KR102558174B1 - 광전 발진기 및 이를 동작하는 방법 - Google Patents

광전 발진기 및 이를 동작하는 방법 Download PDF

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Abstract

광전 발진기 및 이를 동작하는 방법이 개시된다. 다양한 실시예에 따른 광전 발진기의 동작 방법은 반도체레이저가 직접 변조한 광신호에 기초하여 검출한 전기 신호를 증폭하는 동작, 증폭된 전기 신호의 발진을 목적하는 주파수 성분을 포함하는 영역을 필터링하는 동작, 필터링된 전기 신호를 분배하여 제1 분배된 전기 신호 및 제2 분배된 전기 신호를 출력하는 동작, 상기 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석하는 동작과 분석 결과에 기초하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤을 억제할 구형파를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.

Description

광전 발진기 및 이를 동작하는 방법{OPTOELECTRONIC OSCILLATOR AND METHOD FOR OPERATION THEREOF}
본 발명의 다양한 실시예들은 광전 발진기 및 이를 동작하는 방법에 관한 것이다.
광전 발진기(optoelectronic oscillator)는 광섬유의 지연 시간을 이용한 피드백 루프 발진기이다. 수십 킬로미터의 광섬유는 수 μs의 지연 시간을 가지는데 광섬유의 지연시간을 광전 발진기에 적용하면 고순도의 정현파 신호를 발생시킬 수 있다. 그러나 광전 발진기는 전기적 대역 통과 필터로 필터링 할 수 없는 수백 kHz의 간격을 가진 스퓨리어스 톤(spurious tones)을 발생시킨다.
위에서 설명한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
다중 루프 광전 발진기는 스퓨리어스 톤을 억제하기 위해 지연 시간이 상이한 복수 개의 광섬유를 병렬적으로 연결할 수 있다. 다중 루프 광전 발진기는 광학적 영역에서 지연 시간 차이에 기인한 간섭 현상을 이용하여 스퓨리어스 톤을 억제할 수 있다. 그러나 다중 루프 광전 발진기는 구조가 복잡하고 추가적인 광 섬유, 광 분배/결합기, 광검출기를 요구하는 어려움이 있다. 이에 단일 루프 광전 발진기의 단순한 구조를 유지하면서 광전 발진기의 스퓨리어스 톤을 억제하는 기술이 요구될 수 있다.
다양한 실시예들은 스퓨리어스 톤과 이득 경쟁하는 구형파에 기초하여 단일 루프 광전 발진기의 스퓨리어스 톤을 억제하는 기술을 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 광전 발진기의 동작 방법은 반도체레이저가 직접 변조한 광신호에 기초하여 검출한 전기 신호를 증폭하는 동작, 증폭된 전기 신호의 발진을 목적하는 주파수 성분을 포함하는 영역을 필터링하는 동작, 필터링된 전기 신호를 분배하여 제1 분배된 전기 신호 및 제2 분배된 전기 신호를 출력하는 동작, 상기 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석하는 동작과 분석 결과에 기초하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤을 억제할 구형파를 생성하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 구형파를 상기 제2 분배된 전기 신호와 결합하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤이 억제된 전기 신호를 생성하는 동작을 더 포함할 수 있다.
상기 분석하는 동작은 상기 제1 분배된 전기 신호를 분배하여 제3 분배된 전기 신호 및 제4 분배된 전기 신호를 출력하는 동작과 상기 제3 분배된 전기 신호에 자기신호곱(self-mixing)을 수행하여 상기 제3 분배된 전기 신호의 직류 전류 크기를 획득하는 동작을 포함하고, 상기 직류 전류 크기는 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭에 비례할 수 있다.
상기 분석하는 동작은 상기 제4 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정한 범위의 주파수 성분과 상기 제4 분배된 전기 신호의 신호곱을 수행하여 신호곱의 최대 출력을 획득하는 동작과 상기 범위 및 상기 최대 출력에 기초하여 상기 최대 출력에 대응하는 주파수 간격을 획득하는 동작을 더 포함할 수 있다.
상기 생성하는 동작은 상기 구형파가 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤과 이득 경쟁하도록 상기 직류 전류 크기에 기초하여 원형 구형파(original square wave)의 진폭을 조정하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 생성하는 동작은 진폭이 조정된 원형 구형파의 주파수 간격이 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정된 주파수 간격을 가지도록 상기 진폭이 조정된 원형 구형파의 주기를 조정하는 동작을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 광전 발진기는 반도체레이저가 직접 변조한 광신호에 기초하여 전기 신호를 검출하는 광 검출기, 검출된 전기 신호를 증폭하는 전기적 증폭기, 증폭된 전기 신호의 발진을 목적하는 주파수 성분을 포함하는 영역을 필터링하는 전기적 대역통과필터, 필터링된 전기 신호를 분배하여 제1 분배된 전기 신호 및 제2 분배된 전기 신호를 출력하는 전기적 커플러, 상기 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석하는 신호 분석기와 분석 결과에 기초하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤을 억제할 구형파를 생성하는 신호 생성기를 포함할 수 있다.
상기 광전 발진기는 상기 구형파를 상기 제2 분배된 전기 신호와 결합하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤이 억제된 전기 신호를 생성하는 최종 신호 믹서를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 분석기는 상기 제1 분배된 전기 신호를 분배하여 제3 분배된 전기 신호 및 제4 분배된 전기 신호를 출력하는 분배기, 제3 분배된 전기 신호에 자기신호곱(self-mixing)을 수행하는 제1 신호 믹서와 신호곱 결과에 기초하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭에 비례하는 직류 전류 크기를 획득하는 직류 출력 감지기를 포함할 수 있다.
상기 신호 분석기는 상기 제4 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정한 범위의 주파수 성분을 공급하는 주파수 변조기, 상기 범위의 주파수 성분과 상기 제4 분배된 전기 신호의 신호곱을 수행하는 제2 신호 믹서, 신호곱 결과에 기초하여 신호곱의 최대 출력을 획득하는 최대 출력 검출기와 상기 범위 및 상기 최대 출력에 기초하여 상기 최대 출력에 대응하는 주파수 간격을 획득하는 주파수 간격 계산기를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 생성기는 원형 구형파(original square wave)를 발생시키는 구형파 발생기와 상기 구형파가 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤과 이득 경쟁하도록 상기 직류 전류 크기에 기초하여 원형 구형파의 진폭을 조정하는 진폭 조정기를 포함할 수 있다.
상기 신호 생성기는 진폭이 조정된 원형 구형파의 주파수 간격이 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정된 주파수 간격을 가지도록 상기 진폭이 조정된 원형 구형파의 주기를 조정하는 주파수 조정기를 더 포함할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 광전 발진기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 광전 발진기를 사용하여 스퓨리어스 톤을 억제하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 신호 분석기 및 신호 생성기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 도 1에 도시된 광전 발진기를 사용하여 생성된 제1 억제된 전기 신호의 주파수 스펙트럼의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 도 1에 도시된 광전 발진기를 사용하여 생성된 전기 신호의 출력 안정성을 설명하기 위한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 다양한 실시예에 따른 광전 발진기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 광전 발진기(100)는 반도체레이저(120), 광 차폐기(131), 광섬유(132), 광 검출기(140), 전기적 증폭기(151), 전기적 대역통과 필터(152), 전기적 커플러(161), 최종 신호 믹서(162), 신호 분석기(163), 및 신호 생성기(164)를 포함하는 단일 루프 광전 발진기일 수 있다. 광전 발진기(100)는 신호 분석기(163) 및 신호 생성기(164)에 기초하여 생성한 구형파를 이용하여 스퓨리어스 톤(spurious tones)을 억제함으로써 안정된 발진 신호를 생성할 수 있다. 도 1의 실선(111)은 전기 신호를 의미하고, 파선(112)은 광신호를 의미할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 반도체레이저(120)는 입력된 광신호를 직접 변조하여 광신호를 출력할 수 있다. 광신호는 광 차폐기(331)를 통과하여 광섬유(132)의 길이에 상응하는 지연 시간이 지난 후 광 검출기(140)에 의하여 전기 신호로 변환될 수 있다. 전기적 증폭기(151)는 전기 신호를 수신하여 전기 신호의 진폭을 증폭시킬 수 있다. 전기적 대역통과 필터(152)는 증폭된 전기 신호를 필터링하여 대역폭 내의 증폭된 신호는 통과시키고, 대역폭 외의 증폭된 신호는 차단할 수 있다. 대역폭은 광전 발진기(110)가 발진을 목적하는 주파수 성분(예: 목적 주파수)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 전기적 커플러(161)는 필터링된 전기 신호를 분배하여 신호 분석기(163)에 제1 분배된 전기 신호를 출력하고, 최종 신호 믹서(162)에 제2 분배된 전기 신호를 출력할 수 있다. 전기적 커플러(161)의 분배 비율은 1:1일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 1:1을 비롯한 모든 비율로 제2 분배된 전기 신호를 분배할 수 있다. 신호 분석기(163)는 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석하고, 신호 생성기(164)는 분석 결과에 기초하여 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤을 억제할 구형파를 생성할 수 있다. 신호 분석기(163) 및 신호 생성기(164)는 도 3에서 후술한 동작에 기초하여 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석하고 구형파를 생성할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 최종 신호 믹서(162)는 신호 생성기(164)가 생성한 구형파와 제2 분배된 전기 신호를 결합하여 스퓨리어스 톤이 억제된 제2 분배된 전기 신호(예: 제1 억제된 전기 신호)를 생성하고, 출력(180)할 수 있다. 제1 억제된 전기 신호는 반도체레이저(120)에 재입력되어 광전 발진기(100)의 구성 요소(예: 반도체레이저(120), 광 차폐기(131), 광섬유(132), 광 검출기(140), 전기적 증폭기(151), 전기적 대역통과 필터(152), 전기적 커플러(161), 최종 신호 믹서(162), 신호 분석기(163), 및 신호 생성기(164))로 이루어진 폐쇄 루프의 동작을 반복함으로써 스퓨리어스 톤이 재차 억제된 전기 신호(예: 제2 억제된 전기 신호)를 생성할 수 있다. 제1 억제된 전기 신호 및 제1 억제된 전기 신호가 폐쇄 루프의 동작을 반복함으로써 생성된 신호는 진폭이 중첩되는 주파수 성분을 포함할 수 있다. 진폭이 중첩되는 주파수 성분 중 광섬유(132)의 지연 시간에 반비례하는 주파수 성분은 발진될 수 있다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 광전 발진기를 사용하여 스퓨리어스 톤을 억제하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 제1 주파수 스펙트럼(220)은 제2 분배된 전기 신호(211)의 주파수 스펙트럼이고, 제2 주파수 스펙트럼(230)은 제1 억제된 전기 신호의 주파수 스펙트럼일 수 있다. 광전 발진기(예: 도 1의 광전 발진기(100))는 단일 루프 광전 발진기이므로 제1 주파수 스펙트럼(220)은 전기적 대역통과필터(예: 도 1의 전기적 대역통과필터(152))의 대역폭(215) 내에서 발진을 목적한 주파수(예: 목적 주파수(225)) 및 제1 스퓨리어스 톤(224)을 비롯한 스퓨리어스 톤을 포함할 수 있다. 목적 주파수(225)와 스퓨리어스 톤은 광섬유(예: 도 1의 광섬유(132))의 길이에 반비례하는 일정한 주파수 간격(222)(free spectral range(FSR))을 가질 수 있다. 제2 주파수 스펙트럼(230)은 광전 발진기(100)가 발진을 목적한 목적 주파수(235), 제2 스퓨리어스 톤(236)을 비롯한 스퓨리어스 톤, 및 제1 구형파(237)를 비롯한 구형파(213)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 광전 발진기(예: 도 1의 광전 발진기(100))는 신호 분석기(예: 도 1의 신호 분석기(163)) 및 신호 생성기(예: 도 1의 신호 생성기(164))에 기초하여 제2 분배된 전기 신호(211)의 스퓨리어스 톤을 억제할 구형파(213)를 생성할 수 있다. 구형파(213)는 제2 분배된 전기 신호(211)의 스퓨리어스 톤에 근접한 주파수에서 발진하여 제2 분배된 전기 신호(211)의 스퓨리어스 톤과 이득 경쟁하도록 함으로써 스퓨리어스 톤의 진폭을 억제할 수 있다. 예를 들어, 구형파(213)의 주파수 간격(232)은 제1 주파수 스펙트럼(220)에서의 주파수 간격(222)보다 크고 주파수 간격(222)의 1.5배 미만인 크기를 가질 수 있다. 구형파(213)의 주파수 간격이 제1 주파수 스펙트럼(220)에서의 주파수 간격(222)보다 작은 경우에는 구형파(213)는 목적 주파수(235)를 간섭하여 위상 잡음을 열화시킬 수 있다. 구형파(213)의 주파수 간격이 제1 주파수 스펙트럼(220)에서의 주파수 간격(222)과 같은 경우에는 이득 경쟁이 일어나지 않아 구형파(213)는 스퓨리어스 톤을 억제되지 않을 수 있다. 구형파(213)의 주파수 간격이 제1 주파수 스펙트럼(220)에서의 주파수 간격(222)의 1.5배를 초과하는 경우에는 목적 주파수(235)의 가장 근접한 스퓨리어스 톤에 대해 이득 경쟁이 일어나지 않으므로 스퓨리어스 톤이 일부 억제되지 않을 수 있다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 신호 분석기 및 신호 생성기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 신호 분석기(163)는 분배기(300), 진폭 분석기(310), 주파수 분석기(320)를 포함하고, 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석할 수 있다. 분배기(300)는 제1 분배된 전기 신호를 분배하여 제3 분배된 전기 신호를 진폭 분석기(310)에 출력하고, 제4 분배된 전기 신호를 주파수 분석기(320)에 출력할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 진폭 분석기(310)는 제1 신호 믹서(311) 및 DC 출력 감지기(313)를 포함할 수 있다. 제1 신호 믹서(311)는 제3 분배된 전기 신호의 자기신호곱(self-mixing)을 수행할 수 있고, DC 출력 감지기(313)는 자기신호곱의 수행 결과로부터 제3 분배된 전기 신호의 직류 전류 크기를 획득(예: 계산)할 수 있다. 직류 전류 크기는 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭에 비례하는 값일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 주파수 분석기(320)는 제2 신호 믹서(321), 주파수 변조기(323), 최대 출력 검출기(325), 및 주파수 간격 계산기(327)를 포함할 수 있다. 제2 신호 믹서(321)는 제4 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정한 범위의 주파수 성분과 제4 분배된 전기 신호의 신호곱을 수행할 수 있다. 제4 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정한 범위의 주파수 성분은 주파수 변조기(323)로부터 수신한 것일 수 있다. 예를 들어, 주파수 변조기(323)는 주파수 간격의 1.1배를 곱한 크기를 가지는 범위에 포함된 주파수 성분을 제2 신호 믹서(321)에 공급할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 최대 출력 검출기(325)는 신호곱 결과에 기초하여 신호곱의 최대 출력을 획득(예: 계산)할 수 있다. 주파수 간격 계산기(327)는 최대 출력 검출기(325)로부터 수신한 최대 출력 및 주파수 변조기(323)로부터 수신한 범위에 기초하여 최대 출력에 대응하는 주파수 간격을 획득(예: 계산)할 수 있다. 획득된 주파수 간격은 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 비례하는 것일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 신호 생성기(164)는 구형파 발생기(341), 진폭 조정기(343), 및 주파수 조정기(345)를 포함할 수 있다. 구형파 발생기(341)는 진폭 및 주파수의 변형이 가해지지 않은 원형 구형파(original square wave)를 생성하여 진폭 조정기(343)에 출력할 수 있다. 진폭 조정기(343)는 신호 생성기(164)가 생성한 구형파가 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤과 이득 경쟁하도록 직류 전류 크기에 기초하여 원형 구형파의 진폭이 조정할 수 있다. 예를 들어, 진폭 조정기(343)는 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭, 직류 전류 크기, 및 원형 구형파의 진폭 크기를 비교하여 원형 구형파가 스퓨리어스 톤을 최대한 억제하도록 원형 구형파의 진폭 크기를 스칼라배할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 주파수 조정기(345)는 진폭이 조정된 원형 구형파의 주파수 간격이 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정된 주파수 간격을 가지도록 진폭이 조정된 원형 구형파의 주기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 주파수 조정기(345)는 진폭이 조정된 원형 구형파의 주파수 간격이 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격보다 크고 주파수 간격의 1.5배 미만의 크기를 가지도록 조정할 수 있다.
도 4a는 도 1에 도시된 광전 발진기를 사용하여 생성된 제1 억제된 전기 신호의 주파수 스펙트럼의 일 예를 설명하기 위한 도면이다
도 4a를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 주파수 스펙트럼(410)은 1 km의 광섬유(예: 도 1의 광섬유(132))를 사용한 광전 발진기(예: 도 1의 광전 발진기(100))의 발진 주파수 스펙트럼일 수 있다. x축은 오프셋 주파수(offset frequency)로 단위는 MHz (메가 헤르츠) 이며 중심 주파수(예: 발진을 목적하는 목적 주파수)는 14.997 GHz (기가 헤르츠)일 수 있다. y축은 검출된 RF 출력(detected radio frequency power)이고, 단위는 dBm일 수 있다1 km의 광섬유(132)에 상응하는 스퓨리어스 톤의 주파수 간격은 200 kHz이고 구형파의 주파수 간격(413)은 233 kHz일 수 있다. 광전 발진기(100)를 사용하여 생성한 제1 억제된 전기 신호(415)는 제2 분배된 전기 신호(416)에 비하여 스퓨리어스 톤의 진폭이 억제된 것일 수 있다. 예를 들어, 스퓨리어스 톤의 억제력(414)은 -31.45 dB일 수 있다.
도 4b는 도 1에 도시된 광전 발진기를 사용하여 생성된 전기 신호의 출력 안정성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4b를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 제2 분배된 전기 신호의 발진 출력 그래프(430) 및 제1 억제된 전기 신호의 발진 출력 그래프(440)의 x 축은 시간(time)이며 단위는 s(second)일 수 있고, y축은 발진 신호의 출력(oscillation power)이며 단위는 dBm일 수 있다. 출력 그래프(430, 440)의 중심 주파수(예: 발진을 목적하는 목적 주파수)는 14.997 GHz (기가 헤르츠)일 수 있다. 제2 분배된 전기 신호의 발진 출력 그래프(430)에서 발진 출력의 평균은 -27.43 dBm이며, 표준 편차는 2.99 dBm일 수 있고, 제1 억제된 전기 신호의 발진 출력 그래프(440)에서 발진 출력의 평균은 -26.68 dBm이고 표준 편차는 0.44 dBm일 수 있다. 광전 발진기(예: 도 1의 광전 발진기(100))는 구형파를 제2 분배된 전기 신호에 결합하여 스퓨리어스 톤이 억제된 제1 억제된 전기 신호를 생성하고, 제1 억제된 전기 신호는 광전 발진기(100)의 구성 요소로 이루어진 폐쇄 루프의 동작을 반복할 수 있다. 광전 발진기(100)는 폐쇄 루프의 반복 횟수가 누적될수록 스퓨리어스 톤이 더욱 억제되고 발진 출력이 안정되는 전기 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 억제된 전기 신호의 발진 출력 그래프(440)는 제2 분배된 전기 신호의 발진 출력 그래프(430)에 비해 발진 출력의 안정도에 상응하는 표준 편차 값을 2.55 dB 향상시킬 수 있다.
도 5는 다양한 실시예에 따른 광전 발진기가 스퓨리어스 톤을 억제하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
동작 510 내지 동작 550은 광전 발진기(예: 도 1의 광전 발진기(100))가 스퓨리어스 톤에 상응하는 구형파를 결합하여 스퓨리어스 톤을 억제하기 위한 동작을 설명하기 위한 것일 수 있다.
동작 510에서, 광전 발진기(100)는 반도체레이저(예: 도 1의 반도체레이저(120))가 직접 변조한 광신호에 기초하여 검출한 전기 신호를 증폭할 수 있다.
동작 520에서, 광전 발진기(100)는 증폭된 전기 신호의 발진을 목적하는 주파수 성분을 포함하는 영역을 대역통과필터를 통해 필터링할 수 있다.
동작 530에서, 광전 발진기(100)는 필터링된 전기 신호를 분배하여 제1 분배된 전기 신호를 신호 분석기(예: 도 1의 신호 분석기(163))에 출력하고 제2 분배된 전기 신호를 최종 신호 믹서(예: 도 1의 최종 신호 믹서(162))에 출력할 수 있다.
동작 540에서, 광전 발진기(100)는 신호 분석기(163)에 기초하여 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석할 수 있다.
동작 550에서, 광전 발진기(100)는 신호 분석기(163)의 분석 결과에 기초하여 신호 생성기(164)에 의해 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤을 억제할 구형파를 생성할 수 있다. 최종 신호 믹서(예: 도 1의 최종 신호 믹서(162))는 구형파 및 제2 분배된 전기 신호를 결합하여 스퓨리어스 톤이 억제된 제2 분배된 전기 신호(예: 제1 억제된 전기 신호)를 생성할 수 있다. 제1 억제된 전기 신호는 반도체레이저(120)에 입력됨으로써 광전 발진기(100)의 구성 요소로 이루어진 폐쇄 루프의 동작을 반복할 수 있다. 제1 억제된 전기 신호는 폐쇄 루프의 동작을 반복할 때마다 스퓨리어스 톤이 억제됨으로써 발진을 목적하는 목적 주파수의 발진 출력이 안정될 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 저장할 수 있으며 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (12)

  1. 광전 발진기의 동작 방법에 있어서,
    반도체레이저가 직접 변조한 광신호에 기초하여 검출한 전기 신호를 증폭하는 동작;
    증폭된 전기 신호의 발진을 목적하는 주파수 성분을 포함하는 영역을 필터링하는 동작;
    필터링된 전기 신호를 분배하여 제1 분배된 전기 신호 및 제2 분배된 전기 신호를 출력하는 동작;
    상기 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석하는 동작; 및
    분석 결과에 기초하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤을 억제할 구형파를 생성하는 동작
    을 포함하고,
    상기 분석하는 동작은,
    상기 제1 분배된 전기 신호를 분배하여 제3 분배된 전기 신호 및 제4 분배된 전기 신호를 출력하는 동작; 및
    상기 제3 분배된 전기 신호에 자기신호곱(self-mixing)을 수행하여 상기 제3 분배된 전기 신호의 직류 전류 크기를 획득하는 동작
    을 포함하고,
    상기 직류 전류 크기는 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭에 비례하는,
    광전 발진기의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구형파를 상기 제2 분배된 전기 신호와 결합하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤이 억제된 전기 신호를 생성하는 동작
    을 더 포함하는, 광전 발진기의 동작 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분석하는 동작은,
    상기 제4 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정한 범위의 주파수 성분과 상기 제4 분배된 전기 신호의 신호곱을 수행하여 신호곱의 최대 출력을 획득하는 동작; 및
    상기 범위 및 상기 최대 출력에 기초하여 상기 최대 출력에 대응하는 주파수 간격을 획득하는 동작
    을 더 포함하는, 광전 발진기의 동작 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 생성하는 동작은,
    상기 구형파가 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤과 이득 경쟁하도록 상기 직류 전류 크기에 기초하여 원형 구형파(original square wave)의 진폭을 조정하는 동작
    을 포함하는, 광전 발진기의 동작 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 생성하는 동작은,
    진폭이 조정된 원형 구형파의 주파수 간격이 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정된 주파수 간격을 가지도록 상기 진폭이 조정된 원형 구형파의 주기를 조정하는 동작
    을 더 포함하는, 광전 발진기의 동작 방법.
  7. 반도체레이저가 직접 변조한 광신호에 기초하여 전기 신호를 검출하는 광 검출기;
    검출된 전기 신호를 증폭하는 전기적 증폭기;
    증폭된 전기 신호의 발진을 목적하는 주파수 성분을 포함하는 영역을 필터링하는 전기적 대역통과필터;
    필터링된 전기 신호를 분배하여 제1 분배된 전기 신호 및 제2 분배된 전기 신호를 출력하는 전기적 커플러;
    상기 제1 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭 및 주파수를 분석하는 신호 분석기; 및
    분석 결과에 기초하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤을 억제할 구형파를 생성하는 신호 생성기
    을 포함하고,
    상기 신호 분석기는,
    상기 제1 분배된 전기 신호를 분배하여 제3 분배된 전기 신호 및 제4 분배된 전기 신호를 출력하는 분배기;
    제3 분배된 전기 신호에 자기신호곱(self-mixing)을 수행하는 제1 신호 믹서; 및
    신호곱 결과에 기초하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 진폭에 비례하는 직류 전류 크기를 획득하는 직류 출력 감지기
    를 포함하는, 광전 발진기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구형파를 상기 제2 분배된 전기 신호와 결합하여 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤이 억제된 전기 신호를 생성하는 최종 신호 믹서
    을 더 포함하는, 광전 발진기.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 신호 분석기는,
    상기 제4 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정한 범위의 주파수 성분을 공급하는 주파수 변조기;
    상기 범위의 주파수 성분과 상기 제4 분배된 전기 신호의 신호곱을 수행하는 제2 신호 믹서;
    신호곱 결과에 기초하여 신호곱의 최대 출력을 획득하는 최대 출력 검출기; 및
    상기 범위 및 상기 최대 출력에 기초하여 상기 최대 출력에 대응하는 주파수 간격을 획득하는 주파수 간격 계산기
    를 더 포함하는, 광전 발진기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호 생성기는,
    원형 구형파(original square wave)를 발생시키는 구형파 발생기; 및
    상기 구형파가 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤과 이득 경쟁하도록 상기 직류 전류 크기에 기초하여 원형 구형파의 진폭을 조정하는 진폭 조정기
    를 포함하는, 광전 발진기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호 생성기는,
    진폭이 조정된 원형 구형파의 주파수 간격이 상기 제2 분배된 전기 신호에 포함된 스퓨리어스 톤의 주파수 간격에 기초하여 결정된 주파수 간격을 가지도록 상기 진폭이 조정된 원형 구형파의 주기를 조정하는 주파수 조정기
    를 더 포함하는, 광전 발진기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112653458A (zh) * 2020-12-30 2021-04-13 北京邮电大学 一种自注入锁定光电振荡器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009258370A (ja) * 2008-04-16 2009-11-05 Mitsubishi Electric Corp 高周波発振器
CN112653458A (zh) * 2020-12-30 2021-04-13 北京邮电大学 一种自注入锁定光电振荡器

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