KR100523174B1 - Discretely Tunable Erbium-Doped Fiber Ring Laser with 273 Ch. 50 GHz-Spacing - Google Patents
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Abstract
본 발명은 L/C 결합기를 이용한 직렬구조의 링 형태를 가지는 광섬유 레이저 공진기 내의 광섬유 페브리-페롯 가변필터와 고체 페브리-페롯 간섭계를 이용하여 C/L밴드(conventional /long wavelength band)에서 국제통신연합 통신표준섹터(ITU-T)에서 권고한 50 GHz 간격을 가지고 연속적으로 파장 가변되는 백업용 레이저 광원 및 표준광원을 얻을 수 있는 광섬유 레이저에 관한 것이다.The present invention provides an international method in the C / L band (conventional / long wavelength band) using a fiber-based Fabry-Perot variable filter and a solid Fabry-Perot interferometer in a ring-shaped fiber laser resonator using an L / C coupler. The present invention relates to a back-up laser light source that can continuously vary in wavelength at a 50 GHz interval recommended by the ITU-T and an optical fiber laser that can obtain a standard light source.
즉, 본 발명에 의한 광섬유 레이저에 의하면 페브리-페롯 가변필터의 전압구동 압전소자(PZT)에 바이어스 전압을 인가하여 50 GHz 등간격으로 273 채널에서 우수한 출력 평탄도를 가지고 111 nm 이상 파장 가변되고 자발 방출비(SSER : source spontaneous emission ratio)가 60 dB인 레이저 광원을 얻을 수 있다. 이 광섬유 레이저 공진기의 단일모드동작은 좁은 대역폭을 가지는 페브리-페롯 간섭계를 적용하여 얻을 수 있다.That is, according to the optical fiber laser according to the present invention, the bias voltage is applied to the voltage-driven piezoelectric element (PZT) of the Fabry-Perot variable filter, and the wavelength is variable by more than 111 nm with excellent output flatness in 273 channels at 50 GHz equidistant intervals. A laser light source having a source spontaneous emission ratio (SSER) of 60 dB can be obtained. The single mode operation of this fiber laser resonator can be obtained by applying a Fabry-Perot interferometer with a narrow bandwidth.
Description
본 발명은 광섬유 레이저 공진기 내에 광섬유 페브리-페롯 가변필터와 고체 페브리-페롯 간섭계를 이용하여 표1의 광통신 밴드와 파장대역(ITU-T SG15)과 같이 C/L밴드(conventional/long wavelength band)에서 국제통신연합 통신표준섹터(ITU-T)에서 권고한 50 GHz 간격을 가지고 연속적으로 파장 가변되는 백업용 레이저 광원 및 표준광원을 얻을 수 있는 광섬유 레이저에 관한 것이다. The present invention uses a C / L band (conventional / long wavelength band) as shown in Table 1 of the optical communication band and wavelength band (ITU-T SG15) using an optical fiber Fabry-Perot variable filter and a solid Fabry-Perot interferometer in a fiber laser resonator. The present invention relates to a fiber laser that can obtain a backup laser light source and a standard light source that are continuously variable in wavelength at 50 GHz intervals recommended by the International Telecommunications Standards Sector (ITU-T).
표1Table 1
통상적으로, 서로 다른 파장을 갖는 빛은 서로 간섭하지 않고 전파한다. 그러므로 서로 다른 파장에 신호를 실어 하나의 광섬유에 전송할 경우 이러한 신호들은 간섭 없이 광섬유를 따라 전송된다. 이러한 전송방식을 파장 분할 전송 방식(WDM, Wavelength Division Multiplexing)이라 하며, 파장 분할 다중 방식을 사용함으로써 광섬유의 정보 전송 용량을 크게 증가시킬 수 있다. Typically, light having different wavelengths propagates without interfering with each other. Therefore, when signals are carried on different wavelengths and transmitted to one optical fiber, these signals are transmitted along the optical fiber without interference. Such a transmission scheme is called wavelength division multiplexing (WDM), and the information transmission capacity of the optical fiber can be greatly increased by using the wavelength division multiplexing scheme.
상기한 고밀도 파장 분할 다중화기술은 상업적 서비스를 목적으로 광통신에서 폭넓게 사용될 것으로 기대된다. 하지만, 고밀도 파장 분할 다중화기술에 의해 채널수가 증가함에 따라 복잡한 구조의 망(network)이 형성되고 보다 융통성 있는 망을 설계하고 운용하기 위해 국제통신연합 통신표준섹터(ITU-T, G 692, G.694.1)에서 권고한 파장 값의 안정화된 광원의 필요성이 요구된다.The high density wavelength division multiplexing technique described above is expected to be widely used in optical communication for commercial service purposes. However, as the number of channels increases due to the high-density wavelength division multiplexing technology, a complex network is formed and the International Telecommunications Communication Standards Sector (ITU-T, G 692, G. The need for stabilized light sources of wavelength values recommended in 694.1) is required.
따라서 고밀도 파장 분할 다중화기술의 응용을 위해 국제통신연합은 193.1 THz에 인접한 12.5 GHz부터 100 GHz까지 그리고 그 이상(100 GHz의 정수배)의 채널 간격을 가지는 주파수 표준을 제공하고 있다. 최근 들어, 표면 방출 레이저(VCSEL, Vertical Cavity Surface Emitting Laser), 외부공진기형 반도체 레이저(ECLD, External Cavity Laser Diode), 광궤한 반도체 레이저(DFB-LD, Distributed Feedback-LD), 브레그 반사형 반도체 레이저(DBR-LD, Distributed Bragg Reflector-LD) 등과 같은 많은 종류의 파장 가변 레이저가 고밀도 파장 분할 다중화시스템에 상업적 응용이 가능하다.Therefore, for the application of high-density wavelength division multiplexing technology, the International Telecommunication Union is providing frequency standards with channel spacing from 12.5 GHz to 100 GHz and above (an integer multiple of 100 GHz) adjacent to 193.1 THz. In recent years, surface emitting lasers (VCSELs), external cavity semiconductor lasers (ECLDs), broad semiconductor lasers (DFB-LDs, Distributed Feedback-LD), and Bragg reflective semiconductors Many types of tunable lasers such as lasers (DBR-LD, Distributed Bragg Reflector-LD) are available for commercial application in high density wavelength division multiplexing systems.
파장 가변 레이저나 광섬유 레이저는 동작파장이 국제통신연합에서 권고한 파장(주파수) 값에 일치하도록 디자인될 수가 있다. 또한, 이들 레이저는 저비용으로 설치된 고밀도 파장 분할 다중화 시스템을 보다 효율적으로 유지 및 보수를 하기 위한 광원으로 광통신시스템에서 폭 넓게 사용되어질 수 있다.Tunable or fiber lasers can be designed so that their operating wavelengths match the wavelength (frequency) values recommended by the International Telecommunication Union. In addition, these lasers can be widely used in optical communication systems as a light source for more efficiently maintaining and repairing high-density wavelength division multiplexing systems installed at low cost.
그리고 빠른 속도로 소자를 테스트하기 위한 응용 광원으로 개발된 광섬유 레이저는 1525∼1625 nm, 즉 C 밴드(conventional band)와 L 밴드(long wave length band)를 통하여 우수한 파장 선택성을 가지는 넓은 파장 가변범위와 단일모드동작 때문에 고밀도 파장 분할 다중화 시스템의 응용을 위해 반도체 레이저와 비교하여 매우 매력적이다.The fiber laser, developed as an application light source for testing devices at high speed, has a wide wavelength variable range with excellent wavelength selectivity through 1525-1625 nm, C band (conventional band) and L band (long wave length band). Because of its single-mode operation, it is very attractive compared to semiconductor lasers for the application of high density wavelength division multiplexing systems.
지금까지 연구 개발된 가장 넓은 파장 가변범위를 가지는 광섬유 링 레이저로서는 EXPO사에서 생산 판매하고 있는 모델명 FLS-2600B를 예로 들 수 있는데, 이는 100 nm 이상의 파장 가변범위를 갖는다. 하지만, 이 광섬유 링 레이저는 각종 소자 테스트용 광원으로 선폭이 넓고 국제통신연합에서 권고한 주파수 간격에 맞게 동작하지 않는다. As the optical fiber ring laser having the widest variable wavelength range that has been researched so far, the model name FLS-2600B produced and sold by EXPO is an example, which has a wavelength variable range of 100 nm or more. However, this fiber ring laser is a light source for testing various devices and has a wide line width and does not operate at the frequency interval recommended by the International Telecommunication Union.
그리고 다중모드(multi-mode)와 단일모드(single-mode)에 대해 각각 100 GHz와 50 GHz 간격으로 국제통신연합에서 권고한 주파수 간격에 맞는 광섬유 레이저가 연구 개발되었으나, 이들 광섬유 레이저의 파장 가변범위는 주로 C 밴드 영역인 50 nm 정도로 국한되어 있다.In addition, fiber lasers were developed and developed for the multi-mode and single-mode intervals at 100 GHz and 50 GHz intervals, respectively. Is mainly limited to 50 nm, which is the C band region.
상기한 바와 같은 종래기술의 한계를 극복하기 위한 본 발명은 L/C 결합기를 이용한 직렬구조의 링 형태를 가지는 광섬유 레이저 공진기 내의 광섬유 페브리-페롯 가변필터와 고체 페브리-페롯 간섭계를 이용하여 C/L 밴드(Conventional/long wavelength band)에서 국제통신연합 통신표준섹터(ITU-T)에서 권고한 50 GHz 간격을 가지고 파장 가변범위 111 nm 이상을 가지는 단일모드로 연속적으로 파장 가변되는 백업용 레이저 광원 및 표준광원을 얻을 수 있도록 하는 50 GHz 등간격을 가지고 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention for overcoming the limitations of the prior art as described above is based on the use of a fiber-based Fabry-Perot variable filter and a solid Fabry-Perot interferometer in an optical fiber laser resonator having a ring-shaped series structure using an L / C coupler. Laser light source for backup continuously variable in single mode with 50 GHz spacing recommended in ITU-T in the / L band (Conventional / long wavelength band) with a wavelength variable range of 111 nm or more; It is an object of the present invention to provide a 273 channel continuous wavelength variable fiber laser with an equal interval of 50 GHz to obtain a standard light source.
또한, 본 발명은 광섬유 레이저 공진기 내에 높은 곱기(fineness)와 정밀한 두께 조절로 50 GHz 간격을 가지는 고체 페브리-페롯 간섭계를 추가함으로써 50 GHz 등간격과 단일모드 동작으로 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention adds a solid Fabry-Perot interferometer with a 50 GHz spacing with high fineness and precise thickness control in a fiber laser resonator, allowing 273 channels of continuous wavelength variability in 50 GHz equidistant and single mode operation. The purpose is to provide.
그리고 본 발명은 광섬유 레이저 공진기 내에 고체 페브리-페롯 간섭계와 광섬유 페브리-페롯 가변필터를 채용함으로써 국제통신연합에서 권고한 주파수 간격의 정확성, 출력의 평탄도, 빠른 파장가변, 높은 광신호대 잡음비 및 넓은 파장가변범위 로 50 GHz 등간격을 가지고 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention employs a solid Fabry-Perot interferometer and an optical fiber Fabry-Perot variable filter in an optical fiber laser resonator, and the frequency spacing accuracy, output flatness, fast wavelength variation, high optical signal-to-noise ratio It is an object of the present invention to provide a fiber laser having 273 channels of continuous wavelength variable with a 50 GHz equal interval over a wide wavelength variable range.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 50 GHz 등간격을 가지고 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저는 파장 분할 다중화기(WDM, Wavelength Division Multiplexer)에 의해 다중화된 파장 980 nm의 고출력 펌프용 레이저 다이오드를 광 펌핑하여 C 밴드 및 L밴드 광신호를 증폭하기 위한 5.4 m의 어븀 첨가 광섬유를 구비한 제1증폭수단과, 상기 제1증폭수단에에 의해 증폭된 광신호를 L 밴드와 C 밴드로 각각 분배하는 L/C 파장 커플러(L-band/C-band Coupler)의 광 신호를 상기 L/C 파장 커플러로부터 입력되는 L 밴드 광신호를 광 펌핑하여 L 밴드 광신호를 증폭하는 70 m의 어븀 첨가 광섬유가 직렬로 연결된 제2증폭수단과, 상기 파장 커플러의 C 밴드 광신호와 상기 어븀 첨가 광섬유에 의해 증폭된 L 밴드 광신호를 합성하는 L/C 파장 커플러와, 상기 L/C 파장 커플러로부터 출력되는 L/C 밴드 파장의 50 GHz 간격을 가지는 광신호 파장을 연속적으로 선택할 수 있도록 50 GHz 간격의 공명 주파수를 생성하여 광섬유 페브리-페롯 가변필터 내에 인가하는 고체 페브리-페롯 간섭계(SFPI, Solid Fabry-Perot Interferometer) 및 상기 고체 페브리-페롯 간섭계의 공명 주파수를 광섬유 페브리-페롯 내의 전압구동 압전소자의 전압에 따른 길이가 조절되어 L/C 밴드 파장의 광신호의 주파수가 연속적으로 가변되면서 50 GHz 간격을 가지는 273 채널의 광원을 광 결합기를 통해 일정비율을 분압시켜 상기 파장 분할 다중화기로 광궤환시킴과 동시에 출력단으로 출력하는 광섬유 페브리-페롯 가변필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object as described above, the optical fiber laser having a constant wavelength of 273 channels according to the present invention, which is 50 GHz, is used for a high power pump having a wavelength of 980 nm multiplexed by a wavelength division multiplexer (WDM). A first amplifying means having a 5.4 m erbium-doped optical fiber for optically pumping a laser diode to amplify the C band and L band optical signals, and the L and C bands of the optical signal amplified by the first amplifying means. 70 m for amplifying the L band optical signal by optically pumping the L band optical signal input from the L / C wavelength coupler to the optical signals of the L / C wavelength coupler distributed respectively. A second amplifying means connected in series with an erbium-doped optical fiber, an L / C wavelength coupler for synthesizing a C-band optical signal of the wavelength coupler and an L-band optical signal amplified by the erbium-doped optical fiber, and the L / C wavelength A solid Fabry-Perot interferometer which generates a resonance frequency at 50 GHz intervals and applies it into an optical fiber Fabry-Perot variable filter to continuously select an optical signal wavelength having a 50 GHz interval of the L / C band wavelength output from the plug. The resonance frequency of the SFPI, Solid Fabry-Perot Interferometer and the solid Fabry-Perot interferometer is adjusted according to the voltage of the voltage-driven piezoelectric element in the optical fiber Fabry-Perot, so that the frequency of the optical signal of L / C band wavelength is continuous. It is characterized in that it comprises an optical fiber Fabry-Perot variable filter for converting the light source of 273 channels having a 50 GHz interval while dividing to a predetermined ratio through the optical coupler to optical feedback to the wavelength division multiplexer and output to the output terminal at the same time. .
또한, 본 발명에 의한 50 GHz 등간격을 가지고 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저에 있어서, 상기 광섬유 페브리-페롯 간섭계는 자유 분광너비 100 GHz, 50 GHz, 25 GHz, 12.5 GHz를 갖는 광섬유 고체 에어 스페이스(air space) 또는 진공 스페이스(space)의 페브리-페롯 간섭계로서 국제연합통신(ITU-T) 그리드(grid) 간격 G.692 및 G.694.1에 게시된 주파수 및 주파수 간격을 가지고 불연속적으로 레이저 광원을 발진하는 것이다.In addition, according to the present invention, in the optical fiber laser having a constant wavelength of 273 channels with a 50 GHz equidistant interval, the optical fiber Fabry-Perot interferometer has a free spectral width of 100 GHz, 50 GHz, 25 GHz, 12.5 GHz As a Fabry-Perot interferometer in air space or vacuum space, discontinuously with the frequency and frequency intervals as published in the ITU-T grid intervals G.692 and G.694.1. To oscillate the laser light source.
또한, 본 발명에 의한 50 GHz 등간격을 가지고 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저에 있어서, 상기 광섬유 페브리-페롯 가변필터에 의한 파장 가변으로 페브리-페롯 간섭계의 투과선과 일치하는 것만이 레이저 광원으로 선택되어 불연속적으로 국제연합통신(ITU-T) 그리드(grid) 파장을 발진하는 것이다.In addition, in the optical fiber laser having a constant wavelength of 273 channels at 50 GHz equidistant intervals according to the present invention, only the wavelength of the optical fiber Fabry-Perot variable filter coincides with the transmission line of the Fabry-Perot interferometer It is chosen to discontinuously oscillate the ITU-T grid wavelength.
또한, 본 발명에 의한 50 GHz 등간격을 가지고 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저에 있어서, 상기 광섬유 페브리-페롯 가변필터에는 길이 변화에 따른 공진기의 안정화를 위해 공진주파수가 국제통신연합(ITU-T) 그리드 간격 G.692, G.694.1에 게시된 주파수 간격 193.1 THz± n*12.5, n*25, n*50, n*100 ; n:정수)를 갖도록 온도를 조절하여 안정화시키기 위한 온도 조절기(temperature controller)가 구비되는 것이다.In addition, according to the present invention, in the optical fiber laser having a constant wavelength of 273 channels having the same interval of 50 GHz, the optical fiber Fabry-Perot variable filter has a resonance frequency for stabilizing the resonator according to a change in length. T) Frequency intervals published in grid intervals G.692, G.694.1 193.1 THz ± n * 12.5, n * 25, n * 50, n * 100; and a temperature controller for controlling and stabilizing the temperature to have n: integer).
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도1은 본 발명에 의한 50 GHz 등간격을 가지고 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저를 나타낸 구성도로, 본 발명에 의한 광섬유 레이저는 고출력 펌프용 레이저 다이오드(1)(2)로부터 980 nm 파장의 펌핑 광신호와 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)로부터 광궤환되는 L/C 밴드 파장, 즉 1525∼1565 nm 밴드 파장의 C 밴드 파장/1565∼1625 nm 밴드 파장의 L 밴드 파장의 입력 광신호 및 파장 커플러(6)에 의해 분배된 L 밴드 파장의 입력 광신호가 파장 분할 다중화기(3)(7)에 의해 다중화되어 각각 5.4 m의 어븀 첨가 광섬유(4)와 70 m의 어븀 첨가 광섬유(8)에 입력되어 입력 광신호의 증폭이 이루어지도록 구성되어 있다.1 is a block diagram showing an optical fiber laser having a 273 channel continuous wavelength variable at 50 GHz equidistant intervals according to the present invention. The optical fiber laser according to the present invention pumps a wavelength of 980 nm from a laser diode (1) (2) for a high power pump. An optical signal and an L / C band wavelength optically feedback from the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12, that is, an input optical signal having an L band wavelength having a C band wavelength of 1525-1565 nm band wavelength / 1565-1625 nm band wavelength and The input optical signal of the L band wavelength distributed by the wavelength coupler 6 is multiplexed by the wavelength division multiplexer 3 and 7 so that each of the 5.4 m erbium-doped optical fiber 4 and the 70 m erbium-doped optical fiber 8 It is configured to be input to the amplification of the input optical signal.
여기서, 어븀 첨가 광섬유(4)(8)는 실리카 계열 광섬유에 +3가 어븀(erbium) 이온이 첨가된 것으로서 어븀 첨가 광섬유(4)는 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)로부터 선택된 L/C 밴드 파장의 광신호 중 C 밴드 및 L 밴드 일부 파장의 광신호를 증폭해서 L/C 커플러(6)에 의해 L밴드 신호는 어븀 첨가 광섬유(8)로 진행시키고, 어븀 첨가 광섬유(8)는 파장 커플러(6)에 의해 분배된 L 밴드 파장의 광신호를 증폭한다. Here, the erbium-doped optical fiber (4) (8) is a + 3-valent erbium ion is added to the silica-based optical fiber, the erbium-doped optical fiber (4) is L / C selected from the optical fiber Fabry-Perot variable filter (12) Among the optical signals of the band wavelengths, the C-band and some of the L-band wavelengths are amplified and the L-band signal is advanced to the erbium-doped optical fiber 8 by the L / C coupler 6, and the erbium-doped optical fiber 8 is the wavelength. The optical signal of the L band wavelength distributed by the coupler 6 is amplified.
상기 L/C 커플러(6)에 의해 분배된 C 밴드 파장의 광신호와 어븀 첨가 광섬유(8) 내에서 증폭된 L 밴드 파장의 광신호가 L/C 커플러(9)에 의해 다시 합성되어 진행하는 경로, 즉 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)의 앞에 고체 페브리-페롯 간섭계(10)가 위치하고 있는데, 이는 L/C 파장 커플러(9)로부터 출력되는 L/C 밴드 파장의 광신호를 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)에서 주파수를 가변시켜 가면서 50 GHz 간격을 가지는 광신호 파장을 연속적으로 선택할 수 있도록 하기 위함이다.Path where the optical signal of C band wavelength distributed by the L / C coupler 6 and the optical signal of L band wavelength amplified in the erbium-doped optical fiber 8 are synthesized again by the L / C coupler 9 and proceed. That is, the solid Fabry-Perot interferometer 10 is located in front of the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12, which is an optical signal of the L / C band wavelength output from the L / C wavelength coupler (9) In order to continuously select an optical signal wavelength having a 50 GHz interval while varying the frequency in the Bree-Perot variable filter 12.
이때 980 nm 펌핑 레이저가 어븀 첨가 광섬유(8)에 인가되어 발생된 광원의 자발방출에 의한 노이즈가 어븀 첨가 광섬유(4)에 역방향으로 유입되지 않도록 어븀 첨가 광섬유(4)의 앞에 광 고립기(5)가 설치되어 있고, 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)로부터의 반사로 인한 상호작용에 의해 원하지 않는 공진기의 형성을 제한하기 위해 페브리-페롯 간섭계(10)의 앞에 광 고립기(11)가 설치되어 있다.At this time, a 980 nm pumping laser is applied to the erbium-doped optical fiber 8 so that the noise caused by the self-emission of the light source generated by the erbium-doped optical fiber 4 does not flow in the reverse direction to the erbium-doped optical fiber 4. ) Is installed in front of the Fabry-Perot interferometer 10 to limit the formation of unwanted resonators by interaction due to reflection from the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12. Is installed.
상기 5~10 GHz의 곱기(fineness)를 가지는 고체 페브리-페롯 간섭계(10)는 두 개의 평행광 렌즈와 두께 2.07 mm로 양쪽 면에 고반사 다중 코팅된 석영계 유리(fused quartz)재질의 에탈론과 패키징되어 구성되어 있는데, 이 고체 페브리-페롯 간섭계(10)의 삽입손실은 1.5 dB보다 낮고, 자유분광너비(FSR : free spectral range)는 에탈론의 정밀한 각도조절로 50 GHz에 고정되어 있어, 낮은 손실과 출력 평탄도를 가지고 1.5∼1.6um까지의 넓은 동작범위를 가진다. The solid Fabry-Perot interferometer 10 having a fineness of 5 to 10 GHz includes two parallel-light lenses and a thickness of 2.07 mm, which is a highly reflective multi-coated fused quartz material. It is composed of Talon and packaged. The insertion loss of this solid Fabry-Perot interferometer (10) is lower than 1.5 dB, and the free spectral range (FSR) is fixed at 50 GHz by Etalon's precise angle control. It has low loss and output flatness and has a wide operating range from 1.5 to 1.6um.
또한, 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)는 3 dB의 삽입손실을 가지며 각각 14.570 THz와 23 GHz의 자유분광너비와 반치폭(FWHM : full width half maximum)을 갖는다. In addition, the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12 has an insertion loss of 3 dB, a free spectrum width and a full width half maximum (FWHM) of 14.570 THz and 23 GHz, respectively.
상기 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)에는 길이 변화에 따른 공진주파수가 국제통신연합(ITU-T) 그리드 간격 G.692, G.694.1에 개시된 주파수 간격 193.1 THz± n*12.5, n*25, n*50, n*100 ; n:정수)를 갖도록 온도를 조절하여 안정화시키기 위한 온도 조절기(15)(temperature controller), 즉 열전대가 구비되어 있어, 외부환경에 의한 파장특성변화를 막을 수 있다.In the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12, the resonant frequency according to the change in length is 193.1 THz ± n * 12.5, n * 25 as described in ITU-T grid intervals G.692 and G.694.1. , n * 50, n * 100; A temperature controller 15, i.e., a thermocouple, is provided to stabilize and regulate the temperature to have n: integer), thereby preventing changes in wavelength characteristics caused by an external environment.
이로서, 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)의 중심파장이 어븀 첨가 광섬유(4)(8)의 이득 대역폭 내에서 전압구동 압전소자의 전압을 조절함으로써 최종적으로 출력되는 레이저 광원의 파장이 연속적으로 가변된다.As a result, the wavelength of the laser light source finally outputted by adjusting the voltage of the voltage-driven piezoelectric element within the gain bandwidth of the erbium-doped optical fiber 4 and 8 is controlled by the central wavelength of the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12. Variable.
이렇게 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)로부터 출력되는 레이저 광원은 광 결합기(13)에 의해 70 : 30의 비율로 분압되어 광 고립기(15)를 통해 어븀 첨가 광섬유(4)에 입력 광신호로 주입됨과 동시에 출력단, 즉 광 스펙트럼 분석기(14)로 출력되어 레이저 광원의 특성을 모니터링 할 수 있도록 한다. The laser light source output from the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12 is divided by the optical coupler 13 at a ratio of 70:30, and is input to the erbium-doped optical fiber 4 through the optical isolator 15. At the same time it is injected into the output stage, that is, output to the optical spectrum analyzer 14 to monitor the characteristics of the laser light source.
여기서, 광 고립기(15)는 어븀 첨가 광섬유(4)에서 발생되어 역방향 증폭된 자발방출신호가 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12) 내로 역 반사되어 불안정한 레이징을 억제하는 역할을 한다.Here, the optical isolator 15 is generated in the erbium-doped optical fiber 4, the reverse amplified spontaneous emission signal is reflected back into the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12 serves to suppress unstable lasing.
도2는 광 스펙트럼 분석기와 후면방출 다이오드(EE-LED : Edge Emitting LED)에 의해 1530∼1580 nm 까지 측정한 고체 페브리-페롯 간섭계(10)의 투과 스펙트럼으로서, 파장 간격이 국제통신연합(ITU-T)에서 권고하고 있는 50 GHz로 일정하게 정렬되어 있음을 알 수 있다.FIG. 2 is a transmission spectrum of a solid Febrier-Perot interferometer 10 measured from 1530 to 1580 nm by an optical spectrum analyzer and an edge emitting diode (EE-LED). It can be seen that it is regularly aligned to 50 GHz recommended in -T).
도3은 본 발명에 의한 광섬유 링 레이저의 출력 스펙트럼으로서 1509.1∼1620.1 nm 사이에서 50 GHz 간격으로 273 채널을 얻을 수 있도록 레이저 광원의 파장이 가변됨을 보여 주고 있다. 이때 레이저 광원의 자발방출비율은 약 60 dB이다. 3 shows that the wavelength of the laser light source is varied so that 273 channels can be obtained at 50 GHz intervals between 1509.1 and 1620.1 nm as an output spectrum of the optical fiber ring laser according to the present invention. At this time, the spontaneous emission rate of the laser light source is about 60 dB.
여기서, 상기 레이저 광원의 파장을 111 nm 가변하는데 필요한 광섬유 페브리-페롯 가변필터(12)의 전압은 20 V이다.Here, the voltage of the optical fiber Fabry-Perot variable filter 12 required to vary the wavelength of the laser light source to 111 nm is 20V.
위의 도3의 레이저 광원에 대한 출력 스펙트럼에서 1570 nm 주변, 즉 1565∼1573 nm 부분이 다른 부분에 비해 상대적으로 낮음은 파장 커플러(6)(9)의 191.8∼200.0 THz 및 1500∼1564 nm의 투과 특성과 186.3∼190.6 THz 및 1574∼1610 nm의 반사 특성으로 인한 것이다.In the output spectrum for the laser light source of FIG. 3 above, the portion around 1570 nm, i.e., 1565-1573 nm, is relatively low compared to the other portions of 191.8-200.0 THz and 1500-1564 nm of the wavelength coupler (6) (9). It is due to the transmission characteristics and reflection characteristics of 186.3 to 190.6 THz and 1574 to 1610 nm.
위의 각 채널의 스펙트럼 선폭은 광 스펙트럼 분석기(14)의 분해능 한계, 즉 1.25 GHz 보다 작다. 또한, 50 GHz 간격의 국제통신연합(ITU-T)에서 권고하는 주파수 간격으로부터 주파수 편차는 광 스펙트럼 분석기(14)의 분해능 내에서 변한다. The spectral linewidth of each of the above channels is less than the resolution limit of the optical spectrum analyzer 14, i.e., 1.25 GHz. In addition, the frequency deviation from the frequency interval recommended by the International Telecommunication Union (ITU-T) at 50 GHz intervals varies within the resolution of the optical spectrum analyzer 14.
특히, 1 GHz의 자유분광너비와 7.5 MHz의 인접모드를 분리하기에 충분한 4 MHz의 분해능을 가지는 스펙트럼 분석기와 파장계(wavemeter : buleigh WA-1500)를 이용함으로써 레이저 광원의 스펙트럼의 특성을 보다 정확하게 분석할 수 있다.In particular, the spectrum characteristics of the laser light source (buleigh WA-1500) and spectrum analyzer with a resolution of 4 MHz sufficient to separate the 1 GHz free spectrum width and the 7.5 MHz adjacent mode are more accurately analyzed. can do.
도4는 본 발명에 의한 광섬유 링 레이저의 광 스펙트럼으로 단일모드 출력 특성을 나타낸 것으로서 고체 페브리-페롯 간섭계(10)로서 200의 곱기를 가지는 것을 사용함으로서 얻어지는 1 GHz의 자유분광범위에 일치하는 레이저 광원의 모드 특성이다. Fig. 4 shows a single-mode output characteristic in the optical spectrum of the optical fiber ring laser according to the present invention, which corresponds to a free spectral range of 1 GHz obtained by using a multiplier of 200 as the solid Fabry-Perot interferometer 10. Mode characteristics of the light source.
도5는 본 발명에 의한 광섬유 링 레이저의 선폭으로 20.9 MHz 반치폭을 나타낸 것으로서 로렌찌안 곡선 피팅으로 20.9 MHz의 선폭을 가지는 상기 레이저 광원의 단일 레이징 모드이다. Fig. 5 shows a half width of 20.9 MHz as the line width of the optical fiber ring laser according to the present invention, which is a single lasing mode of the laser light source having a line width of 20.9 MHz by Lorentzian curve fitting.
ITU-T에서 권고한 채널(주파수)간격에 일치시키기 위해 에탈론의 자유분광넓이의 간격을 50 GHz의 공진주파수에 수학식 1(a)을 사용하여 일치시켰다. In order to match the channel (frequency) interval recommended by the ITU-T, the interval of free spectroscopy of the etalon was matched using Equation 1 (a) at a resonance frequency of 50 GHz.
여기서, ｖ는 공진주파수, c는 광속, n은 굴절률, L은 두께, q는 정수이다. Where is the resonant frequency, c is the luminous flux, n is the refractive index, L is the thickness, and q is an integer.
수학식 1(a)에서 50 GHz의 주파수간격을 맞추기 위해서는 에탈론의 정밀 두께조절이 필요함을 알 수 있고, 입력파장(λ0) 1552.52 nm에서 위상지연(Φ)을 무시하고 식 1(b)를 이용하여 두께를 2.076 mm로 정밀 가공한다.It can be seen that in Equation 1 (a), it is necessary to precisely adjust the thickness of the etalon in order to match the frequency interval of 50 GHz, and ignore the phase delay (Φ) at the input wavelength (λ 0 ) 1552.52 nm. The thickness is precisely processed to 2.076 mm.
여기서 λ0는 입력파장, L은 위상지연에 따른 길이 변화, Lo는 위상지연을 무시한 길이이다. Fused-Quartz는 열팽창계수가 5.5×10-7/℃로 매우 적고 넓은 온도범위(0-700℃)에서 사용가능하며 파장에 따른 분산(-1.2×10-5/nm : 1550 nm)이 적은 장점을 가지고 있다.Where λ 0 is the input wavelength, L is the length change due to the phase delay, and Lo is the length ignoring the phase delay. Fused-Quartz has a very small coefficient of thermal expansion of 5.5 × 10 -7 / ℃, can be used in a wide temperature range (0-700 ℃) and has a low dispersion (-1.2 × 10 -5 / nm: 1550 nm) according to the wavelength. Have
수학식 2는 Sellimeier 분산 방정식이며 이 식을 적용하여 파장에 따른 굴절률을 계산하면 1550 nm에서 1.44402의 굴절률을 가진다. 50 GHz의 공진주파수를 얻기 위해서는 길이조절이 관건이며 수학식 (1a),(1b) 및 수학식 (2)을 적용하여 에탈론을 제작한다.Equation 2 is a Sellimeier's dispersion equation and when the refractive index is calculated according to the wavelength, it has a refractive index of 1.44402 at 1550 nm. In order to obtain a resonant frequency of 50 GHz, length control is a key factor, and etalon is manufactured by applying Equations (1a), (1b) and (2).
따라서 본 발명에 의하면 레이저 광원의 파장을 국제통신연합에서 권고한 50 GHz 등간격을 가지는 파장 값에 일치하도록 처리함으로써 고밀도 파장 다중화 기술에서 하나의 레이저 시스템으로 273개의 통신용 반도체 레이저와 같은 역할을 수행할 수 있는 백업용 레이저를 얻을 수 있는 효과가 있다. Therefore, according to the present invention, by processing the wavelength of the laser light source to match the wavelength value of 50 GHz equivalence recommended by the International Telecommunication Union, it can play the same role as 273 communication semiconductor lasers in one laser system in the high density wavelength multiplexing technology. It is effective to obtain a backup laser.
또한, 본 발명은 광섬유 레이저 공진기의 레이저 광원이 가지는 등간격의 파장은 주파수 간격이 일정하므로 해당 레이저 광원을 주파수 기준광원으로 사용할 수도 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that the wavelength of the equal intervals of the laser light source of the optical fiber laser resonator has a constant frequency interval, so that the corresponding laser light source may be used as the frequency reference light source.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail only with respect to the specific embodiments described, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the spirit of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims. .
도1은 본 발명에 의한 50 GHz 등간격을 가지고 273 채널 연속 파장 가변되는 광섬유 레이저를 나타낸 구성도이다. 1 is a block diagram showing an optical fiber laser having a 273-channel continuous wavelength variable with an equal interval of 50 GHz according to the present invention.
도2는 50 GHz 간격으로 1530부터 1580 nm 사이의 고체 페브리-페롯 간섭계의 출력 투과 스펙트럼이다. 2 is an output transmission spectrum of a solid Febri-Perot interferometer between 1530 and 1580 nm at 50 GHz intervals.
도3은 본 발명에 의한 광섬유 링 레이저의 출력 스펙트럼으로서 50 GHz 간격으로 1509.1부터 1620.1 nm까지 111 nm 파장 가변되는 273 채널을 보여 주고 있다. Figure 3 shows the output spectrum of the optical fiber ring laser according to the present invention shows 273 channels of 111 nm wavelength ranging from 1509.1 to 1620.1 nm at 50 GHz intervals.
도4는 본 발명에 의한 광섬유 링 레이저의 광 스펙트럼으로 단일모드 출력 특성을 보여 주고 있다.Figure 4 shows the single-mode output characteristics in the light spectrum of the optical fiber ring laser according to the present invention.
도5는 본 발명에 의한 광섬유 링 레이저의 선폭으로 20.9 MHz 반치폭을 보여 주고 있다.5 shows a 20.9 MHz half-width as the line width of the optical fiber ring laser according to the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
1,2 : 고출력 펌프용 레이저 다이오드1,2: laser diode for high power pump
3,7 : 파장분할 다중화기 4,8 : 어븀 첨가 광섬유3,7: wavelength division multiplexer 4,8: erbium-doped optical fiber
5,11,15 : 광 고립기 6,9 : 파장 커플러5,11,15: optical isolator 6,9: wavelength coupler
10 : 고체 페브리-페롯 간섭계 12 : 페브리-페롯 가변필터10: solid Fabry-Perot interferometer 12: Fabry-Perot variable filter
13 : 광 결합기(coupler) 14 : 광 스펙트럼 분석기13 optical coupler 14 optical spectrum analyzer
15 : 온도 조절기15: thermostat
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