전기광학 변조기 광 주파수 콤이란 무엇인가? 1부

광 주파수 콤은 스펙트럼 상에서 일정한 간격으로 배열된 주파수 성분들의 연속체로, 모드 고정 레이저, 공진기 등을 이용하여 생성할 수 있다.전기광학 변조기광학 주파수 콤은 다음과 같이 생성됩니다.전기광학 변조기높은 반복 주파수, 내부 상호 건조 및 고출력 등의 특성을 지니고 있어 기기 교정, 분광학 또는 기초 물리학 분야에서 널리 사용되며 최근 몇 년 동안 점점 더 많은 연구자들의 관심을 끌고 있습니다.

최근 프랑스 부르겐디 대학교의 알렉상드르 파리오(Alexandre Parriaux) 연구팀은 학술지 'Advances in Optics and Photonics'에 광학 및 광자학 분야에서 생성된 광 주파수 콤에 대한 최신 연구 진행 상황과 응용 분야를 체계적으로 소개하는 리뷰 논문을 발표했습니다.전기광학 변조본문에는 광 주파수 콤의 소개, 광 주파수 콤 생성 방법 및 특성이 포함됩니다.전기광학 변조기마지막으로 적용 시나리오를 열거합니다.전기광학 변조기본 논문에서는 광 주파수 콤에 대해 정밀 스펙트럼 분석, 이중 광 주파수 콤 간섭, 기기 교정 및 임의 파형 생성 등 다양한 응용 분야를 상세히 설명하고, 각 응용 분야의 원리를 논의합니다. 마지막으로, 전기광학 변조기 광 주파수 콤 기술의 전망을 제시합니다.

01 배경

이번 달은 마이만 박사가 최초의 루비 레이저를 발명한 지 60주년이 되는 달입니다. 4년 후, 미국의 벨 연구소의 하그로브, 포크, 폴락은 헬륨-네온 레이저에서 능동 모드 잠금을 최초로 보고했습니다. 모드 잠금 레이저 스펙트럼은 시간 영역에서는 펄스 방출로 나타나고, 주파수 영역에서는 이산적이고 등간격으로 배열된 짧은 선들의 연속으로 나타나는데, 이는 우리가 일상적으로 사용하는 주파수 빗과 매우 유사하여 이러한 스펙트럼을 "광 주파수 빗"이라고 부릅니다.

광학 빗의 뛰어난 응용 가능성 덕분에, 2005년 노벨 물리학상은 광학 빗 기술에 대한 선구적인 연구를 수행한 한슈와 홀에게 수여되었으며, 이후 광학 빗 개발은 새로운 단계에 접어들었습니다. 응용 분야에 따라 출력, 선간 간격, 중심 파장 등 광학 빗에 대한 요구 사항이 다르기 때문에, 모드 고정 레이저, 마이크로 공진기, 전기광학 변조기 등 다양한 실험적 방법을 사용하여 광학 빗을 생성해야 할 필요성이 대두되었습니다.

그림 1. 광 주파수 콤의 시간 영역 스펙트럼 및 주파수 영역 스펙트럼
이미지 출처: 전기광학 주파수 빗

광 주파수 콤이 발견된 이후, 대부분의 광 주파수 콤은 모드 고정 레이저를 이용하여 생성되었습니다. 모드 고정 레이저에서는 왕복 시간 τ를 갖는 공진기를 사용하여 종방향 모드 간의 위상 관계를 고정함으로써 레이저의 반복률을 결정하는데, 이 반복률은 일반적으로 메가헤르츠(MHz)에서 기가헤르츠(GHz) 범위에 있습니다.

마이크로 공진기에 의해 생성되는 광 주파수 콤은 비선형 효과에 기반하며, 왕복 시간은 마이크로 공동의 길이에 의해 결정됩니다. 마이크로 공동의 길이는 일반적으로 1mm 미만이므로, 마이크로 공동에서 생성되는 광 주파수 콤은 일반적으로 10GHz에서 1TB 범위입니다. 마이크로 공동에는 마이크로튜불, 마이크로스피어, 마이크로링의 세 가지 일반적인 유형이 있습니다. 브릴루인 산란이나 4파 혼합과 같은 광섬유의 비선형 효과를 마이크로 공동과 결합하여 수십 나노미터 범위의 광 주파수 콤을 생성할 수 있습니다. 또한, 일부 음향광학 변조기를 사용하여 광 주파수 콤을 생성할 수도 있습니다.