KR20230155844A - Apparatus for detecting optical beat signal and operating method thereof - Google Patents

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Abstract

광비트 신호 검출 장치는 광주파수빗과, 특정 주파수의 측정 대상 신호를 결합하는 광결합부, 상기 광결합부에서 결합된 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부, 분광된 신호 중에서, 상기 측정 대상 신호가 중첩된 주파수 대역의 광 신호를 통과시키는 협대역 필터, 그리고 상기 협대역 필터를 통과한 광 신호로부터 상기 특정 주파수에 관계된 광비트 신호를 검출하는 광검출기를 포함하는 측정부, 그리고 상기 측정 대상 신호가 상기 협대역 필터를 통과하도록 상기 분광부와 상기 측정부를 정렬시키는 제어부를 포함한다.The optical beat signal detection device includes an optical frequency bit and an optical coupling unit that combines a signal to be measured at a specific frequency, a spectrometer that splits the combined signal in space in the optical coupling unit, and, among the split signals, the measurement target. A measurement unit including a narrow-band filter that passes an optical signal in a frequency band in which the signal overlaps, and a photodetector that detects an optical beat signal related to the specific frequency from the optical signal that passes the narrow-band filter, and the measurement object. and a control unit that aligns the spectrometer and the measurement unit so that the signal passes through the narrowband filter.

Description

광비트 신호 검출 장치 및 이의 동작 방법{APPARATUS FOR DETECTING OPTICAL BEAT SIGNAL AND OPERATING METHOD THEREOF}Optical beat signal detection device and operating method thereof {APPARATUS FOR DETECTING OPTICAL BEAT SIGNAL AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 개시는 광비트 신호 검출에 관한 것이다.This disclosure relates to optical beat signal detection.

광주파수빗(Optical frequency comb)은 주파수 도메인에서 일정 주파수 간격(frep)의 불연속적인 스펙트럼으로 표현되는데, 주파수 자(frequency ruler)로서 다양한 연구 분야에 활용되고 있다. 특히, 광주파수빗을 이용한 레이저 주파수 안정화 및 절대 주파수 측정 기술이 지속적으로 발전하고 있고, 다양한 정밀 기술에 안정화된 레이저가 사용될 수 있다. 예를 들어, 광주파수빗은 측정 대상 레이저와의 결합을 통해 레이저의 광학적 특성을 검출하는 광 헤테로다인 검출(optical heterodyne detection)에 활용될 수 있다. Optical frequency comb is expressed as a discontinuous spectrum with a certain frequency interval (f rep ) in the frequency domain, and is used as a frequency ruler in various research fields. In particular, laser frequency stabilization and absolute frequency measurement technology using optical frequency combs are continuously developing, and stabilized lasers can be used in various precision technologies. For example, an optical frequency comb can be used for optical heterodyne detection, which detects the optical characteristics of a laser through combination with the laser to be measured.

광 헤테로다인 검출은 서로 다른 레이저에서 출력된 인접 신호들의 결합 신호, 즉 광비트 신호를 검출하는 기술이다. 따라서, 높은 신호 대비 잡음비(signal-to-ratio)를 가진 광비트 신호를 검출하기 위해서, 주변 신호들을 제거함으로써 중첩 대역의 레이저 신호들만을 정류하는 것이 중요하다. 하지만, 종래의 광비트 검출 기술은 협대역 광섬유 필터를 이용하여 레이저 신호들을 정류한다. 또한, 종래의 광비트 검출 기술은 수동적(passive) 방식으로 광학계 정렬을 한다. 따라서, 종래의 광비트 검출기는 제한된 주파수 대역의 광비트만을 검출할 수밖에 없고, 외부 환경(온도변화, 진동 등)에 민감해서 광비트 신호의 불안정을 초래할 수 있으며, 주파수 가변성을 제공하지 못한다. Optical heterodyne detection is a technology that detects a combined signal of adjacent signals output from different lasers, that is, an optical beat signal. Therefore, in order to detect an optical beat signal with a high signal-to-noise ratio, it is important to rectify only the laser signals in the overlapping band by removing surrounding signals. However, conventional optical beat detection technology rectifies laser signals using a narrow-band optical fiber filter. Additionally, conventional optical beat detection technology aligns the optical system in a passive manner. Therefore, the conventional optical beat detector has no choice but to detect only optical beats in a limited frequency band, and is sensitive to external environments (temperature changes, vibration, etc.), which may cause instability in the optical beat signal and cannot provide frequency variability.

본 개시는 능동적으로 광비트 신호를 검출하는 장치 및 이의 동작 방법을 제공하는 것이다.The present disclosure provides a device for actively detecting an optical beat signal and a method of operating the same.

한 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치로서, 광주파수빗과, 특정 주파수의 측정 대상 신호를 결합하는 광결합부, 상기 광결합부에서 결합된 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부, 분광된 신호 중에서, 상기 측정 대상 신호가 중첩된 주파수 대역의 광 신호를 통과시키는 협대역 필터, 그리고 상기 협대역 필터를 통과한 광 신호로부터 상기 특정 주파수에 관계된 광비트 신호를 검출하는 광검출기를 포함하는 측정부, 그리고 상기 측정 대상 신호가 상기 협대역 필터를 통과하도록 상기 분광부와 상기 측정부를 정렬시키는 제어부를 포함한다.An optical beat signal detection device according to an embodiment, comprising an optical frequency comb and an optical coupling unit for combining a signal to be measured at a specific frequency, a spectrometer for dispersing the combined signal combined in the optical coupling unit in space, and a spectroscopic unit for splitting the combined signal in space. Among the signals, a narrow-band filter that passes an optical signal in a frequency band overlapping with the signal to be measured, and a photodetector that detects an optical beat signal related to the specific frequency from the optical signal that passes the narrow-band filter. and a control unit that aligns the spectrometer and the measurement unit so that the signal to be measured passes through the narrow-band filter.

상기 제어부는 상기 광검출기에서 측정된 위치별 신호 세기를 기초로 상기 분광부 및/또는 상기 측정부를 움직이는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 분광부가 탑재된 회전 스테이지 및/또는 상기 측정부가 탑재된 모션 스테이지로 전송할 수 있다. The control unit generates a control signal to move the spectrometer and/or the measurement unit based on the signal intensity for each position measured by the photodetector, and transmits the control signal to the rotation stage on which the spectrometer is mounted and/or the measurement unit. It can be transmitted to the motion stage.

상기 광검출기는 복수의 광센서들이 배열된 어레이 광검출기일 수 있다.The photodetector may be an array photodetector in which a plurality of photosensors are arranged.

상기 제어부는 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로, 상기 분광부 및/또는 상기 측정부를 움직여 상기 측정 대상 신호가 협대역 필터를 통과하도록 제어할 수 있다.The control unit may control the measurement target signal to pass through a narrowband filter by moving the spectrometer and/or the measurement unit based on the spectral position of the measurement target signal.

상기 광비트 신호 검출 장치는 상기 제어부에게, 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 제공하는 빔 위치 추적기를 더 포함할 수 있다.The optical beat signal detection device may further include a beam position tracker that provides the control unit with the spectral position of the signal to be measured.

상기 분광부는 회절 격자(optical grating)를 포함할 수 있다.The spectrometer may include a diffraction grating (optical grating).

상기 협대역 필터는 상기 광주파수빗 중에서, 상기 측정 대상 신호 근처의 주파수 모드를 분리하여 통과시킬 수 있다.The narrow-band filter may separate and pass a frequency mode near the signal to be measured among the optical frequency bits.

상기 측정부는 상기 광주파수빗의 스펙트럼 범위에서 변하는 상기 측정 대상 신호의 주파수에 따라, 상기 광비트 신호를 연속적으로 검출할 수 있다.The measuring unit may continuously detect the optical beat signal according to the frequency of the signal to be measured, which changes in the spectral range of the optical frequency beat.

다른 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치로서, 광주파수빗과, 특정 주파수의 측정 대상 신호를 결합하는 광결합부, 회절 현상을 이용하여, 상기 광결합부에서 결합된 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부, 협대역 필터를 통해 입사된 광 신호로부터 상기 특정 주파수에 관계된 광비트 신호를 검출하는 측정부, 제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호를 이용하여, 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 추적하는 빔 위치 추적기, 그리고 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로, 제2 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호가 상기 협대역 필터를 통과하도록 상기 측정부의 움직임을 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 제1 회절 모드와 상기 제2 회절 모드는 대칭 모드이다.An optical beat signal detection device according to another embodiment includes an optical frequency comb, an optical coupling unit that combines a signal to be measured at a specific frequency, and a diffraction phenomenon, and the combined signal from the optical coupling unit is spectralized in space. A spectroscopic unit that detects an optical beat signal related to the specific frequency from an optical signal incident through a narrow-band filter, and a spectral position of the signal to be measured using the signal to be measured included in a first diffraction mode. A beam position tracker that tracks, and a control unit that controls the movement of the measurement unit so that the measurement target signal included in the second diffraction mode passes through the narrowband filter based on the spectral position of the measurement target signal. The first diffraction mode and the second diffraction mode are symmetric modes.

상기 빔 위치 추적기는 상기 제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호를 측정하고, 측정 위치와 기준 위치의 각도 차이를 상기 측정 대상 신호의 분광 위치로 제공하며, 상기 기준 위치는 공간상에서 회절되지 않는 0차 모드 위치일 수 있다.The beam position tracker measures the signal to be measured included in the first diffraction mode, and provides the angular difference between the measurement position and the reference position as the spectral position of the signal to be measured, and the reference position is not diffracted in space. It may be a zero-order mode position.

상기 제어부는 상기 기준 위치에서 상기 각도 차이만큼 떨어진 위치에 상기 협대역 필터를 위치시키는 제어 신호를 생성할 수 있다.The control unit may generate a control signal that positions the narrowband filter at a position separated by the angle difference from the reference position.

상기 제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호의 분광 위치는 상기 제2 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호의 분광 위치와 대칭적일 수 있다.The spectral position of the signal to be measured included in the first diffraction mode may be symmetrical to the spectral position of the signal to be measured included in the second diffraction mode.

상기 분광부는 회절 격자(optical grating)를 포함하고, 고정될 수 있다.The spectrometer may include an optical grating and be fixed.

상기 협대역 필터는 상기 광주파수빗 중에서, 상기 측정 대상 신호 근처의 주파수 모드를 분리하여 통과시킬 수 있다.The narrow-band filter may separate and pass a frequency mode near the signal to be measured among the optical frequency bits.

또 다른 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치는 광주파수빗과, 특정 주파수의 측정 대상 신호를 결합하는 광결합부, 회절 현상을 이용하여, 상기 광결합부에서 결합된 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부, 협대역 필터를 통해 입사된 광 신호로부터 상기 특정 주파수에 관계된 광비트 신호를 검출하는 측정부, 제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호를 이용하여, 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 추적하는 빔 위치 추적기, 그리고 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로, 제2 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호가 상기 협대역 필터를 통과하도록 상기 분광부의 움직임을 제어하는 제어부를 포함한다. 상기 제1 회절 모드와 상기 제2 회절 모드는 대칭 모드일 수 있다.An optical beat signal detection device according to another embodiment uses an optical frequency bit, an optical coupling unit that combines a measurement target signal of a specific frequency, and a diffraction phenomenon to spectrally analyze the combined signal from the optical coupling unit in space. A spectroscopic unit that detects an optical beat signal related to the specific frequency from an optical signal incident through a narrow-band filter, and a spectral position of the signal to be measured using the signal to be measured included in a first diffraction mode. A beam position tracker that tracks, and a control unit that controls the movement of the spectrometer so that the measurement target signal included in the second diffraction mode passes through the narrowband filter, based on the spectral position of the measurement target signal. . The first diffraction mode and the second diffraction mode may be symmetric modes.

상기 빔 위치 추적기는 측정 신호를 위한 타겟 위치가 상기 협대역 필터의 중심 위치에 대칭되도록 공간상에 배치되고, 상기 제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호를 측정한 후, 측정 위치와 상기 타겟 위치의 거리 차이를 상기 측정 대상 신호의 분광 위치로 제공할 수 있다.The beam position tracker is arranged in space so that the target position for the measurement signal is symmetrical to the center position of the narrowband filter, and after measuring the measurement target signal included in the first diffraction mode, the measurement position and the target The distance difference between positions can be provided as the spectral position of the signal to be measured.

상기 제어부는 상기 거리 차이가 상쇄되도록, 상기 분광부를 회전시키는 제어 신호를 생성할 수 있다.The control unit may generate a control signal to rotate the spectrometer so that the distance difference is canceled out.

상기 광비트 신호 검출 장치는 상기 빔 위치 추적기로 입사되는 상기 제1 회절 모드를 반전시키는 도브 프리즘(Dove Prism)을 더 포함할 수 있다.The optical beat signal detection device may further include a Dove Prism that inverts the first diffraction mode incident on the beam position tracker.

상기 분광부는 회절 격자(optical grating)를 포함할 수 있다.The spectrometer may include a diffraction grating (optical grating).

상기 협대역 필터는 상기 광주파수빗 중에서, 상기 측정 대상 신호 근처의 주파수 모드를 분리하여 통과시킬 수 있다.The narrow-band filter may separate and pass a frequency mode near the signal to be measured among the optical frequency bits.

실시예에 따르면, 높은 신호 대비 잡음비를 가진 광비트 신호를 검출할 수 있다.According to the embodiment, an optical beat signal with a high signal-to-noise ratio can be detected.

실시예에 따르면, 측정 대상 신호의 주파수 변화에 관계없이, 능동적으로 광비트 신호를 검출할 수 있다. According to the embodiment, the optical beat signal can be actively detected regardless of the change in frequency of the signal to be measured.

실시예에 따르면, 광주파수빗의 스펙트럼 범위에 해당하는 광대역에서 광비트 신호를 검출할 수 있다.According to an embodiment, an optical beat signal can be detected in a broadband corresponding to the spectral range of the optical frequency beat.

도 1은 한 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치의 개념도이다.
도 2는 한 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치의 구성도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치의 구성도이다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치의 구성도이다.
1 is a conceptual diagram of an optical beat signal detection device according to an embodiment.
Figure 2 is a configuration diagram of an optical beat signal detection device according to an embodiment.
Figure 3 is a configuration diagram of an optical beat signal detection device according to another embodiment.
Figure 4 is a configuration diagram of an optical beat signal detection device according to another embodiment.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice them. However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present disclosure in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 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. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

도 1은 한 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of an optical beat signal detection device according to an embodiment.

도 1을 참고하면, 광비트 신호 검출 장치(100)는 펄스 레이저(10)에서 출력된 광주파수빗(Optical frequency comb), 그리고 측정 대상 레이저(20)에서 출력된 특정 주파수의 측정 대상 신호(연속파 신호)를 입력받는다. 광비트 신호 검출 장치(100)는 측정 대상 신호와, 이의 주파수에 근접한 광주파수빗 사이의 광비트 신호를 검출한다. 여기서, 광주파수빗이 주파수를 알고 있는 기준 신호이다.Referring to FIG. 1, the optical beat signal detection device 100 includes an optical frequency comb output from the pulse laser 10, and a measurement target signal (continuous wave) of a specific frequency output from the measurement target laser 20. signal) is input. The optical beat signal detection device 100 detects an optical beat signal between a signal to be measured and an optical frequency beat close to its frequency. Here, the optical frequency bit is a reference signal with a known frequency.

광비트 신호 검출 장치(100)는 광 헤테로다인 검출(optical heterodyne detection) 기반으로, 광주파수빗과 측정 대상 신호를 결합하고, 결합 신호에서 측정 대상 신호가 존재하는 중첩 주파수 대역을 능동적으로 검출하여 광비트 신호를 검출할 수 있다. 광비트 신호는 두 신호의 주파수 차이를 가지고, 광비트 신호 검출은 광비트 신호의 주파수, 즉 광비트 주파수(fbeat) 검출을 의미할 수 있다. 광주파수빗 중에서, 측정 대상 신호 근처의 주파수 모드에 의해 광비트 신호가 검출된다. The optical beat signal detection device 100 is based on optical heterodyne detection, combines an optical frequency beat and a signal to be measured, and actively detects an overlapping frequency band in which the signal to be measured is present in the combined signal, thereby Beat signals can be detected. The optical beat signal has a frequency difference between the two signals, and detecting the optical beat signal may mean detecting the frequency of the optical beat signal, that is, the optical beat frequency (f beat ). Among the optical frequency beats, the optical beat signal is detected by the frequency mode near the signal to be measured.

펄스 레이저(10)는 주파수 도메인에서 일정 주파수 간격(frep)의 불연속적인 스펙트럼으로 표현되는 광주파수빗을 출력한다. 주파수 도메인에서 광주파수빗의 n번째 빗살(comb-line)을 n번째 주파수 모드 vn이라고 부른다. 광주파수빗의 각 주파수 모드 vn은 수학식 1과 같이, 반송자 포락선 오프셋(carrier envelope offset) 주파수(간단히, “오프셋 주파수”라고 함)(fceo)와 반복률(repetition rate, frep)의 정수배(n=1, 2, 3, …)로 표현된다. n은 간단히 모드 번호라고 부를 수 있다.The pulse laser 10 outputs an optical frequency beat expressed as a discontinuous spectrum at a certain frequency interval (f rep ) in the frequency domain. In the frequency domain, the nth comb-line of the optical frequency comb is called the nth frequency mode v n . Each frequency mode v n of the optical frequency bit is the carrier envelope offset frequency (simply referred to as “offset frequency”) (f ceo ) and repetition rate (f rep ), as shown in Equation 1. It is expressed as an integer multiple (n=1, 2, 3, …). n can simply be called the mode number.

[수학식 1][Equation 1]

vn = nfrep + fceo vn = nf rep + f ceo

광주파수빗의 오프셋 주파수와 반복률은 안정화될 수 있고, 예를 들어, 절대 주파수 기준인 원자시계에 안정화될 수 있다. 이러한 안정화를 통해 광주파수빗의 주파수 모드가 정확한 값을 가지고, 기준 신호로 사용될 수 있다. The offset frequency and repetition rate of the optical frequency bit can be stabilized, for example, to an atomic clock, which is an absolute frequency reference. Through this stabilization, the frequency mode of the optical frequency bit has an accurate value and can be used as a reference signal.

측정 대상 레이저(20)는 단일 주파수(fcw)의 연속파(continuous wave) 신호를 출력하는 단일 주파수 레이저이다. 한편, 측정 대상 레이저(20)는 넓은 주파수 대역을 스캔/스윕(sweep)할 수 있는 주파수 가변 레이저(tunable laser)일 수 있다. The laser 20 to be measured is a single frequency laser that outputs a continuous wave signal of a single frequency (f cw ). Meanwhile, the measurement target laser 20 may be a frequency tunable laser that can scan/sweep a wide frequency band.

광비트 신호 검출 장치(100)는 수학식 2에 해당하는 광비트 주파수를 검출할 수 있다. 반복률 frep은 안정화된 값이므로, 광비트 주파수 fbeat를 통해 측정 대상 신호의 주파수 fcw를 알 수 있다.The optical beat signal detection device 100 can detect the optical beat frequency corresponding to Equation 2. Since the repetition rate f rep is a stabilized value, the frequency f cw of the signal to be measured can be known through the optical beat frequency f beat .

[수학식 2][Equation 2]

fbeat= vn - fcw f beat = v n - f cw

결국, 광비트 신호 검출 장치(100)가 높은 신호 대비 잡음비(signal-to-ratio)를 가진 광비트 신호를 검출해야, 측정 대상 레이저(20)의 주파수를 정확히 측정할 수 있다. 이를 위해, 광비트 신호 검출 장치(100)는 광주파수빗과 측정 대상 신호를 광학계를 이용하여 결합시키고, 회절 격자(optical grating)를 이용하여 결합 신호를 공간상에 분광시킬 수 있다. 결합 신호는 회절현상에 의해서, 회절 차수에 따른 회절 모드들, 예를 들면, 회절되지 않는 0차 모드(m=0), 회절되는 1차 모드(m=1), 그리고 -1차 모드(m=-1) 등으로 공간상에 분광된다. 그리고, 공간상에서 측정 대상 신호가 포함된 주파수 대역이 광검출기에 의해 검출되도록, 협대역 필터(예를 들면, 아이리스(Iris))가 배치된다. 협대역 필터에 의해, 광주파수빗에서 측정 대상 신호 근처의 주파수 모드가 분리된다. 광비트 신호 검출 장치(100)는 협대역 필터를 통과한 광 신호로부터 광비트 신호를 검출할 수 있다. 광비트 신호 검출 장치(100)는 복수의 광센서들이 배열된 어레이 광검출기(arrayed photodetector), 또는 광다이오드(Photodiode)로 구성된 광검출기로 광비트 신호를 검출할 수 있다.Ultimately, the optical beat signal detection device 100 must detect an optical beat signal with a high signal-to-noise ratio to accurately measure the frequency of the laser 20 to be measured. To this end, the optical beat signal detection device 100 can combine the optical frequency bit and the signal to be measured using an optical system and disperse the combined signal in space using a diffraction grating. Due to the diffraction phenomenon, the combined signal is divided into diffraction modes depending on the diffraction order, for example, the non-diffracted 0th order mode (m = 0), the diffracted 1st order mode (m = 1), and the -1st order mode (m =-1), etc. are distributed in space. In addition, a narrow-band filter (eg, Iris) is disposed so that the frequency band containing the signal to be measured in space is detected by the photodetector. A narrowband filter separates the frequency modes near the signal to be measured from the optical frequency bit. The optical beat signal detection device 100 can detect an optical beat signal from an optical signal that has passed through a narrow-band filter. The optical beat signal detection device 100 may detect the optical beat signal using an arrayed photodetector in which a plurality of optical sensors are arranged, or a photodetector consisting of a photodiode.

한편, 광비트 신호 검출 장치(100)는 공간상에서 측정 대상 신호의 분광 위치를 추적하고, 측정 대상 신호가 협대역 필터를 통과하도록 회절 격자와 협대역 필터를 능동적으로 정렬한다. 이를 위해, 광비트 신호 검출 장치(100)는 회절 격자와 협대역 필터를 정렬시키는 제어 신호(예를 들면, 회절 격자의 회전 각도, 협대역 필터의 이동 정보 등)를 생성한다. 제어 신호에 의해 회절 격자가 회전할 수 있고, 협대역 필터를 포함하는 측정부가 이동할 수 있다. 이러한 능동 제어를 통해, 광비트 신호 검출 장치(100)는 협대역 필터를 통과하는 측정 대상 신호의 파워를 최대화할 수 있다. Meanwhile, the optical beat signal detection device 100 tracks the spectral position of the signal to be measured in space and actively aligns the diffraction grating and the narrow-band filter so that the signal to be measured passes through the narrow-band filter. To this end, the optical beat signal detection device 100 generates a control signal that aligns the diffraction grating and the narrow-band filter (eg, rotation angle of the diffraction grating, movement information of the narrow-band filter, etc.). The diffraction grating can be rotated by the control signal, and the measuring unit including the narrow-band filter can be moved. Through this active control, the optical beat signal detection device 100 can maximize the power of the signal to be measured passing through the narrow-band filter.

이러한 능동 제어를 통해, 광비트 신호는 안정화되어 외부 환경에 강인할 수 있다. 또한, 고정된 주파수 대역의 광비트 신호를 검출하는 종래 기술과 달리, 광비트 신호 검출 장치(100)는 측정 대상 신호의 주파수 변화에 따라, 능동적으로 광비트 신호를 검출할 수 있다. 광비트 신호 검출 장치(100)는 광주파수빗의 스펙트럼 범위에서 변하는 측정 대상 신호의 주파수에 따라, 광비트 신호를 연속적으로 검출할 수 있다. Through this active control, the optical bit signal can be stabilized and robust to the external environment. Additionally, unlike conventional technology that detects an optical beat signal in a fixed frequency band, the optical beat signal detection device 100 can actively detect the optical beat signal according to a change in the frequency of the signal to be measured. The optical beat signal detection device 100 can continuously detect the optical beat signal according to the frequency of the measurement target signal that changes in the spectral range of the optical frequency beat.

도 2는 한 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치의 구성도이다. Figure 2 is a configuration diagram of an optical beat signal detection device according to an embodiment.

도 2를 참고하면, 광비트 신호 검출 장치(100A)는 광주파수빗(OFC), 그리고 특정 주파수의 측정 대상 신호(연속파 신호, CW)를 결합시키는 광결합부(110), 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부(120), 분광 신호 중 협대역 필터를 통과한 광 신호를 검출하는 측정부(130A)를 포함한다. 그리고, 광비트 신호 검출 장치(100A)는 피드백 제어 신호를 통해, 분광부(120)가 설치된 회전 스테이지 및/또는 측정부가 설치된 모션 스테이지를 제어하는 제어부(140A)를 포함할 수 있다. 제어부(140A)는 광학 소자들로부터 획득된 정보를 기초로 제어 신호를 생성하는 적어도 하나의 프로세를 포함할 수 있다. 이외에도 광비트 신호 검출 장치(100)는 제어 신호에 의해 회전 스테이지 및/또는 모션 스테이지를 움직이는 모터 등의 구동 장치를 더 포함할 수 있으나, 자세할 설명은 생략한다.Referring to FIG. 2, the optical beat signal detection device 100A includes an optical coupling unit 110 that combines an optical frequency bit (OFC) and a measurement target signal (continuous wave signal, CW) of a specific frequency, and the combined signal is spatially It includes a spectrometer 120 that specifies light and a measurement part 130A that detects an optical signal that has passed through a narrow-band filter among the spectral signals. In addition, the optical beat signal detection device 100A may include a control unit 140A that controls the rotation stage on which the spectrometer 120 is installed and/or the motion stage on which the measurement unit is installed through a feedback control signal. The control unit 140A may include at least one processor that generates a control signal based on information obtained from optical elements. In addition, the optical beat signal detection device 100 may further include a driving device such as a motor that moves the rotation stage and/or the motion stage by a control signal, but detailed description will be omitted.

광결합부(110)는 자유공간(free-space) 헤테로다인 광학계로서, 기준 신호인 광주파수빗과 측정 대상 신호를 결합시킨다. 광결합부(110)는 동축(coaxial)으로 출력되는 두 광 신호의 파워를 최대화시킬 수 있도록 광학 소자들을 구성할 수 있다. 광결합부(110)는 다양하게 구성될 수 있으나, 예를 들면, 반파장판(Half-wave plate, HWP)(111, 112, 114), 그리고 편광 빔스플리터(Polarization beam splitter, PBS)(113, 115)를 포함할 수 있다. 반파장판(HWP)(111, 112, 114)은 입사 빔의 파장을 반파장(1/2파장) 지연시키는 광학 소자이고, 편광 빔스플리터(PBS)(113, 115)는 입사 빔을 반사형 S-편광빔(90도 반사)과 투과형 P-편광빔(직진)으로 분리해주는 광학소자이다. 편광 빔스플리터(PBS)(113)는 광주파수빗과 측정 대상 신호를, 교차하는 편광으로 공간상에서 결합한다. 편광 빔스플리터(PBS)(113)는 광주파수빗과 측정 대상 신호를 동일한 편광으로 만든다. 이때 반파장판(HWP)(111, 112, 114)은 입사/출력되는 레이저 빔의 편광 상태를 조절하는데 이용된다. The optical coupling unit 110 is a free-space heterodyne optical system that combines the optical frequency comb, which is a reference signal, with the signal to be measured. The optical coupling unit 110 can configure optical elements to maximize the power of two optical signals output coaxially. The optical coupling unit 110 may be configured in various ways, but for example, a half-wave plate (HWP) (111, 112, 114), and a polarization beam splitter (PBS) (113, 115) may be included. The half-wave plate (HWP) (111, 112, 114) is an optical element that delays the wavelength of the incident beam by half a wavelength, and the polarizing beam splitter (PBS) (113, 115) splits the incident beam into a reflective S -It is an optical element that separates a polarized beam (reflected at 90 degrees) and a transmitted P-polarized beam (directly directed). The polarizing beam splitter (PBS) 113 combines the optical frequency comb and the measurement target signal in space with alternating polarization. The polarizing beam splitter (PBS) 113 makes the optical frequency comb and the signal to be measured into the same polarization. At this time, the half-wave plate (HWP) 111, 112, and 114 is used to adjust the polarization state of the incident/output laser beam.

분광부(120)는 주파수들이 중첩된 신호를 공간상에 분광시킨다. 분광부(120)는 회절 격자(optical grating)로 구성될 수 있다. 분광부(120)는 광결합부(110)에서 결합된 결합 신호를 회절시켜, 회절되지 않는 0차 모드(m=0), 회절되는 1차 모드(m=1), 그리고 -1차 모드(m=-1) 등으로 공간상에 분광시킨다. 분광부(120)로 입사된 결합 신호는 백색광과 단색광이 중첩되어 있으므로, 회절 격자를 이용해 공간상으로 분리시킨다. 이를 통해, 광비트 신호의 패턴을 단순화할 수 있다. The spectrometer 120 specifies signals with overlapping frequencies in space. The spectrometer 120 may be composed of a diffraction grating (optical grating). The spectrometer 120 diffracts the combined signal from the optical coupling unit 110 into a non-diffracted 0th order mode (m=0), a diffracted 1st order mode (m=1), and -1st order mode ( m=-1), etc. to disperse in space. Since the combined signal incident on the spectrometer 120 overlaps white light and monochromatic light, they are separated in space using a diffraction grating. Through this, the pattern of the optical bit signal can be simplified.

한편, 분광부(120)는 회전 스테이지에 탑재되고, 제어 신호에 의해 회전할 수 있다. 이를 통해, 분광부(120)와 측정부(130A)의 광경로가 정렬될 수 있다.Meanwhile, the spectrometer 120 is mounted on a rotation stage and can be rotated by a control signal. Through this, the optical paths of the spectrometer 120 and the measurement unit 130A can be aligned.

측정부(130A)는 협대역 필터(131A), 그리고 어레이 광검출기(132A)를 포함할 수 있다. 협대역 필터(131A)는 광 신호가 입사될 수 있는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있다. 어레이 광검출기(132A)는 복수의 광센서들이 일렬로 배열되고, N개의 픽셀들로 구성될 수 있다. 측정부(130A)는 모션 스테이지에 탑재되고, 제어 신호에 의해 이동할 수 있다. 이를 통해, 분광부(120)의 특정 회절 모드(예를 들면, 1차 모드)에서 분광된 측정 대상 신호가 측정부(130A)로 입사되도록, 광경로가 정렬될 수 있다.The measurement unit 130A may include a narrowband filter 131A and an array photodetector 132A. The narrowband filter 131A may include at least one opening through which an optical signal may be incident. The array photodetector 132A may have a plurality of optical sensors arranged in a row and may be composed of N pixels. The measuring unit 130A is mounted on a motion stage and can be moved by a control signal. Through this, the optical path can be aligned so that the signal to be measured, split in a specific diffraction mode (for example, primary mode) of the spectrometer 120, is incident on the measurement unit 130A.

협대역 필터(131A)는 분광부(120)와 정렬되고, 측정 대상 신호가 중첩된 광 신호가 어레이 광검출기(132A)로 입사되도록 된다. 협대역 필터(131A)를 통해, 광주파수빗 중에서, 측정 대상 신호에 근접한 특정 주파수 모드만이 분리되어 입사될 수 있다. 어레이 광검출기(132A)는 협대역 필터(131A)를 통과한 측정 대상 신호 및 특정 주파수 모드 신호로부터, 광비트 신호를 검출할 수 있다. 협대역 필터를 통과한 광 신호는 광검출기(132A)에 의해 광비트 신호로 광전변환될 수 있다.The narrowband filter 131A is aligned with the spectrometer 120, and an optical signal overlapping the signal to be measured is incident on the array photodetector 132A. Through the narrow-band filter 131A, only specific frequency modes close to the signal to be measured can be separated and incident among the optical frequency bits. The array photodetector 132A can detect an optical beat signal from the measurement target signal and the specific frequency mode signal that passed through the narrowband filter 131A. The optical signal passing through the narrow-band filter may be photoelectrically converted into an optical beat signal by the photodetector 132A.

제어부(140A)는 측정 대상 신호가 협대역 필터(131A)의 중심을 통과할 수 있도록, 분광부(120)와 측정부(130A)를 정렬시킨다. 제어부(140A)는 빔 위치 자동 추적(beam position auto tracking) 기술을 통해 제어 신호를 생성하고, 제어 신호를 분광부(120) 및/또는 측정부(130A)로 전달하여 이들을 정렬시킬 수 있다. 제어 신호를 통해, 최대 세기의 측정 대상 신호가 어레이 광검출기(132A)로 입사될 수 있다.The control unit 140A aligns the spectrometer 120 and the measurement unit 130A so that the signal to be measured passes through the center of the narrowband filter 131A. The control unit 140A may generate a control signal through beam position auto tracking technology and transfer the control signal to the spectrometer 120 and/or the measurement unit 130A to align them. Through the control signal, the signal to be measured at maximum intensity may be incident on the array photodetector 132A.

제어부(140A)는 어레이 광검출기(132A)의 측정된 위치별 신호 세기를 기초로 제어 신호를 생성할 수 있다. 어레이 광검출기(132A)의 픽셀들 중에서, 협대역 필터(131A)의 개구부에 대응된 픽셀들에서 입사된 광 신호의 신호 세기가 측정된다. 이때, 제어부(140A)는 협대역 필터(131A)의 개구부 중심에 대응하는 중심 픽셀을 기준으로, 좌측 픽셀과 우측 픽셀의 신호 세기 차이를 측정하고, 신호 세기 차이를 기초로 제어 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제어부(140A)는 제어 신호를 통해 분광부(120)와 측정부(130A)를 정렬시켜, 항상 협대역 필터(131A)의 개구부 중심에 대응하는 중심 픽셀에서 최대 신호 세기가 측정되도록 제어한다. The control unit 140A may generate a control signal based on the signal strength of each measured position of the array photodetector 132A. Among the pixels of the array photodetector 132A, the signal intensity of the optical signal incident on the pixels corresponding to the opening of the narrowband filter 131A is measured. At this time, the control unit 140A may measure the signal intensity difference between the left and right pixels based on the center pixel corresponding to the center of the opening of the narrowband filter 131A, and generate a control signal based on the signal intensity difference. there is. That is, the control unit 140A aligns the spectrometer 120 and the measurement unit 130A through a control signal, and controls the maximum signal intensity to always be measured at the center pixel corresponding to the center of the opening of the narrowband filter 131A. .

제어부(140A)는 분광부(120)가 설치된 회전 스테이지 및/또는 측정부(130A)가 설치된 모션 스테이지로 제어 신호를 피드백할 수 있다. 회전 스테이지 제어 신호는 회절 격자의 회전 각도를 포함할 수 있다. 모션 스테이지 제어 신호는 협대역 필터(131A)의 이동 정보를 포함할 수 있다. 모션 스테이지 제어 신호에 의해, 협대역 필터(131A)와 어레이 광검출기(132A)가 함께 움직이거나, 어느 하나가 움직일 수 있다. The control unit 140A may feed back a control signal to the rotation stage on which the spectrometer 120 is installed and/or the motion stage on which the measurement unit 130A is installed. The rotation stage control signal may include the rotation angle of the diffraction grating. The motion stage control signal may include movement information of the narrowband filter 131A. By the motion stage control signal, the narrowband filter 131A and the array photodetector 132A can be moved together or either one of them can be moved.

한편, 측정 대상 신호의 주파수가 달라질 수 있다. 그러면, 제어부(140A)는 어레이 광검출기(132A)의 픽셀들에서 측정된 신호 세기를 기초로 제어 신호를 생성하여, 분광부(120)와 측정부(130A)를 자동 정렬시킬 수 있다. 이를 통해, 측정 대상 신호의 주파수가 달라져서, 광주파수빗의 임의 주파수 모드에 근접하더라도, 광비트 신호를 연속적으로 측정할 수 있다. Meanwhile, the frequency of the signal to be measured may vary. Then, the control unit 140A can automatically align the spectroscopic unit 120 and the measurement unit 130A by generating a control signal based on the signal intensity measured at the pixels of the array photodetector 132A. Through this, even if the frequency of the signal to be measured changes and approaches the arbitrary frequency mode of the optical frequency beat, the optical beat signal can be continuously measured.

도 3은 다른 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치의 구성도이다. Figure 3 is a configuration diagram of an optical beat signal detection device according to another embodiment.

도 3을 참고하면, 광비트 신호 검출 장치(100B)는 광비트 신호 검출 장치(100A)와 같이, 광주파수빗(OFC), 그리고 특정 주파수의 측정 대상 신호(연속파 신호, CW)를 결합시키는 광결합부(110), 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부(120)를 포함한다. 이때, 분광부(120)는 고정된다고 가정한다.Referring to FIG. 3, like the optical beat signal detection device 100A, the optical beat signal detection device 100B is an optical beat signal that combines an optical frequency bit (OFC) and a measurement target signal (continuous wave signal, CW) of a specific frequency. It includes a combining unit 110 and a spectroscopic unit 120 that specifies the combined signal in space. At this time, it is assumed that the spectrometer 120 is fixed.

광비트 신호 검출 장치(100B)는 분광 신호 중 협대역 필터를 통과한 광 신호를 검출하는 측정부(130B), 측정부(130B)가 설치된 모션 스테이지를 제어하는 제어부(140B), 그리고 측정 대상 신호의 위치를 추적하는 빔 위치 추적기(150B)를 포함할 수 있다. The optical beat signal detection device 100B includes a measuring unit 130B that detects an optical signal that has passed a narrow-band filter among spectral signals, a control unit 140B that controls a motion stage on which the measuring unit 130B is installed, and a signal to be measured. It may include a beam position tracker (150B) that tracks the position of.

도 2에서 설명한 바와 같이, 광결합부(110)는 기준 신호인 광주파수빗과 측정 대상 신호를 결합시킨다. 분광부(120)는 회절 격자(optical grating)를 통해 입사된 결합 신호를 공간상에 분광시킨다. As explained in FIG. 2, the optical coupling unit 110 combines the optical frequency bit, which is a reference signal, and the signal to be measured. The spectrometer 120 specifies the incident combined signal in space through a diffraction grating (optical grating).

측정부(130B)는 협대역 필터(131B), 그리고 광검출기(132B)를 포함할 수 있다. 측정부(130B)는 모션 스테이지에 탑재되고, 제어 신호에 의해 이동할 수 있다. 이를 통해, 분광부(120)의 특정 회절 모드(예를 들면, 1차 모드)에서 분광된 측정 대상 신호가 측정부(130B)로 입사되도록, 광경로가 정렬될 수 있다.The measuring unit 130B may include a narrowband filter 131B and a photodetector 132B. The measuring unit 130B is mounted on a motion stage and can be moved by a control signal. Through this, the optical path can be aligned so that the signal to be measured is split in a specific diffraction mode (for example, primary mode) of the spectrometer 120 and is incident on the measurement unit 130B.

협대역 필터(131B)를 통해, 광주파수빗 중에서, 측정 대상 신호에 근접한 특정 주파수 모드만이 분리되어 입사될 수 있다. 광검출기(132B)는 협대역 필터(131B)를 통과한 측정 대상 신호 및 특정 주파수 모드 신호로부터, 광비트 신호를 검출할 수 있다. 협대역 필터를 통과한 광 신호는 광검출기(132B)에 의해 광비트 신호로 광전변환될 수 있다.Through the narrow-band filter 131B, only specific frequency modes close to the signal to be measured can be separated and incident among the optical frequency bits. The photodetector 132B can detect the optical beat signal from the measurement target signal and the specific frequency mode signal that passed through the narrowband filter 131B. The optical signal passing through the narrow-band filter may be photoelectrically converted into an optical beat signal by the photodetector 132B.

제어부(140B)는 측정 대상 신호가 협대역 필터(131B)의 중심을 통과할 수 있도록, 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로 분광부(120)와 측정부(130B)를 정렬시킨다. 제어부(140B)는 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로 측정부(130B)의 모션 스테이지를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 측정 대상 신호의 분광 위치는 기준 위치와의 각도 차이로 표현될 수 있다 기준 위치는 공간상에서 회절되지 않는 0차 모드 위치일 수 있다. 제어부(140B)는 빔 위치 추적기(150B)로부터 측정 대상 신호의 분광 위치를 획득할 수 있다.The control unit 140B aligns the spectroscopic unit 120 and the measurement unit 130B based on the spectral position of the signal to be measured so that the signal to be measured passes through the center of the narrowband filter 131B. The control unit 140B may generate a control signal for controlling the motion stage of the measurement unit 130B based on the spectral position of the signal to be measured. The spectral position of the signal to be measured can be expressed as an angular difference from the reference position. The reference position may be a zero-order mode position that does not diffract in space. The control unit 140B may obtain the spectral position of the signal to be measured from the beam position tracker 150B.

빔 위치 추적기(150B)는 측정부(130B)의 측정 회절 모드(1차 모드)에 대칭되는 회절 모드(-1차 모드)에서, 회절된 측정 대상 신호를 측정하도록 배치된다. 빔 위치 추적기(150B)는 측정 위치와 기준 위치와의 각도 차이(θ-)를 계산한다. 빔 위치 추적기(150B)는 CCD(Charge-Coupled Device) 등과 같은 광센서로 구성된 카메라, 어레이 광검출기 등으로 측정 대상 신호를 측정하고, 고정된 기준 위치로부터 측정 위치까지의 각도(θ-)를 계산할 수 있다. The beam position tracker 150B is arranged to measure the diffracted signal to be measured in a diffraction mode (-1st order mode) that is symmetrical to the measurement diffraction mode (1st order mode) of the measurement unit 130B. The beam position tracker 150B calculates the angle difference (θ-) between the measured position and the reference position. The beam position tracker (150B) measures the signal to be measured using a camera consisting of an optical sensor such as a CCD (Charge-Coupled Device), an array photodetector, etc., and calculates the angle (θ-) from the fixed reference position to the measurement position. You can.

빔 위치 추적기(150B)로부터 수신한 측정 대상 신호의 분광 위치(θ-)가 측정 회절 모드(1차 모드)의 측정 대상 신호의 분광 위치(θ+)와 대칭적이다. 따라서, 제어부(140B)는 기준 위치에서 각도 차이만큼 떨어진 위치에 협대역 필터(131B)를 위치시키는 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어부(140B)는 제어 신호를 통해, 측정 회절 모드(1차 모드)에서의 측정 대상 신호 위치(θ+)로, 측정부(130B)의 협대역 필터(131B)를 정렬시킬 수 있다. The spectral position (θ-) of the signal to be measured received from the beam position tracker 150B is symmetrical to the spectral position (θ+) of the signal to be measured in the measurement diffraction mode (first order mode). Accordingly, the control unit 140B may generate a control signal that positions the narrowband filter 131B at a position separated by an angle difference from the reference position. The control unit 140B may align the narrowband filter 131B of the measurement unit 130B with the measurement target signal position (θ+) in the measurement diffraction mode (first order mode) through a control signal.

도 4는 또 다른 실시예에 따른 광비트 신호 검출 장치의 구성도이다. Figure 4 is a configuration diagram of an optical beat signal detection device according to another embodiment.

도 4를 참고하면, 광비트 신호 검출 장치(100C)는 광비트 신호 검출 장치(100A, 100B)와 같이, 광주파수빗(OFC), 그리고 특정 주파수의 측정 대상 신호(연속파 신호, CW)를 결합시키는 광결합부(110), 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부(120)를 포함한다. 이때, 분광부(120)는 회전 스테이지에 탑재된다고 가정한다.Referring to FIG. 4, the optical beat signal detection device 100C, like the optical beat signal detection devices 100A and 100B, combines an optical frequency bit (OFC) and a measurement target signal (continuous wave signal, CW) of a specific frequency. It includes an optical coupling unit 110 that specifies the combined signal in space and a spectroscopic unit 120 that specifies the combined signal. At this time, it is assumed that the spectrometer 120 is mounted on a rotating stage.

광비트 신호 검출 장치(100C)는 분광 신호 중 협대역 필터를 통과한 광 신호를 검출하는 측정부(130C), 분광부(120)가 설치된 회전 스테이지를 제어하는 제어부(140C), 그리고 측정 대상 신호의 위치를 추적하는 빔 위치 추적기(150C)를 포함할 수 있다. The optical beat signal detection device 100C includes a measurement unit 130C that detects an optical signal that has passed a narrow-band filter among the spectral signals, a control unit 140C that controls the rotation stage on which the spectrometer 120 is installed, and a signal to be measured. It may include a beam position tracker (150C) that tracks the position of.

광결합부(110)는 기준 신호인 광주파수빗과 측정 대상 신호를 결합시킨다. 분광부(120)는 회절 격자(optical grating)를 통해, 입사된 결합 신호를 공간상에 분광시킨다. The optical coupling unit 110 combines the optical frequency bit, which is a reference signal, and the signal to be measured. The spectrometer 120 specifies the incident combined signal in space through a diffraction grating (optical grating).

측정부(130C)는 도 3에서 설명한 측정부(130B)와 같이, 협대역 필터(131C), 그리고 광검출기(132C)를 포함할 수 있다. 이때, 측정부(130C)는 고정된다고 가정한다.The measuring unit 130C may include a narrowband filter 131C and a photodetector 132C, like the measuring unit 130B described in FIG. 3 . At this time, it is assumed that the measuring unit 130C is fixed.

협대역 필터(131C)를 통해, 광주파수빗 중에서, 측정 대상 신호에 근접한 특정 주파수 모드만이 분리되어 입사될 수 있다. 광검출기(132C)는 협대역 필터(131C)를 통과한 측정 대상 신호 및 특정 주파수 모드 신호로부터, 광비트 신호를 검출할 수 있다. 협대역 필터를 통과한 광 신호는 광검출기(132C)에 의해 광비트 신호로 광전변환될 수 있다.Through the narrow-band filter 131C, only specific frequency modes close to the signal to be measured can be separated and incident among the optical frequency bits. The photodetector 132C can detect the optical beat signal from the measurement target signal and the specific frequency mode signal that passed through the narrowband filter 131C. The optical signal passing through the narrowband filter may be photoelectrically converted into an optical beat signal by the photodetector 132C.

제어부(140C)는 측정 대상 신호가 협대역 필터(131C)의 중심을 통과할 수 있도록, 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로 분광부(120)와 측정부(130C)를 정렬시킨다. 제어부(140C)는 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로 분광부(120)의 회전 스테이지를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 측정 대상 신호의 분광 위치는 기준 위치와의 거리 오차로 표현될 수 있다. 기준 위치는 협대역 필터(131C) 중심 위치일 수 있다. 제어부(140C)는 빔 위치 추적기(150C)로부터, 측정 대상 신호의 분광 위치를 획득할 수 있다.The control unit 140C aligns the spectrometer 120 and the measurement unit 130C based on the spectral position of the signal to be measured so that the signal to be measured passes through the center of the narrowband filter 131C. The control unit 140C may generate a control signal for controlling the rotation stage of the spectrometer 120 based on the spectral position of the signal to be measured. The spectral position of the signal to be measured can be expressed as a distance error from the reference position. The reference position may be the center position of the narrowband filter 131C. The control unit 140C may obtain the spectral position of the signal to be measured from the beam position tracker 150C.

빔 위치 추적기(150C)는 측정 신호를 위한 타겟 위치가, 협대역 필터(131C)의 중심 위치에 대칭되도록 공간상에 배치된다. 빔 위치 추적기(150C)의 타겟 위치와, 협대역 필터(131C) 중심 위치는 0차 모드를 기준으로 대칭적일 수 있다. 빔 위치 추적기(150C)는 측정부(130C)의 측정 회절 모드(1차 모드)에 대칭되는 회절 모드(-1차 모드)에서, 회절된 측정 대상 신호를 측정하고, 타겟 위치와 측정 위치의 거리 차이(

Figure pat00001
)를 계산할 수 있다. 빔 위치 추적기(150C)는 CCD(Charge-Coupled Device)와 같은 광센서, 어레이 광검출기 등으로 측정 대상 신호를 측정할 수 있다. 이때, 빔 위치 추적기(150C)로 입사되는 분광 신호는 도 3에서 설명한 바와 같이 1차 모드에 대칭된 -1차 모드가 입사될 수 있다. 또는, 빔 위치 추적기(150C)로 입사되는 분광 신호는 도브 프리즘(Dove Prism)(121)에 의해 회절각이 반전된 -1차 모드가 입사될 수 있다. The beam position tracker 150C is arranged in space so that the target position for the measurement signal is symmetrical to the center position of the narrowband filter 131C. The target position of the beam position tracker 150C and the center position of the narrowband filter 131C may be symmetrical with respect to the zero-order mode. The beam position tracker 150C measures the diffracted measurement target signal in a diffraction mode (-1st order mode) that is symmetrical to the measurement diffraction mode (1st order mode) of the measurement unit 130C, and measures the distance between the target position and the measurement position. difference(
Figure pat00001
) can be calculated. The beam position tracker (150C) can measure the signal to be measured using an optical sensor such as a charge-coupled device (CCD) or an array photodetector. At this time, the spectral signal incident on the beam position tracker 150C may include a -1st order mode that is symmetrical to the 1st order mode, as described in FIG. 3. Alternatively, the spectral signal incident on the beam position tracker 150C may be a -1st order mode whose diffraction angle is inverted by the Dove Prism 121.

제어부(140C)는 빔 위치 추적기(150C)로부터 수신한 측정 대상 신호의 분광 위치, 즉 거리 차이(Δ)를 기초로, 측정 회절 모드(1차 모드)의 측정 대상 신호와 협대역 필터(131C)의 거리 차이를 알 수 있다. 따라서, 제어부(140C)는 타겟 위치와 측정 위치의 거리 차이가 상쇄되도록, 분광부(120)를 회전시켜서, 측정 회절 모드(1차 모드)의 측정 대상 신호를 협대역 필터(131C)로 입사시킬 수 있다. The control unit 140C controls the measurement target signal in the measurement diffraction mode (first order mode) and the narrowband filter 131C based on the spectral position, that is, the distance difference (Δ), of the measurement target signal received from the beam position tracker 150C. You can see the difference in distance. Accordingly, the control unit 140C rotates the spectrometer 120 so that the distance difference between the target position and the measurement position is canceled out, and causes the measurement target signal in the measurement diffraction mode (first order mode) to be incident on the narrowband filter 131C. You can.

한편, 도 2부터 도 4를 참고하여 설명한 광비트 신호 검출 장치는 실시예들로서, 이들의 구성 요소들은 다양하게 조합되고 변형될 수 있다. Meanwhile, the optical beat signal detection devices described with reference to FIGS. 2 to 4 are examples, and their components may be combined and modified in various ways.

이와 같이, 본 개시의 광비트 신호 검출 장치를 통해, 높은 신호 대비 잡음비를 가진 광비트 신호를 검출할 수 있다. 본 개시의 광비트 신호 검출 장치를 통해, 측정 대상 신호의 주파수 변화에 관계없이, 능동적으로 광비트 신호를 검출할 수 있다. 본 개시의 광비트 신호 검출 장치를 통해, 광주파수빗의 스펙트럼 범위에 해당하는 광대역에서 광비트 신호를 검출할 수 있다.In this way, through the optical bit signal detection device of the present disclosure, an optical bit signal with a high signal-to-noise ratio can be detected. Through the optical beat signal detection device of the present disclosure, the optical beat signal can be actively detected regardless of the change in frequency of the signal to be measured. Through the optical beat signal detection device of the present disclosure, the optical beat signal can be detected in a broadband corresponding to the spectral range of the optical frequency beat.

이상에서 설명한 본 개시의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 개시의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.The embodiments of the present disclosure described above are not only implemented through devices and methods, but may also be implemented through programs that implement functions corresponding to the configurations of the embodiments of the present disclosure or recording media on which the programs are recorded.

이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the scope of the rights of the present disclosure is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present disclosure defined in the following claims are also possible. It falls within the scope of rights.

Claims (20)

광주파수빗과, 특정 주파수의 측정 대상 신호를 결합하는 광결합부,
상기 광결합부에서 결합된 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부,
분광된 신호 중에서, 상기 측정 대상 신호가 중첩된 주파수 대역의 광 신호를 통과시키는 협대역 필터, 그리고 상기 협대역 필터를 통과한 광 신호로부터 상기 특정 주파수에 관계된 광비트 신호를 검출하는 광검출기를 포함하는 측정부, 그리고
상기 측정 대상 신호가 상기 협대역 필터를 통과하도록 상기 분광부와 상기 측정부를 정렬시키는 제어부
를 포함하는, 광비트 신호 검출 장치.
An optical coupling unit that combines an optical frequency bit and a signal to be measured at a specific frequency,
A spectrometer that specifies the combined signal in the optical coupling unit into space,
Among the split signals, a narrow-band filter that passes an optical signal in a frequency band overlapping with the measurement target signal, and a photodetector that detects an optical beat signal related to the specific frequency from the optical signal that passes the narrow-band filter A measuring part that does, and
A control unit that aligns the spectrometer and the measurement unit so that the signal to be measured passes through the narrow-band filter.
An optical beat signal detection device comprising:
제1항에서,
상기 제어부는
상기 광검출기에서 측정된 위치별 신호 세기를 기초로 상기 분광부 및/또는 상기 측정부를 움직이는 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호를 상기 분광부가 탑재된 회전 스테이지 및/또는 상기 측정부가 탑재된 모션 스테이지로 전송하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 1:
The control unit
A control signal is generated to move the spectrometer and/or the measurement unit based on the signal strength for each position measured by the photodetector, and the control signal is transmitted to a rotation stage on which the spectrometer is mounted and/or a motion stage on which the measurement unit is mounted. An optical bit signal detection device that transmits to.
제2항에서,
상기 광검출기는 복수의 광센서들이 배열된 어레이 광검출기인, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 2,
The photodetector is an array photodetector in which a plurality of optical sensors are arranged.
제1항에서,
상기 제어부는
상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로, 상기 분광부 및/또는 상기 측정부를 움직여 상기 측정 대상 신호가 협대역 필터를 통과하도록 제어하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 1:
The control unit
An optical beat signal detection device that controls the measurement target signal to pass through a narrowband filter by moving the spectrometer and/or the measurement unit based on the spectral position of the measurement target signal.
제4항에서,
상기 제어부에게, 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 제공하는 빔 위치 추적기
를 더 포함하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 4,
A beam position tracker that provides the control unit with the spectral position of the signal to be measured.
An optical beat signal detection device further comprising:
제1항에서,
상기 분광부는
회절 격자(optical grating)를 포함하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 1:
The spectrometer is
An optical beat signal detection device comprising an optical grating.
제1항에서,
상기 협대역 필터는
상기 광주파수빗 중에서, 상기 측정 대상 신호 근처의 주파수 모드를 분리하여 통과시키는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 1:
The narrowband filter is
An optical beat signal detection device that separates and passes a frequency mode near the signal to be measured from among the optical frequency bits.
제1항에서,
상기 측정부는
상기 광주파수빗의 스펙트럼 범위에서 변하는 상기 측정 대상 신호의 주파수에 따라, 상기 광비트 신호를 연속적으로 검출하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 1:
The measuring part
An optical beat signal detection device that continuously detects the optical beat signal according to the frequency of the measurement target signal that changes in the spectral range of the optical frequency beat.
광주파수빗과, 특정 주파수의 측정 대상 신호를 결합하는 광결합부,
회절 현상을 이용하여, 상기 광결합부에서 결합된 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부,
협대역 필터를 통해 입사된 광 신호로부터 상기 특정 주파수에 관계된 광비트 신호를 검출하는 측정부,
제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호를 이용하여, 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 추적하는 빔 위치 추적기, 그리고
상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로, 제2 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호가 상기 협대역 필터를 통과하도록 상기 측정부의 움직임을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제1 회절 모드와 상기 제2 회절 모드는 대칭 모드인, 광비트 신호 검출 장치.
An optical coupling unit that combines an optical frequency bit and a signal to be measured at a specific frequency,
A spectrometer that specifies the combined signal in space using a diffraction phenomenon,
a measuring unit that detects an optical beat signal related to the specific frequency from an optical signal incident through a narrow-band filter;
A beam position tracker that tracks the spectral position of the measurement target signal using the measurement target signal included in the first diffraction mode, and
Based on the spectral position of the signal to be measured, it includes a control unit that controls the movement of the measurement unit so that the signal to be measured included in a second diffraction mode passes through the narrow-band filter,
The first diffraction mode and the second diffraction mode are symmetrical modes.
제9항에서,
상기 빔 위치 추적기는
상기 제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호를 측정하고, 측정 위치와 기준 위치의 각도 차이를 상기 측정 대상 신호의 분광 위치로 제공하며,
상기 기준 위치는 공간상에서 회절되지 않는 0차 모드 위치인, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 9:
The beam position tracker is
Measures the signal to be measured included in the first diffraction mode, and provides the angular difference between the measurement position and the reference position as the spectral position of the signal to be measured,
The reference position is a zero-order mode position that is not diffracted in space.
제10항에서,
상기 제어부는
상기 기준 위치에서 상기 각도 차이만큼 떨어진 위치에 상기 협대역 필터를 위치시키는 제어 신호를 생성하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 10:
The control unit
An optical beat signal detection device that generates a control signal to position the narrowband filter at a position separated by the angle difference from the reference position.
제9항에서,
상기 제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호의 분광 위치는 상기 제2 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호의 분광 위치와 대칭적인, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 9:
The spectral position of the signal to be measured included in the first diffraction mode is symmetrical to the spectral position of the signal to be measured included in the second diffraction mode.
제9항에서,
상기 분광부는
회절 격자(optical grating)를 포함하고, 고정되는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 9:
The spectrometer is
An optical beat signal detection device comprising an optical grating and being stationary.
제9항에서,
상기 협대역 필터는
상기 광주파수빗 중에서, 상기 측정 대상 신호 근처의 주파수 모드를 분리하여 통과시키는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 9:
The narrowband filter is
An optical beat signal detection device that separates and passes a frequency mode near the signal to be measured from among the optical frequency bits.
광주파수빗과, 특정 주파수의 측정 대상 신호를 결합하는 광결합부,
회절 현상을 이용하여, 상기 광결합부에서 결합된 결합 신호를 공간상에 분광시키는 분광부,
협대역 필터를 통해 입사된 광 신호로부터 상기 특정 주파수에 관계된 광비트 신호를 검출하는 측정부,
제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호를 이용하여, 상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 추적하는 빔 위치 추적기, 그리고
상기 측정 대상 신호의 분광 위치를 기초로, 제2 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호가 상기 협대역 필터를 통과하도록 상기 분광부의 움직임을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제1 회절 모드와 상기 제2 회절 모드는 대칭 모드인, 광비트 신호 검출 장치.
An optical coupling unit that combines an optical frequency bit and a signal to be measured at a specific frequency,
A spectrometer that specifies the combined signal in space using a diffraction phenomenon,
a measuring unit that detects an optical beat signal related to the specific frequency from an optical signal incident through a narrow-band filter;
A beam position tracker that tracks the spectral position of the measurement target signal using the measurement target signal included in the first diffraction mode, and
Based on the spectral position of the signal to be measured, a control unit that controls the movement of the spectrometer so that the signal to be measured included in a second diffraction mode passes the narrow-band filter,
The first diffraction mode and the second diffraction mode are symmetrical modes.
제15항에서,
상기 빔 위치 추적기는
측정 신호를 위한 타겟 위치가 상기 협대역 필터의 중심 위치에 대칭되도록 공간상에 배치되고, 상기 제1 회절 모드에 포함된 상기 측정 대상 신호를 측정한 후, 측정 위치와 상기 타겟 위치의 거리 차이를 상기 측정 대상 신호의 분광 위치로 제공하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 15:
The beam position tracker is
The target position for the measurement signal is arranged in space to be symmetrical to the center position of the narrowband filter, and after measuring the measurement target signal included in the first diffraction mode, the distance difference between the measurement position and the target position is calculated. An optical beat signal detection device that provides the spectral position of the signal to be measured.
제16항에서,
상기 제어부는
상기 거리 차이가 상쇄되도록, 상기 분광부를 회전시키는 제어 신호를 생성하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 16:
The control unit
An optical beat signal detection device that generates a control signal to rotate the spectrometer so that the distance difference is canceled out.
제15항에서,
상기 빔 위치 추적기로 입사되는 상기 제1 회절 모드를 반전시키는 도브 프리즘(Dove Prism)을 더 포함하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 15:
An optical beat signal detection device further comprising a Dove Prism that inverts the first diffraction mode incident on the beam position tracker.
제15항에서,
상기 분광부는
회절 격자(optical grating)를 포함하는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 15:
The spectrometer is
An optical beat signal detection device comprising an optical grating.
제15항에서,
상기 협대역 필터는
상기 광주파수빗 중에서, 상기 측정 대상 신호 근처의 주파수 모드를 분리하여 통과시키는, 광비트 신호 검출 장치.
In paragraph 15:
The narrowband filter is
An optical beat signal detection device that separates and passes a frequency mode near the signal to be measured from among the optical frequency bits.
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