KR20160085413A - 고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치 - Google Patents

고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20160085413A
KR20160085413A KR1020150002239A KR20150002239A KR20160085413A KR 20160085413 A KR20160085413 A KR 20160085413A KR 1020150002239 A KR1020150002239 A KR 1020150002239A KR 20150002239 A KR20150002239 A KR 20150002239A KR 20160085413 A KR20160085413 A KR 20160085413A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
wavelength
terahertz wave
generating
output
Prior art date
Application number
KR1020150002239A
Other languages
English (en)
Inventor
엄주범
김치훈
이병일
신인희
한명수
박형주
Original Assignee
한국광기술원
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 한국광기술원 filed Critical 한국광기술원
Priority to KR1020150002239A priority Critical patent/KR20160085413A/ko
Publication of KR20160085413A publication Critical patent/KR20160085413A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383—Parallel arrangements
    • H01S3/2391—Parallel arrangements emitting at different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/506—Multiwavelength transmitters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 테라헤르츠파를 생성하는 테라헤르츠파 생성장치에 관한 것으로서, 적어도 3개 이상의 상호 다른 파장의 광을 각각 생성하여 출력하는 다파장 광생성부와, 다파장 광생성부의 상호 다른 파장의 광을 각각 대응되는 입력채널들을 통해 입력받을 수 있도록 되어 있고, 제어신호에 따라 선택된 두 개의 입력채널의 광을 출력채널을 통해 출력하는 멀티 파장 선택부와, 멀티 파장 선택부에서 비팅되어 출력되는 두 개 파장의 광에 여기되어 테라헤르츠파를 발생하는 광전도체 안테나 및 멀티 파장 선택부의 파장선택을 제어하는 제어부를 구비한다. 이러한 테라 헤르츠파 발생장치에 의하면, 원하는 주파수의 연속 테라헤르츠파를 안정적으로 빠르게 발생시킬 수 있고, 주파수 가변도 안정적으로 이루어지는 장점을 제공한다.

Description

고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치{continuous terahertz transmitter with high speed frequency tunning}
본 발명은 테라 헤르츠파 발생장치에 관한 것으로서, 상세하게는 테라헤르츠파의 주파수를 연속적으로 변환하여 생성할 수 있는 고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치에 관한 것이다.
테라헤르츠파(Terahertz Wave)는 마이크로파와 적외선 사이에 위치하는 전자기파로서, 주파수는 대략 0.1~10 THz(Terahertz)의 구간으로 정의된다.
테라헤르츠파는 스펙트럼 위치상 전파의 유전체 투과성과 광파의 직진성을 동시에 가진다. 수분에 흡수가 잘 되는 테라헤르츠파는 영상과 분광 및 통신 분야 등에서 새로운 기술로 적용이 가능하다. 테라헤르츠파를 이용하여 불투명한 사물의 내부를 투시하거나, 분자 운동 에너지 레벨의 생체 메커니즘과 우주 신호 등을 분석할 수 있다. 또한, 테라헤르츠파를 사용하면 마이크로파 및 밀리미터파보다 훨씬 우수한 초고속 근거리 무선 통신이 가능해진다.
테라헤르츠파 발생 기술로서, 지금까지 개발된 펄스 광원 기술로는 광전도체 안테나 (Photoconductive Antenna)와 광정류(Optical Rectification) 방식 등이 있다. 테라헤르츠파를 발생하기 위한 연속파 광원 기술로 포토믹서(Photomixer)와 핫홀 레이저(Hothole Laser), 자유전자 레이저(Free Electron Laser), 양자 캐스케이드 레이저(Quantum Cascade Laser) 등이 있다.
테라헤르츠 시영역 분광법은 테라헤르츠 펄스파를 이용하여 물질을 분석하는 방법으로 테라헤르츠 신호의 진폭과 위상을 동시에 알 수 있으므로 물질의 유전율 또는 두께를 근사 없이 계산할 수 있다.
그런데, 테라헤르츠 펄스형 분광 시스템은 고가의 펨토초 레이저를 이용하여 구성하므로 시스템의 크기가 커지고 가격이 비싸지는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복 및 보완하기 위하여 개발된 테라헤르츠 주파수영역 분광 시스템은 테라헤르츠 연속파를 이용하여 물질을 분석하는데, 펄스형 대비 크기가 작고 가격이 저렴하게 시스템을 구성할 수 있다. 물질분석에서 물질에 맞게 적절한 주파수를 가지는 테라헤르츠파가 필요한데, 테라헤르츠 연속파 이용 시에는 두 개의 기준이 되는 레이저의 파장을 바꾸어서 테라헤르츠 파의 주파수를 변조할 수 있다.
이러한 방안으로서, 주로 분포 궤환형 레이저 다이오드(distributed feedback laser diode:DFB LD) 의 온도에 대한 파장 변화를 이용하는 방법을 사용해 왔고, 국내 공개특허 제10-2012-0020961호 등 다양하게 게시되어 있다.
그러나 온도를 이용하여 파장을 변화시킬 때에는 레이저 다이오드가 안정화 되는 시간이 많이 필요하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 안정화과정 없이 광의 파장을 변화시키면서 연속적으로 테라헤르츠파의 고속 주파수 변환이 가능한 테라 헤르츠파 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 테라 헤르츠파 발생장치는 테라헤르츠파를 생성하는 테라헤르츠파 생성장치에 있어서, 적어도 3개 이상의 상호 다른 파장의 광을 각각 생성하여 출력하는 다파장 광생성부와; 상기 다파장 광생성부의 상호 다른 파장의 광을 각각 대응되는 입력채널들을 통해 입력받을 수 있도록 되어 있고, 제어신호에 따라 선택된 두 개의 상기 입력채널의 광을 출력채널을 통해 출력하는 멀티 파장 선택부와; 상기 멀티 파장 선택부에서 비팅되어 출력되는 두 개 파장의 광에 여기되어 테라헤르츠파를 발생하는 광전도체 안테나; 및 상기 멀티 파장 선택부의 파장선택을 제어하는 제어부;를 구비한다.
본 발명의 일 측면에 다르면, 상기 다파장 광 생성부는 상호 다른 파장의 광을 각각 출사하는 분포 궤환형 레이저 다이오드가 적용된다.
또 다르게는 상기 다파장 광 생성부는 광대역 광을 출사하는 광원과; 상기 광원에서 출사하는 광을 상호 다른 파장으로 다중화하여 출력하는 AWG(arrayed waveguide grating);를 구비한다.
상기 멀티 파장 선택부는 상기 제어부에 제어되어 입력채널들 중 선택된 두 개의 입력채널의 광을 각각 제1 및 제2 출력채널을 통해 출력시키는 광스위치와; 상기 광스위치의 제1 및 제2출력채널에서 출력되는 신호를 합파하여 상기 광전도체 안테나로 출력하는 광커플러;가 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 테라 헤르츠파 발생장치에 의하면, 원하는 주파수의 연속 테라헤르츠파를 안정적으로 빠르게 발생시킬 수 있고, 주파수 가변도 안정적으로 이루어지는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라 헤르츠파 발생장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 테라 헤르츠파 발생장치를 나타내 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 테라 헤르츠파 발생장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 테라 헤르츠파 발생장치를 나타내 보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 테라 헤르츠파 발생장치(100)는 다파장 광생성부(110), 멀티파장 선택부(120), 광전도체 안테나(130)을 구비한다.
다파장 광생성부(110)는 적어도 3개 이상의 상호 다른 파장의 광을 각각 생성하여 출력할 수 있도록 되어 있다.
다파장 광생성부(110)는 상호 다른 파장의 광을 각각 출사하는 3개 이상의 분포 궤환형 레이저 다이오드(DFB LD; distributed feedback laser diode)(111)가 적용되어 있다.
즉, 도면에서 λ1, λ2, ..., λn으로 표기된 각각의 분포 궤환형 레이저 다이오드(111)은 각각 다른 파장(λ1, λ2, ..., λn)의 광을 출사하는 것이 적용된다.
분포 궤환형 레이저 다이오드(111) 각각은 후술되는 제어부(140)에 의해 구동이 온/오프 되게 구축될 수 있다.
멀티 파장 선택부(120)는 다파장 광생성부(110)의 분포 궤환형 레이저 다이오드(111) 각각에서 출사되는 상호 다른 파장의 광을 각각 대응되는 입력채널(121a 내지 121n)들을 통해 입력받을 수 있도록 되어 있고, 제어부(140)의 제어신호에 따라 선택된 두 개의 입력채널(121a 내지 121n)의 광을 제1 및 제2 출력채널(122a)(122b)을 통해 출력한다.
멀티 파장 선택부(120)는 n개의 입력채널(121a 내지 121n)과 두 개의 제1 및 제2 출력채널(122a)(122b)을 갖는 n×2 광스위치(121)와, 광커플러(125)를 구비한다. 여기서, n은 3 이상을 말한다.
광스위치(121)는 제어부(140)에 제어되어 n개의 입력채널(121a 내지 121n)들 중 선택된 두 개의 입력채널의 광을 수신받아 제1 및 제2 출력채널(122a)(122b)로 출력되게 한다.
광스위치(121)의 상세구조는 공지되어 있어 상세한 설명은 생략한다.
또한, 광커플러(125)는 두 개의 제1 및 제2 출력채널(122a)(122b)에서 출력되는 광을 합파하여 단일 최종 출력단을 통해 광전도체 안테나(PCA:Photoconductive Antenna)(130)로 출사한다.
이 경우, 광커플러(125)를 통해 최종적으로 출사되는 광은 분포 궤환형 레이저 다이오드(111) 각각에서 출사되는 파장에 대해 다양한 조합 즉, λ1+λ2, ..., λ1+λn, ..., λ2+λn,,,등의 광을 생성할 수 있다.
따라서, 멀티 파장 선택부(120)를 통해 다양한 파장 조합으로 비팅된 광을 광전도체 안테나(130)를 통해 출사할 수 있다.
광전도체 안테나(130)는 멀티 파장 선택부(120)에서 비팅되어 출력되는 두 개 파장의 광에 여기되어 테라헤르츠파를 발생시킨다.
광전도체 안테나(130)는 입사된 광에 여기되어 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있도록 되어 있고, 상세구조는 국내 등록특허 제10-1117211호, 국내 공개특허 제10-2013-0076732호 등 다양하게 알려져 있어 상세한 설명은 생략한다.
제어부(140)는 멀티 파장 선택부(120) 즉, 광스위치(121)를 제어하여 제1 및 제2 출력채널(122a)(122b)을 통해 출사되는 광의 파장을 조정한다.
제어부(140)는 설정된 주파수 가변 패턴에 따라 광스위치(121)의 파장선택을 제어하도록 구축되면 되고, 주파수 가변패턴을 제어부(140)에 지원하에 설정할 수 있도록 입력부 및 표시부를 더 구비할 수 있음은 물론이다.
이러한 구조에서 멀티 파장 선택부(120)에 의해 선택되어 비팅(Beating)되는 두 개 파장의 레이저 광들의 파장을 가변하면 비팅되는 신호의 주파수가 변하게 되고, 그 결과 발생하는 테라헤르츠파의 주파수가 가변된다.
즉, 멀티 파장 선택부(120)를 거쳐 두 개 파장의 비팅(Beating, 맥놀이)된 레이저 광이 광전도체 안테나(130)의 여기광(Exciting light)으로 사용되고, 여기광의 주파수는 비팅되는 두 레이저광의 파장 차이에 해당한다.
따라서, 제어부(140)에서 광스위치(121)의 입력채널(121a 내지 121n)을 설정된 주파수 변환 패턴에 따라 대응되는 두 개 파장의 입력광을 입력받도록 제어하면, 연속적으로 주파수가 가변되는 테라헤르츠파를 생성할 수 있다.
한편, 다파장 광생성부는 도시된 예와 다르게 구축될 수 있고 그 예를 도 2를 참조하여 설명한다. 앞서 도시된 도면에서와 동일 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다.
도 2를 참조하면, 다파장 광생성부(210)는 광원(211), 광증폭기(213), AWG(arrayed waveguide grating)(215)로 구축되어 있다.
광원(211)은 광대역 광을 출사하는 것이 적용된다. 즉, 생성하고자 하는 파장이 λ1, λ2,...,λn까지 일 때 λ1 내지 λn의 파장범위 또는 그 이상의 파장범위를 갖는 것을 적용한다.
광증폭기(213)은 광원(211)에서 출사되는 광의 광파워를 증폭하며, 일 예로서 EDFA(Erbium-doped fiber amplifier), SOA(semiconductor optical amplifier)가 적용될 수 있다.
AWG(arrayed waveguide grating)(215)는 배열 도파로 격자로서 광원(211)에서 광증폭기(213)를 거쳐 출사하는 광을 3개 이상의 상호 다른 파장으로 다중화하여 출력한다.
즉, AWG(215)는 입력단을 통해 입력된 광대역 파장을 내부에 광을 분기하며 상호 광경로 차를 발생시켜 특정 파장의 광을 각각 출력할 수 있도록 되어 있고 상세구조는 공지되어 있어 상세한 설명은 생략한다.
이러한 AWG(arrayed waveguide grating)(215)의 상호 다른 채널 각각에서 출력되는 상호 다른 파장의 광은 앞서 설명된 바와 같이 광스위치(121)의 대응되는 입력채널 각각과 접속되면 된다.
이상에서 설명된 테라 헤르츠파 발생장치에 의하면, 원하는 주파수의 연속 테라헤르츠파를 안정적으로 빠르게 발생시킬 수 있고, 주파수 가변도 안정적으로 이루어지는 장점을 제공한다.
110: 다파장 광생성부 120: 멀티파장 선택부
130: 광전도체 안테나

Claims (4)

  1. 테라헤르츠파를 생성하는 테라헤르츠파 생성장치에 있어서,
    적어도 3개 이상의 상호 다른 파장의 광을 각각 생성하여 출력하는 다파장 광생성부와;
    상기 다파장 광생성부의 상호 다른 파장의 광을 각각 대응되는 입력채널들을 통해 입력받을 수 있도록 되어 있고, 제어신호에 따라 선택된 두 개의 상기 입력채널의 광을 출력채널을 통해 출력하는 멀티 파장 선택부와;
    상기 멀티 파장 선택부에서 비팅되어 출력되는 두 개 파장의 광에 여기되어 테라헤르츠파를 발생하는 광전도체 안테나; 및
    상기 멀티 파장 선택부의 파장선택을 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 테라헤르츠파 발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다파장 광 생성부는
    상호 다른 파장의 광을 각각 출사하는 분포 궤환형 레이저 다이오드가 적용된 것을 특징으로 하는 테라 헤르츠파 발생장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다파장 광 생성부는
    광대역 광을 출사하는 광원과;
    상기 광원에서 출사하는 광을 상호 다른 파장으로 다중화하여 출력하는 AWG(arrayed waveguide grating);를 구비하는 것을 특징으로 하는 테라 헤르츠파 발생장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 멀티 파장 선택부는
    상기 제어부에 제어되어 입력채널들 중 선택된 두 개의 입력채널의 광을 각각 제1 및 제2 출력채널을 통해 출력시키는 광스위치와;
    상기 광스위치의 제1 및 제2출력채널에서 출력되는 신호를 합파하여 상기 광전도체 안테나로 출력하는 광커플러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 테라 헤르츠파 발생장치.
KR1020150002239A 2015-01-07 2015-01-07 고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치 KR20160085413A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150002239A KR20160085413A (ko) 2015-01-07 2015-01-07 고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150002239A KR20160085413A (ko) 2015-01-07 2015-01-07 고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160085413A true KR20160085413A (ko) 2016-07-18

Family

ID=56679495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150002239A KR20160085413A (ko) 2015-01-07 2015-01-07 고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160085413A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102101921B1 (ko) * 2018-11-08 2020-04-21 전남대학교산학협력단 연속 테라헤르츠파 발생장치 및 방법
WO2020253784A1 (zh) * 2019-06-18 2020-12-24 河南晶品新材料科技有限公司 一种多用途太赫兹波电子发生器及其应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102101921B1 (ko) * 2018-11-08 2020-04-21 전남대학교산학협력단 연속 테라헤르츠파 발생장치 및 방법
WO2020253784A1 (zh) * 2019-06-18 2020-12-24 河南晶品新材料科技有限公司 一种多用途太赫兹波电子发生器及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9689968B2 (en) Wholly optically controlled phased array radar transmitter
US8265488B2 (en) Electromagnetic transmission/reception system
US8064740B2 (en) Arrangement for the electro-optical control and fast modulation of THz transmitters and THz measuring systems
WO2007037243A1 (ja) ＴＨｚ波発生装置
KR100957133B1 (ko) 결합 공진기를 포함하는 다파장 광섬유 레이저 장치 및다파장 레이저의 발진 방법
US20140313560A1 (en) Optical phased array
CN117664329A (zh) 可重新配置的光谱学系统
Liu et al. 93-GHz signal beam steering with true time delayed integrated optical beamforming network
KR20160085413A (ko) 고속 주파수 변환 연속 테라 헤르츠파 발생장치
Latif et al. A compact O-plus C-band switchable quad-wavelength fiber laser using arrayed waveguide grating
WO2007148056A1 (en) Optical frequency comb generator
KR101845814B1 (ko) 능동잠금 레이저를 이용한 연속 테라헤르츠파 발생장치
US7230958B2 (en) Raman amplifier and raman pumping method
JP2006245179A (ja) 光周波数安定化装置
US6614955B1 (en) Method and apparatus for an extended wavelength range coherent optical spectrum analyzer
CN114660622A (zh) 一种波分复用激光雷达集成方法及系统
KR101672971B1 (ko) 병렬형 멀티 테라 헤르츠파 발생장치 및 이를 적용한 테라 헤르츠파 검사장치
Yu et al. Arbitrary-frequency optical millimeter-wave generation for radio over fiber systems
KR20210099035A (ko) 스펙트럼 빔 결합 레이저 소스를 위한 파장 제어 빔 안정기
JP2009080007A (ja) 時間分解分光システム，時間分解分光方法及びテラヘルツ波発生システム
Martin et al. Gigahertz modulation of tunable terahertz radiation from photomixers driven at telecom wavelengths
Song et al. Demonstration of 405-nm Two-Tone Lightwave for Terahertz-wave Generation at InGaN Photodiode
US20230370165A1 (en) Optical linewidth independent high purity mmw/thz generator employing cascaded demultiplexing
US20090140278A1 (en) Tunable LED module
Belkin Investigation of the static and dynamic characteristics for a wafer-fused C-band VCSEL in the mode of the optical-electric converter

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application