광섬유 펨토초 레이저로부터 광주파수 생성에 대한 연구

Abstract

광 빗은 시간/주파수 표준에 안정화 된 펨토초 레이저에 의해 생성되어진다. 이 때, 광 빗은 매우 좁은 선폭과 정확한 주파수 위치를 가지는 백만개의 광 모드들로 이루어진 정밀한 자를 구성한다. 비록 광 빗의 광 모드들이 좋은 주파수 특성을 가지지만, 하나의 모드를 단색광 광원으로 사용하기에는 광량 작다는 어려움이 존재하였다. 하나의 모드가 가지는 낮은 광량을 극복하기 위해서 광주파수 발생기가 제안되고, 개발되었다. 특히 하나의 모드를 추출/증폭 하는 방법의 광주파수 발생기는 광 빗 그 자체의 특성을 그대로 유지하는 단색광 광원으로 사용할 수 있었다. 하지만 광주파수 발생기는 환경 변화에 민감하여 장기간 구동이 힘들었다. 이러한 점 때문에 광섬유 펨토초 레이저, 광량 증폭, 광주입위상잠금회로를 광주파수 발생기에 적용하였다. 우선 광 빗으로부터 하나의 모드만을 Scanning Fabry-Perot Interferometer(SFPI)과 Fiber Bragg Grating(FBG)로 이루어진 복합 필터링 시스템을 사용하여 추출한다. 추출된 모드는 약 100 nW의 낮은 광량을 가지므로 Distributed Feedback(DFB) 레이저를 사용한 주입잠금기법을 통하여 50 dB, 즉, 수십 mW 수준의 광량을 가지도록 증폭한다. 이 때 주입잠금기법은 매우 낮은 배경 잡음을 가지며, 원하는 신호만 순수하게 증폭이 가능한 기법이다. 그 후 광주입 위상잠금회로로 DFB 레이저를 제어하여 주입잠금상태가 유지되도록 한다. 실험결과, 광주파수 발생기로부터 생성된 빛은 1 Hz 미만의 좁은 선폭과 10초에서 $5.8×10^{-13}$의 높은 주파수 안정도를 가지는 것이 확인되었다. 이를 통하여 광섬유 펨토초 레이저를 이용한 모드 추출/증폭 방식의 광주파수 발생기가 성공적으로 개발된 것을 확인할 수 있었다. 새롭게 개발된 광주파수 발생기는 시간/주파수 표준에 소급되는 매우 정확하고, 안정적이고, 하나의 단일 광 주파수를 생성해 낼 수 있으며, 장기간 구동이 가능하기에 거리 측정, 주파수 측정, 광통신 등의 다양한 분야에서 중요한 광원으로 사용될 것이다.