KR102620196B1 - 발진할 레이저의 주파수 특성을 안정화시킬 수 있는 레이저 발진 장치 - Google Patents

발진할 레이저의 주파수 특성을 안정화시킬 수 있는 레이저 발진 장치 Download PDF

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Abstract

발진할 레이저의 주파수 특성을 안정화시킬 수 있는 레이저 발진 장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 레이저 발진 장치에 있어서, 인가되는 전류량에 따라, 그에 부합하는 주파수를 갖는 레이저를 발진시키는 광원과 자신으로 입사되는 레이저를 기 설정된 비율로 분기시키는 스플리터와 상기 스플리터로부터 분기된 레이저를 입사받아 입사하는 레이저를 분기시켜 간섭신호를 생성함으로써, 발진된 레이저의 위상을 측정하는 간섭계와 상기 간섭계의 일 부분의 온도를 균일하게 유지시키는 온도 조정부와 상기 간섭계를 거친 신호를 인가받아, 발생한 위상 오차를 누적시키는 오차 적분기와 상기 오차 적분기를 거친 신호와 오프셋 전류값의 위상차를 검출하는 위상 오차 검출부와 상기 광원으로 상기 광원을 구동시킬 전류를 인가하는 구동 드라이버 및 상기 레이저 발진 장치 내 각 구성의 동작을 제어하며, 상기 위상 오차 검출부의 검출결과를 토대로 상기 구동 드라이버를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치를 제공한다.

Description

발진할 레이저의 주파수 특성을 안정화시킬 수 있는 레이저 발진 장치{Laser Oscillation Apparatus Capable of Stabilizing Frequency Characteristics of Laser to Be Oscillated}
본 발명은 발진할 레이저의 주파수 특성을 안정화시킬 수 있는 레이저 발진 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
좁은 선폭(Linewidth)을 갖는 광원은 코히어런트 광통신(Coherent Optical Communication), 고해상도 라이다(LIDAR) 시스템, 밀리미터파 및 테라헤르츠파 신호의 생성, 센싱, 분광(Spectroscopy) 등 여러 과학기술 분야에서 사용되어 오고 있다.
코히어런트 광통신에서 사용되는 시스템은 아주 복잡한 변조 방식을 채택하고 있으며, 이러한 변조 방식은 높은 비트오류율(BER: Bit Error Rate)을 요구하고 있다. 이에 따라, 안정적으로 동작하면서도 가능하면 좁은 선폭을 지닌 레이저가 필요하게 되었다.
한편, 외부 공진기 레이저 다이오드(External Cavity Laser Diode)는 다른 레이저에 비해 상대적으로 좁은 선폭을 갖지만 온도변화, 압력변화 및 기계적 진동 등의 환경 요인에 매우 민감하다. 이러한 환경 요인 때문에 외부 공진기 레이저 다이오드의 선폭은 넓어지므로, 적절한 격리 메커니즘 없이 사용되기 어렵다.
종래의 레이저 발진장치는 다음의 방법을 이용하여 이러한 문제를 해소해왔다. 패브리 페로 에탈론(Fabry-Perot Etalon)과 같은 주파수 변별기로 광원의 주파수 변이를 측정하고, 광원에 주입되는 전류를 가변하여 주파수 변이를 줄여왔다.
그러나 이러한 방법은 주파수 변별기의 오차 신호로 광원의 구동조건을 변화시키기 때문에, 구동조건의 변화가 쉽지 않거나 구동조건의 변화에도 주파수 변화가 동반되지 않는 경우 등에는 적용하기가 어렵다. 바꿔 말하면, 이러한 방법은 구동조건의 변화에 따라 발진 주파수의 이동이 쉬운 반도체 레이저에만 적용이 가능하다.
따라서, 발진할 레이저의 주파수 특성을 간단하게 측정하여 안정화시킬 수 있는 레이저 발진 장치에 대한 수요가 존재한다.
본 발명의 일 실시예는, 간단한 구조로도 발진할 레이저의 주파수 특성을 정확히 측정하여 안정화시킬 수 있는 레이저 발진 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 레이저 발진 장치에 있어서, 인가되는 전류량에 따라, 그에 부합하는 주파수를 갖는 레이저를 발진시키는 광원과 자신으로 입사되는 레이저를 기 설정된 비율로 분기시키는 스플리터와 상기 스플리터로부터 분기된 레이저를 입사받아 입사하는 레이저를 분기시켜 간섭신호를 생성함으로써, 발진된 레이저의 위상을 측정하는 간섭계와 상기 간섭계의 일 부분의 온도를 균일하게 유지시키는 온도 조정부와 상기 간섭계를 거친 신호를 인가받아, 발생한 위상 오차를 누적시키는 오차 적분기와 상기 오차 적분기를 거친 신호와 오프셋 전류값의 위상차를 검출하는 위상 오차 검출부와 상기 광원으로 상기 광원을 구동시킬 전류를 인가하는 구동 드라이버 및 상기 레이저 발진 장치 내 각 구성의 동작을 제어하며, 상기 위상 오차 검출부의 검출결과를 토대로 상기 구동 드라이버를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 레이저 발진 장치는 광 경로 상에서 상기 스플리터와 상기 광원 사이에 배치되어, 상기 광원에서 발진된 레이저가 상기 광원으로 되반사되는 것을 방지하는 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 스플리터는 자신으로 입사되는 레이저 일부를 외부로 출력시키고, 나머지는 상기 간섭계로 진행시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 비율은 외부로 출력되는 레이저와 상기 간섭계로 진행하는 레이저를 기준으로 99:1인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 간섭계는 마흐젠더(Mach-Zender) 간섭계로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 간섭계는 분기된 레이저가 통과할 경로 중 어느 하나의 경로를 다른 경로보다 지연시킨 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 온도 조정부는 상기 간섭계 내에서 다른 경로보다 지연된 부위의 온도를 균일하게 유지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 온도 조정부는 상기 간섭계의 일 부분과 접촉하거나 기 설정된 반경 내에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 레이저 발진 장치는 상기 간섭계에서 출력되는 전기신호를 인가받아 전압신호로 변환하는 제1 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 레이저 발진 장치는 상기 제1 증폭기에서 변환된 전압신호를 인가받아, 상기 레이저 발진 장치 내 회로의 이득을 조절하는 제2 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 간단한 구조로도 발진할 레이저의 주파수 특성을 정확히 측정하여 안정화시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발진 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 위상오차의 크기 및 그에 따라 인가할 피드백 전류의 크기를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오차 적분기의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상오차 검출부에서 검출되는 파형의 일 예를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발진 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 발진 장치(100)는 광원(110), 아이솔레이터(120), 스플리터(130), 간섭계(140), 온도 조정부(145), 제1 증폭기(150), 제2 증폭기(160), 오차 적분기(170), 위상오차 검출부(180), 구동 드라이버(190) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
레이저 발진 장치(100)는 라이다(LIDAR) 시스템 등 균일한 주파수를 갖는 레이저를 발진시켜야 하는 광원이 필요한 장치 내에 장착되어 사용된다. 레이저 발진 장치(100)는 발진하는 레이저의 주파수가 기 설정된 주파수와 오차를 갖는지를 스스로 판단하고, 그로부터 얼마만큼의 오차가 발생하는지를 분석하여 그를 최소화하도록 동작한다. 레이저 발진 장치(100)는 간단한 구조로도 상대적으로 정확히 주파수 오차를 분석하여, 원하는 주파수를 갖는 레이저를 발진시킨다.
광원(110)은 구동 드라이버(190)에서 인가되는 전류량에 따라 적절한 주파수를 갖는 레이저를 발진한다. 광원(110)은 일정한 주파수를 갖는 레이저를 발진시킨다. 구동 드라이버(190)로부터 광원(110)으로 인가되는 전류량이 변화할 경우, 그에 비례하여 광원(110)에서 발진되는 레이저의 주파수 역시 변화한다. 광원(110)은 구동 드리아버로부터 피드백되는 전류량을 인가받아 그에 부합하는 주파수를 갖는 레이저를 발진한다.
아이솔레이터(120)는 광 경로 상에서 스플리터(130)와 광원(110)의 사이에 배치되어, 광원(110)에서 발진된 레이저가 광원(110)으로 다시 되반사되는 것을 방지한다. 광원(110)에서 발진된 레이저는 스플리터(130)를 거치며, 다시 광원(110)의 방향으로 되반사되는 경우가 존재할 수 있다. 이처럼, 레이저가 광원(110)으로 다시 되반사될 경우, 광원(110)에 악영향이 가해질 수 있다. 아이솔레이터(120)는 전술한 위치에 배치되어, 스플리터(130)에서 광원(110)으로 되반사되는 광의 진행을 차단한다.
스플리터(130)는 자신으로 입사되는 레이저를 기 설정된 비율로 분기시킨다. 스플리터(130)는 자신으로 입사되는 레이저 중 일부를 외부로 출력시키고, 나머지는 간섭계(140)로 진행시킨다. 여기서, 기 설정된 비율은 출력되는 레이저와 간섭계(140)로 진행하는 레이저를 기준으로 99:1 내외일 수 있다. 대부분의 레이저는 출력되며, 주파수 조정을 위해 일부의 레이저가 간섭계(140)로 분기된다.
간섭계(140)는 발진된 레이저의 위상을 측정한다. 간섭계(140)는 마흐젠더(Mach-Zender) 간섭계로 구현될 수 있다. 간섭계(140)는 입사하는 레이저를 2개 또는 그 이상으로 분기시키며, 분기된 레이저가 통과할 경로 중 어느 하나의 경로를 다른 경로보다 지연시킨다. 그 후, 간섭계(140)는 분기한 레이저를 간섭시켜, 간섭신호를 생성한다. 지연된 어느 하나의 경로가 지연된 정도는 이미 알고 있는 수치이기 때문에, 광원(110)에서 발진된 레이저가 설계된 주파수 그대로 발진되었다면, 간섭계(140)를 거치며 간섭된 간섭신호의 위상은 기 설정된 값을 가져야만 한다. 광원(110)에서 발진된 레이저의 주파수는 다양한 원인에 의해 변화할 가능성이 높다. 이처럼 발진된 레이저의 주파수가 설계된 주파수로부터 변화가 발생할 경우, 간섭신호의 위상은 기 설정된 값으로부터 오차를 갖는 값이 된다. 간섭계는 위상 오차 검출부(180) 및 제어부(미도시)가 이를 분석하여 발진된 레이저의 주파수 변화 여부 및 주파수 조정을 진행할 수 있도록, 발진된 레이저의 간섭신호를 생성한다.
간섭계(140)는 간섭신호를 전기신호로 변환하여 제1 증폭기(150)로 전달한다.
온도 조정부(145)는 간섭계(140), 특히, 간섭계(140) 내 경로가 지연된 부분의 온도를 균일하게 유지시킨다. 온도 조정부(145)는 간섭계(140) 내 전술한 부분과 접촉 또는 근접하여 배치되며, 해당 부분의 온도를 기 설정된 온도로 유지한다. 예를 들어, 온도 조정부(145)는 열전소자(TEC)로 구현될 수 있다. 온도가 변화할 경우, 광 경로의 물리적인 길이는 변화하지 않더라도, 내부의 굴절률이 변화함에 따라 광학적인 길이가 변화하게 된다. 온도 변화로 인해, 간섭계(140) 내 지연된 부분의 광학적인 길이가 변화하게 될 경우, 실제 발진된 레이저의 주파수의 주파수 변화량과 간섭신호의 위상 변화가 비례하지 않게 된다. 즉, 제어부(미도시)가 간섭신호의 위상 변화를 분석하여 변화값에 따라 광원(110)으로 인가되는 전류량을 제어하더라도, 그에 따라 광원(110)에서 출력되는 레이저의 주파수가 설계된 주파수와 차이를 갖게 된다. 온도 조정부(145)는 간섭계(140) 내 경로가 지연된 부분의 온도를 균일하게 유지함으로써, 전술한 문제를 방지한다. 이에 따라, 광원(110)에서 발진되는 레이저의 주파수가 정확히 설계된 주파수대로 조정될 수 있다.
제1 증폭기(150)는 간섭계(140)에서 출력되는 전기신호를 인가받아, 전압신호로 변환한다. 제1 증폭기(150)는 (TIA: Trans-Impedance Amplifier)로 구현되어, 전술한 동작을 수행할 수 있다.
제2 증폭기(160)는 제1 증폭기(150)에서 변환된 전압신호를 인가받아, 레이저 발진 장치(100) 내 회로의 이득을 조절한다. 레이저 발진 장치(100) 내 회로의 이득이 지나치게 작아질 경우, 오차가 커지는 문제가 발생하며, 이득이 자니치게 커질 경우 레이저가 그대로 발진할 가능성이 존재한다. 따라서, 제2 증폭기(160)는 제1 증폭기(150)에서 변환된 전압신호의 이득을 기 설정된 기준치 수준으로 조정한다.
오차 적분기(170)는 제2 증폭기(160)를 거친 전압신호를 인가받아, 발생한 (위상)오차를 누적시킨다. 오차 적분기(170)의 구체적인 구조와 동작 이유는 도 2 및 3에 도시되어 있다.
도 2는 위상오차의 크기 및 그에 따라 인가할 피드백 전류의 크기를 도시한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 오차 적분기의 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 위상오차의 크기와 인가할 피드백 전류의 크기는 비례하게 된다. 즉, 위상 오차의 크기가 커질수록 피드백 전류의 크기 역시 비례하여 커지고, 위상 오차의 크기가 작아질수록 피드백 전류의 크기 역시 비례하여 작아진다. 이때, 위상 오차의 크기가 작아질(기 설정된 기준치 미만인) 경우, 위상 오차를 해소하기 위한 기준치와 현재 간섭신호의 위상에 따른 피드백 전류의 크기 연산이 더 민감해지고 미세해져 정확도가 떨어지는 문제가 발생한다. 또한, 피드백 전류의 크기가 작아져, 오히려 피드백 전류가 광원(110)에서 반영되는데 상대적으로 오랜 시간이 소모된다. 오히려, 위상 오차의 크기가 커지게(기 설정된 기준치 이상인) 되면, 위상 오차를 해소하기 위한 기준치와 현재 간섭신호의 위상에 따른 피드백 전류의 크기 차이가 더 정확해질 수 있다. 또한, 피드백 전류의 크기가 커져, 피드백 전류가 광원(110)에서 반영되는데 상대적으로 시간이 덜 소모된다, 전술한 효과를 불러오기 위해, 오차 적분기(170)가 배치되며 제2 증폭기(160)에서 조정된 전압신호(간섭신호의 위상)를 인가받는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 오차 적분기(170)는 연산 증폭기(410) 및 스위치(420)를 포함한다.
연산 증폭기(410)의 입력 전압(Vi)으로는 제2 증폭기(160)에서 조정된 전압신호가 인가된다. 연산 증폭기(410)의 입력단으로는 저항(R1)이 배치되며, 캐패시터(C1)가 네거티브 피드백(Negative Feedback) 형태로 연결되어, 연산 증폭기(410)는 반전 증폭기로서 동작을 수행하게 된다.
이때, 스위치(420)는 캐패시터에 병렬로 연결되며, 제어부(미도시)로부터 리셋 신호를 인가받을지 여부에 따라 온(On)/오프(Off)가 조정된다. 스위치(420)가 온될 경우, 연산 증폭기(410)의 입력단과 출력단 양단의 임피던스가 0이 된다. 이에 따라, 연산 증폭기(410)의 출력은 0이 된다. 반대로, 스위치(420)가 오프될 경우, 연산 증폭기(410)의 입력단과 출력단 양단의 임피던스는 캐패시터(C1)의 크기만큼 인가되기에, 연산 증폭기(410)는 반전 증폭기로서 동작을 수행한다.
연산 증폭기(410)는 전술한 바와 같이 캐피시터를 포함함에 따라, 오차를 누적하도록 동작한다. 연산 증폭기(410)가 오차를 누적하도록 동작함에 따라, 위상 오차의 크기를 키울 수 있어 전술한 효과를 불러올 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 위상 오차 검출부(180)는 오차 적분기(170)를 거친 전압신호(간섭신호의 위상)와 오프셋 전류값의 위상차를 검출한다. 여기서, 오프셋 전류값은 광원(110)이 출력하는 레이저의 설계된 주파수를 갖는 전류값을 의미한다. 즉, 오프셋 전류값은 오차가 발생하지 않았을 때 가져야 할 레이저의 주파수를 갖는다. 위상 오차 검출부(180)는 오차 적분기(170)를 거친 전압신호가 오프셋 전류값과 얼마만큼 위상차이를 갖는지 검출한다.
구동 드라이버(190)는 위상 오차 검출부(180)의 검출결과를 고려한 제어부(미도시)의 제어에 따라 광원(110)으로 광원(110)을 구동시킬 전류를 인가한다. 제어부(미도시)는 위상 오차 검출부(180)의 검출결과를 고려하여, 출력되는 레이저의 주파수를 설계된 주파수와 근접하도록 조정한다. 그를 위해, 제어부(미도시)는 출력되는 레이저의 주파수가 설계된 주파수와 근접해지도록, 광원(110)으로 인가하는 전류의 값을 조정한다. 구동 드라이버(190)는 제어부(미도시)의 제어에 따라, 조정된 전류를 광원(110)으로 인가한다.
제어부(미도시)는 레이저 발진 장치(100) 내 각 구성의 동작을 제어한다.
제어부(미도시)는 광원(110), 온도 조정부(145), 제1 증폭기(150), 제2 증폭기(160) 및 위상 오차 검출부(180)의 전술한 동작을 제어한다.
제어부(미도시)는 오차 적분기(170)의 동작을 제어한다. 제어부(미도시)는 오차 적분기(170)로 리셋 신호를 인가할지 여부를 제어함으로써, 오차 적분기(170)의 출력을 제어한다. 전술한 대로, 제어부(미도시)가 오차 적분기(170)로 리셋 신호를 인가할 경우, 오차 적분기(170)는 적분 동작을 수행하지 않고 출력 전압으로 0V를 출력한다. 반대로, 제어부(미도시)가 오차 적분기(170)로 리셋 신호를 인가하지 않을 경우, 오차 적분기(170)는 적분 동작을 수행하여 그에 부합하는 출력 전압을 출력한다. 최초로 레이저 발진 장치(100)가 동작하는 경우, 제어부(미도시)는 오차 적분기(170)를 기 설정된 시간 동안에는 리셋 신호를 오차 적분기(170)로 인가한다.
오차 적분기(170)에 최초로 인가되는 오차의 값이 지나치게 클 경우, 최초의 값에 비해 누적되는 오차값이 지나치게 작아져, 오히려 피드백 전류의 크기 연산이 더 민감해지고 미세히져 정확도가 떨어지는 문제가 발생한다. 이러한 문제는 보통 레이저 발진 장치(100)가 최초로 동작하는 경우에 주로 발생한다. 레이저 발진 장치(100)는 충분한 시간 동안 동작한 후라면, 주변 환경의 온도에 영향을 거의 받지 않고 일정한 온도(예를 들어, 수십℃)를 갖는다. 반면, 레이저 발진 장치(100)가 최초로 동작한 경우라면, 주변 환경의 온도에 지대한 영향을 받게 된다. 온도의 변화는 광원(110)에서 출력되는 레이저의 주파수에 영향을 미치게 된다. 이에 따라, 레이저 발진 장치(100)가 최초로 동작하는 시점에서 오차 적분기(170)가 적분 동작을 수행하게 될 경우, 최초부터 지나치게 큰 오차 값이 인가되게 된다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 제어부(미도시)는 레이저 발진 장치(100)가 최초로 동작하는 시점부터 기 설정된 시간 동안에는 리셋 신호를 오차 적분기(170)로 인가한다. 여기서, 기 설정된 시간은 레이저 발진 장치(100)의 주변환경의 온도에 따라 달라지며, 수초 내지 수분일 수 있다. 레이저 발진 장치(100)가 동작하며 안정화되었을 때의 온도와 주변환경의 온도 차이가 상대적으로 많이 날 경우, 기 설정된 시간은 상대적으로 증가하게 되고, 전술한 온도의 차이가 상대적으로 적게 날 경우, 기 설정된 시간은 상대적으로 줄어든다.
제어부(미도시)는 구동 드라이버(190)의 동작을 제어한다. 인가되는 전류의 크기 변화에 따라, 광원(110)에서 출력되는 레이저의 주파수는 달라진다. 위상 오차 검출부(180)로부터 위상 오차값을 수신한 경우, 제어부(미도시)는 도 4에 도시된 바와 같이, 위상 오차값을 분석하여 광원(110)에서 출력되는 레이저의 주파수가 설계된 주파수와 일치하도록 구동 드라이버(190)를 제어한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상오차 검출부에서 검출되는 파형의 일 예를 도시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 제어부(미도시)는 광원(110)에서 설계된 주파수를 갖는 레이저가 출력될 경우 가져야 할 위상 오차값과 위상 오차 검출부(180)로부터 검출된 위상 오차값을 비교하여, 후자(위상 오차 검출부(180)로부터 검출된 위상 오차값)가 전자(광원(110)에서 설계된 주파수를 갖는 레이저가 출력될 경우 가져야 할 위상 오차값)의 값과 일치하도록 구동 드라이버(190)를 제어한다. 제어부(미도시)는 구동 드라이버(190)가 인가하는 전류의 크기를 조정함으로써, 광원(110)에서 출력되는 레이저의 주파수를 조정할 수 있다.
레이저 발진 장치(100)는 전술한 동작을 수행하는 각 구성을 포함함에 따라, 간단한 구조로도 발진할 레이저의 주파수 특성을 정확히 측정하여 안정화시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 레이저 발지 장치
110: 광원
120: 아이솔레이터
130: 스플리터
140: 간섭계
145: 온도 조정부
150: 제1 증폭기
160: 제2 증폭기
170: 오차 적분기
180: 위상 오차 검출부
190: 구동 드라이버
410: 연산 증폭기
420: 스위치

Claims (10)

  1. 레이저 발진 장치에 있어서,
    인가되는 전류량에 따라, 그에 부합하는 주파수를 갖는 레이저를 발진시키는 광원;
    자신으로 입사되는 레이저를 기 설정된 비율로 분기시키는 스플리터;
    상기 스플리터로부터 분기된 레이저를 입사받아 입사하는 레이저를 분기시켜 간섭신호를 생성함으로써, 발진된 레이저의 위상을 측정하는 간섭계;
    상기 간섭계의 일 부분의 온도를 균일하게 유지시키는 온도 조정부;
    상기 간섭계를 거친 신호를 인가받아, 발생한 위상 오차를 누적시키는 오차 적분기;
    상기 오차 적분기를 거친 신호와 오프셋 전류값의 위상차를 검출하는 위상 오차 검출부;
    상기 광원으로 상기 광원을 구동시킬 전류를 인가하는 구동 드라이버; 및
    상기 레이저 발진 장치 내 각 구성의 동작을 제어하며, 상기 위상 오차 검출부의 검출결과를 토대로 상기 구동 드라이버를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 스플리터는 레이저 중 일부를 외부로 출력시키고, 나머지는 상기 간섭계로 진행시키고,
    상기 오차 적분기는,
    입력단으로 저항이 배치되고, 캐패시터가 네거티브 피드백(Negative Feedback) 형태로 연결되는 연산 증폭기; 및
    상기 캐패시터에 병렬로 연결되어 상기 제어부로부터 리셋 신호를 인가받을지 여부에 따라 온/오프가 조정되는 스위치를 포함하고,
    상기 연산 증폭기는 캐패시터를 포함함에 따라 오차를 누적하며 위상 오차의 크기를 키우고, 위상 오차의 크기가 커짐에 따라 위상 오차를 해소하기 위한 기준치와 간섭신호의 위상에 따른 피드백 전류의 크기 차이가 상대적으로 더 정확해지며, 피드백 전류가 광원에서 반영되는데 상대적으로 시간이 덜 소모될 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    광 경로 상에서 상기 스플리터와 상기 광원 사이에 배치되어, 상기 광원에서 발진된 레이저가 상기 광원으로 되반사되는 것을 방지하는 아이솔레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기 설정된 비율은,
    외부로 출력되는 레이저와 상기 간섭계로 진행하는 레이저를 기준으로 99:1인 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 간섭계는,
    마흐젠더(Mach-Zender) 간섭계로 구현되는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 간섭계는,
    분기된 레이저가 통과할 경로 중 어느 하나의 경로를 다른 경로보다 지연시킨 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온도 조정부는,
    상기 간섭계 내에서 다른 경로보다 지연된 부위의 온도를 균일하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 온도 조정부는,
    상기 간섭계의 일 부분과 접촉하거나 기 설정된 반경 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 간섭계에서 출력되는 전기신호를 인가받아 전압신호로 변환하는 제1 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 증폭기에서 변환된 전압신호를 인가받아, 상기 레이저 발진 장치 내 회로의 이득을 조절하는 제2 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 발진 장치.

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11101922A (ja) * 1997-07-30 1999-04-13 Nec Corp 光タイミングパルス生成方法及び光タイミング回路
WO2004064209A1 (en) * 2003-01-10 2004-07-29 Raytheon Company Self-adjusting interferometric outcoupler
KR100819239B1 (ko) * 1998-03-11 2008-04-03 가부시키가이샤 니콘 자외 레이저 장치, 레이저 장치, 노광 장치와 노광 방법, 디바이스 제조 방법, 자외광 조사 장치, 물체 패턴 검출 장치, 자외광 조사 방법 및 물체 패턴 검출 방법
KR101642952B1 (ko) * 2015-11-11 2016-07-26 한국과학기술원 두 파장 레이저 간섭계를 이용한 길이 측정 장치
KR20230032196A (ko) * 2021-08-30 2023-03-07 주식회사 에니트 좁은 주파수 선폭을 갖는 레이저 발진기 및 이 레이저 발진기를 갖는 광파이버 센서 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11101922A (ja) * 1997-07-30 1999-04-13 Nec Corp 光タイミングパルス生成方法及び光タイミング回路
KR100819239B1 (ko) * 1998-03-11 2008-04-03 가부시키가이샤 니콘 자외 레이저 장치, 레이저 장치, 노광 장치와 노광 방법, 디바이스 제조 방법, 자외광 조사 장치, 물체 패턴 검출 장치, 자외광 조사 방법 및 물체 패턴 검출 방법
WO2004064209A1 (en) * 2003-01-10 2004-07-29 Raytheon Company Self-adjusting interferometric outcoupler
KR101642952B1 (ko) * 2015-11-11 2016-07-26 한국과학기술원 두 파장 레이저 간섭계를 이용한 길이 측정 장치
KR20230032196A (ko) * 2021-08-30 2023-03-07 주식회사 에니트 좁은 주파수 선폭을 갖는 레이저 발진기 및 이 레이저 발진기를 갖는 광파이버 센서 시스템

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