KR20170050911A - 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저 - Google Patents

광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저는, 공진기에 장착되어 상기 공진기로 제공되는 광을 증폭시키는 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질; 상기 공진기에 장착되어 상기 양자 폭포 이득매질에 의해 증폭된 상기 광을 단반향으로 이동시키는 아이솔레이터; 및 상기 공진기에 장착되어 상기 공진기에서 공진하는 상기 광의 편광을 일치시키는 편광 조절기;를 포함하며, 상기 양자 폭포 이득매질에서 설정된 파장의 공진 속도에 맞추어 상기 광의 진폭을 직접 변조하여 선택된 파장을 발진시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 양자 폭포 이득매질을 통해서 광진폭을 직접 변조함으로써 전체 구성의 단순화를 구현할 수 있으며, 기계적 동작 방식이 아닌 전기적 방식이 적용됨으로써 우수한 내구성을 구현함은 물론 속도 향상을 구현할 수 있다.

Description

광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저{Direct optical intensity modulator based wavelength swept quantum cascade laser}
광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저가 개시된다. 보다 상세하게는, 양자 폭포 이득매질을 통해서 광진폭을 직접 변조함으로써 전체 구성의 단순화를 구현할 수 있는 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저가 개시된다.
일반적으로 파장가변 레이저는 하나의 광원으로 여러 파장의 광신호를 제공할 수 있는 광학 소자로서, 광 통신 시스템에서 활용되고 있을 뿐만 아니라 가스 검출용 센서 분야에서 응용되고 있다. 아울러, 최근에는 분광 및 광 간섭성 단층 촬영을 포함하는 바이오 메디컬 분야에까지 그 사용이 확장되고 있다. 파장가변 레이저의 구성에 대해서는, 대한민국 특허 출원번호 10-2010-0001728호의 "선폭 조절이 가능한 파장 가변 레이저" 등을 통해서 알 수 있다.
한편, 종래의 고속 파장가변 레이저는 푸리에 도메인 모드 락(FDML, Fourier Domain Mode Locked) 방식의 레이저를 구현하여 고속으로 파장가변하는 레이저 광원을 만들 수 있었다. 이때 파장가변 필터로써 파이버 패브리-페로 변환 필터(FFP-TF, Fiber Fabry-Perot Tunable Filter)를 사용하였다.
그런데 종래의 푸리에 도메인 모드 락(FDML, Fourier Domain Mode Locked) 방식의 레이저에 있어서는, 파이버 패브리-페로 변환 필터의 소자 자체가 내구성이 약하고 기계적인 움직임으로 파장을 가변시키는 것이기 때문에 속도에 한계가 있었다. 아울러 사인파의 파장가변 신호 외의 다른 신호는 필터에 손상을 가할 수 있기 때문에 사용할 수 없다는 한계도 있었다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 양자 폭포 이득매질을 통해서 광진폭을 직접 변조함으로써 전체 구성의 단순화를 구현할 수 있으며, 기계적 동작 방식이 아닌 전기적 방식이 적용됨으로써 우수한 내구성을 구현함은 물론 속도 향상을 구현할 수 있는 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 광진폭을 직접 변조하기 위해 양자 폭포 이득매질이 적용됨으로써 고속의 파장가변 중적외선을 필요로 하는 분야에 적용 가능함은 물론 단일종파 모드 또는 다중종파 모드의 파장가변 양자 폭포 레이저의 발진이 가능하여 다양한 파장가변 신호가 필요한 분야에서 적용할 수 있는 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저는, 공진기에 장착되어 상기 공진기로 제공되는 광을 증폭시키는 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질; 상기 공진기에 장착되어 상기 양자 폭포 이득매질에 의해 증폭된 상기 광을 단반향으로 이동시키는 아이솔레이터; 및 상기 공진기에 장착되어 상기 공진기에서 공진하는 상기 광의 편광을 일치시키는 편광 조절기;를 포함하며, 상기 양자 폭포 이득매질에서 설정된 파장의 공진 속도에 맞추어 상기 광의 진폭을 직접 변조하여 선택된 파장을 발진시킬 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 양자 폭포 이득매질을 통해서 광진폭을 직접 변조함으로써 전체 구성의 단순화를 구현할 수 있으며, 기계적 동작 방식이 아닌 전기적 방식이 적용됨으로써 우수한 내구성을 구현함은 물론 속도 향상을 구현할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 양자 폭포 이득매질에서 상기 광의 파장을 상기 설정된 파장으로 하기 위해, 상기 양자 폭포 이득매질에 연결되어 상기 양자 폭포 이득매질로부터 기본 주파수가 입력되는 주파수 합성기; 및 상기 주파수 합성기에 연결되어, 상기 기본 주파수에 가변 주파수를 합성하여 광진폭 직접 변조에 입력되는 주파수를 시간에 따라 직접 변조하여 발진되는 파장을 변조시키는 함수 발생기;를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 공진기에 장착되어 광진폭 변조된 상기 광의 파장별 공진 속도를 다르게 유도하는 광 분산매질을 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 공진기에 입력되어 광진폭 변조되는 상기 광의 신호로는 사인파, 톱니파 또는 사각파를 포함하는 신호파 형상을 가질 수 있다.
일측에 따르면, 상기 공진기에 장착되는 광 순환기; 상기 광 순환기에 연결되어 상기 광 순환기를 통과한 상기 광이 지나는 포화성 흡수체; 및 상기 포화성 흡수체에 연결된 거울을 더 포함하며, 상기 광 순환기를 지난 상기 광이 상기 포화성 흡수체를 통과한 후 상기 거울에 반사되어 상기 포화성 흡수체로 되돌아가면서 상기 포화성 흡수체에 흡수된 광이 서로 중첩을 일으켜 노이즈가 제거됨으로써 단일종파 모드의 광이 발진될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 공진기에는 공진 주파수가 서로 다른 복수 개의 서브 공진기가 구비됨으로써 상기 광의 다중종파 모드를 단일종파 모드로 변환시킬 수 있다.
일측에 따르면, 상기 공진기에는 마이크로 광섬유 매듭 공진기가 단일종파 모드의 광이 발진될 수 있다.
일측에 따르면, 상기 양자 폭포 이득매질은 패브리-페로 레이저(Fabry-Perot laser), 분산 피드백 레이저(Distributed feedback laser) 또는 외부 캐비티 레이저(External cavity laser)이며 중적외선 영역의 파장 레이저를 발진시킬 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광 분산매질은 고 비선형 광섬유(highly nonlinear optical fiber) 또는 분산 시프트 파이버(dispersion shifted fiber)의 광분산 광섬유일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광 분산매질은 상기 공진기에 장착된 광 순환기에 연결되는 칩 광섬유 격자(chirped fiber bragg grating)일 수 있다.
일측에 따르면, 상기 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저는 중적외선 영역에서 메탄 가스, 암모니아 가스를 포함하는 가스를 측정하는 센서로 사용 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저는, 공진기에 직렬로 장착되며, 상기 공진기로 제공되는 광을 각각 증폭시키는 복수 개의 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질; 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 각각의 양측에 위치되도록 상기 공진기에 장착되어, 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 각각에 의해 증폭된 상기 광을 단반향으로 이동시키는 복수 개의 아이솔레이터; 및 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 사이사이에 위치되도록 상기 공진기에 장착되어, 상기 공진기에서 공진하는 상기 광의 편광을 일치시키는 복수 개의 편광 조절기;를 포함하며, 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 광 중심 파장을 다르게 하여 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질에 의한 파장가변 레이저의 가변폭을 확장시키고 파장가변 대역폭을 복수 개로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저는, 공진기에 병렬로 장착되며, 상기 공진기로 제공되는 광을 각각 증폭시키는 복수 개의 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질; 상기 공진기와 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질 사이 중 일측에 개재되어 상기 광을 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질로 나눠 제공하는 광 분리기; 및 상기 공진기와 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질 사이 중 타측에 개재되어 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질로부터의 광을 결합시키는 광 결합기;를 포함하며, 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 광 중심 파장을 다르게 하여 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질에 의한 파장가변 레이저의 가변폭을 확장시키고 파장가변 대역폭을 복수 개로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 양자 폭포 이득매질을 통해서 광진폭을 직접 변조함으로써 전체 구성의 단순화를 구현할 수 있으며, 기계적 동작 방식이 아닌 전기적 방식이 적용됨으로써 우수한 내구성을 구현함은 물론 속도 향상을 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 광진폭을 직접 변조하기 위해 양자 폭포 이득매질이 적용됨으로써 고속의 파장가변 중적외선을 필요로 하는 분야에 적용 가능함은 물론 단일종파 모드 또는 다중종파 모드의 파장가변 양자 폭포 레이저의 발진이 가능하여 다양한 파장가변 신호가 필요한 분야에서 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저(100)는, 공진기(110)와, 공진기(110)에 장착되어 공진기(110)로 제공되는 광을 증폭시키는 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질(120)과, 양자 폭포 이득매질(120)의 양측에 위치되도록 공진기(110)에 장착되어 양자 폭포 이득매질(120)에 의해 증폭된 광을 단방향으로 이동시키는 아이솔레이터(130)와, 공진기(110)에서 공진하는 광의 편광을 일치시키는 2개의 편광 조절기(140)와, 양자 폭포 이득매질(120)에 의해 광진폭 변조된 광의 파장별 공진 속도를 다르게 유도하는 광 분산매질(160)을 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 양자 폭포 이득매질(120)에서 설정된 특정 파장의 공진 속도에 맞춰 광의 진폭을 직접 변조하여 선택된 임의의 파장만을 발진시킬 수 있다.
먼저, 본 실시예의 공진기(110)는, 도 1에 도시된 것처럼, 전체적으로 폐루프 형상으로 가지며, 양자 폭포 이득매질(120)을 비롯한 구성들이 장착된다. 이러한 공진기(110)는 광섬유로 마련될 수 있다.
본 실시예의 양자 폭포 이득매질(120)은, 양자 폭포의 원리를 이용하여 광을 증폭할 수 있다. 부연하면, 양자 폭포 이득매질(120)에 전기장이 적용되면 전자는 양자 역학적 터널링 효과를 통해서 에너지적으로 높은 전위에서 에너지적으로 낮은 전위로 이동하는데 이로 인해 광 증폭이 이루어질 수 있는 것이다.
이러한 양자 폭포 이득매질(120)로, 패브리-페로 레이저(Fabry-Perot laser), 분산 피드백 레이저(Distributed feedback laser) 또는 외부 캐비티 레이저(External cavity laser)가 적용될 수 있으며, 이로 인해 중적외선 영역의 파장 레이저를 발진시킬 수 있다. 다만, 양자 폭포 이득매질(120)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 양자 폭포 이득매질(120)에는, 주파수 합성을 위한 주파수 합성기(150) 및 함수를 발생시키는 함수 발생기(155)가 연결됨으로써 광진폭을 직접 변조할 수 있다.
본 실시예의 주파수 합성기(150)는, 도 1에 도시된 것처럼, 양자 폭포 이득매질(120)에 연결되어 양자 폭포 이득매질(120)로부터 기본 주파수가 입력되며, 이를 통해 양자 폭포 이득매질(120)에서 광의 파장을 설정된 특정 파장으로 얻을 수 있다.
본 실시예의 함수 발생기(155)는, 주파수 합성기(150)에 연결되어 기본 주파수에 가변 주파수를 합성하여 광진폭 직접 변조에 입력되는 주파수를 시간에 따라 직접 변조하여 발진되는 파장을 선택적으로 변조시킬 수 있다.
이처럼, 양자 폭포 이득매질(120)이 주파수 합성기(150) 및 함수 발생기(155)와의 상호 작용에 의해 광진폭 직접 변조에 따라 발진되는 파장을 변조시킬 수 있는 것이다. 그리고 발진된 파장은 도 1에 도시된 광 분리기(170)를 통해 출력될 수 있다.
부연하면, 광진폭 직접 변조에 입력되는 파장가변 신호로 사인파, 톱니파, 사각파 등을 포함하는 다양한 신호가 입력될 수 있으며 이를 통해 양자 폭포 이득매질(120)에 의한 발진 파장을 가변할 수 있다.
한편, 본 실시예의 아이솔레이터(130)는, 도 1에 도시된 것처럼, 양자 폭포 이득매질(120)의 양측에 위치되도록 공진기(110)에 장착되어 양자 폭포 이득매질(120)에 의해 발생된 광이 단방향, 즉 도 1의 화살표 방향으로만 향할 수 있도록 한다. 이를 통해 광의 중첩에 따른 간섭 발생을 방지할 수 있다.
본 실시예의 편광 조절기(140)는, 도 1에 도시된 것처럼, 양자 폭포 이득매질(120)을 사이에 두고 한 쌍의 아이솔레이터(130)의 양측에서 공진기(110)에 장착된다. 이 중 도 1 기준으로 오른쪽에 위치되는 편광 조절기(140)는 양자 폭포 이득매질(120) 및 아이솔레이터(130)를 지난 광의 편광을 일치시키고 왼쪽에 위치되는 편광 조절기(140)는 광 분산매질(160)을 지난 광의 편광을 다시 일치시키는 역할을 한다.
한편, 본 실시예의 광 분산매질(160)은, 양자 폭포 이득매질(120)에 의해 광진폭 직접 변조된 광의 파장별 공진 속도를 다르게 유도한다.
한편, 이하에서는 전술한 구성을 갖는 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 작동 원리에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예의 공진기(110)의 프리 스펙트럼 범위(FSR, free spectral range)은 다음의 식으로 표현할 수 있다.
Figure pat00001
...식 1
여기서 c는 빛의 속도, n은 광섬유 굴절률 그리고 L은 공진기(110)의 길이이다. 공진기(110) 내부에 광 분산매질(160)이 있는 경우 프리 스펙트럼 범위의 식은 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00002
...식 2
여기서, D는 분산값이며, Δλ는 광의 대역폭이고, ΔF는 분산된 FSR이다. 다시 말해, 파장에 따라 FSR 값이 달라지는 것이다. 특정 주파수 fm으로 광의 진폭을 변조하면 발진 파장은 아래의 식과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00003
...식 3
여기서 fm0은 중심 변조 주파수이고, λ0은 중심 발진 파장이다. 다시 말해, 변조 주파수를 가변시킴에 따라 상기 식과 같이 발진 파장을 조절할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예예 따르면, 양자 폭포 이득매질(120)을 통해서 광진폭을 직접 변조함으로써 전체 구성의 단순화를 구현할 수 있으며, 기계적 동작 방식이 아닌 전기적 방식이 적용됨으로써 우수한 내구성을 구현함은 물론 속도 향상을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 광진폭을 직접 변조하기 위해 양자 폭포 이득매질(120)이 적용됨으로써 고속의 파장가변 중적외선을 필요로 하는 분야에 적용 가능함은 물론 단일종파 모드 또는 다중종파 모드의 파장가변 양자 폭포 레이저의 발진이 가능하여 다양한 파장가변 신호가 필요한 분야에서 적용 가능하다는 장점이 있다.
또한, 전술한 구성의 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저는 중적외선 영역에서 메탄 가스, 암모니아 가스를 포함하는 가스를 측정하는 센서로도 적용 가능하다.
아울러, 사인파뿐만 아니라 톱니파 또는 사각파 등의 다양한 신호도 파장가변 신호로 적용할 수 있다는 장점도 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예들의 각각에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저에 대해 설명하되 전술한 실시예와 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 파장가변 양자 폭포 레이저(200)는, 전술한 제1 실시예의 파장가변 양자 폭포 레이저(100, 도 1 참조)와 실질적으로 유사하되, 공진기(210)에 장착되는 광 순환기(280)와, 광 순환기(280)에 연결되어 광 순환기(280)를 통과한 광이 지나는 포화성 흡수체(283)와, 포화성 흡수체(283)에 연결된 거울(285)을 더 포함한다.
이러한 구성에 의해서, 광 순환기(280)를 지난 광이 포화성 흡수체(283)를 통과한 후 거울(285)에 반사되어 포화성 흡수체(283)로 되돌아가면서 포화성 흡수체(283)에 흡수된 광이 서로 중첩을 일으켜 노이즈가 제거됨으로써 단일종파 모드의 광이 발진될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 파장가변 양자 폭포 레이저(300)는, 전술한 제1 실시예의 파장가변 양자 폭포 레이저(100, 도 1 참조)와 실질적으로 유사하되, 공진기(310)에 장착되어 광의 다중종파 모드를 단일종파 모드로 변환시키는 복수 개의 서브 공진기(313, 315)를 더 포함한다. 복수 개의 서브 공진기(313, 315)는 다중종파 모드를 제거함으로써 단일종파 모드의 광을 발진시킬 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 파장가변 양자 폭포 레이저(400)는, 전술한 제1 실시예의 파장가변 양자 폭포 레이저(100, 도 1 참조)와 실질적으로 유사하되, 공진기(410)에 장착되어 단일종파 모드의 광을 발진시키는 마이크로 광섬유 매듭 공진기(413)를 더 포함한다.
한편, 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5실시예에 따른 파장가변 양자 폭포 레이저(500)는, 전술한 제1 실시예의 파장가변 양자 폭포 레이저(100, 도 1 참조)와 실질적으로 유사하되, 광 분산매질(560)에 있어서 차이가 있다.
본 실시예의 광 분산매질(560)은 고 비선형 광섬유(highly nonlinear optical fiber) 또는 분산 시프트 파이버(dispersion shifted fiber) 등의 광분산 광섬유일 수 있다. 다만, 광 분산매질(560)로 적용 가능한 광섬유가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제6실시예에 따른 파장가변 양자 폭포 레이저(600)는, 전술한 제1 실시예의 파장가변 양자 폭포 레이저(100, 도 1 참조)와 실질적으로 유사하되, 광 분산매질(660)에 있어서 차이가 있다.
본 실시예의 광 분산매질(660)은 공진기(610)에 장착된 광 순환기(661)에 연결되는 칩 광섬유 격자(665, chirped fiber Bragg grating)일 수 있다. 따라서 광 순환기(661)를 통해서 칩 광섬유 격자(665)에 광을 입사하고 돌아오는 광을 다시 공진기(610)에 입사시킴으로써 광의 파장별 공진 속도를 다르게 유도할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 제7실시예에 따른 파장가변 양자 폭포 레이저(700)는, 공진기(710)와, 공진기(710)에 직렬로 장착되며 공진기(710)로 제공되는 광을 각각 증폭시키는 복수 개의 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질(720)과, 복수 개의 양자 폭포 이득매질(720)의 각각의 양측에 위치되도록 공진기(710)에 장착되어 복수 개의 양자 폭포 이득매질(720)의 각각에 의해 증폭된 광을 단반향으로 이동시키는 복수 개의 아이솔레이터(730)와, 복수 개의 양자 폭포 이득매질(120)의 사이사이에 위치되도록 공진기(710)에 장착되어 공진기(710)에서 공진하는 광의 편광을 일치시키는 복수 개의 편광 조절기(740)를 포함할 수 있다.
즉, 전술한 일 실시예의 파장가변 양자 폭포 레이저와 유사하되 양자 폭포 이득매질(720)들이 공진기(710)에 직렬로 배치되고 각각의 양자 폭포 이득매질(720)에 아이솔레이터(730), 편광 조절기(740), 주파수 합성기(750) 그리고 함수 발생기(755)가 연결되는 구조를 갖는다는 점에서 차이가 있다.
이러한 구성에 의해서, 복수 개의 양자 폭포 이득매질(720)의 광 중심 파장을 다르게 하여 복수 개의 양자 폭포 이득매질(720)에 의한 파장가변 레이저의 가변폭을 확장시키고 파장가변 대역폭을 복수 개로 형성할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 제8실시예에 따른 파장가변 양자 폭포 레이저(800)는, 공진기(810)에 병렬로 장착되며 공진기(810)로 제공되는 광을 각각 증폭시키는 복수 개의 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질(820)과, 공진기(810)와 복수 개의 양자 폭포 이득매질(820) 사이 중 일측에 개재되어 광을 복수 개의 양자 폭포 이득매질(820)로 나눠 제공하는 광 분리기(890)와, 공진기(810)와 복수 개의 양자 폭포 이득매질(820) 사이 중 타측에 개재되어 복수 개의 양자 폭포 이득매질(820)로부터의 광을 결합시키는 광 결합기(895)를 포함할 수 있다.
아울러, 병렬로 연결된 복수 개의 양자 폭포 이득매질(820)의 양측의 공진기(810)에는 아이솔레이터(830) 등이 장착되고, 각각의 양자 폭포 이득매질(820)에 주파수 합성기(850) 및 함수 발생기(855) 등이 장착된다는 점에서 전술한 제1 실시예의 구성과 유사하다.
이러한 구성에 의해서, 복수 개의 양자 폭포 이득매질(820)의 광 중심 파장을 다르게 하여 복수 개의 양자 폭포 이득매질(820)에 의한 파장가변 레이저의 가변폭을 확장시키고 파장가변 대역폭을 복수 개로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 파장가변 양자 폭포 레이저
110 : 공진기
120 : 양자 폭포 이득매질
130 : 아이솔레이터
140 : 편광 조절기
150 : 주파수 합성기
155 : 함수 발생기
160 : 광 분산매질
180 : 광 분리기

Claims (13)

  1. 공진기에 장착되어 상기 공진기로 제공되는 광을 증폭시키는 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질;
    상기 공진기에 장착되어 상기 양자 폭포 이득매질에 의해 증폭된 상기 광을 단반향으로 이동시키는 아이솔레이터; 및
    상기 공진기에 장착되어 상기 공진기에서 공진하는 상기 광의 편광을 일치시키는 편광 조절기;
    를 포함하며,
    상기 양자 폭포 이득매질에서 설정된 파장의 공진 속도에 맞추어 상기 광의 진폭을 직접 변조하여 선택된 파장을 발진시키는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자 폭포 이득매질에서 상기 광의 파장을 상기 설정된 파장으로 하기 위해, 상기 양자 폭포 이득매질에 연결되어 상기 양자 폭포 이득매질로부터 기본 주파수가 입력되는 주파수 합성기; 및
    상기 주파수 합성기에 연결되어, 상기 기본 주파수에 가변 주파수를 합성하여 광진폭 직접 변조에 입력되는 주파수를 시간에 따라 직접 변조하여 발진되는 파장을 변조시키는 함수 발생기;
    를 더 포함하는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공진기에 장착되어 광진폭 변조된 상기 광의 파장별 공진 속도를 다르게 유도하는 광 분산매질을 더 포함하는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공진기에 입력되어 광진폭 변조되는 상기 광의 신호로는 사인파, 톱니파 또는 사각파를 포함하는 신호파 형상을 갖는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공진기에 장착되는 광 순환기;
    상기 광 순환기에 연결되어 상기 광 순환기를 통과한 상기 광이 지나는 포화성 흡수체; 및
    상기 포화성 흡수체에 연결된 거울을 더 포함하며,
    상기 광 순환기를 지난 상기 광이 상기 포화성 흡수체를 통과한 후 상기 거울에 반사되어 상기 포화성 흡수체로 되돌아가면서 상기 포화성 흡수체에 흡수된 광이 서로 중첩을 일으켜 노이즈가 제거됨으로써 단일종파 모드의 광이 발진되는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공진기에는 공진 주파수가 서로 다른 복수 개의 서브 공진기가 구비됨으로써 상기 광의 다중종파 모드를 단일종파 모드로 변환시키는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공진기에는 마이크로 광섬유 매듭 공진기가 단일종파 모드의 광이 발진되는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양자 폭포 이득매질은 패브리-페로 레이저(Fabry-Perot laser), 분산 피드백 레이저(Distributed feedback laser) 또는 외부 캐비티 레이저(External cavity laser)이며 중적외선 영역의 파장 레이저를 발진시키는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 광 분산매질은 고 비선형 광섬유(highly nonlinear optical fiber) 또는 분산 시프트 파이버(dispersion shifted fiber)의 광분산 광섬유인, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 광 분산매질은 상기 공진기에 장착된 광 순환기에 연결되는 칩 광섬유 격자(chirped fiber bragg grating)인, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저는 중적외선 영역에서 메탄 가스, 암모니아 가스를 포함하는 가스를 측정하는 센서로 사용 가능한, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  12. 공진기에 직렬로 장착되며, 상기 공진기로 제공되는 광을 각각 증폭시키는 복수 개의 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질;
    상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 각각의 양측에 위치되도록 상기 공진기에 장착되어, 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 각각에 의해 증폭된 상기 광을 단반향으로 이동시키는 복수 개의 아이솔레이터; 및
    상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 사이사이에 위치되도록 상기 공진기에 장착되어, 상기 공진기에서 공진하는 상기 광의 편광을 일치시키는 복수 개의 편광 조절기;
    를 포함하며,
    상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 광 중심 파장을 다르게 하여 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질에 의한 파장가변 레이저의 가변폭을 확장시키고 파장가변 대역폭을 복수 개로 형성하는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
  13. 공진기에 병렬로 장착되며, 상기 공진기로 제공되는 광을 각각 증폭시키는 복수 개의 양자 폭포(QC, Quantum Cascade) 이득매질;
    상기 공진기와 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질 사이 중 일측에 개재되어 상기 광을 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질로 나눠 제공하는 광 분리기; 및
    상기 공진기와 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질 사이 중 타측에 개재되어 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질로부터의 광을 결합시키는 광 결합기;
    를 포함하며,
    상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질의 광 중심 파장을 다르게 하여 상기 복수 개의 양자 폭포 이득매질에 의한 파장가변 레이저의 가변폭을 확장시키고 파장가변 대역폭을 복수 개로 형성하는, 광진폭 직접 변조 기반 파장가변 양자 폭포 레이저.
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