WO2014193062A1 - 버스트 모드 레이저 발생 장치 및 방법 - Google Patents

버스트 모드 레이저 발생 장치 및 방법 Download PDF

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신우진
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광주과학기술원
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    • H01S3/2375—Hybrid lasers

Definitions

  • the present invention relates to a burst mode laser generating apparatus and method, and more particularly, to a burst mode laser generating apparatus and method that can implement a burst mode in a wavelength conversion laser by adjusting the oscillation line width and polarization state of the oscillation light source.
  • burst mode arbitrary pulse train modulation
  • This burst mode implementation is difficult to implement due to the problem of optical amplifier damage due to over-amplification when using a high-energy fiber amplifier for high power energy acquisition in a pulsed fiber laser.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2012-0122102 includes a laser source for outputting light pulses and a laser source for outputting continuous light, thereby controlling the duration of the continuous light so that the profile of the optical pulse train is constant.
  • a pulsed laser device that can be controlled, and a control method thereof.
  • the technology currently used to implement a burst mode in the fiber laser is implementing a burst mode by installing an optical modulator at the final output stage to prevent damage to the fiber amplifier and to ensure the stability of the laser system.
  • this technology uses expensive additional elements for driving the optical modulator, which makes the system complicated, expensive, and impairs the flexible operating environment and high durability of the fiber laser, and high power consumption for driving the optical modulator. There is a disadvantage.
  • An object of the present invention is to provide a burst mode laser generating apparatus and method capable of implementing a burst mode in a wavelength conversion laser by adjusting the oscillation line width and / or polarization state of the oscillation light source. .
  • the present invention provides a trigger signal generator for generating a burst trigger signal; A first light source generating a pulsed first optical signal; A second light source generating a pulsed second optical signal; An optical switch for selecting and outputting any one of the first optical signal and the second optical signal according to the burst trigger signal; An optical amplifier for amplifying the optical signal output from the optical switch; And a wavelength converter for wavelength converting the optical signal amplified by the optical amplifier, wherein the first optical signal and the second optical signal have at least one of an oscillation line width and a polarization state.
  • the first light source and the second light source may be provided as laser diodes.
  • the oscillation line width of the first optical signal may be smaller than the oscillation line width of the second optical signal.
  • the line width of the first optical signal may be 1 nm or less, and the line width of the second optical signal may be at least 10 nm.
  • the first optical signal may be polarized in a predetermined direction, and the second optical signal may not be polarized.
  • the optical switch selects and transmits the first optical signal to the optical amplifier when the burst trigger signal is high, and transmits the second optical signal when the burst trigger signal is low. It can be selected and delivered to an optical amplifier.
  • the wavelength converter may convert the amplified optical signal into a nonlinear wavelength.
  • the present invention for achieving the above object, (a) generating a first optical signal with a narrow oscillation line width and polarized, and a second optical signal with a wide oscillation line width and unpolarized; (b) generating a burst trigger signal; (c) selecting and outputting any one of the first optical signal and the second optical signal according to the burst trigger signal; (d) amplifying the output optical signal; And (e) non-linear wavelength conversion of the amplified optical signal.
  • the burst trigger signal may be generated in the same form according to the waveform of the desired burst mode.
  • step (c) when the burst trigger signal is high, the first optical signal is selected and output. When the burst trigger signal is low, the second optical signal is selected and output. Can be.
  • the oscillation line width and the polarization state of the oscillation light source may be adjusted to implement the burst mode in the wavelength conversion laser.
  • optical fiber laser system of the all-optical fiber type can be manufactured, there is an effect that can have all the advantages of excellent operating environment, durability, and light weight of the optical fiber laser system.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a burst mode laser generating device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of a burst mode laser generation method according to an embodiment of the present invention.
  • Burst mode implementation in conventional wavelength conversion lasers is also implemented in the same way as conventional pulsed fiber laser burst mode.
  • the burst mode can be implemented by using the pulse signal of the same size having different oscillation line width and polarization characteristic.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of a burst mode laser generating device according to an embodiment of the present invention.
  • a burst mode laser generation device 1 includes a trigger signal generator 100 generating a burst trigger signal 110 and a first optical signal 210 having a pulse shape. ), The first laser diode 200 generating the pulse width, the second laser diode 300 generating the pulsed second optical signal 310, and the first optical signal 210 according to the burst trigger signal 110. And an optical switch 400 for selecting and outputting any one of the second optical signals 310, an optical amplifier 500 for amplifying the optical signal output from the optical switch 400, and amplification in the optical amplifier 500. And a wavelength converter 600 for wavelength converting the optical signal.
  • the trigger signal generator 100 generates a burst trigger signal 110.
  • the burst trigger signal 110 is generated in this same form according to the waveform of the desired burst mode (any pulse train modulation).
  • the first laser diode 200 and the second laser diode 300 generate the first optical signal 210 and the second optical signal 310 in the form of pulses, respectively, and generate the first optical signal 210 and the first optical signal 210.
  • the two optical signals 310 are input to the optical switch 400.
  • the first optical signal 210 and the second optical signal 310 is the same size, characterized in that at least one of the oscillation line width and the polarization state is different.
  • the first laser diode 200 outputs a first optical signal 210 having a narrow oscillation line width and a polarized pulse
  • the second laser diode 300 outputs the first optical signal 210.
  • the line width of the first optical signal 210 may be set to 1 nm or less and the second optical signal 310 may be set to 10 nm or more.
  • the line widths of the first optical signal 210 and the second optical signal 310 may be set within different numerical ranges according to the characteristics of the wavelength converter 600 described later.
  • the optical switch 400 switches the optical signal such that the first optical signal 210 or the second optical signal 310 is input to the optical amplifier 500 according to the input burst trigger signal 110. Specifically, when the burst trigger signal 110 is high, the optical switch 400 selects and transfers the first optical signal 210 to the optical amplifier 500, and the burst trigger signal 110 is low. In the case of (low), the optical switch 400 selects the second optical signal 310 and transmits it to the optical amplifier 500.
  • the optical switch 400 selects the second optical signal 310 when the burst trigger signal 110 is high, and when the burst trigger signal 110 is low.
  • the first optical signal 210 may be operated in a manner of selecting.
  • the first optical signal 210 (solid line) and the second optical signal 310 (dashed line) are switched by the optical switch 400 according to the burst trigger signal 110 and transmitted to the optical amplifier 500. Is illustrated.
  • the first optical signal 210 and the second optical signal 310 switched and output by the optical switch 400 are transferred to the optical amplifier 500 and amplified.
  • the optical amplifier 500 may be formed by connecting a plurality of amplifiers in multiple stages.
  • the optical amplifier 500 may include a fiber amplifier or a laser crystal amplifier. More specifically, it may be used in the form of a single fiber amplifier, a multi-stage fiber amplifier, a single crystal amplifier, a multi-stage crystal amplifier, a multi-stage fiber amplifier and a multi-stage crystal amplifier, but is not limited thereto.
  • the optical signal input to the optical amplifier 500 has the same size according to the burst trigger signal 110, but the first optical signal 210 and the second optical signal 310 having different line widths and polarization states are mixed. Since the signal is input, it maintains a uniform pulse-shaped optical signal in time, which can solve problems such as damage to the optical amplifier 500 and instability of the laser system due to the over-amplification.
  • the optical amplifier 500 of the present embodiment receives an optical signal in the form of a uniform pulse, there is no energy accumulated in the amplification medium of the optical amplifier 500, thereby preventing damage to the amplification stage and the optical system due to over-amplification, and laser output. Instability can be prevented.
  • the optical signal amplified by the optical amplifier 500 is transmitted to the wavelength converter 600.
  • the wavelength converter 600 is a wavelength converter 600 using a nonlinear phenomenon.
  • the wavelength converter 600 using the nonlinear phenomenon light pulses having a strong peak power and maintaining polarization in a specific state are efficiently converted to wavelengths, but light pulses having a weak peak power are hardly wavelength converted.
  • the wavelength conversion efficiency varies greatly depending on the size of the input light source, the size of the line width of the input light source and the polarization state.
  • the present invention utilizes the characteristics of the wavelength converter 600 as described above, and adjusts at least one of the line width and the polarization state of the input light source while maintaining the size of the input light source above a threshold value for nonlinear phenomenon induction.
  • the burst mode modulation of the wavelength-converted signal is possible.
  • the first optical signal 210 is a light signal having a narrow line width and polarized light
  • the second optical signal 310 is a light signal having a wide line width and unpolarized light.
  • the first optical signal 210 is wavelength-converted and output, but the second optical signal 310 is rarely output due to low wavelength conversion efficiency, and the wavelength converter 600 in FIG.
  • the output result of is displayed corresponding to the burst trigger signal 110.
  • the first optical signal 210 of the narrow and polarized first laser diode 200 having an oscillation line width and the second optical signal 310 of the second laser diode 300 having a wide oscillation line width and no polarization are present.
  • the optical signal input to the optical amplifier 500 receives signals having different line widths and polarization states according to the burst trigger signal 110, which maintains an optical signal having a uniform pulse shape in time, thus preventing the excessive amplification. Problems such as damage to the optical amplifier 500 or instability of the laser system can be solved.
  • the wavelength-converted light of strong intensity In the case of the second optical signal 310 which is output as a signal and has a wide oscillation line width and no polarization state, wavelength conversion is not performed due to low nonlinear wavelength conversion efficiency or converted into a signal having a very small size. Can be implemented.
  • the burst mode laser generation device 1 of the present invention the burst mode can be easily implemented in the wavelength conversion laser by adjusting the oscillation line width and the polarization state of the oscillation light source. There is an effect that can prevent the instability of the output.
  • optical fiber laser system of the all-optical fiber type can be manufactured, there is an effect that can have all the advantages of excellent operating environment, durability, and light weight of the optical fiber laser system.
  • burst mode laser generation method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the same description as that described in the burst mode laser generation device 1 according to an embodiment of the present invention will be omitted.
  • FIG. 2 is a flowchart of a burst mode laser generation method according to an embodiment of the present invention.
  • a burst mode laser generation method includes (a) a first optical signal 210 having a narrow oscillation line width and polarization and a second light having a wide oscillation line width and non-polarization Generating a signal 310 (S100), (b) generating a burst trigger signal 110 (S200), and (c) a first optical signal 210 and a second optical signal 310. Selecting and outputting any one according to the burst trigger signal 110 (S300), (d) amplifying the output optical signal (S400), and (e) non-linear wavelength converting the amplified optical signal (S500).
  • step S200 the burst trigger signal 110 is generated in the same form according to the waveform of the desired burst mode (any pulse train modulation).
  • step S300 when the burst trigger signal 110 is high, the first optical signal 210 is selected and output. When the burst trigger signal 110 is low, the burst trigger signal 110 is low. The second optical signal 310 is selected and output.
  • the optical amplifier 500 Since the first optical signal 210 and the second optical signal 310 are mixed according to the burst trigger signal 110 to output and amplify an optical signal having a uniform pulse shape in time, the optical amplifier 500 according to over-amplification Problems such as damage or instability of the laser system can be solved.
  • the first optical signal 210 is wavelength-converted and output as a result of the nonlinear wavelength conversion. Since the optical signal 310 has a low wavelength conversion efficiency and is hardly output, the optical signal 310 may generate a pulsed laser in burst mode corresponding to the burst trigger signal 110.
  • the burst mode laser generation method of the present invention it is possible to easily implement the burst mode in the wavelength conversion laser by adjusting the oscillation line width and the polarization state of the oscillation light source. There is an effect that can prevent.

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Abstract

본 발명은 버스트 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 발생기; 펄스 형태의 제1 광신호를 발생하는 제1 광원; 펄스 형태의 제2 광신호를 발생하는 제2 광원; 버스트 트리거 신호에 따라 제1 광신호와 제2 광신호 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 광 스위치; 광 스위치에서 출력된 광신호를 증폭하는 광 증폭기; 및 광 증폭기에서 증폭된 광신호를 파장 변환하는 파장 변환기를 포함하되, 제1 광신호와 제2 광신호는 발진 선폭 및 편광 상태 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치를 제공하여,발진 광원의 발진 선폭과 편광 상태를 조정하여 파장변환 레이저에서 버스트 모드를 구현할 수 있고, 과잉 증폭에 따른 증폭기의 손상이나 불안정성을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

버스트 모드 레이저 발생 장치 및 방법
본 발명은 버스트 모드 레이저 발생 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발진 광원의 발진 선폭과 편광 상태를 조정하여 파장변환 레이저에서 버스트 모드를 구현할 수 있는 버스트 모드 레이저 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.
펄스형 광섬유 레이저를 이용한 다양한 응용분야에서 임의의 펄스열 변조(버스트 모드)를 요구하는 경우가 있다. 이러한 버스트 모드구현은 펄스형 광섬유 레이저에서 고출력 에너지 획득을 위한 고에너지 광섬유 증폭기를 사용할 경우, 과잉증폭에 의한 광증폭기 손상문제로 구현이 어려운 기술이다.
일례로서, 버스트 모드 레이저와 관련하여 대한민국 공개특허 제2012-0122102호는 광펄스를 출력하는 레이저 소스와 연속광을 출력하는 레이저 소스를 구비하여 연속광의 지속시간을 제어함으로써 광펄스열의 프로파일을 일정하게 제어할 수 있는 펄스 레이저 장치 및 그 제어방법을 개시한다.
한편, 현재 광섬유 레이저에서 버스트 모드 구현에 사용되고 있는 기술은 광섬유 증폭기의 손상을 방지하고 레이저 시스템의 안정성 확보를 위해 최종 출력단에 광변조기를 설치하여 버스트 모드를 구현하고 있다.
하지만 이러한 기술은 광변조기 구동을 위한 고가의 추가적인 소자를 사용하기 때문에 시스템이 복잡해지고 고가격이고, 광섬유 레이저가 가지는 유연한 동작 환경성과 높은 내구성을 저해하는 구성이 되며, 광변조기 구동을 위해 높은 소비전력을 요구하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 발진 광원의 발진 선폭 및/또는 편광 상태를 조정하여 파장변환 레이저에서 버스트 모드를 구현하는 것이 가능한 버스트 모드 레이저 발생 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 버스트 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 발생기; 펄스 형태의 제1 광신호를 발생하는 제1 광원; 펄스 형태의 제2 광신호를 발생하는 제2 광원; 상기 버스트 트리거 신호에 따라 상기 제1 광신호와 상기 제2 광신호 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 광 스위치; 상기 광 스위치에서 출력된 광신호를 증폭하는 광 증폭기; 및 상기 광 증폭기에서 증폭된 광신호를 파장 변환하는 파장 변환기를 포함하되, 상기 제1 광신호와 상기 제2 광신호는 발진 선폭 및 편광 상태 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치를 제공한다.
상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 레이저 다이오드로 마련될 수 있다.
상기 제1 광신호의 발진 선폭은 상기 제2 광신호의 발진 선폭보다 좁을 수 있다.
상기 제1 광신호의 선폭은 1 nm 이하이고, 상기 제2 광신호의 선폭은 적어도 10 nm일 수 있다.
상기 제1 광신호는 소정 방향으로 편광된 상태이고, 상기 제2 광신호는 편광되지 않을 수 있다.
상기 광 스위치는, 상기 버스트 트리거 신호가 하이(high)인 경우에는 상기 제1 광신호를 선택하여 상기 광 증폭기로 전달하고, 상기 버스트 트리거 신호가 로우(low)인 경우에는 상기 제2 광신호를 선택하여 광 증폭기로 전달할 수 있다.
상기 파장 변환기는 상기 증폭된 광신호를 비선형 파장 변환할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, (a) 발진 선폭이 좁고 편광된 제1 광신호와, 발진 선폭이 넓고 편광되지 않은 제2 광신호를 발생시키는 단계; (b) 버스트 트리거 신호를 생성하는 단계; (c) 상기 제1 광신호와 상기 제2 광신호 중 어느 하나를 상기 버스트 트리거 신호에 따라 선택하여 출력하는 단계; (d) 출력된 광신호를 증폭하는 단계; 및 (e) 증폭된 광신호를 비선형 파장 변환하는 단계를 포함하는 버스트 모드 레이저 생성 방법을 제공한다.
상기 (b) 단계에서, 상기 버스트 트리거 신호는 원하는 버스트 모드의 파형에 따라 이와 동일한 형태로 생성될 수 있다.
상기 (c) 단계에서는, 상기 버스트 트리거 신호가 하이(high)인 경우에는 제1 광신호를 선택하여 출력하고, 상기 버스트 트리거 신호가 로우(low)인 경우에는 제2 광신호를 선택하여 출력할 수 있다.
본 발명에 따르면 발진 광원의 발진 선폭과 편광 상태를 조정하여 파장변환 레이저에서 버스트 모드를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 과잉 증폭에 따른 증폭기의 손상이나 불안정성을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 연속발진 레이저를 사용하는 경우 버스트 듀티비 혹은 형성시간에 따라 광섬유 증폭기에서 발생되는 이득 불균형을 보상하기 위해 지속적으로 연속발진 레이저의 출력 크기를 조정해야 하는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 전광섬유 형태의 광섬유 레이저 시스템이 제작가능하기 때문에 광섬유 레이저 시스템이 가지는 우수한 동작환경성, 내구성, 소형 경량화의 장점을 모두 가질 수 있는 효과가 있다.
또한, 간단한 구성으로 제조가 용이하며 제조비용이 감소하여 경제적으로 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
기존의 파장변환 레이저에서 버스트 모드 구현 또한 일반적인 펄스형 광섬유 레이저 버스트 모드와 동일한 방법으로 구현되고 있다. 하지만 파장변환 레이저의 경우 비선형 효과를 이용한 파장변화기의 파장변환 특성을 이용할 경우 발진 선폭과 편광특성이 다른 동일한 크기의 펄스 신호를 이용하여 버스트 모드의 구현이 가능하다.
본 발명에서는 기존의 광변조기를 통한 최종 출력의 변조 방식과 달리 발진 광원의 발진 선폭과 편광상태를 조정하여 파장변환 레이저에서 버스트 모드 구현 기술을 개발하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 장치(1)는, 버스트 트리거 신호(110)를 생성하는 트리거 신호 발생기(100)와, 펄스 형태의 제1 광신호(210)를 발생하는 제1 레이저 다이오드(200)와, 펄스 형태의 제2 광신호(310)를 발생하는 제2 레이저 다이오드(300)와, 버스트 트리거 신호(110)에 따라 제1 광신호(210)와 제2 광신호(310) 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 광 스위치(400)와, 광 스위치(400)에서 출력된 광신호를 증폭하는 광 증폭기(500)와, 광 증폭기(500)에서 증폭된 광신호를 파장 변환하는 파장 변환기(600)를 포함한다.
트리거 신호 발생기(100)는 버스트 트리거 신호(110, burst trigger signal)를 생성한다. 버스트 트리거 신호(110)는 원하는 버스트 모드(임의의 펄스열 변조)의 파형에 따라 이와 동일한 형태로 생성된다.
제1 레이저 다이오드(200)와 제2 레이저 다이오드(300)는 각각 펄스 형태의 제1 광신호(210)와 제2 광신호(310)를 발생시키며, 발생된 제1 광신호(210) 및 제2 광신호(310)는 광 스위치(400)로 입력된다.
본 발명에서, 제1 광신호(210)와 제2 광신호(310)는 크기는 같고, 발진 선폭 및 편광 상태 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 한다.
본 실시예에서, 제1 레이저 다이오드(200)는 발진 선폭이 좁고, 편광된 펄스 형태의 제1 광신호(210)를 출력하고, 제2 레이저 다이오드(300)는 상기 제1 광신호(210)에 비해 발진 선폭이 넓고 편광되지 않은 펄스 형태의 제2 광신호(310)를 출력한다. 예를 들어 제1 광신호(210)의 선폭은 1 nm 이하로 설정되고 제2 광신호(310)는 10 nm 이상으로 설정될 수 있다. 다만, 제1 광신호(210)와 제2 광신호(310)의 선폭은 후술하는 파장 변환기(600)의 특성에 따라 다른 수치 범위 내에서 설정될 수 있다.
트리거 신호 발생기(100)에서 생성된 버스트 트리거 신호(110)와, 제1 레이저 다이오드(200) 및 제2 레이저 다이오드(300)에서 발생된 제1 광신호(210) 및 제2 광신호(310)는 광 스위치(400)로 전달된다.
광 스위치(400)는 입력된 버스트 트리거 신호(110)에 따라 제1 광신호(210) 또는 제2 광신호(310)가 광 증폭기(500)로 입력되도록 광 신호를 스위칭한다. 구체적으로, 버스트 트리거 신호(110)가 하이(high)인 경우에 광 스위치(400)는 제1 광신호(210)를 선택하여 광 증폭기(500)로 전달하고, 버스트 트리거 신호(110)가 로우(low)인 경우에는 광 스위치(400)는 제2 광신호(310)를 선택하여 광 증폭기(500)로 전달한다.
발명의 실시에 있어서, 광 스위치(400)는 버스트 트리거 신호(110)가 하이(high)인 경우에는 제2 광신호(310)를 선택하고, 버스트 트리거 신호(110)가 로우(low)인 경우에는 제1 광신호(210)를 선택하는 방식으로 작동될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 버스트 트리거 신호(110)에 따라 광 스위치(400)에 의해 스위칭되어 광 증폭기(500)로 전달되는 제1 광신호(210, 실선) 및 제2 광신호(310, 점선)가 예시되어 있다.
광 스위치(400)에 의해 스위칭되어 출력된 제1 광신호(210)와 제2 광신호(310)는 광 증폭기(500)로 전달되어 증폭된다.
광 증폭기(500)는 복수개의 증폭기를 다단으로 연결하여 형성될 수 있다. 광 증폭기(500)는 광섬유 증폭기 또는 레이저 크리스탈 증폭기를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는 단일 광섬유 증폭기, 다단계 광섬유 증폭기, 단일 크리스탈 증폭기, 다단계 크리스탈 증폭기, 다단계 광섬유 증폭기와 다단계 크리스탈 증폭기 결합한 형태로 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
광 증폭기(500)에 입력되는 광신호는 버스트 트리거 신호(110)에 따라 크기는 같으나, 선폭과 편광 상태가 각기 다른 제1 광신호(210)와 제2 광신호(310)가 혼합된 형태의 신호가 입력되며 이는 시간상에 균일한 펄스 형태의 광신호를 유지하기 때문에 앞서 예기한 과잉 증폭에 따른 광 증폭기(500)의 손상이나 레이저 시스템의 불안정성과 같은 문제를 해결할 수 있다.
즉, 본 실시예의 광 증폭기(500)에는 균일한 펄스 형태의 광신호가 입력되기 때문에 광 증폭기(500)의 증폭 매질에 축적되는 에너지가 없어 과잉 증폭에 따른 증폭단 및 광학계의 손상을 방지하고, 레이저 출력의 불안정성을 방지할 수 있다.
광 증폭기(500)에서 증폭된 광신호는 파장 변환기(600)로 전달된다.
파장 변환기(600)는 비선형 현상을 이용한 파장 변환기(600)이다. 비선형 현상을 이용한 파장 변환기(600)에서, 첨두출력이 강하고 특정 상태의 편광을 유지하고 있는 광펄스는 파장변환이 효율적으로 이루어지지만, 첨두출력이 약한 광펄스는 파장변환이 거의 이루어지지 않는다.
또한, 비선형 현상을 이용한 파장 변환기(600)에서 파장변환 효율은 입력광원의 크기와 입력광원의 선폭의 크기 및 편광상태에 따라 크게 달라진다. 높은 효율의 파장변환 효율을 획득하기 위해서는 입력광원의 세기가 비선형 임계크기 이상의 세기를 가진 상태에서, 일정크기 이하의 선폭과 특정한 편광상태를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기와 같은 파장 변환기(600)의 특성을 이용한 것으로서, 입력광원의 크기를 비선형 현상 유도를 위한 임계 크기값 이상으로 유지한 상태에서 입력광원의 선폭 및 편광상태 중 적어도 하나를 조정함으로써 비선형 파장 변환기(600)에서 파장 변환된 신호의 버스트모드 변조가 가능하도록 한 것이 특징이다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 광신호(210)는 선폭이 좁고 편광된 광신호이고, 제2 광신호(310)는 선폭이 넓고 편광되지 않은 광신호이다.
이에 따라, 파장 변환기(600)에서, 제1 광신호(210)는 파장 변환되어 출력되지만, 제2 광신호(310)는 파장변환 효율이 낮아 거의 출력되지 않으며, 도 1에 파장 변환기(600)의 출력 결과를 버스트 트리거 신호(110)에 대응하여 표시하였다.
이상의 구성에 따른 버스트 모드 레이저 생성 장치(1)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1에 나타낸 바와 같이 발진 선폭인 좁고 편광된 제1 레이저 다이오드(200)의 제1 광신호(210)와, 발진선폭이 넓고 편광이 없는 제2 레이저 다이오드(300)의 제2 광신호(310)를 외부 버스트 트리거 신호(110)에 따라 광 스위치(400)로 선택하여 이를 광 증폭기(500)에서 순차적으로 증폭한다. 광 증폭기(500)에 입력되는 광신호는 버스트 트리거 신호(110)에 따라 선폭과 편광 상태가 각기 다른 신호가 입력되며 이는 시간상에 균일한 펄스 형태의 광신호를 유지하기 때문에 앞서 예기한 과잉 증폭에 따른 광 증폭기(500)의 손상이나 레이저 시스템의 불안정성과 같은 문제를 해결할 수 있다.
이렇게 광 증폭기(500)에서 증폭된 최종 신호는 비선형 파장 변환기(600)에 입력되고 발진 선폭이 좁고 편광된 제1 광신호(210)의 경우 높은 파장변환 효율을 가지기 때문에 강한 세기의 파장변환된 광신호로 출력되고, 발진선폭이 넓고 무편광 상태의 제2 광신호(310)의 경우 낮은 비선형 파장변환 효율에 따라 파장변환이 이루어지지 않거나 매우 작은 크기의 신호로 변환됨으로써 파장변환 레이저에서 버스트 모드를 구현할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 버스트 모드 레이저 생성 장치(1)에 의하면, 발진 광원의 발진 선폭과 편광 상태를 조정하여 파장변환 레이저에서 버스트 모드를 용이하게 구현할 수 있으며, 과잉 증폭에 따른 증폭기의 손상이나 레이저 출력의 불안정성을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 연속발진 레이저를 사용하는 경우 버스트 듀티비 혹은 형성시간에 따라 광섬유 증폭기에서 발생되는 이득 불균형을 보상하기 위해 지속적으로 연속발진 레이저의 출력 크기를 조정해야 하는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 전광섬유 형태의 광섬유 레이저 시스템이 제작가능하기 때문에 광섬유 레이저 시스템이 가지는 우수한 동작환경성, 내구성, 소형 경량화의 장점을 모두 가질 수 있는 효과가 있다.
또한, 간단한 구성으로 제조가 용이하며 제조비용이 감소하여 경제적으로 우수한 효과가 있다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 방법을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 장치(1)에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 방법의 순서도이다.
도 2를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 방법은, (a) 발진 선폭이 좁고 편광된 제1 광신호(210)와, 발진 선폭이 넓고 편광되지 않은 제2 광신호(310)를 발생시키는 단계(S100)와, (b) 버스트 트리거 신호(110)를 생성하는 단계(S200)와, (c) 제1 광신호(210)와 제2 광신호(310) 중 어느 하나를 버스트 트리거 신호(110)에 따라 선택하여 출력하는 단계(S300)와, (d) 출력된 광신호를 증폭하는 단계(S400)와, (e) 증폭된 광신호를 비선형 파장 변환하는 단계(S500)를 포함한다.
(b) 단계(S200)에서, 버스트 트리거 신호(110)는 원하는 버스트 모드(임의의 펄스열 변조)의 파형에 따라 이와 동일한 형태로 생성된다.
(c) 단계(S300)에서, 버스트 트리거 신호(110)가 하이(high)인 경우에는 제1 광신호(210)를 선택하여 출력하고, 버스트 트리거 신호(110)가 로우(low)인 경우에는 제2 광신호(310)를 선택하여 출력한다.
제1 광신호(210)와 제2 광신호(310)가 버스트 트리거 신호(110)에 따라 혼합되어 시간상에 균일한 펄스 형태의 광신호가 출력되어 증폭되므로, 과잉 증폭에 따른 광 증폭기(500)의 손상이나 레이저 시스템의 불안정성과 같은 문제를 해결할 수 있다.
비선형 파장 변환 단계(S500)에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스트 모드 레이저 생성 장치(1)에서 설명한 바와 같이 비선형 파장 변환의 특성상 제1 광신호(210)는 파장 변환되어 출력되지만, 제2 광신호(310)는 파장변환 효율이 낮아 거의 출력되지 않으며, 이에 따라 버스트 트리거 신호(110)에 대응되는 버스트 모드의 펄스 레이저 생성이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 버스트 모드 레이저 생성 방법에 의하면, 발진 광원의 발진 선폭과 편광 상태를 조정하여 파장변환 레이저에서 버스트 모드를 용이하게 구현할 수 있으며, 과잉 증폭에 따른 증폭기의 손상이나 레이저 출력의 불안정성을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 버스트 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 발생기;
    펄스 형태의 제1 광신호를 발생하는 제1 광원;
    펄스 형태의 제2 광신호를 발생하는 제2 광원;
    상기 버스트 트리거 신호에 따라 상기 제1 광신호와 상기 제2 광신호 중 어느 하나를 선택하여 출력하는 광 스위치;
    상기 광 스위치에서 출력된 광신호를 증폭하는 광 증폭기; 및
    상기 광 증폭기에서 증폭된 광신호를 파장 변환하는 파장 변환기를 포함하되,
    상기 제1 광신호와 상기 제2 광신호는 발진 선폭 및 편광 상태 중 적어도 하나가 다른 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광원 및 상기 제2 광원은 레이저 다이오드로 마련되는 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광신호의 발진 선폭은 상기 제2 광신호의 발진 선폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 광신호의 선폭은 1 nm 이하이고, 상기 제2 광신호의 선폭은 적어도 10 nm인 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 광신호는 소정 방향으로 편광된 상태이고, 상기 제2 광신호는 편광되지 않은 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 스위치는,
    상기 버스트 트리거 신호가 하이(high)인 경우에는 상기 제1 광신호를 선택하여 상기 광 증폭기로 전달하고, 상기 버스트 트리거 신호가 로우(low)인 경우에는 상기 제2 광신호를 선택하여 광 증폭기로 전달하는 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환기는 상기 증폭된 광신호를 비선형 파장 변환하는 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 장치.
  8. (a) 발진 선폭이 좁고 편광된 제1 광신호와, 발진 선폭이 넓고 편광되지 않은 제2 광신호를 발생시키는 단계;
    (b) 버스트 트리거 신호를 생성하는 단계;
    (c) 상기 제1 광신호와 상기 제2 광신호 중 어느 하나를 상기 버스트 트리거 신호에 따라 선택하여 출력하는 단계;
    (d) 출력된 광신호를 증폭하는 단계; 및
    (e) 증폭된 광신호를 비선형 파장 변환하는 단계를 포함하는 버스트 모드 레이저 생성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 버스트 트리거 신호는 원하는 버스트 모드의 파형에 따라 이와 동일한 형태로 생성되는 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서는,
    상기 버스트 트리거 신호가 하이(high)인 경우에는 제1 광신호를 선택하여 출력하고, 상기 버스트 트리거 신호가 로우(low)인 경우에는 제2 광신호를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 버스트 모드 레이저 생성 방법.
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