KR20220067510A - 칩-스케일 펄스 생성기, 그리고 이의 타이밍 안정화 방법 - Google Patents

칩-스케일 펄스 생성기, 그리고 이의 타이밍 안정화 방법 Download PDF

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Abstract

칩-스케일 펄스 생성기는 펌프 주파수의 신호를 출력하는 펌프 레이저, 광 경로를 통해 상기 펌프 레이저와 연결되고, 비선형 주파수 변환을 통해, 입력된 신호로부터 펄스를 생성하는 칩-스케일 공진기, 상기 칩-스케일 공진기에서 출력된 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 입력받고, 상기 피드백 전압에 비례하여 주파수 변조된 신호를 출력하는 전압제어발진기, 그리고 상기 펌프 레이저와 상기 칩-스케일 공진기 사이의 광 경로에 위치하고, 상기 펌프 주파수의 신호를 입력받은 후 상기 전압제어발진기에서 출력된 신호의 주파수만큼 상기 펌프 주파수를 변조하고, 주파수 변조된 신호를 상기 칩-스케일 공진기의 방향으로 출력하는 음향광학 주파수변조기를 포함한다.

Description

칩-스케일 펄스 생성기, 그리고 이의 타이밍 안정화 방법{CHIP-SCALE PULSE GENERATOR, AND TIMING STABILIZATION METHOD THEREOF}
본 발명은 칩-스케일 펄스 생성기에 관한 것이다.
칩-스케일 펄스 생성기는 도 1과 같이, 펌프 레이저의 출력 신호를 칩-스케일 공진기에 입력하고, 칩-스케일 공진기의 강한 비선형을 이용하여 펄스를 발생시킨다.
한편, 타이밍 지터(timing jitter)는 고분해능 측정 등의 다양한 응용에서 요구되는 펄스 생성기의 중요한 성능이다. 따라서 펄스 생성기가 우수한 타이밍 지터 특성을 장시간 유지하는 것이 매우 중요하다. 고품질 인자(High Quality factor)　공진기를 사용하여 타이밍 지터를 줄일 수 있지만, 고품질 인자 공진기일수록 펌프 레이저의 주파수 변화와 주변 환경 변화에 민감하다. 따라서, 시간에 따라 펄스 생성 조건이 변하지 않도록 피드백 회로를 통해 펌프 레이저의 주파수를 고정한다.
하지만, 펌프 주파수 제어 방식이 펌프 파워 제어 방식에 비해 100배 가까이 빠른 속도로 타이밍 지터를 줄일 수 있음에도 불구하고, 펌프 레이저의 주파수가 고정되므로, 펄스 생성기에서 사용되지 못하는 한계가 있다.
본 개시는 음향광학 주파수변조기(Acousto-Optic Frequency Shifter, AOFS)와 전압제어발진기(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)를 이용하여 펌프 레이저의 주파수를 변조하여 타이밍 지터를 억제하는 타이밍 안정화 방법, 그리고 이를 구현한 칩-스케일 펄스 생성기를 제공하는 것이다.
실시예에 따른 칩-스케일 펄스 생성기로서, 펌프 주파수의 신호를 출력하는 펌프 레이저, 광 경로를 통해 상기 펌프 레이저와 연결되고, 비선형 주파수 변환을 통해, 입력된 신호로부터 펄스를 생성하는 칩-스케일 공진기, 상기 칩-스케일 공진기에서 출력된 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 입력받고, 상기 피드백 전압에 비례하여 주파수 변조된 신호를 출력하는 전압제어발진기, 그리고 상기 펌프 레이저와 상기 칩-스케일 공진기 사이의 광 경로에 위치하고, 상기 펌프 주파수의 신호를 입력받은 후 상기 전압제어발진기에서 출력된 신호의 주파수만큼 상기 펌프 주파수를 변조하고, 주파수 변조된 신호를 상기 칩-스케일 공진기의 방향으로 출력하는 음향광학 주파수변조기를 포함한다.
상기 칩-스케일 펄스 생성기는 상기 칩-스케일 공진기에서 출력된 제1 펄스에서 분기된 제2 펄스를 입력받고, 상기 제2 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 상기 피드백 전압을 출력하는 타이밍 지터 검출부를 더 포함할 수 있다.
상기 칩-스케일 펄스 생성기는 상기 제1 펄스에서 분기된 제3 펄스의 세기를 측정하는 광 검출기, 그리고 상기 제3 펄스의 세기를 기초로 생성한 제어 신호를 상기 펌프 레이저로 피드백하는 루프 필터를 더 포함하고, 상기 펌프 주파수는 상기 제어 신호에 의해 고정될 수 있다.
상기 전압제어발진기는 상기 피드백 전압을 기초로 신호원의 주파수를 음향광학변조 주파수로 변조할 수 있다.
상기 음향광학 주파수변조기는 상기 펌프 주파수를 상기 음향광학변조 주파수만큼 시프트하여, 상기 주파수 변조된 신호를 출력할 수 있다.
상기 타이밍 지터 검출부는 광섬유 지연 라인 간섭계(Optical fiber delay line interferometer) 기반으로 상기 제2 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 출력할 수 있다.
실시예에 따른 칩-스케일 펄스 생성기로서, 칩-스케일 펄스 생성기에서 출력된 펄스를 입력받고, 상기 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 출력하는 타이밍 지터 검출부, 상기 피드백 전압에 비례하여 주파수 변조된 신호를 출력하는 전압제어발진기, 그리고 상기 칩-스케일 펄스 생성기 내부의 펌프 레이저와 칩-스케일 공진기 사이의 광 경로에 위치하고, 상기 펌프 레이저에서 출력된 신호를 입력받은 후 상기 전압제어발진기에서 출력된 신호의 주파수만큼 상기 신호의 펌프 주파수를 변조하고, 주파수 변조된 신호를 상기 칩-스케일 공진기의 방향으로 출력하는 음향광학 주파수변조기를 포함한다.
상기 전압제어발진기는 상기 피드백 전압을 기초로 신호원의 주파수를 음향광학변조 주파수로 변조할 수 있다.
상기 음향광학 주파수변조기는 상기 펌프 주파수를 상기 음향광학변조 주파수만큼 시프트하여, 상기 주파수 변조된 신호를 출력할 수 있다.
상기 타이밍 지터 검출부는 광섬유 지연 라인 간섭계(Optical fiber delay line interferometer) 기반으로 상기 제2 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 출력할 수 있다.
실시예에 따르면 펌프 레이저의 주파수가 고정된 고성능 칩-스케일 펄스 생성기를 주파수 제어 기반 타이밍 제어를 통해 펄스 타이밍을 고속/고대역폭으로 안정화할 수 있다.
또한, 실시예에 따르면 다양한 형태의 칩-스케일 펄스 생성기에 타이밍 안정화기를 부가하여 펄스 타이밍을 고속/고대역폭으로 안정화할 수 있다.
실시예에 따른 칩-스케일 펄스 생성기는 고속, 초정밀 측정에서 요구되는 단시간 안정도를 제공할 수 있다. 펌프 레이저의 주파수를 고정하는 기본 펄스 생성기의 경우, 밀리초 이하의 짧은 시간 동안 발생하는 타이밍 지터를 안정화할 수 없으나, 실시예에 따른 칩-스케일 펄스 생성기는 고속 주파수 변조가 가능한 전압제어발진기를 통해 밀리초 이하의 짧은 시간 동안 발생하는 타이밍 지터를 억제할 수 있다.
실시예에 따른 칩-스케일 펄스 생성기은 밀리초 이하의 짧은 시간부터 장시간 성능까지의 타이밍 지터 특성을 제공할 수 있다.
도 1은 칩-스케일 펄스 생성기의 펄스 생성을 설명하는 도면이다.
도 2는 피드백 회로를 포함하는 펄스 생성기를 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 펌프 주파수 변조 기반으로 타이밍을 안정화하는 칩-스케일 펄스 생성기의 구성도이다.
도 4는 칩-스케일 펄스 생성기의 타이밍 지터 성능을 비교한 도면이다.
도 5는 타이밍 안정화기가 적용된 다양한 형태의 칩-스케일 펄스 생성기의 예시이다.
도 6은 한 실시예에 따른 타이밍 지터 검출부의 구성도이다.
도 7은 타이밍 안정화기를 통해 안정화된 칩-스케일 펄스 발생기의 출력을 예시적으로 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
설명에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
설명에서, 도면 부호 및 이름은 설명의 편의를 위해 붙인 것으로서, 장치들이 반드시 도면 부호나 이름으로 한정되는 것은 아니다.
도 2는 피드백 회로를 포함하는 펄스 생성기를 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 2를 참고하면, 칩-스케일 펄스 생성기(10)는 펌프 레이저(11), 고품질 인자(High Quality factor)　공진기(12), 광 검출기(Photo Detector, PD)(13), 루프 필터(14)를 포함할 수 있다.
칩-스케일 펄스 생성기(10)는 주파수 fpump를 가지는 펌프 레이저(11)의 출력 신호를 공진기(12)에 입력하고, 공진기(12)의 강한 비선형을 이용하여 펄스를 발생시킨다.
칩-스케일 펄스 생성기(10)는 임의 파형 발생기(Arbitrary Waveform Generator, AWG)(미도시)를 통해 펌프 레이저(11)의 펌프 주파수를 스캔하면서, 공진기(12)의 공진 조건을 찾아 펄스를 발생시킨다. 펄스가 생성된 이후, 주파수 스캔은 멈추고, 펌프 주파수가 공진 조건으로부터 벗어나지 않도록 피드백 회로가 동작한다. 즉, 칩-스케일 펄스 생성기(10)는 피드백 회로를 통해, 펌프 레이저(11)로, 펄스 세기를 일정하게 유지하기 위한 제어 신호를 피드백하여, 펌프 레이저(11)의 주파수를 고정(잠금)(frequency locking)한다. 피드백 회로는 광 검출기(13) 및 루프 필터(14)로 구성될 수 있다. 피드백된 제어 신호는, 펌프 레이저(11) 내부의 압전소자변환기(Piezoelectric transducer, PZT), 또는 위상변조기를 구동하는 전압제어발진기로 입력될 수 있다.
공진기(12)가 매우 작고 비선형성이 크기 때문에, 펌프 레이저(11)의 주파수가 시간에 따라 변할 때 공진기(12)의 온도도 크게 변하여 오랜 시간 펄스 생성 조건을 동일하게 유지하기 어렵다. 따라서, 펌프 레이저(11)의 주파수를 고정하는 것이다.
한편, 칩-스케일 펄스 생성기(10)의 중요한 성능 중의 하나가 타이밍 지터이고, 고분해능 측정 등의 다양한 응용에 사용되기 위해서는 우수한 타이밍 지터 특성을 장시간 유지해야 한다. 이러한 타이밍 제어를 위한 방법으로 펌프 레이저(11)의 펌프 파워 제어와 펌프 주파수 제어가 가능하다. 펌프 파워 제어 방식은 펌프 파워의 변화에 대해 칩-스케일의 공진기(12)가 반응하는 속도가 느리기 때문에 kHz 이상의 속도로 타이밍 지터를 줄일 수 없다. 대신에, 펌프 주파수 변화에 대해 칩-스케일의 공진기(12)가 반응하는 속도가 빠르기 때문에 펌프 주파수 제어 방식이 펌프 파워 제어 방식에 비해 100배 가까이 빠른 속도로 타이밍 지터를 줄일 수 있다. 하지만, 펌프 레이저(11)의 주파수가 고정되므로, 타이밍 지터가 검출되더라도 펌프 주파수 제어를 통해 칩-스케일 펄스 생성기(10)의 타이밍을 안정화할 수 없는 한계가 있다.
다음에서, 펌프 주파수의 고정 여부에 상관없이, 펌프 주파수 변조 기반으로 타이밍을 안정화할 수 있는 칩-스케일 펄스 생성기에 대해 설명한다.
도 3은 펌프 주파수 변조 기반으로 타이밍을 안정화하는 칩-스케일 펄스 생성기의 구성도이고, 도 4는 칩-스케일 펄스 생성기의 타이밍 지터 성능을 비교한 도면이다.
도 3을 참고하면, 칩-스케일 펄스 생성기(100)는 칩-스케일 공진기를 이용하여 펄스열(pulse train)을 생성한다. 칩-스케일 펄스 생성기(100)는 마이크로 공진기를 사용하여 생성되는 광 주파수 빗의 의미를 담아 마이크로콤(micorcombs)이라고 부를 수 있다. 칩-스케일 펄스 생성기(100)는 수십 마이크로미터에서 수 밀리미터 크기의 칩까지 1GHz에서 1THz 반복율로 펄스열을 생성할 수 있다.
칩-스케일 펄스 생성기(100)는 펌프 레이저(110), 칩-스케일 공진기(120), 광 검출기(Photo Detector, PD)(130), 루프 필터(140)를 포함할 수 있다. 칩-스케일 펄스 생성기(100)는 공진기(120)의 공진 조건에 해당하는 펌프 주파수를 찾기 위해 펌프 레이저(110)의 주파수를 스캔하는 임의 파형 발생기(Arbitrary Waveform Generator, AWG)(112)를 더 포함한다. 칩-스케일 펄스 생성기(100)는 타이밍 안정화기(timing stabilizer)를 더 포함하는데, 타이밍 안정화기는 타이밍 지터 검출부(150), 전압제어발진기(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)(160), 그리고 음향광학 주파수변조기(Acousto-Optic Frequency Shifter, AOFS)(170)를 포함한다. 칩-스케일 펄스 생성기(100)는 광 경로상의 신호 전송을 위한 증폭기(erbium-doped fibre amplifier, EDFA)(180), 노치 필터(notch filter, NF)(181), 커플러(182)를 포함할 수 있다.
펌프 레이저(110)는 테이퍼된(tapered) 섬유, 프리즘 또는 웨이브가이드(waveguide) 등을 통해 공진기(120)에 결합되고, 편광은 공진기(120)로 조정된다. 펌프 레이저(110)는 임의 파형 발생기(112)의 주파수 스캔 전압을 기초로 주파수 스캔을 하면서, 공진기(120)의 공진 조건에 해당하는 펌프 주파수를 찾고, 펄스가 생성되면, 주파수 스캔을 멈춘다. 이후, 펌프 주파수가 공진 조건으로부터 벗어나지 않도록 광 검출기(130) 및 루프 필터(140)를 통해 고정된다고 가정한다. 펌프 레이저(110)는 연속파(Continuous Wave, CW) 신호를 출력하는 레이저일 수 있다. 펌프 레이저(110)에서 출력되는 신호의 주파수 fpump를 펌프 주파수라고 부를 수 있다.
공진기(120)는 칩-스케일의 실리카(silica) 마이크로 공진기일 수 있다. 공진기(12)는 고품질 인자(High Quality factor)　공진기일 수 있다. 공진기(120)는 FWM(four-wave mixing) 기반의 비선형 주파수 변환을 통해, 입력된 신호로부터 펄스를 생성한다.
광 검출기(130)는 커플러(182)에서 분기된 펄스의 세기 VPD를 측정한다. 루프 필터(140)는 펄스 세기 VPD를 기초로 생성한 제어 신호(피드백 전압)를 펌프 레이저(110)로 피드백한다. 제어 신호(피드백 전압)는 펌프 레이저(110) 내부의 압전소자변환기(PZT), 또는 위상변조기를 구동하는 전압제어발진기로 입력될 수 있고, 이를 통해, 펌프 레이저(110)의 주파수가 고정된다.
한편, 공진기(120)에서 출력된 펄스는 일정의 타이밍 지터(△t)를 가질 수 있다. 이러한 타이밍 지터를 억제하기 위해, 타이밍 지터 검출부(150), VCO(160), 그리고 AOFS(170)가 사용된다.
타이밍 지터 검출부(150)는 커플러(182)에서 분기된 펄스를 입력받고, 펄스의 타이밍 지터(△t)에 비례하는 전압 △V을 측정하는 회로로 구성된다.
VCO(160)는 입력 전압에 따라 신호원의 주파수를 변조한다. VCO(160)는 타이밍 지터 검출부(150)로부터 전달된 피드백 전압 △V을 입력받고, 피드백 전압 △V에 비례하여 기본 주파수 fVCO를 가변한다. VCO(160)는 수백 kHz이상의 고속으로 피드백 전압 △V에 비례하여 주파수를 제어할 수 있어서, 고속 타이밍 제어를 보장할 수 있다. VCO(160)는 피드백 전압에 비례한 주파수 △fVCO 만큼 가변된 주파수(fVCO+△fVCO)의 마이크로파 신호를 출력한다. VCO(160)에서 출력된 신호의 주파수는 AOFS(170)의 주파수 변조를 위한 주파수이므로, 음향광학변조 주파수 fAOM이라고 정의할 수 있다.
AOFS(170)는 VCO(160)에 의해 구동되고, 펌프 주파수 fpump를 VCO(160)의 주파수 fAOM 만큼 변조(시프트)한다. 따라서, 공진기(120)는 AOFS(170)로부터, 타이밍 지터 억제를 위해 변조된 주파수(fpump+ fAOM)의 신호를 입력받는다.
이와 같이, 펌프 레이저(110)의 주파수가 고정되더라도, 타이밍 지터 검출부(150), VCO(160), 그리고 AOFS(170)를 이용하여 타이밍 지터를 억제하는 펌프 주파수로 가변할 수 있어서, 칩-스케일 펄스 생성기(100)의 타이밍을 안정화할 수 있다.
도 4를 참고하면 AOFS(170) 및 VCO(160)를 사용한 주파수 제어 방식이 펌프 세기 제어 방식에 비해 우수한 타이밍 지터 성능을 제공함을 알 수 있다.
도 5는 타이밍 안정화기가 적용된 다양한 형태의 칩-스케일 펄스 생성기의 예시이다.
도 5를 참고하면, 타이밍 지터 검출부(150), VCO(160), 그리고 AOFS(170)로 구성되는 타이밍 안정화기는 다양한 형태의 기존 칩-스케일 펄스 생성기에 적용될 수 있다.
(a)를 참고하면, 타이밍 지터 검출부(150), VCO(160), 그리고 AOFS(170)는 펌프 레이저의 주파수를 피드백 회로를 통해 고정하지 않는 칩-스케일 펄스 생성기(100a)에 부가될 수 있다. 이때, 펄스 레이저가 고속 주파수 변조를 하지 못하더라도, VCO(160)가 가지는 고속 변조 특성을 통해, 공진기에서 생성되는 펄스의 타이밍 지터를 고속으로 제어할 수 있다.
(b)를 참고하면, 타이밍 지터 검출부(150), VCO(160), 그리고 AOFS(170)는 전자광학변조기(Electro-Optic Modulator, EOM)을 이용하는 고성능 칩-스케일 펄스 생성기(100b)에 부가될 수 있다.
도 6은 한 실시예에 따른 타이밍 지터 검출부의 구성도이다.
도 6을 참고하면, 타이밍 지터 검출부(150)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 타이밍 지터 검출부(150)는 광섬유 지연 라인 간섭계(Optical fiber delay line interferometer) 기반으로 칩-스케일 펄스 생성기(100)에서 생성된 펄스의 타이밍 지터를 검출할 수 있다.
타이밍 지터 검출부(150)는 광 대역통과필터(Optic BandPass Filter)(151), 광섬유 지연 라인 간섭계(200), 발진기(Oscillator)(152), 파장분할다중화기(wavelength division multiplexer(WDM)/wavelength splitter)(153), 두 광전변환기(154a, 154b), 혼합기(155), 그리고 루프 필터(156)를 포함할 수 있다. 각 광전변환기는 광다이오드(photodiode)를 포함하고, 주파수 대역통과필터(radio-frequency BandPass filter) 및 증폭기(amplifier)를 포함할 수 있다.
광 대역통과필터(151)는 입력된 펄스의 주파수 대역에서 두 주파수 모드 vn과 vm을 추출한다. 두 주파수 모드 vn과 vm의 광신호(광펄스)가 광섬유 지연 라인 간섭계(200)로 전달된다. vn은 n번째 주파수 모드이고, vm은 m번째 주파수 모드로서, vn과 vm은 반복률(repetition rate, frep)의 정수배로 표현된다. 예를 들면, vn = nfrep + fceo이고, vm = mfrep + fceo로 표현될 수 있다. frep은 펄스 간 시간 간격(Trep)의 역수이다. fceo는 반송자 포락선 오프셋(carrier envelope offset) 주파수(간단히, “오프셋 주파수”라고 함)이다.
광섬유 지연 라인 간섭계(200)는 기준 경로(reference arm), 그리고 광섬유 지연 라인(τ)에 의한 지연 경로(delay arm)를 포함하고, 기준 경로와 지연 경로를 거친 두 신호들을 간섭시킨다. 이를 위해, 광섬유 지연 라인 간섭계(200)는 커플러(210), 패러데이 회전자 거울(Faraday rotator mirror, FRM)(220-1, 220-2), 광섬유 지연라인(230), 주파수 변조기(240)를 포함할 수 있다. 주파수 변조기(240)는 음향 광학 주파수 시프터(acousto-optic frequency shifter, AOFS)일 수 있다. 커플러(210)에서 간섭이 일어나기 위해서는 기준 경로와 지연 경로가 동일한 편광 상태를 유지해야 한다. 이를 위해, 기준 경로와 지연 경로의 끝에 패러데이 회전자 거울(220-1, 220-2)이 배치될 수 있다.
커플러(210)는 두 주파수 모드 vn과 vm의 광신호를 나누어 기준 경로와 지연 경로로 전달한다.
기준 경로로 전달된 광신호는 패러데이 회전자 거울(FRM)(220-1)에서 반사되어 커플러(210)로 돌아온다.
지연 경로로 전달된 광신호도 패러데이 회전자 거울(FRM)(220-2)에서 반사되어 커플러(210)로 돌아오는데, 기준 경로로 전달된 광신호에 비해 광섬유 지연 라인(τ)에 의해 지연되고, 주파수 변조기(AOFS)(240)에 의해 주파수 변조된다. 이때, 주파수 변조기(AOFS)(240)는, 반송자(carrier)인 발진기(152)의 주파수 fm을 이용하여, 지연 경로를 지나는 광신호의 주파수를 시프트한다. 광신호는 지연 경로를 왕복하므로, 지연 경로를 통과한 광신호의 주파수는 2fm만큼 시프트된다.
커플러(210)에서, 기준 경로를 통과한 광신호와 지연 경로를 통과한 광신호가 간섭을 일으킨다. 커플러(210)에서 출력된 간섭 신호는 파장분할다중화기(153)로 전달된다.
파장분할다중화기(153)는 간섭 신호를 두 주파수 모드(vn, vm)에 해당하는 파장 성분으로 분할한다.
간섭 신호에서 분할된 주파수 모드 vn의 광신호는 광전변환기(154a)에서 전기 신호인 제1 마이크로파 신호로 변환된다. 간섭 신호에서 분할된 주파수 모드 vm의 광신호는 광전변환기(154b)에서 제2 마이크로파 신호로 변환된다. 이때, 제1 마이크로파 신호 및 제2 마이크로파 신호의 잡음(noise)은 광섬유 지연 라인에 의한 지연 시간(τ)이 가중(weighted)된다. 제1 마이크로파 신호는 반송자 주파수 2fm에서δ[τ(vn)] 잡음을 가지고, 제2 마이크로파 신호는 반송자 주파수 2fm에서 δ[τ(vm)] 잡음을 가진다. 즉, 주파수 모드 vn의 잡음은 δ[τ(nfrep + fceo)]이고, 주파수 모드 vm의 잡음은 δ[τ(mfrep + fceo)]으로 표현된다.
광전변환기(154a, 154b)에서 출력된 제1 마이크로파 신호와 제2 마이크로파 신호는 혼합기(155)에서 혼합되고, 혼합기(155)는 두 신호의 공통 성분이 상쇄된 기저대역 신호(baseband signal)를 출력한다. 여기서, 제1 마이크로파 신호와 제2 마이크로파 신호가 공통으로 가지고 있는 오프셋 주파수 잡음 δ[τ(fceo)]은 상쇄된다. 반복률 주파수 잡음 δ[τ(m-n)frep]이 루프 필터(156)를 통해 VCO(160)에 피드백된다.
루프 필터(156)는 반복률 주파수 잡음 δ[τ(m-n)frep]을 기초로 생성한 피드백 전압 △V을 VCO(160)에 피드백할 수 있다. 여기서, 주파수 도메인의 반복률 주파수 잡음은 시간 도메인의 타이밍 지터에 관련된 값이다.
도 7은 타이밍 안정화기를 통해 안정화된 칩-스케일 펄스 발생기의 출력을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 7을 참고하면, 공진기(120)에서 출력된 펄스는 타이밍 지터(△t)를 포함할 수 있다. 이때, 타이밍 지터 검출부(150), VCO(160), 그리고 AOFS(170)로 구성되는 타이밍 안정화기를 포함하는 칩-스케일 펄스 발생기(100)는, 타이밍 지터가 억제된 펄스를 출력할 수 있다. 또한, 칩-스케일 펄스 발생기(100)는 반복률 주파수 잡음이 억제되어 반복률이 안정화될 수 있다.
이와 같이, 실시예에 따르면 펌프 레이저의 주파수가 고정되어 주파수 제어 기반 타이밍 제어가 어려운 고성능 칩-스케일 펄스 생성기를 비롯하여, 일반적인 칩-스케일 펄스 생성기까지 펄스 타이밍을 고속/고대역폭으로 안정화할 수 있다.
실시예에 따른 칩-스케일 펄스 생성기는 펌프 레이저의 주파수가 고정되더라도, 주파수 제어 기반 타이밍 제어를 통해 펄스 타이밍을 고속/고대역폭으로 안정화할 수 있다. 또한, 다양한 형태의 칩-스케일 펄스 생성기에 타이밍 안정화기를 부가하여 펄스 타이밍을 고속/고대역폭으로 안정화할 수 있다.
실시예에 따른 칩-스케일 펄스 생성기은 밀리초 이하의 짧은 시간부터 장시간 성능까지의 타이밍 지터 특성을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 펌프 주파수의 신호를 출력하는 펌프 레이저,
    광 경로를 통해 상기 펌프 레이저와 연결되고, 비선형 주파수 변환을 통해, 입력된 신호로부터 펄스를 생성하는 칩-스케일 공진기,
    상기 칩-스케일 공진기에서 출력된 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 입력받고, 상기 피드백 전압에 비례하여 주파수 변조된 신호를 출력하는 전압제어발진기, 그리고
    상기 펌프 레이저와 상기 칩-스케일 공진기 사이의 광 경로에 위치하고, 상기 펌프 주파수의 신호를 입력받은 후 상기 전압제어발진기에서 출력된 신호의 주파수만큼 상기 펌프 주파수를 변조하고, 주파수 변조된 신호를 상기 칩-스케일 공진기의 방향으로 출력하는 음향광학 주파수변조기
    를 포함하는, 칩-스케일 펄스 생성기.
  2. 제1항에서,
    상기 칩-스케일 공진기에서 출력된 제1 펄스에서 분기된 제2 펄스를 입력받고, 상기 제2 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 상기 피드백 전압을 출력하는 타이밍 지터 검출부를 더 포함하는 칩-스케일 펄스 생성기.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 펄스에서 분기된 제3 펄스의 세기를 측정하는 광 검출기, 그리고
    상기 제3 펄스의 세기를 기초로 생성한 제어 신호를 상기 펌프 레이저로 피드백하는 루프 필터를 더 포함하고,
    상기 펌프 주파수는 상기 제어 신호에 의해 고정되는, 칩-스케일 펄스 생성기.
  4. 제1항에서,
    상기 전압제어발진기는
    상기 피드백 전압을 기초로 신호원의 주파수를 음향광학변조 주파수로 변조하는, 칩-스케일 펄스 생성기.
  5. 제4항에서,
    상기 음향광학 주파수변조기는
    상기 펌프 주파수를 상기 음향광학변조 주파수만큼 시프트하여, 상기 주파수 변조된 신호를 출력하는, 칩-스케일 펄스 생성기.
  6. 제1항에서,
    상기 타이밍 지터 검출부는
    광섬유 지연 라인 간섭계(Optical fiber delay line interferometer) 기반으로 상기 제2 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 출력하는, 칩-스케일 펄스 생성기.
  7. 칩-스케일 펄스 생성기에서 출력된 펄스를 입력받고, 상기 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 출력하는 타이밍 지터 검출부,
    상기 피드백 전압에 비례하여 주파수 변조된 신호를 출력하는 전압제어발진기, 그리고
    상기 칩-스케일 펄스 생성기 내부의 펌프 레이저와 칩-스케일 공진기 사이의 광 경로에 위치하고, 상기 펌프 레이저에서 출력된 신호를 입력받은 후 상기 전압제어발진기에서 출력된 신호의 주파수만큼 상기 신호의 펌프 주파수를 변조하고, 주파수 변조된 신호를 상기 칩-스케일 공진기의 방향으로 출력하는 음향광학 주파수변조기
    를 포함하는, 타이밍 안정화기.
  8. 제7항에서,
    상기 전압제어발진기는
    상기 피드백 전압을 기초로 신호원의 주파수를 음향광학변조 주파수로 변조하는, 타이밍 안정화기.
  9. 제8항에서,
    상기 음향광학 주파수변조기는
    상기 펌프 주파수를 상기 음향광학변조 주파수만큼 시프트하여, 상기 주파수 변조된 신호를 출력하는, 타이밍 안정화기.
  10. 제7항에서,
    상기 타이밍 지터 검출부는
    광섬유 지연 라인 간섭계(Optical fiber delay line interferometer) 기반으로 상기 제2 펄스의 타이밍 지터에 비례하는 피드백 전압을 출력하는, 타이밍 안정화기.
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