KR100411871B1 - 발광 장치 - Google Patents

발광 장치

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KR100411871B1
KR100411871B1 KR10-1999-7001818A KR19997001818A KR100411871B1 KR 100411871 B1 KR100411871 B1 KR 100411871B1 KR 19997001818 A KR19997001818 A KR 19997001818A KR 100411871 B1 KR100411871 B1 KR 100411871B1
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웨버진-피어레
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텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
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Abstract

동조 가능한 레이저 장치에서, 기본적으로 동일한 복수의 레이저(3,3')는 공통의 기판(1)상에 행 또는 열로 서로 인접하여 배치된다. 레이저(3,3')는 DFB-형일 수 있고, 각각의 레이저의 파장을 정의하는, 예컨대 격자(5)의 상이한 피치(pitch)로부터 획득된 상이한 방출 파장을 갖는다. 레이저는 레이저의 상부측상에 위치된 접점(11)에 전류를 공급함으로써 서로 독립적으로 광을 방출하기 위해 활성화될 수 있다. 레이저가 활성화될 때, 다른 레이저는 바이어스됨으로써, 능동 레이저의 한 측에 위치된 레이저가 방출된 광에 투명하고, 이러한 광은 그 후 전기광 변조기(17)를 통해 이들 레이저로부터 진행할 수 있고, 다른 측에 위치된 레이저는 광을 흡수한다. 온도를 제어함으로써, 방출된 광의 파장은 미세하게 조정될 수 있다. 이러한 레이저 장치는 콤팩트 구조를 갖고, 사용된 구동 전류의 변동에 매우 민감하지 않으며, 간단한 방식으로 상이한 동작 상태로 조정될 수 있고, 노화 영향(aging effect)에 대해 보상될 수 있다.

Description

발광 장치{A LIGHT EMITTING DEVICE}
광섬유 통신 네트워크에서의 파장 분할 다중화(WDM)(wavelength division multiplexing)의 사용을 도입함으로써, 이와 같은 네트워크에서 송신된 정보의 대역폭 및 그것에 의한 정보량은, 매우 높은 송신 속도를 사용하지 않고도 이전보다 훨씬 많게 될수 있다. 그 대신에, 정보는, 복수의 병렬 채널상에서 전송되고, 이들 채널의 각각은 일정한 별개의 파장 영역 또는 파장 대역으로 이루어진다. 채널당 2.5 Gbit/s의 송신 속도 또는 비트 속도를 갖는 4개 내지 16개의 채널로 이루어진 시스템이 현재 도입되어 있다. 보다 긴 시간이 흘러감에 따라, 확실히 더 많은 채널이 사용될 것이다. 따라서, 다수의 16개 내지 32개의 채널을 사용하는 것이 완전히 현실적이고, 실험실에서는 128개 채널을 사용하는 기능 송신 시스템이 입증되었다. 더욱이, 동일한 방식으로, 확실히 채널당 비트 속도도, 예컨대, 10 Gbit/s로 상당히 증가된다. 실험실에서는 20, 30 및 40 Gbit/s의 속도와 같이 더 높은 송신 속도가 사용되고, 또한 이러한 송신 속도는 아마 장래에 사용될 것이다.
파장 다중화 송신에서의 각 채널 및 파장 영역에 대하여, 적절한 반도체 레이저와 같은 별개의 광원이 사용되어야 하는데, 레이저에 의해 발생된 광은 또한 유용한 정보를 반송하는 비트열을 획득하기 위해 변조될 수 있어야 한다. 그러나, 주 문제 중의 하나는, 이와 같은 레이저 송신기를 달성하는 것인데, 그 이유는 이들 송신기가 협소한 광선폭(narrow optical line width), 즉, 작은 처프(chirp)를 가져야 하기 때문이다. 이것은, 다른 방법중에서, 외부 변조를 도입하고, 즉, 레이저가 정전류에 의해 구동되고, 이런 변조를, 별개의 강도 변조기 또는 레이저와 모놀리식으로 집적된 강도 변조기, 예컨대, 전기 흡수(electro absorption)형의 것으로 행함으로써 달성할 수 있다. 이 레이저는, 레이저가 동작할 때, 단지 하나의 종방향(longitudinal) 전자기 모드가 레이저 광을 발하는 것을 확실히 하기 위해, DFB형, 즉, 분포된 피드백을 갖는 레이저이든가, 또는 DBR형, 즉, 분포된 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)를 갖는 레이저이어야 한다.
파장 다중화를 위해 현재 가장 관심이 있는 파장 영역은 약 1530nm 내지 1560 nm의 범위로 이루어진다. 이것은, 에르븀 도핑 광섬유 증폭기(erbium doped fiber amplifiers)(EDFA)와 같은 양호한 광섬유 증폭기가 이용 가능한 범위이다. 장래에는, 예컨대, 약 1300 nm와 같은 다른 파장 영역도 사용될 수 있다.
통상적으로, 현재 사용되는 발광 및 변조 장치는, 예컨대, DFB형의 레이저 송신기가 상이한 파장에 대해 제조되고, 이런 파장에서 각각의 레이저 송신기가 발광을 위해 활성화될 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 DFB 레이저의 레이저 파장은, 레이저의 능동층의 능동 굴절률 및 종방향 격자(grating)의 피치("pitch"), 즉, 격자 주기에 의해 결정된다. 이러한 레이저는, 약 5 nm의 파장 간격내에서 레이저의 온도를 제어함으로써 동조될 수 있는데, 그 이유는, 통상적인 경우에, 파장이 약 0.1nm/K 만큼 변화하고, 반도체 레이저는, 온도를 높이면 임계 전류가 증가하고, 방출된 광의 출력 전력이 감소함으로 인하여 너무 높은 온도에서는 동작될 수 없기 때문이다. 이것은, 레이저가 상이한 파장의 클라스(class)에서 제조되어야 하고, 파장 다중화를 위해 송신기 장치를 설치할 때 정확한 구성 소자가 선택되어야 한다는 것을 의미한다. 또한, 이것은, 방출된 파장이 보다 큰 파장 범위내에서 쉽게 변경될 수 없고, 즉, 임의의 채널로의 변경이 쉽게 이루어질 수 없다는 것을 의미한다. 아마도, 채널의 변경은, 서로 근접한 파장에서 동작되는 레이저에 대해 이루어질 수 있다. 그러나, 이러한 채널 변경은, 광 크로스 접속(optical cross connections)(OXC) 및, 애드/드롭(add/drop) 기능을 갖는 광 멀티플렉서(OADM, Optical Add/Drop Multiplexers)를 포함하는 플렉시블 광 네트워크에서 중요할 수 있다.
보다 넓은 범위를 지니고, 파장이 선택될 수 있는 레이저를 달성하기 위해 상이한 제안이 있어 왔다. 이들 제안은, DBR 레이저의 상이한 변형물을 포함하고, 여기에서는 격자의 반사 최대점이, 전류를 주입하거나, 도파관을 국부적으로 가열하며, 또는 장치에 정전계를 걸쳐 놓음으로써 변위될 수 있다. 하나의 제안은, DFB 레이저가 상이한 세그먼트로 분할되고, 상이한 세그먼트에서 전류를 변화시키는 방법에 기초한다. 제 3 제안은, 레이저 캐비티(cavity)가 약간 상이한 길이를 갖는 상이한 소캐비티(subcavities)로 분할되고, 방출될 파장을 정하기 위해 상이한 캐비티 사이에서 간섭을 사용하는 방법에 기초로 하며, 소위 Y-레이저 또는 C3-레이저이다. 이들 유형의 모두와 관련된 문제는, 동조 메카니즘이 비교적 복잡해서, 복잡한 제어 알고리즘을 필요로 하고, 굴절률을 변경시키기 위해 전류 주입에 기초하는 이들 유형의 모두가 장치의 신뢰성과 관련된 문제로 인해 손상을 받는다는 것이다.
본 발명은 광을 생성 또는 방출하기 위한 광원에 관한 것으로써, 이런 광원의 파장은 전기 신호와 같은 것에 의해 제어될 수 있고, 특히, 상이한 파장의 광을 방출하기 위해 동조 가능한 레이저 장치 및, 상이한 파장의 레이저 광을 생성 또는 방출하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 상이한 파장에 동조 가능하고, 3개의 개별적인 레이저 및 하나의 변조기를 포함하는 레이저 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 공급되는 전류의 함수로서의 DFB 레이저로부터의 광 출력의 전력의 다이어그램이다.
도 3은 2개의 개별 레이저를 포함하는 레이저 장치에 대한 주파수의 함수로서의 소멸비(extinction ratio) 및 사이드 모드 억압(side mode suppression)의 다이어그램이다.
도 4는 2개의 개별 레이저를 포함하는 레이저 장치에 의한 광섬유에서의 정보 송신에 대한 비트 에러율의 다이어그램이다.
본 발명의 목적은, 너무 제한되지 않은 파장 범위내에서 상이한 파장의 광을 제공하기 위하여 동조될 수 있는 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 신뢰할 수 있는 기능을 갖고, 동작 전압 및 동작 전류의 선택에 너무 민감하지 않은 동조 가능한 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 콤팩트 구성을 갖고, 단일 회로판상에 모놀리식으로 집적된 방식으로 조립될 수 있어, 동작하기 위해 추가의 광 구성 소자를 필요로 하지 않는 동조 가능한 레이저 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적 및 다른 목적은 아래의 설명에서 알 수 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 간단하고 신뢰할 수 있는 구성 및 기능을 갖고, 너무 제한되지 않은 파장 범위내에서 선택된 파장으로 광을 방출하기 위해 쉽게 제어될 수 있는 동조 가능한 레이저 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제 및 다른 과제의 해결책은, 원칙적으로 서로 동일하고, 행 또는 열(line or row) 구성으로 서로 인접하게 위치되는 다수의 독립된 레이저를 제공하는 것이다. 이들 레이저는, 상이한 방출 파장을 갖고, 서로 독립적으로 발광시키기 위해 동작될 수 있다. 모든 레이저의 발광 방향은, 실질적으로 서로 일치하고, 즉, 레이저는 동일한 종방향을 갖는다. 또한, 레이저의 배치는, 열에서의 한 레이저로부터 방출된 광이 다른 레이저로 향한 방향으로 통과하고, 및/또는 다른 레이저를 통해, 특히 그의 레이저 캐비티를 통과하도록 한다.
이러한 레이저 장치는, 이점으로 동일한 반도체 또는 다른 유형의 기판상의 반도체 레이저에 의해 구성된다. 서로 평행하게 발광하고, 서로의 측면에 있는 수개의 레이저를 포함하는 동조 가능한 레이저 장치와 비교하면, 여기에서 기술된 바와 같은 레이저 장치에서는, 종래 기술의 장치를 상당히 간략화한 광 결합기가 필요하지 않다.
따라서, 일반적으로, 본원에 설명된 바와 같은 레이저 장치는 구성이 간단하고 견고하다. 또한, 이것은, 비교적 간단한 제어 알고리즘만을 필요로 하기 때문에 쉽게 제어될 수 있다. 반도체에 기초하는 레이저 장치의 설계에서는, 레이저의 방출 파장이 공지된 방식으로 장치의 온도를 제어함으로써 미세하게 조절될 수 있다. 또한, 이 장치는, 결합기가 필요하지 않기 때문에, 레이저에 공통인 기판상에 작은 표면을 필요로 한다. 레이저 장치의 제조는, DFB 레이저를 제조할 시에 사용되는 동일한 공지된 프로세스에 의해 행해질 수 있다.
일반적으로, 복수의 상이한 파장중의 하나의 레이저 광을 방출하기 위해서는, 아래의 단계가 실행된다. 즉, 최초에, 상이한 방출 파장의 광을 방출하는 2개 이상의 레이저 유닛이 제공되고; 그 후, 이들 레이저 유닛은, 예컨대, 행 또는 열로 배치됨으로써, 이들중의 하나가 레이저 광을 방출하기 위해 바이어스될 때, 광은 복수의 방향으로, 일반적으로 2개의 대향하는 방향으로 방출되고, 이 방향의 하나는 하나 이상의 다른 레이저 유닛을 통과하고, 바람직하게는, 모든 레이저 유닛은 레이저 유닛의 모두로부터 방출되는 광이 동일한 방향을 갖도록 위치되며; 그 후, 복수의 레이저 유닛중의 하나만인 제 1 레이저 유닛은, 예컨대 이 유닛에 적절한 구동 전압 및 전류를 제공함으로써 광을 방출하기 위해 바이어스 또는 활성화되고; 레이저 유닛의 상이한 제 2 레이저 유닛을 통해 제 1 레이저 유닛으로부터 방출되는 광의 방향중의 하나가 통과하고, 상기 제 2 레이저 유닛은 바이어스되어, 제 1 레이저 유닛으로부터 방출되는 광에 대해 투명하게 되고, 즉, 방출된 광을 통과시키거나, 또는 제 1 레이저 유닛으로부터 방출되는 광을 흡수하도록 한다.
복수의 레이저 유닛은, 제 1 레이저 유닛의 한 측면상에 위치되는 제 2 레이저 유닛 및, 제 1 레이저 유닛의 대향하는 측면상에 위치되는 제 3 레이저 유닛으로 분할될 수 있는데, 여기에서, 이러한 제 2 및 제 3 레이저 유닛이, 레이저 유닛의 행 또는 열에서의 제 1 레이저 유닛의 위치에 따라 존재하지 않음으로써, 제 1 레이저 유닛으로부터 방출된 광의 하나의 방향은 모든 제 2 레이저 유닛을 통해 연장하고, 제 1 레이저 유닛으로부터 방출된 광의 대향하는 방향은 모든 제 3 레이저 유닛을 통해 연장하도록 한다. 그 후, 모든 제 2 레이저 유닛은, 제 1 레이저 유닛으로부터 방출되는 광에 투명하게 되도록 바이어스될 수 있고, 모든 제 3 레이저 유닛은, 제 1 레이저 유닛으로부터 방출되는 광을 흡수하도록 바이어스될 수 있다. 따라서, 제 1 레이저 유닛으로부터 대향하는 방향중 하나로 방출되는 광은, 어떤 적당한 수단, 예컨대 특별히 적응된 흡수 유닛에 의해 항상 흡수될 수 있다.
레이저 유닛의 온도는, 특히 이들 레이저 유닛이 반도체에 기초하는 경우에, 레이저 유닛의 방출 파장의 미세 조절을 행하기 위해 원하는 값으로 제어될 수 있다. 제 1 레이저 유닛을 활성화시킴으로써 방출되는 광은 정보 비트를 반송하기 위해 변조될 수 있다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 제한하지 않는 실시예에 의해 더욱 상세히 설명된다.
도 1에는, 동조 가능한 레이저 장치의 단면이 도시되어 있는데, 이것은 n-도핑된 InP-기판(1)인 반도체 판상에 구성된다. 레이저 장치는 복수의 DFB 레이저(3, 3')를 포함하고, 예에서는 3개의 레이저가 도시되어 있지만, 실제로, 적어도 10개까지의 개별 레이저가 사용될 수 있다. 레이저는 일열로 서로 인접하게 위치되고, 1,2,3으로 번호가 매겨지며, 모두 격자(5)의 상이한 격자 주기를 가지고 있다. 각 레이저(3, 3')는 기본적으로 다른 레이저와 독립적으로 동작됨으로써, 적절한 전류가 거기에 공급되는 경우에, 다른 레이저와 독립적으로 레이저 광을 방출시킬 수 있다. 레이저의 격자 주기가 적당한 방법으로 선택됨으로써, 레이저가 레이저 광을 방출하는 파장은 서로간에 적절한 또는 충분한 차를 갖도록 한다.
개별 레이저(3, 3')간의 파장 분리 및 그의 격자 상수, 즉, 길이 단위당 격자의 결합 강도는, 격자가 레이저의 광을 반사시키는 스펙트럼 영역인 정지 대역(stop band)이 다른 레이저의 정지 대역과 중첩하지 않는 방식으로 선택되어야 한다. 이러한 조건이 충족되지 않는 경우에, 바람직하지 못한 기생 반사(parasitic reflections)에 관련된 문제가 발생될 수 있다. 정지 대역의 스펙트럼 폭(△λ)은, 또한 격자의 광 3㏈ 대역폭이고, 대략 아래와 같은 등식에 의해 주어진다.
△λ=κλ2/ πn
여기에서, κ는 격자의 결합 강도이고, λ는 진공에서의 광의 파장이며, n은 도파관의 유효 굴절율이다. DFB 레이저에 대한 통상적인 값은, 10cm-1에서 100cm-1까지 변할 수 있는 k=50㎝-1이고, λ=1.55 μm 및 n=3.25이며, 이것은 △λ1.2nm를 부여한다. 따라서, 고려된 DFB 레이저(3, 3') 주위에 위치된 격자로부터의 피드백으로 인한 적은 반사가 레이저와 간섭하지 않는 것을 확실히 하기 위해, 예로서 제공된 값에 대해, 레이저의 방출 파장 사이의 거리는 대략 1.5·△λ에 상당하는 적어도 2∼3 nm이어야 한다. 통상의 경우에, 온도 제어에 의해 얻어질 수 있는 이들 파장간의 적절한 중첩을 유지하기 위해, 레이저로부터 방출되는 광의 파장간의 차는, 약간 증가될 수 있지만, 통상적으로 약 3∼5 nm일 수 있다.
모든 레이저는 기판(1)의 하부측상에서와 같은 공통 접지 접점(7)을 갖는다. 레이저내의 도파관(9)은, 1550 nm(Q1.55)의 발광 파장을 갖는 InGaAsP[벌크(bulk) 재료 또는 양자 웰(well)]로 제조된다. 종방향 격자(5)는 도파관을 포함하는 층상에 배치된다. 격자 주기는, 예컨대, 전자 빔 리소그래피에 의해 반도체 판을 제조할 시에 결정된다. 각각의 레이저(3,3')는 그 자신의 전기 접점(11)을 그 최상부측에 갖는다. 레이저(3,3')는, 예컨대, 반격리(semi-isolating) InP, SI-InP를 포함하는 트렌치(trenches)(13)에 의해 서로 전기적으로 분리된다. 레이저(3, 3')는, 수동 도파관(15)에 의해 서로 광학적으로 접속되고, 이들 수동 도파관은 트렌치(13)의 하부에 위치되고, 약 1450 nm(Q1.45)의 발광 파장을 갖는 InGaAsP일 수 있다. 레이저(3')에 인접하여, 레이저(3,3')의 열의 단부에, 전기 흡수형의 광 강도 변조기(17)가 배치될 수 있고, 이것은 p-도핑된 InP-층(19)을 포함한다. 이러한 층(19)은 레이저(3,3')를 서로 접속하는 이들 도파관(15)과 동일한 유형의 수동 도파관(21)의 상부에 위치된다. 강도 변조기의 InP-층(19)은 그의 상부측에 변조 전압을 공급하기 위한 전기 접점(23)을 갖는다.
레이저 장치의 동작은 도 2와 함께 설명된다. 레이저(3, 3')에 공급되는 전류 강도는 I1,I2,I3로 표시되고, 여기에서, 첨자는 레이저의 순위 번호에 상당한다. 이러한 레이저중의 하나, 예컨대, 레이저 NO. 2는, 그것을 실질적으로 임계 전류(Ith)를 초과하여 레이저를 통과하는 큰 전류(I2=Ilas)에 의해 순방향으로 바어이스함으로써 선택된다. 그 후, 이 레이저는 레이저 광을 방출하기 시작한다. 이런 광은, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저의 종방향에서의 2개의 대향하는 방향, 즉, 순방향, 즉 좌로, 변조기(17) 방향과, 역방향, 즉 좌로의 방향으로 방출된다.
가장 간단한 유형의 레이저 설계에 대해서는, 하나의 방향으로 방출되는 광 및 대향하는 방향으로 방출되는 광의 비는 1과 같다. 그러나, 레이저의 격자는, 하나의 방향으로 방출되는 광이 대향하는 방향보다 많도록 설계될 수 있다. 그것은, 격자의 강도를 (동일한 레이저에서) 종방향으로 변화시킴으로써 공지된 방법으로 달성된다.
선택된 레이저의 뒤에 위치하는 레이저, 상술한 예에서는 레이저 NO. 1은, 전류가 이들 레이저를 통과하지 않도록, 역방향으로 전압 바이어스되거나 또는 순방향으로 약하게 바이어스할 뿐으로 동작된다. 따라서, 이런 예에서, 전류(I1)는 음일 수 있거나 적은 양의 값을 가질 수 있다. 그 후, 뒤에 위치하는 레이저는 선택된 레이저의 역방향으로 방출되는 광을 흡수한다. 그것에 의해, 선택된 레이저의 배면으로부터, 즉, 종방향에서 볼 수 있는 바와 같은 선택된 레이저의 배면측 표면으로부터의 반사와 관련된 문제는 제거된다. 반사가 가장 배후 레이저에 영향을 미치지 않는 것을 확실히 하기 위해, 이 가장 배후 레이저는 도 1에서 레이저 NO. 1이고, 이것이 광을 방출하기 위해 선택되는 경우에, 도시되지 않은 나머지 부분은 레이저 장치의 가장 배후 부분에 부착될 수 있다. 이러한 부분은, 열의 레이저의 구성과 동일한 구성을 가질 수 있지만, 광을 방출할 필요는 없다. 이러한 부분에는 구동 전류가 제공됨으로써, 활성화된 레이저의 뒤에 위치되는 레이저에 대해 전술한 바와 동일한 방식으로 흡수하도록 한다. 선택적으로, 레이저 장치의 가장 배후 부분에는 도시되지 않은 하나 또는 수개의 유전체 반사 방지층이 배치될 수 있다.
선택된 레이저의 전방에 위치되는 레이저, 즉, 선택된 레이저와 가능한 변조기 사이에 위치되는 레이저, 선택된 예에서는 레이저 NO. 3은 순방향으로 적당히 바이어스되어 동작된다. 이것에 의해, 이들 레이저에 걸친 전압은, 통상적인 경우에, 도 2에 도시된 바와 같이, 전류가 투명성 전류(Itranp)와 임계 전류(Ith) 간의 값을 갖도록 선택된다. 이러한 예에서는, Itranp＜ I3＜ Ith로 되어야 한다. 투명성 전류(Itranp)는, 도래(incoming) 광 신호가 레이저의 능동층에서 네트(net) 증폭 또는 네트 흡수를 하지 않는 전류 강도로서 정의된다. 임계 전류(Ith)는, 유도 증폭이 레이저 캐비티로부터 떨어져 있는 광의 흡수 및 결합 모두에 의해 발생되는 총손실과 균형을 이루게 하는 전류 강도로서 정의되며, 따라서, 이는, 레이저를 통하는 전류가 증가할 때, 레이저가 레이저 광의 방출을 개시하는, 즉, "레이즈(lase)"를 개시하는 전류이다.
선택된 레이저의 전방에 위치된 레이저에 대한 전류 강도의 정확한 값의 선택은 특별히 임계적이지는 않은데, 그 이유는 투명성 전류(Itranp)와 임계 전류(Ith)간의 간격이 통상적으로 수 mA로 되기 때문이다. 동작 전류의 정확한 선택은 출력 전력의 레벨을 결정한다. 통상적으로, 출력 전력은, 간격[Itranp,Ith]내에서 이들 레이저의 전류 강도의 위치에 따라 소수 dB 만큼 변화될 수 있다.
상기 3개의 전류 강도(Ilas,Ith및 Itranp)는 모두 온도에 매우 의존한다. 따라서, 일반적으로, 반도체 레이저 장치를 사용할 시에는 정확한 값이 선택되어야 한다. 자동적으로 동작하는 장치에서, 레이저는, 도시되지 않은 마이크로프로세서와 같은 어떤 제어 수단에 의해 제어될 수 있고, 그의 메모리에는 이들 양의 온도 의존성에 대한 테이블이 저장되어 있다. 그 후, 제어 수단은, 또한 어떤 온도 감지기를 포함하여, 측정된 온도 및 테이블 값에 의해 유도되고, 적당한 제어 신호에 의해 명령되는 바와 같이, 원하는 레이저를 활성화시키기 위해 레이저 장치에 포함되는 레이저에 대한 정확한 동작 전류를 선택함으로써, 그의 광이 의도되는 방식으로 방출되도록 한다. 이와 같은 제어 수단을 제공하는 것은, 유사한 기능을 갖는 현재 사용되는 시스템에 비하여 실질적으로 복잡하지 않게 한다. 따라서, 반도체에 기초로 하는 파장 동조 가능한 광원의 각 구성은 어떤 형식의 논리 제어 메카니즘을 필요로 한다.
전방에 위치된 레이저, 즉 이 예에서는 레이저 NO. 3의 구동 전류가 너무 적은 값을 갖는 경우에, 광은 그 내에서 흡수되고, 레이저 장치의 총 출력 전력은 감소한다. 그것은, 도시되지 않은 어떤 적절한 광 검출기에 의해 자동적으로 검출될 수 있고, 이것은 변조기의 뒤에 배치될 수 있고, 제어 수단에 결합된다. 선택적으로, 변조기(17) 자신은 광 검출기로서 사용될 수 있는데, 그 이유는 그 내부에 흡수된 광이 광 전류를 발생시키기 때문이다. 이러한 광 전류를 측정함으로써, 변조기를 통과하는 광량도 측정된다. 이러한 감소를 보상하기 위해, 투명하게 되는 레이저의 동작 전류가 증가되거나, 능동 레이저를 통하는 전류가 증가될 수 있다. 그러나, 원하지 않는 노드 점프(node jump)로 되거나 불안정하게 되어 있는 레이저와 관련된 문제는 없고, 이것은, DBR 레이저 및 유사한 레이저와 같이, 동기 메카니즘이 공급된 전류에 의해 유도되는 바와 같은 굴절율의 변화에 기초하는 레이저에서 부적당한 전류가 선택되는 경우이다. 레이저가 노화할 시, 최적 동작 전류도 변화되고, 보통은 증가한다. 이것은, 상술한 구조에 따라 나타낸 방식으로 쉽게 보상될 수 있는 반면에, DBR 레이저와 유사한 유형의 레이저에서는, 레이저 장치가 부적절하거나 부정확한 전류값을 갖는 동작 상태에 들어가지 못하게 하기 위해 보다 복잡한 모니터링이 필요한데, 이것은 예컨대 결과적으로 레이저의 불량한 사이드 모드 억압을 발생시킬 수 있다.
상술한 장치로부터 방출된 레이저 광의 파장의 미세 조정은, 전체 회로판의 온도를 변화시킴으로써, 예컨대, 레이저 장치를 수용하는 캡슐내에 도시되지 않은 펠티어 소자(Peltier element)를 배치함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 레이저 장치를 어떤 파장 간격내의 임의의 파장에 동조할 수 있기를 원한다면, 레이저의 수 및 그의 격자 주기의 차는, 예컨대, 약 0℃ 내지 50℃의 간격내의 가능한 온도 변화가 충분하도록 선택되어야 한다.
레이저 장치는, 원칙적으로 DFB 레이저를 제조할 시에 사용된 방식과 동일한 방식으로 제조될 수 있고, 이것에 대하여는, 예컨대, 논문 "Zero-bias and low-chirp, monolithically integrated 10 Gb/s DFB laser and electroabsorption modulator on semi-insulating InP substrate", O. Sahlen, L. Lundqvist, S. Funke, Electron. Lett., Vol. 32, No. 2, pp. 120∼121, 1996을 참조하고, 이것은 여기서 참조로 포함된다. InP-기판(반격리 InP-기판 또는 n-도핑된 InP-기판이 선택될 수 있음)은 상기에 따라 사용될 수 있고, InGaAsP의 의 상이한 합금 및 혹은 InAlGaAs은 도 1에 따른 구조를 만들기 위해 사용될 수 있다. 상이한 층은, MOVPE, 금속 유기상 에피택시(Metal Organic Phase Epitaxy) 또는 그의 어떤 변형 또는 선택적으로 MBE, 분자 빔 에피택시(Molecular Beam Epitaxy)의 어떤 변형에 의해 에피택시얼하게 성장될 수 있다. 이 장치는, 약 1550 nm 내지 1560 nm의 보통 파장 대역에서 사용하기 위해, 또는 InGaAsP-층에서의 재료 합성 또는 합금 함유물을 다른 파장 범위, 예컨대, 1300 nm 주위의 파장 간격으로 변화시킴으로써 사용하기 위해 제조될 수 있다. 예컨대, 약 980 nm의 파장 간격에서의 보다 작은 파장은 InGaAs/GaAs/AlGaAs 계통과 같은 다른 재료 조합을 사용함으로써 달성될 수 있다. 당연히, 예컨대, 도핑된 유전체 재료, 예컨대, 에르븀 도핑된 쿼츠-온-실리콘(quartz-on-silicone), 또는 에르븀 도핑된 리튬 니오베이트 (niobate)와 같은 도핑된 강유전체 재료와 같은 반도체 이외의 다른 재료 계통을 사용하는 것도 고려할 수 있다.
상기에 따른 레이저 장치는, 400 ㎛의 길이를 갖고, 파장의 1/4의 시프트를 갖는 2개의 종속 접속된(cascaded) DFB 레이저 및 프란츠-켈디시(FK, Franz-Keldysh) 변조기를 포함하여 제조되었다. 이 장치는, 상술한 논문에 기술되어 있는 바와 같이, 격자를 형성하기 위해 전자 빔 리소그래피를 포함하여 제조되지만, 능동층이 6개의 양자웰, "스트레인(strained) 양자웰"을 포함하는 것을 예외로 한다. 온도를 조정함으로써, 11개의 파장 채널의 각 하나가 선택될 수 있고, 이것은 100 GHz의 주파수 차를 가지며, 즉, 8 nm 이상의 동조 간격이 획득되며, 도 3의 다이어그램의 곡선을 비교한다. 사이드 모드 억압비(SMSR, side mode suppression ratio)는 40 dB보다 양호하고, 모듈러 소멸비(modular extinction ratio)는, 변조기에 0 내지 -2 V의 전압이 공급될 때, 모든 온도에 대해 11 dB보다 크다. 온도는 277 K 내지 324 K의 간격내에서 변화된다. 사용된 최대 전류는 100 mA를 초과하지 않고, 이것은 모든 동작 상태에 대해 1 mW를 초과하는 회로판의 전력 출력을 발생시킨다. 방출되는 광의 통상적인 전력은 3 mW이다. 변조기의 전기광적인 소 신호 응답은 16 GHz이다. 이 레이저 장치는, 분산에 의해 시프트되지 않은 표준 광섬유(optical, not dispersion shifted standard fibers)의 543 km의 길이에 대해 (STM-16에 상당하는) 2.488 Gbits/s의 비트 속도를 갖는 시스템에서 테스트되었다. 도 4의 다이어그램에서, 곡선은 4개의 상이한 채널에 대한 비트 에러율(BER)을 도시한다. 곡선중의 2개는, 변조기에 가장 근접하게 위치되는 레이저가 활성화되는 경우에 대응하는 반면, 2개의 다른 곡선은 배후 레이저가 활성화되고, 전방 레이저가 약하게 순방향으로 바이어스되는 경우에 대응한다. 변조는, 모든 이러한 경우에서 2 V의 피크 대 피크값을 갖는다.

Claims (17)

  1. 표면 구조를 가진 반도체 기판을 포함하는 발광 장치에 있어서,
    상기 표면 구조는 광을 발생시키는 2개 이상의 레이저 캐비티를 포함하고,
    상기 2개 이상의 레이저 캐비티는 일정한 간격을 두어 분리되고, 서로 정렬되어 있는 종방향을 가짐으로써, 상기 레이저 캐비티는 상기 구조의 표면을 따라 열을 형성하며,
    상기 2개 이상의 레이저 캐비티는 상이한 파장의 광이 각 레이저 캐비티내에 발생되도록 적응되며,
    상기 2개 이상의 레이저 캐비티가 상기 열에 위치됨으로써, 상기 2개 이상의 레이저 캐비티내에 발생된 광은 동일한 방향으로 방출되도록 하고, 광이 상기 2개 이상의 레이저 캐비티중의 하나에 발생될 시에, 발생된 광은 상기 2개 이상의 레이저 캐비티의 적어도 다른 레이저 캐비티를 통과하는 방향으로 방출되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 구조는 상기 2개 이상의 레이저 캐비티에 의해 형성된 상기 열의 한 단부에 배치된 광 흡수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 레이저 캐비티는 상기 반도체 기판의 큰 표면에 수직인 작은 치수를 가진 실질적으로 직사각형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 레이저 캐비티는 상기 2개 이상의 레이저 캐비티에 발생된 광이 상기 반도체 기판의 큰 표면에 평행한 방향으로 방출되도록 위치되고,
    상기 2개 이상의 레이저 캐비티는 서로 정렬되어 위치됨으로써, 제 1 레이저 캐비티에 발생된 광이 상기 제 1 레이저 캐비티에 가장 근접해 위치된 상이한 제 2 레이저 캐비티의 캐비티를 통과하기 위해 방출되고, 상이한 제 3 레이저 캐비티가 제 2 레이저 캐비티에 인접해 위치되는 경우에는 상기 제 3 레이저 캐비티를 통과하기 위해 방출되도록 하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 레이저 캐비티는 격자 장치를 포함하고, 상기 격자 장치의 격자 주기는 상기 2개 이상의 레이저 캐비티의 각각의 레이저 캐비티에 발생된 광의 파장을 결정하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개 이상의 레이저 캐비티에 발생된 광의 파장의 미세 조정을 행하기 위해, 상기 2개 이상의 레이저 캐비티의 온도를 원하는 값으로 제어하는 온도 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 구조는 상기 2개 이상의 레이저 캐비티에 발생된 광이 변조기를 통과하기 위해 방출되도록 배치된 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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