KR100767722B1 - 초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한마이크로파 신호 발생기 - Google Patents

초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한마이크로파 신호 발생기 Download PDF

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Abstract

초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기에 관하여 개시한다. 본 발명의 마이크로파 신호 발생기는 선형 또는 링 공진기를 이용하여 광섬유 레이저 광원을 구현하여 이를 광전 변환기를 통해서 마이크로파 신호를 발생한다. 상기 선형 또는 링 공진기 내부에 초협대역 대역투과 필터를 삽입하여 광섬유 레이저 광원이 단일 종파 모드 주파수(single longitudinal mode frequency)에서 동작할 수 있도록 한다. 이때, 초협대역 대역투과 필터의 대역폭은 광섬유 레이저 광원의 종파 모드 주파수 공간보다 좁은 대역폭을 갖는 것이므로 고차 성분의 종파 모드 주파수 성분은 제거되고 한 성분의 주파수만 필터링되어서 투과되므로 광섬유 레이저 광원이 단일 종파 모드로 동작할 수 있도록 해 준다.
마이크로파 생성기, 초협대역 대역투과 필터, 광섬유 레이저

Description

초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기{A Microwave Generator Using Optical Fiber Laser Incorporating a Ultra-narrow Bandpass Filter}
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 초협대역 대역투과 필터 기반 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따라 초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제 4 실시 예에 따라 초협대역 대역투과 필터 기반 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 및 제 3 실시 예에 따른 초협대역 투과 필터의 일례로 위상 천이 광섬유 격자에 대한 상세도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예에 따른 초협대역 대역투과 필터 및 가변 미러용 필터에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예에 따라 광섬유 또는 반도체 레이저 광원이 광전 변환기에 전달되어 출력되는 전기신호를 나타낸 도면이다.
본 발명은 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기에 관한 것으로써, 구체적으로는 초협대역 대역투과 필터를 이용하여 단일 종파 모드 주파수(single longitudinal mode frequency)를 갖는 광섬유 레이저 광원을 구현하고 이를 이용하여 마이크로파 신호를 발생하는 초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기에 관한 것이다.
광통신에서 사용하기 위한 광원은 신호 자체의 불안전성과 장거리의 광섬유를 지나가면서 다른 주파수 성분과 충돌(beating)에 의해서 노이즈를 유발하기 쉬우므로 단일 종파 모드 주파수(single longitudinal mode frequency)로 동작하는 광섬유 광원에 대해서 많은 연구가 진행되고 있다.
종래의 기술은 어븀 첨가 광섬유를 펌핑 광원으로 여기(excitation) 시키지 않고 광을 흡수하는 흡수체(saturable absorber)로 사용하여 고차 주파수(high frequency) 성분을 제거하여 단일 종파 모드 광 레이저(single longitudinal mode fiber laser) 광원을 구현하였으나, 마이크로파 신호 발생기로의 활용은 제시하지 못하고 있으며, 높은 출력에서는 어븀 첨가 광섬유 기반 흡수체가 더 이상 기능을 하지 못하므로 낮은 출력(< 10dB)을 갖는 레이저 광원만 구현 가능하고, 높은 출력을 얻기 힘들거나 구조가 복잡하여 실제 구현이 쉽지 않다는 단점이 있다.
또한, 여러 개의 새그낵 루프 필터(Sagnac Loop Filter)를 직렬 연결하여 좁 은 대역폭(narrow bandwidth)을 갖는 필터를 구현한 후 광섬유 레이저 공진기에 사용하여 단일 주파수 섬유 레이저 광원을 구현하였으나 마이크로파 신호 발생기로의 활용은 제시하지 못했고 필터를 여러 개 직렬 연결하여 쓰므로 구현이 힘들고 복잡하다.
상기와 같은 종래의 기술들은 모두 단일 파장에서 동작하여 파장 이동이 쉽지 않고 단일 종파 모드 주파수(single longitudinal mode frequency)를 갖는 광섬유 레이저 광원을 마이크로파 신호 발생기에 응용하기 위한 기술은 제시되지 않았다. 또한, 초협대역폭을 갖는 위상 천이 광섬유 격자와 광섬유 격자 기반 레이저를 이용한 마이크로파 신호 발생기에 대해서는 제시하지 않았다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 효과적인 단일 종파 모드(single longitudinal mode)로 동작하는 단일 파장 또는 다파장 광섬유 레이저 광원을 구현하고 이를 기반으로 마이크로파 신호 발생기를 구현하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공진 파장 조절이 용이하고 구현이 간단하며 고성능의 광섬유 레이저 광원 기반의 마이크로파 신호 발생기를 구현하는 것을 목적으로 한다. 특히, 초협대역폭을 갖는 위상 천이 광섬유 격자와 광섬유 격자 기반 레이저를 이용한 마이크로파 신호 발생기를 구현하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기는 소정의 파장을 가지는 신호를 생성하는 펌프 레이저 다이오드; 상기 펌프 레이저 다이오드와 연결되어 상기 신호를 분할 또는 결합하여 공진기로 입력시키는 파장 분할 광커플러; 상기 신호에 의해 활성화되어 고파장의 증폭된 광신호를 생성하는 이득 매질; 상기 이득 매질을 통과한 광신호를 초협대역폭으로 필터링하는 초협대역 대역투과 필터; 상기 이득 매질과 상기 초협대역 대역투과 필터 사이에 형성되어 상기 광신호를 회전시키고 상기 초협대역 대역투과 필터에서의 반사 신호를 제거하는 서큘레이터; 상기 이득 매질과 상기 파장 분할 광커플러 사이에 형성되어 초협대역폭을 가지는 광신호를 소정의 파장대에서 필터링하여 광섬유 레이저 광원을 생성하는 가변 미러용 필터; 및 상기 광섬유 레이저 광원을 전기신호로 변환하는 광전 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은 소정의 신호를 증폭시키는 반도체 증폭기; 상기 반도체 증폭기에서 증폭된 신호를 초협대역폭으로 필터링하는 초협대역 대역투과 필터; 상기 반도체 증폭기와 상기 초협대역 대역투과 필터 사이에 형성되어 상기 초협대역폭을 가지는 신호를 회전시키고 상기 초협대역 대역투과 필터에서의 반사 신호를 제거하는 서큘레이터; 상기 서큘레이터를 통해 상기 반도체 증폭기에서 증폭된 초협대역폭을 가지는 신호를 소정의 파장대에서 필터링하여 반도체 레이저 광원을 생성하는 가변 미러용 필터; 및 상기 반도체 레이저 광원을 전기신호로 변환하는 광전 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기에 의해서도 달성될 수 있다.
나아가, 상기 목적을 달성하기 위한 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기는 소정의 파장을 가지는 신호를 생성하는 펌프 레이저 다이오드; 상기 펌프 레이저 다이오드와 연결되어 상기 신호를 분할 또는 결합하여 공진기로 입력시키는 파장 분할 광커플러; 상기 신호에 의해 활성화되어 고파장의 증폭된 광신호를 생성하는 이득 매질; 상기 이득 매질을 통과한 광신호를 초협대역폭으로 필터링하는 초협대역 대역투과 필터; 3개의 포트를 가지며, 제 1 포트가 상기 초협대역 대역투과 필터에 연결되어 상기 초협대역폭을 가지는 광신호를 전달하는 서큘레이터; 상기 서큘레이터의 제 2 포트와 연결되어 상기 제 2 포트로 전달된 초협대역폭을 가지는 광신호를 소정의 파장대에서 필터링하여 광섬유 레이저 광원을 생성하는 가변 미러용 필터; 상기 파장 분할 광커플러 및 상기 서큘레이터의 제 3포트 사이에 연결되고 상기 광섬유 레이저 광원을 일정비율로 나누어 출력하는 광커플러; 및 상기 광커플러에서 출력된 광섬유 레이저 광원을 전기신호로 변환하여 출력하는 광전 변환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적은 소정의 신호를 증폭시키는 반도체 증폭기; 상기 반도체 증폭기에서 증폭된 신호를 초협대역폭으로 필터링하는 초협대역 대역투과 필터; 3개의 포트를 가지며, 제 1 포트가 상기 초협대역 대역투과 필터에 연결되어 상기 초협대역폭을 가지는 신호를 전달하는 서큘레이터; 상기 서큘레이터의 제 2 포트와 연결되어 상기 제 2 포트로 전달된 초협대역폭을 가지는 광신호를 소정의 파장대에서 필터링하여 반도체 레이저 광원을 생성하는 가변 미러용 필터; 상기 반도체 증폭기 및 상기 서큘레이터의 제 3 포트 사이에 연결되고 상기 반도체 레이저 광원을 일정비율로 나누어 출력하는 광커플러; 및 상기 광커플러에서 출력된 광섬유 레이저 광원을 전기신호로 변환하여 출력하는 광전 변환기를 포함하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기에 의해서도 달성될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 1 실시 예
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따라 초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기는 펌프 레이저 다이오드(Pump laser diode:10), 파장 분할 광커플러(20), 이득 매질(30), 서큘레이터(circulator:40), 초협대역 대역투과 필터(50), 편광 조절기(60) 및 가변 미러용 필터(70)로 구성된 선형 공진기와 광전 변환기(80)를 포함한다.
이득 매질(30)은 어븀(Er) 또는 이터븀(Yb) 첨가 광섬유, 실리카 기반 일반 단일모드 광섬유, 비선형 광섬유, 포토닉 크리스탈 광섬유 또는 비스무트(bismuth) 광섬유를 사용하고, 이들을 활성화(exitation) 시키기 위해 상기 펌프 레이저 다이오드(10)를 사용한다. 즉, 펌프 레이저 다이오드(10)에서 나오는 980nm 또는 1480nm 파장대의 신호는 상기 이득 매질(30)을 활성화시켜 고파장(약 1500~1600nm) 영역에서 증폭된 자기 발광(ASE:Amplified Spontaneous Emission) 신호가 발생하고 광신호가 증폭되기도 한다.
파장 분할 광커플러(20)는 상기 펌프 레이저 다이오드(10)에서 나오는 신호와 고파장 영역(약 1500~1600nm)에서 발생한 ASE 신호를 분리하거나 결합시켜주는 역할을 한다.
상기 이득 매질(30)을 중심으로 양쪽에 공진기용 미러가 구성되는데, 이는 광신호의 왕복 운동(round trip)을 유도하여 레이저 광원을 생성하기 위한 것으로서, 도 1의 경우 이득 매질(30)의 왼쪽에는 서큘레이터(40)와 초협대역 대역투과 필터(50)를 이용하여 제 1 미러를 구성하고, 이득 매질(30)의 오른쪽에는 가변 미러용 필터(70)를 이용하여 제 2 미러를 구성하여 광섬유 레이저 현상을 유도하기 위한 선형 공진기를 구성한다.
즉, 파장 분할 커플러(20)를 통해서 펌프 레이저 다이오드(10)의 신호가 이득 매질(30)을 활성화시켜 광신호를 유도하고 유도된 광신호는 이득 매질(30) 양쪽의 제 1 및 제 2 미러들에 의해서 이득 매질(30)을 왕복 운동하게 되면서 광섬유 레이저 현상이 일어난다.
서큘레이터(40)는 광신호가 1-->2-->3-->1번 포트(port)의 순서로 전달되게 하는 소자로써 초협대역 대역투과 필터(50)에서의 반사 신호를 제거해 주는 역할을 한다.
초협대역 대역투과 필터(50)는 상기 서큘레이터(40)의 제 2 포트와 제 3 포트 사이에 형성되어 광신호를 초협대역폭으로 필터링시킨다. 상기 초협대역 대역투과 필터(50)는 위상 천이 광섬유 격자, 미세 전자 기계 시스템 소자(Micro Electro Mechanical System : 이하, "MEMS 소자"라 한다), 패브리-페로(Fabry-perot) 필터 또는 새그낵 루프(Sagnac loop) 필터를 사용할 수 있다. 상기 서큘레이터(40)의 1-->2 포트를 지난 광신호가 상기 초협대역 대역투과 필터(50)를 지나 3-->1 포트를 통해서 다시 이득 매질(30)로 전달된다. 이때, 초협대역 대역투과 필터에 의해서 광섬유 레이저 광원의 대역폭은 도 6에 나타난 바와 같이 초협대역폭을 가지게 된다.
상기 초협대역폭을 가지는 광신호는 다시 이득 매질(30)을 거쳐 가변 미러용 필터(70)에서 대역폭이 필터링되어 다시 반사되어 되돌아가는 왕복운동(round trip)을 반복하면서 광섬유 레이저 광원이 형성된다. 상기 가변 미러용 필터(70)는 반사 필터로써 광섬유 격자, 첩 광섬유 격자 또는 벌크(bulk) 미러가 사용될 수 있고, 대역폭을 가변할 수 있기 때문에 출력파장의 가변을 용이하게 할 수 있다(도 6 참조).
편광 조절기(60)는 편광에 의해서 불안정해질 수 있는 레이저 출력을 안정화시켜 주기 위해 레이저 출력의 편광 상태를 조절하는 역할을 한다.
광전 변환기(80)는 상기 선형 공진기를 통하여 생성된 광섬유 레이저 광원을 전기신호로 변환하여 마이크로파 신호를 생성하게 한다.
제 2 실시 예
도 2는 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 초협대역 대역투과 필터 기반 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 초협대역 대역투과 필터 기반 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기는 도 1의 구성도에서 어븀 첨가 광섬유 증폭기를 사용하는 이득 매질(30) 대신에 반도체 증폭기(30')를 사용하고, 펌프 레이저 다이오드 (10)와 파장 분할 광커플러(20)가 제거된 것을 제외하고는 모두 동일한 구성이다. 즉, 반도체 증폭기를 사용하는 경우 자체에서 증폭된 광신호가 생성되기 때문에 도 1에서 사용된 펌프 레이저 다이오드(10)와 파장 분할 광커플러(20)는 사용되지 않는다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 초협대역 대역투과 필터 기반 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기는 반도체 증폭기(30'), 서큘레이터(circulator:40), 초협대역 대역투과 필터(50), 편광 조절기(60) 및 가변 미러용 필터(70)로 구성된 선형 공진기와 광전 변환기(80)를 포함한다.
상기 반도체 증폭기(30')의 광신호는 서큘레이터(40)를 거쳐 초협대역 대역투과 필터(50)에서 초협대역폭으로 필터링되고, 다시 반도체 증폭기(30')를 통해 가변 미러용 필터(70)에서 대역투과되어 다시 반사되는 왕복 운동(round trip)을 한다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 도 1의 구성에 대한 설명으로 도 2를 용이하게 이해할 수 있기 때문에 도 2에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제 3 실시 예
도 3은 본 발명의 제 3 실시 예에 따라 초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 초협대역 대역투과 필터 기반 광섬유 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기는 펌프 레이저 다이오드(Pump laser diode:100), 파장 분할 광커플러(200), 이득 매질(300), 아이솔레이터(Isolator:400), 초협대역 대역투과 필터(500), 편광 조절기(600), 서큘레이터(circulator:700), 가변 미러용 필터(800) 및 광커플러(900)로 구성된 링(Ring) 공진기와 광전 변환기(1000)를 포함한다.
이득 매질(300)은 어븀(Er) 또는 이터븀(Yb) 첨가 광섬유, 실리카 기반 일반 단일모드 광섬유, 비선형 광섬유, 포토닉 크리스탈 광섬유 또는 비스무트(bismuth) 광섬유를 사용하고, 이들을 활성화(exitation) 시키기 위해 상기 펌프 레이저 다이오드(100)를 사용한다.
파장 분할 광커플러(200)는 펌프 레이저 다이오드(100)의 신호와 고파장 영역(약 1500~1600nm)에서 발생한 ASE 신호를 분리하거나 결합시켜 주는 역할을 한다.
아이솔레이터(40)는 초협대역 대역투과 필터(500)의 반사신호를 제거하는 역할을 한다.
초협대역 대역투과 필터(500)는 광섬유 레이저 광원의 대역폭을 초협대역폭으로 필터링하는 역할을 하며, 위상 천이 광섬유 격자, MEMS 소자, 패브리-페로(Fabry-perot) 필터 또는 새그낵 루프(Sagnac loop) 필터가 사용할 수 있다.
편광 조절기(600)는 일정한 방향의 광신호를 걸러주는 역할을 하며, 이를 조절하여 원하는 방향의 광신호만을 추출할 수 있다.
서큘레이터(40)는 광신호가 1-->2-->3번 포트(port)의 순서로 전달되게 하는 소자이다.
가변 미러용 필터(800)는 상기 서큘레이터(40)의 2 포트와 연결되어 1 포트를 통해서 2 포트로 들어온 초협대역폭의 광신호를 다시 한번 대역폭을 필터링하여 3포트로 전달한다. 상기 가변 미러용 필터(800)는 반사 필터로써 광섬유 격자, 첩 광섬유 격자 또는 벌크(bulk) 미러가 사용될 수 있고, 대역폭을 가변할 수 있기 때문에 출력파장의 가변을 용이하게 할 수 있다(도 6 참조).
광커플러(900)는 광신호를 일정한 비율로 나누어 주는 소자로서, 도 3의 경우 10%는 출력하고, 90%는 다시 링 공진기 내를 원 운동한다.
광전 변환기(1000)는 상기 링 공진기를 통하여 출력된 10%의 광섬유 레이저 광원을 전기신호로 변환하여 마이크로파 신호를 생성하게 한다.
도 3의 동작에 대하여 설명하면, 펌프 레이저 다이오드(100)에서 발생된 신호는 파장분할 광커플러(200)를 통해서 이득 매질(300)을 활성화하여 광신호를 생성하고, 아이솔레이터(400)를 통해 초협대역 대역투과 필터(500)로 전달된다.
상기 초협대역 대역투과 필터(500)에 의해 초협대역폭을 가지는 광신호는 편광 조절기(600)를 통해서 편광상태가 안정화 되고, 서큘레이터(700)의 1번 포트를 지나 2번 포트를 통해서 상기 가변 미러용 필터(800)에 전달된다. 그리고, 상기 가변 미러용 필터(800)에서 다시 대역폭이 필터링되고 서큘레이터(700)의 3번 포트를 통해서 광신호는 다시 이득 매질(300)로 전달되어 원운동(round trip)하게 되어 광섬유 레이저 광원을 형성하게 된다.
이때, 광섬유 레이저 광원 출력 10%를 광커플러(900)를 통해서 광전 변환기(1000)로 전달하여 마이크로파 신호를 생성하게 된다.
제 4 실시 예
도 4는 본 발명의 제 4 실시 예에 따라 초협대역 대역투과 필터 기반 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기를 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하면, 초협대역 대역투과 필터 기반 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기는 도 3의 구성도에서 어븀 첨가 광섬유 증폭기를 사용하는 이득 매질(30) 대신에 반도체 증폭기(30')를 사용하고, 펌프 레이저 다이오드(10)와 파장 분할 광커플러(20)가 제거된 것을 제외하고는 모두 동일한 구성이다. 즉, 반도체 증폭기를 사용하는 경우 자체에서 증폭된 광신호가 생성되기 때문에 도 1에서 사용된 펌프 레이저 다이오드(10)와 파장 분할 광커플러(20)는 사용되지 않는다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 초협대역 대역투과 필터 기반 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기는 반도체 증폭기(300'), 아이솔레이터(Isolator:400), 초협대역 대역투과 필터(500), 편광 조절기(600), 서큘레이터(circulator:700), 가변 미러용 필터(800) 및 광커플러(900)로 구성된 링(Ring) 공진기와 광전 변환기(1000)를 포함한다.
상기 반도체 증폭기(300')의 광신호는 아이솔레이터(400)를 거쳐 초협대역 대역투과 필터(500)에서 초협대역폭으로 필터링되고, 서큘레이터(700)를 통해 가변 미러용 필터(800)에서 대역투과되어 다시 반도체 증폭기(300')로 돌아가는 원 운동(round trip)을 한다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 도 3의 구성에 대한 설명으로 도 4를 용이하게 이해할 수 있기 때문에 도 4에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제 1 및 제 3 실시 예에 따른 초협대역 대역투과 필터의 일례로 위상 천이 광섬유 격자에 대한 상세도이다.
도 5를 참조하면, 위상 천이 광섬유 격자는 광섬유 코어 내부에 규칙적인 굴절률 분포를 가지고 있는 것으로 반사 또는 투과 필터로 사용된다. 본 발명의 제 1 및 제 3 실시 예에서는 격자 내부에 2개의 위상 천이 구간을 가지고 있어서 초협대역 대역투과 필터 특성을 갖는 광소자로서 사용된다.
도 6은 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예에 따른 초협대역 대역투과 필터 및 가변 미러용 필터에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 가는 실선은 초협대역 대역투과 필터에 대한 투과 스펙트럼으로써 위상 천이 구간이 두 개인 위상 천이 광섬유 격자에 대한 투과 스펙트럼을 나타난 것이며, 투과 대역폭은 0.22pm로 약 27.47 MHz에 해당하는 마이크로파 주파수를 갖는다. 협대역 투과 파장의 수는 위상 천이 구간 수에 의존하며, 협대역 투과파장 수 = n(n=위상 천이 구간 수)로 나타낼 수 있다.
또한, 도 6에서 굵은선들(①,②,③)은 상기 가변 미러용 필터에 대한 투과 스펙트럼으로써 가변 미러용 필터의 공진 파장 위치를 변화시켜 공진 파장의 수 및 위치를 변화시킬 수 있다. 상세히 살펴보면, 검은색 굵은 실선(①)일 때는, 1개의 공진 파장(1549.545nm)을 얻을 수 있고, 검은색 점선(②)일 때는, 2개의 공진 파장(1549.545nm 및 1549.575nm)을 얻을 수 있으며(이 경우 두 신호의 충돌(beating)에 의해 단일 종파 모드 주파수(single longitudinal mode frequency)가 결정됨), 회색 굵은 실선(③)일 때는, 1개의 공진 파장(1549.575nm)을 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예에 따라 광섬유 또는 반도체 레이저 광원이 광전 변환기에 전달되어 출력되는 전기신호를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예를 통하여 얻은 광섬유 또는 반도체 레이저 광원이 광전 변환기에 전달되어 전기신호로 변환된 출력을 나타내며 단일 종파 모드 주파수(single longitudinal mode frequency)를 갖고 있음을 알 수 있다. 따라서, 초협대역 대역투과 필터를 이용하여 단일 종파 주파수 공간(single longitudinal frequency spacing)을 갖는 광섬유 또는 반도체 레이저 광원 기반 마이크로파 신호 발생기 구현이 가능하며 공진 파장이 자유롭게 조절되므로 광통신 및 RF(Radio Frequency) 통신에 유용하게 사용된다.
본 발명은 단일 파장 또는 다파장에서 단일 종파 모드 주파수(single longitudinal mode frequency)로 동작할 수 있는 광섬유 또는 반도체 레이저 광원을 구현하여 마이크로파 신호를 생성할 수 있다.
또한, 초협대역 대역투과 필터를 사용하므로 출력 파장 이동이 용이하고, 높은 출력에 대해서도 손실이 없으며, 발진 파장(lasing wavelength)에도 제약이 없 으므로 광통신 및 RF 통신에 많이 활용될 수 있다.

Claims (18)

  1. 소정의 파장을 가지는 신호를 생성하는 펌프 레이저 다이오드;
    상기 펌프 레이저 다이오드와 연결되어 상기 신호를 분할 또는 결합하여 공진기로 입력시키는 파장 분할 광커플러;
    상기 신호에 의해 활성화되어 고파장의 증폭된 광신호를 생성하는 이득 매질;
    상기 이득 매질을 통과한 광신호를 초협대역폭으로 필터링하는 초협대역 대역투과 필터;
    상기 이득 매질과 상기 초협대역 대역투과 필터 사이에 형성되어 상기 광신호를 회전시키고 상기 초협대역 대역투과 필터에서의 반사 신호를 제거하는 서큘레이터;
    상기 이득 매질과 상기 파장 분할 광커플러 사이에 형성되어 초협대역폭을 가지는 광신호를 소정의 파장대에서 필터링하여 광섬유 레이저 광원을 생성하는 가변 미러용 필터; 및
    상기 광섬유 레이저 광원을 전기신호로 변환하는 광전 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 매질과 상기 가변 미러용 필터 사이에 형성되어 상기 광신호의 편광 상태를 안정화시키는 편광 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이득 매질은,
    어븀(Er) 또는 이터븀(Yb) 첨가 광섬유, 실리카 기반 일반 단일모드 광섬유, 비선형 광섬유, 포토닉 크리스탈 광섬유 및 비스무트(bismuth) 광섬유 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 초협대역 대역투과 필터는,
    위상 천이 광섬유 격자, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자, 패브리-페로(Fabry-perot) 필터 및 새그낵 루프(Sagnac loop) 필터 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가변 미러용 필터는,
    광섬유 격자, 첩 광섬유 격자 및 벌크(bulk) 미러 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  6. 소정의 신호를 증폭시키는 반도체 증폭기;
    상기 반도체 증폭기에서 증폭된 신호를 초협대역폭으로 필터링하는 초협대역 대역투과 필터;
    상기 반도체 증폭기와 상기 초협대역 대역투과 필터 사이에 형성되어 상기 초협대역폭을 가지는 신호를 회전시키고 상기 초협대역 대역투과 필터에서의 반사 신호를 제거하는 서큘레이터;
    상기 서큘레이터를 통해 상기 반도체 증폭기에서 증폭된 초협대역폭을 가지는 신호를 소정의 파장대에서 필터링하여 반도체 레이저 광원을 생성하는 가변 미러용 필터; 및
    상기 반도체 레이저 광원을 전기신호로 변환하는 광전 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반도체 증폭기와 상기 가변 미러용 필터 사이에 형성되어 상기 광신호의 편광 상태를 안정화시키는 편광 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 초협대역 대역투과 필터는,
    위상 천이 광섬유 격자, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자, 패브리-페로(Fabry-perot) 필터 및 새그낵 루프(Sagnac loop) 필터 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가변 미러용 필터는,
    광섬유 격자, 첩 광섬유 격자 및 벌크(bulk) 미러 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  10. 소정의 파장을 가지는 신호를 생성하는 펌프 레이저 다이오드;
    상기 펌프 레이저 다이오드와 연결되어 상기 신호를 분할 또는 결합하여 공 진기로 입력시키는 파장 분할 광커플러;
    상기 신호에 의해 활성화되어 고파장의 증폭된 광신호를 생성하는 이득 매질;
    상기 이득 매질을 통과한 광신호를 초협대역폭으로 필터링하는 초협대역 대역투과 필터;
    3개의 포트를 가지며, 제 1 포트가 상기 초협대역 대역투과 필터에 연결되어 상기 초협대역폭을 가지는 광신호를 전달하는 서큘레이터;
    상기 서큘레이터의 제 2 포트와 연결되어 상기 제 2 포트로 전달된 초협대역폭을 가지는 광신호를 소정의 파장대에서 필터링하여 광섬유 레이저 광원을 생성하는 가변 미러용 필터;
    상기 파장 분할 광커플러 및 상기 서큘레이터의 제 3포트 사이에 연결되고 상기 광섬유 레이저 광원을 일정비율로 나누어 출력하는 광커플러; 및
    상기 광커플러에서 출력된 광섬유 레이저 광원을 전기신호로 변환하여 출력하는 광전 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 이득 매질과 상기 초협대역 대역투과 필터 사이에 형성되어 상기 초협대역 대역투과 필터에서 반사되는 신호를 제거하는 아이솔레이터; 및
    상기 초협대역 대역투과 필터와 상기 서큘레이터 사이에 형성되어 상기 광신호의 편광 상태를 안정화시키는 편광 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 이득 매질은,
    어븀(Er) 또는 이터븀(Yb) 첨가 광섬유, 실리카 기반 일반 단일모드 광섬유, 비선형 광섬유, 포토닉 크리스탈 광섬유 및 비스무트(bismuth) 광섬유 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 초협대역 대역투과 필터는,
    위상 천이 광섬유 격자, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자, 패브리-페로(Fabry-perot) 필터 및 새그낵 루프(Sagnac loop) 필터 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가변 미러용 필터는,
    광섬유 격자, 첩 광섬유 격자 및 벌크(bulk) 미러 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광섬유 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  15. 소정의 신호를 증폭시키는 반도체 증폭기;
    상기 반도체 증폭기에서 증폭된 신호를 초협대역폭으로 필터링하는 초협대역 대역투과 필터;
    3개의 포트를 가지며, 제 1 포트가 상기 초협대역 대역투과 필터에 연결되어 상기 초협대역폭을 가지는 신호를 전달하는 서큘레이터;
    상기 서큘레이터의 제 2 포트와 연결되어 상기 제 2 포트로 전달된 초협대역폭을 가지는 광신호를 소정의 파장대에서 필터링하여 반도체 레이저 광원을 생성하는 가변 미러용 필터;
    상기 반도체 증폭기 및 상기 서큘레이터의 제 3 포트 사이에 연결되고 상기 반도체 레이저 광원을 일정비율로 나누어 출력하는 광커플러; 및
    상기 광커플러에서 출력된 광섬유 레이저 광원을 전기신호로 변환하여 출력하는 광전 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 반도체 증폭기와 상기 초협대역 대역투과 필터 사이에 형성되어 상기 초협대역 대역투과 필터에서 반사되는 신호를 제거하는 아이솔레이터; 및
    상기 초협대역 대역투과 필터와 상기 서큘레이터 사이에 형성되어 상기 광신호의 편광 상태를 안정화시키는 편광 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 초협대역 대역투과 필터는,
    위상 천이 광섬유 격자, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자, 패브리-페로(Fabry-perot) 필터 및 새그낵 루프(Sagnac loop) 필터 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가변 미러용 필터는,
    광섬유 격자, 첩 광섬유 격자 및 벌크(bulk) 미러 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 광원을 이용한 마이크로파 신호 발생기.
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