KR101522889B1 - Tunable Laser and Tuning mathod of the same - Google Patents

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Abstract

파장가변형 레이저 장치는 레이저 광원, 콜리메이트 렌즈, 회절격자 및 미러를 포함한다. 레이저 광원은 레이저광을 출력한다. 콜리메이트 렌즈는 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저광을 수렴하여 평행한 광을 출력한다. 회절격자는 콜리메이트 렌즈에서 입사된 광을 회절시킨다. 미러는 회절격자에서 입사된 광을 다시 회절격자로 반사시키고, 레이저광의 파장이 모드 호핑 형태로 가변되도록 기 설정된 튜닝 각도의 범위 내에서 회전 가능한 회전축이 내부에 설정되며, 회전축을 피봇 포인트로 하여 회전하는 미러를 포함한다. 이에 따라, 파장 가변 속도를 높이고, 파장변화의 안정성을 향상시킬 수 있다.The tunable laser apparatus includes a laser light source, a collimator lens, a diffraction grating, and a mirror. The laser light source outputs laser light. The collimator lens converges the laser light output from the laser light source and outputs parallel light. The diffraction grating diffracts the light incident on the collimating lens. The mirror reflects the light incident from the diffraction grating back to the diffraction grating, and a rotation axis rotatable within a range of a predetermined tuning angle so that the wavelength of the laser beam changes in a mode hopping manner is set inside. Mirror. ≪ / RTI > Thus, the wavelength tuning speed can be increased and the stability of the wavelength change can be improved.

Description

파장가변형 레이저 장치 및 이의 튜닝 방법{Tunable Laser and Tuning mathod of the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a wavelength tunable laser device, and more particularly,

본 발명은 파장가변형 레이저 장치 및 이의 튜닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 다이오드, 콜리메이트 렌즈, 회절격자 및 미러로 구성되는 외부 공진기를 기반으로 하여, 레이저 다이오드로부터 출사되는 레이저광을 미러로 반사시켜 반도체 공진기로 궤환시키는 것에 의해 출력 광의 파장을 특정 영역에서 가변시키는 구성으로 이루어진 파장가변형 레이저 장치 및 이의 튜닝 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a wavelength tunable laser device and a tuning method thereof, and more particularly to a wavelength tunable laser device and a method of tuning the tunable laser device using a laser diode, a collimator lens, a diffraction grating and an external resonator, And the wavelength of the output light is varied in a specific region by feeding back the laser light to the semiconductor resonator. The present invention also relates to a tuning method for the tunable laser device.

일반적으로, 파장가변형 반도체 광원은 동작영역에 대하여 좁은 선폭 및 넓은 파장가변 특성을 구비하고 있어야 가변파장영역에서 모드 호핑(mode hopping)을 일으키지 않고 연속적인 파장가변을 구현할 수 있게 된다.In general, the wavelength tunable semiconductor light source must have a narrow line width and a wide wavelength tuning characteristic with respect to the operation region, so that continuous wavelength tuning can be realized without mode hopping in a variable wavelength region.

외부 공진기형 파장가변 레이저 다이오드는 샘플드 회절격자(sampled grating)를 이용한 다전극 분포 반사형(distributed bragg reflector)보다 넓고 연속적인 파장가변 특성, 좁은 선폭 특성, 높은 측모드 억압율(SMSR : Side Mode Suppression Ratio) 등의 장점이 있으며, 특히 리트먼(littman)형 외부 공진기의 경우는 파장가변시에 출력 광의 방향도 불변하여 양호한 지향성을 동시에 얻을 수 있는 이점이 있다.The outer resonator type tunable laser diode has a wide tuning characteristic, a narrow line width characteristic, and a high side mode suppression ratio (SMSR: Side Mode), which are wider and more continuous than a distributed bragg reflector using a sampled grating. Suppression Ratio). In particular, in the case of a littman type external resonator, the direction of the output light is unchanged when the wavelength is varied, so that there is an advantage that good directivity can be obtained at the same time.

리트먼형 외부 공진기는 레이저 다이오드에서 출사되는 광이 렌즈에 의해 수렴되어서 대향하는 회절격자로 조사되고, 이때 입사된 광의 파장, 입사각 및 회절격자의 주기에 따라 차수별 회절되는 광의 각도와 크기가 결정되는 구조로 이루어진다. 회절격자를 통한 0차 회절광은 출력단 렌즈를 통해 수렴되어 외부로 출사되고, +1차 회절광은 압전구동식 반사거울에서 되반사되어 다시 레이저 다이오드로 궤환된다. 즉, 반사거울을 회동시키면 레이저 다이오드에서 출사되는 광의 파장 중 회절격자의 1차 회절광에 대하여 거울면에 수직으로 입사되는 파장만 선택적으로 레이저 다이오드에 궤환시키게 되는 것이다. 상술한 과정에 있어서, 반사거울을 회전시키게 되면 거울면에 수직을 이루는 광의 +1차 회절광의 각도가 변해야 하므로 회절원리에 따라 동일 입사각에 대한 입사광의 파장이 변하는 효과를 얻게 된다.In the Littman type external resonator, the light emitted from the laser diode is converged by the lens and is irradiated to the opposing diffraction grating. At this time, the angle and the size of the light diffracted by the order according to the wavelength of the incident light, . The 0th order diffracted light through the diffraction grating converges through the output end lens and exits to the outside, and the + 1st order diffracted light is reflected back from the piezoelectric driven reflection mirror and then fed back to the laser diode. That is, when the reflection mirror is rotated, only the wavelength of light incident perpendicularly to the mirror surface with respect to the first-order diffracted light of the diffraction grating among the wavelengths of the light emitted from the laser diode is selectively fed back to the laser diode. In the above-described process, when the reflection mirror is rotated, the angle of the + first-order diffracted light perpendicular to the mirror surface must be changed so that the wavelength of the incident light with respect to the same incident angle is changed according to the diffraction principle.

한편, 종래의 리트먼 방식에서는 가변파장의 선형성을 위하여, 렌즈, 회절격자 및 미러가 렌즈, 회절격자 및 미러로부터 이격되어 위치한 소정의 피봇 포인트(pivot point)를 중심으로 일정한 각도를 이루도록 구성되며, 파장 변환을 위한 미러 구동시 피봇 포인트를 중심으로 미러가 회전될 수 있도록 구성된다. 이와 같이, 피봇 포인트를 중심으로 미러를 회전시키는 방식의 경우에는 미러의 작동시 기계적 진동에 의한 속도 및 가변파장의 안정성이 저해되는 문제가 발생될 수 있다.On the other hand, in the conventional Rietman method, the lens, the diffraction grating and the mirror are arranged to form a certain angle about a predetermined pivot point, which is located apart from the lens, the diffraction grating and the mirror, for the linearity of the variable wavelength, When the mirror is driven for wavelength conversion, the mirror can be rotated around the pivot point. In the case of the method of rotating the mirror about the pivot point, there may be a problem that the stability due to the mechanical vibration and the stability of the variable wavelength are impaired when the mirror is operated.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 측정장치에 적용되는 파장가변형 레이저 장치로, 튜닝 속도와 가변파장의 안정성을 향상시킬 수 있는 파장가변형 레이저 장치를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a wavelength tunable laser device for tuning a wavelength tunable laser device.

또한, 본 발명은 튜닝 속도와 가변파장의 안정성을 향상시킬 수 있는 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법을 제공한다.Further, the present invention provides a tuning method of a wavelength tunable laser device capable of improving tuning speed and stability of a variable wavelength.

본 발명의 일 특징에 따른 파장가변형 레이저 장치는 레이저 광원, 콜리메이트 렌즈, 회절격자 및 미러를 포함한다. 상기 레이저 광원은 레이저광을 출력한다. 상기 콜리메이트 렌즈는 상기 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저광을 수렴하여 평행한 광을 출력한다. 상기 회절격자는 상기 콜리메이트 렌즈에서 입사된 광을 회절시킨다. 상기 미러는 상기 회절격자에서 입사된 광을 다시 회절격자로 반사시키고, 상기 레이저광의 파장이 모드 호핑(mode hopping) 형태로 가변되도록 기 설정된 튜닝 각도의 범위 내에서 회전 가능한 회전축이 내부에 설정되며, 상기 회전축을 피봇 포인트(pivot point)로 하여 회전하는 미러를 포함한다.A tunable laser apparatus according to one aspect of the present invention includes a laser light source, a collimator lens, a diffraction grating, and a mirror. The laser light source outputs laser light. The collimator lens converges the laser light output from the laser light source and outputs parallel light. The diffraction grating diffracts the light incident on the collimator lens. The mirror reflects the light incident from the diffraction grating back to the diffraction grating and sets a rotation axis rotatable within a predetermined tuning angle range such that the wavelength of the laser light varies in a mode hopping manner, And a mirror for rotating the rotation axis with a pivot point.

일 실시예로, 상기 회절격자의 법선과 상기 미러의 법선은 기 설정된 임계값을 초과하는 회절각도를 형성할 수 있다. 상기 회절격자의 법선과 상기 미러의 법선이 형성하는 상기 회절각도의 임계값은, 레이저의 외부 공진 모드 간격, 상기 회절격자의 피치간격 및 상기 갈바노 미러의 회전 오차 중 적어도 하나에 의해 설정될 수 있다. 상기 회절격자의 법선과 상기 미러의 법선이 이루는 회절각도는, 하기 수학식에 의해 설정될 수 있다.In one embodiment, the normal of the diffraction grating and the normal of the mirror may form a diffraction angle exceeding a predetermined threshold. The threshold value of the diffraction angle formed by the normal of the diffraction grating and the normal of the mirror can be set by at least one of an outer resonance mode interval of the laser, a pitch interval of the diffraction grating and a rotation error of the galvanometer mirror have. The diffraction angle formed by the normal line of the diffraction grating and the normal line of the mirror can be set by the following equation.

Figure 112013043202694-pat00001
Figure 112013043202694-pat00001

(여기서, 상기 β는 회절격자의 법선과 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도이며, 상기 Δλ는 레이저의 외부 공진 모드 간격이며, 상기 d는 회절격자의 피치간격이며, 상기 Δβ는 갈바노 미러의 회전 오차이다.)Where? Is the diffraction angle between the normal of the diffraction grating and the normal of the galvanometer mirror, ?? is the external resonance mode spacing of the laser, d is the pitch spacing of the diffraction grating, Rotation error.)

일 실시예로, 상기 튜닝 각도는 상기 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 제1 허용치 이상의 선형성을 가지며, 제2 허용치 이하의 각도에 대한 파장변화율을 갖도록 설정될 수 있다.In one embodiment, the tuning angle may be set so that the tunable wavelength characteristic of the laser frequency has a linearity equal to or greater than the first tolerance, and has a wavelength change rate with respect to an angle lower than the second tolerance.

예를 들면, 상기 튜닝 각도는 4도 내지 19도의 범위를 가질 수 있다.For example, the tuning angle may range from 4 degrees to 19 degrees.

일 실시예로, 상기 미러는 갈바노(galvano) 미러를 포함할 수 있다.In one embodiment, the mirror may include a galvano mirror.

본 발명의 다른 특징에 따른 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법은, 레이저 주파수의 가변 파장 범위를 결정하는 단계, 상기 레이저 주파수의 가변 파장 범위에 따른 갈바노 미러의 튜닝 각도를 결정하는 단계 및 회절격자의 법선과 상기 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of tuning a wavelength tunable laser device, comprising the steps of: determining a variable wavelength range of a laser frequency; determining a tuning angle of a galvanometer mirror according to a variable wavelength range of the laser frequency; And determining a diffraction angle between the normal and the normal of the galvanometer mirror.

일 실시예로, 상기 회절격자의 법선과 상기 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도를 결정하는 단계에서, 상기 회절격자의 법선과 상기 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도는, 레이저의 외부 공진 모드 간격, 상기 회절격자의 피치간격 및 상기 갈바노 미러의 회전 오차 중 적어도 하나에 의해 설정된 임계값을 초과하도록 설정될 수 있다. 상기 임계값은 하기 수학식에 의해 설정될 수 있다.In one embodiment, in the step of determining the diffraction angle formed by the normal line of the diffraction grating and the normal line of the galvanometer mirror, the diffraction angle formed by the normal line of the diffraction grating and the normal line of the galvanometer mirror is determined by the external resonance mode The pitch interval of the diffraction grating, and the rotation error of the galvanometer mirror. The threshold can be set by the following equation.

Figure 112013043202694-pat00002
Figure 112013043202694-pat00002

(여기서, 상기 β는 회절격자의 법선과 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도이며, 상기 Δλ는 레이저의 외부 공진 모드 간격이며, 상기 d는 회절격자의 피치간격이며, 상기 Δβ는 갈바노 미러의 회전 오차이다.)Where? Is the diffraction angle between the normal of the diffraction grating and the normal of the galvanometer mirror, ?? is the external resonance mode spacing of the laser, d is the pitch spacing of the diffraction grating, Rotation error.)

일 실시예로, 상기 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법은 상기 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 선형이 되도록 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 선형이 되도록 보정하는 단계는, 주파수를 가변하기 위한 상기 갈바노 미러의 회전각도를 미세 조절하여 주파수 가변 파장 특성이 선형이 되도록 제어할 수 있다.In one embodiment, the tuning method of the tunable laser apparatus may further include a step of correcting the variable wavelength characteristic of the laser frequency to be linear. The step of correcting the variable wavelength characteristic of the laser frequency to be linear may control the frequency variable wavelength characteristic to be linear by finely adjusting the rotation angle of the galvanometer mirror for varying the frequency.

일 실시예로, 상기 레이저 주파수의 가변 파장 범위에 따른 갈바노 미러의 튜닝 각도를 결정하는 단계에서, 상기 튜닝 각도는 상기 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 제1 허용치 이상의 선형성을 가지며, 제2 허용치 이하의 각도에 대한 파장변화율을 갖도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 튜닝 각도는 4도 내지 19도의 범위를 가질 수 있다.In one embodiment, in the step of determining the tuning angle of the galvanometer mirror according to the variable wavelength range of the laser frequency, the tuning angle is set such that the variable wavelength characteristic of the laser frequency has a linearity equal to or greater than the first tolerance, The wavelength change rate with respect to the angle of the incident light. For example, the tuning angle may range from 4 degrees to 19 degrees.

이와 같은 파장가변형 레이저 장치에 따르면, 회절격자의 법선과 미러의 법선이 이루는 회절각도를 외부에서 정의되는 소정의 피봇 포인트와 상관없이 레이저의 외부 공진 모드 간격, 갈바노 미러의 회전 오차 및 회절격자의 피치간격 등을 고려하여 설정함으로써, 파장 가변 속도를 높이고, 파장변화의 안정성을 향상시킬 수 있다.According to such a wavelength tunable laser device, the diffraction angle formed by the normal of the diffraction grating and the normal of the mirror is defined as the outer resonance mode interval of the laser, the rotation error of the galvanometer mirror, Pitch interval, etc., it is possible to increase the wavelength variable speed and improve the stability of the wavelength change.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변형 레이저 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 파장가변형 레이저 장치의 출력 파장을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 갈바노 미러의 튜닝 각도 변화에 따른 레이저 주파수의 가변 파장 특성을 나타낸 그래프들이다. FIG. 1 is a schematic diagram of a wavelength tunable laser apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
Fig. 2 is a diagram showing output wavelengths of the tunable laser apparatus of Fig. 1; Fig.
3 is a flowchart illustrating a tuning method of a wavelength tunable laser apparatus according to another embodiment of the present invention.
4 is a graph showing variable wavelength characteristics of a laser frequency according to a tuning angle change of a galvanometer mirror.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprising" or "having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted as ideal or overly formal in meaning unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변형 레이저 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 2는 도 1의 파장가변형 레이저 장치의 출력 파장을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a tunable laser apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing output wavelengths of the wavelength tunable laser apparatus of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장가변형 레이저 장치(100)는 레이저 다이오드(110), 콜리메이트 렌즈(collimating lens, 120), 회절격자(130) 및 미러(140)를 포함한다. 1 and 2, a tunable laser apparatus 100 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a laser diode 110, a collimating lens 120, a diffraction grating 130, and a mirror 140 ).

레이저 다이오드(110)는 레이저광을 출력하며, 레이저 다이오드(110)로부터 출력된 레이저광은 콜리메이트 렌즈(120)로 입사된다. 콜리메이트 렌즈(120)는 레이저 다이오드(110)에서 출력되는 퍼지는 레이저광을 수렴하여 평행한 광을 출력하며, 콜리메이트 렌즈(120)로부터 출력되는 평행한 광은 회절격자(130)로 입사된다. 회절격자(130)는 콜리메이트 렌즈(120)로부터 입사되는 광을 회절시킨다. 미러(140)는 회절격자(130)에서 입사된 광을 회절격자(130)로 반사시킨다.The laser diode 110 outputs a laser beam, and the laser beam output from the laser diode 110 is incident on the collimator lens 120. The collimator lens 120 converges the emitted laser light output from the laser diode 110 to output parallel light, and the parallel light output from the collimator lens 120 is incident on the diffraction grating 130. The diffraction grating 130 diffracts the light incident from the collimator lens 120. The mirror 140 reflects the light incident on the diffraction grating 130 to the diffraction grating 130.

회절격자(130)에 의한 1차 회절광은 미러(140)에 의해 다시 회절격자(130)로 반사되고 회절격자(130)에서 반사되어 특정 파장만이 레이저 다이오드(110)로 다시 입사하게 된다. 이런 과정이 여러 번 반복하게 되면, 특정파장의 광은 레이저 다이오드(110)에 의해 증폭되고, 1차 회절광, 즉 회절격자(130)에 의해 반사된 광이 파장가변형 레이저 장치(100)의 최종출력이 된다. 이때, 출력되는 파장은 미러(140)의 각도 변화에 의해서 가변된다.The first order diffracted light by the diffraction grating 130 is reflected by the mirror 140 again to the diffraction grating 130 and reflected by the diffraction grating 130 so that only a specific wavelength enters the laser diode 110 again. When this process is repeated several times, the light of a specific wavelength is amplified by the laser diode 110, and the light diffracted by the diffraction grating 130, Output. At this time, the output wavelength is varied by the angle change of the mirror 140.

한편, 본 발명에 따른 파장가변형 레이저 장치(100)는 인쇄회로기판 등의 검사대상물에 대한 검사를 수행하기 위한 FSI(Frequency Scanning Interferometry) 측정장치에 적용되는 튜너블 레이저(tunable laser)로 사용된다. FSI 측정장치에서는 가변파장의 선형성이 반드시 요구되지 않는 반면, 측정의 효율성을 높이기 위해, 파장의 가변 속도를 높이고, 파장 변화의 안정성을 높이는 것이 무엇보다 중요하다. Meanwhile, the tunable laser apparatus 100 according to the present invention is used as a tunable laser applied to an FSI (Frequency Scanning Interferometry) measuring apparatus for inspecting an object to be inspected such as a printed circuit board. While the linearity of the variable wavelength is not necessarily required in the FSI measuring apparatus, it is most important to increase the variable speed of the wavelength and increase the stability of the wavelength change in order to increase the efficiency of the measurement.

따라서, 본 발명에 따른 파장가변형 레이저 장치(100)는 FSI 측정장치에 적용되는 튜너블 레이저로써, 파장 가변 속도와 파장 변화의 안정성을 높이기 위한 장치이다. 이를 위해, 파장가변형 레이저 장치(100)는 레이저광의 파장이 모드 호핑(mode hopping) 형태로 가변되도록 내부에 기 설정된 튜닝 각도의 범위 내에서 회전하도록 회전축이 설정되며, 상기 회전축을 피봇 포인트(pivot point)로 하여 회전하는 미러(140)를 구비한다.Therefore, the wavelength tunable laser apparatus 100 according to the present invention is a tunable laser applied to an FSI measurement apparatus, and is an apparatus for increasing the stability of wavelength tuning speed and wavelength variation. To this end, the wavelength tunable laser device 100 is set such that the wavelength of the laser light is varied in a mode hopping manner, and the rotation axis is set so as to rotate within a predetermined tuning angle within the tunable angle, And a mirror 140 that rotates as a mirror.

예를 들면, 미러(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 모드 호핑(mode hopping) 형태로 파장을 가변시키는 갈바노 미러(galvano mirror)를 포함할 수 있다. For example, the mirror 140 may include a galvano mirror that varies the wavelength in a mode hopping fashion, as shown in FIG.

파장가변형 레이저 장치(100)는 미러(140)의 각도 변화를 어떻게 제어하느냐에 따라 출력 파장의 특성이 결정된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 파장의 가변 범위가 좁고, 가변 속도가 느린 종래의 PZT(piezoelectric) 미러를 사용하는 대신, 파장 가변 범위가 넓고, 가변 속도가 빠른 갈바노(galvano) 미러를 사용함으로써, 파장 가변 속도를 높일 수 있다. 상기 갈바노 미터는 갈바노 모터에 미러를 부착한 것이며, 상기 갈바노 모터를 정해진 각도로 그리고 일정한 속도로 변화되도록 이루어져 있다.The wavelength tunable laser device 100 determines the characteristics of the output wavelength according to how the angle change of the mirror 140 is controlled. Therefore, in an embodiment of the present invention, instead of using a conventional PZT (piezoelectric) mirror having a narrow variable range of wavelength and a slow variable speed, a galvano mirror having a wide wavelength variable range and a variable variable speed is used The wavelength tuning speed can be increased. The galvanometer has a mirror attached to a galvanometer motor, and the galvanometer motor is changed at a predetermined angle and at a constant speed.

본 발명의 파장가변형 레이저 장치(100)는, 파장 가변의 선형성을 고려하여 콜리메이트 렌즈(120), 회절격자(130) 및 미러(140) 간의 배치를 렌즈(120), 회절격자(130) 및 미러(140)로부터 이격되어 위치한 소정의 피봇 포인트에 맞추는 종래와는 달리, 파장변화의 안정성을 고려하여 회절격자(130)의 법선과 갈바노 미러(140)의 법선이 이루는 회절각도(β)를 설정한다. The wavelength tunable laser apparatus 100 of the present invention is arranged such that the arrangement of the collimator lens 120, the diffraction grating 130 and the mirror 140 is controlled by the lens 120, the diffraction grating 130, The diffraction angle beta formed by the normal line of the diffraction grating 130 and the normal line of the galvanometer mirror 140 may be set to a predetermined value in consideration of the stability of the wavelength change, Setting.

상기 파장변화의 안정성은 갈바노 미러(140)의 회전 오차(Δβ) 및 레이저의 외부 공진 모드 간격(Δλ) 등에 영향을 받는다. 여기서, 갈바노 미러(140)의 회전 오차(Δβ)는 갈바노 미러(140)의 기구적 오차와 제어 정밀 최대 허용오차를 합산한 값에 따라 결정되는 고정값이며, 외부 공진 모드 간격(Δλ)은 외부 공진 길이에 따라 결정되는 고정값이다. 이때, 외부 공진 모드 간격(Δλ)은 원하는 파장 허용 오차를 포함한다.The stability of the wavelength change is affected by the rotation error [Delta] [beta] of the galvano mirror 140 and the external resonance mode interval [Delta] [lambda] of the laser. Here, the rotation error DELTA beta of the galvanometer mirror 140 is a fixed value determined according to the sum of the mechanical error of the galvanometer mirror 140 and the control precision maximum tolerance, and the external resonance mode interval? Is a fixed value determined according to the external resonance length. At this time, the external resonance mode interval ?? includes the desired wavelength tolerance.

따라서, 회절격자(130)의 법선과 갈바노 미러(140)의 법선이 이루는 회절각도(β)는 레이저의 외부 공진 모드 간격(Δλ), 갈바노 미러(140)의 회전 오차(Δβ) 및 회절격자(130)의 피치간격(d) 등을 고려하여 설정된 임계값을 초과하도록 설정된다. 예를 들어, 회절각도(β)는 하기 수학식 1에 의해 설정된다.The diffraction angle beta between the normal of the diffraction grating 130 and the normal of the galvanometer mirror 140 is determined by the external resonance mode spacing DELTA lambda of the laser, the rotational error DELTA beta of the galvanometer mirror 140, The pitch interval d of the grating 130, and the like. For example, the diffraction angle? Is set by the following equation (1).

Figure 112013043202694-pat00003
Figure 112013043202694-pat00003

여기서, β는 회절격자(130)의 법선과 갈바노 미러(140)의 법선이 이루는 회절각도이며, Δλ는 레이저의 외부 공진 모드 간격이며, Δβ는 갈바노 미러(140)의 회전 오차이며, d는 회절격자(130)의 피치간격을 의미한다.Here, β is a diffraction angle formed by the normal line of the diffraction grating 130 and the normal line of the galvanometer mirror 140, Δλ is the external resonance mode interval of the laser, Δβ is the rotation error of the galvanometer mirror 140, d Quot; means the pitch interval of the diffraction grating 130.

이와 같이, 회절격자(130)의 법선과 갈바노 미러(140)의 법선이 이루는 회절각도(β)를 외부에서 정의되는 소정의 피봇 포인트와 상관없이 레이저의 외부 공진 모드 간격(Δλ), 갈바노 미러(140)의 회전 오차(Δβ) 및 회절격자(130)의 피치간격(d) 등을 고려하여 설정함으로써, 파장 가변 속도를 높이고, 파장변화의 안정성을 향상시킬 수 있다.As described above, the diffraction angle (beta) formed by the normal line of the diffraction grating 130 and the normal line of the galvano mirror 140 is determined by the external resonance mode interval (DELTA lambda) of the laser, The rotation error DELTA beta of the mirror 140 and the pitch interval d of the diffraction grating 130, etc., it is possible to increase the wavelength tuning speed and improve the stability of the wavelength change.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a tuning method of a wavelength tunable laser apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 1 및 도 3을 참조하면, 회절격자(130)의 법선과 갈바노 미러(140)의 법선이 이루는 회절각도(β)를 설정하기 위하여, 우선, 레이저 주파수의 가변 파장 범위를 결정한다(S110). 1 and 3, in order to set the diffraction angle β formed by the normal line of the diffraction grating 130 and the normal line of the galvanometer mirror 140, a variable wavelength range of the laser frequency is first determined (S 110 ).

이후, 레이저 주파수의 가변 파장 범위에 따른 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도를 결정하고(S120), 상기 레이저 주파수의 가변 파장 범위에서 가변되는 주파수 파장 특성의 선형성을 고려하여 회절격자(130)의 법선과 상기 갈바노 미러(140)의 법선이 이루는 회절각도(β)를 결정한다(S130). 즉, 회절격자(130)의 법선과 갈바노 미러(140)의 법선이 이루는 회절각도(β)는 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도 및 레이저 주파수의 가변 파장 특성의 선형성을 고려하여 설정될 수 있다.Thereafter, the tuning angle of the galvanometer mirror 140 according to the variable wavelength range of the laser frequency is determined (S120), and the linearity of the wavelength tuning characteristic variable in the variable wavelength range of the laser frequency is considered. The diffraction angle beta formed by the normal line and the normal line of the galvanometer mirror 140 is determined (S130). That is, the diffraction angle? Between the normal line of the diffraction grating 130 and the normal line of the galvanometer mirror 140 can be set in consideration of the tuning angle of the galvanometer mirror 140 and the linearity of the variable wavelength characteristic of the laser frequency have.

도 4는 갈바노 미러의 튜닝 각도 변화에 따른 레이저 주파수의 가변 파장 특성을 나타낸 그래프들이다. 도 4에서, (a)는 튜닝 각도가 19°인 경우이며, (b)는 튜닝 각도가 10°인 경우이며, (c)는 튜닝 각도가 4°인 경우이다. 도 4에서, 가로축은 "90°-회절각도(β)"를 나타내고, 세로축은 파장(㎛)을 나타낸다.4 is a graph showing variable wavelength characteristics of a laser frequency according to a tuning angle change of a galvanometer mirror. In FIG. 4, (a) shows a case where the tuning angle is 19 °, (b) shows a case where the tuning angle is 10 °, and FIG. In Fig. 4, the horizontal axis indicates "90 DEG-diffraction angle (beta) ", and the vertical axis indicates wavelength (mu m).

도 1 및 도 4를 참조하면, 레이저 주파수의 가변 파장 범위 내에서 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도를 19°로 설정한 (a)의 경우, 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 선형적으로 변화하지 않고 불규칙적으로 변화되는 것을 알 수 있다. 즉, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도가 너무 크면, 주파수 파장이 일정한 간격으로 가변되는 못하고 불규칙한 간격으로 모드 호핑이 발생되는 것을 알 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 4, in the case of (a) in which the tuning angle of the galvanometer mirror 140 is set to 19 degrees within the variable wavelength range of the laser frequency, the variable wavelength characteristic of the laser frequency changes linearly It can be seen that it changes irregularly. That is, if the tuning angle of the galvanometer mirror 140 is too large, the frequency hopping can not be varied at regular intervals and mode hopping occurs at irregular intervals.

한편, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도를 19°보다 작게 설정한 (b) 및 (c)를 참조하면, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도가 작을수록 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 선형성을 갖는 것을 알 수 있다. 특히, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도를 4°로 설정한 (c)의 경우, 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 거의 직선에 가까운 선형성을 갖는 것으로 나타났다. 즉, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도가 작으면, 주파수 파장이 일정한 간격으로 모드 호핑이 발생되는 것을 알 수 있다. Referring to FIGS. 6 (b) and 6 (c) in which the tuning angle of the galvanometer mirror 140 is set to be smaller than 19 °, the tuning angle of the galvanometer mirror 140 becomes smaller and the variable wavelength characteristic of the laser frequency becomes linear . Particularly, in the case of (c) in which the tuning angle of the galvanometer mirror 140 is set to 4 degrees, the tunable wavelength characteristic of the laser frequency has almost linear linearity. That is, when the tuning angle of the galvanometer mirror 140 is small, it is seen that the mode hopping occurs at a constant frequency interval.

그러나, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도가 너무 작으면, 같은 범위의 가변 파장 범위를 동일한 회수로 분할하여 스캔함에 있어, 1회의 회전각도가 작아지게 되고, 이에 따라, 파장변화의 민감성이 높아지게 되어 파장변화의 안정성이 떨어질 수 있다.However, if the tuning angle of the galvanometer mirror 140 is too small, one rotation angle becomes small in scanning the variable wavelength range of the same range in the same number of times, thereby increasing the sensitivity of wavelength variation So that the stability of the wavelength change may be reduced.

결과적으로, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도는 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 제1 허용치 이상의 선형성을 가지며, 제2 허용치 이하의 각도에 대한 파장변화율을 갖도록 설정될 수 있다.As a result, the tuning angle of the galvanometer mirror 140 can be set so that the variable wavelength characteristic of the laser frequency has a linearity equal to or greater than the first allowable value, and has a wavelength change rate with respect to an angle lower than the second allowable value.

또한, 회절격자(130)의 법선과 갈바노 미러(140)의 법선이 이루는 회절각도(β)를 설정함에 있어, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도와 레이저 주파수의 가변 파장 특성의 선형성을 고려함과 동시에, 파장변화의 안정성도 함께 고려하는 것이 바람직하다. 즉, 레이저 주파수의 외부 공진 모드 간격, 갈바노 미러(140)의 회전 오차 등을 고려하여 설정된 임계값을 초과하도록 회절각도(β)를 설정함으로써, 파장변화의 안정성을 높일 수 있다. 이러한 파장변화의 안정성을 고려한 회절각도(β)의 설정은 앞선 실시예를 통해 설명한 바 있으므로, 이와 관련된 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Considering the linearity of the tuning angle of the galvanometer mirror 140 and the variable wavelength characteristic of the laser frequency in setting the diffraction angle? Between the normal of the diffraction grating 130 and the normal of the galvanometer mirror 140 It is preferable to consider the stability of the wavelength change at the same time. That is, by setting the diffraction angle? To exceed the threshold value set in consideration of the external resonance mode interval of the laser frequency and the rotation error of the galvanometer mirror 140, the stability of the wavelength change can be enhanced. Since the setting of the diffraction angle? Considering the stability of the wavelength change has been described in the foregoing embodiment, a duplicate description related thereto will be omitted.

이와 같이, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도, 레이저 주파수의 가변 파장 특성의 선형성 및 파장변화의 안정성 등을 종합적으로 고려해 본 결과, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도는 19°와 4°사이, 예를 들어, 약 10°정도로 설정하고, 이에 따라, 회절각도(β)는 약 59°정도로 설정될 수 있다.As described above, the tuning angle of the galvanometer mirror 140, the linearity of the tunable wavelength characteristic of the laser frequency, and the stability of the wavelength change are considered in a comprehensive manner. As a result, the tuning angle of the galvanometer mirror 140 is 19 ° to 4 ° , For example, about 10 degrees, so that the diffraction angle beta can be set to about 59 degrees.

한편, 도 4의 (b)의 경우와 같이, 레이저 주파수의 가변 파장 특성의 선형성이 다소 떨어질 경우, 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 선형이 되도록 보정할 수 있다. 즉, 주파수를 가변하기 위한 갈바노 미러(140)의 회전각도를 미세 조절하여 주파수의 가변 파장 특성이 보다 선형이 되도록 제어할 수 있다. On the other hand, when the linearity of the variable wavelength characteristic of the laser frequency is somewhat lowered as in the case of FIG. 4 (b), the variable wavelength characteristic of the laser frequency can be corrected to be linear. That is, the rotation angle of the galvanometer mirror 140 for varying the frequency can be finely adjusted to control the variable wavelength characteristic of the frequency to be more linear.

이상과 같이, 갈바노 미러(140)의 튜닝 각도, 레이저 주파수의 가변 파장 특성의 선형성 및 파장변화의 안정성 등을 종합적으로 고려하여 회절각도(β)를 설정함으로써, 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, by setting the diffraction angle? In consideration of the tuning angle of the galvanometer mirror 140, the linearity of the tunable wavelength characteristic of the laser frequency and the stability of the wavelength change, etc., the tuning reliability of the wavelength tunable laser device is improved Can be improved.

100 : 가변파장형 레이저 장치 110 : 레이저 광원
120 : 콜리메이트 렌즈 130 : 회절격자
140 : 갈바노 미러100: variable wavelength type laser device 110: laser light source
120: collimator lens 130: diffraction grating
140: Galvano Mirror

Claims (14)

레이저광을 출력하는 레이저 광원,
상기 레이저 광원으로부터 출력되는 레이저광을 수렴하여 평행한 광을 출력하는 콜리메이트 렌즈,
상기 콜리메이트 렌즈에서 입사된 광을 회절시키는 회절격자, 및
상기 회절격자에서 입사된 광을 다시 회절격자로 반사시키는 미러를 포함하고,
상기 레이저광의 파장이 모드 호핑(mode hopping) 형태로 가변되도록 기 설정된 튜닝 각도의 범위 내에서 회전 가능한 회전축이 상기 미러의 내부에 설정되며, 상기 미러는 내부에 설정된 상기 회전축을 피봇 포인트(pivot point)로 하여 회전하고,
상기 회절격자의 법선과 상기 미러의 법선은 기 설정된 임계값을 초과하는 회절각도를 형성하되, 상기 임계값은 레이저의 외부 공진 모드 간격, 상기 회절격자의 피치간격 및 상기 미러의 회전 오차에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치.A laser light source for outputting laser light,
A collimator lens for converging the laser light output from the laser light source and outputting parallel light,
A diffraction grating for diffracting light incident from the collimator lens, and
And a mirror for reflecting the light incident from the diffraction grating back to the diffraction grating,
Wherein a rotation axis that is rotatable within a predetermined tuning angle range is set inside the mirror so that the wavelength of the laser light is changed in a mode hopping manner and the mirror rotates the rotation axis set in the pivot point, And then,
Wherein the normal of the diffraction grating and the normal of the mirror form a diffraction angle exceeding a preset threshold value, the threshold being set by an external resonance mode interval of the laser, a pitch interval of the diffraction grating, and a rotation error of the mirror Type laser device. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 회절격자의 법선과 상기 미러의 법선이 이루는 회절각도는,
하기 수학식에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치.
Figure 112015026359645-pat00004

(여기서, 상기 β는 회절격자의 법선과 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도이며, 상기 Δλ는 레이저의 외부 공진 모드 간격이며, 상기 d는 회절격자의 피치간격이며, 상기 Δβ는 갈바노 미러의 회전 오차이다.)The method according to claim 1,
The diffraction angle formed by the normal line of the diffraction grating and the normal line of the mirror,
Is set by the following equation. ≪ EMI ID = 1.0 >
Figure 112015026359645-pat00004

Where? Is the diffraction angle between the normal of the diffraction grating and the normal of the galvanometer mirror, ?? is the external resonance mode spacing of the laser, d is the pitch spacing of the diffraction grating, Rotation error.) 제1항에 있어서,
상기 튜닝 각도는 상기 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 제1 허용치 이상의 선형성을 가지며, 제2 허용치 이하의 각도에 대한 파장변화율을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치.The method according to claim 1,
Wherein the tuning angle is set so that the variable wavelength characteristic of the laser frequency has a linearity equal to or greater than a first tolerance and has a wavelength change rate with respect to an angle lower than a second tolerance value. 제1항에 있어서,
상기 튜닝 각도는 4도 내지 19도의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치.The method according to claim 1,
Wherein the tuning angle is in the range of 4 degrees to 19 degrees. 제1항에 있어서,
상기 미러는 갈바노(galvano) 미러를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치.The method according to claim 1,
Characterized in that the mirror comprises a galvano mirror. 삭제delete 레이저 주파수의 가변 파장 범위를 결정하는 단계;
상기 레이저 주파수의 가변 파장 범위에 따른 갈바노 미러의 튜닝 각도를 결정하는 단계; 및
회절격자의 법선과 상기 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 회절격자의 법선과 상기 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도를 결정하는 단계에서,
상기 회절격자의 법선과 상기 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도는,
레이저의 외부 공진 모드 간격, 상기 회절격자의 피치간격 및 상기 갈바노 미러의 회전 오차에 의해 설정된 임계값을 초과하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법.Determining a variable wavelength range of the laser frequency;
Determining a tuning angle of the galvanometer mirror according to a variable wavelength range of the laser frequency; And
Determining a diffraction angle between the normal of the diffraction grating and the normal of the galvanometer mirror,
In the step of determining the diffraction angle formed by the normal of the diffraction grating and the normal of the galvanometer mirror,
The diffraction angle formed by the normal line of the diffraction grating and the normal line of the galvanometer mirror,
Wherein the threshold value is set so as to exceed a threshold value set by an external resonance mode interval of the laser, a pitch interval of the diffraction grating, and a rotation error of the galvanometer mirror. 제9항에 있어서,
상기 임계값은 하기 수학식에 의해 설정되는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법.
Figure 112013043202694-pat00005

(여기서, 상기 β는 회절격자의 법선과 갈바노 미러의 법선이 이루는 회절각도이며, 상기 Δλ는 레이저의 외부 공진 모드 간격이며, 상기 d는 회절격자의 피치간격이며, 상기 Δβ는 갈바노 미러의 회전 오차이다.)10. The method of claim 9,
Wherein the threshold value is set according to the following equation.
Figure 112013043202694-pat00005

Where? Is the diffraction angle between the normal of the diffraction grating and the normal of the galvanometer mirror, ?? is the external resonance mode spacing of the laser, d is the pitch spacing of the diffraction grating, Rotation error.) 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 선형이 되도록 보정하는 단계를 더 포함하며,
상기 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 선형이 되도록 보정하는 단계는,
주파수를 가변하기 위한 상기 갈바노 미러의 회전각도를 미세 조절하여 주파수 가변 파장 특성이 선형이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법.10. The method of claim 9,
Further comprising correcting the variable wavelength characteristic of the laser frequency to be linear,
The step of correcting the variable wavelength characteristic of the laser frequency to be linear,
And tuning the rotation angle of the galvano mirror to vary the frequency so that the frequency tunable wavelength characteristic becomes linear. 제9항에 있어서,
상기 레이저 주파수의 가변 파장 범위에 따른 갈바노 미러의 튜닝 각도를 결정하는 단계에서,
상기 튜닝 각도는 상기 레이저 주파수의 가변 파장 특성이 제1 허용치 이상의 선형성을 가지며, 제2 허용치 이하의 각도에 대한 파장변화율을 갖도록 설정되는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법.10. The method of claim 9,
In determining the tuning angle of the galvanometer mirror according to the variable wavelength range of the laser frequency,
Wherein the tuning angle is set so that the variable wavelength characteristic of the laser frequency has a linearity equal to or greater than a first tolerance and a wavelength change rate with respect to an angle lower than a second tolerance. 제13항에 있어서,
상기 튜닝 각도는 4도 내지 19도의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 파장가변형 레이저 장치의 튜닝 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the tuning angle is in the range of 4 degrees to 19 degrees.
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