레이저는, 광증폭기와, 가변 대역 통과 필터를 링형으로 연결하는 간단한 구조로 이루어진 것으로서, 상기 광증폭기의 이득 출력 범위 내에서 파장 가변이 가능하기 때문에, 어떠한 광증폭기를 이용하느냐에 따라서 다양한 가변 범위를 가질 수 있으며, 독립된 광소자들의 간단한 조합으로 이루어지기 때문에, 파장의 선택 범위 조정, 발진 대역폭의 선택 등을 보다 안정적으로 수행할 수 있으며, 복잡한 제조 공정과 부가적인 안정화 장비를 필요로 하지 않아 기존에 비하여 생산 원가를 크게 절감할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 링형 파장 가변 레이저의 구조를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 링형 파장 가변 레이저는, 동작 전류가 인가되면 자연 증폭 방출에 의해 광신호를 출력하고, 피드백 입력단으로 광신호가 입력되면 상기 광신호의 파장에 동기하여, 상기 파장의 광신호를 증폭 출력하는 광증폭기(11)와, 상기 광증폭기(11)의 출력단과 피드백 입력단에 각각 연결되어 최대 전송 및 이득을 갖도록 광신호의 편광 상태를 정렬하는 제1,2 편광 제어기(Polarization controller)(12,13)와, 상기 제2 편광제어기(12)를 통해 입력된 광증폭기(11)의 출력 광신호에서 원하는 특정 파장의 광신호를 필터링하는 가변 대역 통과 필터(14)와, 상기 가변 대역 통과 필터(14)에서 필터링된 광신호의 일부를 상기 제2 편광제어기(13)를 통해 광증폭기(11)로 피드백입력하고, 나머지는 출력단(output)으로 출력하는 광커플러(15)를 포함한다.
여기에 더하여, 상기 링형 파장 가변 레이저는, 상기 광증폭기(11)의 출력 광신호를 가변 대역 통과 필터(14)로 전달하고, 상기 가변 대역 통과 필터(14)로부터 필터링된 신호를 상기 광커플러(15)로 전달하여, 상기 필터링된 광신호가 상기 광증폭기(11)의 출력단으로 되돌아가는 것을 방지하는 광 서큘레이터(도시 생략)을 더 포함할 수 있다.
상술한 구성에 있어서, 상기 광증폭기(11)는, 광대역 이득 출력을 갖는 것으로서, 상기 광증폭기(11)의 출력 광신호 중에서 상기 가변 대역 통과 필터(14)에서 필터링되어 피드백 입력되는 광신호의 파장에 동기하여, 상기 가변 대역 통과 필터(14)에서 선택된 파장의 광신호를 증폭 출력한다. 상기 광증폭기(11)는, 일반적으로 많이 사용되는 SOA(Semiconductor Optical Amplifier)로 구현되는 것이 바람직하다. 그러나 꼭 이에 한정되지 않으며, SOA 뿐만 아니라, gain chip, EDF를 이용한 광대역 광원, Fabry-perot 레이저 등 그 외 모든 광대역 광원을 이용하여 구현할 수 도 있다.
상기 제1,2 편광 제어기(12,13)는 SNR(Signal to Noise ratio)을 높이기 위 하여 구비되는 것으로서, 상기 광증폭기(11)로부터 출력되거나, 광증폭기(11)로 피드백 입력되는 광신호의 편광 상태를 정렬하여, 최대 전달 이득을 갖도록 한다.
상기 가변 대역 통과 필터(14)는 제1 편광제어기(12)로부터 입력된 광신호에서 특정 파장의 광신호만을 선택하여 출력하는 것으로, 이때 상기 선택되는 파장이 가능하다. 상기 가변 대역 통과 필터(14)는 다양한 구조로 구현될 수 있으며, 상기 가변 대역 통과 필터(14)의 일 예에 대해서는 이후에 더 자세하게 설명하기로 한다.
마지막으로 상기 광 커플러(15)는 입력된 광신호를 두 개로 분배하는 것으로서, 이때 분배 비율은 광증폭기(11)로 피드백되는 신호의 크기가 출력단(output)으로 출력되는 신호의 크기보다 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, 10:90의 분배율을 갖는 광 커플러를 사용하여, 가변 대역 통과 필터(14)에서 출력된 광신호의 10%를 광증폭기(11)로 피드백하고, 90%의 광신호를 출력단으로 보내도록 한다.
상술한 링형 파장 가변 레이저는, 상기 광증폭기(11)의 대역폭에 의존하여 파장 가변 범위를 갖으며, 따라서 상기 광증폭기(11)의 성능에 따라서 수nm에서 수십nm의 가변 범위를 가질 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 링형 파장 가변 레이저에 있어서, 상기 광증폭기(11)에 동작 전류가 인가되면, 상기 광증폭기(11)에서 자연 증폭 방출(ASE: Amplified Spontaneous Emission)에 의해 광대역 파장의 광신호를 출력한다. 상기 광증폭기(11)의 광신호는 제1 편광제어기(12)에서 편광 상태가 조절된 후, 가변 대역 통과 필터(14)로 인가된다. 상기 가변 대역 통과 필터(14)는 상기 제1 편광제어 기(12)로부터 입력된 광증폭기(11)의 출력 광신호 중에서 설정된 좁은 파장 대역의 광신호를 선택한다. 상기 가변 대역 통과 필터(14)에서 선택된 좁은 파장 대역의 광신호는 광 커플러(15) 및 제2 편광 제어기(13)을 통하여 광증폭기(11)의 피드백 입력단으로 입력된다.
이때 상기 광증폭기(11)의 발진 특성은, 상기 피드백 입력된 광신호의 파장에 동기되어 상기 파장에서 주발진을 하게 되면서 다른 파장의 신호들이 억제된다. 그 결과, 상기 광증폭기(11)의 출력 특성이 DFB/DBR 처럼 단일 모드 발진을 일으키는 좁은 대역폭의 발진 특성을 갖게 된다. 이후, 상기 계속되는 피드백 입력에 의해서, 상기 광증폭기(11)의 출력 광신호는 상기 선택된 파장으로 고정되며, 이는 광 커플러(15)를 통해 출력단으로 출력된다.
기존의 파장 가변 레이저는 파장 선택 소자와 발진 소자가 일체형으로 이루어져, 파장 선택 특성과 출력 특성을 독립적으로 조정하는 게 어려워, 출력 파장 안정화와 출력 세기 안정화를 위한 부가적인 회로들이 필요하였으나, 본 발명에 의한 링형 파장 가변 레이저는, 독립된 파장 선택 소자(가변 대역 통과 필터(14))와, 발진 소자(광증폭기(11))를 조합하여 이루어진 것이므로, 파장 선택 특성 및 출력 특성을 별도의 부가 회로 없이 안정적으로 조정할 수 있다.
또한, 넓은 발진 대역폭에서 이득을 가지는 광증폭기를 선택함으로써, 파장 가변 범위를 광대역으로 확장시킬 수 있다. 즉, 어떠한 이득 특성을 갖는 광증폭기를 사용하느냐에 따라서, 수nm에서 100nm 이상의 파장 가변 범위를 갖는 파장 가변 레이저를 만들 수 있다.
일 예로서, 동작전류가 250mA이고, 중심 파장은 1340nm이고, 3dB-대역폭은 50nm의 출력 특성을 갖고, 소신호 이득은 23.7dB이고 포화 출력 파워는 10mW인 SOA(INPHENIX, Inc)를 광증폭기(11)로 사용한 경우, 상기 링형 파장 가변 레이저의 파장 가변 범위는 50nm이다. 더하여, 상기 링형 파장 가변 레이저의 출력 파워는 2mW 이상이고, 파워 변동(power fluctuation)은 2dB 미만으로 나타났다. 즉, 본 발명에 의한 링형 파장 가변 레이저는 임의의 파장에서 독립적인 레이징(lasing) 특성과 우수한 SNR을 갖는다.
다음으로, 상기 링형 파장 가변 레이저의 주요 구성 요소인 가변 대역 통과 필터(14)에 대하여 설명한다.
상기 가변 대역 통과 필터(14)는 원하는 파장의 광신호를 필터링하기 위한 것으로서, 간단한 방법에 의해 파장 가변이 가능한 것이 바람직하다.
도 2는 상기 가변 대역 통과 필터(14)의 일 예로서, 슬릿을 이용하여 구현된 가변 대역 통과 필터를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 상기 가변 대역 통과 필터(14)는, 상기 제1 편광제어기(12)로부터 입력된 광신호를 콜리메이터(22)로 전달하고 상기 콜리메이터(22)로부터 입력된 광신호를 상기 광 커플러(15)로 전달하는 광 서큘레이터(Optical circulator)(21)와, 상기 광서큘레이터(21)로부터 입력되는 광신호를 분광부(23)로 시준하고 상기 분광부(23)로부터 입력된 광신호를 상기 광서큘레이터(21)로 전달하는 콜리메이터(22)와, 상기 콜레메이터(22)로부터 입력된 광신호의 파장을 공간적 으로 분리하고, 반대 방향에서 입력된 특정 파장의 광신호를 상기 콜리메이터(22)로 전달하는 분광부(23)와, 상기 분광부(23)에서 파장별로 분광된 광신호 중에서 특정 파장의 광신호를 선택하는 파장 선택부(24)와, 상기 파장 선택부(24)에서 선택된 특정 파장의 광신호를 상기 분광부(23)로 반사시키는 반사부(25)를 포함한다.
상기 광 서큘레이터(21)는 상기 제1 편광 제어기(12)를 통해 광증폭기(11)의 출력단에 연결된 제1 포트(P1)와, 상기 콜리메이터(22)와 연결된 제2 포트(P2)와, 광 커플러(15)와 연결된 제3 포트(P3)를 구비하여, 상기 제1 포트(P1)로 입력된 광신호는 제2 포트(P2)로 전달하며, 제2 포트(P2)로 입력된 광신호는 제3포트(P3)로 전달한다. 상기 광서큘레이터(21)은 가변 대역 통과 필터(14)에서 필터링된 특정 파장의 광신호가 상기 광증폭기(11)의 출력단으로 되돌아가는 것을 방지하기 위하여 구비된다. 도 2에서 광 서큘레이터(21)가 가변 대역 통과 필터(14)에 포함되는 것으로 도시하였으나, 이는 가변 대역 통과 필터(14)의 외부에 상기 제1 편광제어기(11) 및 광 커플러(15)와, 상기 가변 대역 통과 필터(14)를 연결하도록 구비될 수 도 있다.
상기 콜리메이터(22)는, 상기 광 서큘레이터(21)로부터 입사된 광신호를 분광부(23)로 시준하고, 상기 분광부(23)에서 입사된 광신호를 상기 광서큘레이터(21)로 전달하기 위한 것으로서, 상기 콜리메이터(22)와 분광부(23) 사이에서 광신호는 평행광선으로 전달된다.
상기 분광부(23)는 상기 콜리메이터(22)로부터 전달된 광신호의 파장을 공간적으로 분리하기 위한 것으로서, 상기 콜리메이터(15)로부터 입사된 광신호를 파장 별로 다른 각도로 회절시키는 회절 격자(diffraction grating)(23a)와, 상기 회절 격자(23a)에 의해 회절된 광신호를 상기 파장 선택부(24) 및 반사부(25)로 포커싱하기 위한 초점 렌즈(23b)로 이루어진다. 상기 회절 격자(23a)에 의하여, 상기 광신호는 파장별로 공간적으로 분광된다. 그리고 상기 초점 렌즈(23b)를 통과한 광신호는 수평방향으로는 시준되고, 수직방향으로 집중되어, 수평 스펙트럼 바 형태를 갖는다.
상기 파장 선택부(24)는 도 3에 도시된 바와 같이, 수평방향으로 이동가능한 슬릿판(24a)와, 상기 슬릿판(24a) 상에 수평방향으로 일정 간격으로 형성되는 하나 이상의 슬릿(24b)으로 구현될 수 있다. 상기 파장 선택부(24)는 상기 반사부(25)의 반사면 전면에 거의 근접하여 형성되는 것이 바람직하며, 또한, 상기 파장 선택부(24) 및 반사부(25)는 상기 초점 렌즈(23b)의 초점 면에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 반사부(25)는 거울로 구현될 수 있다. 그리고, 상기 슬릿판(24a)은, 모터 및 트렌스레이션 스테이지를 포함하는 기계 및 전기적 이동 장치에 의해 수평 이동한다.
상술한 구조의 파장 선택부(24)에서, 슬릿판(24a)이 수평방향으로 이동함에 의해, 임의의 슬릿(24b)이 상기 분광부(23)로부터 인가되는 파장이 수평방향으로 분광된 스펙트럼을 만나면, 상기 슬릿(24b)의 폭에 대응하는 좁은 폭의 스펙트럼만이 상기 슬릿(24b)을 통과하고 반사부(25)에서 반사되어, 상기 분광부(23), 콜리메이터(22) 및 광서큘레이터(21)를 통해 광커플러(15)로 출력된다.
즉, 상기 가변 대역 통과 필터(14)로 입력된 광신호중에서 상기 슬릿(24b)를 통과한 파장 영역의 광신호만이 필터링되어 광 커플러(15)로 인가되게 된다.
상술한 구조의 가변 대역 통과 필터(14)에 있어서, 필터링되는 광신호의 대역폭(bandwidth)는 상기 슬릿(24b)의 폭에 비례하고, 파장 가변 속도는 상기 슬릿판(24a)의 이동속도에 비례하며, 필터링 반복 속도는 상기 슬릿(24b)의 개수에 비례한다.
더하여, 상기 가변 대역 통과 필터(14)에서 필터링되는 파장은, 상기 슬릿(24b)의 광축, 즉, 수평 스펙트럼 바 상에서의 위치에 따른다. 따라서, 상기 슬릿판(24a)을 수평방향으로 이동시켜 슬릿(24b)의 광축상에서의 위치를 조정함에 의하여, 필터링되는 파장을 선택할 수 있다. 상기 슬릿판(24a)의 수평방향 이동시, 상기 슬릿판(24a)과 반사부(25)는 일관성 있게 상기 초점 렌즈(23b)의 초점 면에 있어야 한다.
도 4는 도 2에 보인 구조의 가변 대역 통과 필터의 출력 특성을 나타내는 스펙트럼도이다. 특성의 측정에 사용한 가변 대역 통과 필터는 슬릿의 폭을 100um로 구현하였다. 도 4를 참조하면, 슬릿의 폭이 100um인 가변 대역 통과 필터의 3dB-대역폭은 0.8nm로 측정되었으며, 상기 3dB 대역폭 특성은 전 파장대에서 균일하게 나타난다. 이로부터, 상기 슬릿형 가변 대역 통과 필터가 전 파장대에서 안정된 필터링 특성을 가짐을 알 수 있다.
다음으로, 도 5는 도 2에 보인 구조의 가변 대역 통과 필터에서, 슬릿의 광축 위치에 따른 출력 신호의 파장 변화를 도시한 것으로서, 슬릿의 광축상의 위치에 따라 출력 파장이 선형적으로 변하는 것을 알 수 있다. 이에 따르면, 상기 슬릿 의 가변 대역 통과 필터의 경우, 복잡한 제어 방법 없이 단순하게 마이크로 미터 혹은 스텝 모터를 이용하여 상기 슬릿의 광축 위치를 um 단위로 조정함에 의해 선형적인 파장 가변이 가능하다.
마지막으로, 도 6은 본 발명에 의한 링형 파장 가변 레이저의 출력 특성을 나타낸 스펙트럼도이다. 도 6의 출력 특성을 나타낸 링형 파장 가변 레이저는, 동작전류가 250mA이고, 중심 파장은 1340nm이고, 3dB-대역폭은 50nm이고, 소신호 이득은 23.7dB이고, 포화 출력 파워는 10mW인 SOA(INPHENIX, Inc)를 광증폭기(11)로 사용하였으며, 슬릿의 폭이 100um인 가변 대역 통과 필터를 사용하여 구현하였다.
도 6의 스펙트럼은 상기 100um 폭의 슬릿의 광축 위치를 가변시키면서 측정한 링형 파장 가변 레이저의 출력 특성을 중첩하여 보인 것이다.
상기 파장 가변 레이저는, 필터 특성이 0.8nm이고 출력되는 파장은 모드들의 경쟁에 의해 매우 예리한 특성을 가지는 단일 모드의 레이징 출력을 보인다. 상기 링형 파장 가변 레이저의 3dB-대역폭은 0.026nm로 매우 좁은 단일 모드 레이징 특성을 가진다.
여기서, 상기 가변 대역 통과 필터의 3dB 대역폭이 0.8nm이므로, 상기 링형 파장 가변 레이저는, 최소 2pm 이상의 파장 간격으로 원하는 파장의 출력을 얻을 수가 있다. 더하여, 도 6을 참조하면, 상기 링형 파장 가변 레이저의 SNR은, 최소 45dB 이상으로 측정되었고, 링형 파장 가변 레이저의 광커플러로부터 출력되는 최종 출력 신호의 3dB-대역폭은 0.026nm이며 매우 샤프한 특성을 나타내었다. 이러한 특성은 가변 대역 통과 필터의 슬릿 폭에 의해 결정되는데, 슬릿의 폭이 좁을수록 더 샤프한 스펙트럼 출력 특성을 나타낸다.　또한, 상기 각 출력 파장간의 최대 출력 변동은 3dB 미만이고, 파장 가변 범위는 1300nm에서 1350nm로, 50nm 대역폭내에서 원하는 파장의 출력을 원하는 파장 간격으로 얻을 수 있다.
더하여, 상기 도 6에는 나타나지 않지만, 상기 실시 예에 있어서, 해당 링형 파장 가변 레이저의 최종 출력 스펙트럼의 파워는　약 2mW로 높은 출력 특성을 나타내었다. 이는 다른 손실 값들을 고려하지 않은 측정값으로, 광서큘레이터의 손실과 광커플러의 손실을 고려한다면 더 높은 출력 파워를 얻을 수 있을 것이다.
이상의 측정 결과와 같이, 본 발명에 의한 파장 가변 레이저는, 별도의 부가적인 안정회로 없이, 넓은 파장 범위에서 안정적인 출력 특성을 나타낸다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명에 의한 파장 가변 레이저는, 독립된 광 소자의 조합에 의해 간단하고 저렴하게 제작할 수 있으며, 더하여, 별도의 부가적인 안정 회로 없이도 안정적인 출력 특성을 나타낼 수 있고, 광증폭기의 변경에 의해 다양한 파장 가변 범위를 나타낼 수 있어, 광 통신 분야, 생체 영상 분야, 광 섬유 센서의 호출 시스템 등 다양한 분야에 범용적으로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 링형 파장 가변 레이저의 개략적인 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 링형 파장 가변 레이저에 구비되는 가변 대역 통과 필터의 일 예를 보인 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가변 대역 통과 필터에 구비되는 파장 선택부의 구현 예를 보인 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 가변 대역 통과 필터의 출력 특성을 보인 스펙트럼도이다.
도 5는 도 2에 도시된 가변 대역 통과 필터에 있어서, 슬릿의 위치와 출력 신호의 파장의 관계를 보인 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 링형 파장 가변 레이저의 출력 특성을 보인 스펙트럼도이다.

Claims (9)

  1. 동작 전류가 인가되면 자연 증폭 방출에 의해 광신호를 출력하고, 피드백 입력단으로 광신호가 입력되면 상기 광신호의 파장에 동기하여 상기 파장의 광신호를 증폭 출력하는 광증폭기;
    상기 광증폭기의 출력 광신호에서 특정 파장의 광신호를 필터링하는 가변 대역 통과 필터;
    상기 가변 대역 통과 필터에서 필터링된 광신호의 일부를 상기 광증폭기로 피드백 입력하고, 나머지는 출력단으로 출력하는 광커플러; 및
    상기 광증폭기의 출력 광신호를 상기 가변 대역 통과 필터로 전달하고, 상기 가변 대역 통과 필터로부터 필터링된 신호를 상기 광커플러로 전달하여, 상기 필터링된 광신호가 상기 광증폭기의 출력단으로 되돌아가는 것을 방지하는 광 서큘레이터를 포함하고,
    상기 가변 대역 통과 필터는 상기 광증폭기의 출력 광신호를 분광부로 시준하는 콜리메이터와, 상기 콜리메이터로부터 입력된 광신호의 파장을 공간적으로 분리하고, 반대 방향에서 입력된 특정 파장의 광신호를 상기 콜리메이터로 전달하는 분광부와, 수평방향으로 이동가능한 슬릿판과, 상기 슬릿판 상에 수평방향으로 일정 간격으로 형성되는 하나 이상의 슬릿으로 구현되어, 상기 분광부에서 파장별로 분광된 광신호 중에서 특정 파장의 광신호를 상기 슬릿을 통해 선택하는 파장 선택부와, 상기 파장 선택부에서 선택된 특정 파장의 광신호를 상기 분광부로 반사시키는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 링형 파장 가변 레이저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광증폭기의 출력단과 피드백 입력단에 각각 연결되어 최대 전송 및 이득을 갖도록 광신호의 편광 상태를 정렬하는 제1,2 편광 제어기를 더 포함하는 링형 파장 가변 레이저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광증폭기는
    반도체 광 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)인 것을 특징으로 하는 링형 파장 가변 레이저.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분광부는, 입사된 광신호를 파장별로 다른 각도로 회절시키는 회절 격자와, 상기 회절 격자에 의해 회절된 광신호를 상기 파장 선택부 및 반사부로 포커싱하기 위한 초점 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 링형 파장 가변 레이저.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가변 대역 통과 필터에서 일정속도로 이동하는 슬릿판은, 모터 및 트렌스레이션 스테이지를 포함하는 기계 및 전기적 이동 장치에 의해 이동하는 것을 특징으로 하는 링형 파장 가변 레이저.
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