KR101290399B1

KR101290399B1 - Optoelectronic Oscillators with Highly-Suppressed Spurious Tones Using Dual-Loop Modulation of Semiconductor Lasers Under Strong Optical Injection And Method for Dual-Loop Modulation

Info

Publication number: KR101290399B1
Application number: KR1020110135376A
Authority: KR
Inventors: 성혁기; 김재영; 조준형; 최우영
Original assignee: 연세대학교 산학협력단; 홍익대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2013-07-26
Also published as: KR20130068328A

Abstract

광주입 레이저 사이에는 긴 길이의 광섬유를 배치하고, slave laser의 출력 부분에는 짧은 길이의 광섬유를 배치하여 긴 길이의 루프(>10 km)와 짧은 길이의 루프(~1 km)를 가진 듀얼 루프 공진기를 구성할 수 있다.A long-length fiber is placed between the light-emitting lasers and a short-length fiber is placed at the output of the slave laser so that the dual loop resonator has a long loop (> 10 km) and a short loop (~ 1 km). Can be configured.

Description

강한 광 주입 반도체 레이저의 이중 루프 변조를 이용한 높은 스퓨리어스 억제력을 가진 광전 발진기 및 이중 루프 변조 방법{Optoelectronic Oscillators with Highly-Suppressed Spurious Tones Using Dual-Loop Modulation of Semiconductor Lasers Under Strong Optical Injection And Method for Dual-Loop Modulation}Optoelectronic Oscillators with Highly-Suppressed Spurious Tones Using Dual-Loop Modulation of Semiconductor Lasers Under Strong Optical Injection And Method for Dual-Loop Modulation}

본 발명은 광전 발진기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 강한 광 주입 반도체 레이저의 이중 루프 변조를 이용한 높은 억제 spurious tones를 가진 광전 발진기에 관한 것이다.The present invention relates to a photoelectric oscillator, and more particularly to a photoelectric oscillator having a high suppression spurious tones using double loop modulation of a strong light injection semiconductor laser.

광전 발전기의 낮은 위상 잡음 특성은 손실이 적은 광섬유(=high Q factor)를 통과하면서 발생되는 신호의 지연현상에 의하여 가능하다. 하지만, 긴 광섬유 루프가 공진 구조를 형성하면서 만들어지는 spurious tones 발생은 광전 발진기의 성능 향상 한계를 가져 온다. The low phase noise characteristic of the photoelectric generator is made possible by the delay of the signal generated through the low loss optical fiber (= high Q factor). However, the spurious tones generated by the long fiber loops forming the resonant structure brings the performance improvement limit of the photoelectric oscillator.

최근에 위의 한계를 극복 할 수 있는 이중 루프 광전 발진기, 광 주입 광전 발진기가 개발이 되었다. 보고된 기존의 광전 발진기의 구성은 광 신호를 외부 광 변조기에 변조를 시키고 다시 광 변조기에 되먹임(feedback)을 시키는 방법으로 구현된다. 이와 같은 전통적인 방식의 광전 발전기를 구현하기 위해서는 높은 주파수를 생성하기 위해 높은 속도의 광 변조기가 필요하며, 구성된 루프에서의 신호의 손실을 보상하여 발진하게끔 하기 위하여 높은 이득을 가진 전기적 증폭기(>60 dB)가 필요하다는 단점을 가지고 있다. Recently, a double loop photoelectric oscillator and light injection photoelectric oscillator have been developed to overcome the above limitations. The reported configuration of the conventional photoelectric oscillator is implemented by modulating an optical signal to an external optical modulator and feeding back the optical modulator. Such traditional photoelectric generators require high speed optical modulators to generate high frequencies, and high gain electrical amplifiers (> 60 dB) to compensate for the loss of the signal in the configured loop. Has the disadvantage of requiring

최근에는 낮은 위상 잡음과 낮은 RF 문턱 이득을 가지는 광전 발진기가 강한 광 주입 기반 반도체 레이저의 공진 효과를 이용하여 실현되었다.Recently, a photoelectric oscillator with low phase noise and low RF threshold gain has been realized using the resonance effect of a strong light injection based semiconductor laser.

본 발명은 긴 길이의 광섬유에 의한 충분한 신호의 지연을 확보하고, 짧은 길이의 광섬유를 통해서는 짧은 광섬유 루프를 통한 공진기 효과로 큰 값의 free spectral range를 확보하여 발진 신호 주변의 spurious tone을 효과적으로 필터링할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention secures a sufficient signal delay by a long length optical fiber and secures a large free spectral range through a short optical fiber through a resonator effect through a short optical fiber to effectively filter the spurious tone around the oscillation signal. It provides a device and method that can be.

본 발명의 일실시예에 따르면, 광주입 레이저 사이에는 긴 길이의 광섬유를 배치하고, slave laser의 출력 부분에는 짧은 길이의 광섬유를 배치하여 긴 길이의 루프(>10 km)와 짧은 길이의 루프(~1 km)를 가진 듀얼 루프 공진기를 포함한다. According to one embodiment of the present invention, a long length optical fiber is disposed between the light-emitting lasers, and a short length optical fiber is disposed at the output portion of the slave laser, so that a long length loop (> 10 km) and a short length loop ( ~ 1 km) with a dual loop resonator.

본 발명의 일실시예에 따르면, 이중 루프 광전 발진기는 기존의 낮은 문턱 이득을 유지하면서 신호 주변의 spurious tone을 효과적으로 억제할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the double loop photoelectric oscillator can effectively suppress spurious tones around the signal while maintaining the existing low threshold gain.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전체 구성도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광주입 레이저를 통한 단측파대 변조 유무에 따른 광학 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단일 루프 공진기 RF 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 루프 공진기 RF 스펙트럼을 도시한 도면이다.1 is a view showing the overall configuration according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing an optical spectrum according to the presence or absence of a single sideband modulation through a light source laser according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a single loop resonator RF spectrum according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates a dual loop resonator RF spectrum according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

광전 발진기(optoelectronic oscillator)는 높은 주파수 대역(x-band 이상)에서도 매우 낮은 위상잡음 특성을 보여주는 장점으로 인하여 RF 및 광학 영역에서 다양한 응용 분야에 사용될 수 있는 잠재성을 가지고 있다. Optoelectronic oscillators have the potential to be used in a wide variety of applications in the RF and optical domains due to their very low phase noise characteristics even in high frequency bands (over x-band).

본 발명에서는 기존의 발명에서 문제가 되었던 광섬유 루프에 의한 캐비티 공진 모드를 억제하기 위하여 듀얼 루프를 구성함으로써 낮은 RF 문턱 이득과 낮은 spurious tones 을 동시에 보여주는 새로운 광전 발진기를 구현 하였다.The present invention implements a new photoelectric oscillator showing a low RF threshold gain and a low spurious tones simultaneously by constructing a dual loop to suppress the cavity resonance mode caused by the optical fiber loop, which has been a problem in the conventional invention.

도 1은 제안된 방법으로 구성된 실험 개념도이다. 1 is an experimental conceptual diagram constructed by the proposed method.

제안된 새로운 구조에서는 광주입 레이저 사이에는 긴 길이의 광섬유를 배치하고, slave laser의 출력 부분에는 짧은 길이의 광섬유를 배치하여 긴 길이의 루프(>10 km)와 짧은 길이의 루프(~1 km)를 가진 듀얼 루프 공진기를 구성할 수 있게 한다. 이를 통하여 긴 길이의 광섬유에 의한 충분한 신호의 지연을 확보하고, 짧은 길이의 광섬유를 통해서는 짧은 광섬유 루프를 통한 공진기 효과로 큰 값의 free spectral range를 확보하여 발진 신호 주변의 spurious tone을 효과적으로 필터링할 수 있게 된다. In the proposed new structure, a long length of fiber is placed between the laser beams and a short length of fiber is placed at the output part of the slave laser, so that a long loop (> 10 km) and a short loop (~ 1 km) are arranged. Allows you to configure a dual loop resonator with This ensures a sufficient signal delay by the long length of the fiber, and through the short length of the fiber, the resonator effect through the short fiber loop ensures a large free spectral range and effectively filters the spurious tone around the oscillation signal. It becomes possible.

도 2는 단측파대 변조의 유무에 따른 광 스펙트럼이다. 2 is a light spectrum with or without single sideband modulation.

광전 발진기의 공진 증폭과 광 단측파대 변조를 이용하여 일반적인 RF 문턱 이득(~60dB)보다 낮은 RF 문턱 이득(~30dB)으로 루프 발진을 할 수 있다. 변조된 신호는 다시 짧은 광섬유 루프를 통과 하여 광 검출기(photo detector)에 의하여 전기적 신호로 전환된다. 전기적 신호는 높은 Q를 가진 대역 통과 필터(band pass filter)와 증폭기(RF amplifier)를 통과하여 루프 이득을 보상 받고 다시 강한 광 주입 상태의 반도체 레이저 양쪽 모두 직접 변조를 하여 닫힌 이중 루프를 구성하게 된다. Resonance amplification and optical sideband modulation of the photoelectric oscillator can be used to loop oscillate with an RF threshold gain (~ 30dB) below the typical RF threshold gain (~ 60dB). The modulated signal is then passed through a short optical fiber loop and converted into an electrical signal by a photo detector. The electrical signal is passed through a high Q band pass filter and an RF amplifier to compensate for the loop gain and directly modulate both the semiconductor lasers with strong light injection to form a closed double loop. .

도 3은 같은 실험 조건에 대하여 긴 길이의 단일 루프를 통과한 15 GHz 대역의 공진 신호 발생에 관한 RF 스펙트럼이다. FIG. 3 is an RF spectrum of resonance signal generation in the 15 GHz band passing through a single long loop for the same experimental conditions.

도 4에서 볼 수 있듯이 이중 루프를 이용함으로써 side mode(=spurious tone)이 기존의 단일 루프에 비해 20dB 낮아졌다. 본 연구에서는 강한 광주입하의 반도체 레이저의 공진 증폭 현상과 이중 루프 변조를 통한 새로운 형태의 광전 발진기를 제시하였다. 이중 루프 광전 발진기는 기존의 낮은 문턱 이득을 유지하면서 신호 주변의 spurious tone을 효과적으로 억제하여 광전 발진기의 응용분야를 더욱 확대할 수 있다.As shown in FIG. 4, the side mode (= spurious tone) is 20 dB lower than that of the conventional single loop by using the double loop. In this study, a new type of photoelectric oscillator is proposed through the resonance amplification and double loop modulation of semiconductor laser under strong photonics. The double loop photoelectric oscillator can further expand the application of the photoelectric oscillator by effectively suppressing spurious tones around the signal while maintaining the existing low threshold gain.

본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. The methods according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

MASTER LD, SLAVE LDMASTER LD, SLAVE LD

Claims

RF 증폭기, 마스터 레이저 다이오드, 슬레이브 레이저 다이오드, 및 포토 다이오드를 포함하고,
상기 마스터 레이저 다이오드와 슬레이브 레이저 다이오드 간에 제1 길이의 광섬유가 연결되고,
상기 슬레이브 레이저 다이오드와 포토 다이오드 간에 제2 길이의 광섬유가 연결되는 것을 특징으로 하는 광전 발진기.An RF amplifier, a master laser diode, a slave laser diode, and a photo diode,
An optical fiber of a first length is connected between the master laser diode and the slave laser diode;
And an optical fiber of a second length is connected between the slave laser diode and the photo diode.

제1항에 있어서,
상기 제1 길이의 광섬유는 상기 제2 길이의 광섬유보다 긴 것을 특징으로 하는 광전 발진기.The method of claim 1,
And the optical fiber of the first length is longer than the optical fiber of the second length.

제1항에 있어서,
상기 광전 발진기는,
RF 증폭기, 마스터 레이저 다이오드, 슬레이브 레이저 다이오드, 및 포토 다이오드를 포함하는 경로를 따라 롱 루프(long loop)가 생성되고,
RF 증폭기, 슬레이브 레이저 다이오드, 및 포토 다이오드를 포함하는 경로를 따로 숏 루프(short loop)가 생성되는 것을 특징으로 하는 광전 발진기.The method of claim 1,
The photoelectric oscillator,
A long loop is created along a path comprising an RF amplifier, a master laser diode, a slave laser diode, and a photo diode,
And a short loop is generated separately along a path comprising an RF amplifier, a slave laser diode, and a photo diode.

제3항에 있어서,
상기 롱 루프에서, 상기 RF 증폭기와 마스터 레이저 다이오드 사이에 RF 케이블로 연결되고,
상기 숏 루프에서 상기 RF 증폭기와 슬레이브 레이저 다이오드 사이에 RF 케이블로 연결되는 것을 특징으로 하는 광전 발진기.The method of claim 3,
In the long loop, an RF cable is connected between the RF amplifier and the master laser diode,
And a RF cable connected between the RF amplifier and a slave laser diode in the short loop.

RF 증폭기, 마스터 레이저 다이오드, 슬레이브 레이저 다이오드, 및 포토 다이오드를 포함하는 광전 발진기를 이용한 이중 루프 변조 방법에 있어서,
RF 증폭기, 마스터 레이저 다이오드, 슬레이브 레이저 다이오드, 및 포토 다이오드를 포함하는 롱 루프(long loop)를 통해 제1 루프 변조를 수행하는 단계; 및
RF 증폭기, 슬레이브 레이저 다이오드, 및 포토 다이오드를 포함하는 숏 루프(short loop)를 통해 제2 루프 변조를 수행하는 단계
를 포함하는 이중 루프 변조 방법.In the dual loop modulation method using a photoelectric oscillator comprising an RF amplifier, a master laser diode, a slave laser diode, and a photo diode,
Performing a first loop modulation via a long loop comprising an RF amplifier, a master laser diode, a slave laser diode, and a photo diode; And
Performing a second loop modulation via a short loop comprising an RF amplifier, a slave laser diode, and a photo diode
Dual loop modulation method comprising a.