KR101674795B1 - System and method of measuring a free spectral range of a fabry-perot etalon - Google Patents
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Abstract
정밀하게 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역을 측정할 수 있는 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 자유 동작 영역 측정 시스템은 저주파로 스캐닝하는 CW 레이저를 PM 변조시켜 훼브리 페롯 에탈론(Fabry-Perot Etalon, FPE)으로 인가하는 PM 변조부, 상기 인가에 따라 상기 훼브리 페롯 에탈론을 투과한 투과 신호 또는 상기 훼브리 페롯 에탈론에 의해 반사된 반사 신호를 검출하는 광 검출기 및 상기 검출 결과 및 상기 PM 변조를 위해 사용된 변조 신호를 이용하여 상기 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역(Free Spectral Range, FSR)을 측정하는 FSR 측정부를 포함한다. A system and method for precisely measuring the free motion region of a Februrit etalon is disclosed. The free-running area measuring system includes a PM modulating unit PM-modulating a low-frequency scanning CW laser to fabricate a Fabry-Perot Etalon (FPE), and a PM modulator for transmitting the ferri- A photodetector for detecting a transmitted signal or a reflected signal reflected by the Febraryot etalon, and a detector for detecting the free motion of the Febrary etalon using the detection result and the modulated signal used for the PM modulation Range, FSR).
Description
본 발명은 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a system and method for measuring the free motion area of a Febraryot etalon.
훼브리 페롯 에탈론은 자유 동작 영역 간격의 주기적인 주파수 통과 특성에 의해 각종 필터 구현, 광 주파수 안정화 등의 많은 분야에 널리 사용되어지고 있다. Ferrierot etalon is widely used in various fields such as various filter implementations, optical frequency stabilization, etc. due to the periodic frequency passing characteristics of free motion region intervals.
최근, 훼브리 페롯 에탈론의 주기적인 주파수 통과 필터 특성을 이용하여 모드 잠금 레이저의 발진 모드 및 주파수 안정화에 응용하는 사례가 발견되고 있다. 이 때, 레이저에서 모드 잠금 주파수가 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역과 일치하여야 하며, 따라서 자유 동작 영역의 정확한 측정이 요구된다. In recent years, there have been found cases of application to oscillation mode and frequency stabilization of mode locked lasers by using the periodic frequency pass filter characteristics of the Febriferot etalon. At this time, the mode locking frequency of the laser should coincide with the free motion region of the Febrary ferrite etalon, and therefore accurate measurement of the free motion region is required.
상기 자유 동작 영역을 측정하는 다양한 방법들이 존재하나, 측정 정확도는 0.01% 정도에 머무르고 있다. 따라서, 자유 동작 영역의 측정 정확도를 상당히 향상시키는 기술이 요구된다. There are various methods of measuring the free motion region, but the measurement accuracy remains at about 0.01%. Therefore, there is a need for a technique that significantly improves the measurement accuracy of the free motion area.
본 발명은 정밀하게 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역을 측정할 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a system and method that can precisely measure the free motion region of a Febraryot etalon.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 시스템은 저주파로 스캐닝하는 CW 레이저를 위상변조(PM)시켜 훼브리 페롯 에탈론(Fabry-Perot Etalon, FPE)으로 인가하는 PM 변조부; 상기 인가에 따라 상기 훼브리 페롯 에탈론을 투과한 투과 신호 또는 상기 훼브리 페롯 에탈론에 의해 반사된 반사 신호를 검출하는 광 검출기; 및 상기 검출 결과 및 상기 PM 변조를 위해 사용된 변조 신호를 이용하여 상기 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역(Free Spectral Range, FSR)을 측정하는 FSR 측정부를 포함한다. According to an embodiment of the present invention, a free motion area measuring system of a ferriplot etalon is configured to phase-modulate (PM) a low-frequency scanning CW laser to produce a Fabry- -Perot Etalon, FPE); A photodetector for detecting a transmission signal transmitted through the ferri-ferrite etalon or a reflection signal reflected by the ferri-ferrite etalon according to the application; And an FSR measuring unit for measuring a Free Spectral Range (FSR) of the ferroelectric etalon using the detection result and the modulation signal used for the PM modulation.
본 발명의 일 실시예에 따른 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 방법은 저주파로 광주파수를 스캐닝하여 출력된 레이저를 FSR 영역 근처 주파수로 PM 변조하여 훼브리 페롯 에탈론으로 인가하는 단계; 상기 인가에 따라 상기 훼브리 페롯 에탈론을 투과한 투과 신호 또는 상기 훼브리 페롯 에탈론에 의해 반사된 반사 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출 결과와 상기 PM 변조를 위해 사용된 변조 신호를 이용하여 상기 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역(FSR)을 측정하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of measuring a free motion area of a ferroelectric etalon, comprising: scanning a light frequency at a low frequency; PM-modulating the output laser at a frequency near the FSR region; Detecting a transmission signal transmitted through the ferri-ferrite etalon or a reflection signal reflected by the ferri-ferrite etalon according to the application; And measuring the free motion area (FSR) of the Febrilefot etalon using the detection result and the modulation signal used for the PM modulation.
기존 방법은 저주파로 스캐닝 광(CW 광)을 훼브리 페롯 에탈론(FPE)에 인가하고 FPE의 주기적인 광 투과특성을 관측하여 자유 동작 영역을 관측하는 방법을 이용하고 있으나, 본 발명에 따른 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 시스템 및 방법은 저주파로 스캐닝되는 광 출력을 PM 변조시켜 훼브리 페롯 에탈론으로 인가하는 방법을 통하여 상기 자유 동작 영역을 정밀하게 측정할 수 있다. In the conventional method, scanning light (CW light) is applied to the ferri-ferrite etalon (FPE) at low frequency and the periodic light transmission characteristics of the FPE are observed to observe the free-moving region. However, The free motion region measuring system and method of the Briperot etalon can precisely measure the free motion region by PM modulating an optical output scanned at a low frequency and applying it to a ferriplot etalon.
특히, 본 발명의 자유 동작 영역 측정 시스템 및 방법은 훼브리 페롯 에탈론을 통과한 투과 신호와 훼브리 페롯 에탈론으로부터 반사된 반사 신호 모두를 이용하여 자유 동작 영역을 측정하므로, 상기 자유 동작 영역의 측정 정확도가 더 향상될 수 있다.
In particular, the free-running area measurement system and method of the present invention measures the free-motion region using both the transmitted signal passed through the ferri-wheel etalon and the reflected signal reflected from the ferri-wheel etalon, The measurement accuracy can be further improved.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 원리의 개념을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PM 변조 주파수가 자유 동작 영역보다 큰 경우 PM 변조된 신호 스펙트럼이 훼브리 페롯 에탈론에 의해 변조된 결과(스펙트럼 진폭)를 보다 잘 보여지도록 하기 위하여, 각 PM 측파대 신호를 하나의 FPE의 투과 특성 위에 오버랩하여 나타된 도면이다. 오랜지색 실선은 상기로부터 유추되는 훼브리 페롯 에탈론에 의해 진폭 변조된 오차 특성 커브를 나타낸다.
도 4는 자유 동작 영역 근처에서 실험적으로 얻은 오차 신호를 도시한 도면이다.
도 5는 PM 변조주파수를 가변하면서 도 4의 오차 신호의 첨두치 값의 변화를 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a diagram illustrating a free motion area measurement system of a ferriplot etalon according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a concept of a free motion region measurement principle of a ferri-ferrite etalon according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the results of the modulation of the PM modulated signal spectrum by spectral amplitudes of the phase modulated signal according to one embodiment of the present invention. And the PM sideband signal is overlapped on the transmission characteristic of one FPE. The orange solid line represents the error characteristic curve amplitude-modulated by the Febriferot etalon inferred from the above.
FIG. 4 is a diagram showing an error signal experimentally obtained in the vicinity of the free operation region. FIG.
5 is a graph showing a change in the peak value of the error signal of FIG. 4 while varying the PM modulation frequency.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 훼브리 페롯 에탈론(Fabry-Perot Etalon, FPE)의 자유 동작 영역(Free Spectral Range, FSR)을 정밀하게 측정할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 예를 들어 상기 FSR 시스템은 간단한 구조로 자유 동작 영역(FSR)을 1ppm (10-6) 이내의 오차 범위 내에서 정밀하게 측정할 수 있다. 여기서, 상기 FSR은 FPE의 주기적인 주파수 통과 주기를 의미한다. The present invention relates to a system and a method for precisely measuring a free spectral range (FSR) of a Fabry-Perot Etalon (FPE). For example, the FSR system has a simple structure It is possible to precisely measure the free running range (FSR) within an error range of 1 ppm (10 -6 ) or less. Here, the FSR denotes a periodic frequency pass period of the FPE.
일 실시예에 따르면, 본 발명의 FSR 측정 시스템은 PM 변조부(Modulator)에 의해 변조된 레이저(예를 들어, CW 광)를 FPE로 입사시켜 FSR을 측정하는 방법을 사용할 수 있다. 즉, 상기 FSR 측정 시스템은 PM 변조 주파수를 이용하여 FSR을 측정할 수 있다. According to one embodiment, the FSR measuring system of the present invention can use a method of measuring the FSR by injecting laser (for example, CW light) modulated by a PM modulator into the FPE. That is, the FSR measurement system can measure the FSR using the PM modulation frequency.
다른 실시예에 따르면, 상기 FSR 측정 시스템은 FPE의 투과파(투과 신호) 및 반사파(반사 신호) 모두를 이용하여 FSR을 측정할 수 있다. 투과파 또는 반사파만을 이용하여 FSR을 측정하는 것보다는 동시에 발생하는 투과파와 반사파를 이용하여 FSR을 측정하는 것이 측정 정확도를 향상시킬 수 있다. 이 경우, 복잡한 신호의 누적 장치가 필요하지 않을 수 있다. 실제 실험 결과, 투과파나 반사파 하나만을 이용하여 FSR을 측정하는 것보다 투과파와 반사파를 모두 이용하여 FSR을 측정하는 방법이 더 정확한 FSR을 측정할 수 있음을 확인할 수 있었다.
According to another embodiment, the FSR measurement system can measure the FSR using both the transmission wave (transmitted signal) and the reflected wave (reflected signal) of the FPE. It is possible to improve the measurement accuracy by measuring the FSR by using the transmitted wave and the reflected wave simultaneously, rather than using the transmitted wave or the reflected wave only to measure the FSR. In this case, a complicated signal accumulating device may not be necessary. As a result, it was confirmed that FSR measurement using both transmission wave and reflected wave is more accurate than FSR measurement using only transmission wave or reflection wave.
이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다. Various embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 원리의 개념을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PM 변조 주파수가 자유 동작 영역보다 큰 경우 PM 변조된 신호 스펙트럼이 훼브리 페롯 에탈론에 의해 변조된 결과(스펙트럼 진폭)를 보다 잘 보여지도록 하기 위하여, 각 PM 측파대 신호를 하나의 FPE의 투과 특성 위에 오버랩하여 나타된 도면이며, 도 4는 자유 동작 영역 근처에서 실험적으로 얻은 오차 신호를 도시한 도면이며, 도 5는 PM 변조주파수를 가변하면서 도 4의 오차 신호의 첨두치 값의 변화를 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a view showing a free motion region measuring system of a ferriplot etalon according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a free motion region measuring method of a ferriplot etalon according to an embodiment of the present invention. Fig. FIG. 3 is a graph showing the results of the modulation of the PM modulated signal spectrum by spectral amplitudes of the phase modulated signal according to one embodiment of the present invention. 4 is a graph showing an error signal experimentally obtained in the vicinity of a free operating region. FIG. 5 is a graph showing the error signal obtained in the vicinity of the free operating region, And the change of the peak value of the error signal.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 FPE의 FSR 측정 시스템은 레이저 출력부(100), PM 변조부(102), FPE(104), FPE 필터(106) 및 FSR 측정부(110)를 포함할 수 있다. 1, the FPR FSR measuring system of the present embodiment may include a
레이저 출력부(100)는 CW 레이저를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 레이저 출력부(100)는 저주파(예를 들어, 20)로 CW 광(Continuous Wave Laser)을 스캐닝(Scanning)하여 인가할 수 있다. The
PM 변조부(102)는 스캐닝되어 출력된 레이저(CW 광)를 FSR 근처의 고주파(예를 들어, 10)로 PM 변조시켜 FPE(104)로 인가할 수 있다. 이 경우, FPE(104)를 투과한 투과 신호와 FPE(104)로부터 반사된 반사 신호가 발생할 수 있다. The PM modulating
상기 투과 신호로서 예를 들어 PM 변조부(102)의 변조 주파수인 10 간격의 PM 변조에 의해 발생된 측파대(sideband) 신호들은 FPE 필터(106)의 주기적인 주파수 통과 특성에 의해 필터링되며, 이렇게 필터링된 투과 신호는 고속의 광 검출기(Photo Detector, PD, 108)에 의해 검출될 수 있다. 반사 신호 또한 광 검출기(108)에 의해 검출될 수 있다. 다만, 투과 신호와 반사 신호는 서로 다른 채널을 통하여 진행하며, 동일한 광 검출기(108) 또는 다른 광 검출기들에 의해 검출될 수 있다. Sideband signals generated by the PM modulation of 10 intervals, for example, the modulation frequency of the
FSR 측정부(110)는 광 검출기(108)에 의해 검출된 투과 신호와 반사 신호 중 적어도 하나를 이용하여 FSR을 측정할 수 있다. The
일 실시예에 따르면, FSR 측정부(110)는 상기 FPE 투과 신호에서 PM 변조 주파수와 FSR 사이의 주파수 차에 대한 정보를 포함하는 오차 신호를 검출하고, 상기 오차 신호가 없어지는 지점에서의 PM 변조 주파수를 상기 자유 동작 영역(FSR)으로 결정할 수 있다.
According to one embodiment, the FSR measuring
이하, 투과 신호를 예로 하여 FSR 측정부(110)가 FSR을 측정하는 과정을 살펴보겠다. Hereinafter, a process of measuring the FSR by the
도 1을 다시 참조하면, 레이저 출력부(100)는 예를 들어 CW 광을 예를 들어 20의 저주파로 스캐닝하여 출력할 수 있다. Referring again to FIG. 1, the
이어서, PM 변조부(102)는 상기 출력된 CW 광을 예를 들어 10의 고주파로 PM 변조시켜 FPE(104)로 인가할 수 있다. 여기서, FPE(104)는 스캐닝되는 CW 광의 주기적인 투과 특성을 기존 방법에 의해 직접 조사한 결과 약 10GHz의 FSR을 가진다고 가정한다. 이하, 상기 PM 변조 주파수를 Fpm이라 하겠다. Then, the
이 경우, FPE(104)를 통과한 투과 신호는 FPE 필터(106)에 의해 필터링된 후 고속의 광 검출기(PD, 108)에 의해 검출되고, FPE(104)에 의해 반사된 반사 신호 또한 광 검출기(108)에 의해 검출될 수 있다. 여기서, FPE 필터(106)는 도 2에 도시된 바와 같은 각 PM 측파대 주파수 성분을 FSR 간격으로 주기적으로 필터링(성분 크기 바꿈)할 수 있다. In this case, the transmission signal passed through the
계속하여, FSR 측정부(110)는 광 검출기(108)에 의해 검출된 신호를 PM 변조부(102)의 PM 변조를 위해 제공되는 위상 변조 신호와 혼합하여 변조 주파수 성분의 크기(즉, 진폭) 및 위상 신호를 추출한다. Subsequently, the
이어서, FSR 측정부(110)는 상기 추출된 진폭 신호에 레이저 출력부(100)로 제공되는 주파수 신호를 스캐닝하여 인가하여 도 3에 도시된 바와 같은 오차 신호(Error signal)를 획득할 수 있다. Then, the FSR measuring
FSR 측정부(110)는 상기 획득된 오차 신호를 변조 주파수의 함수로 관찰하여 FSR을 측정할 수 있다. 구체적으로는, CW 광을 FPE(104)의 FSR 근처에서 PM 변조하여 FPE(104)에 인가하면, FPE(104)를 투과한 투과 신호의 각 PM 측파대 주파수 성분은 도 2에 도시된 바와 같이 FPE(104)의 FSR 간격의 주기적인 필터링 특성에 의해 변조되게 된다. FSR 측정부(110)는 상기 변조 특성을 분석하여 FPE(104)의 FSR 주파수와 PM 변조부(102)의 변조 주파수의 차이에 해당하는 정보를 검출할 수 있으며, 상기 검출된 정보로부터 FPE(104)의 FSR을 측정할 수 있다. The
도 2는 위의 측정 방법의 원리를 개념적으로 보여준다. PM 변조부(102)의 변조 주파수의 스펙트럼 선간의 간격(Fpm)이 FPE(104)의 FSR(이하, "FPE-FSR"이라 함)보다 큰 경우, 같은 경우, 작은 경우 각각에 대한 FPE(104)의 투과 신호의 특성은 아래와 같다.
Figure 2 conceptually illustrates the principle of the above measurement method. When the interval (Fpm) between the spectral lines of the modulation frequency of the
1. One. FpmFpm > > FPEFPE -- FSRFSR 인 경우If
도 2의 (a)는 (Fpm이가 FPE-FSR 보다 큰 경우를 보여준다. 2 (a) shows a case where Fpm is larger than FPE-FSR.
1) CW 광(반송파)의 반송파 주파수가 FPE(104)의 통과 첨두치(피크값)보다 작으면(오렌지색선), FPE(104)의 주기적인 주파수 통과 특성 커브에 의해 저주파 성분은 억제(진폭이 작아짐)되고 고주파 성분은 강조(진폭이 커짐)된다. 즉, 순수 PM 변조된 균일한 진폭의 신호의 진폭이 높은 주파수 영역에서는 커지고 낮은 주파수 영역에서는 작아지게 된다. 여기서, 이 진폭 변조 주파수는 상기 PM 변조 주파수와 동일하게 된다. 1) When the carrier frequency of the CW light (carrier) is smaller than the peak value (peak value) of FPE 104 (orange line), the low frequency component is suppressed by the periodic frequency characteristic curve of
2) CW 광의 반송파 주파수가 FPE(104)의 통과 첨두치와 일치하는 경우(검정선), FPE(104)의 주기적인 주파수 통과 특성 커브에 의해 저주파 및 고주파 성분은 손실을 보이게 되나, 반송파 부근의 주파수 성분은 손실 없이 FPE(104)를 통과하게 된다. 따라서, FPE(104)의 투과 신호는 Fpm의 2배로 진폭 변조된다 (고주파 및 저주파 성분의 대칭적인 손실에 의해 Fpm 성분은 나타나지 않음). 2) When the carrier frequency of the CW light coincides with the passing peak value of the FPE 104 (black line), the low frequency and high frequency components are lost due to the periodic frequency characteristic curve of the
3) CW 광의 반송파 주파수가 FPE의 통과 첨두치보다 크면(청색선), 입력된 변조 신호는 FPE(104)를 통과한 후에, 저주파 성분은 강조되고 고주파 성분은 억제된다. 이 같이 Fpm과 같은 주파수로 진폭 변조된 신호는 1)의 경우와 유사하게 진폭 변조되나, 위상은 180도 다르게 된다.3) If the carrier frequency of the CW light is larger than the pass peak value of the FPE (blue line), the input modulated signal passes through the
종합하면, CW 광원의 반송파 주파수에 따른 FPE(104)의 투과 신호의 포락선의 Fpm 성분의 크기를 나타내면, 도 3에 도시된 바와 같은 나타낸 바와 같은 오차 신호를 예측할 수 있다. Taken together, if the magnitude of the Fpm component of the envelope of the transmission signal of the
다만, 도 3에서는 FPE(104)의 주기적인 주파수 통과 커브(점선)에 의한 PM 측파대의 진폭 변조 특성이 보다 잘 보여지도록 하기 위하여, 각 측파대 신호를 하나의 FPE(104)의 투과 특성 위에 오버랩하여 나타냈다. 반송파 주파수가 FPE 통과 특성 첨두치보다 작으면 주파수 변이에 대해 적색 화살표로 나타낸 바와 같이 측파대 신호들이 고주파 통과 필터로 진폭 변조되고, 일치하면 검정 화살표와 같이 대역통과 필터로 변조되며, 크면 청색 화살표로 나타난 바와 같이 저주파통과 필터로 진폭 변조된다. 이 진폭 변조 신호의 크기를 광 주파수 천이에 따라 나타내면, 도 3 및 도 4의 실험에서 보인 오차신호와 같이 FPE 투과 특성 커브의 1차 미분으로 나타남을 쉽게 알 수 있다.
3, in order to make the amplitude modulation characteristics of the PM side band due to the periodic frequency passing curve (dotted line) of the
2. 2. FpmFpm = = FPEFPE -- FSRFSR 인 경우If
도 2의 (b)는 Fpm이 FPE-FSR과 같은 경우를 보인다. 모든 PM 변조 측파대 성분은 FPE의 주기적인 통과 특성에 의해 같은 손실(이득)을 갖게 된다. 즉, CW 광의 주파수가 FPE의 통과 첨두치 값과 일치하든 일치하지 않든 진폭 변조는 일어나지 않게 된다. 즉, 도 3에 보인 샘플링 커브에서 주파수 변이가 없는 경우처럼 나타나게 된다. 이는 반송파 주파수 가변에 무관하게 포락선 검출 신호에 PM 변조 주파수 성분이 나타나지 않음을 의미한다.
2 (b) shows a case where Fpm is equal to FPE-FSR. All PM modulated sideband components have the same loss (gain) due to the periodic passing characteristics of the FPE. That is, the amplitude modulation does not occur even if the frequency of the CW light does not coincide with the pass peak value of the FPE. That is, it appears as if there is no frequency variation in the sampling curve shown in FIG. This means that the PM modulation frequency component does not appear in the envelope detection signal regardless of the carrier frequency variation.
3. 3. FpmFpm < < FPEFPE -- FSRFSR 인 경우If
도 2의 (c)는 Fpm이 FPE-FSR보다 작은 경우를 보인다. 이 경우, 1의 경우와는 반대 현상이 나타난다. FIG. 2 (c) shows a case where Fpm is smaller than FPE-FSR. In this case, a phenomenon opposite to the case of 1 appears.
1) CW 광의 반송파 주파수가 FPE(104)의 투과 첨두치보다 작으면(오렌지색선), FPE의 주기적인 통과 특성 커브에 의해 고주파 성분은 억제(진폭이 작아짐)되고 저주파 성분은 강조(진폭이 커짐)된다. 즉, 순수 PM 변조된 균일한 진폭의 신호의 진폭이 낮은 주파수 영역에서는 진폭이 커지고, 높은 주파수 영역에서는 작아지게 된다. 물론, 이 진폭 변조 주파수는 PM 변조 주파수와 동일하게 된다. 1) When the carrier frequency of the CW light is smaller than the transmission peak value of the FPE 104 (orange line), the high frequency component is suppressed (the amplitude becomes small) and the low frequency component is emphasized )do. That is, the amplitude of the pure-PM-modulated signal of uniform amplitude becomes low in the low frequency range and low in the high frequency range. Of course, this amplitude modulation frequency becomes equal to the PM modulation frequency.
2) CW 광의 반송파 주파수가 FPE(104)의 투과 첨두치와 일치하는 경우(검정선), FPE의 주기적인 통과 특성 커브에 의해 저주파 및 고주파 성분은 손실을 보이게 되나, 반송파 부근의 주파수 성분은 손실이 없이 FPE(104)를 통과하게 된다. 이에 따라, FPE(104)의 투과 신호는 PM 변조주파수의 2배로 진폭 변조된다 (고주파 및 저주파 성분의 대칭적인 손실에 의해 PM 변조주파수 성분은 없음). 2) When the carrier frequency of the CW light coincides with the transmission peak value of the FPE 104 (black line), the low frequency and high frequency components are lost due to the periodic passing characteristic curve of the FPE, Without passing through the
3) CW 광의 반송파 주파수가 FPE(104)의 첨두치 값보다 크면(청색선), 입력된 PM 변조 신호는 FPE(104)를 통과한 후에, 1)의 경우와는 반대로 고주파 성분은 강조되고 저주파 성분은 억제된다. 3) When the carrier frequency of the CW light is larger than the peak value of the FPE 104 (blue line), the input PM modulated signal passes through the
종합하면, 포락선 변조 신호의 Fpm 성분은 그림 2에서 보인 FPE 통과 특성의 1차 미분 값의 음의 값(즉, 1과 180도 위상차를 갖음)을 갖음을 알 수 있다.Taken together, it can be seen that the Fpm component of the envelope modulated signal has a negative value (ie, a phase difference of 1 and 180 degrees) of the first derivative of the FPE pass characteristics shown in FIG.
종합하면, 상기 변조 주파수에 따른 도 3의 오차 신호는 FPE-FSR 보다 멀어질수록 커지고 (크거나 작은 것은 위상으로 나타남) 가까워 지면 작아지며, 일치하면 전혀 나타나지 않는다. 즉, 도 3의 오차 신호가 없어지는 변조 주파수가 FPE(104)의 FSR이 됨을 의미한다. In sum, the error signal of FIG. 3 according to the modulation frequency increases as the distance from the FPE-FSR increases (larger or smaller becomes phase), and becomes smaller as the modulation frequency approaches. That is, the modulation frequency at which the error signal of FIG. 3 disappears is the FSR of the
한편, FPE(104) 투과 신호뿐만 아니라 반사 신호도 유사한 변조 특성을 보인다. 다만, 투과 신호가 커지면 반사 신호는 작아지므로, 반사 신호의 오차 신호는 투과 신호의 오차 신호와 180도 위상차를 가질 수 있다. On the other hand, not only the transmission signal of the
본 발명의 FSR 측정 시스템은 투과 신호뿐만 아니라 반사 신호도 함께 측정하여 FSR 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
The FSR measurement system of the present invention can improve the accuracy of the FSR measurement by measuring not only the transmission signal but also the reflection signal.
이하, 약 10GHz의 FSR과 270 정도의 피네스를 가지는 FPE(104)을 사용하고 10GHz로 위상(주파수) 변조하였으며 저주파(20Hz)로 반송파를 스캐닝하였을 때의 실험 결과를 살펴보겠다. Hereinafter, an experiment will be performed in which a phase (frequency) modulation is performed at 10 GHz using a
도 4는 FPE(104)의 FSR 부근(FSR 보다 약간 큰 경우, 같은 경우, 작은 경우)의 주파수에서 위상 변조한 CW 광 신호를 FPE(104)에 인가하여 얻은 도 3에서 설명한 오차 신호를 보여준다. 위에서 상술한 바와 같이, FPE(104)의 투과 특성 커브의 1차 미분 형태를 볼 수 있으며, 투과 신호와 반사 신호에서 얻은 오차 신호는 180도 위상차를 가짐을 확인할 수 있다. Fig. 4 shows the error signal described in Fig. 3 obtained by applying a phase-modulated CW optical signal to the
PM 변조 주파수와 FPE-FSR보다 큰 경우와 작은 경우 역시 180도의 위상차가 발생함을 확인할 수 있다. 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 PM 변조 주파수 FPE-FSR과 일치하면 오차 신호는 발생하지 않는다. It can be seen that a phase difference of 180 degrees occurs when the PM modulation frequency is larger than that of FPE-FSR or when the phase modulation is smaller than FPE-FSR. As shown in FIGS. 3 and 4, when the PM modulation frequency is equal to the FPE-FSR, no error signal is generated.
따라서, 본 발명의 FSR 측정 시스템은 PM 변조 주파수를 가변하면서 오차 신호의 변화를 관측하여 도 4의 오차 신호가 없어지는 (즉, 0을 지나는) 지점의 주파수를 측정하며, 상기 오차 신호가 없어지는 지점의 주파수가 FSR의 주파수가 된다.
Therefore, the FSR measurement system of the present invention measures the frequency of the point where the error signal of FIG. 4 disappears (that is, passes through 0) by observing the change of the error signal while varying the PM modulation frequency, The frequency of the point is the frequency of the FSR.
위에서는 투과 신호만을 이용하여 FSR을 측정하였으나, 정확도를 높이기 위해 투과 신호와 반사 신호 모두를 이용하여 FSR을 측정할 수 있다. 도 5는 투과 신호의 오차 신호와 반사 신호의 오차 신호의 첨두치를 PM 변조 주파수의 함수로 나타낸 것이다.In the above, FSR was measured using only the transmission signal, but FSR can be measured using both the transmission signal and the reflection signal to improve the accuracy. 5 shows the peak value of the error signal of the transmission signal and the error signal of the reflection signal as a function of the PM modulation frequency.
투과 신호 또는 반사 신호 하나만 사용하는 경우에는 제로 통과 주파수가 각각 9.995765GHz 및 9.99579GHz로 나타났으나, 투과 신호와 반사 신호를 모두 사용하는 경우에는 에러 신호들의 교차점을 잡으면 9.995771GHz로 나타나서, 약 7 KHz의 측정차이가 나타났다. 두 값 사이의 정확성을 측정하기 위해 반복 측정에 의한 두 방법의 재현성을 관측하였다. 투과 신호만을 이용하는 경우에는 대략 10KHz 정도의 재현 오차를 보였으나, 투과 신호와 반사 신호를 모두 사용하는 경우에는 약 6KHz의 측정 재현 오차(0.6 ppm)를 기록하였다. 즉, 투과 신호의 오차 신호와 반사 신호의 오차 신호 모두를 이용하여 FSR을 특정하는 방법이 하나만을 이용하여 FSR을 측정하는 방법보다 정확함을 알 수 있다. In the case of using only the transmission signal or the reflection signal, the zero-pass frequency is 9.995765 GHz and 9.99579 GHz, respectively. However, when both the transmission signal and the reflection signal are used, 9.995771 GHz appears when the error signal crosses, . In order to measure the accuracy between the two values, reproducibility of the two methods by repeated measurement was observed. In the case of using only the transmission signal, a reproducibility error of about 10 KHz was shown. However, when both the transmission signal and the reflection signal were used, the measurement reproducibility error (0.6 ppm) of about 6 KHz was recorded. That is, the method of specifying the FSR using both the error signal of the transmission signal and the error signal of the reflection signal is more accurate than the method of measuring the FSR using only one.
투과 신호와 반사 신호를 모두 사용하여 FSR을 측정하는 방법이 재현성의 정확도를 약 30% 증진시킴을 알 수 있다. It can be seen that the method of measuring the FSR using both the transmission signal and the reflection signal improves the accuracy of the reproducibility by about 30%.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be regarded as belonging to the following claims.
100 : 레이저 출력부 102 : PM 변조부
104 : 훼브리 페롯 에탈론 106 : FPE 필터
108 : 광 검출기 110 : FSR 측정부100: laser output unit 102: PM modulation unit
104: フ ェ ブ リ ペ ロ ト エ ト ラ ン 106: FPE filter
108: photodetector 110: FSR measuring unit
Claims (14)
상기 인가에 따라 상기 훼브리 페롯 에탈론을 투과한 투과 신호 또는 상기 훼브리 페롯 에탈론에 의해 반사된 반사 신호를 검출하는 광 검출기; 및
상기 광 검출기에 의해 검출된 결과 및 상기 PM 변조를 위해 사용된 변조 신호를 이용하여 상기 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역(Free Spectral Range, FSR)을 측정하는 FSR 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 시스템. A PM modulator for PM-modulating the scanned and outputted CW laser to apply it to a Fabry-Perot Etalon (FPE);
A photodetector for detecting a transmission signal transmitted through the ferri-ferrite etalon or a reflection signal reflected by the ferri-ferrite etalon according to the application; And
And an FSR measuring unit for measuring a Free Spectral Range (FSR) of the Talbot etalon using a result detected by the photodetector and a modulation signal used for the PM modulation Free - motion area measurement system of Februrferot etalon.
상기 투과 신호의 각 PM 측파대 주파수 성분(변조 주파수의 측파대 주파수 성분)을 FSR 간격으로 주기적으로 필터링하는 FPE 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 시스템. 3. The method of claim 2,
Further comprising an FPE filter periodically filtering the PM sideband frequency components (sideband frequency components of the modulation frequency) of the transmission signal at intervals of FSR.
상기 인가에 따라 상기 훼브리 페롯 에탈론을 투과한 투과 신호 또는 상기 훼브리 페롯 에탈론에 의해 반사된 반사 신호를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 반사 신호 및 상기 PM 변조를 위해 사용된 변조 신호를 이용하여 상기 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역(FSR)을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 방법. Performing PM modulation on the scanned and output laser and applying it to a ferri-ferrite etalon;
Detecting a transmission signal transmitted through the ferri-ferrite etalon or a reflection signal reflected by the ferri-ferrite etalon according to the application; And
And measuring the free-running region (FSR) of the ferri-feret etalon using the detected reflected signal and the modulated signal used for the PM modulation. ≪ RTI ID = 0.0 > Area measurement method.
상기 검출된 반사 신호와 상기 변조 신호를 혼합하여 상기 변조 신호의 변조 주파수 성분의 크기(진폭)를 나타내는 진폭 신호를 획득하는 단계;
상기 진폭 신호에 상기 레이저를 발생시키기 위해 사용된 주파수 신호를 스캐닝하여 인가하여 상기 레이저의 반송파 주파수에 따른 변조 주파수 성분의 크기에 대한 정보를 포함하는 오차 신호를 획득하는 단계; 및
상기 획득된 오차 신호를 분석하여 상기 자유 동작 영역(FSR)을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 방법. 10. The method of claim 9, wherein measuring the free-
Mixing the detected reflected signal and the modulated signal to obtain an amplitude signal representing a magnitude (amplitude) of a modulated frequency component of the modulated signal;
Obtaining an error signal including information on a magnitude of a modulation frequency component according to a carrier frequency of the laser by scanning and applying a frequency signal used for generating the laser to the amplitude signal; And
And analyzing the obtained error signal to measure the free-running region (FSR).
상기 투과 신호의 각 PM 측파대 주파수 성분을 FSR 간격으로 주기적으로 필터링하는 단계; 및
상기 필터링된 투과 신호를 광 검출기로 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 훼브리 페롯 에탈론의 자유 동작 영역 측정 방법. 10. The method of claim 9,
Periodically filtering each PM sideband frequency component of the transmission signal at an FSR interval; And
And detecting the filtered transmission signal with a photodetector. ≪ Desc / Clms Page number 19 >
10. The method according to claim 9, wherein the free-running region (FSR) is measured using both the error signal of the transmission signal and the error signal of the reflection signal, Wherein the information of the free motion region of the ferri-etal etalon is stored in the memory.
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