KR20000028379A - Stimulated brillouin scattering and erbium multiwavelength generator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A stimulated brillouin scattering and erbium multi wavelength generator is to simultaneously use the SBS(Stimulated brillouin scattering) and gain of EDF(erbium-doped fiber), thereby oscillating a laser with many different wavelengths. CONSTITUTION: A stimulated brillouin scattering and erbium multi wavelength generator comprises: an erbium doped fiber(43) that is gain medium; a Sagnac loop mirror(100) that generates high ordered stokes signal by a cascade SBS process comprising the step of generating a stokes signal with light incident from an SBS optical pump(52), obtaining a gain through the EDF(43) and generating a next ordered stokes signal, and simultaneously generating an opposite stokes signal by a four waves mixing(FWM) process between the high ordered stokes signals and the light of the SBS optical pump; and an output mirror(200) for outputting a laser beam having multi wavelength by passing the signals obtaining gains from the EDF through a wavelength division optical fiber coupler(110), and making a resonator with the Sagnac loop mirror.

Description

유도 브릴루앙 산란과 어븀 다 파장 생성기Inductive Brillouin Scattering and Erbium Multi Wavelength Generator

본 발명은 광 센서나 고밀도 파장 분할 다중화 시스템의 광원으로 사용할 수 있는 SBS/Er 광섬유 레이저에 관한 것으로서, 특히 일반 광섬유에서의 유도 브릴루앙 산란(Stimulated Brillouin Scattering; 이하, `SBS')과 어븀이 첨가된 광섬유(Erbium-doped fiber, EDF)의 이득을 동시에 이용하여 다파장으로 발진함으로써 레이저의 성능을 향상시키기 위한 SBS/Er 다파장 생성기(Multiwavelength generator)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to SBS / Er fiber lasers that can be used as light sources in optical sensors or high density wavelength division multiplexing systems. The present invention relates to an SBS / Er multiwavelength generator for improving the performance of a laser by oscillating in multiple wavelengths by simultaneously using the gain of an Erbium-doped fiber (EDF).

SBS/Er 레이저 기술은, 통신 분야에서 고밀도 다 파장 광 전송 시스템의 광원으로 응용이 가능하며, 또한 여러 채널이 필요한 광 센서 시스템의 광원으로 사용할 수 있는 기술이다.SBS / Er laser technology can be used as a light source for high density multi-wavelength light transmission systems in the communication field, and can also be used as a light source for optical sensor systems requiring multiple channels.

종래에 SBS/Er 광섬유의 레이저의 예로서, 링 형태의 SBS/Er 광섬유의 레이저를 도 1을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.Conventionally, as an example of the laser of the SBS / Er optical fiber, the laser of the SBS / Er optical fiber in a ring form will be described with reference to FIG. 1 as follows.

이 SBS/Er 광섬유의 레이저는, 기본적으로 링 형태를 갖고 있으며, 유도 브릴루앙 산란을 유발하기 위한 SBS 광 펌프 소스(SBS optical pump source, 52), 실제로 유도산란이 발생하는 단일모드광섬유(Single mode fiber, SMF)(41), 그리고 SBS 광 펌프를 공진기에 삽입하기 위해 50:50 광섬유 방향성 결합기(50:50 optical fiber directional coupler, 50:50 OFDC)(11), 또한 어븀이 첨가된 광섬유(EDF)(43)와, 이 광섬유(43)에 광 펌핑을 위한 반도체 레이저(980nm 광 펌핑 레이저 다이오드, 51)와 파장분할 광섬유 결합기(Wavelength division multiplexer Fiber Coupler, WDM FC)로 구성되어 있다. 실제 SBS/Er 레이저의 구성은, 기존에 보고된 어븀이 첨가된 광섬유 레이저의 구조와 매우 유사하다. 단지 SBS/Er 레이저는 짧은 선 폭을 갖는 광 신호를 외부에서 공진기 안으로 입사해야 한다는 것이 가장 큰 차이점이다.This SBS / Er fiber laser has a ring shape, an SBS optical pump source 52 for inducing induced Brillouin scattering, and a single mode optical fiber in which induced scattering actually occurs. fiber, SMF) 41, and a 50:50 optical fiber directional coupler (50:50 OFDC) 11 to insert the SBS optical pump into the resonator, or an erbium-doped fiber (EDF) 43, a semiconductor laser (980 nm optical pumping laser diode) 51 for optical pumping to the optical fiber 43, and a wavelength division multiplexer fiber coupler (WDM FC). The construction of the actual SBS / Er laser is very similar to that of the previously reported erbium-doped fiber laser. The only difference is that SBS / Er lasers must inject an optical signal with a short line width from the outside into the resonator.

이와 같은 링 형태의 SBS/Er 광섬유 레이저의 일 예로서, 광섬유의 비선형 SBS 이득과 광 펌핑된 EDF의 선형이득을 동시에 이용하여 여러파장에서 레이저 발진을 할 수 있다는 내용을 제시한 논문(Cowle, G. J., Loh, H. L. 과 Laming, R. I.의 논문 "Multiwavelength operation of Brillouin/Erbium fiber lasers with injection-locked seeding" (OFC'97, TuH7, (1997)))을 살펴보면 다음과 같다. 이 논문에 발표된 종래 SBS/Er 광섬유 레이저에서는 시계방향으로 진행하는 SBS 광 펌프 시그널이 단일 모드 광섬유(41)를 통과하면서, 브릴루앙 광 펌핑 소스(52)와 반대 방향인 반 시계방향으로 유도 브릴루앙 산란 시그널인 1차 스토크스(Stokes) 시그널이 생성된다. 이때 스토크스 시그널의 크기는 브릴루앙 광 펌핑 소스 시그널에 비례하며, 광섬유의 손실에 관련된 브릴루앙 문턱 값을 갖게 되며, 스토크스 시그널의 주파수 ωs는, SBS 광 펌프 소스 시그널 주파수 ωp에서 광섬유에서 음파의 속도에 비례하는 전이 주파수 ωa만큼 이동된 것이다. 즉 스토크스 시그널의 주파수는 아래 수학식 1과 같이 정의된다.As an example of such a ring-type SBS / Er fiber laser, a paper suggesting that laser oscillation can be performed at various wavelengths by simultaneously using the nonlinear SBS gain of the optical fiber and the linear gain of the optically pumped EDF (Cowle, GJ). , Loh, HL and Laming, RI, "Multiwavelength operation of Brillouin / Erbium fiber lasers with injection-locked seeding"(OFC'97, TuH7, (1997))). In the conventional SBS / Er fiber laser presented in this paper, the SBS light pump signal traveling in the clockwise direction passes through the single mode optical fiber 41, and the induction brill is counterclockwise in the opposite direction to the Brillouin light pumping source 52. The first Stokes signal, a Rouen scattering signal, is generated. The magnitude of the Stokes signal is Brillouin proportional to the optical pumping source signal, and will have a Brillouin threshold value associated with the loss of the optical fiber, the frequency ω s of the Stokes signal, in the optical fiber in the SBS optical pump source signal frequency ω p It is shifted by the transition frequency ω a which is proportional to the speed of sound waves. That is, the frequency of the Stokes signal is defined as in Equation 1 below.

ωa=ωp-ωa ω a = ω p -ω a

이러한 SBS/Er 레이저 구조는, 단일 모드 광섬유(41)에 의해서 생성된 스토크스 시그널이 어븀 첨가 광섬유(43)를 통과하면서 이득을 얻어서 공진기 내에서 발생하는 손실을 극복하여 레이저 발진을 하는 것이다. 만약 스토크스 진행 방향으로 광 아이솔레이터(Optical isolator)(31)를 장착하면, 오직 스토크스 시그널 주파수에서 레이저가 발진하게 된다. 링형 공진기 구조에서 광 아이솔레이터(31)를 제거하면 원래 브릴루앙 광 펌핑 소스에 의해 생성된 반시계 방향으로 진행하는 스토크스 시그널이 세기가 충분한 커져서 SBS 문턱 값 세기를 넘게 되면 1차 스토크스 시그널에서 다시 전이 주파수만큼 이동한 2차 스토크스 시그널을 생성하고, 진행방향은 원래 SBS 광 펌프 소스 시그널과 같은 시계방향으로 진행한다.In this SBS / Er laser structure, the Stokes signal generated by the single mode optical fiber 41 is gained while passing through the erbium-doped optical fiber 43 to overcome the loss generated in the resonator to perform laser oscillation. If the optical isolator 31 is mounted in the stokes propagation direction, the laser will only oscillate at the stokes signal frequency. If the optical isolator 31 is removed from the ring resonator structure, the anti-clockwise Stokes signal generated by the original Brillouin optical pumping source is sufficiently large enough to exceed the SBS threshold strength and then again in the primary Stokes signal. Generate a second Stokes signal shifted by the transition frequency and proceed in the same clockwise direction as the original SBS light pump source signal.

이와 같이 SBS/Er 레이저 공진기에 충분한 에너지가 공급되면 고차항의 스토크스 시그널들이 캐스캐이드(cascade) SBS 공정에 의해서 차례로 발생한다. 하지만 링형 레이저 구조에서는 홀수차 스토크스 시그널은 반 시계방향으로, 짝수차 스토크스 시그널은 시계방향으로 진행한다. 이러한 시그널을 동시에 모으기 위해서는 다시 50:50 광섬유 방향성 결합기를 사용해야 하는 문제점이 있다.As such, when sufficient energy is supplied to the SBS / Er laser resonator, high order stoch signals are sequentially generated by the cascade SBS process. However, in the ring-shaped laser structure, the odd-order Stokes signal proceeds counterclockwise, and the even-order Stokes signal proceeds clockwise. In order to collect these signals at the same time, there is a problem of using a 50:50 optical fiber directional coupler again.

이와 같이 종래 기술에 따른 링(ring) 형 브릴루앙/ 어븀(SBS/Er) 레이저에서는 캐스캐이드 SBS 공정(cascade SBS process)에 의해 장파장으로 전이된 스토크스(Stokes) 시그널들만 생성할 수 있기 때문에 레이저의 성능이 떨어지는 문제점이 있다.As described above, the ring-type Brillouin / Erbium (SBS / Er) laser according to the related art can generate only Stokes signals which are shifted to a long wavelength by a cascade SBS process. There is a problem that the performance of the laser is poor.

본 발명은 일반 광섬유에서의 유도 브릴루앙 산란(SBS)과 어븀이 첨가된 광섬유(EDF))의 이득을 동시에 이용한 다 파장 생성기(multiwavelength generator)를 제공한다.The present invention provides a multiwavelength generator that simultaneously uses the gains of induced Brillouin scattering (SBS) and erbium-doped optical fiber (EDF) in a conventional optical fiber.

이러한 본 발명은 광 센서나 고밀도 파장분할 다중화 시스템의 광원으로 사용될 것으로 기대되는 새로운 구조의 다 파장 생성 SBS/Er 광섬유 레이저를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a multi-wavelength generation SBS / Er fiber laser having a novel structure which is expected to be used as a light source of an optical sensor or a high density wavelength division multiplexing system.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 이득매질인 어븀 첨가 광섬유, 고반사 거울인 사그낙 루프거울(Sagnac loop mirror), 그리고 10 %의 레이저 빔을 출력하는 광섬유결합기와 광섬유 일측 절단면에 금속을 표면 처리한 평면 거울로 이루어진 출력 거울로 구성되어 있다.In order to achieve the above object, the present invention is constructed with a erbium-doped optical fiber as a gain medium, a Sagnac loop mirror as a high reflecting mirror, and an optical fiber coupler that outputs a laser beam of 10% and a metal on one side of the optical fiber. It consists of an output mirror consisting of a flat mirror surface-treated.

위에서, 사그낙 루프 거울은 입력 포트 입사되는 광을 시계방향 포트와 반시계방향 출력 포트로 나뉘어 주는 50 : 50 광섬유 방향성 결합기와, 상기 광섬유 방향성 결합기의 두개의 출력 포트에 연결되어 있는 분산 천이 광섬유(DSF)로 구성된다.Above, the Sagnak loop mirror is a 50:50 optical fiber directional coupler that divides the input port incident light into a clockwise port and a counterclockwise output port, and a distributed transition optical fiber (DSF) connected to two output ports of the optical fiber directional coupler. It is composed of

이에 따라, 사그낙 루프 거울의 입력 포트를 통해 외부에서 입력된 SBS 펌프는 50:50 광섬유 방향성 결합기에서 반반씩 나뉘어져 시계 및 반 시계 방향으로 진행한다. 각각의 SBS 광 펌프는 사그낙 루프 거울의 분산천이 광섬유(DSF)를 진행할 때 SBS 공정에 의해 SBS 광 펌프 소스에서 주파수 전이된 스토크스 시그널들을 생성하고, 생성된 스토크스 시그널들이 공진기에 삽입된 EDF 이득을 얻어 증폭된다. 생성된 스토크스가 충분한 이득을 얻게 되면 다시 다음 차수의 스토크스 시그널을 생성한다. 이러한 캐스캐이드 SBS 공정을 통해 고차 스토크스가 생성된다. 이와 더불어, 그 생성된 스토크스 시그널들과 SBS 광 펌프 사이에 3차 비선형 효과인 4광파 혼합(Four wave mixing: FWM)공정을 통해 고차 스토크스 시그널과 더불어 반대스토크스 시그널들을 생성한다. 이에 따라서, 본 발명은 종래기술보다는 좀 더 많은 파장으로 레이저 발진을 할 수가 있다.Accordingly, the SBS pump input from the outside through the input port of the sagnak loop mirror is divided in half by 50:50 optical fiber directional coupler and proceeds clockwise and counterclockwise. Each SBS optical pump generates Stokes signals that are frequency shifted from the SBS optical pump source by the SBS process as they progress through the distributed transition optical fiber (DSF) of the Sagnak loop mirror, and the generated Stokes signals are inserted into the resonator EDF gain. Is obtained and amplified. Once the generated Stokes gain enough gain, they generate the next order Stokes signal. This cascade SBS process produces higher order stokes. In addition, the Fourth Wave Mixing (FWM) process, which is a third order nonlinear effect between the generated Stokes signals and the SBS light pump, generates counter Stokes signals in addition to the higher order Stokes signals. Accordingly, the present invention enables laser oscillation at more wavelengths than in the prior art.

도 1은 종래에 제안된 링형 SBS/Er 다 파장 레이저의 실험 장치도,1 is an experimental device diagram of a ring-type SBS / Er multi-wavelength laser proposed in the prior art,

도 2는 사그낙 루프 거울에서 SBS 펌프와 스토크스의 입출력 특성을 보여주는 구조도,2 is a structural diagram showing the input and output characteristics of the SBS pump and the Stokes in the Sagnak loop mirror,

도 3은 본 발명의 실시 예로 구성된 SBS/Er 레이저의 실험 장치도,3 is a test apparatus diagram of an SBS / Er laser configured as an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 실시 예로 구성된 SBS/Er 레이저의 90:10 광섬유 방향성 결합기에서 측정된 광 스펙트럼 결과를 나타낸 도면.FIG. 4 is a diagram showing optical spectral results measured at a 90:10 optical fiber directional coupler of an SBS / Er laser constructed as an embodiment of the present invention. FIG.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

11 , 110 : 50:50 광섬유 방향성 결합기 12 : 파장 분할 광섬유 결합기11, 110: 50:50 fiber optic directional coupler 12: wavelength division fiber optic coupler

13 : 90:10 광섬유 방향성 결합기 21, 131, 132 : 편광조절기13: 90:10 optical fiber directional coupler 21, 131, 132: polarization controller

31 : 광 아이솔레이터 41, 121 : 단일 모드 광섬유31: optical isolator 41, 121: single mode fiber

43 : 어붐 첨가 광섬유 51 : 반도체 레이저43: optical fiber with boom 51: semiconductor laser

52 : SBS 광 펌핑 소스 61 : 평면거울52: SBS optical pumping source 61: flat mirror

71 : 광 스펙트럼 분석기 100 : 사그낙 루프 거울71: optical spectrum analyzer 100: sagnak loop mirror

120 : 분산 천이 광섬유 200 : 출력 거울120: dispersion transition optical fiber 200: output mirror

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

설명에 앞서, 일반적으로 Fabry-Perot 형태 레이저는 고 반사율 거울(high reflecting mirror), 이득 매질(gain medium) 그리고 출력거울(output coupling mirror)로써 세 부분으로 나누어진다.Prior to the description, a Fabry-Perot type laser is generally divided into three parts: a high reflecting mirror, a gain medium and an output coupling mirror.

본 발명에서 제안한 공진기를 일반적인 Fabry-Perot 형태의 레이저 공진기와 비교해 보면, 사그낙 루프 거울은 기존 레이저의 고 반사 거울에 해당한다. 이득 매질로는 반도체 레이저에 의해 광 펌핑된 어븀이 첨가된 광섬유가 해당된다. 레이저 출력을 내는 출력 거울은, 광섬유의 절단면에 금속을 표면 처리한 평면 거울(metal coated planar mirror)과 10%를 출력하는 90:10 광섬유 방향성 결합기가 해당된다.Comparing the proposed resonator with a general Fabry-Perot type laser resonator, the Sagnak loop mirror corresponds to the high reflection mirror of the conventional laser. The gain medium is an optical fiber added with erbium optically pumped by a semiconductor laser. Output mirrors for laser output include metal coated planar mirrors with a metal surface on the cut surface of the optical fiber and a 90:10 optical fiber directional coupler for outputting 10%.

본 발명이 종래 링형 SBS/Er 광섬유 레이저와 비교되는 독특한 특징은 사그낙 루프 거울의 사용이다. 도 2는 본 발명에서 사용되는 사그낙 루프 거울(도 3의 도면부호 `100'참조)에서, 입력된 SBS 광 펌프(SBS pump)와 생성된 스토크스(Stokes) 신호들의 입출력 관계를 나타내고 있다.A unique feature of the present invention compared to conventional ring-type SBS / Er fiber lasers is the use of Sagnak loop mirrors. FIG. 2 illustrates an input / output relationship between an input SBS pump and generated Stokes signals in a Sagnak loop mirror (see “100” in FIG. 3) used in the present invention.

도 2에 도시된 사그낙 루프 거울은, 50 : 50 광섬유 방향성 결합기(110)의 두개의 출력 포트(3과 4)에 SBS 공정을 유발하는 단일 모드 광섬유(121)와 함께 광 융합 접속(fusion splicing)함으로 구성할 수 있다. 사그낙 루프 자체는 비공진형 간섭계(non-resonant interferometer) 인데 마치 거울처럼 동작한다. 50:50 광섬유 방향성 결합기(110)의 입력 포트(1)로 입사된 광파는 결합기를 통과하여 반반씩 분배되어 시계방향과 반 시계방향으로 진행한 후 그 결합기에 다시 모여진다. 시계 방향과 반 시계방향으로 진행한 광들간의 경로차에 의한 위상변화에 따라 입력 포트로 일부가 반사되고 나머지는 포트(2)로 투과된다. 본 발명에서는 사그낙 루프 거울에 삽입된 편광 조절기(131, 132)로 진행하는 광의 편광 상태를 조절하여 입력된 SBS 펌프와 생성된 스토크스 신호간의 분리가 가능하다. 입력된 SBS 펌프 광은 입력 포트(1)로 되돌아오고, 생성된 스토크스 시그널들은 출력 포트(2)로 방출시킨다. 이러한 SBS 펌프의 반사는 SBS 펌프 광이 EDF(121)를 통과하는 것을 억제하고, 스토크스 시그널에서의 레이저 발진특성을 향상시킬 수 있다.The sagnak loop mirror shown in FIG. 2 is a fusion splicing with a single mode fiber 121 causing an SBS process to two output ports 3 and 4 of a 50:50 fiber directional coupler 110. Can be configured as The Sagnak loop itself is a non-resonant interferometer that acts like a mirror. The light waves incident on the input port 1 of the 50:50 optical fiber directional coupler 110 pass through the coupler half-and-half, proceed clockwise and counterclockwise, and then gather again at the coupler. A part is reflected to the input port and the other is transmitted to the port 2 in accordance with the phase change caused by the path difference between the lights traveling in the clockwise and counterclockwise directions. In the present invention, it is possible to separate the input SBS pump and the generated Stokes signal by adjusting the polarization state of the light traveling to the polarization controllers 131 and 132 inserted into the Sagnak loop mirror. The input SBS pump light is returned to the input port 1 and the generated Stokes signals are emitted to the output port 2. Such reflection of the SBS pump can suppress the SBS pump light from passing through the EDF 121 and can improve the laser oscillation characteristic in the Stokes signal.

도 3은 본 발명의 실시 예로서 구성된 SBS/Er 다파장 생성기의 구성도이다.3 is a block diagram of an SBS / Er multi-wavelength generator configured as an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하여 본 발명의 SBS/Er 다파장 생성기의 구성을 살펴보면, HP에서 만든 파장 가변 레이저로서 선 폭은 약 80 kHz 이고, 최대 출력은 약 5.0 mW 인 SBS 광 펌프(52)와, 캐스캐이드 SBS 공정과 4 광파 혼합 공정이 발생하는 사그낙 루프 거울(100)과, 이득매질로서 길이 12.0 m인 어븀이 첨가된 광섬유(EDF)(43)와 출력 거울(200)로 구성되어 있다.Referring to the configuration of the SBS / Er multi-wavelength generator of the present invention with reference to Figure 3, a wavelength variable laser made by HP as a line width of about 80 kHz, the maximum power is about 5.0 mW SBS light pump 52 and the cas A sagnak loop mirror 100, in which a CADE SBS process and a four-wave mixing process, occurs, and an optical fiber (EDF) 43 and an output mirror 200 to which erbium having a length of 12.0 m is added as a gain medium.

이때 파장 분할 광섬유 결합기(12)를 통해 어븀 첨가 광섬유(EDF)(43)에 광 펌핑을 하는데, 이때 최대 출력이 80mW 되는 980nm 반도체 레이저(51)를 사용한다.At this time, the light is pumped to the erbium-doped optical fiber (EDF) 43 through the wavelength division optical fiber coupler 12, in which the 980nm semiconductor laser 51 having a maximum power of 80mW is used.

위에서, 사그낙 루프 거울(100)은, 입사되는 광을 시계방향과 반시계방향으로 나누어 출력하고, 입사된 SBS 광 펌프는 입사된 포트(1)로 되돌아가게 하고, 생성된 스토크스 시그널은 출력포트(2)로 방출하는 50 : 50 광섬유 방향성 결합기(110)와, 이 광섬유 방향성 결합기(110)의 두개의 출력 포트(3, 4)에 연결되어, 그 결합기를 통해 입력된 SBS 펌프 시그널과 생성된 스토크스 시그널 및 반대 스토크스 시그널을 분리하는데 사용하는 두 개의 편광 조절기(131, 132)와, 두 편광 조절기(131, 132) 사이에 연결되어 상기 광섬유 방향성 결합기(110)에서 나뉘어진 시계방향 및 반시계방향의 SBS 광 펌프 입력을 받아 SBS를 유발하여 고차 스토크스 시그널들과 반대 스토크스 시그널들을 함께 생성하는, 길이가 1.0 Km인 분산 천이 광섬유(Dispersion shifted Fiber, DSF)(120)로 구성된다.In the above, the sagnak loop mirror 100 outputs incident light divided into clockwise and counterclockwise directions, the incident SBS light pump is returned to the incident port 1, and the generated Stokes signal is output to the output port. (2) connected to the 50:50 optical fiber directional coupler 110 and the two output ports (3, 4) of the optical fiber directional coupler 110, and generated with the SBS pump signal inputted through the coupler Two polarization adjusters 131 and 132 used to separate the Stokes signal and the opposite Stokes signal, and clockwise and half divided between the two polarization adjusters 131 and 132 and divided by the optical fiber directional coupler 110. It consists of a 1.0 shift-long dispersion shifted fiber (DSF) 120 that receives a clockwise SBS light pump input and induces SBS to produce higher order stokes signals and opposite stokes signals.

그리고, 상술한 출력 거울(200)은, 다파장 레이저 빔을 출력을 하기 위한 90 : 10 광섬유 방향성 결합기(13)와, 광섬유의 일측 절단면에 금속을 표면 처리한 평면 거울(metal coated planar mirror)(61)로 구성된다.The output mirror 200 includes a 90:10 optical fiber directional coupler 13 for outputting a multi-wavelength laser beam, and a metal coated planar mirror surface-treated with metal on one side of the optical fiber ( 61).

이때의 평면 거울(61)은 상기한 사그낙 루프 거울(100)과 더불어 공진기로서의 역할을 한다. 또한 평면 거울은 구체적으로는, 광섬유의 한쪽 단면을 Cr 과 Au를 순차적으로 증착하여 만든 것이고, 반사가 이루어지는 층은 Au이다. Cr은 Au를 광섬유에 좀더 쉽게 증착하기 위해 단순한 버퍼층(buffer layer)으로 증착하였다. 이 평면 거울(61)은 광 파장 1544nm에서 반사율이 약 88% 로 측정되었다.The planar mirror 61 at this time serves as a resonator together with the sagnak loop mirror 100 described above. In addition, the planar mirror is specifically made by sequentially depositing Cr and Au on one end surface of the optical fiber, and the reflective layer is Au. Cr was deposited in a simple buffer layer to make it easier to deposit Au onto optical fibers. This planar mirror 61 measured a reflectance of about 88% at an optical wavelength of 1544 nm.

한편, 광 스펙트럼 분석기(71)는 90 : 10 광섬유 방향성 결합기(13)에 연결되어 그 레이저 출력을 받아 도 4에서와 같은 광 스펙트럼을 출력한다.On the other hand, the optical spectrum analyzer 71 is connected to the 90:10 optical fiber directional coupler 13 receives the laser output and outputs the optical spectrum as shown in FIG.

이와 같은 구성에 의거해서, 본 발명의 SBS 공정과 4광파 혼합공정에 의한 다파장 레이저 발진 작용을 설명하면 다음과 같다.Based on such a configuration, the multi-wavelength laser oscillation action by the SBS process and the four-wave mixing process of the present invention will be described as follows.

먼저, SBS 광 펌프 소스(52)에서 펌핑된 광이 SBS를 유발하는 광섬유(분산 천이 광섬유 또는 단일 모드 광섬유)를 포함한 사그낙 루프 거울(200)의 입력 포트(1)로 입사되어지면 50:50 광섬유 방향성 결합기(110)에서 나뉘어져 각각 시계방향과 반 시계방향으로 진행한다. 나뉘어진 SBS 광 펌프 입력은 SBS를 유발하는 광섬유(120)에서 각각 1차 스토크스 시그널들을 생성하고, 생성된 1차 스토크스 시그널들은 사그낙 루프 거울(200)의 출력 포트(2)로 나와, EDF(43)를 통과하면서 이득을 얻게 된다.First, when the light pumped from the SBS optical pump source 52 is incident on the input port 1 of the Sagnak loop mirror 200 including the optical fiber (distributed transition optical fiber or single mode optical fiber) causing the SBS, the 50:50 optical fiber It is divided in the directional coupler 110 and proceeds clockwise and counterclockwise, respectively. The divided SBS optical pump inputs generate primary stokes signals in the SBS-induced optical fiber 120, respectively, and the generated primary stokes signals are output to the output port 2 of the sagnak loop mirror 200, EDF You gain by passing (43).

이러한 1차 스토크스 시그널이 그 사그낙 루프 거울과 평면거울로 이루어진 공진기를 순환하면서 충분한 에너지를 얻게 되면 2차 스토크스 시그널을 생성하는 다시 SBS 광 펌프로 작용한다. 이러한 캐스캐이드 SBS 공정을 통해 SBS/Er 광섬유 레이저에서는 고차 스토크스를 생성할 수 있다.When this primary Stokes signal circulates a resonator consisting of its Sagnac loop mirror and a planar mirror, it can act as an SBS light pump again to generate a secondary Stokes signal. Through this cascade SBS process, higher order stokes can be generated in SBS / Er fiber lasers.

이렇게 생성된 고차 스토크스 시그널들과 입력된 SBS 펌프 광은 3차 비선형 효과인 4 광파 혼합에 의해 새로운 파장의 시그널들, 즉 고차 스토크스 시그널들과 반대 스토크스 시그널들을 생성하게 된다. 실제로 4 광파 혼합 공정은 두개 이상의 광파가 광섬유상을 같은 방향으로 함께 진행할 때 발생한다. 이때 새로 생성되는 파장은 4광파 혼합에 참여하는 파장들 사이의 에너지를 보전하는 주파수, 즉 반대 주파수에서 생성된다.The generated higher order Stokes signals and the input SBS pump light generate signals of a new wavelength, that is, the higher order Stokes signals and the opposite Stokes signals by the fourth wave mixing, which is a third order nonlinear effect. In fact, the four-wave mixing process occurs when two or more light waves travel together in the same direction on an optical fiber. In this case, the newly generated wavelength is generated at a frequency for conserving energy between wavelengths participating in the four-wave mixing, that is, the opposite frequency.

4광파 혼합에 의해 생성된 새로운 파장의 파워는 사용한 광섬유의 분산값과 반비례 관계를 갖고 있다. 또한, 분산값이 약 17 ps/nm km인 일반 광섬유로 구성된 루프의 경우 반대 스토크스 성분이 관측되지 않은 반면, 분산값이 1.5 ps/nmkm인 분산천이광섬유를 사용했을 경우 반대스토크스 성분과 고차 스토크스 성분이 동시에 관측되었다.The power of the new wavelength produced by the four-wave mixing is inversely related to the dispersion of the fiber used. In addition, in the case of a loop composed of a general optical fiber having a dispersion value of about 17 ps / nm km, no counter stokes component was observed, whereas in the case of using a dispersion transition optical fiber having a dispersion value of 1.5 ps / nmkm, the reverse stokes component and a higher order Stokes components were observed simultaneously.

브릴루앙 주파수 전이는 사용하는 광섬유의 성분과 사용하는 SBS 펌프에 의해 결정되어진다. 이러한 특성은 다 파장 생성기에서 생성된 광 파들의 파장 간격을 조절하는데 이용되어질 수 있다. RF 스펙트럼 분석기에서 측정된 브릴루앙 주파수 전이는 Ge 이 약 4% 정도 도핑된 단일 모드 광섬유에서 사용된 SBS 광 펌프의 파장이 1550 nm 인 경우 약 10.82 GHz 이며, 측정된 스토크스 시그널의 주파수 선폭은 10MHz 였다. 이러한 주파수 전이는 파장으로는 대략 0.08 nm에 해당한다. 분산 천이 광섬유 경우에는 브릴루앙 주파수 전이는 10.62GHz 이다.The Brillouin frequency transition is determined by the components of the fiber used and the SBS pump used. This property can be used to adjust the wavelength spacing of the light waves generated in the multi-wavelength generator. The Brillouin frequency transition measured by the RF spectrum analyzer is about 10.82 GHz when the wavelength of the SBS light pump used in single mode fiber doped with about 4% Ge is 1550 nm, and the frequency line width of the measured Stokes signal is 10 MHz. It was. This frequency transition corresponds to approximately 0.08 nm in wavelength. In the case of a distributed transition fiber, the Brillouin frequency transition is 10.62 GHz.

EDF 레이저 발진 파장은 SBS/Er 레이저 구성에 있어서 중요한 요소이다. 만약 SBS 펌핑이 없는 경우 SBS/Er 레이저는 선 폭은 수 nm를 갖는 보통 EDF 광섬유 레이저처럼 작동한다. 이때 발진 파장은 사그낙 루프 거울에 있는 편광조절기(131, 132)의 조정에 따라 변하지만 본 실시 예의 경우 주요 발진 파장은 약 1560 nm근방에 있다. SBS/Er 레이저가 가장 효과적으로 발진하기 위해서는 입력된 SBS 펌프 파장은 EDF 발진 파장에 근접해야 한다. 그 이유는 SBS 펌프가 EDF 레이저 파장에서 멀리 떨어진 경우 입력된 SBS 펌프 파장에서 약 0.08nm 떨어진 스토크스 시그널과 EDF 발진 시그널간의 이득 공유와 때로는 이득 경쟁을 유발하여 SBS/Er 레이저는 안정된 상태를 유지할 수 없기 때문이다.EDF laser oscillation wavelength is an important factor in SBS / Er laser construction. If there is no SBS pumping, the SBS / Er laser operates like a normal EDF fiber laser with a line width of several nm. At this time, the oscillation wavelength is changed according to the adjustment of the polarization controllers 131 and 132 in the Sagnak loop mirror, but in the present embodiment, the main oscillation wavelength is about 1560 nm. In order for an SBS / Er laser to oscillate most effectively, the input SBS pump wavelength must be close to the EDF oscillation wavelength. The reason is that if the SBS pump is far from the EDF laser wavelength, it will cause gain sharing and sometimes gain competition between the Stokes signal and the EDF oscillation signal, which is about 0.08 nm away from the input SBS pump wavelength, and the SBS / Er laser can remain stable. Because there is not.

이상과 같은 본 발명을 이용하면, 생성된 스토크스 시그널들과 SBS 광 펌프 사이에 4광파 혼합 공정을 통해 고차 스토크스 시그널과 더불어 반대스토크스 시그널들을 생성함으로써, 종래기술보다는 좀 더 많은 파장으로 레이저 발진을 할 수가 있어 레이저의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Using the present invention as described above, by generating a four-wave mixing process between the generated Stokes signals and the SBS optical pump and the opposite Stokes signals along with the higher order Stokes signals, the laser at a more wavelength than the prior art Since oscillation can be performed, there is an effect that can improve the performance of the laser.

Claims (5)

이득매질인 어븀 첨가 광섬유;Erbium-doped optical fiber which is a gain medium; 외부에서 유도 브릴루앙 산란(SBS) 광 펌프로부터의 광이 입사되어 스토크스 시그널을 생성한 후 상기 어븀 첨가 광섬유에서 이득을 얻고나서 출력 거울에서 공진된 다음 차수의 스토크스 시그널을 생성하는 캐스캐이드 SBS 공정 에 의해 고차 스토크스 시그널들을 생성함과 함께 그 고차 스토크스 시그널들과 상기 SBS 광 펌프의 광 사이에 4 광파 혼합공정에 의해 반대 스토크스 시그널들을 생성하는 사그낙 루프 거울; 및A cascade that receives light from an inductive Brillouin scattering (SBS) light pump from outside to generate a stokes signal, then gains from the erbium-doped fiber and then resonates at the output mirror and then generates the next order Stokes signal. A Saganak loop mirror which generates higher order Stokes signals by an SBS process and generates opposite Stokes signals by a four-wave mixing process between the higher order Stokes signals and the light of the SBS light pump; And 상기 어븀 첨가 광섬유에서 이득을 얻은 상기 시그널들을 파장 분할 광섬유 결합기를 통해 반도체 레이저에 의해서 광 펌핑한 다파장의 레이저를 출력하고, 상기 사그낙 루프 거울과 더불어 공진기가 되는 출력 거울로 구성된 것을 특징으로 하는 유도 브릴루앙 산란과 어븀(SBS/Er) 다파장 생성기.Induced by the erbium-doped optical fiber is a multi-wavelength laser light-pumped by a semiconductor laser through the wavelength division optical fiber coupler, and the induction mirror consisting of a resonator with the Sagnak loop mirror Brillouin scattering and Erbium (SBS / Er) multiwavelength generator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 사그낙 루프 거울은,The sagnak loop mirror, 입사되는 광을 시계방향과 반시계방향으로 나누어 출력하고, 입사된 광은 입사된 포트로 되돌아가게 하고, 생성된 스토크스 시그널은 출력포트로 방출하는 50 : 50 광섬유 방향성 결합기;A 50:50 optical fiber directional coupler for dividing the incident light into clockwise and counterclockwise directions, causing the incident light to return to the incident port, and generating the generated Stokes signal to the output port; 상기 광섬유 방향성 결합기의 두개의 출력 포트에 연결되어, 그 결합기를 통해 입력된 SBS 펌프 시그널과 생성된 스토크스 및 반대 스토크스 시그널을 분리하는 편광 조절기; 및A polarization controller connected to two output ports of the optical fiber directional coupler, for separating the SBS pump signal inputted through the coupler and the generated stalks and the opposite stalks signal; And 상기 편광 조절기 사이에 연결되어 상기 광섬유 방향성 결합기에서 나뉘어진 시계방향 및 반시계방향의 SBS 광 펌프 입력을 받아 SBS를 유발하여 스토크스 시그널들과 4광파 혼합을 통해 반대 스토크스 시그널들을 함께 생성하는 광섬유로 구성된 것을 특징으로 하는 유도 브릴루앙 산란과 어븀(SBS/Er) 다파장 생성기.An optical fiber connected between the polarization controllers to receive SBS optical pump inputs clockwise and counterclockwise divided by the optical fiber directional coupler to induce SBS to generate stalk signals and opposite stalk signals through four-wave mixing Inductive Brillouin scattering and Erbium (SBS / Er) multiwavelength generator, characterized in that consisting of. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 광섬유는, 분산 천이 광섬유(DSF)를 사용한 것을 특징으로 하는 유도 브릴루앙 산란과 어븀(SBS/Er) 다파장 생성기.The optical fiber is a distributed transition optical fiber (DSF), characterized in that the induction Brillouin scattering and Erbium (SBS / Er) multi-wavelength generator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 출력 거울은,The output mirror, 다파장 레이저의 출력을 감시하는 90 : 10 광섬유 방향성 결합기와;A 90:10 optical fiber directional coupler for monitoring the output of the multiwavelength laser; 이 광섬유 방향성 결합기의 출력을 반사하기 위해 광섬유의 일측 절단면에 금속을 표면 처리한 평면 거울로 구성된 것을 특징으로 하는 유도 브릴루앙 산란과 어븀(SBS/Er) 다파장 생성기.Inductive Brillouin scattering and Erbium (SBS / Er) multiwavelength generator, characterized in that it consists of a planar mirror surface-treated with a metal on one side of the optical fiber to reflect the output of the optical fiber directional coupler. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 어븀 첨가 광섬유는, 상기 SBS 광 펌프의 광을 고정한 상태에서 상기 반도체 레이저 파워의 증가에 따라 이득이 증가됨으로써, 상기 시그널들을 순차적으로 생성하는 것을 특징으로 하는 유도 브릴루앙 산란과 어븀(SBS/Er) 다파장 생성기.Induced Brillouin scattering and erbium (SBS / Er) are characterized in that the erbium-doped optical fiber generates the signals sequentially by increasing the gain with the increase of the semiconductor laser power while fixing the light of the SBS light pump. ) Multiwavelength Generator.
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