KR101139606B1 - 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템 - Google Patents

전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템은, 전자파 생성을 위해 복수의 파장을 발생시키는 광신호소자부, 상기 광신호소자부와 광섬유 루프를 연결하는 연결부, 및 상기 광섬유 루프 상에서 광신호를 증폭시키는 증폭부를 포함하고, 상기 광신호는 광섬유 루프를 순환하면서 상기 증폭부에 의해 반복적으로 증폭될 수 있다. 또한, 두 개의 발진 파장 간격을 용이하게 조절하여 원하는 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다.

Description

전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템 {Dual Wavelength Fiber Laser System for electromagnetic radiation}
본 발명은 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 두 파장의 간격을 조절하여 테라헤르츠파를 튜닝할 수 있으며 광섬유 루프를 이용하여 고출력이 가능한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템에 관한 것이다.
전자파의 일종인 테라헤르츠파(100GHz 내지 10THz) 기술은 THz 시간영역 분광법, THz 영상, 서브-THz 무선통신, 서브-THz 전기신호 처리기술 또는 THz 디바이스 등의 다양한 분야에서 이용되고 있다. 더욱이 테라헤르츠파 기술에 새로운 센싱 기능이 추가되어 공업, 의료, 바이오, 농업, 안전 분야 등의 다양한 분야에서 응용되고 있다.
일반적으로 테라헤르츠파 발생을 위한 여러 가지 방법 중에서, 빛 혼합 방식에 의하여 테라헤르츠파를 발생시키기 위한 두 파장 출력 레이저 시스템이 이용되고 있다.
종래에는 격자를 이용하여 외부 공진기 형태의 레이저 시스템을 통하여 두 개의 파장을 얻는 예가 개시되어 있다. 도 1은 종래의 전자파 발생용 레이저 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하여, 종래의 전자파 발생용 레이저 시스템은 반도체 레이저(1)에서 출사된 레이저광은 두 개의 각기 다른 경로로 나뉘어져 도파되고 격자(2)와 V형태 거울(8)로부터 서로 다른 브라그(Bragg) 파장의 빛이 방출되어 반도체 레이저와의 공진기 내에서 왕복 진행하도록 구현된 외부 공진기 레이저 시스템이다. 또한, 두 개의 암(arm) 형태로 구성되어 있는 각각의 경로 중 하나의 경로에 있는 V 형태 거울(8)의 위치를 조절하거나, 공진기 길이를 조절하거나, 반도체 레이저로 되돌아가는 세기를 조절하여 줌으로써 출력되는 레이저의 두 개의 파장 간격을 조절하도록 구성될 수 있다.
그런데, 이러한 종래 레이저 시스템의 경우에는, 레이저 시스템이 크고 공진기 길이가 길어 레이저 빔의 세기 및 주파수나 파장이 안정적이지 못하다는 문제점이 있다.
또한, 격자(2)와 V 형태 거울(8) 사이의 정렬이 어려우며, 반도체로 되돌아가는 브라그 파장의 조절을 위해 여러 파라미터들을 조절할 때에도 정확성이 떨어진다는 문제점이 있다. 그리고, 종래 레이저 시스템은 구조적으로 복잡하다는 단점도 가지고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 목적은, 광섬유로 이루어진 소형의 간단한 구조에 의해 광섬유 레이저 시스템을 구현하여 전자파, 특히 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다른 목적은, 광섬유로 이루어진 레이저 시스템을 구현함으로써 높은 결합 효율을 가질 수 있고 안정적인 레이저 출력을 얻을 수 있는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 목적은, 두 파장의 간격을 용이하고 정확하게 조절할 수 있는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 또 다른 목적은, 광섬유 이득매질을 사용하여 고출력 레이저 빔을 얻을 수 있는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템은, 전자파를 생성하기 위해 복수의 파장을 발생시키는 광신호소자부, 상기 광신호소자부 및 광섬유 루프를 연결하는 연결부, 및 상기 광섬유 루프 상에서 광신호를 증폭시키는 증폭부를 포함하고, 상기 광신호는 광섬유 루프를 순환하면서 상기 증폭부에 의해 반복적으로 증폭될 수 있다.
상기 광신호소자부로부터 두 개의 발진파장을 가지는 광신호를 광전도 물질에 혼합하여, 두 개의 발진파장과 파장간격에 따른 비트주파수를 아래 식에 의해 결정하고, 상기 비트주파수에 해당하는 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다.
Figure 112010049633943-pat00001
여기서, λ1, λ2는 두 개의 발진파장, △λ는 파장간격이다.
상기 광신호소자부는 서로 다른 발진파장을 가지는 두 개의 광섬유 브라그 격자 또는 두 개의 발진파장을 가지는 샘플격자를 포함할 수 있다.
상기 광신호소자부는 서로 다른 발진파장을 가지는 두 개의 반도체 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 광신호소자부와 상기 연결부 사이에 위치하는 포화흡수부(saturable absorber)를 더 포함할 수 있으며, 상기 포화흡수부는 광신호소자부의 반사되는 파장이 좁은 선폭과 하나의 안정적인 모드로 발진할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템은 출력부를 더 포함할 수 있으며, 상기 출력부는 광섬유 루프 경로에 위치하여 광섬유의 일부를 분기시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템은 광 아이솔레이터를 더 포함할 수 있으며, 상기 광 아이솔레이터는 광신호 출력이 단일 방향으로 진행하도록 한다.
바람직하게, 상기 증폭부는 반도체 광 증폭기, 라만 광 증폭기 또는 희토류계 원소가 첨가된 광 증폭기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템은 복수의 광신호 이득 값을 동일하게 해 주는 이득 등화부를 더 포함할 수 있다.
광신호소자부는 두 개의 발진 파장 간격을 조절할 수 있는 발진파장 간격조절 부재를 포함할 수 있다.
바람직하게, 발진파장 간격조절 부재는 스트레인 조절부재일 수 있으며, 상기 스트레인 조절부재는 광신호소자부에 장력 또는 압축력을 가하며, 장력을 가하여 파장을 장파장 쪽으로 이동시키고 압축력을 가하여 파장을 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절할 수 있다.
또는, 발진파장 간격조절 부재는 광신호소자부의 온도를 가변시킬 수 있는 히터일 수 있으며, 상기 히터는 광신호소자부를 가열하여 파장을 장파장 또는 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절할 수 있다.
또는, 발진파장 간격조절 부재는 전류 또는 전압을 조절하여 파장을 장파장 또는 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절할 수 있는 전류 또는 전압 조절부재일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템에 의하면, 소형의 간단한 구조로 구현할 수 있는 광섬유로 이루어지며 튜닝 가능한 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템에 의하면, 광섬유로 이루어진 레이저 시스템을 구현함으로써 높은 결합효율을 가질 수 있고 안정적인 레이저 출력을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템에 의하면, 두 파장의 간격을 용이하고 정확하게 조절할 수 있어 테라헤르츠파의 튜닝이 용이한 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템에 의하면, 광전도 물질에서 혼합되어 테라헤르츠 주파수를 발생시킬 수 있으므로 테라헤르츠 시간 영역 분광 시스템에서 필요로 하는 높은 신호대 잡음비(SNR)와 스펙트럼 해상도를 가지며, 시료의 분석하고자 하는 특정한 흡수선에 대해서 해당하는 단색광 주파수 대역을 선택할 수 있으므로 선택된 주파수 스캔거리 및 해상도로 데이터를 수집할 수 있는 장점이 있으며, 가격적인 측면에서도 저렴하다는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전자파 발생용 레이저 시스템의 구성도이다;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 광신호소자의 일 실시예이다;
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 광신호소자의 다른 실시예이다;
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다;
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다;
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다;
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 구성도이다;
도 10은 본 발명에 따른 빛 혼합 방식에 의한 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템의 출력 스펙트럼을 나타내는 파장-도메인에서의 스펙트럼 및 광전도 물질을 투과한 후의 주파수-도메인에서의 스펙트럼이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다.
이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
본 발명에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템은 광신호소자부, 연결부, 증폭부, 포화흡수부, 이득등화부, 출력부, 및 광 아이솔레이터를 포함하여, 간단하고 정확하게 출력되는 두 파장의 간격을 조절하여 발생하는 테라헤르츠파를 튜닝할 수 있으며 광섬유 이득매질에 의하여 고출력을 얻을 수 있다.
제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)의 구성도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)의 광신호소자(110)의 구성도이다.
도 2를 참조하여, 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)은 루프 형태의 광섬유(130)를 포함하여 이루어져 있으며, 광신호소자부(110), 연결부(120), 증폭부(140), 출력부(150), 광 아이솔레이터(160) 및 포화흡수부(170)를 포함한다.
도 3을 참조하여, 광신호소자부(110)는 서로 다른 두 개의 브라그(Bragg) 파장을 가지는 격자를 포함한다. 상기 격자는 평판 도파로의 앞쪽에 굴절률 n1과 n2값을 가지는 주기적인 여러 층들로 이루어진 제1 격자부(112)와 평판 도파로의 뒤 쪽에 굴절률이 n3와 n4값을 가지는 주기적인 여러 층들로 이루어진 제2 격자부(114)를 포함한다. 상기 격자는 두 개의 파장을 가지는 광신호인 레이저를 구현하기 위하여 서로 다른 주기(Λ1, Λ2)를 가지며, 단주기형으로서 각각의 주기에 해당하는 반사 피크를 가진다.
상기 격자의 제작은 광섬유에 위상마스크를 정렬시키고, 자외선(UV)을 조사함으로써 광섬유의 코어층 내부에 격자가 형성되도록 한다. 상기 격자에 있어서, 각 주기에 따른 각각의 발진파장(λ)은 아래와 같이 격자의 주기(Λ)와 광섬유 코어의 유효굴절률(neff)에 따라 결정된다.
[식 1]
λ = 2neffΛ
그러므로, 상기 격자는 서로 다른 주기(Λ1, Λ2) 또는 유효굴절율(neff1, neff2)을 가지도록 이루어져 있으므로, 그에 따라 서로 다른 두 개의 파장을 가지는 레이저 광신호를 발진하게 된다. 상기 제1 격자부(112)와 제2 격자부(114)는 일정한 간격을 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.
다시 도 2를 참조하여, 증폭부(140)는 특정 이득 대역폭을 가지며, 이에 해당되는 신호가 입사되면 증폭 및 발진을 일으킨다. 이러한 증폭부(140)는 반도체 증폭기(SOA), 라만(Raman) 증폭기, 회토류계 원소첨가 증폭기일 수 있으며, 각각의 특성에 따라 특정한 파장에서 이득 대역을 가진다.
광신호소자부(110)의 브라그 격자는 특정 파장을 반사시키는 특성을 가지므로 광섬유 레이저 시스템(100)에서 파장 선택을 위한 광신호소자로 이용된다.
전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)에서 연결부(120)는 광 써큘레이터일 수 있으며, 상기 광 써큘레이터를 통하여 반사된 파장이 광섬유 루프(130)에 입사되어 계속 진행하면서 증폭부(140)를 반복적으로 지나면서 해당 파장의 광신호가 발진하게 된다.
광신호소자부(110)의 제1 격자부(112)와 제2 격자부(114)는 각기 다른 주기(Λ1, Λ2)를 가지며, 각기 다른 반사파장(λ1, λ2)이 선택되어 광섬유 루프(130)를 지나면서 발진현상을 통해 광신호인 레이저광을 출력시킨다.
광신호소자부(110) 앞 단의 포화흡수부(170)는 광신호소자부(110)에서의 반사된 파장이 스탠딩-웨이브 포화(standing-wave saturation) 효과에 의하여 좁은 선폭과 하나의 안정적인 모드로 발진파장이 형성하도록 하는 역할을 한다. 더욱이, 포화흡수부(170)는 선형 복굴절을 가지고 광섬유의 하나의 편광축에 더 효율적인 포화흡수를 가지는 편광자와 같은 역할을 하므로 출력되는 레이저광은 안정적인 하나의 편광모드를 가진다. 즉, 포화흡수부(170)는 주요 발진파장의 주파수 외에 다른 주파수를 흡수한다.
전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)은 광 아이솔레이터(160)를 통하여 레이저광이 단일방향으로 진행하도록 하며, 출력부(150)인 광 커플러를 통하여 일부의 레이저광이 출력되고 나머지 레이저광은 광섬유 루프(130)를 무한 반복적으로 지나면서 증폭효율을 높이도록 구성된다.
상기 출력부(150)인 광 커플러를 통하여 출력된 일부의 레이저광은 출력광의 특성을 분석하기 위해 파워미터 또는 광스펙트럼 분석기(OSA)와 포토 디텍터(photodetector; PD)를 통한 오실로스코프 등의 측정장비와 연결되어 출력파워가 측정될 수 있다. 또한, 파장-도메인에서의 레이저 출력광의 특성과 시간-도메인에서의 출력광의 특성이 관측될 수 있다.
출력부(150)인 광 커플러는 레이저광의 일부를 출력시키는 역할을 하므로 90:10 내지 50:50의 비율로 구성될 수 있으며, 입력 대 출력 포트가 1X2 또는 2X2로 구성될 수 있다.
두 파장 출력 광섬유 레이저는 광전도 물질에서 혼합되어 [식 2]와 같이 두 개의 발진파장(λ1, λ2)과 파장간격(△λ)에 따른 비트주파수가 결정되며, 이에 해당하는 테라헤르츠파가 발생한다.
[식 2]
Figure 112010049633943-pat00002
전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)은 이득 등화부(190)를 더 포함할 수 있다.
상기 이득 등화부(190)는 광섬유 루프(130) 경로 상에 위치하며, 두 개의 파장을 가지는 광신호 이득(gain)값을 동일하게 하여 두 개 광신호의 파워를 동일하게 하는 역할을 한다.
이득 등화부(190)로는 NPR(Nonlinear polarization rotator)가 이용될 수 있다. NPR은 편광조절기(polarization controller)-선형편광기(In-line-polarizer)-편광조절기(polarization controller)의 병렬연결 구조로서, 선형편광기에 의하여 선형 편광된 광신호인 레이저 모드가 공진기를 돌아 다시 선형편광기로 입사될 때 빛의 편광 상태를 두 편광조절기를 조절함으로써 강한 레이저 모드의 이득(gain)값을 줄이고 약한 레이저 모드의 이득값을 증가시켜, 결과적으로 두 레이저 모드의 파워를 같게 해 준다. 본 실시예에서는 이득 등화부(190)로서 NPR을 예로 들어 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 장치들을 이용하여 이득 등화부(190)를 구성할 수 있다.
제2 실시예
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)의 구성도이고, 도 5는 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)의 광신호소자(210)의 구성도이다.
제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)은 제1 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5를 참조하여, 광신호소자부(210)는 복수의 발진파장을 가지는 샘플격자를 포함하여 이루어진다. 상기 격자는 광섬유 코어에 굴절률이 n1과 n2값을 가지는 주기적인 여러 층들로 이루어져 있다. 상기 격자는 일정한 채널 간격마다 반사 피크를 가지는 특수한 격자의 일종인 샘플격자로 이루어져 있으며, Λ는 브라그 격자의 주기를 나타내고, Λs는 격자의 샘플링(sampling) 주기를 나타낸다. 상기 샘플격자의 제작은 위상마스크와 진폭 마스크를 함께 정렬시키고 자외선(UV)을 조사시켜 줌으로써 광섬유 코어에 샘플격자가 생성되도록 한다. 상기 격자에 있어서, 일정한 채널 간격마다 반사 피크를 가지는 샘플격자의 파장간격(△λ)은 아래 [식 3]과 같이 격자의 발진파장(λ)과 광섬유 코어의 유효굴절율(neff)과 격자의 샘플링 주기(Λs)에 따라 결정된다.
[식 3]
△λ = λ2 / (2neffΛ)
따라서, 상기 샘플격자는 일정한 간격마다 반사피크를 가지며, 서로 다른 두 개 또는 그 이상의 파장에서 발진할 수 있다. 바람직하게는, 두 개의 파장에서 발진하도록 구성할 수 있다.
다시, 도 4를 참조하여, 제2 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(200)은, 샘플격자가 두 개의 서로 다른 반사파장(λ1, λ2)을 가지도록 구현하여 두 개의 발진파장이 출력되도록 한다.
제3 실시예
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(300)의 구성도이다.
제3 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(300)은 제1 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
광신호소자부(310)는 반도체 레이저 다이오드를 포함하여 구성된다. 구체적으로, 각기 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 두 개의 반도체 레이저 다이오드를 포함하여 두 개의 발진파장의 파워가 증폭되어 출력될 수 있도록 한다.
이 때, 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(300)의 연결부(320)인 광 써큘레이터의 순서를 바꾸어 줌으로써 광섬유 루프(330)를 따라 도는 레이저광이 반도체 레이저 다이오드로 들어가지 않도록 하여 반도체 레이저 다이오드에 어떠한 손상도 가하지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.
제4 실시예
도 7은 제4 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(400)의 구성도이다.
제4 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(400)은 제1 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(100)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
제4 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(400)은 파장간격을 조절할 수 있는 발진파장 간격조절 부재를 포함한다. 두 개의 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)의 파장간격을 조절함으로써, 광전도 물질에서 혼합되어 출력되는 전자파인 테라헤르츠파의 조절이 가능하다.
이 때, 두 개의 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 광섬유 격자는 스트레인(strain)을 가하거나 온도를 변화시켜 줌으로써 브라그 격자의 반사파장을 이동시킬 수 있다. 이동하는 격자의 반사파장(△λ)은 [식 4]아 같이 유효 광탄성 상수(Pe), 축방향(axial) 스트레인(ε), 열팽창 계수(α), 열광학 계수(ξ), 및 가해지는 온도변화(△T)에 의해 결정된다.
[식 4]
△λ/λ = (1-Pe)ε+(α+ξ)△T
도 7을 참조하여, 스트레인 조절부재(480)에 의해 스트레인을 가하여 광신호소자부(410)의 격자(412, 414)의 두 발진파장을 이동시킬 수 있다. 두 개의 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 광신호소자부(410)의 제1 격자부(412)에는 압축력(compression strain)을 가하여 주고, 제2 격자부(414)에는 인장력(tension strain)을 가하여 줌으로써, λ1, λ2의 반사파장 중 압축력이 가해지는 반사파장(λ1)은 단파장 쪽으로 이동하고, 인장력이 가해진 다른 하나의 반사파장(λ2)은 장파장 쪽으로 이동한다.
그러므로, 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템(400)에서 출력되는 레이저광은 λ1, λ2로부터 λn-1, λn까지 순차적으로 튜닝되고, 각각의 경우에 해당되는 비트주파수가 다르므로 광전도 물질에서 비팅되어 발생하는 테라헤르츠파도 순차적으로 튜닝될 수 있다.
제5 실시예
도 8은 제5 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(500)의 구성도이다.
제5 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(500)은 제4 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(400)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 8을 참조하여, 제5 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(500)은 두 개의 서로 다른 반사파장(λ1, λ2)의 파장간격을 조절하기 위하여 열을 가한다.
광섬유 격자에 열을 가하면 광섬유 재질에 의하여 반사파장이 한 방향으로 이동한다. 제2 격자부(514)에 히터(580)를 배치하여 열을 가하면 광섬유 격자의 반사파장(λ2)이 장파장 쪽으로 이동한다. 따라서, 출력되는 레이저광은 λ1, λ2로부터 λn-1, λn까지 순차적으로 튜닝될 수 있고, 각각의 경우에 해당되는 비트주파수가 다르므로 광전도 물질에서 비팅되어 발생하는 테라헤르츠파도 순차적으로 튜닝될 수 있다.
제6 실시예
도 9는 제6 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(600)의 구성도이다.
제6 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(600)은 제4 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(400)과 그 구성이 유사하므로, 설명의 간략화를 위해서 동일 또는 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 아래에서는 차이점에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 9를 참조하여, 제6 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템(600)은, 광신호소자부(510)로서 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 두 개의 반도체 레이저 다이오드(512, 514)를 구비한다. 두 개의 반도체 레이저 다이오드(512, 514)의 구동 전류 또는 전압을 다르게 조절함으로써 하나의 발진파장(λ1)이 단파장 쪽으로 이동하고, 다른 하나의 발진파장(λ2)이 장파장 쪽으로 이동하도록 구성할 수 있다. 따라서, 출력되는 레이저광은 λ1, λ2로부터 λn-1, λn까지 순차적으로 튜닝될 수 있고, 각각의 경우에 해당되는 비트주파수가 다르므로 광전도 물질에서 비팅되어 발생하는 테라헤르츠파도 순차적으로 튜닝될 수 있다.
도 10은 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템(100, 200)의 출력 스펙트럼을 분석한 도면으로서 도 10(a)는 파장-도메인에서의 스펙트럼, 도10(b)는 광전도 물질을 투과한 후의 주파수-도메인에서의 스펙트럼이다.
도 10(a), (b)를 참조하여, 두 개의 서로 다른 파장(λ1, λ2)을 가지는 레이저 광섬유 시스템(100, 200)의 출력부(150, 250)인 광 커플러를 통해 출력된 일부 레이저광을 광 스펙트럼 분석기(OSA)를 통하여 관측하여 보면 서로 다른 발진파장(λ1, λ2)을 가지는 파장-도메인에서의 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이를 광전도 물질에 입사시키고 그 출력을 RF 스펙트럼 분석기를 통하여 관측하여 보면, λ1, λ2의 비트 주파수(△f)를 얻을 수 있으며, 이 때 비트 주파수는 0.1THz에서 10THz의 범위 내에 위치하도록 광신호소자부(110, 210)의 반사파장을 설계할 수 있다.
또한, 제4 내지 제6 실시예에 따른 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템(400, 500, 600)에서, 광신호소자부(410, 510, 610)의 반사파장을 조절함으로써 0.1THz에서 10THz까지의 튜닝범위를 가지도록 설계할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
100 : 전자파 발생용 두 파장 출력 레이저 광섬유 시스템
110 : 광신호소자부 120 : 연결부
130 : 광섬유 루프 140 : 증폭부
150 : 출력부 160 : 광 아이솔레이터
170 : 포화흡수부 190 : 이득 등화부

Claims (15)

  1. 전자파 생성을 위해 복수의 파장을 발생시키는 광신호소자부;
    상기 광신호소자부 및 광섬유 루프를 연결하는 연결부;
    상기 광섬유 루프 상에서 광신호를 반복적으로 증폭시키는 증폭부; 및
    상기 광신호소자부와 상기 연결부 사이에 위치하여, 상기 광신호소자부의 반사되는 파장이 좁은 선폭과 하나의 안정적인 모드의 발진파장을 형성하도록 하는 포화흡수부;
    를 포함하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광신호소자부로부터 두 개의 발진파장을 가지는 광신호를 광전도 물질에 혼합하여, 두 개의 발진파장과 파장간격에 따른 비트주파수를 아래 식에 의해 결정하고, 상기 비트주파수에 해당하는 테라헤르츠파를 발생시키는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
    Figure 112010049633943-pat00003

    여기서, λ1, λ2는 두 개의 발진파장, △λ는 파장간격임.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광신호소자부는 서로 다른 발진파장을 가지는 두 개의 광섬유 브라그 격자 또는 두 개의 발진파장을 가지는 샘플격자를 포함하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광신호소자부는 서로 다른 발진파장을 가지는 두 개의 반도체 다이오드를 포함하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광신호의 일부를 분기시키는 출력부를 더 포함하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    광신호 출력이 단일 방향으로 진행하도록 하는 광 아이솔레이터를 더 포함하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증폭부는, 반도체 광 증폭기, 라만 광 증폭기 또는 회토류계 원소가 첨가된 광 증폭기인 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    복수의 광신호 이득 값을 동일하게 하여 파워를 동일하게 하는 이득 등화부를 더 포함하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  10. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제6항, 제7항, 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광신호소자부는 두 개의 발진 파장 간격을 조절할 수 있는 발진파장 간격조절 부재를 포함하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 발진파장 간격조절 부재는 스트레인 조절부재인 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스트레인 조절부재는 광신호소자부에 장력 또는 압축력을 가하며, 장력을 가하여 파장을 장파장 쪽으로 이동시키고 압축력을 가하여 파장을 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  13. 삭제
  14. 제10항에 있어서,
    상기 발진파장 간격조절 부재는 전류 또는 전압 조절부재이며, 전류 또는 전압을 조절하여 파장을 장파장 또는 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
  15. 전자파 생성을 위해 복수의 파장을 발생시키는 광신호소자부;
    상기 광신호소자부 및 광섬유 루프를 연결하는 연결부; 및
    상기 광섬유 루프 상에서 광신호를 반복적으로 증폭시키는 증폭부;
    를 포함하며,
    상기 광신호소자부는 두 개의 발진 파장 간격을 조절할 수 있는 발진파장 간격조절 부재를 포함하고,
    상기 발진파장 간격조절 부재는 광신호소자부의 온도를 가변시킬 수 있는 히터이며, 상기 히터는 광신호소자부를 가열하여 파장을 장파장 또는 단파장 쪽으로 이동시킴으로써 파장간격을 조절하는 전자파 발생용 두 파장 출력 광섬유 레이저 시스템.
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