KR20000066752A - 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저 - Google Patents

반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저에 관한 것으로서, 본 발명은 광시분할방식 광통신 시스템에 사용되는 10GHz 급의 초고속 광펄스열을 발생시키기 위하여 소정 전원을 공급하는 파워공급기와, 상기 파워공급기로부터 소정 전원을 공급받아 이득매체 역할을 하는 반도체 광증폭기와, 상기 반도체 광증폭기가 작동됨에 따라 레이저 광의 투과 대 반사 비율을 9:1로 하여 연속 발진시키는 출력커플러와, 단일 편광상태로 발진할 수 있도록 편광을 조절하는 편광조절기와, 레이저 중심파장을 원하는 대역에서 발진할 수 있도록 필터링하는 파장가변필터와, 10GHz의 RF신호를 발생하는 RF 신호발생기와, 상기 RF 신호발생기로부터 RF신호를 공급받아 십 수 피코초 수준의 초단 펄스열이 발생되도록 스위칭하는 광세기 변조기와, 레이저 광이 역방향 궤환되는 것을 방지하는 광고립기로 이루어진다.
본 발명에 의하면 종래의 광섬유 레이저에 비해 주위환경의 섭동, 즉 온도변화나 진동에 대한 영향을 덜 받게 되어 출력 광펄스열의 안정성을 향상시킬 수 있다.

Description

반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저{Actively mode-locked optical fiber ring laser using a semiconductor optical amplifier as a gain medium}
본 발명은 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저에 관한 것으로서, 특히 초고속 광통신 시스템의 광시분할방식(Optical Time Division Multiplexing)에 활용할 수 있는 초고속 광펄스열 발생장치에 관한 것이다.
최근 초고속 대용량 광통신 시스템을 구현하기 위해 파장 다중화(이하, WDM : Wavelength Division Multiplexing) 또는 광시분할 다중화(이하, OTDM : Optical Time Division Multiplexing) 방식에 의한 광전송 시스템 연구가 활발히 진행되고 있다.
여기서, 각각의 전송광원은 다중화 특성상 WDM의 경우, 다중화 파장발진이 가능한 파브리-페로(Fabry Perot)형 반도체 레이저를 중심으로 연구가 진행되고, 40Gbps 이상의 OTDM일 경우에는 초고속 펄스열을 구현하기가 용이한 모드 록킹된 광섬유 레이저를 중심으로 시스템이 구축되고 있다.
특히, 상기 광섬유 레이저는 어븀첨가 광섬유(Erdium-doped otical fibre)를 이득 매체로 하여 고차 조화 모드 록킹방법에 의해 10Gbps급의 광펄스열을 발생시킨다. 또한, 레이저 이득물질인 어븀첨가 광섬유는 상준위 여기시간이 수 밀리초로 길고 광통신 파장대(1.5μm)에 중심 천이선이 존재하므로 광통신 응용을 위한 광섬유 레이저에 관한 연구는 어븀첨가된 특수 광섬유가 최초로 개발된 1988년부터 시작되었다. 그러나, 당시에는 주로 연속 발진이나 수 MHz 반복율 정도의 낮은 주파수로 동작되었다.
통상적으로 시분할 방식에 의한 광통신 광원은 적어도 10GHz 이상의 고반복율 펄스 동작을 요구하는데, 이 때문에 공진기 길이가 긴 광섬유 레이저의 구조에서는 고차 조화파 모드록킹 방법을 사용할 수밖에 없다.
상기 고차 조화파 모드 록킹이란 펄스동작을 위해 레이저 공진기안에 위치한 광변조기의 스위칭 주파수가 레이저 공진기 길이에 해당하는 광펄스 왕복 주파수의 정수배가 되면 모드 록킹이 되어 수 피코초 수준의 짧은 레이저 광펄스열 동작을 일으키게 되는 원리이다.
이와같이 모드 록킹된 어븀첨가 광섬유 레이저는 일본의 NTT 그룹 등 시분할 광통신(OTDM) 시스템을 연구하는 그룹 등에서 전송 및 동기 회로 광원으로서 많이 연구되어 왔다.
상기 어븀 첨가 광섬유 레이저의 구성은 파장가변필터, 커플러, 광세기 변조기, 펌핑용 반도체 레이저, 편광조절기와 이득 매체인 어븀첨가 광섬유로 되어 있고, 모드 록킹방법에 의하면 레이저 공진기 길이에 해당되는 주파수의 정수배로 RF파를 광변조기에 인가해주면 고차 조화파 모드 록킹에 의해 수 피코초 수준의 초단 펄스열이 발생되게 된다.
한편, 모드 록킹된 반도체 레이저에 의한 광통신 시스템도 연구되어 왔는데 이러한 반도체 레이저는 도 1에 도시된 바와같이, EAM(Electroabsorption modulator)(1), 패러데이 고립기(Faraday isolator)(2), 편광조절기(3), 반도체 레이저 증폭기(SLA: Semiconductor Laser Amplifier)(4), 파장가변필터(5) 및 커플러(6)로 이루어져 있으며, 소형이지만 10GHz 이상 동작되면 주파수 처핑효과가 크고 펄스형태가 가우시안(Gaussian)이 아니기 때문에 장거리 시분할 광통신 시스템 구성에는 적합하지 않은 것으로 보고되어지고 있다.
특히, 광반도체의 여기시간은 어븀첨가 광섬유에 비해 1 나노초 이하로 짧아 레이저의 특성에 있어서는 광섬유 레이저와는 달리 수 GHz 대역의 이완진동 주파수(Relaxation oscillation frequency)를 갖게 된다.
따라서, 레이저 이득체는 광 반도체 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)로 하되 공진기 구성은 광섬유 레이저와 같이 장반경으로 하는 결합형(Hybrid) 형태의 레이저 구성이 제안되어 왔는데 1997년 M.J. Guy 등에 의해 CLEO/QLES'97 학회에서 반도체 광 증폭기와 EA 변조기(Electroabsorption modulator)를 주된 소자로 사용하여 1.3μm 대에서 발진하는 반도체-광섬유 레이저를 구성하여 발표한 바 있다.
그런데, 상술한 바와같이 종래의 어븀 첨가 광섬유 레이저는 충분한 이득을 얻기 위하여 십 수미터 이상의 긴 공진기 구조를 갖을 수밖에 없었고 이러한 이유에서 이득매체로서 사용되는 어븀첨가 광섬유의 상준위 여기시간이 수 밀리초로 길어지기 때문에 주위환경의 섭동에 의한 출력 펄스열의 불안정성이 존재하는 문제점이 있었다.
이와같은 긴 공진기 구조는 주위환경의 온도나 진동에 의한 영향에 민감하여 광펄스열의 세기가 불안정해지기 쉬우므로 최근까지도 이러한 광펄스의 불안전성을 제어하기 위한 많은 노력이 진행되고 있으며, 최근 반도체 광증폭 제조기술의 발달로, 수백 마이크로미터 길이에서도 어븀첨가 광섬유와 동등한 이득을 낼 수 있는 증폭기가 개발되어 이를 이용한 여러가지 능동형 광소자의 개발이 추진중에 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 어븀 첨가 광섬유 대신 반도체 광증폭기를 이득매체로 하여 초단 광펄스열을 발생시킴으로써 광섬유 레이저에 비해 주위환경의 섭동, 즉 온도변화나 진동에 대한 영향을 덜 받게 되어 출력 광펄스열의 안정성을 향상시킬 수 있도록 한 반도체 광증폭기를 이득매체로 한 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술사상으로서, 단일모드 광섬유로 연결되어 있는 레이저 공진기를 갖는 능동형 모드 록킹된 광섬유 레이저에 있어서,
상기 레이저 공진기의 내부손실보다 이득이 많도록 내부손실에 상응하는 초기 파워전원을 공급하는 파워공급기와, 상기 파워공급기로부터 공급된 전기에너지를 레이저 광으로 변환시키는 이득체 역할을 하는 반도체 광증폭기와, 상기 반도체 광증폭기가 작동됨에 따라 레이저 광의 투과 대 반사를 소정 비율로 하여 연속 발진시키는 출력커플러와, 상기 레이저 공진기 내의 레이저 광펄스가 단일 편광상태로 발진할 수 있도록 편광을 조절하는 편광조절기와, 상기 레이저 공진기 내의 광 파장을 안정시키기 위해 레이저 중심파장이 원하는 영역에서 발진할 수 있도록 필터링하는 파장가변필터와, 상기 레이저 공진기 내에서 레이저 광의 연속발진상태가 확인되면 상기 레이저 공진기의 길이에 해당되는 주파수의 정수배로 RF 주파수를 공급하는 RF 신호발생기와, 상기 RF 신호발생기로부터 소정 주파수를 공급받아 십 수 피코초 수준의 초단 펄스열이 발생되도록 소정 반복율를 갖고 스위칭하는 광세기 변조기와, 상기 레이저 공진기 내에서 레이저 광이 역방향 궤환되는 것을 방지해주는 광고립기를 포함하는 발명이 제시된다.
도 1은 종래의 모드 록킹된 반도체 레이저의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저의 출력 광펄스열을 나타내는 파형도이다.
도 4는 본 발명에 의한 광펄스의 발진 스펙트럼 특성을 나타내는 파형도이다.
도 5는 본 발명에 의한 출력 광펄스의 RF 스펙트럼을 나타내는 파형도이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 단일모드 광섬유 11 : 레이저 공진기
12 : 파워공급기 13 : 반도체 광증폭기
14 : 출력커플러 15 : 편광조절기
16 : 파장가변필터 17 : RF 신호발생기
18 : 광세기 변조기 19 : 광고립기
이하에서는 본 발명에 따른 실시예의 구성 및 작용에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 바와같이, 본 발명은 단일모드 광섬유(10)로 연결되어 있는 레이저 공진기(11)에 있어서,
상기 레이저 공진기(11)의 내부손실보다 이득이 많도록 내부손실율에 따라 초기 파워전원을 공급하는 파워공급기(12)와, 상기 파워공급기(12)로부터 공급된 전기에너지를 레이저 광으로 변환시키는 이득체인 반도체 광증폭기(13)와, 상기 반도체 광증폭기(13)가 작동됨에 따라 레이저 광의 투과 대 반사 비율을 9:1로 하여 연속 발진시키는 출력커플러(14)와, 상기 레이저 공진기(11) 내의 레이저 광펄스가 단일 편광상태로 발진할 수 있도록 편광을 조절하는 편광조절기(15)와, 상기 레이저 공진기(11) 내의 광 파장을 안정시키기 위해 레이저 중심파장이 원하는 영역에서 발진할 수 있도록 필터링하는 파장가변필터(16)와, 상기 레이저 공진기(11) 내에서 레이저 광의 연속발진상태가 소정 관측수단에 의해 확인되면 상기 레이저 공진기(11)의 길이에 해당되는 주파수의 정수배로 RF 주파수를 공급하는 RF 신호발생기(17)와, 상기 RF 신호발생기(17)로부터 소정 주파수를 공급받아 십 수 피코초 수준의 초단 펄스열이 발생되도록 소정 반복율을 갖고 스위칭하는 광세기 변조기(18)와, 상기 레이저 공진기(11) 내에서 레이저 광이 역방향 궤환되는 것을 방지해주는 광고립기(19)로 이루어져 있다.
또한, 상기 관측수단은 광 스펙트럼 분석기(도면에 도시되지 않음) 또는 IR 카드(도면에 도시되지 않음) 등을 사용한다.
또한, 상기 레이저 공진기(11)는 반도체 광증폭기(13)를 이득매체로 하여 1500nm 파장 영역대에서 파장 가변이 되며 발진하게 된다.
또한, 상기 반도체 광증폭기(13)는 캐리어 라이프 타임(Carrier Life Time)이 800ps이고 양면에 반사율이 10-3∼10-4정도의 무반사 박막증착된 반도체 증폭기로서 광섬유 대 광섬유 이득은 약 23dB이고, ASE(Amplified Spontaneous Emission) 선폭은 40nm 정도이며 TE/TM 모드(Transverse Electric/Transverse Magnetic mode) 간의 이득차는 0.9dB 이하로 매우 작다. 참고적으로, 여기서 TE/TM 모드는 광 전계의 방향 즉, 편파방향에 관한 것으로서 전계가 y방향 성분만을 갖는 것이 TE 모드이고, 자계가 y방향 성분만을 갖는 것을 TM 모드이다.
또한, 상기 광세기 변조기(18)는 모드 록커로 사용되며 마아-젠더 간섭형으로 되어있어 굴절율이 변하면서 보강간섭, 상쇄간섭이 번갈아 일어나 스위칭 동작을 하게 되는데, 입력단에 편광조절기(15)를 두어 TE 모드에서 최대의 변조폭을 나타내도록 한다.
또한, 상기 레이저 공진기(11) 내의 각 구성소자는 단일모드 광섬유와 FC 또는 SC 커넥터로 연결되어 있어 각 구성소자의 위치를 쉽게 바꿀 수 있으며 커넥터 단면에서 발생하는 공진기의 내부 반사 효과를 최대한 줄이기 위해 매번 세심한 세척이 필요하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 광 시분할방식(OTDM) 광통신 시스템에 사용되는 10Gbps 급의 초고속 광펄스열 발생장치인 고차 조화파 모드 록킹된 고리형 반도체 광섬유 레이저를 구현하기 위한 것으로서, 종래의 광섬유 레이저에 비해 주위환경적 섭동영향에 우수한 성질이 있으므로 시분할 광통신 시스템의 송신용 광원 또는 위상 동기회로(PLL: Phase Lock Loop)의 클럭펄스로 활용할 수 있다.
이러한 용도를 갖는 본 발명에 의한 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체 광섬유 레이저는 도 1에 나타난 바와같이, 파장가변필터(16), 출력커플러(14), 광세기 변조기(18), RF 신호발생기(17), 광고립기(19), 편광조절기(15) 및 이득 매체인 반도체 광증폭기(13)가 단일모드 광섬유(10)에 의해 링형태로 연결되어 있는 구조를 갖는다.
본 발명에 의한 광펄스열 발생과정을 살펴보면 다음과 같다.
광의 흡수보다도 유도방출을 강하게 하여 레이저 광 발진을 시키기 위해서는 증폭작용만으로는 안되고 필히 귀환작용을 갖게 하여 공진기내에서 잃은 전력의 비율보다도 증폭작용에 의한 이득을 크게 할 필요가 있다.
이를 위하여 먼저, 광세기 변조기(18)가 동작되지 않은 상태에서 파워공급기(12)에 의해 반도체 광증폭기(13)로 소정 전원이 인가되는데 이때 상기 반도체 광증폭기(13)에 공급되는 전원이 레이저 공진기(11)의 내부손실율에 상응하여 결정되게 된다.
즉, 상기 레이저 공진기(11)에 구비되는 각종 소자로 인해 발생되는 내부손실량을 보상해주기 위해서는 상기 파워공급기(12)의 공급전원으로 작동되는 반도체 광증폭기(13)가 이득체 역할을 하므로 출력커플러(14)에서 충분한 광세기가 관측되도록 상기 파워공급기(12)를 조절해주어야 한다.
그런데, 상기 반도체 광증폭기(13)의 레이저 광 세기를 결정하는 것이 상기 파워공급기(12)의 공급전원 레벨이므로 항상 상기 파워공급기(12)의 전력을 적절히 결정하여 일정 이득을 갖게 해야 한다. 즉, 상기 반도체 광증폭기(13)의 이득율을 레이저 공진기(11)의 내부손실율보다 높게 해주어야만 유효한 레이저 광펄스열을 얻을 수 있다.
상기와 같이 상기 반도체 광증폭기(13)에 소정 전압이 인가되면 반도체 광증폭기(13)는 상기 파워공급기(12)로부터 제공받은 전기에너지를 빛에너지로 변환시켜 레이저광을 발생시키게 된다.
이와같이 상기 반도체 광증폭기(13)가 작동되면 극히 짧은 시간내에 출력커플러(14)에서 연속발진이 일어나게 되는데 이때 상기 출력커플러(14)는 레이저 반사경의 역할을 하게 되며 투과 대 반사 비율을 9:1로 하여 레이저광을 발진시키게 된다.
이 경우, 상기 반도체 광증폭기(13)의 좌우 양측으로 각각 구비되는 광고립기(19)에 의해 레이저 광이 역방향으로 궤환되지 않고 한쪽 방향으로만 발진되게 된다.
또한, 상기 출력커플러(14)의 좌측에 위치한 파장가변필터(16)에 의해 레이저 중심파장이 원하는 영역에서 발진할 수 있도록 해 줌으로써 레이저 광 파장을 안정화시킨다. 즉, 상기 파장가변필터(16)는 광 밴드패스 필터(Optical bandpass filter)로 되어있으며 1.2 nm의 대역폭(Bandwidth)을 갖게 된다.
이때, 너무 넓은 대역폭을 가진 필터를 쓰게되면 광섬유 대 광섬유 커넥터에서 내부 반사가 발생되어 원하지 않는 발진이 생기게 되고 이에 따라 광 파장이 불안정하게 된다.
또한, 상기 파장가변필터(16)의 중심주파수 튜닝에 의해 진동 파장(oscillation wavelength)을 1540 nm 에서 1565 nm 까지 조절할 수 있게 된다.
그리고, 상기 출력커플러(14)의 우측에 위치한 편광조절기(15)에 의해 상기 레이저 공진기(11)내의 광펄스가 단일 편광상태로 발진할 수 있게 된다.
특히, 상기 고리형 반도체 광섬유 레이저의 편광 불안정성을 억제하기 위하여 레이저 공진기(11)를 이루는 광섬유는 모두 테이블에 테이프로 고정시켜서 진동에 의한 편광 불안정성을 최소화한다.
한편, 상기 반도체 광증폭기(13)가 활성화되면 광 스펙트럼 분석기(Optical spectrum analyzer) 또는 IR 카드(Infrared card)를 사용하여 상기 출력커플러(14)단에서 연속발진 상태를 관측할 수 있는데, 특히 상기 광 스펙트럼 분석기에 의해 파장을 좀 더 정확하게 관측할 수 있어 IR 카드보다는 광 스펙트럼 분석기가 많이 이용되고 있다.
예컨데, 상기 광 스펙트럼 분석기에 의해 한 파장이 0.1 nm 이하로 관측되면 레이저 광 펄스열이 연속발진 상태에 있다고 판단할 수 있다.
상기 광 스펙트럼 분석기에 의해 연속 발진이 일어나고 있는 것이 확인되면 이때, RF 신호발생기(17)는 반복율 10Gbps의 광펄스열을 발생시키기 위해 상기 레이저 공진기(11)의 길이에 해당되는 주파수(f0)의 정수배(fm= mf0m: 정수)로 광세기 변조기(18)에 RF파를 인가해준다.
이에 따라서, 마하-젠더 간섭계 형태의 광세기 변조기(18)가 자체 굴절율의 변화에 따라 보강 또는 상쇄 간섭을 번갈아 일으키면서 반복적으로 스위칭 동작을 하게 되고 이때, 고차 조화 모드 록킹(Harmonically mode-locking)에 의해 십 수 피코초 수준의 초단 펄스열이 발생된다.
다시말해, 상기 레이저 공진기(11) 안에 위치한 광세기 변조기(18)는 규칙적으로 반복 스위칭을 시켜주면 레이저 모드간의 위상이 같게 되어 초단 펄스가 발생되는 동작원리를 갖고 있다.
특히, 상기 RF파는 10GHz의 반복율을 가진 펄스를 얻기 위하여 기본 모드록킹 주파수(11.91MHz)의 838번째 조화주파수인 10.002 GHz의 RF신호로서 광세기 변조기(18)에 인가된다.
이와같이 상기 반도체 광증폭기(13)를 이득매체로 사용했을 경우, 반도체 광증폭기(13)의 길이는 1mm 이하이므로 이를 사용하여 구성한 고리형 반도체 광섬유 레이저는 종래의 어븀첨가 광섬유 레이저에 비해 레이저 공진기(13)의 길이를 10미터 이상 줄일 수 있게 된다.
따라서, 상기 레이저 공진기(11)의 길이가 줄어들면 주위환경의 섭동, 즉 온도변화나 진동에 대한 영향을 덜 받게 되므로 출력 광펄스열의 안전성이 향상된다.
도 3, 도 4 및 도 5는 출력 광펄스의 시간적 파형, 발진 스펙트럼, RF 주파수 특성을 나타낸 것인데, 도 3는 광세기 변조기(18)를 10GHz로 구동시켰을 때 고차조화 모드 록킹이 되어 펄스간 간격이 100bps이고, 반복율이 10Gbps의 광 펄스열이 발생되는 것을 나타낸 것이고, 도 4는 1500nm 영역대에서 발진파장의 미세 스펙트럼을 나타낸 것으로서, 1562 nm에서 10GHz의 비교적 안정된 출력 펄스열과 광 스펙트럼을 나타내며 광 스펙트럼의 발진모드 간격이 0.08 nm로서 10 GHz 간격으로 모드록킹 주파수와 일치함을 나타낸 것이다.
또한, 광 스펙트럼의 전체 파형 반치폭은 0.6nm이고 광펄스 폭은 가우시안 펄스(Gaussian pulse)임을 가정할 때 자기상관기(Autocorrelator)로 측정한 결과 21ps이었고 광펄스 폭과 파장 선폭의 곱은 1.2로서 (푸리에 변환 한계값=0.44) 주파수 처핑이 되어 있음을 알 수 있다.
즉, 10GHz 펄스열과 스펙트럼은 일단 모드 록킹 영역에 들어가면 최적의 조화주파수에서 100KHz 이내의 범위로 변조기 주파수를 변화시켜도 항상 일정한 펄스폭과 선폭을 유지하게 된다.
도 5는 출력 광펄스열의 RF 주파수 특성이 배경 잡음에 비해 50dB 이상의 신호 대 잡음 비율을 갖고 10Gbps의 반복율로 동작하고 있음을 나타낸다.
또한, 도 5는 본 발명에 의해 발생된 출력 광 펄스열을 광 스펙트럼 분석기로 관측한 결과, 이완진동(Relaxation oscillation)이 없음을 보여주고 있는데 이는 반도체 광증폭기의 캐리어 라이프 타임(Carrier life time)이 광펄스의 공진기 1회 왕복시간에 비해 짧아서 레이저 공진기(11) 내부에 발생된 조그만 섭동이 더 이상 진동으로서 성장하지 않기 때문이다.
상기와 같은 이유로 이완 진동(Relaxation oscillation)에 의한 스파이킹이 있는 종래의 어븀첨가 광섬유 레이저에 비해 진폭 안정성이 우수하다.
또한, 수 백 마이크로미터의 짧은 공진기 길이로 구성된 종래 반도체 레이저의 경우에는 파브리-페로형의 공진기내 1회 왕복시간이 수 피코초 정도로 짧아 보통 수 GHz의 이완진동(Relaxation oscillation) 주파수 성분이 존재한다. 그러나, 본 발명과 같이 반도체 광증폭기를 이용한 십 미터 이상의 긴 공진기 구성에서는 섭동에 대해 초과 감쇄 진동(Over-damping oscillation)가 일어나서 이완진동(Relaxation oscillation)이 존재하지 않는다. 이는 광자수명시간과 이득체의 여기 시간상수를 각각 이에 상응하는 질량과 스프링 상수로 특징지어지는 단진자운동에 유추하여 설명할 수 있다.
즉, 공진기 광자수명이 이득체 여기 시상수에 비해 대단히 큰 경우에는 스프링 상수에 질량이 크므로 초과감쇄가 일어나서 이완진동(Relaxation oscillation)이 일어나지 않는다. 따라서, 공진기 내의 조그만한 섭동은 레이저 출력에 영향을 주지않고 급격히 감쇄된다고 볼 수 있다.
한편, 조화모드 록킹이기 때문에 항상 10GHz의 슈퍼모드 그룹(Super mode set)이 12MHz 간격으로(공진기 모드간격) 존재하는데 모드록킹 주파수를 정확히 조정하면, 이들 슈퍼모드 중 한 그룹만이 발진 가능성이 가장 높게 되어 그 슈퍼모드 그룹만을 고정적으로 발진시킬 수 있다. 이는 광세기 변조기(18)에 인가하는 RF주파수가 정확히 기본 공진기 주파수의 정수배가 되어 모드 록킹 대역에 들어서면 슈퍼모드 경쟁이 억압되기 때문이다. 모드록킹 영역내에서 의도적으로 수 KHz 내에서 상기 광세기 변조기(18)에 인가하는 RF 주파수를 변화시키면 수퍼모드 경쟁을 관측할 수 있다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명은 단일모드 광섬유(10)로 연결되어 있는 레이저 공진기(11)를 갖는 능동형 모드 록킹된 광섬유 레이저에 있어서, 상기 레이저 공진기(11)의 내부손실보다 이득이 많도록 내부손실율에 상응하는 초기 파워전원을 공급하는 파워공급기(12)와, 상기 파워공급기(12)로부터 공급된 전기에너지를 레이저 광으로 변환시키는 이득체 역할을 하는 반도체 광증폭기(13)와, 상기 반도체 광증폭기(13)가 작동됨에 따라 레이저 광의 투과 대 반사 비율을 9:1로 하여 연속 발진시키는 출력커플러(14)와, 상기 레이저 공진기(11) 내의 레이저 광펄스가 단일 편광상태로 발진할 수 있도록 편광을 조절하는 편광조절기(15)와, 상기 레이저 공진기(11) 내의 광 파장을 안정시키기 위해 레이저 중심파장이 원하는 영역에서 발진할 수 있도록 필터링하는 파장가변필터(16)와, 상기 레이저 공진기(11) 내에서 레이저 광의 연속발진 상태가 확인되면 상기 레이저 공진기(11)의 길이에 해당되는 주파수의 정수배로 RF 주파수를 공급하는 RF 신호발생기(17)와, 상기 RF 신호발생기(17)로부터 소정 주파수를 공급받아 십 수 피코초 수준의 초단 펄스열이 발생되도록 소정 반복율로 스위칭하는 광세기 변조기(18)와, 상기 레이저 공진기(11) 내에서 레이저 광이 역방향 궤환되는 것을 방지해주는 광고립기(19)로 구성하여 종래의 어븀 첨가 광섬유 대신 반도체 광증폭기(13)를 이득매체로 하여 초단 펄스열을 발생시킴으로써 종래의 광섬유 레이저에 비해 주위환경의 섭동, 즉 온도변화나 진동에 대한 영향을 덜 받게 되어 출력 광펄스열의 안정성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 초고속 대용량 광통신을 실현하기 위한 40Gbps급 광시분할방식(OTDM) 초고속 광통신시스템에서 10Gbps급 송신단 광원 또는 수신부의 디멀티플랙싱(Demultiplexing)에 사용되는 광 위상잠금회로(Optical phase locked loop)내의 클럭 펄스광원으로서 유용하게 활용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 단일모드 광섬유로 연결되어 있는 레이저 공진기를 갖는 능동형 모드 록킹된 광섬유 레이저에 있어서,
    상기 레이저 공진기의 내부손실보다 이득이 많도록 내부손실율에 따라 초기 파워전원을 공급하는 파워공급기와,
    상기 파워공급기로부터 공급된 전기에너지를 레이저 광으로 변환시키는 이득체 역할을 하는 반도체 광증폭기와,
    상기 반도체 광증폭기가 작동됨에 따라 레이저 광의 투과 대 반사를 소정 비율로 하여 연속 발진시키는 출력커플러와,
    상기 레이저 공진기 내의 레이저 광펄스가 단일 편광상태로 발진할 수 있도록 편광을 조절하는 편광조절기와,
    상기 레이저 공진기 내의 광 파장을 안정시키기 위해 레이저 중심파장이 원하는 영역에서 발진할 수 있도록 필터링하는 파장가변필터와,
    상기 레이저 공진기 내에서 레이저 광의 연속발진상태가 확인되면 상기 레이저 공진기의 길이에 해당되는 주파수의 정수배로 RF 주파수를 발생시키는 RF 신호발생기와,
    상기 RF 신호발생기로부터 소정 주파수를 공급받아 십 수 피코초 수준의 초단 펄스열이 발생되도록 소정 반복율를 갖고 스위칭하는 광세기 변조기와,
    상기 레이저 공진기 내에서 레이저 광이 역방향 궤환되는 것을 방지해주는 광고립기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 레이저광의 투과 대 반사비율은 9:1인 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 공진기는 반도체 광증폭기를 이득 매체로 하여 1500nm 파장 영역대에서 파장 가변이 되며 발진하는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 반도체 광증폭기를 이득매체로 하여 구성한 레이저 공진기는 10Gbps급의 광펄스열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저.
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