KR20130090544A - 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법 - Google Patents

광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130090544A
KR20130090544A KR1020120011759A KR20120011759A KR20130090544A KR 20130090544 A KR20130090544 A KR 20130090544A KR 1020120011759 A KR1020120011759 A KR 1020120011759A KR 20120011759 A KR20120011759 A KR 20120011759A KR 20130090544 A KR20130090544 A KR 20130090544A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
optical
optical pulse
pulse
microwave
Prior art date
Application number
KR1020120011759A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101331980B1 (ko
Inventor
김정원
정광연
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020120011759A priority Critical patent/KR101331980B1/ko
Publication of KR20130090544A publication Critical patent/KR20130090544A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101331980B1 publication Critical patent/KR101331980B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J9/0215—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods by shearing interferometric methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00—Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J9/0246—Measuring optical wavelength
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J2009/0242—Compensator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J2009/0249—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods with modulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법이 개시된다. 레이저를 통해 발생되는 광 펄스열과 RF/마이크로파 간의 위상 차이를 탐지하는 위상 탐지기는 상기 레이저를 통해 입력되는 광 펄스를 순환시키는 서큘레이터, 상기 서큘레이터를 통해 입력되는 광 펄스의 파워를 반으로 나누어 제1 광 펄스 및 제 2 광 펄스를 생성하는 커플러, 루프 형태로 형성되고, 상기 커플러를 통해 입력되는 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스를 각각 상기 루프의 반대방향으로 진행시킨 뒤 루프로 입력되는 전자신호에 의하여 위상이 변조되어 발생하는 광 위상 차이에 대한 정보를 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 광 세기 차이에 대한 정보로 변환하는 루프 간섭계 및 상기 광 세기 차이에 대한 정보를 전기 신호로 변환함으로써 상기 광 펄스와 RF/마이크로파 간의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 검출하는 균형 광 검출기를 포함할 수 있다.

Description

광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법{PHASE DETECTOR AND PHASE DETECTING METHOD BETWEEN OPTICAL AND ELECTRONIC SIGNALS USING FIBER OPTIC-BASED BALANCED INTENSITY DETECTION}
본 발명은 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법에 관한 것이다.
위상 잡음이 매우 낮은 전자 신호원(Electrical oscillator)은 위상 배열 안테나, 입자 가속기와 같은 거대 과학 시설에서부터 GPS, 레이더와 같은 정밀 국방 시스템에 이르기까지 매우 중요한 요소이다. 또한, 이는 스펙트럼 분석기, 신호 소스 분석기(signal source analyzer)와 같은 고성능 계측장비에는 필수적인 요소이다. 따라서, 전자 신호원의 위상 잡음을 낮추기 위한 여러 가지 방법이 연구되어왔다.
모드 잠금된 레이저에서 발생하는 광 펄스열은 타이밍 잡음이 전자 신호원에 비해서 매우 낮기 때문에, 광 펄스열을 이용하여 위상 잡음이 매우 낮은 전자 신호원을 생성하는 것에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 한 가지는, 광 펄스열을 광 다이오드를 통하여 직접 전자 신호로 변환하는 방법이다. 또 다른 방법은 이미 존재하는 전자 신호의 타이밍 잡음을 더욱 낮은 잡음을 갖고 있는 광 펄스열의 타이밍 잡음과 비교하여 피드백 시킴으로써 전자 신호가 광 펄스열의 타이밍 잡음을 갖도록 조절해주는 것이다.
광 펄스열을 광 다이오드를 통하여 직접 전자 신호로 변환할 경우, 광 다이오드의 특성이 온도에 따라 변하고 비선형성, 포화, 진폭-위상 변환 등의 문제로 초과 위상 잡음이 들어가게 된다. 현재 단기간 위상 잡음에 대한 최고 성능은 광 펄스열의 반복률을 올림으로써 광 다이오드의 포화 문제를 줄여서 12 GHz 신호의 SSB 단기간 잔류 위상 잡음을 -164 dBc/Hz까지 낮춘 것이다. 하지만 이 방법은 장기간 위상 안정도 문제는 해결하지 못한다.
한편, 이미 존재하는 전자 신호의 타이밍 잡음을 피드백 제어를 통하여 줄이는 방법으로서, 미국등록특허 제7,397,567호(등록일자 2008년 7월 8일) "Blanced optical-radiofrequency phase detector"에는 동기 검파(synchronous detection) 방식을 이용하여 광 펄스와 RF/마이크로파 사이의 타이밍 차이를 광 영역에서 검출한 뒤 피드백을 통하여 오차를 보상해주는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 방식은 동기 검파를 위한 마이크로파 부품들이 많이 사용되기 때문에, 단기간 위상 잡음이 높고 구조가 복잡하며 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.
따라서, 위상 잡음을 보다 정확하게 계측함으로써 초과 위상 잡음 없이 광 펄스열의 타이밍 잡음을 그대로 가지는 전자 신호원을 만들 수 있는 방법이 요구되고 있다.
단기간 위상 잡음과 장기간 위상 안정도를 동시에 향상시킴으로써 궁극적으로 초과 위상 잡음 없이 광 펄스열의 타이밍 잡음을 그대로 가지는 RF/마이크로파 전자 신호원을 만들 수 있는 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법이 제공된다.
위상 잡음을 보다 잘 계측할 수 있는 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법이 제공된다.
레이저를 통해 발생되는 광 펄스열과 RF/마이크로파 간의 위상 차이를 탐지하는 위상 탐지기는 상기 레이저를 통해 입력되는 광 펄스를 순환시키는 서큘레이터, 상기 서큘레이터를 통해 입력되는 광 펄스의 파워를 반으로 나누어 제1 광 펄스 및 제 2 광 펄스를 생성하는 커플러를 포함하고, 루프 형태로 형성되어 상기 커플러를 통해 입력되는 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스를 각각 상기 루프의 반대방향으로 진행시킨 뒤 루프로 입력되는 전자신호에 의하여 위상이 변조되어 발생하는 광 위상 차이에 대한 정보를 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 광 세기 차이에 대한 정보로 변환하는 루프 간섭계 및 상기 광 세기 차이에 대한 정보를 전기 신호로 변환함으로써 상기 광 펄스와 RF/마이크로파 간의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 검출하는 균형 광 검출기를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광 펄스는 모드 잠금된(mode-locked) 초고속 레이저로부터 발생될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 위상 탐지기는 출력 부분에 편광 유지 광섬유가 구비되는 편광자 및 상기 레이저를 통해 발생된 광 펄스의 편광 상태를 상기 편광 유지 광섬유의 광축에 맞도록 조절하는 편광 제어기를 더 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 루프 간섭계는 상기 제1 광 펄스의 위상을 변조하고 상기 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지함으로써 생성되는 상기 광 위상 차이에 대한 정보를 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 상기 광 세기 차이에 대한 정보로 변환할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 루프 간섭계는 상기 광 펄스와 RF/마이크로파를 입력 받아 상기 RF/마이크로파의 전압에 비례하여 상기 제1 광 펄스의 위상을 변조하는 위상 변조기 및 상기 제1 광 펄스의 위상을 추가로 사분의일 파장 만큼 변화시키고 상기 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지시키는 비가역 사분파장 바이어스를 포함하는 사냑 루프(Sagnac Roof) 간섭계일 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 비가역 사분파장 바이어스는 사분의일 파장판(Quarter Wave Plate)과 서로 다른 방향의 두 개의 패러데이 회전자(Faraday Rotator)를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 위상 탐지기는 상기 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 입력 받아 상기 RF/마이크로파의 위상을 보상하는 PI 제어기 및 상기 위상이 보상된 RF/마이크로파의 파워를 분배하는 파워 분배기를 더 포함할 수 있다.
레이저를 통해 발생되는 광 펄스열과 RF/마이크로파 간의 위상 차이를 탐지하는 위상 탐지 방법은 서큘레이터를 통해 입력되는 광 펄스의 파워가 커플러에 의해 반으로 나뉘어 제1 광 펄스 및 제 2 광 펄스가 생성되는 단계, 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러를 통해 루프 형태로 형성되는 루프 간섭계로 입력되어 각각 상기 루프의 반대방향으로 진행하면서 루프로 입력되는 전자 신호에 의하여 위상이 변조되어 발생하는 광 위상 차이에 대한 정보를 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 광 세기 차이에 대한 정보로 변환하는 단계 및 균형 광 검출기를 이용하여 상기 광 세기 차이에 대한 정보를 전기 신호로 변환함으로써 상기 광 펄스와 RF/마이크로파 간의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
서큘레이터를 통해 입력되는 광 펄스의 파워를 반으로 나누어 루프 간섭계에서 각각 반대방향으로 진행시킴으로써 생성되는 광 위상 차이에 대한 정보를 광 세기 차이에 대한 정보로 변환한 후 이를 전기 신호로 변환함으로써 광 펄스와 RF/마이크로파 간의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 검출할 수 있으므로 RF/마이크로파의 위상 잡음을 탐지할 수 있고, 레이저와 전자 신호원을 정밀하게 동기화할 수 있으므로 초 정밀도를 가지는 전자 신호를 생성할 수 있다.
광 원자시계, 신호 소스 분석기 등과 같은 고성능 계측 장비에 적용할 수 있으며, 생성된 초저 위상 잡음 신호원은 위상 배열 안테나, 입자가속기와 같은 거대 과학 시설에서부터 GPS, 레이더와 같은 정밀 국방 시스템의 성능 향상에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광섬유 광기반의 균형 광세기 탐지법을 기초로 광신호와 RF/마이크로파 간의 위상 차이를 탐지하여 피드백으로 위상 오차를 보상함으로써 초저 위상 잡음을 가진 전자 신호원을 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상을 탐지하는 위상 탐지기를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상을 탐지하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 레이저의 광 펄스열과 위상 잠금된 전압 제어 발진기의 마이크로파 사이의 잔류 단기간 단측파대(SSB) 위상 잡음 측정 결과 및 자유 발진 전압 제어 발진기의 절대 위상 잡음을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광 펄스열과 위상 잠금된 마이크로파 사이의 상대적 장기간 위상 드리프트를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광신호와 전압 제어 발진기(VCO)에서 나오는 마이크로파 간의 위상 차이를 탐지하여 VCO의 위상 잡음을 낮추는 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 VCO의 위상 잡음을 낮추기 위하여 광섬유 광기반의 균형 광세기 탐지법에 기초한 위상 탐지기를 이용하여 광신호와 전자신호 간의 위상 차이를 탐지하는 과정을 설명한다.
모드 잠금된 초고속 레이저(mode-locked ultrafast laser)(110)는 지속 시간이 짧은 펄스를 내도록 조정된 것으로서, 도시된 바와 같이 반복률(repetition rate) FR을 갖는 광 펄스열(optical pulse train)을 발생시킨다. 여기서 반복률이란 펄스와 펄스 사이의 시간 간격(주기)의 역수를 말한다.
편광 제어기(polarization controller)(120)는 초고속 레이저(110)를 통해 발생된 광 펄스의 편광상태를 편광자(polarizer)(130)와 나란하게 되도록 조절하는 역할을 수행한다.
편광자(130)의 입력 부분은 단일 모드 광섬유(Single Mode fiber)로 되어있고, 출력 부분은 편광 유지 광섬유(Polarization Maintaining fiber)로 되어있다. 편광자(130)의 편광 상태는 편광 유지 광섬유의 광축(slow axis)에 맞춰져 있다. 따라서, 이 지점부터 광 펄스의 편광은 편광 유지 광섬유의 광축(slow axis)에 맞춰져서 진행될 수 있다.
광 펄스는 서큘레이터(circulator)(140)를 통과한 뒤 커플러(152)를 통해 사냑 루프(Sagnac loop) 간섭계(interferometer)(150)로 들어간다. 즉 50:50 커플러(coupler)(152)를 통해 사냑 루프 간섭계(150)로 들어간 광 펄스는 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스로 파워가 반으로 나눠져 각각 시계방향과 반 시계방향으로 루프를 돈 후 다시 커플러(coupler)에서 합쳐져서 서로 간섭이 일어난다. 사냑 루프(Sagnac loop) 간섭계(150)의 역할은 서로 반대방향으로 진행하는 광 펄스의 위상 차이를 광 세기(optical intensity) 정보로 변환하는 것이다.
사냑 루프(Sagnac loop) 간섭계는 커플러(152), 위상 변조기(phase modulator)(154) 및 비가역 사분파장 바이어스(nonreciprocal quadrature bias)(156)를 포함할 수 있다.
위상 변조기(154)로는 광 펄스와 RF/마이크로파가 들어가게 된다. 이때 광 펄스와 타이밍이 비교되는 RF/마이크로파의 주파수는 펄스 반복률의 정수 배(FO = N X FR)이어야 한다.
위상 변조기(154)는 RF/마이크로파의 전압에 비례하여 광 펄스의 위상을 변조한다. 이 때 위상 변조기(154)는 한쪽 방향으로 회전하는 광 펄스의 위상만 변조시키고 반대 방향으로 진행하는 펄스의 위상은 그대로 유지시킨다.
광 펄스는 위상 변조기(154)를 지난 후 비가역 사분파장 바이어스(nonreciprocal quadrature bias)(156)을 지나게 된다. 비가역 사분파장 바이어스(156)는 이분의일 파장판(HWP: Half Wave Plate), 사분의일 파장판(QWP: Quarter Wave Plate), 두 개의 시준기(collimator) 및 서로 다른 방향의 두 개의 패러데이 회전자(Faraday rotator)를 포함할 수 있다. 비가역 사분파장 바이어스(156)를 통하여 한쪽 방향으로 회전하는 광 펄스의 위상은 사분의 일 파장(90도)으로 변하고, 다른 방향으로 진행하는 펄스는 그대로 유지된다.
서로 반대 방향으로 진행한 광 펄스는 다시 50:50 커플러(152)에서 합쳐지며 간섭을 일으킨다. 합쳐진 광 펄스는 다시 두 개로 분리되어 한 펄스는 균형 광 검출기(balanced photodetector)(160)의 한쪽 광 다이오드로 들어가고 또 다른 펄스는 서큘레이터(140)를 거쳐서 균형 광 검출기(160)의 다른 광 다이오드로 들어간다.
균형 광 검출기(160)는 두개의 광 다이오드로 들어온 광 파워의 차이를 전압 신호로 바꾸어준다.
즉, 위상 변조기(154)와 비가역 사분파장 바이어스(156)에 의하여 발생한 제1 광 펄스와 제2 광 펄스의 광 위상(optical phase) 차이에 대한 정보는 사냑 루프(Sagnac loop) 간섭계(150)의 간섭 현상에 의하여 광 세기(optical intensity) 차이에 대한 정보로 변환되고, 균형 광 검출기(160)를 통하여 궁극적으로 광 펄스와 RF/마이크로파 사이의 타이밍 오차에 비례하는 전기 신호가 얻어진다. 균형 광 검출기(160)의 또 다른 역할은 레이저 자체의 공통 세기 잡음(common mode intensity noise)을 줄여서 타이밍 오차와 관련된 신호만 정밀하게 검출해내는 것이다.
타이밍 오차에 비례하는 전기 신호를 PI 제어기(Proportional-Integral servo)(170)를 통해 전압 제어 발진기(VCO)(180)에 넣어주면 오차를 줄이는 방향으로 VCO의 위상이 보상된다.
파워 분배기(power splitter)(190)는 위상이 보상된 전자 신호를 두 개로 나눠서 하나의 신호는 실제로 필요한 곳에서 이용되도록 하고 나머지 절반은 위상 탐지기로 피드백시켜 위상 보상 시 사용할 수 있도록 한다.
따라서, 레이저의 타이밍 잡음 수준의 낮은 위상 잡음을 가지는 동기화된 전자 신호원을 합성할 수가 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용하여 광신호와 전자신호 간의 위상 차이를 탐지하는 위상 탐지기를 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 위상 탐지기(200)는 서큘레이터(140), 루프 간섭계 및 균형 광 검출기(160)를 포함할 수 있다.
서큘레이터(140)는 레이저를 통해 입력되는 광 펄스를 순환시키는 역할을 수행한다. 여기서, 서큘레이터로(140)로 입력되는 광 펄스는 모드 잠금된(mode-locked) 초고속 레이저로부터 발생될 수 있다. 상기 광 펄스의 편광 상태는 편광 제어기에 의해 편광자의 출력 부분에 구비되는 편광 유지 광섬유의 광축에 맞도록 조절될 수 있다.
커플러(152)는 서큘레이터(140)를 통해 입력되는 광 펄스의 파워를 반으로 나누어 제1 광 펄스 및 제 2 광 펄스를 생성한다.
루프 간섭계는 루프 형태로 형성되어, 커플러(152)를 통해 입력되는 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스를 각각 루프의 반대방향으로 진행시킴으로써 생성되는 광 위상 차이에 대한 정보를 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 광 세기 차이에 대한 정보로 변환한다.
루프 간섭계는 제1 광 펄스의 위상을 변조하고 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지함으로써 광 위상 차이에 대한 정보를 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 커플러(152)에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 광 세기 차이에 대한 정보로 변환할 수 있다.
일 예로, 루프 간섭계는 도시된 바와 같이 커플러(152), 위상 변조기(154) 및 비가역 사분파장 바이어스(156)를 포함하는 사냑 루프 간섭계일 수 있다. 이 경우, 위상 변조기(154)는 광 펄스와 RF/마이크로파를 입력 받아 RF/마이크로파의 전압에 비례하여 제1 광 펄스의 위상을 변조한다.
비가역 사분파장 바이어스(156)는 제1 광 펄스의 위상을 추가로 사분의 일 파장 만큼 변화시키지만 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지시킨다.. 이를 위하여, 비가역 사분파장 바이어스(156)는 이분의일 파장판(HWP: Half Wave Plate), 사분의일 파장판(QWP: Quarter Wave Plate), 두 개의 시준기(collimator) 및 서로 다른 방향의 두 개의 패러데이 회전자(Faraday rotator)를 포함할 수 있다.
균형 광 검출기(160)는 광 세기 차이에 대한 정보를 전기 신호로 변환함으로써 광 펄스와 전자 신호원 간의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 검출한다.
따라서, 본 발명에 따른 위상 탐지기(200)는 펄스 반복률의 정수배의 주파수를 갖는 임의의 전자 신호원의 위상 잡음을 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상을 탐지하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 본 발명에 따른 위상 탐지기를 이용하여 레이저를 통해 발생되는 광 펄스열과 RF/마이크로파 간의 위상 차이를 탐지하는 방법에 대해 설명한다.
위상 탐지기는 커플러를 이용하여 서큘레이터를 통해 입력되는 광 펄스의 파워를 반으로 나누어 제1 광 펄스 및 제 2 광 펄스를 생성한다(S310).
그리고, 생성된 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스를 커플러를 통해 루프 형태로 형성되는 루프 간섭계로 입력하여 각각 루프의 반대방향으로 진행시켜 제1 광 펄스의 위상을 루프 간섭계로 입력되는 전자신호에 따라 변조하고 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지함으로써 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 광 위상 차이에 대한 정보를 광 세기 차이에 대한 정보로 변환한다(S320).
이후, 균형 광 검출기를 이용하여 광 세기 차이에 대한 정보를 전기 신호로 변환함으로써 광 펄스와 전자 RF/마이크로파 간의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 검출한다(S330).
따라서 본 발명에 따른 위상 탐지 방법은 이와 같은 방법을 통하여 레이저 펄스 반복률의 정수배의 주파수를 갖는 임의의 전자 신호원의 위상 잡음을 탐지할 수 있고, 측정된 전자 신호원의 위상 잡음의 피드백 제어를 통하여 보상함으로써 레이저의 광 펄스열에 동기화되어 레이저의 낮은 위상 잡음을 가지는 전자 신호원을 합성할 수가 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 레이저의 광 펄스열과 위상 잠금된 전압 제어 발진기의 마이크로파 사이의 잔류 단기간 단측파대(SSB) 위상 잡음 측정 결과 및 자유 발진 전압 제어 발진기의 절대 위상 잡음을 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 광 펄스열과 위상 잠금된 마이크로파 사이의 상대적 장기간 위상 드리프트를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4에는 VCO 제조 업체의 데이터에 따른 VCO의 절대 위상 잡음과, 본 발명에 따른 위상 탐지 방법을 통하여 VCO를 레이저에 동기화 시킨 후 레이저와 VCO간의 잔류 위상 잡음을 측정하여 동기화 성능을 평가한 결과가 도시되어 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 위상 탐지 방법을 통하여 위상 오차가 보상된 광 펄스열과 마이크로파 사이의 상대적 위상 드리프트를 2시간 동안 측정한 결과가 도시되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 위상 탐지 방법을 이용하는 경우 레이저의 낮은 위상 잡음을 가지는 전자 신호원을 합성할 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 초고속 레이저
120: 편광 제어기
130: 편광자
140: 서큘레이터
150: 사냑 루프 간섭계
152: 커플러
154: 위상 변조기
156: 비가역 사분파장 바이어스
160: 균형 광 검출기
170: PI 제어기
180: 전압 제어 발진기
190: 파워 분배기

Claims (13)

  1. 레이저를 통해 발생되는 광 펄스열과 RF/마이크로파 간의 위상 차이를 탐지하는 위상 탐지기에 있어서,
    상기 레이저를 통해 입력되는 광 펄스를 순환시키는 서큘레이터;
    상기 서큘레이터를 통해 입력되는 광 펄스의 파워를 반으로 나누어 제1 광 펄스 및 제 2 광 펄스를 생성하는 커플러를 포함하고, 루프 형태로 형성되어 상기 커플러를 통해 입력되는 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스를 각각 상기 루프의 반대방향으로 진행시킨 뒤 루프로 입력되는 전자신호에 의하여 위상이 변조되어 발생하는 광 위상 차이에 대한 정보를 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 광 세기 차이에 대한 정보로 변환하는 루프 간섭계; 및
    상기 광 세기 차이에 대한 정보를 전기 신호로 변환함으로써 상기 광 펄스와 RF/마이크로파 간의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 검출하는 균형 광 검출기
    를 포함하는 위상 탐지기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 펄스는,
    모드 잠금된(mode-locked) 초고속 레이저로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 위상 탐지기.
  3. 제1항에 있어서,
    출력 부분에 편광 유지 광섬유가 구비되는 편광자; 및
    상기 레이저를 통해 발생된 광 펄스의 편광 상태를 상기 편광 유지 광섬유의 광축에 맞도록 조절하는 편광 제어기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 탐지기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 루프 간섭계는,
    상기 제1 광 펄스의 위상을 변조하고 상기 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지함으로써 생성되는 상기 광 위상 차이에 대한 정보를 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 상기 광 세기 차이에 대한 정보로 변환하는 것을 특징으로 하는 위상 탐지기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 루프 간섭계는,
    상기 광 펄스와 RF/마이크로파를 입력 받아 상기 RF/마이크로파의 전압에 비례하여 상기 제1 광 펄스의 위상을 변조하는 위상 변조기; 및
    상기 제1 광 펄스의 위상을 사분의일 파장만큼 변화시키고 상기 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지시키는 비가역 사분파장 바이어스
    를 포함하는 사냑 루프(Sagnac Roof) 간섭계인 것을 특징으로 하는 위상 탐지기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비가역 사분파장 바이어스는,
    사분의일 파장판(Quarter Wave Plate)과 서로 다른 방향의 두 개의 패러데이 회전자(Faraday Rotator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 탐지기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 입력 받아 상기 RF/마이크로파의 위상을 보상하는 PI 제어기; 및
    상기 위상이 보상된 RF/마이크로파의 파워를 분배하는 파워 분배기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 탐지기.
  8. 레이저를 통해 발생되는 광 펄스열과 RF/마이크로파 간의 위상 차이를 탐지하는 위상 탐지 방법에 있어서,
    서큘레이터를 통해 입력되는 광 펄스의 파워가 커플러에 의해 반으로 나뉘어 제1 광 펄스 및 제 2 광 펄스가 생성되는 단계;
    상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러를 통해 루프 형태로 형성되는 루프 간섭계로 입력되어 각각 상기 루프의 반대방향으로 진행하면서 루프로 입력되는 전자 신호에 의하여 위상이 변조되어 발생하는 광 위상 차이에 대한 정보를 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 광 세기 차이에 대한 정보로 변환하는 단계; 및
    균형 광 검출기를 이용하여 상기 광 세기 차이에 대한 정보를 전기 신호로 변환함으로써 상기 광 펄스와 RF/마이크로파 간의 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 검출하는 단계
    를 포함하는 위상 탐지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 생성되는 단계 이전에,
    모드 잠금된(mode-locked) 초고속 레이저로부터 발생되는 상기 광 펄스가 상기 서큘레이터로 입력되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 탐지 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 생성되는 단계 이전에,
    상기 레이저를 통해 발생된 광 펄스의 편광 상태가 편광 제어기에 의해 편광자의 출력 부분에 구비되는 편광 유지 광섬유의 광축에 맞도록 조절되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 탐지 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 루프 간섭계를 이용하여 상기 제1 광 펄스의 위상을 변조하고 상기 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지함으로써 생성되는 상기 광 위상 차이에 대한 정보를 상기 제1 광 펄스 및 제2 광 펄스가 상기 커플러에서 다시 합쳐질 때 발생하는 간섭 현상을 이용하여 상기 광 세기에 대한 정보로 변환하는 단계인 것을 특징으로 하는 위상 탐지 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 루프 간섭계로 상기 광 펄스와 RF/마이크로파가 입력되는 단계;
    상기 제1 광 펄스의 위상이 위상 변조기에 의해 상기 RF/마이크로파의 전압에 비례하여 변조되는 단계; 및
    상기 제1 광 펄스의 위상이 비가역 사분파장 바이어스에 의해 사분의일 파장 만큼 변화되지만 상기 제2 광 펄스의 위상은 그대로 유지되는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 탐지 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 타이밍 오차에 해당하는 전기 신호를 입력 받아 상기 RF/마이크로파의 위상을 보상하는 단계; 및
    상기 위상이 보상된 RF/마이크로파의 파워를 분배하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 탐지 방법.
KR1020120011759A 2012-02-06 2012-02-06 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법 KR101331980B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120011759A KR101331980B1 (ko) 2012-02-06 2012-02-06 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120011759A KR101331980B1 (ko) 2012-02-06 2012-02-06 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130090544A true KR20130090544A (ko) 2013-08-14
KR101331980B1 KR101331980B1 (ko) 2013-11-25

Family

ID=49216111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120011759A KR101331980B1 (ko) 2012-02-06 2012-02-06 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101331980B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101388727B1 (ko) * 2013-07-03 2014-04-25 한국과학기술원 펨토초 모드 잠금된 레이저 및 위상 동기 루프의 플라이휠 효과를 이용한 초저 위상 잡음 마이크로파 발진 방법 및 장치
KR101866691B1 (ko) * 2017-04-20 2018-06-12 한국과학기술원 펄스 레이저의 광 펄스열에 대한 비행시간 검출을 이용하는 변형률 센싱 시스템
KR102010172B1 (ko) 2018-02-07 2019-08-12 한국과학기술원 레이저 펄스의 비행시간 검출을 이용하는 단차 높이 측정 시스템
US11274970B1 (en) 2019-02-28 2022-03-15 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Integrated optical-microwave phase detecting apparatus and method based on 3X3 MMI coupler
KR20220086300A (ko) 2020-12-16 2022-06-23 국방과학연구소 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치
WO2023217872A1 (en) * 2022-05-13 2023-11-16 Doctor X Works Bv Microwave synchronisation system

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102097935B1 (ko) 2018-12-18 2020-04-07 (주)파이버프로 사냑 루프를 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 검출기 및 위상 검출 방법
KR102141704B1 (ko) 2019-02-15 2020-08-05 한국과학기술원 전기 펄스를 이용하는 광 위상 검출기, 그리고 이를 포함하는 센싱 시스템
KR102152990B1 (ko) * 2019-02-15 2020-09-07 한국과학기술원 다채널 광 위상 검출기, 이를 포함하는 다채널 센싱 시스템 및 다중 레이저 동기화 시스템
US11902495B2 (en) 2020-06-02 2024-02-13 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Ultrafast camera system and measurement method thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0155530B1 (ko) * 1995-11-17 1998-12-15 양승택 사냑 간섭계를 사용한 광섬유의 비선형 굴절계수 측정방법
JP2007051960A (ja) 2005-08-19 2007-03-01 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 光パルスのタイミング雑音計測装置
JP4707548B2 (ja) * 2005-12-08 2011-06-22 富士通セミコンダクター株式会社 半導体装置、及び半導体装置の製造方法
JP2007298466A (ja) 2006-05-02 2007-11-15 Hokkaido Univ 位相干渉計測手法及び位相干渉計測装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101388727B1 (ko) * 2013-07-03 2014-04-25 한국과학기술원 펨토초 모드 잠금된 레이저 및 위상 동기 루프의 플라이휠 효과를 이용한 초저 위상 잡음 마이크로파 발진 방법 및 장치
KR101866691B1 (ko) * 2017-04-20 2018-06-12 한국과학기술원 펄스 레이저의 광 펄스열에 대한 비행시간 검출을 이용하는 변형률 센싱 시스템
KR102010172B1 (ko) 2018-02-07 2019-08-12 한국과학기술원 레이저 펄스의 비행시간 검출을 이용하는 단차 높이 측정 시스템
US11274970B1 (en) 2019-02-28 2022-03-15 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Integrated optical-microwave phase detecting apparatus and method based on 3X3 MMI coupler
KR20220086300A (ko) 2020-12-16 2022-06-23 국방과학연구소 사냑 간섭계를 이용한 광 위상변조기 측정 장치
WO2023217872A1 (en) * 2022-05-13 2023-11-16 Doctor X Works Bv Microwave synchronisation system

Also Published As

Publication number Publication date
KR101331980B1 (ko) 2013-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101331980B1 (ko) 광섬유 광기반 균형 광세기 탐지법을 이용한 광신호와 전자신호 간 위상 탐지기 및 위상 탐지 방법
US11630368B2 (en) Radio frequency passband signal generation using photonics
US8078060B2 (en) Optical synchronization system for femtosecond X-ray sources
KR101388727B1 (ko) 펨토초 모드 잠금된 레이저 및 위상 동기 루프의 플라이휠 효과를 이용한 초저 위상 잡음 마이크로파 발진 방법 및 장치
US7397567B2 (en) Balanced optical-radiofrequency phase detector
CN111697422B (zh) 一种相位调制型拉曼光功率控制方法及其系统
Terra et al. An ultra-stable optical frequency standard for telecommunication purposes based upon the 5S 1/2→ 5D 5/2 two-photon transition in Rubidium
US20220260486A1 (en) Chirped laser dispersion spectrometer and method
Pan et al. Passive phase correction for stable radio frequency transfer via optical fiber
Wang et al. Joint frequency and time transfer over optical fiber with high-precision delay variation measurement using a phase-locked loop
WO2016151373A1 (en) Process for controlling the state of light polarization and system for its implementation
Hu et al. Passive optical phase stabilization on a ring fiber network
Li et al. A phase-locked laser system based on double direct modulation technique for atom interferometry
CN114006256B (zh) 一种人工pdh激光稳频装置及方法
US20220311202A1 (en) Ultrastable laser system based on polarization-maintaining optical fiber
Shao et al. Synchronization of Two Microwave Sources With Femtosecond-level Residual Timing Jitters Using a Microwave Photonic Phase Detector
US8270844B2 (en) Low jitter RF distribution system
Zhu et al. A background-free phase-coded microwave pulse generator by optoelectronic oscillation
Wang et al. Enhanced frequency stability over fiber link with improved phase discrimination scheme
Wei et al. Stable frequency dissemination via optical fiber based on passive phase fluctuation cancellation
Shao et al. A microwave photonic phase detector based on a dual-polarization dual-drive Mach-Zehnder modulator
Xie et al. Wideband phase noise measurement of microwave signals based on all-optical microwave signal processing
Wang et al. Ultra-stable wideband signal transfer for distributed systems
CN115683387B (zh) 基于低双折射光子晶体光纤的分布式绝对温度传感方法
WO2023002997A1 (ja) 位相変調器の校正方法、バランス型光検出器の校正方法及び位相変調器の校正システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161026

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171027

Year of fee payment: 5