KR102170174B1

KR102170174B1 - 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너, 그 빔 컴버이너 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102170174B1
Application number: KR1020190017126A
Authority: KR
Inventors: 김세환; 이민석
Original assignee: 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2020-10-28
Also published as: KR20200001967A

Abstract

다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너, 그 빔 컴버이너 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존에 비해 구성요소가 적고 더욱 콤팩트 설계로 제작비용을 절감하고, 빔 결합효율을 극대화 할 수 있는 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너, 그 빔 컴버이너 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너, 그 빔 컴버이너 제어 장치 및 방법{BEAM COMBINER OF MULTI-WAVELENGTH LASER DIODE, DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE BEAM COMBINER}

본 발명은 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너, 그 빔 컴버이너 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존에 비해 구성요소가 적고 더욱 콤팩트 설계로 제작비용을 절감하고, 빔 결합효율을 극대화 할 수 있는 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너, 그 빔 컴버이너 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

레이저 광을 전달하기 위한 매질로는 주로 광섬유가 사용된다. 하나의 레이저 다이오드에 하나의 광섬유를 커플링시켜 그 빛을 전송하는 방식은 제작이 쉽고 가장 일반적인 방법이지만, 하나의 광섬유에 여러 파장의 레이저 광을 전송할 필요가 있다. 코어의 직경이 9/50/62.5μm인 광섬유를 주로 사용하는 광통신 분야에서는 여러 파장의 광을 하나의 광섬유를 통해 전송하는 파장분할다중화방식 (Wavelength Division Multiplexing)이 오래전부터 사용되어 왔으나, 코어의 직경이 수백μm 이상인 광섬유를 사용하는 의광학 의료기기 분야나 센서 분야에서는 하나의 광섬유에 여러 파장의 광을 전송하는 데에 어려움이 있었다.

최근, 의광학 의료기기 분야나 센서 분야에서는 근적외선(Near Infra-Red) 대역에 존재하는 서로 다른 파장의 여러 개의 레이저를 사용하는 장비가 많이 사용되고 있으나, 이들은 여러 개의 광섬유코어를 하나의 다발로 묶어 사용하는 방식인 광섬유 번들을 주로 사용하고 있다.

현재 확산광기술은 DOT(Diffuse Optical Tomography)와 DOI(Diffuse Optical Imaging), DOS(Diffuse Optical Spectroscopy), 그리고 이 두 개가 합쳐진 DOSI(Diffuse Optical Spectroscopy Imaging)로 나누어진다.

여기서, DOT 같은 경우는 Tomography로 각 단층별로 측정하여 영상을 만들어 주는 기술이고, DOI는 2차원 평면의 이미지를 만들어주고, DOS 같은 경우는 절대적인 수치 값을 갖는다.

DOT와 DOSI, DOS 모두 근적외선 대역의 서로 다른 파장의 레이저를 4개 이상 사용하고, 광섬유 번들을 이용하여 레이저 광을 결합시킨다. 이것으로 인해서, 진단시스템의 크기가 커지고, 가격이 높고, 다채널화가 어렵기 때문에 측정시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.

종래에 환자가 아프면 병원으로 찾아가는 Patient to Technology 시스템을 제공하였으며, MRI, CT 와 같은 장비들을 사용하기 위해서는 높은 비용을 지불해야 했으며, 전문가에 의해서만 진단이 가능하기 때문에 환자가 다가가기 어렵다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 최근에 기술이 환자에게 다가가는 스마트 헬스케어 시스템이 주목받고 있다. 이를 위해서는 크기가 작고 비용이 낮아져야 하고, 간단히 구동이 가능하여 다수의 일반인도 사용이 가능한 제품으로 구현되어야 하는데, 이에 대한 핵심적인 기술이 바로 확산광 기술이며, 확산광 기술을 휴대가 가능한 광진단 시스템으로 개발이 필요하다.

한편, DOSI 시스템은 물리학적인 파라미터인 흡수계수와 산란계수를 이용하여 파장별로 다른 흡수율을 갖는 생리학적 물질의 농도를 산출해서 이미지로 만들어 낼 수 있는 장비이다.

즉, DOSI는 PET-CT나 MRI 처럼 고비용으로 인체에 유해성이 있는 방법을 사용하여 기능성 영상을 얻는 것이 아니라, 근적외선 대역의 레이저 광원을 사용하기 때문에 인체에 무해하고, 저렴하게 기능성 영상을 구현할 수 있기 때문에 스마트 헬스케어에 적합한 핵심 기술이다.

그러나, 기존 DOSI 시스템의 구조와 문제점을 보면, DOSI 시스템은 생리학적 구성성분을 본다는 장점은 가지고 있지만, 장비 크기가 크기 때문에 휴대의 용이성은 떨어진다. 현재 장비의 크기를 크게 만드는 가장 큰 원인은 광섬유 번들이다.

따라서, 개별적인 레이저를 광섬유 번들을 사용하여 한 포인트로 측정을 하게 되어 있지만 자세히 보면, 광섬유 번들 끝단은 빔 파편화 현상이 발생하기 때문에 측정 시 정확한 값이 나오지 않을 가능성이 있고, 파이버 번들로 인한 빔 파편화 현상과 휴대불가 문제를 해결하여, 휴대가 가능한 기능성 영상 시스템으로 개발하고자 한다.

티오(TO, Transistor Outline)-캔(CAN) 형태의 레이저 다이오드는 크기가 작고 가격이 낮기 때문에, 다채널 또는 다파장을 사용하는 광 진단장비, 센서장비, 분광기 등 진단 측정 및 구조 검사 장비에 많이 사용되고 있다.

도 1은 레이저 다이오드 패키지를 통해 인체 조직을 측정하는 다채널 레이저 측정장치의 사시도로서, 복수개의 레이저 측정 장치(10-1 내지 10-M)를 구비한다.

도 2는 도 1에 도시한 다채널 레이저 측정 장치(10-1 내지 10-M)에 커플링되는 1xM 광섬유 번들의 사시도이다.

종래의 일반적인 레이저 다이오드 패키지는 커플링되는 광섬유의 복잡도를 줄이고자, 각각의 파장을 발생하는 다중 티오-캔(TO-CAN) 형태의 레이저 다이오드를 1xM 광섬유 번들을 이용하여 묶어 사용하는 방식이 적용되었다. 이는 다파장의 레이저 다이오드를 인체 또는 동물 모델 조직의 한 부분의 측정 포인트에만 적용하기 위한 것이다.

하지만, 도 1에서 보는 바와 같이, 이를 다채널로 확장시킬 경우 도 2와 같은 1xM 광멀티 점퍼코드를 다수개 사용해야 하고, 이로 인해 레이저 측정 시스템은 그 크기가 매우 커지게 되며, 다채널의 사용으로 많은 광섬유가 복잡하게 연결되기 때문에, 광 점퍼코드의 구부림 반경을 유지하면서, 복수개의 멀티 점퍼 광섬유 케이블을 연결 정리하기 위한 수납공간을 따로 제작 관리하여야 하는 단점이 있었다.

이로 인해, 종래 기술에 따른 다채널의 레이저 다이오드의 서브 광시스템은 전체적인 광 진단 및 측정 장비의 크기의 증가를 초래하게 되어, 소형화하기 어려움은 물론, 다수의 광 점퍼코드 및 연결을 위한 수납함을 사용해야 하므로 제조비용이 증가하여 가격적인 측면에서 비효율적인 문제점이 있었다.

이를 보완하고자 본 출원인이 제안한 특허문헌 1은 방사상으로 배치되어 렌즈를 통해 제1집광하여 복수개의 광을 중앙부로 방출하는 복수개의 레이저 발생부; 상기 제1 집광된 복수개의 광을 각각 인가받아 소정의 각도로 반사시키는 복수개의 미러; 및 상기 반사되는 제1 집광된 복수개의 광을 인가받아 집광시켜 제2 집광된 광이 모이는 커넥터 덮개를 포함하며, 광 정렬이 용이해져 복수 채널의 광을 정밀하게 합성하여 하나의 광섬유 코어에 전달할 수 있는 구조를 제안하였다.

이를 통해 다채널 구조의 광학 기기의 크기를 줄일 수 있고, 광섬유 및 광섬유 패치 코드의 비용을 감소시킬 수 있으며, 다파장 레이저 다이오드 광학 기기의 구조를 간단하게 할 수 있다.

그러나, 기능성 영상을 효율적으로 구현시키기 위해서는 출력 광파워가 최소 20mW 이상이 되어야 하고, 광원은 반드시 저전력 구동으로 휴대용이 가능하게 해야 한다.

이를 위해서는 광에 대한 결합 효율이 80% 이상으로 확보될 수 있는 근적외선 기반의 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너개발이 요구된다.

KR 10-1493257 B1

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 기존에 비해 콤팩트하고 결합 구조를 간단하게 구성하면서, 광경로를 보다 정확하게 조정할 수 있도록 설계하여 결합 효율을 극대화할 수 있는 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너, 그 빔 컴버이너 제어 장치 및 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너는 상/하 개방된 육각기둥 형상의 관체로 둘레를 따라 각 면에 결합구멍이 각각 관통 형성된 컴바이너바디; 상기 컴바이너바디의 상기 결합구멍에 각각 결합되어 상기 컴바이너바디의 외측으로 돌출되도록 방사방향으로 설치되며, 상기 컴바이너바디의 중앙부로 빔을 집중하여 방출하는 발광부; 상기 컴바이너바디의 상단에 결합되며, 중심을 따라 광섬유가 결합되는 광섬유홀더; 및 상기 컴바이너바디의 하단에 결합되며, 상기 컴바이너바디의 중앙부에 집중되는 빔을 상기 광섬유홀더의 상기 광섬유 측으로 집중반사 시키는 다수의 미러를 수용하는 미러홀더;를 포함하며, 상기 발광부는 빔을 발산하는 레이저다이오드; 상기 레이저다이오드의 전방에 구비되는 렌즈; 상기 렌즈를 수용하며 상기 레이저다이오드의 일부분을 커버하여 상기 렌즈와 상기 레이저다이오드의 Z축을 일치시키고 이들 간의 거리가 일정하도록 결합시키는 렌즈홀더; 및 상기 결합구멍에 상기 발광부를 Z축 방향으로 이동가능하며 Z축을 기준으로 틸팅가능하도록 체결 고정시키는 미들홀더;를 포함하며, 상기 미들홀더는 Z축 방향으로 조정되고 틸팅된 상기 발광부가 X축과 Y축 방향으로 정밀하게 이동하여 상기 광섬유에 입사하는 상기 빔의 세기가 최대가 되도록 광정렬이 가능하도록 하며, 상기 광섬유로 입사되는 상기 빔의 입사각은 10°이하인 것을 특징으로 한다.

상기 일 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에 있어서, 상기 컴바이너바디는 둘레를 따라 육면을 갖도록 육각기둥 형상으로 형성되고; 상기 발광부가 외부로 돌출되도록 하여 정밀한 광정렬이 용이하도록 상기 컴바이너바디가 콤팩트한 크기일 수 있다.

상기 일 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에 있어서, 상기 광섬유홀더의 하부는 상기 컴바이너바디의 상단의 내경에 대응하여 삽입되는 외경을 가질 수 있다.

상기 일 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에 있어서, 상기 결합구멍과 상기 발광부를 레이저 웰딩 또는 에폭시로 고정할 수 있다.

상기 일 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에 있어서, 상기 미러홀더는 상기 컴바이너바디의 내경에 대응하여 삽입되도록 외경을 갖는 미러홀더몸체; 상기 미러홀더몸체의 상단에 위치하여 상기 미러가 각각 경사 안착되는 다수의 경사면; 및 상기 미러홀더몸체의 하단에 형성되며, 상기 컴바이너바디의 하단 내측으로 돌출 형성된 유동방지돌기에 대응하여 상기 미러홀더몸체의 회전유동이 방지되도록 안착시키는 유동방지턱;을 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 제어장치는 구동 전류 인가 모드, 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드, 주파수 스윕 모드, 순차 레이저다이오드 구동 모드 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 중 하나의 모드를 선택하도록 구성된 모드 선택부; 상기 모드 선택부로부터 선택된 모드에 따라 제어신호를 출력하도록 구성된 마이컴; 상기 마이컴으로부터 제어신호를 인가받아 동작되어 특정 주파수 및 진폭을 가진 RF 신호를 출력하도록 구성된 DDS(Direct Digital Synthesizer); 상기 DDS로부터 상기 RF 신호를 인가받아 고주파 노이즈를 제거하도록 구성된 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터를 통해 입력되는 상기 RF 신호를 입력받아 역 다중화 시키며, 상기 마이컴에서 제어신호를 인가받아 상기 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 레이저다이오드를 선택하도록 구성된 RF 신호용 역 다중화기; 상기 마이컴으로부터 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 레이저다이오드를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키도록 구성된 구동 전류 발생기; 상기 구동 전류 발생기로부터 입력되는 구동 전류를 인가받아 역 다중화 시키며, 상기 마이컴에서 제어신호를 인가받아 상기 레이저다이오드를 선택하도록 구성된 구동 전류용 역 다중화기; 및 상기 RF 신호용 역 다중화기로부터 RF 신호를 입력받고 상기 구동 전류용 역 다중화기로부터 구동 전류를 입력받아 상기 RF 신호의 주파수로 변조된 구동 전류를 생성하여서 상기 RF 신호용 역 다중화기 및 상기 구동 전류용 역 다중화기에 의해 선택된 레이저다이오드로 출력하도록 구성된 믹서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 제어장치는 외부의 네트워크 분석기로부터의 특정 주파수 및 진폭을 가진 RF 신호를 상기 저역 통과 필터에 인가시키는 RF 커넥터를 더 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 제어방법은 모드 선택부에 의해 구동 전류 인가 모드, 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드, 주파수 스윕 모드, 순차 레이저다이오드 구동 모드 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 중 하나의 모드가 선택되는 단계; 및 상기 모드 선택 단계에서 선택된, 구동 전류 인가 모드, 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드, 주파수 스윕(sweep) 모드, 순차 레이저다이오드 구동 모드 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 중 하나의 모드를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 또 다른 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 제어방법은 상기 구동 전류 인가 모드가 선택되면, 마이컴이 구동 전류용 역 다중화기를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드를 선택하는 단계; 상기 마이컴이 구동 전류 발생기를 온 동작시켜 상기 레이저다이오드를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키는 단계; 및 상기 레이저다이오드 선택 단계에서 선택된 레이저다이오드에 믹서를 통해 구동 전류를 인가시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 또 다른 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 제어방법은 상기 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드가 선택되면, 마이컴이 RF 신호용 역 다중화기 및 구동 전류용 역 다중화기를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드를 선택하는 단계; 상기 마이컴이 DDS를 제어하여 특정 주파수의 RF 신호를 발생시키는 단계; 상기 마이컴이 구동 전류 발생기를 온 동작시켜 상기 레이저다이오드를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키는 단계; 믹서에 의해 상기 RF 신호의 특정 주파수로 변조된 구동 전류가 생성되는 단계; 및 상기 레이저다이오드 선택 단계에서 선택된 레이저다이오드에 상기 믹서를 통해 상기 RF 신호의 특정 주파수로 변조된 구동 전류를 인가시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 또 다른 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 제어방법은 상기 주파수 스윕 모드가 선택되면, 마이컴이 RF 신호용 역 다중화기 및 구동 전류용 역 다중화기를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드를 선택하는 단계; 상기 마이컴이 DDS를 제어하여 특정 주파수 범위에서 스윕되는 RF 신호를 발생시키는 단계; 상기 마이컴이 구동 전류 발생기를 온 동작시켜 상기 레이저다이오드를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키는 단계; 믹서에 의해 스윕되는 상기 특정 주파수 범위의 주파수로 변조된 구동 전류가 생성되는 단계; 및 상기 레이저다이오드 선택 단계에서 선택된 레이저다이오드에 상기 믹서를 통해 상기 특정 주파수 범위의 주파수로 변조된 구동 전류를 인가시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시형태에 의한 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너, 그 빔 컴버이너 제어 장치 및 방법에 의하면, 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 구성에 있어서, 상/하 개방된 육각기둥 형상의 관체로 둘레를 따라 각 면에 결합구멍이 각각 관통 형성된 컴바이너바디; 상기 컴바이너바디의 상기 결합구멍에 각각 결합되어 상기 컴바이너바디의 외측으로 돌출되도록 방사방향으로 설치되며, 상기 컴바이너바디의 중앙부로 빔을 집중하여 방출하는 발광부; 상기 컴바이너바디의 상단에 결합되며, 중심을 따라 광섬유가 결합되는 광섬유홀더; 및 상기 컴바이너바디의 하단에 결합되며, 상기 컴바이너바디의 중앙부에 집중되는 빔을 상기 광섬유홀더의 상기 광섬유 측으로 집중반사 시키는 다수의 미러을 수용하는 미러홀더;를 포함하며, 상기 발광부는 빔을 발산하는 레이저다이오드; 상기 레이저다이오드의 전방에 구비되는 렌즈; 상기 렌즈를 수용하며 상기 레이저다이오드의 일부분을 커버하여 상기 렌즈와 상기 레이저다이오드의 Z축을 일치시키고 이들 간의 거리가 일정하도록 결합시키는 렌즈홀더; 및 상기 결합구멍에 상기 발광부를 Z축 방향으로 이동가능하며 Z축을 기준으로 틸팅가능하도록 체결 고정시키는 미들홀더;를 포함하며, 상기 미들홀더는 Z축 방향으로 조정되고 틸팅된 상기 발광부가 X축과 Y축 방향으로 정밀하게 이동하여 상기 광섬유에 입사하는 상기 빔의 세기가 최대가 되도록 광정렬이 가능하도록 하며, 상기 광섬유로 입사되는 상기 빔의 입사각은 10°이하가 되도록 구성됨으로써, 구성요소가 적고 더욱 콤팩트한 설계로 제작비용을 절감하고, 광경로를 보다 정확하게 조정할 수 있어 빔 결합효율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 레이저 다이오드 패키지를 통해 인체 조직을 측정하는 다채널 레이저 측정장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 다채널 레이저 측정 장치(10-1 내지 10-M)에 커플링되는 1xM 광 멀티 점퍼코드의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 전체 구성을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 전체 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 레이저다이오드로부터 광섬유까지 광경로를 나타내는 작동예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에 적용되는 미러의 형상을 나타내는 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 광섬유홀더 및 컴바이너바디를 나타내는 단면예시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 발광부를 나타내는 단면예시도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 컴바이너바디와 발광부의 결합 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 컴바이너바디와 5.6mm 티오-캔(TO-CAN)과 9mm 티오-캔(TO-CAN)을 사용한 발광부의 결합 저면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너 제어장치의 상세회로도이다.
도 13, 도 14, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너를 통한 빔 결합효율을 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너를 통한 빔 결합효율을 나타내는 성능 분석표이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 제어방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 18은 도 17의 구동 전류 인가 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이다.
도 19는 도 17의 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이다.
도 20은 도 17의 주파수 스윕 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이다.
도 21은 도 17의 순차 레이저다이오드 구동 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이다.
도 22는 도 17의 동시 레이저다이오드 구동 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

[본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너]

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 전체 구성을 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 전체 구성을 나타내는 단면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 전체 구성을 나타내는 분해 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 레이저다이오드로부터 광섬유까지 광경로를 나타내는 작동예시도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에 적용되는 미러의 형상을 나타내는 구성도이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 광섬유홀더 및 컴바이너바디를 나타내는 단면예시도이며, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 발광부를 나타내는 단면예시도이며, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 컴바이너바디와 발광부의 결합 예시도이며, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너에서 컴바이너바디와 5.6mm 티오-캔(TO-CAN)과 9mm 티오-캔(TO-CAN)을 사용한 발광부의 결합 저면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너는, 도 3 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 방사 방향으로 배열 설치되어 중심 방향으로 빔을 집중시키는 다수의 발광부(500), 이 발광부(500)의 빔이 중심을 향하도록 고정을 위한 베이스인 컴바이너바디(100), 상기 컴바이너바디(100)의 상단에 구비되어 상기 발광부(500)의 빔을 받아 전송할 수 있도록 광섬유(210)가 중심을 따라 결합되는 광섬유홀더(200), 및 상기 컴바이너바디(100)의 내부 하단에 구비되어 상기 발광부(500)의 빔을 반사시켜 상기 광섬유(210) 측으로 집중반사 시키는 다수의 미러(400)을 수용하는 미러홀더(300)를 포함한다.

컴바이너바디(100)는 상/하 관통 개방된 육각기둥 형상의 관체로서 둘레를 따라 각 면에 결합구멍(110)이 각각 관통 형성되며, 발광부(500)가 외부로 돌출되도록 하여 정밀한 광정렬이 용이하도록 콤팩트한 크기를 갖는다.

발광부(500)는 컴바이너바디(100)의 중앙부로 빔을 집중하여 방출하며, 컴바이너바디(100)의 결합구멍(110)에 각각 결합되어 컴바이너바디(100)의 외측으로 돌출되도록 방사방향으로 설치된다.

발광부(500)는 빔을 발산하는 레이저다이오드(510)와, 레이저다이오드(510)의 전방에 구비되어 빔을 집광시키는 렌즈(520)와, 렌즈(520)를 수용하며 레이저다이오드(510)의 일부분을 커버하여 렌즈(520)와 레이저다이오드(510)의 Z축을 일치시키고 이들 간의 거리가 일정하도록 결합시키는 렌즈홀더(530)와, 결합구멍(110)에 발광부(500)를 Z축 방향으로 이동가능하며 Z축을 기준으로 틸팅가능하도록 체결 고정시키는 미들홀더(540)를 사용할 수 있다.

광섬유홀더(200)는 컴바이너바디(100)의 상단의 내경에 대응하여 삽입되며, 광섬유홀더(200)의 중심을 따라 광섬유(210)를 결합하여 사용할 수 있다.

미러홀더(300)는 컴바이너바디(100)의 하단에 결합 가능하게 구비되며, 컴바이너바디(100)의 중앙부에 집중되는 빔을 광섬유(210) 측으로 집중반사 시키는 다수의 미러(400)를 수용한다.

렌즈(520)의 경우 빛이 렌즈 통과 후 650 ~ 1000 nm 파장에서 최소 투과율이 95% 이상으로 이루어진다.

미러(400)의 크기는 가로 1.25 mm, 세로 2.1 mm, 두께 0.3 mm로 제작하였고 미러(400)의 각도를 40°로 하여 광섬유(210)에 10°로 입사 가능하게 구성되는 것으로 이 미러(400)의 평균 반사율은 88% 이상인 것이 바람직하다.

미러(400)에 반사된 빔이 상기 광섬유로 입사되는 입사각은 중심선(

)을 기준으로 측정되며, 입사각에 따라 미러(400)의 반사각이 결정되는 것이 바람직하다.

일실시 예로, 광섬유(210)는 500 ~ 1100 nm 에서 사용이 가능한 400 um의 광섬유(210)를 사용하였고, 광섬유의 개구수(Numerical aperture)는 0.37이다.

NA는 일반적인 광섬유 내에서 빛의 전파를 좌우하는 입사각을 결정하는 수치로, 코어의 굴절률과 클래딩의 굴절률에 의해 결정되며, 광섬유의 끝에서 빛을 입사하는 경우 광섬유 내에서 빛이 전반사하여 전파하기 위해 중심선(

)에서 어떤 각도 이하로 입사되어야 하는지가 결정된다.

따라서 미러(400)에 반사된 빔이 광섬유(210)로 입사되는 입사각(

)은 중심선(

)을 기준으로 0 ~ 21.7°로 이루어져야 한다.

다시 말해, 발광부(500)로부터 방출되는 빔이 미러(400)에 반사되는 반사각(

)이 34.15 ~ 45°로 이루어진 것이 바람직하다.

광 결합효율은 600 ~ 1000 nm 파장대역에서 82 ~ 87%까지의 결합효율을 확보할 수 있으며, 미러(400)의 각도는 40°, 입사각 AOI는 10° 내외에서 이루어지는 경우 광경로는 렌즈의 초점거리인 7.65 mm, 광섬유의 끝에 집광되는 6파장 빔의 크기가 최대 30 um이기 때문에 400 um 코어에 충분히 입사될 수 있다.

미러홀더(300)는 컴바이너바디(100)의 내경에 대응하여 삽입되도록 외경을 갖는 미러홀더몸체(310)를 제공한다.

미러홀더몸체(310)의 상단에는 미러(400)가 각각 경사 안착되는 다수의 경사면(320)이 형성된다.

미러홀더몸체(310)의 하단에는 컴바이너바디(100)의 하단 내측에 돌출 형성된 유동방지돌기(120)에 대응하여 미러홀더몸체(310)의 회전유동이 방지되도록 안착시키는 유동방지턱(330)이 형성될 수 있다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 광섬유(210)의 AOI(Angle of incidence)는 10°이하이고, 광섬유(210)의 코어 직경은 400 um, 미러(400) 각도는 40°이상이고, 미러(400)의 크기는 1.25 × 2.1 × 0.3 mm, 렌즈(520)의 초점거리는 7.65 mm, 결합 가능한 상기 레이저다이오드(510)의 개수는 최대 6개로 이루어진 것이 바람직하다.

도 8에 도시된 바와 같이, 컴바이너바디(100)에 조립되는 경우 레이저다이오드를 미세이동하며 측정하는 광정렬을 용이하게 하기 위해 레이저다이오드(510)가 외부에 돌출되도록 컴바이너바디(100)의 크기를 최소화함으로써, 9 mm 직경의 레이저다이오드도 사용이 가능하고, 미러(400)는 미러홀더(300)에 고정된 동시에, 미러(400)가 고정된 미러홀더(300), 컴바이너바디(100), 및 광섬유홀더(200)를 함께 조립할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 렌즈(520)와 레이저다이오드(510)의 사이 거리가 변하는 경우, 빔이 모이는 초점 거리가 변경되고, 렌즈(520)와 레이저다이오드(510)의 중심이 일치하지 않는 경우, 빔의 진행 방향이 변경될 수 있다.

따라서 렌즈홀더(530)의 경우, 렌즈(520)와 레이저다이오드(510)의 중심이 일치하게 하고 둘 사이의 거리가 변하지 않도록 고정함으로써, 안정된 빔 정렬이 가능하도록 발광부(500)를 제작하는 것이 바람직하다.

도 10에 도시된 바와 같이, 빔이 광섬유코어에 최대한 많이 입사 되도록 하기 위해서는 발광부(500)를 정밀하게 위치시키는 과정으로 빔 정렬 시 발광부(500)를 X축, Y축, Z축 방향으로 이동하고 틸트(Tilt)를 조정하여 광섬유에 빔을 입사시킬 수 있다.

미들홀더(540)는 발광부(500)를 Z축 방향으로 이동하거나 틸트를 조정하기 위해 필요하다. 광섬유에 입사되는 광의 세기가 최대가 될 때 컴바이너바디(100)와 발광부(500)가 미들홀더(540)를 통해 고정되는 것이 바람직하다.

도 11에 도시된 바와 같이, 발광부(500)에 사용되는 레이저다이오드(510)는 9 mm 직경을 갖는 레이저다이오드(510a)와 5.6 mm 직경을 갖는 레이저다이오드(510b)가 컴바이너바디(100) 둘레를 따라 교대로 설치될 수 있다.

[본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너 제어장치]

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너 제어장치의 상세회로도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너 제어장치는, 도 12에 도시된 바와 같이, 모드 선택부(610), 마이컴(620), DDS(Direct Digital Synthesizer)(630), 저역 통과 필터(650), RF 신호용 역 다중화기(660), 구동 전류 발생기(670), 구동 전류용 역 다중화기(680), 믹서(690) 및 RF 커넥터(640)를 포함한다.

모드 선택부(610)는 마이컴(620)에 모드를 선택하는 키 입력신호를 입력하는 역할을 하며, 구체적으로는 구동 전류 인가 모드, 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드, 주파수 스윕 모드, 순차 레이저다이오드 구동 모드 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 중 하나의 모드를 선택하도록 구성되어 있다.

모드 선택부(610)는 마우스, 키보드, 키패드, 터치패널 등으로 구성될 수 있다.

마이컴(620)은 모드 선택부(610)로부터 선택된 모드에 따라 내장된 알고리듬을 수행하여 이에 상응하는 제어신호를 DDS(630), RF 신호용 역다중화기(660), 구동 전류 발생기(670) 및 구동 전류용 역다중화기(680)에 출력하는 역할을 한다.

DDS(630)는 마이컴(620)으로부터 제어신호를 인가받아 동작되어 특정 주파수 및 진폭을 가진 RF 신호를 출력하는 역할을 한다.

저역 통과 필터(650)는 DDS(630)로부터 RF 신호를 인가받아 고주파 노이즈를 제거하는 역할을 한다.

RF 신호용 역 다중화기(660)는 저역 통과 필터(650)를 통해 입력되는 RF 신호를 입력받아 역 다중화 시켜 믹서(690)에 출력하며, 마이컴(620)에서 제어신호를 인가받아 빔 컴바이너의 레이저다이오드(510)를 선택하는 역할을 한다.

구동 전류 발생기(670)는 마이컴(620)으로부터 제어신호를 인가받아 동작되어 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류(즉, 바이어스 전류)를 발생시키는 역할을 한다.

구동 전류용 역 다중화기(680)는 구동 전류 발생기(670)로부터 입력되는 구동 전류를 인가받아 역 다중화 시켜서 믹서(690)에 출력하며, 마이컴(620)에서 제어신호를 인가받아 레이저다이오드(510)를 선택하는 역할을 한다.

믹서(690)는 RF 신호용 역 다중화기(660)로부터 RF 신호를 입력받고 구동 전류용 역 다중화기(680)로부터 구동 전류를 입력받아 믹싱하여서 RF 신호의 주파수로 변조된 구동 전류를 생성하고, RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)에 의해 선택된 레이저다이오드(510)로 RF 신호의 주파수로 변조된 구동 전류를 출력하는 역할을 한다

RF 커넥터(640)는 외부의 네트워크 분석기로부터의 특정 주파수 및 진폭을 가진 RF 신호를 저역 통과 필터(650)에 인가시키는 역할을 하는 수동소자이다.

도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같이, LI curve 특성을 보면 평균 파장과 최고 파장을 선택됨에 따라 먼저 850 nm 에서는 50 mA 이상의 전류를 흘려주면 20 mW 이상의 출력이 발생하고, 980 nm 에서는 40 mW 이상의 전류를 흘려주면 20 mW 가 발생하는 것으로 실제로 20mW 이상의 출력이 가능하기 때문에 목표치를 충족할 수 있다.

이러한 LI curve를 통해서 결합효율을 계산할 때, 전류 변화량과 광파워 변화량을 통해 구할 수 있고, 이러한 방법으로 광결합효율을 계산하면 최대 84.5%, 최소 79%의 결합효율을 얻을 수 있다.

즉, 미러(400) 및 빔 정렬로 인해 4 ~ 5 mW의 광손실이 발생하지만, 평균 결합 효율은 82%로, 80% 이상의 목표치 결합효율을 얻는 데에 충족할 수 있다.

[본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너 제어방법]

위와 같이 구성된 다파장 레이저다이오드의 빔 컴버이너의 제어장치를 이용한 본 발명의 일실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너 제어방법에 대해 설명하기로 한다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 제어방법을 나타낸 플로우챠트이고, 도 18은 도 17의 구동 전류 인가 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이며, 도 19는 도 17의 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이며, 도 20은 도 17의 주파수 스윕 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이며, 도 21은 도 17의 순차 레이저다이오드 구동 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트이며, 도 22는 도 17의 동시 레이저다이오드 구동 모드 수행 단계에 대한 상세플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(step)을 의미한다.

먼저, 모드 선택부(610)에 의해 구동 전류 인가 모드, 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드, 주파수 스윕 모드, 순차 레이저다이오드 구동 모드 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 중 하나의 모드가 선택되어 이에 상응하는 키 입력신호가 마이컴(620)에 출력된다(S100).

이어서, 스텝(S100)에서 선택된 모드에 따라, 구동 전류 인가 모드 수행 스텝(S200), 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드 수행 스텝(S300) , 주파수 스윕(sweep) 모드 수행 스텝(S400), 순차 레이저다이오드 구동 모드 수행 스텝(S500) 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 수행 스텝(S600) 중 하나의 모드를 수행한다.

상기 구동 전류 인가 모드 수행 스텝(S200)에 대해 도 18을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 마이컴(620)이 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드(510)를 선택하고(S210), 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시킨다(S220).

이어서, 구동 전류가 상기 스텝(S210)에서 선택된 레이저다이오드(510)에 믹서(690)를 통해 인가되어 해당 레이저다이오드(510)는 온 동작된다(S230).

상기 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드 수행 스텝(S300)에 대해 도 19를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 마이컴(620)이 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드(510)를 선택하고(S310), DDS(630)를 제어하여 특정 주파수의 RF 신호를 발생시키며(S320), 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시킨다(S330).

이어서, 믹서(690)에 의해 RF 신호의 특정 주파수로 변조된 구동 전류가 생성된 후(S340), 상기 스텝(S310)에서 선택된 레이저다이오드(510)에 믹서(690)를 통해 RF 신호의 특정 주파수로 변조된 구동 전류가 인가된다(S350).

상기 주파수 스윕 모드 수행 스텝(S400)에 대해 도 20을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 마이컴(620)이 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드(510)를 선택하고(S410), DDS(630)를 제어하여 특정 주파수 범위에서 스윕되는 RF 신호를 발생시키며(S420), 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시킨다(S430).

이어서, 믹서(690)에 의해 스윕되는 특정 주파수 범위의 주파수로 변조된 구동 전류가 생성되고(S440), 상기 스텝(S410)에서 선택된 레이저다이오드(510)에 믹서(690)를 통해 특정 주파수 범위의 주파수로 변조된 구동 전류를 인가되어 해당 레이저다이오드(510)는 온 동작된다(S450).

상기 순차 레이저다이오드 구동 모드 수행 스텝(S400)에 대해 도 21을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 마이컴(620)이 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 구동하기 위한 하나의 n 번째 레이저다이오드(510)를 선택하고(S510), 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키며(S520), DDS(630)를 제어하여 설정된 주파수의 RF 신호를 발생시킨다(S530).

이어서, 믹서(690)에 의해 상기 스텝(S530)에서 발생된 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류가 생성되고(S540), 상기 스텝(S510)에서 선택된 레이저다이오드(510)에 믹서(690)를 통해 상기 스텝(S540)에서 생성된 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류가 인가된다(S550).

이어서, 마이컴(620)이 상기 스텝(S510)에서 선택된 레이저다이오드의 수가 설정값인지의 여부를 결정한다(S560).

상기 스텝(S560)에서 선택된 레이저다이오드의 수가 설정값이면(YES) 동작을 종료한다.

한편, 상기 스텝(S560)에서 선택된 레이저다이오드의 수가 설정값이 아니면(NO), 마이컴(620)은 n을 하나 증가시킨 후(S570), 상기 스텝(S510)으로 진행된다.

상기 동시 레이저다이오드 구동 모드 수행 스텝(S600)에 대해 도 22를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 마이컴(620)이 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 모든 레이저다이오드(510)를 선택하고(S610), 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 모든 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시킨다(S620).

이어서, 마이컴(620)이 DDS(630)를 제어하여 설정된 주파수의 RF 신호를 발생시키고(S630), 믹서(690)에 의해 상기 스텝(S630)에 의해 발생된 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류가 생성된다(S640).

이후, 상기 스텝(S610)에서 선택된 모든 레이저다이오드(510)에 동시에 믹서(690)를 통해 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류가 인가된다(S650).

이어서, 마이컴(620)이 상기 스텝(S650)에서 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류 인가 횟수가 설정값인지의 여부를 결정한다(S660).

상기 스텝(S660)에서 변조된 구동 전류 인가 횟수가 설정값이면(YES) 동작을 종료한다.

한편, 상기 스텝(S660)에서 변조된 구동 전류 인가 횟수가 설정값이 아니면(N0) 상기 스텝(S610)으로 진행된다.

도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 컴바이너바디
110: 결합구멍
120: 유동방지돌기
200: 광섬유홀더
210: 광섬유
300: 미러홀더
310: 미러홀더몸체
320: 경사면
330: 유동방지턱
400: 미러
500: 발광부
510, 510a, 510b: 레이저다이오드
520: 렌즈
530: 렌즈홀더
540: 미들홀더
600: 제어 장치
610: 모드 선택부
620: 마이컴
630: DDS
640: RF 커넥터
650: 저역 통과 필터
660: RF 신호용 역다중화기
670: 구동 전류 발생기
680: 구동 전류용 역다중화기
690: 믹서

: 중심선

: 반사각

: 입사각

Claims

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상/하 개방된 육각기둥 형상의 관체로 둘레를 따라 각 면에 결합구멍(110)이 각각 관통 형성된 컴바이너바디(100);
상기 컴바이너바디(100)의 상기 결합구멍(110)에 각각 결합되어 상기 컴바이너바디(100)의 외측으로 돌출되도록 방사방향으로 설치되며, 상기 컴바이너바디(100)의 중앙부로 빔을 집중하여 방출하는 다수의 발광부(500);
상기 컴바이너바디(100)의 상단에 결합되며, 중심을 따라 광섬유(210)가 결합되는 광섬유홀더(200); 및
상기 컴바이너바디(100)의 하단에 결합되며, 상기 컴바이너바디(100)의 중앙부에 집중되는 빔을 상기 광섬유홀더(200)의 상기 광섬유(210) 측으로 집중반사 시키는 다수의 미러(400)을 수용하는 미러홀더(300);를 포함하며,
상기 발광부(500)는,
빔을 발산하는 레이저다이오드(510);
상기 레이저다이오드(510)의 전방에 구비되는 렌즈(520);
상기 렌즈(520)를 수용하며 상기 레이저다이오드(510)의 일부분을 커버하여 상기 렌즈(520)와 상기 레이저다이오드(510)의 Z축을 일치시키고 이들 간의 거리가 일정하도록 결합시키는 렌즈홀더(530); 및
상기 결합구멍(110)에 상기 발광부(500)를 Z축 방향으로 이동가능하며 Z축을 기준으로 틸팅가능하도록 체결 고정시키는 미들홀더(540);를 포함하며,
상기 미들홀더(540)는 Z축 방향으로 조정되고 틸팅된 상기 발광부(500)가 X축과 Y축 방향으로 정밀하게 이동하여 상기 광섬유(210)에 입사하는 상기 빔의 세기가 최대가 되도록 광정렬이 가능하도록 하며,
상기 광섬유(210)로 입사되는 상기 빔의 입사각은 10°이하인, 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너를 제어하는 장치로서,
구동 전류 인가 모드, 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드, 주파수 스윕 모드, 순차 레이저다이오드 구동 모드 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 중 하나의 모드를 선택하도록 구성된 모드 선택부(610);
상기 모드 선택부(610)로부터 선택된 모드에 따라 제어신호를 출력하도록 구성된 마이컴(620);
상기 마이컴(620)으로부터 제어신호를 인가받아 동작되어 특정 주파수 및 진폭을 가진 RF 신호를 출력하도록 구성된 DDS(Direct Digital Synthesizer)(630);
상기 DDS(630)로부터 상기 RF 신호를 인가받아 고주파 노이즈를 제거하도록 구성된 저역 통과 필터(650);
상기 저역 통과 필터(650)를 통해 입력되는 상기 RF 신호를 입력받아 역 다중화 시키며, 상기 마이컴(620)에서 제어신호를 인가받아 상기 다파장 레이저다이오드의 빔 컴바이너의 레이저다이오드(510)를 선택하도록 구성된 RF 신호용 역 다중화기(660);
상기 마이컴(620)으로부터 제어신호를 인가받아 동작되어 상기 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키도록 구성된 구동 전류 발생기(670);
상기 구동 전류 발생기(670)로부터 입력되는 구동 전류를 인가받아 역 다중화 시키며, 상기 마이컴(620)에서 제어신호를 인가받아 상기 레이저다이오드(510)를 선택하도록 구성된 구동 전류용 역 다중화기(680); 및
상기 RF 신호용 역 다중화기(660)로부터 RF 신호를 입력받고 상기 구동 전류용 역 다중화기(680)로부터 구동 전류를 입력받아 상기 RF 신호의 주파수로 변조된 구동 전류를 생성하여서 상기 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 상기 구동 전류용 역 다중화기(680)에 의해 선택된 레이저다이오드(510)로 출력하도록 구성된 믹서(690);를 포함하며,
상기 마이컴(620)으로부터 제어신호를 인가받은 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)가 복수의 레이저다이오드(510) 중 하나의 레이저다이오드를 선택하고, 상기 믹서(690)가 선택된 하나의 레이저다이오드에 RF 신호의 주파수로 변조된 구동 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는, 빔 컴바이너의 제어장치.
청구항 6에 있어서,
외부의 네트워크 분석기로부터의 특정 주파수 및 진폭을 가진 RF 신호를 상기 저역 통과 필터(650)에 인가시키는 RF 커넥터(640)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컴바이너의 제어장치.
청구항 6에 기재된 빔 컴바이너의 제어장치를 이용하는 빔 컴바이너의 제어방법으로서,
모드 선택부(610)에 의해 구동 전류 인가 모드, 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드, 주파수 스윕 모드, 순차 레이저다이오드 구동 모드 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 중 하나의 모드가 선택되는 단계; 및
상기 모드 선택 단계에서 선택된, 구동 전류 인가 모드, 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드, 주파수 스윕(sweep) 모드, 순차 레이저다이오드 구동 모드 및 동시 레이저다이오드 구동 모드 중 하나의 모드를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컴바이너의 제어방법.
청구항 8에 있어서,
상기 구동 전류 인가 모드가 선택되면,
마이컴(620)이 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드(510)를 선택하는 단계;
상기 마이컴(620)이 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 상기 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키는 단계; 및
상기 레이저다이오드 선택 단계에서 선택된 레이저다이오드(510)에 믹서(690)를 통해 구동 전류를 인가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컴바이너의 제어방법.
청구항 8에 있어서,
상기 구동 전류 및 RF 신호 인가 모드가 선택되면,
마이컴(620)이 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드(510)를 선택하는 단계;
상기 마이컴(620)이 DDS(630)를 제어하여 특정 주파수의 RF 신호를 발생시키는 단계;
상기 마이컴(620)이 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 상기 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키는 단계;
믹서(690)에 의해 상기 RF 신호의 특정 주파수로 변조된 구동 전류가 생성되는 단계; 및
상기 레이저다이오드 선택 단계에서 선택된 레이저다이오드(510)에 상기 믹서(690)를 통해 상기 RF 신호의 특정 주파수로 변조된 구동 전류를 인가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컴바이너의 제어방법.
청구항 8에 있어서,
상기 주파수 스윕 모드가 선택되면,
마이컴(620)이 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 구동하기 위한 하나의 레이저다이오드(510)를 선택하는 단계;
상기 마이컴(620)이 DDS(630)를 제어하여 특정 주파수 범위에서 스윕되는 RF 신호를 발생시키는 단계;
상기 마이컴(620)이 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 상기 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키는 단계;
믹서(690)에 의해 스윕되는 상기 특정 주파수 범위의 주파수로 변조된 구동 전류가 생성되는 단계; 및
상기 레이저다이오드 선택 단계에서 선택된 레이저다이오드(510)에 상기 믹서(690)를 통해 상기 특정 주파수 범위의 주파수로 변조된 구동 전류를 인가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컴바이너의 제어방법.
청구항 8에 있어서,
상기 순차 레이저다이오드 구동 모드가 선택되면,
마이컴(620)이 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 구동하기 위한 하나의 n 번째 레이저다이오드(510)를 선택하는 단계;
상기 마이컴(620)이 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 상기 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키는 단계;
상기 마이컴(620)이 DDS(630)를 제어하여 설정된 주파수의 RF 신호를 발생시키는 단계;
믹서(690)에 의해 상기 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류가 생성되는 단계;
상기 레이저다이오드 선택 단계에서 선택된 레이저다이오드(510)에 상기 믹서(690)를 통해 상기 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류를 인가시키는 단계;
상기 마이컴(620)이 상기 레이저다이오드 선택 단계에서 선택된 레이저다이오드의 수가 설정값인지의 여부를 결정하는 단계; 및
상기 선택된 레이저다이오드의 수가 설정값이면 동작을 종료하는 한편, 설정값이 아니면 상기 n을 하나 증가시킨 후 상기 레이저다이오드 선택 단계로 진행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컴바이너의 제어방법.
청구항 8에 있어서,
상기 동시 레이저다이오드 구동 모드가 선택되면,
마이컴(620)이 RF 신호용 역 다중화기(660) 및 구동 전류용 역 다중화기(680)를 제어하여 모든 레이저다이오드(510)를 선택하는 단계;
상기 마이컴(620)이 구동 전류 발생기(670)를 온 동작시켜 상기 모든 레이저다이오드(510)를 구동하기 위한 구동 전류를 발생시키는 단계;
상기 마이컴(620)이 DDS(630)를 제어하여 설정된 주파수의 RF 신호를 발생시키는 단계;
믹서(690)에 의해 상기 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류가 생성되는 단계;
상기 모든 레이저다이오드(510)에 동시에 상기 믹서(690)를 통해 상기 RF 신호의 설정된 주파수로 변조된 구동 전류를 인가시키는 단계;
상기 마이컴(620)이 상기 변조된 구동 전류 인가 횟수가 설정값인지의 여부를 결정하는 단계; 및
상기 변조된 구동 전류 인가 횟수가 설정값이면 동작을 종료하는 한편, 설정값이 아니면 상기 모든 레이저다이오드 선택 단계로 진행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 빔 컴바이너의 제어방법.