KR102360033B1 - 미소 광 공진기를 구비하는 이중 광빗 광원 장치 - Google Patents

Abstract

간단한 구조로 서로 다른 2개의 광 주파수 빗을 생성할 수 있는 광원 장치가 개시된다. 개시된 광원 장치는, 광 공진기, 및 상기 광 공진기의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 레이저 광을 방출하는 연속파 레이저를 포함하며, 상기 광 공진기는 상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광과 상호 작용하여 서로 다른 모드를 갖는 제 1 주파수 빗 및 제 2 주파수 빗을 생성하도록 구성된다.

Description

미소 광 공진기를 구비하는 이중 광빗 광원 장치 {Optical dual-comb source including optical microresonator}

개시된 실시예들은 광빗을 발생시키는 광원 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 구조로 서로 다른 2개의 광 주파수 빗을 생성할 수 있는 광원 장치에 관한 것이다.

많은 수의 광모드(optical mode)가 일정한 주파수의 간격으로 분포하는 빗살 형태의 스펙트럼을 광 주파수 빗(frequency comb)이라고 한다. 이중 광빗 광원 장치는 상이한 주파수 간격으로 이산된 광모드를 갖는 2개의 광 주파수 빗을 발생시키는 장치이다. 이중 광 주파수 빗은 헤테로다인 검출(heterodyne detection) 방식으로 대상물을 매우 정밀하게 측정할 수 있어서, 예를 들어, 정밀 광주파수 측량(optical frequency metrology), 분광학, 거리 측정(LIDAR; Light Dectection and Ranging) 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

이러한 이중 광 주파수 빗은 통상적으로 모드 록킹 펨토초 레이저(mode-locked femtosecond laser)를 이용하여 발생시킬 수 있는데, 모드 록킹 펨토초 레이저를 사용하면 이중 광빗 광원 장치의 부피가 상당히 커져서 모바일 장치나 웨어러블(wearable) 장치에 적용하기가 어렵다.

간단한 구조로 서로 다른 2개의 광 주파수 빗을 생성할 수 있는 광원 장치를 제공한다.

개시된 실시예에 따른 이중 광빗 광원 장치는, 2개의 상이한 레이저 광을 제공하는 레이저 광원; 및 빛의 세기에 따라 굴절률이 변화하는 비선형 물질로 이루어지며, 다수의 상이한 공진 모드들을 갖는 하나의 미소 광 공진기;를 포함하며, 상기 미소 광 공진기는 상기 2개의 레이저 광과 상호 작용하여 서로 다른 모드 간격을 갖는 제 1 광 주파수 빗 및 제 2 광 주파수 빗을 생성하도록 구성되고, 상기 레이저 광은 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광 및 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 2 레이저 광을 포함할 수 있다.

상기 미소 광 공진기는 디스크의 형태를 가지며 디스크의 표면으로부터의 깊이에 따라 다수의 상이한 공진 모드들을 가질 수 있다.

상기 레이저 광원은 적어도 2개의 횡모드 또는 종모드의 레이저 광을 동시에 방출하는 다중 모드를 갖는 하나의 연속파 레이저를 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 입출력 커플러를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 레이저 광원은, 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광을 방출하는 하나의 연속파 레이저; 및 상기 연속파 레이저에서 방출된 제 1 레이저 광을 변조하여 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 광 측파대를 발생시키는 광전 변조기;를 포함할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 레이저 광원은, 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광을 방출하는 제 1 연속파 레이저; 및 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 2 레이저 광을 방출하는 제 2 연속파 레이저;를 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 제 1 레이저 광과 제 2 레이저 광을 결합시켜 하나의 광 경로로 진행하게 하는 빔 결합기; 및 제 1 및 제 2 레이저 광을 상기 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 입출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 제 1 레이저 광을 상기 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 입출력 커플러; 및 제 2 레이저 광을 상기 미소 광 공진기에 입력시키는 입력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 제 1 레이저 광을 상기 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 입출력 커플러; 및 제 2 레이저 광을 상기 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 입출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 이중 광빗 광원 장치는, 2개의 상이한 레이저 광을 제공하는 레이저 광원; 및 빛의 세기에 따라 굴절률이 변화하는 비선형 물질로 이루어지는 제 1 및 제 2 미소 광 공진기;를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기는 상기 2개의 레이저 광과 상호 작용하여 서로 다른 모드 간격을 갖는 제 1 광 주파수 빗 및 제 2 광 주파수 빗을 생성하도록 구성되고, 상기 레이저 광은 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광 및 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 2 레이저 광을 포함할 수 있다.

상기 레이저 광원은 적어도 2개의 횡모드 또는 종모드의 레이저 광을 동시에 방출하는 다중 모드를 갖는 하나의 연속파 레이저를 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기에 각각 입력시키고 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 입출력 커플러를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 광원은, 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광을 방출하는 하나의 연속파 레이저; 및 상기 연속파 레이저에서 방출된 제 1 레이저 광을 변조하여 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 광 측파대를 발생시키는 광전 변조기;를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기는, 디스크의 형태를 가지며 디스크의 표면으로부터의 깊이에 따라 다수의 상이한 공진 모드들을 갖는 동일한 공진기일 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 제 1 미소 광 공진기는 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드를 갖고 상기 제 2 미소 광 공진기는 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드를 가지며, 상기 제 1 미소 광 공진기와 상기 제 2 미소 광 공진기는 직경이 서로 상이한 디스크의 형태를 각각 가질 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기에 각각 입력시키는 입력 커플러; 상기 제 1 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 출력 커플러; 및 상기 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 1 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 제 1 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 입출력 커플러; 및 상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 2 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 입출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 1 미소 광 공진기에 입력시키는 제 1 입력 커플러; 상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 2 미소 광 공진기에 입력시키는 제 2 입력 커플러; 상기 제 1 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 출력 커플러; 및 상기 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

상기 레이저 광원은 제 1 레이저 광을 방출하는 제 1 연속파 레이저 및 제 2 레이저 광을 방출하는 제 2 연속파 레이저를 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 상기 제 1 연속파 레이저에서 방출된 제 1 레이저 광을 상기 제 1 미소 광 공진기에 입력시키는 제 1 입력 커플러; 상기 제 2 연속파 레이저에서 방출된 제 2 레이저 광을 상기 제 2 미소 광 공진기에 입력시키는 제 2 입력 커플러; 상기 제 1 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 출력 커플러; 및 상기 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 상기 제 1 연속파 레이저에서 방출된 제 1 레이저 광을 상기 제 1 미소 광 공진기에 입력시키는 제 1 입력 커플러; 상기 제 2 연속파 레이저에서 방출된 제 2 레이저 광을 상기 제 2 미소 광 공진기에 입력시키는 제 2 입력 커플러; 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기에서 각각 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

상기 이중 광빗 광원 장치는, 상기 제 1 연속파 레이저에서 방출된 제 1 레이저 광을 상기 제 1 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 제 1 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 입출력 커플러; 및 상기 제 2 연속파 레이저에서 방출된 제 2 레이저 광을 상기 제 2 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 입출력 커플러;를 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 광 측정 장치는, 상술한 구성을 갖는 이중 광빗 광원 장치; 제 1 광 주파수 빗을 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗으로 분할하는 제 1 빔분할기; 제 2 광 주파수 빗을 2개의 광 주파수 빗으로 분할하는 제 2 빔분할기; 측정 대상물을 통과하거나 측정 대상물로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗을 상기 분할된 제 2 광 주파수 빗 중 하나와 결합시켜 제 3 광 주파수 빗을 만드는 제 1 빔결합기; 참조용 주파수 빗을 상기 분할된 제 2 광 주파수 빗 중 다른 하나와 결합시켜 제 4 광 주파수 빗을 만드는 제 2 빔결합기; 제 3 광 주파수 빗을 측정하는 제 1 광검출기; 및 제 4 광 주파수 빗을 측정하는 제 2 광검출기;를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 광 측정 장치는, 상술한 구성을 갖는 이중 광빗 광원 장치; 제 1 광 주파수 빗을 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗으로 분할하는 제 1 빔분할기; 측정 대상물을 통과하거나 측정 대상물로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗을 참조용 주파수 빗과 결합시키는 제 1 빔결합기; 상기 제 1 빔결합기에 의해 결합된 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗을 제 2 광 주파수 빗과 결합시켜 제 3 광 주파수 빗을 형성하는 제 2 빔결합기; 제 3 광 주파수 빗을 측정하는 광검출기;를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 광 측정 장치는, 상술한 구성을 갖는 이중 광빗 광원 장치; 제 1 광 주파수 빗과 제 2 광 주파수 빗을 결합시켜 하나의 주파수 빗을 형성하는 빔결합기; 빔결합기에 의해 결합된 제 1 광 주파수 빗과 제 2 광 주파수 빗을 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗으로 분할하는 빔분할기; 측정 대상물을 통과하거나 측정 대상물로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗을 측정하는 제 1 광검출기; 및 참조용 주파수 빗을 측정하는 제 2 광검출기;를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 광 측정 장치는, 상술한 구성을 갖는 이중 광빗 광원 장치; 제 1 광 주파수 빗과 제 2 광 주파수 빗을 결합시켜 하나의 주파수 빗을 형성하는 제 1 빔결합기; 빔결합기에 의해 결합된 제 1 광 주파수 빗과 제 2 광 주파수 빗을 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗으로 분할하는 빔분할기; 측정 대상물을 통과하거나 측정 대상물로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗을 참조용 주파수 빗과 결합시키는 제 2 빔결합기; 및 상기 결합된 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗을 측정하는 광검출기;를 포함할 수 있다.

개시된 실시예에 따르면, 적어도 하나의 레이저와 적어도 하나의 미소 광 공진기만을 이용하여 간단하게 이중 광빗 광원 장치를 제작할 수 있다. 따라서, 이중 광 주파수 빗을 이용하는 측량 장치, 분광 장치, 거리 측정 장치의 크기를 소형화할 수 있어서, 모바일 장치나 웨어러블 장치의 형태로 측량 장치, 분광 장치, 거리 측정 장치를 제작할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른, 하나의 레이저를 구비하는 이중 광빗 광원 장치의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 다른 실시예들에 따른, 하나의 레이저를 구비하는 이중 광빗 광원 장치의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 2개의 미소 광 공진기의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 2개의 미소 광 공진기에 2개의 레이저 광을 커플링시키기 위한 일 예를 보이는 사시도이다.
도 7은 도 5에 도시된 2개의 미소 광 공진기에 2개의 레이저 광을 커플링시키기 위한 다른 예를 보이는 사시도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른, 하나의 레이저를 구비하는 이중 광빗 광원 장치의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다.
도 9 내지 도 14는 또 다른 실시예에 따른, 2개의 레이저를 구비하는 이중 광빗 광원 장치의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 이중 광 주파수 빗을 이용한 광 측정 장치를 개략적으로 보이는 블록도이다.
도 16 내지 도 18은 다른 실시예에 따른 이중 광 주파수 빗을 이용한 광 측정 장치를 개략적으로 보이는 블록도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 미소 광 공진기를 구비하는 이중 광빗 광원 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. 또한 이하에서 설명하는 층 구조에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 표현은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른, 하나의 레이저를 구비하는 이중 광빗 광원 장치의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 이중 광빗 광원 장치(10a)는 레이저 광(24)을 방출하는 레이저(19), 레이저 광(24)을 공진시켜 2개의 광 주파수 빗(optical frequency comb)(C1, C2)을 발생시키는 미소 광 공진기(optical microresonator)(21), 및 레이저 광(24)을 미소 광 공진기(21)에 커플링시키고 미소 광 공진기(21)에서 발생한 광 주파수 빗(C1, C2)을 출력시키는 입출력 커플러(27)를 포함할 수 있다.

레이저(19)는 시간적으로 일정한 출력으로 발진을 계속할 수 있는 연속파 레이저(continuous wave laser)일 수 있다. 예를 들어, 레이저(19)는 소형으로 제작 가능한 반도체 레이저 다이오드일 수 있으며, 레이저(19)의 광 출력(light power)은 미소 광 공진기(21)를 펌핑시킬 수 있는 펌프 문턱값보다 클 수 있다. 또한, 레이저(19)는 2개 또는 그 이상의 횡모드 또는 종모드의 광을 동시에 방출하는 다중 모드(multimode) 레이저이거나, 또는 2개의 주파수를 갖는 광을 동시에 방출하는 이중 주파수 레이저일 수 있다. 이 경우, 레이저(19)는 미소 광 공진기(21)의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 광 주파수 빗(C1, C2)과 관련된 2개의 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 레이저 광(24)을 방출할 수 있다.

대신에, 레이저(19)는 미소 광 공진기(21)의 다수의 공진 모드들 중에서 하나의 공진 모드의 공진 주파수에만 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 레이저 광(24)을 방출하는 연속파 레이저일 수도 있다. 이 경우, 이중 광빗 광원 장치(10a)는 레이저(19)와 미소 광 공진기(21) 사이의 광 경로에 배치된 광전(electrooptical) 변조기(23)를 더 포함할 수도 있다. 광전 변조기(23)는 광전 변조기(23)에 입사한 레이저 광(24)을 변조하여 미소 광 공진기(21)의 다른 하나의 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 광 측파대(optical sideband)를 발생시킬 수 있다. 그러면, 광전 변조기(23)를 통과한 레이저 광(24)은 미소 광 공진기(21)의 다수의 공진 모드들 중에서 광 주파수 빗(C1, C2)과 관련된 2개의 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖게 된다. 예를 들어, 레이저(19)는 제 1 광 주파수 빗(C1)과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 레이저 광(24)을 방출하고, 광전 변조기(23)는 제 2 광 주파수 빗(C2)과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 광 측파대를 발생시킬 수 있다. 여기서, 레이저(19)와 광전 변조기(23)가 하나의 레이저 광원을 구성하는 것으로 볼 수 있다. 반면, 레이저(19)가 멀티 모드 레이저인 경우에는 하나의 레이저(19)만으로 하나의 레이저 광원이 구성될 수 있다.

미소 광 공진기(21)는 직경이 약 0.1 내지 10 mm 정도인 디스크의 형태를 가질 수 있다. 또한, 미소 광 공진기(21)는 빛의 세기에 따라 굴절률이 변화하는(즉, intensity depended refractive index) 비선형 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 미소 광 공진기(21)는 디스크 표면으로부터의 깊이에 따라 상이한 유효 공진기 반경을 가질 수 있다. 즉, 미소 광 공진기(21)는 그의 표면으로부터의 깊이에 따라 다수의 상이한 공진 모드들을 가질 수 있으며, 각각의 공진 모드는 조금씩 다른 공진 주파수를 가질 수 있다. 미소 광 공진기(21)에 다수의 공진 모드 중 어느 하나의 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 빛이 커플링되면, 파라메트릭 발진(parametric oscillation)이 일어난다. 그 결과, 주파수 영역에서 일정한 간격으로 많은 수의 측파대들이 생성되면서 광 주파수 빗이 발생하게 된다. 이러한 주파수 영역에서의 간격을 모드 간격(mode spacing) 또는 자유 스펙트럴 범위(free spectral range)라고 부르며, c/2πrㆍn과 같이 공진기의 유효 반경으로 정의될 수 있다. 여기서, c는 빛의 속도이고, r은 공진기의 유효 반경, n은 공진기 재료의 굴절률을 나타낸다.

그리고, 미소 광 공진기(21)의 공진 모드에 따라 약간 상이한 모드 간격을 갖는 광 주파수 빗이 발생할 수 있다. 따라서, 미소 광 공진기(21)의 다수의 공진 모드들 중에서 2개의 상이한 공진 모드의 공진 주파수에 각각 대응하는 2개의 스펙트럼을 갖는 레이저 광(24)을 미소 광 공진기(21)에 제공하면, 약간 상이한 모드 간격을 갖는 2개의 광 주파수 빗(C1, C2)이 발생할 수 있다.

이렇게 발생한 2개의 광 주파수 빗(C1, C2)은 입출력 커플러(27)를 통해 미소 광 공진기(21)의 외부로 출력될 수 있다. 본 실시예에서, 입출력 커플러(27)는 입력 커플러와 출력 커플러의 역할을 동시에 수행할 수 있다. 입출력 커플러(27)는 예를 들어 미소 광 공진기(21)의 외주면에 배치된 프리즘 또는 광섬유를 포함할 수 있다.

한편, 필요에 따라서, 이중 광빗 광원 장치(10a)는 레이저 광(24)의 주파수를 미소 광 공진기(21)의 선택된 공진 모드의 공진 주파수에 고정시키는 록킹 장치(locking mechanism)(26)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 록킹 장치(26)는 미소 광 공진기(21) 내에서 공진한 후에 출력된 빛의 일부를 레이저(19)로 되돌려 보내는 자체 주입-록킹(self-injection locking) 방식을 채용할 수 있다. 이러한 록킹 장치(26)를 사용하면, 레이저(19)에서 방출되는 레이저 광(24)의 광 출력(light power)이 미소 광 공진기(21)의 선택된 공진 모드의 공진 주파수를 중심으로 재분배된다. 그 결과, 미소 광 공진기(21)에 입사하는 레이저 광(24)의 스펙트럼 성분이 미소 광 공진기(21)의 선택된 공진 모드의 공진 주파수를 중심으로 집중될 수 있어서, 광 주파수 빗(C1, C2)을 발생시키기 위한 미소 광 공진기(21)의 펌핑 효율을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 단지 하나의 레이저(19)와 단지 하나의 미소 광 공진기(21)만으로 2개의 광 주파수 빗(C1, C2)을 발생시킬 수 있다. 따라서, 이중 광빗 광원 장치(10a)를 소형화할 수 있다. 더욱이, 레이저(19)가 소형의 반도체 레이저 다이오드이고 미소 광 공진기(21)가 매우 작은 크기를 갖기 때문에, 레이저(19), 미소 광 공진기(21) 및 입출력 커플러(27)를 하나의 반도체 칩에 집적하여 이중 광빗 광원 장치(10a)를 매우 작은 크기로 제작할 수 있다. 따라서, 이중 광빗 광원 장치(10a)를 모바일 장치나 웨어러블 장치에 적용할 수 있다. 또한, 하나의 미소 광 공진기(21)만을 사용하기 때문에 2개의 공진기를 마이크론 이하의 정밀도로 정밀하게 매칭시킬 필요가 없다. 또한, 레이저(19)와 미소 광 공진기(21)의 설계에 따라 가시광선 영역, 자외선 영역 또는 적외선 영역의 광 주파수 빗(C1, C2)을 발생시키는 것도 가능하다.

도 2는 다른 실시예에 따른, 하나의 레이저(19)를 구비하는 이중 광빗 광원 장치(10b)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(10b)는 하나의 레이저(19), 2개의 미소 광 공진기(21, 22), 및 하나의 입출력 커플러(27)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 하나의 입출력 커플러(27)의 양측에 인접하여 각각 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)가 배치될 수 있다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 이중 광빗 광원 장치(10b)는 필요에 따라서 광전 변조기(23)와 록킹 장치(26)를 더 포함할 수도 있다.

레이저(19)에서 방출된 레이저 광(24)은 하나의 입출력 커플러(27)를 통해 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)에 각각 공급될 수 있다. 여기서, 입출력 커플러(27)에 입사하는 레이저 광(24)은 목표로 하는 2개의 광 주파수 빗(C1, C2)과 관련된 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는다. 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)는 다수의 공진 모드를 갖는 동일한 공진기일 수 있다. 이 경우, 각각의 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)에서 2개의 광 주파수 빗(C1, C2)이 모두 발생할 수 있다. 또는, 제 1 미소 광 공진기(21)는 제 1 광 주파수 빗(C1)과 관련된 공진 모드를 갖고 제 2 미소 광 공진기(22)는 제 2 광 주파수 빗(C2)과 관련된 공진 모드를 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 미소 광 공진기(21)의 직경과 제 2 미소 광 공진기(22)의 직경은 서로 다를 수 있다. 이 경우, 제 1 미소 광 공진기(21)에서는 제 1 광 주파수 빗(C1)만이 발생하고 제 2 미소 광 공진기(22)에서는 제 2 광 주파수 빗(C2)만이 발생할 수 있다. 이렇게 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗(C1, C2)은 다시 입출력 커플러(27)를 통해 외부로 출력될 수 있다.

도 3은 다른 실시예에 따른, 하나의 레이저(19)를 구비하는 이중 광빗 광원 장치(10c)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 3을 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(10c)는 하나의 레이저(19), 2개의 미소 광 공진기(21, 22), 하나의 입력 커플러(29), 및 2개의 출력 커플러(31, 32)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 2개의 미소 광 공진기(21, 22)는 하나의 입력 커플러(29)를 공유하고, 각각 별개의 출력 커플러(31, 32)를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 입력 커플러(27)의 양측에 인접하여 각각 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)가 배치되고, 제 1 미소 광 공진기(21)의 외주면에 제 1 출력 커플러(31)가 배치되며, 제 2 미소 광 공진기(22)의 외주면에 제 2 출력 커플러(32)가 배치될 수 있다.

또한, 제 1 미소 광 공진기(21)는 제 1 광 주파수 빗(C1)과 관련된 공진 모드를 갖고 제 2 미소 광 공진기(22)는 제 2 광 주파수 빗(C2)과 관련된 공진 모드를 가질 수도 있다. 이를 위해, 제 1 미소 광 공진기(21)의 직경과 제 2 미소 광 공진기(22)의 직경은 서로 다를 수 있다. 이 경우, 제 1 미소 광 공진기(21)에서는 제 1 광 주파수 빗(C1)만이 발생하고 제 2 미소 광 공진기(22)에서는 제 2 광 주파수 빗(C2)만이 발생한다. 그런 후, 제 1 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)은 제 1 출력 커플러(31)를 통해 외부로 출력되며, 제 2 미소 광 공진기(22)에서 발생한 제 2 광 주파수 빗(C2)은 제 2 출력 커플러(32)를 통해 외부로 출력된다.

도 4는 또 다른 실시예에 따른, 하나의 레이저(19)를 구비하는 이중 광빗 광원 장치(10d)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 4를 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(10d)는 하나의 레이저(19), 2개의 미소 광 공진기(21, 22), 및 2개의 입출력 커플러(27, 28)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 입출력 커플러(27)는 제 1 미소 광 공진기(21)의 외주면에 인접하여 배치될 수 있으며, 제 2 입출력 커플러(28)는 제 2 미소 광 공진기(22)의 외주면에 인접하여 배치될 수 있다.

레이저(19)에서 방출된 레이저 광은, 예를 들어, 빔분할기(도시되지 않음) 또는 2개의 광섬유를 통해 2개의 레이저 광(24, 25)으로 분할될 수 있다. 분할된 제 1 레이저 광(24)은 제 1 입출력 커플러(27)를 통해 제 1 미소 광 공진기(21)에 공급되며, 분할된 제 2 레이저 광(25)은 제 2 입출력 커플러(28)를 통해 제 2 미소 광 공진기(22)에 공급될 수 있다. 필요에 따라, 제 1 레이저 광(24)의 광 경로 상에서 제 1 입출력 커플러(27)의 전방에 광전 변조기(23)가 더 배치될 수 있다. 광전 변조기(23)는 제 1 레이저 광(24)을 변조하여 제 1 미소 광 공진기(21)의 공진 주파수에 대응하는 광 측파대를 발생시킬 수 있다. 그러나, 레이저(19)가 이중 주파수 레이저이거나 다중 모드 레이저인 경우에는 광전 변조기(23)가 생략될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 제 2 레이저 광(25)의 광 경로에는 제 2 레이저 광(25)의 주파수를 제 2 미소 광 공진기(22)의 공진 주파수에 고정시키는 록킹 장치(26)가 더 배치될 수도 있다.

제 1 미소 광 공진기(21)는 제 1 광 주파수 빗(C1)과 관련된 공진 모드를 갖고 제 2 미소 광 공진기(22)는 제 2 광 주파수 빗(C2)과 관련된 공진 모드를 가질 수도 있다. 이 경우, 제 1 미소 광 공진기(21)에서는 제 1 광 주파수 빗(C1)만이 발생하고 제 2 미소 광 공진기(22)에서는 제 2 광 주파수 빗(C2)만이 발생한다. 그런 후, 제 1 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)은 제 1 입출력 커플러(27)를 통해 외부로 출력되며, 제 2 미소 광 공진기(22)에서 발생한 제 2 광 주파수 빗(C2)은 제 2 입출력 커플러(28)를 통해 외부로 출력된다.

한편, 도 2 내지 도 4에서 2개의 미소 광 공진기(21, 22)가 서로 분리된 별개의 공진기인 것으로 도시되었으나, 2개의 미소 광 공진기(21, 22)를 일체로 구성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 도 5는 도 4에 도시된 2개의 미소 광 공진기(21, 22)의 구조를 개략적으로 보이는 사시도이다. 도 5를 참조하면, 원형 디스크의 형태를 각각 갖는 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)는 공통의 중심축(33)을 기준으로 위쪽과 아래쪽에 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)를 서로 이격시키기 위하여 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22) 사이에는 스페이서(33a)가 더 배치될 수 있다. 스페이서(33a)는 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)의 중심축을 따라 배치된다. 또한, 스페이서(33a)의 직경은 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)의 직경보다 작을 수 있다. 제 1 미소 광 공진기(21)의 직경은 실시예에 따라 제 2 미소 광 공진기(22)의 직경과 같을 수도 있으며 또는 다를 수도 있다.

또한, 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)의 운반, 설치, 조립, 고정 등의 편의를 위하여 제 2 미소 광 공진기(22)의 중심축으로부터 제 2 미소 광 공진기(22)의 표면에 대해 수직 방향으로 연장되어 돌출되는 피봇 핀(33b)을 더 형성할 수도 있다. 피봇 핀(33b)의 직경은 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)의 직경보다 작을 수 있다. 또한, 피봇 핀(33b)은 제 2 미소 광 공진기(22)를 중심으로 스페이서(33a)에 대해 반대쪽에 위치할 수 있다. 제 1 미소 광 공진기(21), 제 2 미소 광 공진기(22), 스페이서(33a), 및 피봇 핀(33b)은 모두 동일한 재료로 일체로 형성되며 공통의 중심축을 중심으로 배치될 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 2개의 미소 광 공진기(21, 22)에 2개의 레이저 광(24, 25)을 커플링시키기 위한 일 예를 보이는 사시도이다. 도 6을 참조하면, 제 1 레이저 광(24)은 제 1 광섬유(34)를 통해 진행될 수 있다. 제 1 광섬유(34)는 제 1 미소 광 공진기(21)의 측면 외주면의 한 영역에 접하고 있으며, 제 1 미소 광 공진기(21)의 측면 외주면에 접하는 제 1 광섬유(34)의 부분이 제 1 입출력 커플러(27)의 역할을 할 수 있다. 제 1 레이저 광(24)은 제 1 입출력 커플러(27)를 통해 제 1 미소 광 공진기(21)에 공급된다. 그리고, 제 1 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)은 제 1 입출력 커플러(27)로부터 제 1 광섬유(34)로 출력된 후, 제 1 광섬유(34)를 따라 진행하게 된다. 마찬가지로, 제 2 레이저 광(25)은 제 2 광섬유(35)를 따라 진행한다. 제 2 광섬유(35)는 제 2 미소 광 공진기(22)의 측면 외주면의 한 영역에 접하고 있으며, 제 2 미소 광 공진기(22)의 측면 외주면에 접하는 제 2 광섬유(35)의 부분이 제 2 입출력 커플러(28)의 역할을 한다. 제 2 레이저 광(25)은 제 2 입출력 커플러(28)를 통해 제 2 미소 광 공진기(22)에 공급되고, 제 2 미소 광 공진기(22)에서 발생한 제 2 광 주파수 빗(C2)은 제 2 입출력 커플러(28)로부터 제 2 광섬유(35)로 출력된 후, 제 2 광섬유(35)를 따라 진행하게 된다.

또한, 도 7은 도 5에 도시된 2개의 미소 광 공진기(21, 22)에 2개의 레이저 광(24, 25)을 커플링시키기 위한 다른 예를 보이는 사시도이다. 도 7을 참조하면, 레이저(19)에서 방출된 레이저 광(L)은 웨지형 빔분할기(38)에 의해 제 1 레이저 광(24)과 제 2 레이저 광(25)으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 레이저 광(L)의 빔 단면의 절반 영역에만 웨지형 빔분할기(38)가 배치된다. 그러면, 웨지형 빔분할기(38)를 통과하지 않은 레이저 광(L)의 일부가 제 1 레이저 광(24)이 되며, 웨지형 빔분할기(38)를 통과한 레이저 광(L)의 일부는 진행 경로가 변경되어 제 2 레이저 광(25)이 된다. 제 1 레이저 광(24)과 제 2 레이저 광(25)은 렌즈(37)에 의해 포커싱되어 프리즘 형태를 갖는 하나의 입출력 커플러(36)에 각각 입사할 수 있다. 그런 후, 제 1 레이저 광(24)과 제 2 레이저 광(25)은 입출력 커플러(36)에 의해 굴절되어 각각 제 1 미소 광 공진기(21)의 측면 외주면의 한 점과 제 2 미소 광 공진기(22)의 측면 외주면의 한 점에 입사한 후, 각각 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)에 공급될 수 있다.

도 8은 또 다른 실시예에 따른, 하나의 레이저(19)를 구비하는 이중 광빗 광원 장치(10e)의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(10e)는 하나의 레이저(19), 2개의 미소 광 공진기(21, 22), 및 2개의 입력 커플러(29, 30), 및 2개의 출력 커플러(31, 32)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 입력 커플러(29)와 제 1 출력 커플러(31)는 제 1 미소 광 공진기(21)의 외주면 상의 서로 다른 두 점에 각각 인접하여 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 입력 커플러(30)와 제 2 출력 커플러(32)는 제 2 미소 광 공진기(22)의 외주면에 인접하여 배치될 수 있다. 필요에 따라, 제 1 레이저 광(24)의 광 경로 상에서 제 1 입출력 커플러(27)의 전방에 광전 변조기(23)가 더 배치될 수 있다. 광전 변조기(23)는 제 1 레이저 광(24)을 변조하여 제 1 미소 광 공진기(21)의 공진 주파수에 대응하는 광 측파대를 발생시킬 수 있다.

레이저(19)에서 방출된 레이저 광은, 예를 들어, 도 6에 도시된 2개의 광섬유(34, 35) 또는 도 7에 도시된 빔분할기(38)를 통해 2개의 레이저 광(24, 25)으로 분할될 수 있다. 분할된 제 1 레이저 광(24)은 제 1 입력 커플러(29)를 통해 제 1 미소 광 공진기(21)에 공급되며, 제 1 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)은 제 1 출력 커플러(31)를 통해 출력될 수 있다. 또한 마찬가지로, 분할된 제 2 레이저 광(25)은 제 2 입력 커플러(30)를 통해 제 2 미소 광 공진기(22)에 공급되며, 제 2 미소 광 공진기(22)에서 발생한 제 2 광 주파수 빗(C2)은 제 2 출력 커플러(32)를 통해 출력될 수 있다.

도 9 내지 도 14는 또 다른 실시예에 따른, 2개의 레이저를 구비하는 이중 광빗 광원 장치의 구성을 개략적으로 보이는 블록도이다. 특히, 도 9 내지 도 11은 2개의 레이저와 2개의 미소 광 공진기를 이용하는 이중 광빗 광원 장치를 예시적으로 보이며, 도 12 내지 도 14는 2개의 레이저와 하나의 미소 광 공진기를 이용하는 이중 광빗 광원 장치를 예시적으로 보인다.

먼저, 도 9를 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(20a)는 2개의 레이저(19, 20), 2개의 미소 광 공진기(21, 22), 및 2개의 입력 커플러(29, 30), 및 2개의 출력 커플러(31, 32)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 미소 광 공진기(21)는 제 1 광 주파수 빗(C1)과 관련된 공진 모드를 갖고 제 2 미소 광 공진기(22)는 제 2 광 주파수 빗(C2)과 관련된 공진 모드를 가질 수도 있다. 예를 들어, 제 1 미소 광 공진기(21)의 직경과 제 2 미소 광 공진기(22)의 직경이 서로 다를 수 있다. 그리고, 제 1 레이저(19)는 제 1 미소 광 공진기(21)의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광(24)을 방출하며, 제 2 레이저(20)는 제 2 미소 광 공진기(22)의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 2 레이저 광(25)을 방출할 수 있다. 따라서, 하나의 제 1 레이저(19)와 하나의 제 2 레이저(20)가 함께 하나의 레이저 광원을 구성할 수 있다.

또한, 이중 광빗 광원 장치(20a)는 필요에 따라서 제 1 레이저 광(24)의 주파수를 제 1 미소 광 공진기(21)의 공진 주파수에 고정시키고 제 2 레이저 광(25)의 주파수를 제 2 미소 광 공진기(22)의 공진 주파수에 고정시키는 록킹 장치(26)를 더 포함할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 따른 이중 광빗 광원 장치(20a)는 광전 변조기(23)를 사용할 필요가 없다.

도 9에 도시된 이중 광빗 광원 장치(20a)에서, 제 1 레이저(19)로부터 방출된 제 1 레이저 광(24)은 제 1 입력 커플러(29)를 통해 제 1 미소 광 공진기(21)에 공급되며, 제 1 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)은 제 1 출력 커플러(31)를 통해 출력될 수 있다. 또한 마찬가지로, 제 2 레이저(20)로부터 방출된 제 2 레이저 광(25)은 제 2 입력 커플러(30)를 통해 제 2 미소 광 공진기(22)에 공급되며, 제 2 미소 광 공진기(22)에서 발생한 제 2 광 주파수 빗(C2)은 제 2 출력 커플러(32)를 통해 출력될 수 있다.

도 10을 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(20b)는 2개의 레이저(19, 20), 2개의 미소 광 공진기(21, 22), 및 2개의 입력 커플러(29, 30), 및 하나의 출력 커플러(31)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 2개의 미소 광 공진기(21, 22)는 하나의 출력 커플러(31)를 공유하고, 각각 별개의 입력 커플러(29, 30)를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 출력 커플러(31)의 양측에 각각 제 1 미소 광 공진기(21)의 외주면과 제 2 미소 광 공진기(22)의 외주면이 접하도록 제 1 미소 광 공진기(21)와 제 2 미소 광 공진기(22)가 배치될 수 있다. 그리고, 제 1 미소 광 공진기(21)의 다른 외주면에 제 1 입력 커플러(29)가 배치되며, 제 2 미소 광 공진기(22)의 다른 외주면에 제 2 입력 커플러(30)가 배치될 수 있다. 그러면, 제 1 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)과 제 2 미소 광 공진기(22)에서 발생한 제 2 광 주파수 빗(C2)이 모두 하나의 출력 커플러(31)를 통해 출력될 수 있다.

도 11을 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(20c)는 2개의 레이저(19, 20), 2개의 미소 광 공진기(21, 22), 및 2개의 입출력 커플러(27, 28)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 입출력 커플러(27)는 제 1 미소 광 공진기(21)의 외주면에 접하도록 배치될 수 있으며, 제 2 입출력 커플러(28)는 제 2 미소 광 공진기(22)의 외주면에 접하도록 배치될 수 있다. 제 1 레이저(19)에서 방출된 제 1 레이저 광(24)은 제 1 입출력 커플러(27)를 통해 제 1 미소 광 공진기(21)에 공급되며, 제 2 레이저(20)에서 방출된 제 2 레이저 광(25)은 제 2 입출력 커플러(28)를 통해 제 2 미소 광 공진기(22)에 공급될 수 있다. 그런 후, 제 1 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)은 제 1 입출력 커플러(27)를 통해 외부로 출력되며, 제 2 미소 광 공진기(22)에서 발생한 제 2 광 주파수 빗(C2)은 제 2 입출력 커플러(28)를 통해 외부로 출력된다.

도 12를 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(20d)는 2개의 레이저(19, 20), 하나의 빔 결합기(11), 하나의 입출력 커플러(27), 및 하나의 미소 광 공진기(21)를 포함할 수 있다. 미소 광 공진기(21)는 공진 주파수가 상이한 다수의 공진 모드들을 가질 수 있다. 예를 들어, 미소 광 공진기(21)는 표면으로부터의 깊이에 따라 상이한 유효 공진기 반경을 가질 수 있다. 제 1 레이저(19)는 미소 광 공진기(21)의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 1 광 주파수 빗(C1)과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광(24)을 방출할 수 있다. 또한, 제 2 레이저(20)는 미소 광 공진기(21)의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 2 광 주파수 빗(C2)과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 2 레이저 광(25)을 방출할 수 있다.

빔 결합기(11)는 제 1 레이저(19)에서 방출된 제 1 레이저 광(24)과 제 2 레이저(20)에서 방출된 제 2 레이저 광(25)을 결합시켜 하나의 광 경로로 진행하게 한다. 그러면, 제 1 레이저 광(24)과 제 2 레이저 광(25)이 입출력 커플러(27)를 통해 미소 광 공진기(21)에 제공된다. 그리고, 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)과 제 2 광 주파수 빗(C2)이 다시 입출력 커플러(27)를 통해 출력될 수 있다.

도 13을 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(20e)는 2개의 레이저(19, 20), 하나의 입력 커플러(29), 하나의 입출력 커플러(27), 및 하나의 미소 광 공진기(21)를 포함할 수 있다. 미소 광 공진기(21)는 공진 주파수가 상이한 다수의 공진 모드들을 가질 수 있다. 제 1 레이저(19)는 제 1 광 주파수 빗(C1)과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광(24)을 방출할 수 있다. 제 2 레이저(20)는 제 2 광 주파수 빗(C2)과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 2 레이저 광(25)을 방출할 수 있다.

입력 커플러(29)는 제 2 레이저(20)에서 방출된 제 2 레이저 광(25)을 미소 광 공진기(21)에 공급하는 역할을 한다. 입출력 커플러(27)는 제 1 레이저(19)에서 방출된 제 1 레이저 광(24)을 미소 광 공진기(21)에 공급하는 동시에, 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗(C1, C2)을 출력하는 역할을 할 수 있다. 따라서 제 1 레이저 광(24)과 제 2 레이저 광(25)은 서로 다른 광 경로를 통해 미소 광 공진기(21)에 공급되지만, 미소 광 공진기(21)로부터 출력된 제 1 광 주파수 빗(C1)과 제 2 광 주파수 빗(C2)은 하나의 광 경로를 통해 진행하게 된다.

도 14를 참조하면, 이중 광빗 광원 장치(20f)는 2개의 레이저(19, 20), 2개의 입출력 커플러(27, 28), 및 공진 주파수가 상이한 다수의 공진 모드들을 갖는 하나의 미소 광 공진기(21)를 포함할 수 있다. 이러한 구조에서, 제 1 레이저(19)에서 방출된 제 1 레이저 광(24)은 제 1 입출력 커플러(27)를 통해 미소 광 공진기(21)에 공급되며, 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 1 광 주파수 빗(C1)은 제 1 입출력 커플러(27)를 통해 출력될 수 있다. 또한, 제 2 레이저(20)에서 방출된 제 2 레이저 광(25)은 제 2 입출력 커플러(28)를 통해 미소 광 공진기(21)에 공급되며, 미소 광 공진기(21)에서 발생한 제 2 광 주파수 빗(C2)은 제 2 입출력 커플러(28)를 통해 출력될 수 있다.

상술한 이중 광빗 광원 장치(10a~10e, 20a~20f)들은 단지 광학적 공진기만을 이용하여 광 주파수 빗을 발생시킬 수 있으므로, 추가적인 외부의 고주파 발생 장치를 필요로 하지 않는다. 따라서 이중 광빗 광원 장치(10a~10e, 20a~20f)들은 간소하게 제작될 수 있으며, 다양한 측정 장치에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 15 내지 도 18은 이중 광빗 광원 장치(10a~10e, 20a~20f)에서 발생한 이중 광 주파수 빗을 이용한 다양한 광 측정 장치를 개략적으로 보이는 블록도이다.

먼저, 도 15를 참조하면, 광 측정 장치(100a)는 제 1 및 제 2 빔분할기(101, 102), 제 1 및 제 2 빔결합기(111, 112), 및 제 1 및 제 2 광검출기(113, 114)를 포함할 수 있다. 제 1 빔분할기(101)는 제 1 광 주파수 빗(C1)을 탐침용 주파수 빗(103)과 참조용 주파수 빗(104)으로 분할한다. 제 2 빔분할기(102)는 제 2 광 주파수 빗(C2)을 2개의 광 주파수 빗(105, 106)으로 분할한다. 제 1 및 제 2 광 주파수 빗(C1, C2)은 상술한 이중 광빗 광원 장치(10a~10e, 20a~20f)로부터 제공될 수 있다. 탐침용 주파수 빗(103)은 측정 대상물(115)에 조사되어 측정 대상물(115)을 통과하거나 또는 측정 대상물(115)로부터 반사 또는 산란될 수 있다. 제 1 빔결합기(111)는 측정 대상물(115)을 통과하거나 측정 대상물(115)로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗(103)을 분할된 제 2 광 주파수 빗 중 하나(105)와 결합시켜 제 3 광 주파수 빗(107)을 만든다. 제 2 빔결합기(112)는 참조용 주파수 빗(104)을 분할된 제 2 광 주파수 빗 중 다른 하나(106)와 결합시켜 제 4 광 주파수 빗(108)을 만든다. 이렇게 형성된 제 3 및 제 4 광 주파수 빗(107, 108)은 각각 맥놀이 패턴을 가질 수 있다. 그리고, 제 1 광검출기(113)와 제 2 광검출기(114)는 각각 제 3 광 주파수 빗(107)과 제 4 광 주파수 빗(108)을 측정한다. 측정 대상물(115)을 통과하거나 측정 대상물(115)로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗(103)은 그의 스펙트럼 포락선(spectral envelope)이 변조되거나 지연이 발생한다. 따라서, 도시되지 않은 계산기 또는 프로세서가 주파수 영역에서 제 3 광 주파수 빗(107)의 간섭 패턴과 제 4 광 주파수 빗(108)의 맥놀이 패턴의 차이를 비교함으로써, 측정 대상물(115)에 관한 정보를 추출할 수 있다.

또한, 도 16을 참조하면, 광 측정 장치(100b)는 빔분할기(101), 제 1 빔결합기(111), 제 2 빔결합기(112), 및 광검출기(113)를 포함할 수 있다. 빔분할기(101)는 제 1 광 주파수 빗(C1)을 탐침용 주파수 빗(103)과 참조용 주파수 빗(104)으로 분할한다. 탐침용 주파수 빗(103)은 측정 대상물(115)에 조사된다. 제 1 빔결합기(111)는 측정 대상물(115)을 통과하거나 측정 대상물(115)로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗(103)을 다시 참조용 주파수 빗(104)과 결합시킨다. 그러면, 탐침용 주파수 빗(103)과 참조용 주파수 빗(104)이 간섭하여 간섭 패턴이 발생할 수 있다. 그런 후, 제 2 빔결합기(112)는 탐침용 주파수 빗(103)과 참조용 주파수 빗(104)을 제 2 광 주파수 빗(C2)과 결합시켜 제 3 광 주파수 빗(107)을 형성한다. 광검출기(113)는 제 3 광 주파수 빗(107)을 측정한다. 그러면, 도시되지 않은 계산기 또는 프로세서가 제 3 광 주파수 빗(107)의 주파수 패턴을 분석함으로써 측정 대상물(115)에 관한 정보를 추출할 수 있다.

도 17을 참조하면, 광 측정 장치(100c)는 빔결합기(111), 빔분할기(101), 제 1 광검출기(113), 및 제 2 광검출기(114)를 포함할 수 있다. 빔결합기(111)는 제 1 광 주파수 빗(C1)과 제 2 광 주파수 빗(C2)을 결합시켜 하나의 주파수 빗(116)을 형성한다. 그리고, 빔분할기(101)는 주파수 빗(116)을 탐침용 주파수 빗(123)과 참조용 주파수 빗(124)으로 분할한다. 각각의 분할된 탐침용 주파수 빗(123)과 참조용 주파수 빗(124)은 제 1 광 주파수 빗(C1)의 성분과 제 2 광 주파수 빗(C2)의 성분을 모두 갖는다. 그리고, 탐침용 주파수 빗(123)은 측정 대상물(115)에 조사된다. 제 1 광검출기(113)는 측정 대상물(115)을 통과하거나 측정 대상물(115)로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗(123)을 측정한다. 제 2 광검출기(114)는 빔분할기(101)에 의해 분할된 참조용 주파수 빗(124)을 측정한다. 그러면, 도시되지 않은 계산기 또는 프로세서가 주파수 영역에서 탐침용 주파수 빗(123)과 참조용 주파수 빗(124)의 차이를 비교함으로써, 측정 대상물(115)에 관한 정보를 추출할 수 있다.

마지막으로, 도 18을 참조하면, 광 측정 장치(100d)는 제 1 빔결합기(111), 빔분할기(101), 제 2 빔결합기(112), 및 광검출기(113)를 포함할 수 있다. 빔결합기(111)는 제 1 광 주파수 빗(C1)과 제 2 광 주파수 빗(C2)을 결합시켜 하나의 주파수 빗(116)을 형성한다. 그리고, 빔분할기(101)는 주파수 빗(116)을 탐침용 주파수 빗(123)과 참조용 주파수 빗(124)으로 분할한다. 탐침용 주파수 빗(123)은 측정 대상물(115)에 조사된다. 제 2 빔결합기(112)는 측정 대상물(115)을 통과하거나 측정 대상물(115)로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗(123)을 참조용 주파수 빗(124)과 다시 결합시킨다. 광검출기(113)는 결합된 탐침용 주파수 빗(123)과 참조용 주파수 빗(124)을 측정한다. 그러면, 도시되지 않은 계산기 또는 프로세서가 결합된 탐침용 주파수 빗(123)과 참조용 주파수 빗(124)의 주파수 패턴을 분석함으로써 측정 대상물(115)에 관한 정보를 추출할 수 있다.

미소 광 공진기를 구비하는 상술한 이중 광빗 광원 장치는 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10a~10e, 20a~20f.....이중 광빗 광원 장치
19, 20.....레이저 21, 22.....미소 광 공진기
23.....광전 변조기 26.....록킹 장치
27, 28, 29, 30, 31, 32, 36.....커플러
34, 35.....광섬유 37.....렌즈
38.....빔분할기 C1, C2.....광 주파수 빗
100a, 100b, 100c, 100d.....광 측정 장치
101, 102.....빔분할기 103, 104, 105, 106.....광 주파수 빗
107, 108.....이중 빗 111, 112.....빔결합기
113, 114.....광검출기 115.....측정 대상물

Claims (25)

1. 적어도 2개의 횡모드 또는 종모드의 레이저 광을 동시에 방출하는 다중 모드를 갖는 하나의 연속파 레이저를 포함하는 레이저 광원; 및
   빛의 세기에 따라 굴절률이 변화하는 비선형 물질로 이루어지며, 다수의 상이한 공진 모드들을 갖는 하나의 미소 광 공진기;를 포함하며,
   상기 미소 광 공진기는 상기 2개의 레이저 광과 상호 작용하여 서로 다른 모드 간격을 갖는 제 1 광 주파수 빗 및 제 2 광 주파수 빗을 생성하도록 구성되고,
   상기 레이저 광은 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광 및 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 2 레이저 광을 포함하고,
   상기 레이저 광원은 상기 연속파 레이저에서 방출된 제 1 레이저 광을 변조하여 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 광 측파대를 발생시키는 광전 변조기를 포함하는, 이중 광빗 광원 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 미소 광 공진기는 디스크의 형태를 가지며 디스크의 표면으로부터의 깊이에 따라 다수의 상이한 공진 모드들을 갖는 이중 광빗 광원 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 입출력 커플러를 더 포함하는 이중 광빗 광원 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 적어도 2개의 횡모드 또는 종모드의 레이저 광을 동시에 방출하는 다중 모드를 갖는 하나의 연속파 레이저를 포함하는 레이저 광원; 및
    빛의 세기에 따라 굴절률이 변화하는 비선형 물질로 이루어지는 제 1 및 제 2 미소 광 공진기;를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기는 상기 2개의 레이저 광과 상호 작용하여 서로 다른 모드 간격을 갖는 제 1 광 주파수 빗 및 제 2 광 주파수 빗을 생성하도록 구성되고,
    상기 레이저 광은 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 1 레이저 광 및 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 스펙트럼 성분을 갖는 제 2 레이저 광을 포함하고,
    상기 레이저 광원은 상기 연속파 레이저에서 방출된 제 1 레이저 광을 변조하여 상기 미소 광 공진기의 다수의 상이한 공진 모드들 중에서 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드의 공진 주파수에 대응하는 광 측파대를 발생시키는 광전 변조기를 포함하는, 이중 광빗 광원 장치.
11. 삭제
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기에 각각 입력시키고 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 및 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 입출력 커플러를 더 포함하는 이중 광빗 광원 장치.
13. 삭제
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기는, 디스크의 형태를 가지며 디스크의 표면으로부터의 깊이에 따라 다수의 상이한 공진 모드들을 갖는 동일한 공진기인 이중 광빗 광원 장치.
15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 미소 광 공진기는 제 1 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드를 갖고 상기 제 2 미소 광 공진기는 제 2 광 주파수 빗과 관련된 공진 모드를 가지며,
    상기 제 1 미소 광 공진기와 상기 제 2 미소 광 공진기는 직경이 서로 상이한 디스크의 형태를 각각 갖고,
    상기 제 1 미소 광 공진기와 상기 제 2 미소 광 공진기는 공통의 중심축을 기준으로 위쪽과 아래쪽에 서로 평행하게 배치되며, 상기 제 1 미소 광 공진기와 상기 제 2 미소 광 공진기 사이에 스페이서가 더 배치되어 있는, 이중 광빗 광원 장치.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이중 광빗 광원 장치는:
    상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 1 및 제 2 미소 광 공진기에 각각 입력시키는 입력 커플러;
    상기 제 1 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 출력 커플러; 및
    상기 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 출력 커플러;를 더 포함하는 이중 광빗 광원 장치.
17. 제 15 항에 있어서,
    상기 이중 광빗 광원 장치는:
    상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 1 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 제 1 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 입출력 커플러; 및
    상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 2 미소 광 공진기에 입력시키고 상기 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 입출력 커플러;를 더 포함하는 이중 광빗 광원 장치.
18. 제 15 항에 있어서,
    상기 이중 광빗 광원 장치는:
    상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 1 미소 광 공진기에 입력시키는 제 1 입력 커플러;
    상기 연속파 레이저에서 방출된 레이저 광을 상기 제 2 미소 광 공진기에 입력시키는 제 2 입력 커플러;
    상기 제 1 미소 광 공진기에서 발생한 제 1 광 주파수 빗을 출력시키는 제 1 출력 커플러; 및
    상기 제 2 미소 광 공진기에서 발생한 제 2 광 주파수 빗을 출력시키는 제 2 출력 커플러;를 더 포함하는 이중 광빗 광원 장치.
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 10 항, 제 12 항, 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 이중 광빗 광원 장치;
    제 1 광 주파수 빗을 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗으로 분할하는 제 1 빔분할기;
    제 2 광 주파수 빗을 2개의 광 주파수 빗으로 분할하는 제 2 빔분할기;
    측정 대상물을 통과하거나 측정 대상물로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗을 상기 분할된 제 2 광 주파수 빗 중 하나와 결합시켜 제 3 광 주파수 빗을 만드는 제 1 빔결합기;
    참조용 주파수 빗을 상기 분할된 제 2 광 주파수 빗 중 다른 하나와 결합시켜 제 4 광 주파수 빗을 만드는 제 2 빔결합기;
    제 3 광 주파수 빗을 측정하는 제 1 광검출기; 및
    제 4 광 주파수 빗을 측정하는 제 2 광검출기;를 포함하는 광 측정 장치.
24. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 10 항, 제 12 항, 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 이중 광빗 광원 장치;
    제 1 광 주파수 빗을 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗으로 분할하는 제 1 빔분할기;
    측정 대상물을 통과하거나 측정 대상물로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗을 참조용 주파수 빗과 결합시키는 제 1 빔결합기;
    상기 제 1 빔결합기에 의해 결합된 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗을 제 2 광 주파수 빗과 결합시켜 제 3 광 주파수 빗을 형성하는 제 2 빔결합기;
    제 3 광 주파수 빗을 측정하는 광검출기;를 포함하는 광 측정 장치.
25. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 10 항, 제 12 항, 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 이중 광빗 광원 장치;
    제 1 광 주파수 빗과 제 2 광 주파수 빗을 결합시켜 하나의 주파수 빗을 형성하는 빔결합기;
    빔결합기에 의해 결합된 제 1 광 주파수 빗과 제 2 광 주파수 빗을 탐침용 주파수 빗과 참조용 주파수 빗으로 분할하는 빔분할기;
    측정 대상물을 통과하거나 측정 대상물로부터 반사 또는 산란된 탐침용 주파수 빗을 측정하는 제 1 광검출기; 및
    참조용 주파수 빗을 측정하는 제 2 광검출기;를 포함하는 광 측정 장치.

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