주입 이득 스위칭 레이저에 기반한 광대역 주파수 빗살 발생에 관한 연구

Abstract

5G 및 6G를 가능케 하는 차세대 통신기술 및 융합기술로서 각광받고 있는 마이크로파 광자기술 (Microwave photonics, MWP)은 RF 신호와 빛을 합성하여 광대역의 신호를 생성하는 기술이다. 차세대 통신 네트워크용 광원으로 활용한 반도체 기반 집적형 광원은 10 GHz 이상의 비교적 넓은 주파수 간격을 갖는 다수의 광 빗살 발생을 통해 고밀도 초대용량 파장분할 다중 시스템용 광원에 적합한 것으로 알려져 있다.

MWP 및 초대용량 고속의 광신호를 구현하기 위해서는 가간섭성(coherence)이 뛰어난 시드광원이 중요하다. 이를 위해 본 논문에서는 주파수 광 빗살 발생기(optical frequency-comb generator)를 주입 이득 스위칭 기술로 구현하였다. 신호의 광대역화를 위하여 광섬유에서 진행하는 빛의 주요 특성인 분산, 비선형 효과, 광증폭 등을 활용하여 설계하였다.

본 논문에서는 첫째, 주입 이득 스위칭 기술에 기반하여 빗살 간격을 10 GHz 주파수로 고정했을 때 출력전력이 8 dBm 인 약 15 개의 광 빗살을 발생시켰다. 주입 이득 스위칭 레이저를 기반한 씨앗(seed) 광원의 변조 특성에 대해 알아보기 위하여 전산모사 및 실험을 진행하였다. 둘째로는 시드 광원의 광대역화를 위하여 분산 및 비선형효과에 의해 약 60개의 광대역 주파수 광빗살을 얻을 수 있었다. 광섬유 내 진행하는 빛의 주요 특성인 분산과 비선형성을 고려하여 분산의 효과가 주도적인 부분 단일모드 광섬유를 통과시켰고, 비선형성을 극대화하기 위해 증폭기와 비선형 계수가 높은 광결정 광섬유 (photonic crystal fiber, PCF)를 거친 후 스펙트럼을 비교하였다.