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KR100941152B1 - 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자 - Google Patents

주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자 Download PDF

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KR100941152B1
KR100941152B1 KR1020080047433A KR20080047433A KR100941152B1 KR 100941152 B1 KR100941152 B1 KR 100941152B1 KR 1020080047433 A KR1020080047433 A KR 1020080047433A KR 20080047433 A KR20080047433 A KR 20080047433A KR 100941152 B1 KR100941152 B1 KR 100941152B1
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terahertz wave
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김동철
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김기수
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Abstract

본 발명에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자는, 2개의 격자 주기를 갖는 이중 회절격자를 이용하여 임의의 파장에서 리트로(Littrow) 회절 조건을 만족시키는 동시에 다른 파장에서 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건을 만족시킴으로써, 서로 다른 두 파장에서 동시에 발진이 이루어지도록 하여 두 발진 파장의 비팅(beating)에 의해 안정적으로 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자는 수 THz 까지 주파수 가변이 용이하고 소형으로 제작이 가능하다.
테라헤르츠파, 파장 가변 광원, 외부 공진기, Littman-Metcalf, Littrow, 회절격자, 가변 편향기

Description

주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자{Frequency Tunable Terahertz Optical Source}
본 발명은 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자에 관한 것으로, 더 자세하게는 서로 다른 두 모드에서 안정적으로 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있으며 주파수 가변이 용이하고 소형화가 가능한 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-059-02, 과제명: ASON 기반의 메트로 광 회선 분배 기술개발].
파장 가변 광원 소자(파장 가변 레이저)는 WDM 광통신 시스템의 광원으로 각광받고 있는 소자로서, 일반적으로 단일 파장의 광을 특정 파장의 광으로 가변시키기 위해 리트만(Littman-Metcalf) 방식 또는 리트로(Littrow) 방식의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자가 사용되고 있다.
도 1a는 종래의 파장 가변 광원 소자 중 리트만 방식의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자를 설명하기 위한 구조도이다.
도 1a를 참조하면, 리트만 방식의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는, 넓은 파장 대역을 갖는 레이저 다이오드(110)로부터 발생된 빔을 평행하게 만드는 렌즈(130), 평행빔을 회절시키기 위한 회절격자(150) 및 회절된 빔을 반사시키기 위한 반사거울(170)로 구성된다.
레이저 다이오드(110)로부터 빔이 발생되면 렌즈(130)에 의해 빔이 평행하게 모아지고, 평행빔은 회절격자(150)에 의해 반사거울(170) 쪽으로 회절된다. 반사거울(170)은 기계장치(미도시)에 의해 회절격자(150)로 향하는 각도가 조절되며, 이로써 반사거울(170)은 입사되는 파장 중 수직으로 입사되는 특정 파장의 광만을 회절격자(150)로 반사시킨다. 회절격자(150)로 반사되어 돌아온 빔은 회절격자(150)에 의해 다시 회절되고 렌즈(130)를 통해 레이저 다이오드(110)로 되돌아간다.
즉, 리트만 방식의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자에서는 반사거울(170)이 배치되는 각도에 따라 레이저 다이오드(110)로 되돌아가는 빔의 파장이 달라지며, 이와 같은 원리에 의해 파장 가변이 이루어진다.
한편, 리트로 방식의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 리트만 방식과 구성이 유사하지만, 반사거울의 각도를 조절하지 않고 회절격자(150)의 각도를 조절하여 파장을 가변시킨다.
도 1b는 리트로 방식의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자를 설명하기 위한 구조도이다.
도 1b를 참조하면, 리트로 방식의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는, 레이저 다이오드(110)로부터 빔이 발생되면 렌즈(130)에 의해 빔이 평행하게 모아지고, 평행하게 모아진 빔 중 특정 파장을 갖는 빔이 회절격자(150)의 각도에 따라 회절되어 렌즈(130)를 통해 레이저 다이오드(110)로 되돌아간다. 즉, 회절격자(150)가 배치되는 각도에 따라 레이저 다이오드(110)로 되돌아가는 빔의 파장이 변화되어 파장의 가변이 이루어진다.
상술한 바와 같이, 종래의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 반사거울 또는 회절격자를 기계적으로 회전시켜 각도를 조절함으로써 특정 파장의 빔이 선택되도록 한다. 따라서, 반사거울 또는 회절격자를 기계적으로 정밀하게 회전시켜야 하기 때문에 특정 파장을 선택하기 위한 높은 정밀도의 회전 장치가 필요할 뿐만 아니라, 파장 가변 범위가 좁으며 모듈의 크기를 소형화하기 어렵다는 문제점이 있다.
그러므로, 넓은 파장 가변 범위를 가지면서 구조체의 이동이 없고 소형화가 용이하며 가변 속도가 빠른 광원의 제작을 위해서는 새로운 기술이 요구되고 있다.
이러한 요구에 따라 최근 들어 광파(빛)와 마이크로파의 중간 영역에 속하는 전자파인 테라헤르츠파(Terahertz Wave)를 이용하여 광원을 제작하는 기술이 연구되고 있다.
상기 테라헤르츠파는 가시광선처럼 직진하면서 전파처럼 다양한 물질을 잘 투과하므로, 물리, 화학, 생물학, 의학 등의 기초과학뿐만 아니라, 위조지폐, 마약, 폭발물, 생화학무기 등의 감지는 물론 산업 구조물도 비파괴적으로 검사할 수 있어서 일반 산업, 국방, 보안 등의 분야에서도 광범위하게 활용될 것으로 기대되고 있다. 또한, 정보통신 분야에서도 40 Gbit/s 이상의 무선통신, 고속 데이터 처리, 위성간 통신에 테라헤르츠 기술이 광범위하게 사용될 것으로 기대되고 있다.
현재까지 펄스 형태와 연속파 형태의 테라헤르츠파를 생성하기 위한 방법들이 많이 연구되어 왔으며, 현재까지 연구된 테라헤르츠파 생성 방법으로는 주파수배가법, 후진파 발진기(Backward wave oscillator), 포토믹싱(Photomixing) 방법, CO2 펌프 가스레이저, 양자 폭포 레이저(Quantum cascade laser), 자유 전자 레이저(Free electron laser) 등 매우 다양한 기술 등이 있다.
상기 언급된 테라헤르츠파 생성 방법 중에서, 주파수 가변이 가능하고 발진 특성이 연속적이며 매우 좁은 대역폭을 가지는 테라헤르츠파를 생성하기 위한 방법으로 포토믹싱 방법이 사용되고 있다.
상기 포토믹싱 방법은 서로 다른 파장을 가지는 두 개의 레이저 빔을 캐리어의 수명 시간이 매우 짧은 광전도 재료 또는 단일 주행 캐리어 광다이오드(unitravelling-carrier-photodiode;UTC-PD)에 공간적으로 결합시켜 두 레이저 빔의 파장 차이에 해당하는 테라헤르츠파를 생성하는 방법이다.
이와 같은 포토믹싱 방법을 이용하여 테라헤르츠파를 생성하는 경우, 파장이 다른 두 레이저 빔의 간섭에 의하여 테라헤르츠파가 생성되므로, 두 레이저 빔의 특성과 상호 간의 코히어런스 특성에 의해 테라헤르츠파의 특성이 결정된다.
따라서, 주파수 가변이 용이하며 서로 다른 두 모드에서 안정적인 테라헤르 츠파를 발생시킬 수 있는 테라헤르츠파 광원을 구현하기 위해서는, 두 개의 레이저 다이오드에서 매우 안정적이고 상호 코히어런트한 특성을 가지며 파장 가변이 가능한 레이저 빔이 방출되도록 하는 것이 매우 중요하다. 또한, 상기 두 개의 레이저 다이오드를 단일 집적하여 소형으로 구현하는 것도 매우 중요하다.
하지만, 현재까지 포토믹싱 방법에서 활용하는 기술은 대부분 두 개의 고출력 고체 레이저나 반도체 레이저의 두 개의 종 모드 간격을 제어하여 두 모드의 주파수 차이가 테라헤르츠가 되도록 하는 방법들을 활용하고 있으며, 이로 인하여 안정적으로 테라헤르츠파를 발생시키기 어려울 뿐만 아니라 주파수 가변 및 소형화가 어려운 한계점을 갖고 있다.
일례로, 도파로에 두 개의 여기 광원을 주입하여 고출력의 테라헤르츠파를 생성하는 방법이 공지되어 있으나, 이 방법은 두 모드의 파장 간 위상 변조가 불가능하여 테라헤르츠파 발생 효율이 낮고 안정성에 문제가 있다는 단점이 있다.
다른 일례로, DFB 레이저에서 두 개의 측모드가 발진하도록 설계하여 이들의 파장 차이에 의해 테라헤르츠파를 생성하는 방법이 공지되어 있으나, 이 방법은 하나의 이득 매질 사용으로 인한 동작 영역 한계와 제한된 주파수의 문제점을 갖고 있다.
또 다른 일례로, 격자 주기가 다른 두 개의 DFB 영역과 위상 변조 영역으로 구성된 다중 영역 DFB 레이저 소자를 이용하여 테라헤르츠파를 발생시키는 방법이 공지되어 있으나, 이 방법은 DFB 레이저의 자체의 파장 가변 범위가 수 nm로 제한되므로 두 모드간의 차이 또한 수 nm 정도에 불과하다. 따라서 테라헤르츠파의 주 파수 가변은 THz 에 이르지 못하는 한계를 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 두 모드에서 안정적인 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있으며 주파수 가변이 용이하고 소형화가 가능한 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자는, 하나 이상의 파장의 빔을 동시에 각각 발생시키는 제1, 2 광원과, 상기 제1, 2 광원으로부터 발생된 빔을 집속시키는 렌즈와, 상기 렌즈에 의해 집속된 빔을 리트로(Littrow) 회절 조건 및 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건에 따라 각각 회절시키는 제1, 2 회절부로 구성된 이중 회절격자를 포함하며, 상기 이중 회절격자의 제1, 2 회절부에 의해 회절된 각 빔의 비팅(beating)에 의해 테라헤르츠파가 생성되는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 이중 회절격자의 제1 회절부는 상기 제1 광원으로부터 발생된 빔 중 제1 파장에서 리트로(Littrow) 회절 조건을 만족할 수 있도록 제1 격자 주기를 가지며, 상기 이중 회절격자의 제2 회절부는 상기 제1 광원으로부터 발생된 빔 중 상기 제1 파장과 일정한 파장 간격을 갖는 제2 파장에서 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건을 만족할 수 있도록 제2 격자 주기를 갖는다. 즉, 상기 제1 파장의 빔은 상기 이중 회절격자의 제1 회절부에서 리트로(Littrow) 회절 조건에 따라 회절되어 상기 렌즈를 통해 상기 제1 광원으로 입사되며, 상기 제2 파장의 빔은 상기 이중 회절격자의 제2 회절부에서 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건에 따라 회절되어 상기 제2 광원으로 입사된다.
따라서, 상기 제1 광원과 상기 제2 광원은 상기 제1 파장과 상기 제2 파장에서 각각 리트로 회절 조건과 리트만 회절 조건에 의해 공진 모드를 형성하며, 상기 이중 회절격자의 제1 회절부에서 회절된 상기 제1 파장의 빔과 상기 이중 회절격자의 제2 회절부에서 회절된 상기 제2 파장의 빔의 비팅(beating)에 의해 테라헤르츠파가 생성된다.
한편, 상기 제2 광원이 레이저 다이오드 어레이로 구성된 경우, 상기 제1 광원이 리트로(Littrow) 회절 조건에 의해 발진하고, 상기 레이저 다이오드 어레이 중 어느 하나의 레이저 다이오드가 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건에 의해 발진한다.
또한, 인가되는 전기 신호에 따라 굴절률이 변화되는 가변 편향기가 상기 리트만(Littman-Metcalf) 회절이 일어나는 경로상에 배치된 경우, 상기 가변 편향기의 굴절률 변화에 따라 상기 이중 회절격자의 제2 회절부에서 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건에 의해 회절된 빔의 파장이 연속적으로 가변되어 상기 테라헤르츠파의 주파수가 가변된다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 두 모드에서 안정적으로 테라헤르츠파를 발생시킬 수 있으며 수 THz 까지 주파수 가변이 용이하고 소형화가 가능한 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자를 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자(200)는, 여러 파장의 빔을 발생시키는 제1, 2 광원(210, 220)과, 상기 제1, 2 광원(210, 220)으로부터 발생된 빔을 집속시키는 렌즈(230)와, 상기 렌즈(230)에 의해 집속된 빔을 상기 제1, 2 광원(210, 220) 쪽으로 회절시키는 이중 회절격자(250)로 구성되어 있다.
상기 제1, 2 광원(210, 220)은 여러 파장의 빔을 발생시키며 넓은 파장 대역을 갖는 광원으로써 페브리-페롯(Fabry-Perot) 반도체 레이저인 것이 바람직하며, 그 종단에는 수동 도파로(미도시)가 결합되는 것이 바람직하다.
상기 이중 회절격자(250)는 제1 격자 주기(d1)를 갖는 제1 회절부(251)와, 제2 격자 주기(d2)를 갖는 제2 회절부(253)로 이루어진다. 여기에서, 상기 제1 격자 주기(d1)는 리트로 회절 조건을 만족시킬 수 있도록 설정되며, 상기 제2 격자 주기(d2)는 리트만 회절 조건을 만족시킬 수 있도록 설정된다.
즉, 본 발명에서는 2개의 격자 주기(d1, d2)를 갖는 이중 회절격자(250)를 이용하여 제1 파장(λ1)에서 리트로 회절 조건을 만족시키는 동시에 제2 파장(λ2)에서 리트만 회절 조건을 만족시킴으로써, 제1, 2 파장(λ1, λ2)에서 동시에 발진이 이루어지도록 하여 두 발진 파장의 비팅(beating)에 의해 테라헤르츠파를 생성하며, 이에 대하여 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 제1 광원(210)으로부터 발생된 빔 중 제1 파장(λ1)의 빔(B1)은 렌즈(230)에 의해 집속되어 이중 회절격자(250)로 입사된다. 상기 제1 파장(λ1)의 빔(B1)은 이중 회절격자(250)의 제1 격자 주기(d1)를 갖는 제1 회절부(251)에서 리트로 회절 조건에 따라 회절되어 다시 렌즈(230)를 통해 제1 광원(210)으로 되돌아간다.
한편, 제1 광원(210)으로부터 발생된 빔 중 제2 파장(λ2)의 빔(B2)은 렌 즈(230)에 의해 집속되어 이중 회절격자(250)로 입사된다. 상기 제2 파장(λ2)의 빔(B2)은 이중 회절격자(250)의 제2 격자 주기(d2)를 갖는 제2 회절부(253)에서 리트만 회절 조건에 따라 회절되어 렌즈(230)를 통해 제2 광원(220)으로 입사된다.
이 때, 제1, 2 파장(λ1, λ2)과 제1, 2 격자 주기(d1, d2)와의 관계식은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112008036307214-pat00001
(여기에서, m은 격자 차수, neff은 빔의 유효 굴절률, θi는 입사각도, θo는 회절 각도를 나타냄)
상기 수학식 1을 이용하여 제1, 2 파장(λ1, λ2)에서 동시에 공진이 이루어질 수 있는 파장 간격(Δλ21 = λ2 - λ1)을 계산하면, 다음의 수학식 2와 같다.
Figure 112008036307214-pat00002
(여기에서, m은 격자 차수, neff은 빔의 유효 굴절률, θi는 입사각도, θo는 회절 각도를 나타냄)
따라서, 제1, 2 광원(210, 220)이 모두 동작되는 상태에서, 제1, 2 광원(210, 220)은 소정의 파장 간격(Δλ21)을 갖는 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)에서 공진 모드를 형성하게 된다.
즉, 제1 광원(210)과 제1 회절부(251)의 리트로 회절 공진 조건에 따라 제1 파장(λ1)의 빔(B1)이 발진하며, 제1 광원(210) 및 제2 광원(220)과 제2 회절부(253)의 리트만 회절 공진 조건에 따라 제2 파장(λ2)의 빔(B2)이 발진한다.
이 때, 다음의 수학식 3과 같이 제1 파장(λ1=1/f1)의 빔(B1)과 제2 파장(λ2=1/f2)의 빔(B2) 사이에 비팅(beating)이 발생되며, 이러한 비팅에 의해 최종적으로 소정의 파장 간격(Δλ21)에 해당하는 주파수((f1-f2)/2)로 변조된 테라헤르츠파가 생성된다.
Figure 112008036307214-pat00003
여기에서, 제1 광원(210)이 제2 파장(λ2)의 빔(B2)에 의해 발진되지 않도록 설계하고, 제2 광원(220)이 제1 파장(λ1)의 빔(B1)에 의해 발진되지 않도록 설계하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 광원(210)으로부터 제1, 2 파장(λ1, λ2)의 빔이 동시에 발 생됨에 따라 발진 특성이 다소 불안정해질 수 있는데, 이러한 문제점은 제2 광원(220)의 이득을 적절히 제어하는 것에 의해 해결될 수 있다.
(제2 실시예)
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자(200a)를 나타낸 도면으로, 도 2에 도시된 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자(200)에서 제2 광원(220)이 레이저 다이오드 어레이(220')로 구성된 것을 제외하고는 다른 구성 요소는 동일하다.
도 3을 참조하면, 제1 광원(210)과 레이저 다이오드 어레이(220') 중에서 n번째 레이저 다이오드(22n)에 전류를 주입하여 동작시키면, 제1 광원(210)은 리트로 회절 조건에 따라 회절되는 제1 파장(λ1)의 빔(B1)에 의해 발진하고, n번째 레이저 다이오드(22n)는 리트만 회절 조건에 따라 회절되는 제n 파장(λn)의 빔(Bn)에 의해 발진한다.
즉, 제1 광원(210)과 n번째 레이저 다이오드(22n)를 동작시키면, 제1 파장(λ1)의 빔(B1)과 제n 파장(λn)의 빔(Bn)의 비팅에 의해 소정의 파장 간격(Δλn1=λn-λ1)에 해당하는 주파수((f1-fn)/2)로 변조된 테라헤르츠파가 생성된다.
(제3 실시예)
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소 자(200b)를 나타낸 도면으로, 도 3에 도시된 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자(200a)에서 리트만 회절이 일어나는 경로에 삼각형 모양의 가변 편향기(270)가 구비된 것을 제외하고는 다른 구성 요소는 동일하다.
도 4를 참조하면, 이중 회절격자(250)의 제2 회절부(253)에서 리트만 회절 조건에 의해 회절되는 제2 파장(λ2)의 빔만(B2)이 가변 편향기(270)를 통과한다.
가변 편향기(270)는 인가되는 전기 신호에 따라 굴절률이 변화되며, 이러한 가변 편향기(270)의 굴절률 변화에 따라 통과된 빔의 방향이 가변되어 리트만 회절 조건을 만족하는 공진 파장도 연속적으로 가변된다.
따라서, 리트로 회절 조건과 리트만 회절 조건을 만족하는 공진 파장의 차이에 의한 테라헤르츠파의 주파수도 연속적으로 가변되는 것이다.
예를 들어, 제1 회절부(251)의 격자 주기(d1)가 4.4㎛, 주변 굴절률이 3.258인 경우, 1530nm 파장의 빔에 대한 리트로 회절각(θ1)은 상기 수학식 1에 의해 약 21.9도로 계산된다. 그리고, 제2 회절부(253)의 격자 주기(d2)가 3.3㎛ 인 경우, 리트만 회절각(θ2)은 38.7도가 되어 1534nm의 공진 파장이 설정된다. 즉, 1530nm와 1534nm 파장에서 공진 모드가 형성된다.
여기에서, 가변 편향기(270)에 의해 회절 각도가 약 0.19도까지 연속적으로 변화되면, 리트만 공진 파장이 약 4nm까지 변화한다. 따라서, 도4의 경우에 가변 편향기(270)를 리트만 회절 경로에 삽입하게 하여 동작하게 하고, 첫번째 레이저 다이오드(221) 부터 n번째 레이저 다이오드(22n)를 순차적으로 동작시키면, 4xn nm 간격의 주파수 가변 테라헤르츠파를 생성할 수 있게 된다. 총 10개의 레이저 다이오드를 배치한다면 1534 ~ 1570nm사이에서 가변하는 리트만 공진 파장이 설정된다.
결과적으로, 1530nm ~ 1534nm의 차이에 해당하는 0.5THz(~4nm) 주파수에서 1530nm ~ 1574nm의 차이에 해당하는 5THz(~40nm)의 주파수까지 수 THz의 가변 범위를 갖는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자를 설계할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1a는 Littman-Metcalf 방식의 종래 외부 공진기를 설명하기 위한 구조도이며, 도 1b는 Littrow 방식의 종래 외부 공진기를 설명하기 위한 구조도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 주파수 가변 테라헤르츠파 광원을 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110 : 레이저 다이오드　　　　
130 : 렌즈
150 : 회절격자
210, 220 : 제1, 2 광원
230 : 렌즈
250 : 이중 회절격자
251 : 제1 격자 주기(d1)를 갖는 제1 회절부
253 : 제2 격자 주기(d2)를 갖는 제2 회절부
270 : 가변 편향기

Claims (12)

  1. 하나 이상의 파장의 빔을 동시에 각각 발생시키는 제1, 2 광원과,
    상기 제1, 2 광원으로부터 발생된 빔을 집속시키는 렌즈와,
    상기 렌즈에 의해 집속된 빔을 리트로(Littrow) 회절 조건 및 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건에 따라 각각 회절시키는 제1, 2 회절부로 구성된 이중 회절격자를 포함하며,
    상기 이중 회절격자의 제1, 2 회절부에 의해 회절된 각 빔의 비팅(beating)에 의해 테라헤르츠파가 생성되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이중 회절격자의 제1 회절부는 제1 파장에서 리트로(Littrow) 회절 조건을 만족할 수 있도록 제1 격자 주기를 가지며, 상기 이중 회절격자의 제2 회절부는 제2 파장에서 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건을 만족할 수 있도록 제2 격자 주기를 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 광원으로부터 상기 제1 파장의 빔과 상기 제2 파장의 빔이 발생되며, 상기 제1 파장의 빔과 상기 제2 파장의 빔은 일정한 파장 간격을 갖는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 광원으로부터 발생된 제1 파장의 빔은 상기 이중 회절격자의 제1 회절부에서 리트로(Littrow) 회절 조건에 따라 회절되어 상기 제1 광원으로 입사되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 리트로 회절 조건에 따라 회절된 제1 파장의 빔에 의해 상기 제1 광원이 발진하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 광원으로부터 발생된 제2 파장의 빔은 상기 이중 회절격자의 제2 회절부에서 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건에 따라 회절되어 상기 제2 광원으로 입사되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 리트만 회절 조건에 따라 회절된 제2 파장의 빔에 의해 상기 제2 광원이 발진하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 제1, 2 파장의 빔이 상기 이중 회절격자의 제1, 2 회절부에서 각각 회절되어 상기 회절된 제1, 2 파장의 빔의 비팅(beating)에 의해 소정의 파장 간격을 갖는 테라헤르츠파가 생성되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 광원이 레이저 다이오드 어레이로 구성된 경우,
    상기 제1 광원이 리트로(Littrow) 회절 조건에 의해 발진하고, 상기 레이저 다이오드 어레이 중 어느 하나의 레이저 다이오드가 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건에 의해 발진하는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    인가되는 전기 신호에 따라 굴절률이 변화되는 가변 편향기가 상기 리트만(Littman-Metcalf) 회절이 일어나는 경로상에 배치된 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 가변 편향기의 굴절률 변화에 따라 상기 이중 회절격자의 제2 회절부에서 리트만(Littman-Metcalf) 회절 조건에 의해 회절된 빔의 파장이 연속적으로 가변되어 상기 테라헤르츠파의 주파수가 가변되는 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제1, 2 광원은 하나 이상의 파장의 빔을 동시에 각각 발생시키는 페브리-페롯(Fabry-Perot) 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 주파수 가변 테라헤르츠파 광원 소자.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180026339A (ko) * 2016-09-02 2018-03-12 한국전자통신연구원 대상물 측정 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000235203A (ja) 1999-02-16 2000-08-29 Hamamatsu Photonics Kk テラヘルツ波発生装置
JP2003005238A (ja) 2001-06-21 2003-01-08 Inst Of Physical & Chemical Res テラヘルツ波発生装置とその高速同調方法
US20030227668A1 (en) 2002-04-09 2003-12-11 Riken Apparatus for generating tera-herz wave and tuning method
JP2006313140A (ja) 2005-05-07 2006-11-16 Junichi Nishizawa テラヘルツ波発生装置及び方法あるいは分光計測装置及び方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000235203A (ja) 1999-02-16 2000-08-29 Hamamatsu Photonics Kk テラヘルツ波発生装置
JP2003005238A (ja) 2001-06-21 2003-01-08 Inst Of Physical & Chemical Res テラヘルツ波発生装置とその高速同調方法
US20030227668A1 (en) 2002-04-09 2003-12-11 Riken Apparatus for generating tera-herz wave and tuning method
JP2006313140A (ja) 2005-05-07 2006-11-16 Junichi Nishizawa テラヘルツ波発生装置及び方法あるいは分光計測装置及び方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180026339A (ko) * 2016-09-02 2018-03-12 한국전자통신연구원 대상물 측정 장치 및 방법
KR102320418B1 (ko) 2016-09-02 2021-11-03 한국전자통신연구원 대상물 측정 장치 및 방법

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