We have realized the swept source optical coherence tomography(SS-OCT) by using the self-fabricated wavelength swept laser(wavelength tuning range : 80nm, line-width : 0.12nm, wavelength sweeping rate : 50Hz). In addition, we have used the dual balanced detector that could make a mirror image in OCT display suppressed. We can also fabricate the comb filter of Michelson interferometer type for fast-signal processing in OCT. Using this SS-OCT system for measuring an mirror, a 1mm-depth glass and an onion, we confirmed that the in vivo epidermal cross-sectional images for them can be obtained appropriately.
OCT (Optical Coherence Tomography)는 의료용 생체조직의 단층 영상을 레이저 빛을 이용하여 구현하는 첨단 의료기술이다. Time-domain과 Fourier-domain을 기반으로 다양한 광간섭 신호의 획득이 연구되고 있으며, 영상획득 속도의 향상을 위한 경쟁이 세계적으로 치열한 상황이다. 최근 초고속 파장훑음 광원(Wavelength-swept source)의 개발을 통하여 초당 300 frame 이상의 단층 영상이 구현되고 있다. 본 발표에서는 초고속 파장훑음 레이저 광원(Wavelength swept laser)이 능동형 모드잠금(Active mode locking) 외부공진 반도체 공진 구조를 기반으로 새롭게 구현된 연구 성과를 포함한다. 분산에 의한 모드 잠금에 의하여 발진 파장이 결정되어 가변하므로 1 MHz 급 이상의 초고속 반복이 가능하며, 특히 의료용 산업용 분야의 다양한 광센서 및 광영상 응용에 활발히 응용되고 있다.
홀버닝 광메모리의 광원으로서 상용 반도체 레이저 다이오드에 Littman형 및 고정방향 Littrow형 외부공진기를 결합하여 파장가변 레이저 다이오드 시스템을 제작하고 성능을 비교 분석하였다. 두 형태의 파장가변 레이저 다이오드 시스템 모두 0차 출력광은 단일종모드로 동작하며 CFP(Confocal Fabry-Perot)의 분해능인 9MHz이내의 선폭을 예상할 수 있었으며 다이오드 구동전류 140mA 및 동작 온도 $25^{\circ}C$의 조건하에서 거울 및 회절격자를 수동나사로 회전시키는 성긴 튜닝시 Littman형은 5.375nm, 고정방향 Littrow형은 13.65 nm이상의 파장가변 범위를 보였고 PZT (Piezoelectric Transducer)에 200Hz의 톱니파 전압을 인가해서 거울을 회전시키는 미세 튜닝 시 두 형태 모두 0.042nm의 범위 내에서 연속적인 파장가변이 가능하였다. 특히 고정방향 Littrow형 외부공진기는 출력광의 방향이 바뀌는 기존의 단점을 보강하였으며, 또한 외부공진기의 길이에 따른 최대파장가변 범위를 측정하였다.
In this paper, we have developed wavelength swept laser system for the swept source optical coherence tomography(SS-OCT). A laser is constructed by using the two SOAs parallel configuration, fiber Fabry-Perot tunable filter(FFP-TF). The wavelength sweeps are repetitively generated with the repetition period of 50Hz. The wavelength tuning range of the laser is more than FWHM of 80nm centered at the wavelength of 1310nm and the line-width of the source is 0.12 nm.
본 논문에서는 두개의 Unpolarized F-P LD를 이용한 상호주입 잠김 기반의 파장 가변 광원을 구현하였고, 온도 변화에 따른 특성을 분석하였다. 온도 변화에 따라 파장의 가변 범위가 최대 약 2nm이고, 상대적 밀도 잡음(RIN)는 최저 -110dB/Hz임을 확인하였다. 또한 온도가 높을수록 상대적 밀도 잡음(RIN)는 높아지고, Eye Pattern에 Beating Noise가 발생하는 것을 알 수 있었다.
광섬유 격자 센서어레이용 파장가변 광섬유 레이저의 출력파장변화를 복조할 수 있는 시스템을 제안하였다. 광섬유 레이저는 반도체 광증폭기와 Fabry-Perot 필터를 이용하여 제작하였고, 더블패스 마하젠더 간섭계 구조를 적용하여, $90^{\circ}$위상차를 가지는 내부 트리거를 생성하였다. 내부 트리거를 이용하여 얻은 Lissajous 그래프에 원형 피팅을 적용하여 2.51 mrad의 평균위상오차를 얻었다. 실험을 통하여 파장가변필터의 비선형 동작 특성에 의한 광섬유 레이저의 비선형 출력을 확인하였다. 제안한 파장검출 방법을 적용하면 파장가변광원의 비선형성을 보상하여 광섬유격자 센서시스템을 위한 효율적인 광원으로 적용이 가능할 것으로 예상된다.
라이다 광원용 다중통과 Ti-sapphire 증폭기를 각도다중 방식으로 설계하여 출력에너지 및 스펙트럼 특성을 개선하였다. 2-단의 다중통과 증폭기에서 파장이 790nm 일 때, 42mJ의 출력에너지와 21dB의 증폭이득 및 26%의 출력효율을 얻었으며, 715~930nm이 파장가변 영역에서 스펙트럼 선폭은 0.05$cm^{-1}$ / 이하였다. 780nm의 파장에서 35%의 SHG 변환효율과 390nm의 파장에서 13%의 THG 변환효율을 각각 얻었다. 결과적으로 240~306nm의 자외영역과 360~460nm의 deep-blue 영역에서 연속적으로 파장을 가변시킬 수 있었다.
1530nm 파장 대역이 L밴드 (long-wavelength-band) EDFA(erbium-doped fiber amplifler)를 위한 펌프 파장으로 연구되었다. 이 펌프 광원은 파장 가변 광원과 직렬 연결된 C 밴드 (conventional-band) EDFA로 제작되었다. 이 L밴드 EDFA는 순방향 펌핑 구조를 사용하였다. 1530nm 대역 내에서 1545nm 펌프 파장을 사용하였을 때 0.454B/mW 이득 계수를 얻었는데 이는 기존에 사용되는 1480nm 파장으로 펌핑 하였을 경우보다 2배 이상 높은 수치이다. 1530nm 파장 펌핑의 잡음지수는 가장 좋지 않은 경우가 6.36dB였는데 이는 1480nm 펌핑보다 0.75dB 높은 값이다. 제안된 펌핑 파장을 이용하는 L밴드 EDFA에서 얻은 이 같은 골은 이득 계수는 이 L밴드 EDFA가 전력 소모를 적게 한다는 것을 의미한다.
본 논문에서는 Self-Seeding 방식의 F-P LD를 이용하여 WDM-PON에서의 새로운 파장 가변 광원 구조에 대하여 제안한다. 제안된 광원은 매우 간단한 구조를 갖고도 약 20 nm 정도의 큰 파장 대역을 갖는 장점을 가졌다. 상대적 잡음 밀도(RIN)은 약 -124dB/Hz로 나타났으며, 외부 변조기를 통해 외부 변조한 결과 10Gb/s 신호에 대한 변조 가능성을 확인 할 수 있었다.
WDM광통신의 핵심 소자 중 하나인 파장 가변 레이저를 넓은 파장 영역에서 회절 격자에 대한 입사각의 변화에 따라 연속 가변되는 Littman형과 Littrow 형의 외부 공진기로 구현하였다 회절 격자에 대한 입사각과 회절각이 동일하며 구조가 간단한 Littrow형의 파장 가변 레이저에서, 입사각 49$^{\circ}$를 중심으로 격자를 $\pm$1$^{\circ}$정도 회전시켜 C-밴드 및 L-밴드 영역을 대부분 포함하는 약 80 nm 정도의 가변 범위(1510 nm-1590 nm)를 얻었으며, 특히, 60 nm 범위에서는 주입 전류의 조절 없이 1.5㏈ 미만의 출력 변화를 보임으로써, 광대역 파장 가변 광원으로 적합한 구조임을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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