KR20070028463A - Thermally controlled external cavity tuneable laser - Google Patents

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KR20070028463A
KR20070028463A KR1020067027593A KR20067027593A KR20070028463A KR 20070028463 A KR20070028463 A KR 20070028463A KR 1020067027593 A KR1020067027593 A KR 1020067027593A KR 20067027593 A KR20067027593 A KR 20067027593A KR 20070028463 A KR20070028463 A KR 20070028463A
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KR1020067027593A
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지아코모 안토니오 로시
알베르토 람풀라
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피렐리 앤 씨. 에스.피.에이.
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Abstract

The present invention relates to an external-cavity tuneable laser including a gain medium (2) and a tuneable mirror (8), wherein at least the tuneable mirror is in thermal contact, with a thermally conductive platform (10). The tuneable mirror lays substantially horizontally on the thermally conductive platform significantly thereby improving the thermal contact of the tuneable mirror with the platform. The laser beam from the gain medium is directed onto the tuneable mirror, which is mounted substantially horizontally with respect to the thermally conductive platform, by means of a deflector (6) that deflects the beam or a large part of it towards one of the principal surfaces of the tuneable mirror. The resulting laser cavity is therefore a folded cavity. The thermally conductive platform is preferably thermally coupled to a TEC (11) that provides thermal control for the platform. In a preferred embodiment, the deflector is a beam splitter that deflects part of the incoming light and transmits the remaining part. A beam splitter as deflector a more compact laser assembly can be envisaged. According to a preferred embodiment of the invention, the portion of light transmitted through the beam splitter forms the output laser beam. In other words, the external-cavity laser outputs a laser beam on the side of the wavelength selective elements (the tuneable mirror and, if any, the channel grid), i.e., on the side of the front facet of the laser diode. With this laser design, a collimating lens to collimate the output laser beam is not necessary. ® KIPO & WIPO 2007

Description

열적으로 제어된 외부공동 동조형 레이저{Thermally controlled external cavity tuneable laser}Thermally controlled external cavity tuneable laser

동조형 광원으로서 레이저의 사용은 파장분할다중(WDM) 시스템 또는 새롭게 발전된 고밀도 파장분할다중(DWDM) 시스템의 재구성을 크게 향상시킬 수 있다. 예컨대, 다른 채널들이 파장을 간단히 동조시킴으로써 노드에 할당되어질 수 있다. 또한, 동조형 레이저는 파장 라우팅(wavelength routing), 즉, 광통신망(photonic networks)을 기초로 한 가상 사설망(virtual private networks)을 형성하는데 사용될 수 있다.The use of lasers as tunable light sources can greatly enhance the reconstruction of wavelength division multiplexing (WDM) systems or newly developed high density wavelength division multiplexing (DWDM) systems. For example, other channels can be assigned to a node by simply tuning the wavelength. Tunable lasers may also be used to form wavelength routing, ie, virtual private networks based on photonic networks.

다른 접근들도 분포 브래그 반사형 레이저(Distributed Bragg Reflector Laser), 이동 탑미러(mobile top mirror)를 갖는 VCSEL 레이저, 또는 외부공동 다이오드 레이저와 같은 동조형 레이저를 형성하는데 사용될 수 있다. 외부공동 동조형 레이저는 고출력 전력, 넓은 동조범위, 양호한 사이드 모드 억제 및 협소한 선폭과 같은 여러가지 이점을 제공한다. 다양한 레이저 동조 장치들이 기계적으로 조절가능하거나 전기적으로 활성화된 내부공동(intracavity) 선택기 소자와 같이 외부공동 파장선택을 제공하기 위해 개발되어 왔다.Other approaches can also be used to form a tuned laser such as a distributed Bragg Reflector Laser, a VCSEL laser with a mobile top mirror, or an external cavity diode laser. Externally tunable lasers offer several advantages such as high output power, wide tuning range, good side mode suppression and narrow line width. Various laser tuning devices have been developed to provide external cavity wavelength selection, such as mechanically adjustable or electrically activated intracavity selector elements.

미국특허 No.6,526,071호는 국제전기통신연합(ITU) 격자(grid)상의 임의의 채널에 대한 중심 파장을 발생시키기 위해 통신 애플리케이션에 이용될 수 있는 외부공동 동조형 레이저를 기술하고 있다. 개시된 동조형 레이저는 이득매질, 격자 발생기 및 채널 선택기를 포함하고, 격자 발생기와 채널 선택기 모두는 빔의 광경로에 위치되어 있다. 격자 발생기는 채널 간격에 상응하는 간격에서 공동의 주기적인 길이방향 모드를 선택하고 이웃한 모드들을 거부한다. 채널 선택기는 파장 격자내의 채널을 선택하고 다른 채널들은 거부한다.U. S. Patent No. 6,526, 071 describes an externally tunable laser that can be used in telecommunications applications to generate a center wavelength for any channel on the International Telecommunications Union (ITU) grid. The disclosed tuned laser includes a gain medium, a grating generator and a channel selector, both of which are located in the optical path of the beam. The grid generator selects the cavity's periodic longitudinal mode at an interval corresponding to the channel interval and rejects the neighboring modes. The channel selector selects a channel in the wavelength grating and rejects other channels.

증가하는 광통신 트래픽을 수용하기 위해, 50GHz 및 결국에는 25GHz의 채널 간격을 갖는 DWDM 시스템이 개발중에 있다. 50GHz의 채널간격을 갖는 DWDM 시스템은 일반적으로 ±2.5GHz의 주파수 정확도를 필요로 하는 반면에, 25GHz를 갖는 시스템은 일반적으로 ±1.25GHz의 정확도를 필요로 한다. DWDM이 사용됨에 따라, 전체 동조 및 동작 온도범위에 걸쳐 송신기 레이저와 결합된 동조형 소자들의 위치지정에 있어 더 협소한 채널 간격, 정확도 및 제어가 더 중요한 문제가 되었다. 동조형 소자의 비최적 위치지정으로 인해 송신기의 공간이 손실되고 출력전력이 감소된다.In order to accommodate increasing optical communication traffic, DWDM systems with channel spacings of 50 GHz and eventually 25 GHz are under development. DWDM systems with channel spacing of 50 GHz typically require a frequency accuracy of ± 2.5 GHz, while systems with 25 GHz typically require an accuracy of ± 1.25 GHz. As DWDM is used, narrower channel spacing, accuracy, and control have become more important in the positioning of tunable elements coupled with the transmitter laser over the entire tuning and operating temperature range. Non-optimal positioning of the tuned device results in loss of transmitter space and reduced output power.

레이저 장치의 광학부품의 공간 오정렬은 다양한 광학부품들과 관련된 팽창 및 수축으로 인한 온도변동으로 인해 발생되며, 이는 파장 안정성을 저하시키고 일반적으로 레이저의 성능을 저하시킨다. 레이저 응답은 일반적으로 -10 내지 70℃에 이르는 비교적 광범위한 온도범위에 걸쳐 안정화되어야 할 필요가 있다. 열적 안정성을 보장하기 위해, 많은 통신 레이저 장치들이 높은 열전도도를 나타내고 하나 이상의 열전 냉각기(TECs)의 열적 제어를 받는 공통 플랫폼상에 장착된다. 온도제 어는 광부품의 열적 정렬의 유지를 가능하게 한다.Spatial misalignment of the optical components of the laser device is caused by temperature fluctuations due to expansion and contraction associated with various optical components, which degrades wavelength stability and generally degrades laser performance. Laser response generally needs to be stabilized over a relatively wide temperature range, ranging from -10 to 70 ° C. To ensure thermal stability, many communication laser devices are mounted on a common platform that exhibits high thermal conductivity and is thermally controlled by one or more thermoelectric coolers (TECs). Temperature control makes it possible to maintain the thermal alignment of the optical components.

미국특허 No. 6,724,797에서, 선택적 열제어가 열적 오정렬에 대한 높은 자화율(susceptibility)을 갖는 광학부품에 적용되는 외부공동 레이저장치가 개시되어 있다. 온도 민감성 광학부품인 이득매질 및 광출력 어셈블리가 열도전성 기판상에 장착된다. TEC는 기판에 결합되어 이득매질 및 출력 어셈블리가 엔드 미러(end mirror) 및 외부공동 레이저의 다른 광학부품들과는 별개로 열적으로 제어되게 한다. 열도전성 기판과는 열적으로 절연된 외부공동 부품들은 채널 선택기 및 동조형 어셈블리를 구비할 수 있다.U.S. Patent No. At 6,724,797, an external cavity laser apparatus is disclosed in which selective thermal control is applied to an optical component having a high susceptibility to thermal misalignment. Temperature sensitive optical components, gain medium and light output assembly, are mounted on a thermally conductive substrate. The TEC is coupled to the substrate to allow the gain medium and output assembly to be thermally controlled separately from the end mirrors and other optical components of the cavity laser. External components thermally insulated from the thermally conductive substrate may include a channel selector and a tunable assembly.

본 출원인은 특히 레이저 출력의 파장 지정에서 큰 정확도가 요구되는 경우 채널 선택기 및/또는 ITU 격자소자의 열적 안정성이 매우 중요할 수 있음을 주목했다. The Applicant noted that the thermal stability of the channel selector and / or the ITU grating element can be very important, especially when large accuracy is required in the wavelength specification of the laser output.

공동 손실을 최소화하고 파장 안정성을 제공하기 위해 외부공동 레이저의 능동적인 열조절을 이용하는 레이저 장치가 미국특허출원 No. 2003/0231666에 기술되어 있다. 개시된 장치는 열도전성 플랫폼에 열적으로 결합된 이득매질을 구비한다. 상기 플랫폼은 열전도를 통해 플랫폼의 온도를 제어하는 TEC에 결합된다. Laser devices that utilize active thermal control of external cavity lasers to minimize cavity losses and provide wavelength stability are disclosed in US Patent Application No. 2003/0231666. The disclosed device has a gain medium thermally coupled to a thermally conductive platform. The platform is coupled to a TEC that controls the temperature of the platform through thermal conduction.

2003년 5월 www.intel.com/design/network/papers/TunableLaser.pdf에 공개된 Intel® C-band Tunable Laser, Performance and Design White Paper에 기술된 바와 같은, 인텔 C-대역 동조형 레이저는 선택가능한 파장에서 단일모드 동작을 달성하기 위해 에탈론 계열의 열적으로 작동되는 동조형 레이저를 사용한다. 파장 필터는 "버니어 효과(Vernier effect)"를 가능하게 하는 약간 다른 주기를 갖는 2개 의 실리콘 에탈론 필터를 구비한다. 동조 필터는 열적으로 작동되고 C대역의 임의의 파장은 개개의 에탈론의 작은 온도조절로 착수된다. 외부공동 레이저의 출력 파장을 파장 격자상의 선택된 파장으로의 "버니어" 동조가 미국특허출원 No. 2002/0126345에 기술되어 있다.Intel C-Band Tunable Laser is optional, as described in the Intel® C-band Tunable Laser, Performance and Design White Paper, released May 2003 at www.intel.com/design/network/papers/TunableLaser.pdf Etalon-based thermally actuated tuned lasers are used to achieve single-mode operation at possible wavelengths. The wavelength filter has two silicon etalon filters with slightly different periods to enable the "Vernier effect". The tuning filter is thermally operated and any wavelength in the C band is undertaken with the small temperature control of the individual etalons. "Vernier" tuning of the output wavelength of an external cavity laser to a selected wavelength on a wavelength grating is described in US patent application no. 2002/0126345.

본 출원인은 특히 비인접 채널간에서 발생하는 파장 스위치의 경우 열동조가 선택된 파장내에 있도록 비교적 긴 동조시간을 필요로 할 수 있음을 관찰했다. 비교적 긴 동조시간은 WDM 또는 DWDM 애플리케이션용 레이저 송신기의 항상 더 엄격한 사양과 호환될 수 없으며, 이는 수 십 ms 크기의 동조 시간을 필요로 할 수 있다.Applicants have observed that, particularly for wavelength switches occurring between non-adjacent channels, a relatively long tuning time may be required to ensure that thermal tuning is within the selected wavelength. Relatively long sync times are not always compatible with the more stringent specifications of laser transmitters for WDM or DWDM applications, which can require tens of milliseconds of sync time.

레이저의 파장 선택 및 동조는 능동 동조형 미러를 사용하여 수행될 수 있다. 액정을 사용하고 능동 동조형 미러로서 사용될 수 있는 전기광학적으로 제어되는 소자가 미국특허 No. 6,215,928에 개시되어 있다. 레이저의 레이징 파장은 미러의 공진파장이 되게 능동 동조형 미러에 의해 결정된다. 공진파장은 전기광학적으로 제어되는 소자에 인가되는 전압 또는 전류를 가변시킴으로써 편이될 수 있다.Wavelength selection and tuning of the laser can be performed using an active tunable mirror. Electro-optical controlled devices that use liquid crystals and can be used as active tuned mirrors are described in US Pat. 6,215,928. The lasing wavelength of the laser is determined by the active tunable mirror to be the resonant wavelength of the mirror. The resonant wavelength can be shifted by varying the voltage or current applied to the electro-optically controlled device.

A.S.P. 챙 등(Chang et al.)의 Technical Digest, CTuM34, of Conference on Lasers and Electro-Optics(CLEO), 2003년 6월에 간행된 논문 "A Novel, Low-cost Tunable Laser Using a Tunable Liquid-Crystal Subwavelength resonant Grating Filter"에서, 이득매질 및 파장선택 미러로서 동조형 액정 서브파장 공진격자로 구성된 동조형 레이저가 개시되어 있다.A.S.P. Chang et al., Technical Digest, CTuM 34, of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), June 2003, "A Novel, Low-cost Tunable Laser Using a Tunable Liquid-Crystal Subwavelength." Resonant Grating Filter " discloses a tuned laser composed of a tuned liquid crystal subwavelength resonant grating as a gain medium and a wavelength selective mirror.

본 출원인은 액정의 특성이 열적 변동으로 인해 변할 수 있기 때문에 동조형 미러의 온도 안정화가 특히 액정을 포함하는 동조형 미러의 경우에 바람직한 것을 관찰하였다.Applicants have observed that temperature stabilization of a tuning mirror is particularly desirable in the case of a tuning mirror comprising a liquid crystal because the properties of the liquid crystal can vary due to thermal variations.

외부공동 레이저 장치가 조립되는 경우, 레이저 공동에 있는 광학부품은 레이징을 위해 조절되는 외부공동을 만들고 공동 손실을 줄이기 위해 레이저 빔에 대해 주의깊게 정렬되는 것이 필요하다. WDM 및 DWDM 애플리케이션용 동조형 레이저에서 광학부품은 일반적으로 마이크론 정렬 허용오차 또는 심지어 서브 마이크론 허용오차를 가지며 위치되어야 한다. 정밀 광학부품 정렬을 위해, 수동 또는 능동 광학정렬이 사용될 수 있다. 정렬동안 또는 정렬후에 레이저 용접에 의해 또는 납땜 또는 접착을 사용하여 광학부품 부착이 수행될 수 있다.When an external cavity laser device is assembled, the optical components in the laser cavity need to be carefully aligned with respect to the laser beam to create a controlled external cavity for the lasing and to reduce cavity loss. In tunable lasers for WDM and DWDM applications, optical components typically have to be positioned with micron alignment tolerances or even submicron tolerances. For precision optical element alignment, passive or active optical alignment can be used. Optical component attachment may be performed during or after alignment by laser welding or using soldering or bonding.

광학부품들은 부재를 유지 및 정렬함으로써 레이저 앞에 광학적으로 정렬된 위치에 고정될 수 있다. 유지 및 정렬 부재들은 통상 레이저 용접에 의해 플랫폼에 고정된다. 미국특허 No. 6,690,708는 레이저 칩이 기판에 고정되고 제 1 렌즈 및 광차폐기(optical isolator)가 레이저 칩 및 상기 레이저 칩으로부터 방출된 광을 수신하기 위한 광섬유 사이에 배치되는 반도체 레이저 모듈을 기술하고 있다. 제 1 렌즈와 함께 고정된 렌즈 홀더와 광차폐기와 함께 고정된 하우징이 렌즈 홀더 리테이너와 광차폐기 리테이너의 파지부에 각각 레이저 용접되어 고정된다.The optical parts can be fixed in an optically aligned position in front of the laser by holding and aligning the members. The retaining and aligning members are usually fixed to the platform by laser welding. U.S. Patent No. 6,690,708 describe a semiconductor laser module in which a laser chip is fixed to a substrate and a first lens and an optical isolator are disposed between the laser chip and an optical fiber for receiving light emitted from the laser chip. A lens holder fixed with the first lens and a housing fixed with the light shield are laser-welded and fixed to the holding portions of the lens holder retainer and the light shield retainer, respectively.

변위 편이를 방지하기 위해, 유지 및 정렬 부재는 통상적으로 Kovar®, Invar® 36 또는 Alloy 42와 같은 낮은 열팽창계수를 갖는 재료로 제조된다. In order to prevent displacement shifts, the retaining and aligning members are typically made of a material having a low coefficient of thermal expansion, such as Kovar®, Invar® 36 or Alloy 42.

일본특허출원 No. 2000-012955는 빔분리기(beam splitter)로 출력광의 일부를 반사하기 위한 위상공액미러(phase conjugated mirror)를 갖는 자가주입 동기 레이저(self injection synchronous laser)를 개시하고 있다. 위상공액미러는 광거리가 변하는 경우 변하지 않는 광을 돌려보내기 때문에 미러의 각도 및 거리 조절은 필수적이지 않다고 한다.Japanese Patent Application No. 2000-012955 discloses a self injection synchronous laser having a phase conjugated mirror for reflecting a portion of the output light with a beam splitter. It is not necessary to adjust the angle and distance of the mirror because the phase conjugate mirror returns light which does not change when the light distance changes.

본 발명은 이득매질 및 동조형 미러를 포함하는 외부공동 동조형 레이저에 관한 것으로, 상기 적어도 하나의 동조형 미러가 열도전성 플랫폼과 열접촉 상태에 있다.The present invention relates to an external cavity tuned laser comprising a gain medium and a tuned mirror, wherein said at least one tuned mirror is in thermal contact with a thermally conductive platform.

바람직하기로, 이득매질은 반도체 이득 칩이다. 레이저 다이오드는 바람직하게는 동작동안 레이저 다이오드내에 발생된 열을 분산시키기 위해 열도전성 베이스상에 위치되어 있다. 보다 바람직하기로, 이득매질 및 동조형 미러 모두는 광정렬의 정확도를 더 향상시키기 위해 동일한 열도전성 플랫폼상에 위치된다.Preferably, the gain medium is a semiconductor gain chip. The laser diode is preferably located on the thermally conductive base to dissipate heat generated in the laser diode during operation. More preferably, both the gain medium and the tuned mirror are located on the same thermally conductive platform to further improve the accuracy of the light alignment.

바람직하기로, 동조형 레이저는 채널할당 격자소자를 구비한다. 채널할당 격자소자는 바람직하기로는 복수의 등간격 투과피크를 정의하도록 구성되고 배열되어 있는 패브리 패롯(FP) 에탈론이다. WDM 또는 DWDM 통신 시스템용 애플리케이션에서, 투과피크간격, 즉, 격자소자의 자유스펙트럼영역(free spectral range)은 ITU 채널격자, 예컨대, 200, 100, 50 또는 25GHz에 해당한다.Preferably, the tuned laser comprises a channel assignment grating element. The channel assignment grating element is preferably a Fabry Parrot (FP) etalon constructed and arranged to define a plurality of equally spaced transmission peaks. In applications for WDM or DWDM communication systems, the transmission peak spacing, i.e., the free spectral range of the grating element, corresponds to the ITU channel grid, e.g. 200, 100, 50 or 25 GHz.

채널할당 격자소자와 함께 레이저 공동에 나타나는 경우, 동조형 미러는 상기 채널할당 격자소자의 피크들을 식별하는 듬성한 동조소자로서 역할을 한다. 단일모드 레이저 방출에 대해, 길이방향 공동모드는 격자 투과피크들 중 하나(동조형 미러에 의해 선택된 하나)의 최대치 위에 위치되어야 한다. 이런 식으로 특정 주파수만이 격자를 통과하게 되고 이웃한 공동모드와 경쟁하는 다른 주파수는 억제되어 진다. 동조형 미러의 파장 선택도는 바람직하게는 전기신호에 의해 달성된다. 본 발명의 동조형 미러는 바람직하게는 전기광학 동조형 재료, 보다 바람직하게는 액정(LC) 재료를 구비한다.When appearing in a laser cavity with a channel assignment grating element, the tuned mirror serves as a tuner that identifies the peaks of the channel assignment grating element. For single mode laser emission, the longitudinal cavity mode should be located above the maximum of one of the grating transmission peaks (one selected by the tunable mirror). In this way only certain frequencies pass through the grid and other frequencies competing with neighboring common modes are suppressed. The wavelength selectivity of the tuned mirror is preferably achieved by an electrical signal. The tuned mirror of the present invention preferably comprises an electro-optic tuned material, more preferably a liquid crystal (LC) material.

동조형 미러는 바람직하게는 실질적으로 서로 평행한 2개의 주 표면을 갖는다. 2개의 주 표면 중 하나가 입사빔을 받아들인다. 바람직한 실시예에서, 동조형 미러는 기판, 상기 기판상에 형성된 평면 도파관 및 상기 도파관과 광학적으로 상호작용하는 회절격자를 포함한다. 상기 회절격자와 상기 평면 도파관은 공진구조를 형성한다. 전기광학적으로 동조가능한 재료로 된 클래딩 층이 평면 도파관상에 위치된다.The tuned mirror preferably has two major surfaces that are substantially parallel to each other. One of the two major surfaces receives the incident beam. In a preferred embodiment, the tuned mirror comprises a substrate, a planar waveguide formed on the substrate and a diffraction grating optically interacting with the waveguide. The diffraction grating and the planar waveguide form a resonance structure. A cladding layer of electro-optical tunable material is placed on the planar waveguide.

본 출원인은 이득매질 앞에 있는 동조형 미러를 장착할 때 마이크로래드 (microrad) 정렬 정확도가 종종 필요한 것을 주목했다. 레이저 빔에 대해 동조형 미러를 정렬하고 유지하기 위해, 상기 동조형 미러를 레이저 빔에 대해 실질적으로 직각위치에 유지시키도록 동조형 미러를 수용하는 홀딩부재를 이용하는 것이 매우 바람직할 수 있다. 능동형 광정렬 및 레이저 용접에 의한 고정은 소정의 정렬 허용오차 및 장기간의 기계적 안정도를 달성하게 한다. 에폭시(epoxy) 또는 솔더(solder)와 같은 접착제에 의한 홀딩부재의 부착은 접착제 또는 솔더가 재현성 (reproducibility)및 장기간의 기계적 안정성을 보장할 수 없기 때문에 바람직하지 못하다.Applicants have noted that microrad alignment accuracy is often needed when mounting a tuned mirror in front of a gain medium. In order to align and maintain the tunable mirror with respect to the laser beam, it may be highly desirable to use a holding member for receiving the tunable mirror to hold the tunable mirror at a position substantially perpendicular to the laser beam. Fixing by active light alignment and laser welding allows to achieve a desired alignment tolerance and long term mechanical stability. Attachment of the holding member by an adhesive such as epoxy or solder is undesirable because the adhesive or solder cannot guarantee reproducibility and long-term mechanical stability.

높은 열전도도를 갖는 재료는 일반적으로 레이저 용접에 적합하지 않는데, 이는 열이 열원(즉, 용접 지역)으로부터 멀리 소산되어 비교적 큰 용융된 풀이 생기게 되기 때문이다. 이상적으로, 낮은 열팽창계수와 함께 낮은 열전도도를 갖는 금속이 레이저 용접되는데 적합하다. 백금 합금, Kovar®, Invar®, Alloy 42 및 베릴륨 구리(berillium copper)와 같은 많은 금속합금들이 이 범주에 있다. Materials with high thermal conductivity are generally not suitable for laser welding because the heat is dissipated away from the heat source (ie, the welding area), resulting in a relatively large molten pool. Ideally, metals with low thermal conductivity along with low coefficient of thermal expansion are suitable for laser welding. Many metal alloys are in this category, such as platinum alloys, Kovar®, Invar®, Alloy 42, and beryllium copper.

레이저 빔에 대해 정렬된 광소자들에 대한 지지구조를 형성하는 재료들에 대한 낮은 열팽창계수는 TEC가 온도를 안정화시키는데 사용되는 경우 레이저 패키지에 또한 작은 정도로 발생할 수 있는 열변동으로 인한 오정렬을 최소화하는데 바람직하다.The low coefficient of thermal expansion for materials forming support structures for photons aligned to the laser beam minimizes misalignment due to thermal variations that can also occur to a small extent in the laser package when TEC is used to stabilize the temperature. desirable.

본 출원인은 (예컨대, 레이저 용접에 적합한 재료로 된) 낮은 열전도도를 갖는 지지부재가 미러와 플랫폼 사이에 배치되는 경우 동조형 미러와 열도전성 플랫폼 간의 열접촉이 상당히 억제될 수 있음을 관찰했다. 본 출원인은 동조형 미러의 온도 안정화가 특히 액정을 포함하는 동조형 미러의 경우에 액정의 성질이 열변동으로 인해 변할 수 있기 때문에 중요함을 언급했다. 바람직하기로, 동조형 미러에서 열변동은 레이저 동작동안 파장과 전력 드리프트(power drift)를 최소화하기 위해 -10 에서 70℃의 온도 범위에서 0.5℃를 초과하지 않아야 한다. 바람직한 실시예에서, 0.2℃내의 열변동은 약 ±4 GHz 보다 크지 않는 주파수 편이에 해당하며, 50GHz의 채널 간격을 받아들 일 수 있다. Applicants have observed that thermal contact between the tunable mirror and the thermally conductive platform can be significantly suppressed when a support member with a low thermal conductivity (eg, made of a material suitable for laser welding) is disposed between the mirror and the platform. Applicant noted that the temperature stabilization of the tuning mirror is important because the properties of the liquid crystal can vary due to thermal fluctuations, especially in the case of the tuning mirror including the liquid crystal. Preferably, the thermal variation in the tuned mirror should not exceed 0.5 ° C. in the temperature range of −10 to 70 ° C. to minimize wavelength and power drift during laser operation. In a preferred embodiment, the thermal variation within 0.2 ° C. corresponds to a frequency shift no greater than about ± 4 GHz and can accept channel spacings of 50 GHz.

본 출원인은 동조형 미러를 실질적으로 열도전성 플랫폼에 수평하게 배치함으로써 플랫폼과의 동조형 미러의 열접촉을 크게 향상시키는 것을 발견했다. 플랫폼상의 동조형 미러의 실질적인 수평위치는 상기 미러가 플랫폼 주표면의 동일면을 따라 또는 플랫폼 주표면의 평면에 대해 수 도(degree) 내에 있는 주표면 중 하나에 놓여 있는 상황을 의미한다. 동조형 미러가 열도전성 플랫폼과 직접 접촉하거나 열도전성 재료로 된 기판(또는 홀더)가 동조형 미러와 플랫폼 사이에 배치될 수 있음을 이해하여 한다.The Applicant has found that the thermal contact of the tunable mirror with the platform is greatly improved by placing the tunable mirror substantially horizontally on the thermally conductive platform. The substantially horizontal position of the tunable mirror on the platform means that the mirror lies on one of the major surfaces along the same plane of the platform major surface or within degrees relative to the plane of the platform major surface. It is understood that the tunable mirror is in direct contact with the thermally conductive platform or that a substrate (or holder) of thermally conductive material can be disposed between the tunable mirror and the platform.

이득매질에서 나온 레이저 빔은 빔 또는 상기 동조형 미러의 주표면 중 하나를 향해 상기 빔의 대부분을 편향시키는 편향기에 의해 열도전성 플랫폼에 대해 실질적으로 수평하게 장착되는 동조형 미러로 지향된다. 따라서, 결과적으로 발생한 레이저 공동은 폴더형 공동이다.The laser beam from the gain medium is directed to a tuned mirror mounted substantially horizontally to the thermally conductive platform by a deflector that deflects most of the beam towards either the beam or the major surface of the tuned mirror. Thus, the resulting laser cavity is a clamshell cavity.

동조형 미러는 레이저 빔에 정렬할 필요없이 그리고 특히 정렬에 적합한 지지구조를 사용할 필요없이 열도전성 플랫폼상에 직접 장착될 수 있다. 예컨대, 동조형 미러는 플랫폼에 또는 상기 플랫폼에 고정된 미러 홀더/기판에 후면(주) 표면을 접착시킴으로써 플랫폼상에 고정된다. 동조형 미러가 차례로 홀더/기판에 접착될 수 있다. 대안으로, 동조형 미러 또는 미러 홀더/기판의 후면의 적어도 일부가 금속화, 예컨대, 금도금될 수 있고 그런 후 플랫폼의 표면에 솔더될 수 있다.The tuned mirror can be mounted directly on the thermally conductive platform without the need to align to the laser beam and in particular without the need to use a support structure suitable for alignment. For example, a tunable mirror is fixed on the platform by adhering the back (main) surface to the platform or to a mirror holder / substrate fixed to the platform. The tuned mirror can in turn be glued to the holder / substrate. Alternatively, at least a portion of the back side of the tunable mirror or mirror holder / substrate may be metallized, such as gold plated and then soldered to the surface of the platform.

본 발명에 따른 레이징 설계내에, 바람직하게는 능동형 광정렬을 사용함으로써, 레이저 빔에 정렬되어 지는데 필요한 것은 편향기이다. 일반적으로 정렬동안 동조형 미러를 포함하거나 지지하는데 필요하였던 낮은 열전도도를 갖는 구조를 고정시키고 정렬시키는 것이 이제 레이저 빔에 대한 어떠한 정렬도 필요하지 않기 때문에 불필요하다. 따라서, 동조형 미러와 열도전성 플랫폼 간의 양호한 열접촉이 달성될 수 있다.Within the laser design according to the invention, it is a deflector which is required to be aligned with the laser beam, preferably by using active light alignment. In general, fixing and aligning a structure with low thermal conductivity that was necessary to include or support a tunable mirror during alignment is unnecessary because no alignment to the laser beam is now required. Thus, good thermal contact between the tuned mirror and the thermally conductive platform can be achieved.

열도전성 플랫폼은 바람직하기로는 플랫폼에 대한 열제어를 제공하는 TEC에 열적으로 결합되어 있다.The thermally conductive platform is preferably thermally coupled to the TEC which provides thermal control for the platform.

바람직한 실시예에서, 편향기는 입사광의 일부를 편향시키고 나머지 부분을 투과시키는 빔분리기이다. 본 출원인은 편향기로서 빔분리기를 사용하여 더 컴팩트한 레이저 어셈블리가 고안될 수 있음을 알았다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 빔분리기를 통해 투과된 광의 일부분이 출력 레이저빔을 형성한다. 다르게 말하면, 외부공동 레이저가 파장선택소자(동조형 미러 및, 있다면, 채널격자)의 일측면상에, 즉, 레이저 다이오드의 전면측상에 레이저 빔을 출력한다. 이 레이저 설계로, 출력 레이저빔을 조준하는 조준렌즈가 불필요한데, 이는 내부공동 조준렌즈가 이득매질로부터 방출된 빔과 출력 광학기, 예컨대, 광섬유에 결합되는 빔분리기를 통해 투과된 빔 모두에 대한 조준렌즈로서 기능을 하기 때문이다. 바람직하기로, 빔분리기는 비교적 큰 레이저 출력전력을 보장하기 위해 70-90% 범위의 투과율을 갖는다.In a preferred embodiment, the deflector is a beam splitter which deflects part of the incident light and transmits the remainder. Applicants have found that more compact laser assemblies can be devised using beam splitters as deflectors. According to a preferred embodiment of the present invention, a portion of the light transmitted through the beam splitter forms an output laser beam. In other words, the external cavity laser outputs a laser beam on one side of the wavelength selection element (tuned mirror and, if present, a channel grid), that is, on the front side of the laser diode. This laser design eliminates the need for a collimating lens aiming at the output laser beam, which means that both the internal cavity collimating lens is emitted from the gain medium and the beam transmitted through the beam splitter coupled to the output optics, such as an optical fiber. This is because it functions as an aiming lens. Preferably, the beam splitter has a transmittance in the range of 70-90% to ensure a relatively large laser output power.

출력광이 레이저 외부공동의 엔드미러들 중 하나를 형성하는 반도체 이득칩(이득매질)의 반사 후면으로부터 방출되는 경우, 레이저 출력의 전력제어는 일반적으로 부분 편향기, 예컨대, 레이저 다이오드 앞에 있는 레이저 공동외부에 빔분리기를 배치함으로써 수행될 수 있다. 편향기는 출력광을 광섬유 결합 바로 전에 모니터 광검출기로 방향전환시킨다. 본 출원인은 다음을 주목하였다. 레이저 다이오드의 후면은 일반적으로 외부공동에 대한 엔드미러로서 효과적으로 기능을 하도록 약 80-90%의 투과율을 나타낸다. 빔분리기가 전력 감시를 위해 후면으로부터 방출된 광을 편향시키도록 배치되는 경우, 광출력으로부터 퍼져나온 빔강도의 일부가 출력전력을 불리하게 하지 않도록 가능한 한 작아야 한다. 예컨대, 레이저 다이오드의 전면에 있는 빔분리기는 98%/2%의 분리비를 가질 수 있다. 즉, 빔 강도의 2%가 광검출기로 지향된 테스트 빔을 구성한다. 따라서, 광검출기상에 입사된 광전력은 비교적 낮으며, 이는 전력을 감시하는데 있어 정확도가 손실될 수 있다. 테스트 빔의 비교적 낮은 광전력은 특히 레이저 빔의 파장 조정이 적어도 하나의 광검출기에 의해 파장종속형 투과율 또는 이득 감쇠를 갖는 필터를 통해 필터된 광을 분석하는 광제어 시스템을 사용하여 수행되어야 하는 경우에 특히 불리하다. When the output light is emitted from the reflective backside of the semiconductor gain chip (gain medium) forming one of the end mirrors of the laser cavity, the power control of the laser output is generally in the form of a laser deflector in front of a partial deflector, eg a laser diode. This can be done by placing the beam splitter outside. The deflector redirects the output light to the monitor photodetector just prior to fiber coupling. Applicant noted the following. The back side of the laser diode generally exhibits a transmittance of about 80-90% to effectively function as an end mirror for external cavities. If the beam splitter is arranged to deflect light emitted from the backside for power monitoring, it should be as small as possible so that some of the beam intensity from the light output does not disadvantage the output power. For example, the beam splitter in front of the laser diode may have a separation ratio of 98% / 2%. That is, 2% of the beam intensities make up the test beam directed to the photodetector. Thus, the optical power incident on the photodetector is relatively low, which can lead to a loss of accuracy in monitoring power. The relatively low optical power of the test beam is especially required when the wavelength adjustment of the laser beam is to be carried out using a light control system which analyzes the light filtered through a filter having wavelength dependent transmission or gain attenuation by at least one photodetector. Is particularly disadvantageous.

본 출원인은 레이저 공동내의 편향기로서 빔분리기를 사용하여 상기 빔분리기에 의해 투과된 광이 하나 이상의 광검출기에 의해 감시될 수 있는 것을 알았다. 이는 특히 레이저 출력광이 빔분리기를 통해 투과된 광에서 나오도록 구성된 레이저 어셈블리 설계의 경우에 이점적이다. 이 경우, 광검출기(들)는 출력빔과 거의 동일한 강도를 갖는 광빔을 수신한다. 특히 빔분리기의 투과율이 70-90% 범위에 선택되는 경우, 감시는 비교적 큰 광전력을 갖는 빔을 분석함으로써 수행될 수 있다. 더욱이, 감시는 테스트 빔을 줄어들게 하기 위해 광소자를 더 편향시키는 추가동작 없이 수행될 수 있다. 광검출기(들)는 출력빔에 실질적으로 직각인 광을 수신하도록 위치될 수 있다. 광검출기, 예컨대, 포토다이오드는 예컨대 동조형 미러와 대면하지 않고 이득매질에서 나온 레이저 빔을 수신하지 않는 빔분리기의 표면들 중 하나에 위치될 수 있다. Applicants have found that the light transmitted by the beam separator can be monitored by one or more photodetectors using the beam separator as a deflector in the laser cavity. This is particularly advantageous in the case of a laser assembly design in which the laser output light is emitted from the light transmitted through the beam splitter. In this case, the photodetector (s) receive a light beam having an intensity almost equal to that of the output beam. In particular, when the transmittance of the beam splitter is selected in the range of 70-90%, monitoring can be performed by analyzing a beam having a relatively large optical power. Moreover, monitoring can be performed without the additional action of further deflecting the optical element to reduce the test beam. The photodetector (s) may be positioned to receive light substantially perpendicular to the output beam. A photodetector, such as a photodiode, may for example be located on one of the surfaces of the beamsplitter which does not face the tuning mirror and which does not receive the laser beam from the gain medium.

바람직하기로, 레이저 어셈블리의 모든 소자들이 공통 열도전성 플랫폼상에 장착될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 집속렌즈 및 광섬유를 포함하는 출력 광학기가 레이저 어셈블리에 통합된다. 즉, 출력 광학기가 레이저 어셈블리가 장착되는 플랫폼상에 장착된다.Preferably, all the elements of the laser assembly can be mounted on a common thermally conductive platform. In a preferred embodiment, an output optic comprising a focusing lens and an optical fiber is integrated into the laser assembly. That is, the output optics are mounted on the platform on which the laser assembly is mounted.

바람직하기로, 동조형 레이저는 비교적 짧은 공동길이, 즉, 길어야 12mm를 갖는다.Preferably, the tuned laser has a relatively short cavity length, ie at most 12 mm.

본 발명에 따른 열제어 레이저 시스템의 동조시간은 0.20ms 미만일 수 있다.The tuning time of the thermally controlled laser system according to the present invention may be less than 0.20 ms.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 동조형 레이저의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a tuned laser according to a first embodiment of the present invention.

도 2는 외부 길이방향 공동모드(A), 채널할당격자의 투과모드(B), 채널 선택기, 즉, 동조형 미러의 대역폭(C)의 개략도이다.Fig. 2 is a schematic diagram of the outer longitudinal cavity mode A, the transmission mode B of the channel assignment lattice, the channel selector, i.e. the bandwidth C of the tuned mirror.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이저 어셈블리의 블록도이다.3 is a block diagram of a laser assembly according to a second embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 동조형 레이저의 개략도이다.4 is a schematic diagram of a tuned laser according to a third embodiment of the present invention.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 시스템에서 편향기에 대한 지지구조를 도시한 것이다.5A shows a support structure for a deflector in a laser system according to an embodiment of the invention.

도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 시스템에서 편향기에 대한 지지구조를 도시한 것이다.Figure 5b shows a support structure for the deflector in the laser system according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 레이저 어셈블리 일부의 블록도이다.6 is a block diagram of a portion of a laser assembly according to a fourth embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 동조형 레이저의 개략도이다.7 is a schematic diagram of a tuned laser according to a fifth embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 동조형 레이저의 개략도이다.8 is a schematic diagram of a tuned laser according to a sixth embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동조형 레이저 시스템이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 레이저 시스템(1)은 광섬유, 예컨대 광섬유 피그테일(fibre pigtail)(15)의 삽입을 위한 부트(boot)(16)를 구비하는 패키지(7), 예컨대, 14핀 버터플라이 패키지에 끼워지는 레이저 어셈블리를 구비한다. 레이저 어셈블리는 이득매질(2), 조준렌즈(3), 채널할당 격자소자(4), 편향기(6) 및 동조형 미러(8)를 포함한다. 레이저 시스템은 열도전성 플랫폼(10)을 구비한다. 이득매질(2)은 반도체 다이오드, 예컨대, 특히 외부공동 레이저 애플리케이션용으로 설계된 InGaAs/InP 다중양자우물 패브리 패럿(FP) 이득 칩상에 배치된다. 상기 다이오드는 후면(back facet)(22)과 전면(front facet)(23)을 구비한다. 다이오드의 전면(23)은 공동내 면이고 반사방지 코팅을 갖는다. 바람직하기로, 이득칩 도파관이 굽어져 있어 후면반사를 더 줄이기 위해 전면에 대해 비스듬한 입사를 갖는다. 후면(22)은 부분적으로 반사되고 외부공동의 단부 미러들 중 하나로서 역할을 한다. 후면의 반사도는 예컨대 비교적 큰 레이저 출력전력을 허용하기 위해 예컨대 10% 내지 30% 사이에 이를 수 있다.A tunable laser system according to a preferred embodiment of the present invention is schematically illustrated in FIG. The laser system 1 is a laser assembly that fits into a package 7, such as a 14-pin butterfly package, with a boot 16 for insertion of an optical fiber, such as an optical pigtail 15. It is provided. The laser assembly comprises a gain medium 2, a collimating lens 3, a channel assignment grating element 4, a deflector 6 and a tunable mirror 8. The laser system has a thermally conductive platform 10. The gain medium 2 is disposed on a semiconductor diode, such as an InGaAs / InP multiquantum well Fabry Parrot (FP) gain chip, especially designed for external cavity applications. The diode has a back facet 22 and a front facet 23. The front face 23 of the diode is the cavity inside and has an antireflective coating. Preferably, the gain chip waveguide is curved to have an oblique incidence to the front side to further reduce back reflection. The rear face 22 is partially reflected and serves as one of the outer cavity end mirrors. The reflectivity of the backside can, for example, be between 10% and 30% to allow for relatively high laser output power.

레이저 공동내에, 다이오드 전면(23)에서 나온 빔이 광경로(25)를 형성하도록 빔을 조준하는 조준렌즈(3)에 의해 조준된다. 조준된 빔은 채널할당 격자소자(4)상에 충돌된다. In the laser cavity, the beam from the diode front face 23 is aimed by the aiming lens 3 which aims the beam to form the optical path 25. The aimed beam is impinged on the channel assignment grating element 4.

채널할당 격자소자(4)는 바람직하게는 FP 에탈론, 예컨대, 고체 또는 공기층 에탈론이다. 레이저는 동작 파장들이 ITU 채널 격자와 정렬되는 식으로 설계될 수 있다. 이 경우, 레이저 파장은 복수의 등간격의 투과피크를 형성하도록 구성되고 배열되는 FP 에탈론(4)을 통해 ITU 격자에 중심맞추어 진다. WDM 또는 DWDM 통신 시스템의 애플리케이션에서, 투과피크 간격, 즉, 격자소자의 FSR은 ITU 채널격자, 예컨대, 200, 100, 50 또는 25 GHz에 해당한다.The channel assignment grating element 4 is preferably an FP etalon, for example a solid or air layer etalon. The laser can be designed in such a way that the operating wavelengths are aligned with the ITU channel grating. In this case, the laser wavelength is centered on the ITU grating via FP etalons 4 that are constructed and arranged to form a plurality of equally spaced transmission peaks. In an application of a WDM or DWDM communication system, the transmission peak spacing, i.e., the FSR of the grating element, corresponds to an ITU channel grid, for example 200, 100, 50 or 25 GHz.

바람직하기로, 조준렌즈(3)는 광경로(25)에 실질적으로 수직한 공동내에 위치된다. 바람직하기로, FP 에탈론(4)은 FP 에탈론의 반사광이 레이저 다이오드로 다시 돌아가지 못하게 광경로(25)의 수직에 대해 약간, 예컨대, 0.5°경사각도로 공동내에 배치된다.Preferably, aiming lens 3 is located in a cavity substantially perpendicular to light path 25. Preferably, the FP etalon 4 is disposed in the cavity slightly, for example, at an angle of inclination of 0.5 ° to the perpendicular of the optical path 25 so that the reflected light of the FP etalon does not return back to the laser diode.

FP 에탈론(4) 다음에, 레이저 빔은 광경로(26)를 따라 동조형 미러(8)상에 빔(25)을 편향시키는 편향기(6)에 부딪힌다. 동조형 미러(8)는 편향기(6)로 다시 광신호를 반사하고, 그런 후 이득매질(2)로 다시 광신호를 편향시킨다. 편향기(6)는 이 실시예에서는 평면미러, 예컨대, 금코팅된 실리콘 슬랩(slab)이다.Next to the FP etalon 4, the laser beam hits the deflector 6 which deflects the beam 25 on the tunable mirror 8 along the optical path 26. The tunable mirror 8 reflects the optical signal back to the deflector 6 and then deflects the optical signal back to the gain medium 2. The deflector 6 is in this embodiment a planar mirror, for example a gold coated silicon slab.

도 1에 미도시되었으나, 편향장치(6)는 공지기술에 의해 열도전성 플랫폼(10)에 고정될 수 있는 홀더내에 수용될 수 있다. 바람직하기로, 편향기는 능동 광정렬 기술에 의해 레이저 빔에 정렬된다.Although not shown in FIG. 1, the deflection device 6 can be housed in a holder which can be fixed to the thermally conductive platform 10 by known techniques. Preferably, the deflector is aligned with the laser beam by active light alignment technology.

동조형 미러(8)는 튜닝가능성(tunability)이 전압종속적 굴절률을 갖는 재료, 바람직하게는 액정(LC) 재료를 사용함으로써 달성되는 전기광학소자이다. 동조형 미러는 FP 에탈론의 피크들을 구별하는 듬성한 동조소자로서 역할을 한다. 동조형의 FWHM 대역폭은 격자 에탈론의 FWHM 대역폭보다 작지 않다. 길이방향 단일모드 동작에 대해, 특별한 채널 주파수에 해당하는 FP 에탈론의 투과피크는 단일 공동모드를 선택, 즉, 전송해야 한다. 따라서, FP 에탈론은 각 채널간의 공동의 이웃한 모드를 억제하는 FSR을 FWHM으로 나눈 것으로 정의되는 피네스(finesse)를 가져야 한다. 단일모드 레이저 방출에 대해, 길이방향 공동모드는 에탈론 투과피크중 하나(동조형 소자에 의해 선택된 하나)의 최대치를 넘게 위치되어야 한다. 이런 식으로, 특정한 주파수만이 에탈론을 통과하게 되고 다른 경쟁하는 이웃한 공동모드는억제되어 진다. LC 재료를 포함하는 동조형 미러의 기능을 위해 제공된 전기신호는 dc 스트레스로 인한 LC의 악화를 방지하기 위해 교류전압이다.The tunable mirror 8 is an electro-optical element in which tunability is achieved by using a material having a voltage dependent refractive index, preferably a liquid crystal (LC) material. The tuned mirror serves as a delicate tuner that distinguishes the peaks of the FP etalon. The tuned FWHM bandwidth is not less than the lattice etalon's FWHM bandwidth. For longitudinal single mode operation, the transmission peak of the FP etalon corresponding to a particular channel frequency must select, ie transmit, a single common mode. Thus, FP etalons should have a finesse defined as the division of FSR by FWHM that suppresses the common neighboring mode between each channel. For single mode laser emission, the longitudinal cavity mode should be positioned beyond the maximum of one of the etalon transmission peaks (one selected by the tuning element). In this way, only certain frequencies pass through the etalons and other competing neighboring common modes are suppressed. The electrical signal provided for the function of the tuned mirror comprising the LC material is an alternating voltage to prevent deterioration of the LC due to dc stress.

도 2는 공간적으로 선택적 손실소자로서 ITU 채널 격자에 정렬된 복수의 통과대역을 갖는 FP 에탈론을 구비하는 레이저 공동내에 다양한 모드를 도시한 도면이다. (A)에는 공진외부공동에 의해 유도된 공동모드가 도시되어 있고, (B)에는 표준 ITU 격자에 고정된 피크의 위치를 갖는 FP 에탈론의 모드가 도시되어 있으며, (C)는 동조형 소자, 즉, 동조형 미러의 통과대역이다. 도시된 예에서 격자 FP 에탈론의 FSR은 100GHz ITU 격자의 격자선들 사이의 간격에 해당한다.FIG. 2 shows various modes in a laser cavity with FP etalons having a plurality of passbands arranged in an ITU channel grating as spatially selective loss devices. (A) shows the cavity mode induced by the resonant outer cavity, (B) shows the mode of the FP etalon with the position of the peak fixed to the standard ITU lattice, and (C) the tuning element That is, the pass band of the tuning mirror. In the example shown, the FSR of the grating FP etalon corresponds to the spacing between the grating lines of the 100 GHz ITU grating.

도 1을 참조하면, 레이저 공동은 편향기(6)와 이득매질의 후면(22) 간의 광경로(25)와 편향기와 동조형 미러(8) 간의 광경로(26)를 합한 광경로 길이를 갖는 폴더형 공진공동(folded resonant cavity)이다. Referring to FIG. 1, the laser cavity has an optical path length that sums the optical path 25 between the deflector 6 and the rear face 22 of the gain medium and the optical path 26 between the deflector and the tunable mirror 8. It is a folded resonant cavity.

레이저빔은 레이저 다이오드(2)의 부분 반사후면(22)에 의해 외부공동에 결합된다. 바람직하기로, 조준렌즈(20)가 레이저 출력빔의 광경로를 따라 위치될 수 있다. 본 실시예에서, 렌즈(20) 뒤에 위치한 빔분리기(18), 예컨대, 98%/2% 탭이 전력제어용 광검출기(19)에 지향되는 테스트빔으로서 출력광의 일부를 가로챈다. 광집속렌즈(14)는 광차폐기(17)를 통과한 광을 광섬유 피그테일(15)로 지향시킨다. 광차폐기(17)는 후면반사광이 외부 레이저공동으로 다시 통과되는 것을 방지하는데 사용되고 일반적으로 선택소자이다.The laser beam is coupled to the external cavity by the partially reflective back surface 22 of the laser diode 2. Preferably, the aiming lens 20 can be positioned along the optical path of the laser output beam. In this embodiment, a beam splitter 18 located behind the lens 20, for example, 98% / 2% tap, intercepts a portion of the output light as a test beam directed at the power control photodetector 19. The light focusing lens 14 directs the light passing through the light shield 17 to the optical fiber pigtail 15. The light shield 17 is used to prevent the back reflection light from passing back to the external laser cavity and is generally a selection element.

바람직한 실시예에서, 레이저 어셈블리는 실질적으로 단일 길이방향 및 바람직하게는 단일 횡방향 모드 방사를 하도록 설계되어 있다. 길이방향 모드는 레이저 공동내 다수의 개개의 주파수에서의 동시 레이징을 의미한다. 횡모드는 레이징 방사의 횡방향으로 빔강도 횡단면으로의 공간 변화에 해당한다. 일반적으로, 이득매질의 적절한 선택, 예컨대, 도파관을 포함하는 상업적으로 구매가능한 반도체 레이저 다이오드가 단일 공간모드 동작 또는 단일 횡방향모드 동작을 보장한다.In a preferred embodiment, the laser assembly is designed to produce substantially single longitudinal and preferably single transverse mode radiation. Longitudinal mode means simultaneous lasing at multiple individual frequencies in the laser cavity. The transverse mode corresponds to the spatial change in the cross section of the beam intensity in the transverse direction of the laser radiation. In general, a suitable choice of gain medium, such as a commercially available semiconductor laser diode comprising a waveguide, ensures single space mode operation or single lateral mode operation.

레이저는 WDM 또는 DWDM 시스템에서 등간격 채널 주파수를 일치시키는 복수의 등간격 출력 주파수 중 선택된 하나로 출력 방사를 방출하도록 구성되어 있다. 레이저는 공동내 광소자들의 스펙트럼 응답 및 공동의 위상에 따라 단일 길이방향 모드출력을 방출하도록 동작된다.The laser is configured to emit output radiation at a selected one of a plurality of equally spaced output frequencies that match equally spaced channel frequencies in a WDM or DWDM system. The laser is operated to emit a single longitudinal mode output depending on the spectral response of the optical elements in the cavity and the phase of the cavity.

레이저 어셈블리는 광소자를 위한 기계적 기준 베이스로서 기능을 하는 공통 열도전성 플랫폼(10)상에 배치된다. 공통 광벤치(optical bench)의 사용은 디자인 복잡도를 최소화하고 동조형 레이저의 광학부품들 간의 정렬을 간단히 하기 때문에 바람직하다. 플랫폼(10)은 알루미늄 니트라이드(AlN), 실리콘 카바이드(SiC), 및 구리-텅스텐(CuW)과 같은 임의의 열도전성 재료로 제조될 수 있다.The laser assembly is disposed on a common thermally conductive platform 10 that functions as a mechanical reference base for the optical device. The use of a common optical bench is desirable because it minimizes design complexity and simplifies alignment between the optical components of a tuned laser. Platform 10 may be made of any thermally conductive material, such as aluminum nitride (AlN), silicon carbide (SiC), and copper-tungsten (CuW).

도 1에 도시하지 않았으나, 렌즈(3 및 20)는 각각의 마운트에 의해 플랫폼에 장착된다.Although not shown in FIG. 1, lenses 3 and 20 are mounted to the platform by respective mounts.

동조형 미러(8)는 열도전성 플랫폼(10)의 주 표면에 대해 실질적으로 수평으 로 놓여있다. 바람직한 실시예에서, 동조형 미러는 동조형 미러를 수용할 수 있는(도 1에서 9로 표시된) 열도전성 기판 또는 홀더상에 위치된다. 플랫폼(10)이 금속 재료로 제조되는 경우, 동조형 미러는 통상 레이저 동작동안 바이어스되기 때문에 동조형 미러와 플랫폼 사이의 전기접촉을 방지하기 위해 기판 또는 홀더(9)는 전기절연재료로 제조되어야 한다. 바람직한 실시예에서, 홀더(9)는 AlN 또는 SiC로 제조된다.The tuned mirror 8 lies substantially horizontal with respect to the major surface of the thermally conductive platform 10. In a preferred embodiment, the tunable mirror is located on a thermally conductive substrate or holder that can receive the tunable mirror (indicated by 9 in FIG. 1). If the platform 10 is made of a metallic material, the substrate or holder 9 must be made of an electrically insulating material to prevent electrical contact between the synchronized mirror and the platform since the synchronous mirror is usually biased during laser operation. . In a preferred embodiment, the holder 9 is made of AlN or SiC.

동조형 미러를 플랫폼상에 수평으로 놓음으로써, 플랫폼과의 열접촉이 최대화되는 한편, 레이저 어셈블리동안 레이저 빔에 대해 미러를 능동적으로 정렬할 필요가 없다. 바람직하기로, 레이저 어셈블리동안, 동조형 미러는 열도전성 에폭시, 예컨대, 은(Ag) 충진된 에폭시, 또는 실리콘 수지에 의한 열도전성 플랫폼상에 접합된다. 대안으로, 동조형 미러는 홀더에 수용되거나 열도전성 플랫폼에 접합되는 기판상에 배치된다. 미러는 기판 또는 홀더에 접착될 수 있다.By placing the tunable mirror horizontally on the platform, thermal contact with the platform is maximized, while there is no need to actively align the mirror with respect to the laser beam during the laser assembly. Preferably, during the laser assembly, the tuned mirror is bonded onto a thermally conductive platform with a thermally conductive epoxy such as silver (Ag) filled epoxy, or a silicone resin. Alternatively, the tunable mirror is disposed on a substrate that is received in a holder or bonded to a thermally conductive platform. The mirror may be attached to the substrate or the holder.

바람직하게는 광 능동형 정렬기술에 의해 레이저빔을 정렬하는데 필요한 것은 편향기(6)이다. 편향기는 예컨대 (도 1에 미도시) 플랫폼(10)에 고정되는 지지구조에 의해 공동내에 보호될 수 있다. 편향기는 지지구조에 접착될 수 있거나, 적어도 부분적으로 금속화된 경우, 접합될 수 있다.Preferably, the deflector 6 is required for aligning the laser beam by photoactive alignment technology. The deflector may be protected in the cavity, for example by a support structure secured to the platform 10 (not shown in FIG. 1). The deflector may be attached to the support structure, or may be bonded, if at least partially metallized.

열도전성 플랫폼이 반사 재료, 예컨대 금(Au) 도금된 세라믹 베이스로 제조되는 경우, FP 공동은 동조형 미러와 플랫폼 사이에 형성될 수 있으며, 이는 레이저 외부공동에서 의사 반사를 일으킨다. 이 문제를 최소화하기 위해, 작은 각도, 예컨대, 0.5°또는 1°가 동조형 미러의 주표면의 평면과 플랫폼 면을 따르는 평면 사이에 형성되도록 플랫폼의 주 상층면에 대해 동조형 미러를 약간 기울이게 하는 것이 바람직하다. 대안으로, 플랫폼 면의 반사도는 적어도, 예컨대, 레이저 컷팅에 의해 플랫폼의 표면을 거칠게 함으로써 적어도 동조형 미러 아래와 주변 영역에서 감소될 수 있다. If the thermally conductive platform is made of a reflective material, such as a gold (Au) plated ceramic base, an FP cavity can be formed between the tunable mirror and the platform, which causes pseudo reflection in the laser cavity. To minimize this problem, the tilting mirror is slightly tilted with respect to the major top layer of the platform such that a small angle, such as 0.5 ° or 1 °, is formed between the plane of the principal surface of the tunable mirror and the plane along the platform plane. It is preferable. Alternatively, the reflectivity of the platform face can be reduced at least at the bottom and in the peripheral region of the tunable mirror, for example by roughening the surface of the platform by laser cutting.

온도를 안정화시키기 위해, FP 에탈론(4)은 바람직하게는 플랫폼(10)과의 열접촉을 촉진하기 위해 열도전성 하우징(5)내에 수용된다. 에탈론의 하우징(5)은 바람직하게는 150W/mK 보다 작지 않는 열전도도를 나타내며 예컨대 은 충전된 에폭시 수지, 저온 용접 합금 또는 열도전성 에폭시를 사용한 다이 부착에 의해, 플랫폼상에 직접 용접된다. 예컨대, 에탈론 홀더는 CuW 합금으로 제조될 수 있다. FP 에탈론 또는 그 홀더가, 설령 있다면, 플랫폼에 접착되거나 용접되는 경우, 레이저 빔에 대한 에탈론의 광정렬의 조절은 조준렌즈(3)를 능동적으로 정렬함으로써 수행될 수 있다.In order to stabilize the temperature, the FP etalon 4 is preferably housed in the thermally conductive housing 5 to facilitate thermal contact with the platform 10. The housing 5 of the etalon preferably exhibits a thermal conductivity not less than 150 W / mK and is welded directly onto the platform, for example by die attach using a silver filled epoxy resin, a low temperature weld alloy or a thermally conductive epoxy. For example, the etalon holder can be made of CuW alloy. If the FP etalon or its holder, if any, is bonded or welded to the platform, adjustment of the optical alignment of the etalons to the laser beam can be performed by actively aligning the collimating lens 3.

조준렌즈(3)는 지지구조(미도시)에 의해 플랫폼(10)에 장착될 수 있고, 이는 또한 레이저 빔에 렌즈의 정렬을 위해 사용될 수 있다.The aiming lens 3 can be mounted to the platform 10 by a support structure (not shown), which can also be used for alignment of the lens to the laser beam.

이득 칩(2)은 바람직하게는 다른 광소자에 대해 편리한 높이로 방출된 빔을 위치시키고 열발산을 더 향상시키기 위해 열도전성 서브마운트(21)에 예컨대 접합함으로써 위치된다. 열도전성 서브마운트(21)는 열도전성 플랫폼(10)상에 위치된다.The gain chip 2 is preferably positioned by, for example, bonding to the thermally conductive submount 21 to position the emitted beam at a convenient height relative to other optical elements and to further improve heat dissipation. The thermally conductive submount 21 is located on the thermally conductive platform 10.

열도전성 플랫폼(10)은 바람직하게는 플랫폼에 열제어를 제공하는 TEC(11)에 열적으로 결합된다. 예컨대, 플랫폼(10)은 TEC(11)에 접착되거나 용접될 수 있다. 플랫폼상에 위치되고 플랫폼(10)을 냉각 또는 가열시키기 위한 제어신호를 제공하기 위해 TEC에 동작적으로 결합되는 서미스터(thermistor) 또는 서모커플(thermocouple)과 같은 열센서장치(12)에 의해 열도전성 플랫폼의 온도 감시가 제공된다. 추가 열센서장치는 광소자의 특정 열제어가 필요한 경우 레이저 어셈블리의 하나 이상의 광소자, 예컨대, 동조형 미러 또는 FP 에탈론상에 선택적으로 위치될 수 있다. The thermally conductive platform 10 is preferably thermally coupled to the TEC 11 which provides thermal control to the platform. For example, platform 10 may be bonded or welded to TEC 11. Thermal conductivity by means of a thermal sensor device 12, such as a thermistor or thermocouple, located on the platform and operatively coupled to the TEC to provide a control signal for cooling or heating the platform 10. Temperature monitoring of the platform is provided. The additional thermal sensor device may optionally be located on one or more optical elements of the laser assembly, for example a tunable mirror or FP etalon, if specific thermal control of the optical element is required.

수치 시뮬레이션은 인가된 전압으로 인해 동조형 미러의 소산된 전력이 50mW 만큼이나 높은 경우에도, 레이저 어셈블리의 최대온도변화는 -10 내지 70℃의 온도동작범위에 걸쳐 0.1℃ 미만으로 유지됨을 보였다. Numerical simulations show that even when the dissipated power of the tuned mirror is as high as 50mW due to the applied voltage, the maximum temperature change of the laser assembly remains below 0.1 ° C over the temperature operating range of -10 to 70 ° C.

도 3은 본 발명의 제 2 바람직한 실시예에 따른 레이저 어셈블리의 개략도이다. 레이저 어셈블리(30)는 이득매질(31), 조준렌즈(32), FP 에탈론(33), 편향장치(34) 및 동조형 미러(35)를 구비한다. 이득매질(31)은 후면(41) 및 전면(42)을 구비하는 반도체 다이오드상에 배치된다. 다이오드의 전면(42)은 반사방지 코팅된 반면에, 후면(41)은 부분 반사된다. 바람직하기로, 이득매질은 후면 반사를 더 줄이기 위해 전면상에 비스듬한 입사를 갖도록 굽은 이득 칩 도파관을 갖는 반도체 이득 칩이다. 제 2 실시예에 따른 폴더형 레이저 공동의 편향기는 빔분리기(BS)(34)이다. 이득매질(31)로부터 방출된 광이 조준렌즈(32)에 의해 조준되고 FP 에탈론(33)을 통과한다. FP 에탈론을 통과한 후, 광경로(37)를 따라 이동하는 광이 BS(34)에 부딪히고, BS에서 광은 경로(38)를 따라 동조형 미러(35)로 부분적으로 방향전환된다. 동조형 미러의 반사도에 따라 동조형 미러에 부딪힌 대부분의 광은 BS로 다시 반사되고, 차례로 일부를 레이저 다이오드로 되돌려 보낸다. 레이저 외부공동은 광경로(37 및 38)를 합한 광경로를 갖는 폴더형 공동이다. 레이저 다이오드(41)의 후면과 동조형 미러(40)의 배면이 레이저 외부공동의 엔드 미러를 형성한다.3 is a schematic diagram of a laser assembly according to a second preferred embodiment of the invention. The laser assembly 30 includes a gain medium 31, a collimating lens 32, an FP etalon 33, a deflector 34, and a tuning mirror 35. The gain medium 31 is disposed on a semiconductor diode having a rear face 41 and a front face 42. The front face 42 of the diode is antireflective coated while the rear face 41 is partially reflected. Preferably, the gain medium is a semiconductor gain chip having a gain chip waveguide bent to have an oblique incidence on the front surface to further reduce back reflection. The deflector of the clamshell laser cavity according to the second embodiment is a beam separator (BS) 34. Light emitted from the gain medium 31 is aimed by the aiming lens 32 and passes through the FP etalon 33. After passing through the FP etalon, light traveling along the optical path 37 hits the BS 34, where the light is partially redirected along the path 38 to the tunable mirror 35. Depending on the reflectivity of the tuning mirror, most of the light hitting the tuning mirror is reflected back to the BS, which in turn sends some back to the laser diode. The laser cavity is a clamshell with an optical path that combines the optical paths 37 and 38. The rear surface of the laser diode 41 and the rear surface of the tunable mirror 40 form an end mirror of the laser external cavity.

따라서, BS는 동조형 미러로 편향되는 입사광 빔(37) 중 일부를 반사시키고 그런 후 레이저 다이오드로 광을 돌려보내는 BS로 다시 보내진다. 광의 나머지(바람직하게는 상당한) 부분이 광경로(39) 방향으로 BS에 의해 전송되고 레이저 출력빔을 구성한다. 바람직하기로, BS(39)의 전송축은 레이저 빔의 광축, 즉, 광경로(37)에 실질적으로 평행하다. 예컨대, BS는 입사빔을 90°로 반사시키는 입방체 빔분리기(cube beam splitter)이다. 바람직하기로, BS는 입사광의 편광에 민감하다.Thus, the BS reflects a portion of the incident light beam 37 which is deflected into the tunable mirror and is then sent back to the BS which returns the light to the laser diode. The remaining (preferably significant) portion of the light is transmitted by the BS in the direction of the optical path 39 and constitutes a laser output beam. Preferably, the transmission axis of the BS 39 is substantially parallel to the optical axis of the laser beam, ie the optical path 37. For example, the BS is a cube beam splitter that reflects an incident beam at 90 degrees. Preferably, the BS is sensitive to polarization of incident light.

이 레이저 설계내에, BS(34)는 바람직하게는 비교적 고출력 레이저 전력을 보장하기 위해 바람직하게는 70% 내지 90% 범위의 비교적 큰 투과율을 갖는다. 빔분리기의 투과율의 최적값은 공동 손실 및 이득 리플(gain ripple)의 최소화 사이의 트레이드 오프(trade-off)로서 선택될 수 있다. 레이저 다이오드(31)의 후면(41)의 반사도는 바람직하게는 약 100%이다. 바람직한 실시예에서 BS로부터 반사된 광 비율이 작은 것으로 나타나나, 레이저 외부공동에서 양호한 레이저 증폭은 고출력 이득매질, 예컨대, 적어도 200㎝-1 만큼 차등 이득을 갖는 반도체 이득 칩에 의해 달성될 수 있다.Within this laser design, BS 34 preferably has a relatively large transmittance, preferably in the range of 70% to 90%, to ensure a relatively high output laser power. The optimal value of the transmittance of the beam splitter can be selected as a trade-off between cavity loss and minimization of gain ripple. The reflectivity of the back surface 41 of the laser diode 31 is preferably about 100%. Although the ratio of light reflected from the BS appears to be small in a preferred embodiment, good laser amplification in the laser cavity may be achieved by a semiconductor gain chip having a differential gain by a high output gain medium, for example at least 200 cm −1 .

도 3의 실시예에 따르면, BS의 제 2 전송축은 실질적으로 입사빔에 수직이다. 광경로(43)를 따른 BS를 통해 전송된 광빔은 광경로(43)를 따라 단순히 광검출기(36), 예컨대, 포토다이오드를 배치함으로써, 출력전력을 감시하기 위해 테스트 빔으로서 사용될 수 있다. 예컨대, 반도체 포토다이오드는 접착제 또는 납땜에 의해 BS 광학부품에 직접 부착될 수 있다.According to the embodiment of Figure 3, the second transmission axis of the BS is substantially perpendicular to the incident beam. The light beam transmitted through the BS along the light path 43 may be used as a test beam to monitor the output power by simply placing a photodetector 36, such as a photodiode along the light path 43. For example, the semiconductor photodiode can be attached directly to the BS optical component by adhesive or soldering.

포토다이오드(36)는 경로(39)를 따라 레이저 출력빔과 동일 강도를 갖는 광빔을 수신한다. 도 3의 레이저 설계에서 전력 감시는 레이저 빔의 비교적 큰 비율이 광검출기에 의해 검출되고 이에 의해 레이저 동작동안 전력 변화 또는 변동의 정확도를 높이는 이점을 갖는다. The photodiode 36 receives a light beam having the same intensity as the laser output beam along the path 39. Power monitoring in the laser design of FIG. 3 has the advantage that a relatively large proportion of the laser beam is detected by the photodetector, thereby increasing the accuracy of power variations or fluctuations during laser operation.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 레이저 시스템을 도시한 것이다. 동일한 참조번호가 도 1에 도시된 소자들에 해당하는 동조형 레이저의 소자들에 주어지고 상세한 설명은 생략한다.4 shows a laser system according to a third embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the elements of the tunable laser corresponding to the elements shown in FIG. 1 and the detailed description is omitted.

FP 에탈론(4)을 통과한 후, 광은 빔분리기(BS)(45)에 충돌하고, 여기서 광은 부분적으로 동조형 미러(8)로 방향전환된다. 광검출기(46)는 레이저 광의 일부를 수신하고, 상기 광은 동조형 미러에 의해 BS로 돌려보내지고 그런 후 전력 감시용 테스트 빔으로서 BS를 통해 전송된다.After passing through the FP etalon 4, the light impinges on the beam separator (BS) 45, where the light is partially redirected to the tuned mirror 8. Photodetector 46 receives a portion of the laser light, which is returned to the BS by a tunable mirror and then transmitted through the BS as a test beam for power monitoring.

레이저 빔, 즉, 레이저 출력빔의 광축 방향을 따라 BS(45)를 통해 전송된 레이저 광은 광차폐기(17)를 통해 지향된 후 광섬유(5)로 렌즈(14)에 의해 집속된다. 도 4의 실시예에 따른 레이저 공동의 설계는 광섬유에 결합하기 위해 광출력 어셈블리에 출력빔을 조준하기 위한 제 2 조준렌즈(도 1의 렌즈(20))가 필요하지 않기 때문에 공동의 조밀성(compactness)을 향상시키는 이점이 있음을 주목하는 것이 중요하다. 더욱이, 전력 감시가 구현되는 경우, 출력전력을 내보내는 또 다른 BS가 필요하지 않다.The laser beam, ie, the laser light transmitted through the BS 45 along the optical axis direction of the laser output beam, is directed through the light shield 17 and then focused by the lens 14 onto the optical fiber 5. The design of the laser cavity according to the embodiment of FIG. 4 does not require a second collimating lens (lens 20 of FIG. 1) to aim the output beam at the light output assembly to couple to the optical fiber, thus compacting the cavity. It is important to note that there are benefits to improving Moreover, if power supervision is implemented, there is no need for another BS to output the output power.

바람직하기로, 도 4의 레이저 설계에서, 레이저 다이오드의 후면은 90% 보다 더 큰 반사도를 가지며 전면은 선택되지 않은 채널로 레이저 방출을 야기할 수 있는 이득 리플(gain ripple)을 최소화하기 위해 10-3 미만의 반사도를 갖는다.Preferably, in the laser design of FIG. 4, the back side of the laser diode has a reflectivity greater than 90% and the front side has a 10 − in order to minimize gain ripple that can cause laser emission into an unselected channel. Has a reflectivity of less than 3 .

도 5a 및 도 5b는 도 4의 빔분리기(45)에 대한 2가지 가능한 지지구조를 도시한 것이다. 이 실시예에서, BS는 입방체 빔분리기이다. 지지구조는 본 발명의 다른 실시예에 따라 빔분리기를 적소에 유지 및 고정시키는데 사용될 수 있음을 알아야 한다. 유사한 지지구조가 도 1의 평면 미러를 적소에 유지 및 고정시키는데 또한 사용될 수 있다. 도 5a에서, 지지구조(80)는 빔분리기(45)를 보유하기 위해 U형 홀더(81)와 U형 직사각형 프레임(82)으로 구성되고, 열도전성 플랫폼(10)상에 적소에 장착 및 고정된다. 빔분리기(45)는 에폭시 또는 접착제에 의해 사전에 홀더(81)에 부착될 수 있다. 홀더(81)는 레이저빔에 대한 정렬 후에 직사각형 프레임(82)에 고정될 수 있다. 직사각형 프레임(82)의 내면은 플랫폼(10)상에 수평으로 놓여있는 동조형 미러(8)에 대한 공간을 남겨두게 개방된다. 직사각형 프레임(82)은 동조형 미러(8)를 둘러싸는 반면에 홀더(81)는 동조형 미러 위에 위치된다.5A and 5B show two possible support structures for the beam separator 45 of FIG. 4. In this embodiment, the BS is a cube beam splitter. It should be appreciated that the support structure may be used to hold and secure the beam splitter in place according to another embodiment of the present invention. Similar support structures can also be used to hold and secure the planar mirror of FIG. 1 in place. In FIG. 5A, the support structure 80 consists of a U-shaped holder 81 and a U-shaped rectangular frame 82 to hold the beam separator 45, and is mounted and fixed in place on the thermally conductive platform 10. do. The beam separator 45 may be attached to the holder 81 in advance by epoxy or adhesive. The holder 81 can be fixed to the rectangular frame 82 after alignment with the laser beam. The inner surface of the rectangular frame 82 opens to leave space for the tunable mirror 8 lying horizontally on the platform 10. The rectangular frame 82 surrounds the synchronized mirror 8 while the holder 81 is located above the synchronized mirror.

도 5b는 BS(45)용의 다른 지지구조를 도시한 것이다. 지지구조(85)는 빔분리기(45)를 수용하기 위한 U형 홀더(83)와 동조형 미러(8)를 둘러싸는 U형 직사각형 프레임(86)으로 구성된다. 홀더(83)와 직사각형 프레임(86)은 U 볼트(87)와 U 볼트 지지물(88)에 의해 서로 고정된다. 명확히 하기 위해, U 볼트(87)는 또한 지지구조의 타부분으로부터 떨어져 있게 도시되어 있다. 지지구조(85)의 일부분은 용접스폿(weld spots)(84)을 통한 레이저 용접에 의해 고정된다. 빔분리기(45)는 에폭시나 접착제로 사전에 홀더(83)에 부착될 수 있다. 상기 지지구조(85)는 플랫폼(10)에 U형 직사각형 프레임(86)을 고정시킨 후 5개의 자유도(3개 축과 2개 반경방향)를 갖는 정렬을 가능하게 한다. 직사각형 프레임(86)은 접착제, 납땜, 또는 레이저 용접에 의해 플랫폼에 부착될 수 있다.5B shows another support structure for the BS 45. The support structure 85 consists of a U-shaped holder 83 for receiving the beam splitter 45 and a U-shaped rectangular frame 86 surrounding the tunable mirror 8. The holder 83 and the rectangular frame 86 are fixed to each other by the U bolt 87 and the U bolt support 88. For clarity, the U bolt 87 is also shown away from the rest of the support structure. A portion of the support structure 85 is fixed by laser welding through weld spots 84. The beam separator 45 may be attached to the holder 83 in advance with epoxy or adhesive. The support structure 85 enables alignment with five degrees of freedom (three axes and two radial directions) after securing the U-shaped rectangular frame 86 to the platform 10. Rectangular frame 86 may be attached to the platform by adhesive, soldering, or laser welding.

지지구조(80 또는 85)에 의한 빔분리기의 정렬은 바람직하게는 그 자체가 공지된 능동형 광정렬 방법에 의해 수행된다. The alignment of the beam splitter by the support structure 80 or 85 is preferably performed by an active light alignment method known per se.

도 5a 및 도 5b의 지지구조가 예로써 주어져 있으며 편향기의 지지구조에 대한 다른 많은 기하학적 구성이 가능함을 알아야 한다.It is to be appreciated that the support structure of FIGS. 5A and 5B is given by way of example and many other geometric configurations for the support structure of the deflector are possible.

바람직한 실시예에서, 동조형 미러는 기판상에 형성된 도파관을 포함하는 전기광학 소자와 도파관상에 형성된, 예컨대, 도파관과 동일한 재로 된 회절격자이다. 회절격자 위로, 적어도 상기 회절격자의 간격을 채우는 클래딩층이 형성된다. 클래딩층은 전기적으로 선택가능한 광범위한 굴절률을 갖는 액정 재료로 제조된다. 그 중 적어도 하나가 투명한 2개의 도체가 액정층의 맞은편 면에 위치된다. 전압원 또는 전류원이 2개의 투명한 도체 양단에 연결된다. 동조형 미러의 구조의 예가 미국특허 No. 6,215,928에 주어져 있다. 도체에 인가된 전압에 걸리는 전압 또는 전 류에 따라, 동조형 미러는 주어진 파장(λTM)에서만 방사를 반사한다. 다른 모든 파장에서의 방사는 동조형 미러를 통과한다. 따라서, 동조형 미러는 동조형 선택소자로서 그리고 공동엔드미러로서 모두 기능한다. 동조형 미러는 dc 스트레스로 인해 액정의 저하를 방지하기 위해 교류전압 VTM으로 구동된다. 인가된 전압의 주파수는 20kHz 에서 200kHz에 이를 수 있다. 동조형 미러의 스펙트럼 응답은 스펙트럼 선으로, 예컨대, λTM에 중심을 두고, 약 50GHz 에서 약 250GHz, 바람직하게는 70 내지 100GHz에 이를 수 있는 (FWHM)TM 대역폭을 갖는 로렌찌안 곡선의 선형태와 유사한 선형을 갖는다. 특정한 실시예에서, λTM은 80㎚ 범위에 걸쳐 동조될 수 있다.In a preferred embodiment, the tuned mirror is an electro-optical device comprising a waveguide formed on a substrate and a diffraction grating made of the same material as the waveguide, for example, formed on the waveguide. Above the diffraction grating, a cladding layer is formed which at least fills the gap of the diffraction grating. The cladding layer is made of a liquid crystal material having a wide range of refractive index that is electrically selectable. Two conductors, at least one of which is transparent, are located on opposite sides of the liquid crystal layer. A voltage source or current source is connected across two transparent conductors. An example of the structure of a tuning mirror is described in US Patent No. 6,215,928. Depending on the voltage or current applied to the voltage applied to the conductor, the tuned mirror reflects radiation only at a given wavelength (λ TM ). Radiation at all other wavelengths passes through the tuned mirror. Thus, the tunable mirror functions both as a tunable selection element and as a cavity end mirror. The tuned mirror is driven with an alternating voltage V TM to prevent degradation of the liquid crystal due to dc stress. The frequency of the applied voltage can range from 20 kHz to 200 kHz. The spectral response of the tuned mirror is a spectral line, e.g., with a linear form of a Lorentzian curve with a (FWHM) TM bandwidth centered at λ TM and can range from about 50 GHz to about 250 GHz, preferably 70 to 100 GHz. Have a similar linearity. In certain embodiments, λ TM can be tuned over a 80 nm range.

레이저의 레이징 출력파장, 즉, 레이징 채널은 동조형 미러의 공진 파장 λTM에 상응하고, 차례로 동조형 미러에 인가된 전압 VTM의 진폭값에 상응하도록 선택된다.Laser having a lasing output wavelength, that is, the lasing channel is selected to correspond to the amplitude of the tunable mirror resonance wavelength λ TM and the corresponding, in turn applied to the tunable mirror voltage V TM of.

다르게 말하면, 동조형 미러에 의한 동조형 레이저의 방출파장(주파수)의 선택은 인가된 전압 VTM에 상응하는 값을 선택함으로써 달성된다. 미세파장조절은 레이저 출력전력의 분석으로부터, 예컨대, 동조형 미러에 인가된 전압 VTM을 약간 가변시키고 출력전력에서의 최대값을 찾음으로써 도출될 수 있다. 바람직하기로, 레이저 출력 및 관련된 위상에서의 광전력의 AC 성분은 공동모드 파장 λCM과 동조형 미러 λTM의 피크 파장 간의 파장 차, 즉, Δλ=λCMTM에 대한 크기 및 신호를 평 가하기 위해 측정된다. 파장 차 Δλ를 줄이거나 제거하기 위해, 전압 VTM을 변경함으로써 광전력의 AC 성분의 최소화가 추구된다. In other words, the selection of the emission wavelength (frequency) of the tuning laser by the tuning mirror is achieved by selecting a value corresponding to the applied voltage V TM . The microwavelength adjustment can be derived from the analysis of the laser output power, for example by slightly varying the voltage V TM applied to the tunable mirror and finding the maximum value in the output power. Preferably, the AC component of the optical power at the laser output and associated phase is such that the wavelength difference between the comode wavelength λ CM and the peak wavelength of the tuned mirror λ TM , ie the magnitude and signal for Δλ = λ CM −λ TM . It is measured for evaluation. In order to reduce or eliminate the wavelength difference Δλ, minimization of the AC component of the optical power is sought by changing the voltage V TM .

레이저 공동에서 모드 안정성을 위해, λFP에서 에탈론의 투과피크의 중심에 λCM의 공동모드의 정렬이 달성되어야 한다. 선택된 에탈론 피크와 레이징 모드를 정렬하기 위한 폐쇄루프제어는, 예컨대, 이득매질 예를 들면 레이저 다이오드의 주입 전류 ILD를 조절함으로써 수행될 수 있다. 레이저 다이오드의 주입전류에서의 변화는 이득매질의 굴절률에서의 변화 및 이에 따른 레이저 출력위상에서의 변화를 유도한다. 공동모드를 갖는 에탈론 피크의 중심조정은 ILD를 조절하고 레이저 출력전력을 감시함으로써 얻어질 수 있다. 레이저 출력전력을 극대화시키는 알고리즘이 에탈론 모드의 피크 아래에서 공동모드의 미세동조를 위해 실행될 수 있다.For mode stability in the laser cavity, alignment of the cavity mode of λ CM at the center of the transmission peak of the etalon in λ FP must be achieved. Closed loop control to align the selected etalon peak and the lasing mode can be performed, for example, by adjusting the injection current I LD of the gain medium, for example a laser diode. The change in the injection current of the laser diode induces a change in the refractive index of the gain medium and thus a change in the laser output phase. Centering of etalon peaks with cavity modes can be obtained by adjusting the I LD and monitoring the laser output power. An algorithm that maximizes the laser output power can be executed for fine tuning of the cavity mode below the peak of the etalon mode.

바람직하기로, 선택된 공동모드에 동조형 미러를 정렬시키기 위해, 출력전력의 AC 성분이 분석되는 반면, 에탈론 피크에 공동모드를 정렬시키기 위해, 통합된 출력전력의 최대화가 추구된다. 상술한 바와 같이, 레이저 출력전력은 상기 출력 레이저빔으로부터 떼어진 테스트 빔으로부터 광검출기에 의해 측정될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 동조형 미러를 공동모드로 그리고 공동모드를 에탈론 피크로의 정렬을 위해, 도 3 및 도 4에 도시된 구성의 포토다이오드에 의해, 레이저 출력전력의 감시가 수행된다. 연속적으로 동작하는 2개의 제어 알고리즘이 이 목적으로 수행될 수 있다.Preferably, in order to align the tuned mirror to the selected cavity mode, the AC component of the output power is analyzed while maximizing the integrated output power is sought to align the cavity mode to the etalon peak. As described above, laser output power can be measured by a photodetector from a test beam separated from the output laser beam. In a preferred embodiment, the monitoring of the laser output power is performed by the photodiode of the configuration shown in FIGS. 3 and 4 for alignment of the tunable mirror to the cavity mode and the cavity mode to the etalon peak. Two control algorithms that operate continuously can be performed for this purpose.

ITU 격자상에 모든 채널들에 대한 초기 동작지점들이 룩업 테이블(lookup table)에 저장된다. 룩업 테이블에서 모든 채널은 동조형 미러에 인가된 전압 VTM 및 이에 따른 선택가능한 채널파장 λTM과 연관된다. 룩업 테이블은 또한 채널 주파수와 연관된 주입 전류 ILD의 초기 동작값을 저장할 수 있다.Initial operating points for all channels on the ITU grid are stored in a lookup table. Every channel in the lookup table is associated with the voltage V TM applied to the tuned mirror and thus the selectable channel wavelength λ TM . The lookup table may also store the initial operating value of the injection current I LD associated with the channel frequency.

루프 컨트롤러가 주파수 및 모드 제어를 위해 제어 알고리즘을 실행할 수 있다. 예컨대, 루프 컨트롤러는 적절한 프로그램 코드와 룩업 테입블(들)을 갖는 프로세서를 포함하는 드라이브 광피드백 회로를 포함한다.The loop controller can execute control algorithms for frequency and mode control. For example, the loop controller includes drive optical feedback circuitry that includes a processor having appropriate program code and lookup tablet (s).

레이저가 온되거나 채널이 스위치되는 경우, 드라이버는 룩업 테이블로부터 레이저 다이오드에 인가되는 전류 ILD와 동조형 미러에 인가되는 전압 VTM을 읽는다. 본 출원인은 주어진 레이징 채널에 상응하는 파라미터들이 룩업 테이블(들)에 저장된 파라미터들에 대해 변할 수 있음을 관찰하였다. 레이저가 어떤 이유로, 예컨대, 노화나 환경조건의 변화에 의해 드리프트되었다면, 저장된 값들은 선택된 채널 주파수에 일치하지 않을 수 있다. 이는 특히 레이저 시스템이 상당히 오랜 비활동 시간후에 온되고 특히 초기에 조준되었던 온도와는 상당히 다른 온도로 스위치되는 경우에 발생할 수 있다.When the laser is on or the channel is switched, the driver reads from the lookup table the current I LD applied to the laser diode and the voltage V TM applied to the tunable mirror. The Applicant has observed that the parameters corresponding to a given lasing channel may vary for the parameters stored in the lookup table (s). If the laser is drift for some reason, eg by aging or changes in environmental conditions, the stored values may not match the selected channel frequency. This can occur in particular when the laser system is switched on after a very long period of inactivity and in particular switched to a temperature significantly different from the temperature at which it was initially aimed.

본 발명의 제 4 실시예에 따르면, 레이징 채널의 주파수 값의 절대기준을 얻게 한다. 도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 레이저 어셈블리의 일부를 도시한 것이다. 동조형 미러(52) 및 BS(53)가 레이저 어셈블리의 소자로서 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, BS상에 입사하는 레이저 광의 일부분이 동조형 미러(52)를 향해 진행하는 방향과 반대되는 방향(55)으로 투과된다. 제 1 광검출기(51)는 방향(55)을 따라 편향된 광의 일부분을 수신하고 광전력을 감시한다. 레이저 광의 파장을 감시하기 위해, 필터(54)는 레이저 광을 수신하고 파장에 따라 변하는 투과를 갖는 필터된 광을 출력한다. 보다 상세하게, 필터(54)는 예컨대 파장이 증가함에 따라 이득이 선형적으로 증가하는 파장의 함수인 이득 감쇠(gain attenuation)를 갖는다. 필터된 광은 제 2 광검출기(50)에 의해 수신된다. 제 2 광검출기에 의해 수신된 레이저 광의 진폭 대 제 1 광검출기에 의해 수신된 레이저 광의 진폭 비를 감시함으로써, 레이징 파장은 합당한 정확도로 결정될 수 있다. 레이징 주파수를 앎으로써, 레이징 채널이 도출될 수 있다.According to the fourth embodiment of the present invention, an absolute reference of the frequency value of the lasing channel is obtained. 6 shows a part of a laser assembly according to a fourth embodiment of the invention. Tuned mirror 52 and BS 53 are shown as elements of the laser assembly. As described above, a portion of the laser light incident on the BS is transmitted in a direction 55 opposite to the direction of travel toward the tuned mirror 52. The first photodetector 51 receives a portion of the light deflected along the direction 55 and monitors the optical power. To monitor the wavelength of the laser light, filter 54 receives the laser light and outputs filtered light having transmission that varies with the wavelength. More specifically, filter 54 has gain attenuation, for example, as a function of wavelength where the gain increases linearly as the wavelength increases. The filtered light is received by the second photodetector 50. By monitoring the amplitude ratio of the laser light received by the second photodetector to the amplitude of the laser light received by the first photodetector, the lasing wavelength can be determined with reasonable accuracy. By subtracting the lasing frequency, the lasing channel can be derived.

바람직하기로, 제 1 및 제 2 광검출기는 포토다이오드이다. 레이저 어셈브리의 조밀성(compactness)을 향상시키기 위해, 제 1 광검출기(51) 및 필터(54)는 접착제에 의해 빔분리기의 표면에 부착될 수 있다. 제 2 광검출기(50)는 필터(54)의 후면상에 접착될 수 있다.Preferably, the first and second photodetectors are photodiodes. In order to improve the compactness of the laser assembly, the first photodetector 51 and filter 54 may be attached to the surface of the beam separator by an adhesive. The second photodetector 50 may be adhered on the backside of the filter 54.

도 6에 도시된 구성에 의한 레이징 파장을 결정하는 것은 광검출기상에 입사한 레이저광의 광출력이 대상 파장범위, 예컨대, C 대역에 걸친 파장평가에 있어 충분한 정확도를 갖도록 비교적 큰 것이 필요한 것에 주의해야 한다. 이는 또한 필터된 광이 파장종속적 투과 또는 감쇠를 갖는, 즉, 필터의 이득이 소정의 파장에 상응하여 상당히 감쇠될 수 있는 사실에 기인한다. 예컨대, 10dBm 크기의 전력을 갖는 레이저 출력빔에 대해, 빔분리기상에 입사한 광의 적어도 약 10%가 90%/10% 이하의 분리비를 갖는 BS에 해당하는 테스트 빔으로서 전환되어야 한다. 90%/10% 이하의 분리비를 갖는 BS의 사용은 광출력 어셈블리가 도 1에 도시된 실시예에서와 같이 정렬되는 경우 레이저 출력전력을 상당히 불리하게 할 수 있기 때문에 거의 받아들여질 수 없다(즉, 테스트 빔이 레이저 다이오드의 후면 앞에 위치된 빔분리기에 의해 레이저 출력빔으로부터 벗어난다).Determining the lasing wavelength by the configuration shown in Fig. 6 requires that the light output of the laser light incident on the photodetector be relatively large so as to have sufficient accuracy in the wavelength evaluation over the target wavelength range, for example, the C band. Should be. This is also due to the fact that the filtered light has wavelength dependent transmission or attenuation, that is, the gain of the filter can be significantly attenuated corresponding to the predetermined wavelength. For example, for a laser output beam having a power of 10 dBm, at least about 10% of the light incident on the beam splitter must be converted as a test beam corresponding to a BS having a separation ratio of 90% / 10% or less. The use of a BS with a separation ratio of 90% / 10% or less is hardly acceptable (i.e., because the laser output power can be quite disadvantageous when the light output assembly is aligned as in the embodiment shown in FIG. 1). The test beam deviates from the laser output beam by a beam splitter located in front of the rear of the laser diode).

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동조형 레이저 시스템을 도시한 것이다. 동일한 참조번호가 도 4에 도시된 소자에 해당하는 동조형 레이저의 소자들에 주어져 있고 상세한 설명은 생략한다. 광제어 시스템(60)은 제 1 광검출기(61), 제 2 광 검출기(62) 및 (파장종속형 투과를 갖는) 필터(63)를 포함한다. 광제어 시스템(60)의 구성은 도 6을 참조로 더 상세하게 설명된 시스템과 유사하다. 광제어 시스템(60)은 바람직하게는 빔분리기상에 위치되어 있다. 도 7의 레이저 시스템은 레이저 출력빔의 파장 정렬 및 안정성을 보장하기 위한 폐쇄루프제어를 허용하는 피드백 시스템을 포함한다. 열도전성 플랫폼의 열제어는 온도 피드백 신호(69)를 마이크로프로세서(68)에 제공하기 위해 열센서장치(12), 예컨대, 서모시스터를 사용하여 달성된다. 서모시스터(12)에 의해 검출된 온도변화 또는 외부 입력에 응답하여, 플랫폼(10) 냉각 또는 가열에 대한 제어 명령이 피드백 신호(71) 및 가변 전류 발생기(66)에 의해 제공된 TEC(11)의 온도제어를 통해 주어진다. 레이저 다이오드(2)의 주입전류 ILD는 피드백 신호(70)를 통해 가변전류 발생기(67)에 의해 제어된다. 파장동조는 동조형 미러(8)에 인가된 전압(64)을 가변시킴으로써 수행되고 피드백 신호(73)에 의한 마이크로프로세서에 의해 제어된다. 압전 기판(69)이 동조 형 미러(8)아래에 있고 열도전성 플랫폼(10), 예컨대, 플랫폼상에 실질적으로 수평으로 압전 기판층과 열적 접촉되어 있다. 압전 기판은 열도전성, 예컨대, 압전 세라믹이어서, 동조형 미러와 플랫폼 사이에 양호한 열접촉을 보장한다. 예컨대, 압전 세라믹은 수 mm의 두께를 갖는 지르콘 티탄산 납(PbZrTiO3)으로 제조된 단일층 세라믹 시트이다. 압전 재료에 인가된 전압 VPZ의 변화로 일반적으로 수십 볼트 전압에 대해 마이크론 비율의 크기인 재료에서의 기계적 변형을 유도한다. 이는 외부레이저 공동의 광경로 기리의 변화를 야기한다. 즉, 광경로 길이가 압전 재료로의 전기 입력에 응답하여 변할 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 공동 모드를 갖는 에탈론 피크의 중심조정은 VPZ를 조절함으로써 그리고 레이저 출력전력을 감시함으로써 얻을 수 있다. 레이저 출력전력을 최대화하는 알고리즘이 에탈론 모드의 피크 아래에서 공동모드의 동조를 위해 수행될 수 있다. 이를 위해, 피드백 신호(72)가 마이크로프로세서(68)의 제어하에서 압전기판(69)에 가변전원장치(65)를 작동시킬 수 있다. 룩업 테이블이 VPZ의 초기 동작값을 저장할 수 있고, 상기 값은 채널 주파수와 관련있다. 이런 식으로, 공동모드의 동조를 위한 레이저 다이오드의 주입 전류 ILD의 조절이 필요하지 않다. 그러나, ILD는 출력전력을 제어하는데 사용될 수 있다. VPZ의 조절이 공동모드를 에탈론 피크에 정렬하는데 사용될 수 있는 반면에, ILD의 조절은 출력전력을 극대화하기 위해 동시에 수행될 수 있다. 연이어 동작되는 2개의 제어 알고리즘이 이 목적으로 수행될 수 있다. VPZ 및 ILD 모두를 제어함으로써 출력제어는 공동모드 중심조정 및 출력전력의 최적화를 위한 또 다른 자유도를 가능하게 한다. 따라서, 채널에 걸친 전력 균일성이 달성될 수 있다.7 illustrates a tunable laser system according to another embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the elements of the tunable laser corresponding to the elements shown in FIG. 4 and the detailed description is omitted. The light control system 60 includes a first photodetector 61, a second photodetector 62 and a filter 63 (having wavelength dependent transmission). The configuration of the light control system 60 is similar to the system described in more detail with reference to FIG. 6. Light control system 60 is preferably located on the beam splitter. The laser system of FIG. 7 includes a feedback system that allows closed loop control to ensure wavelength alignment and stability of the laser output beam. Thermal control of the thermally conductive platform is achieved using the thermal sensor device 12, such as a thermosistor, to provide the temperature feedback signal 69 to the microprocessor 68. In response to a temperature change or external input detected by the thermosistor 12, a control command for cooling or heating the platform 10 is provided by the feedback signal 71 and the variable current generator 66 of the TEC 11. Given through temperature control. The injection current I LD of the laser diode 2 is controlled by the variable current generator 67 via the feedback signal 70. Wavelength tuning is performed by varying the voltage 64 applied to the tunable mirror 8 and controlled by the microprocessor by the feedback signal 73. A piezoelectric substrate 69 is under the tuned mirror 8 and is in thermal contact with the piezoelectric substrate layer substantially horizontally on a thermally conductive platform 10, for example, the platform. The piezoelectric substrate is thermally conductive, such as piezoelectric ceramic, to ensure good thermal contact between the tunable mirror and the platform. For example, piezoelectric ceramics are single layer ceramic sheets made of lead zircon titanate (PbZrTiO 3 ) having a thickness of several mm. The change in voltage V PZ applied to the piezoelectric material induces mechanical deformation in the material, which is generally the size of the micron ratio with respect to tens of volts voltage. This causes a change in the optical path influence of the outer laser cavity. That is, the optical path length can change in response to an electrical input to the piezoelectric material. Thus, in this embodiment, the centering of the etalon peak with the common mode can be obtained by adjusting V PZ and by monitoring the laser output power. An algorithm that maximizes the laser output power can be performed for tuning of the cavity mode below the peak of the etalon mode. To this end, a feedback signal 72 can operate the variable power supply 65 on the piezoelectric plate 69 under the control of the microprocessor 68. The lookup table can store the initial operating value of V PZ , which is related to the channel frequency. In this way, it is not necessary to adjust the injection current I LD of the laser diode for tuning the cavity mode. However, I LD can be used to control the output power. While the adjustment of V PZ can be used to align the cavity mode to the etalon peak, the adjustment of I LD can be performed simultaneously to maximize the output power. Two control algorithms that are subsequently operated may be performed for this purpose. By controlling both V PZ and I LD, output control enables another degree of freedom for co-mode centering and optimization of output power. Thus, power uniformity across the channel can be achieved.

본 출원인은 레이저 어셈블리를 포함하는 패키지(도 7에서 7)상의 기계적 스트레스가 광섬유(15) 및 레이저 출력신호 간의 광커플링의 감소를 초래할 수 있어 출력 광전력을 감소키는 것을 관찰하였다. 레이저 시스템의 기계적 안정성을 향상시키기 위해, 광출력 어셈블리는 도 8에서 도시된 바와 같이 레이저 공동의 광소자들이 장착되는 열도전성 플랫폼(10)상에 장착될 수 있다. 광차폐기(75) 및 집속렌즈(77)가 열도전성 플랫폼(10)상에 고정되는 유지구조(76)상에 장착된다. 상기 유지구조(76)에 고정되는 이음관(78)이 광섬유(15)를 유지시킨다. 따라서, 본 발명에 따르면, 출력광의 광소자는 레이저 출력빔과 상기 출력빔을 광섬유에 집속시키는 출력 광학기 간의 오정렬이 최소화되도록 파장선택 소자(4,8) 및 레이저 공동의 이득매질(2)과 일체로 형성된다. 더욱이, 이 설계로, 광출력 어셈블리의 소자들의 열적 안정성이 보장될 수 있다. 바람직하기로, 광섬유(15)는 유리 솔더(glass solder)와 같이 밀봉 실란트(hermetic sealant)에 의해 이음관(78)에 솔더된다. 패키지(7)와 일체로 되거나 패키지에 고정된 외부 부트(external boot)(79)가 여분의 기계적 지지 및 광섬유 변형 경감을 위해 솔더된 광섬유를 둘러싼다. 바람직하기로, 이음관(78)은 밀봉 실란트에 의해 외부 부트(79)에 솔더되어 광섬유 이음관과 외부 부트는 밀봉 광피드스로우(optical feed through)를 형성한다.Applicants have observed that mechanical stress on a package containing a laser assembly (7 in FIG. 7) can result in a reduction in optical coupling between the optical fiber 15 and the laser output signal, thereby reducing the output optical power. In order to improve the mechanical stability of the laser system, the light output assembly can be mounted on the thermally conductive platform 10 on which the optical elements of the laser cavity are mounted, as shown in FIG. 8. The light shield 75 and the focusing lens 77 are mounted on the holding structure 76 fixed on the thermally conductive platform 10. A joint tube 78 fixed to the holding structure 76 holds the optical fiber 15. Thus, according to the present invention, the optical element of the output light is integrated with the wavelength selection element 4, 8 and the gain medium 2 of the laser cavity so that misalignment between the laser output beam and the output optics that focus the output beam to the optical fiber is minimized. Is formed. Moreover, with this design, the thermal stability of the elements of the light output assembly can be ensured. Preferably, the optical fiber 15 is soldered to the fitting tube 78 by a hermetic sealant, such as glass solder. An external boot 79 integrated with or fixed to the package 7 surrounds the soldered optical fiber for extra mechanical support and to reduce fiber strain. Preferably, the fitting tube 78 is soldered to the outer boot 79 by a sealing sealant such that the optical fiber fitting and the outer boot form a sealing optical feed through.

본 발명의 상세한 설명에 포함됨.Included in the Detailed Description of the Invention.

Claims (32)

복수의 공동모드를 형성하는 외부공동을 구비하고, 레이저 빔을 상기 외부공동으로 방출할 수 있는 이득매질(2,31)과,A gain medium (2, 31) having an external cavity for forming a plurality of cavity modes and capable of emitting a laser beam to said external cavity; 레이저 방출 주파수를 동자가능하게 선택하기 위해 상기 외부공동에 정렬되어 있고, 열도전성 플랫폼(10)상에 실질적으로 수평으로 놓여 있으며, 상기 열도전성 플랫폼과 서로 열접촉되어 있는 동조형 미러(8,35,52)와,Tuned mirrors 8,35 aligned to the external cavity for placement of the laser emission frequency, substantially horizontally on thermally conductive platform 10, and in thermal contact with the thermally conductive platform. 52) 반사도가 R이며 상기 외부공동내에 상기 이득매질에 의해 방출된 레이저 빔의 광경로에 배열되어 있어 상기 레이저 빔의 일부를 상기 동조형 미러를 향해 편향시키는 편향기(6,34,45,55)를 구비하는 출력방사를 방출하도록 구성되는 동조형 레이저 시스템.A reflector R, arranged in the optical path of the laser beam emitted by the gain medium in the outer cavity to deflect a portion of the laser beam towards the tunable mirror 6, 34, 45, 55 A tunable laser system configured to emit output radiation comprising. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편향기는 상기 외부공동에 배열되어 있어 상기 편향기에 의해 상기 동조형 미러로 반사된 광은 상기 이득매질에 의해 방출된 레이저 빔이 이동하는 방향에 실질적으로 수직한 방향을 갖는 동조형 레이저 시스템.And the deflector is arranged in the outer cavity such that the light reflected by the deflector to the tunable mirror has a direction substantially perpendicular to the direction in which the laser beam emitted by the gain medium moves. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 편향기를 유지하기 위한 지지구조(80,85)를 더 구비하고, 상기 지지구조는 열도전성 플랫폼상에 위치되고 상기 동조형 미러를 둘러싸는 U형 프레 임(82,86)을 구비하는 동조형 레이저 시스템.Further comprising support structures (80,85) for holding the deflector, the support structures being positioned on a thermally conductive platform and having a U-shaped frame (82,86) surrounding the tunable mirror Laser system. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 편향기에는 이득매질로부터 이동하는 레이저 빔 방향에 대해 45°기울어져있는 반사층이 형성되어 있는 동조형 레이저 시스템.And wherein said deflector is formed with a reflective layer tilted at 45 [deg.] With respect to the direction of the laser beam traveling from the gain medium. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 선택된 파장격자의 상응하는 채널과 실질적으로 정렬된 복수의 통과 대역을 형성하기 위해 상기 외부공동에 정렬되어 있는 채널할당 격자소자(4)를 더 구비하는 동조형 레이저 시스템.And a channel assignment grating element (4) arranged in said outer cavity to form a plurality of pass bands substantially aligned with corresponding channels of a selected wavelength grating. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 동조형 미러는 상기 통과대역 중 하나를 가변적으로 선택하도록 상기 외부 공동에 배열되어 상기 광빔을 동조하게 하는 채널을 선택하는 동조형 레이저 시스템.And the tuned mirror selects a channel arranged in the outer cavity to variably select one of the passbands to tune the light beam. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 채널할당 격자소자는 상기 이득매질과 동조형 미러 사이의 이득매질에 의해 방출된 레이저 빔의 광경로에 있는 레이저 공동에 배열되는 동조형 레이저 시스템.And the channel assignment grating element is arranged in the laser cavity in the optical path of the laser beam emitted by the gain medium between the gain medium and the tuned mirror. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 5 to 7, 상기 선택된 파장격자는 25 내지 200GHz의 범위에 있는 채널간격을 갖는 동조형 레이저 시스템.And wherein said selected wavelength grating has a channel spacing in the range of 25 to 200 GHz. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 채널할당 격자소자(4)는 패브리 패롯 에탈론(Fabry-Perot etalon)인 동조형 레이저 시스템.The channel assignment grating element (4) is a Fabry-Perot etalon (Fabry-Perot etalon) tuned laser system. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 패브리 패롯 에탈론은 열도전성 플랫폼(10)과 열접촉되어 있는 동조형 레이저 시스템.The Fabry Parrot Etalon is a tuned laser system in thermal contact with a thermally conductive platform (10). 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 패브리 패롯 에탈론(4)은 열도전성 플랫폼(10)과 열접촉되어 있는 열도전성 하우징(5)내에 수용되는 동조형 레이저 시스템.The Fabry Parrot Etalon (4) is housed in a thermally conductive housing (5) in thermal contact with a thermally conductive platform (10). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이득매질(2)은 열도전성 플랫폼(10)과 열접촉되어 있는 동조형 레이저 시스템.The gain medium (2) is in thermal contact with the thermally conductive platform (10). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 광출력 어셈블리를 더 구비하고, 상기 광출력 어셈블리는 열도전성 플랫폼상에 위치되는 동조형 레이저 시스템.And a light output assembly, wherein the light output assembly is located on a thermally conductive platform. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이득매질(2)은 반도체 이득 칩인 동조형 레이저 시스템.And said gain medium (2) is a semiconductor gain chip. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열도전성 플랫폼(10)은 열전 냉각기(11)와 열접촉되어 있는 동조형 레이저 시스템.The thermally conductive platform (10) is a tuned laser system in thermal contact with the thermoelectric cooler (11). 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 플랫폼의 온도제어를 제공하기 위해 상기 플랫폼(10)에 열적으로 결합된 열장치 센서(2)를 더 구비하는 동조형 레이저 시스템.And a thermal device sensor (2) thermally coupled to the platform (10) to provide temperature control of the platform. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편향기는 70% 보다 작지 않는 반사도 R을 갖는 평면 미러(6)인 동조형 레이저 시스템.The deflector is a planar mirror (6) having a reflectivity R not less than 70%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 편향기는 이득매질(2)로부터 방출된 레이저 빔을 동조형 미러(8,35,52)를 향해 반사된 빔 부분과 빔분리기를 통해 투과되는 빔 부분으로 분리하기 위한 빔분리기(34,45,53)인 동조형 레이저 시스템.The deflector comprises beam splitters 34, 45 for separating the laser beam emitted from the gain medium 2 into a beam portion reflected toward the tunable mirrors 8, 35, 52 and a beam portion transmitted through the beam splitter. 53) phosphorous laser system. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 빔분리기는 상기 광빔의 투과된 부분이 상기 이득매질에 의해 방출된 레이저 빔의 광경로 방향을 따라 지향되도록 상기 외부공동에 배열되어 있는 동조형 레이저 시스템.And the beamsplitter is arranged in the external cavity such that the transmitted portion of the light beam is directed along the optical path direction of the laser beam emitted by the gain medium. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 광빔의 투과된 부분이 상기 레이저 출력광을 발생시키는 동조형 레이저 시스템.And wherein said transmitted portion of said light beam generates said laser output light. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 빔분리기를 통해 투과된 빔 부분을 감시하는 제 1 광검출기(36,46,51,61)를 더 구비하는 동조형 레이저 시스템.And a first photodetector (36, 46, 51, 61) for monitoring the portion of the beam transmitted through said beam splitter. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 빔분리기를 통해 투과된 레이저 광을 수신하고 상기 수신된 광의 파장 에 따라 변하는 투과를 갖는 필터된 광을 출력시키는 필터(54,63)와,A filter (54,63) for receiving the laser light transmitted through the beam splitter and outputting the filtered light having transmission varying according to the wavelength of the received light; 상기 필터된 광을 감시하기 위한 제 2 광검출기(50,62)를 더 구비하는 동조형 레이저 시스템.And a second photodetector (50, 62) for monitoring said filtered light. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 필터는 상기 레이저 광의 파장 함수인 이득 감쇠(gain attenuation)를 갖는 동조형 레이저 시스템.And said filter has gain attenuation as a function of wavelength of said laser light. 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 18 to 23, 상기 빔분리기의 반사도 R은 10% 내지 30%로 구성되는 동조형 레이저 시스템.And reflectance R of the beam splitter is comprised between 10% and 30%. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 동조형 미러(8,35,52)는 회절격자 및 상기 회절격자와 광학적으로 상호작용하는 평면 도파관을 포함하눈 전기광학 소자이며, 상기 회절격자와 상기 평면 도파관은 공진격자를 형성하는 동조형 레이저 시스템.The tunable mirrors 8, 35, 52 are electro-optical elements comprising a diffraction grating and a planar waveguide that optically interacts with the diffraction grating, wherein the diffraction grating and the planar waveguide form a resonant grating. system. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 상기 동조형 미러는 상기 동조형 미러를 전기적으로 동조가능하게 하는 광투과 재료에 인가되는 전기장에 응답하여 변하는 굴절률을 갖는 광투과성 재료를 더 구비하고, 상기 광투과성 재료는 상기 평면 도파관에 대해 동조가능한 클래딩층을 형성하는 동조형 레이저 시스템.The tuned mirror further comprises a light transmissive material having a refractive index that changes in response to an electric field applied to the light transmissive material that makes the tuned mirror electrically tunable, wherein the light transmissive material is tunable to the planar waveguide. A tuned laser system for forming a cladding layer. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 광투과성 재료는 액정 재료를 포함하는 동조형 레이저 시스템.And the light transmissive material comprises a liquid crystal material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 동조형 미러는 열도전성 재료로 제조되는 홀더(9)상에 위치되고, 상기 홀더는 열도전성 플랫폼(10)상에 위치되는 동조형 레이저 시스템.The tunable mirror is located on a holder (9) made of a thermally conductive material, and the holder is located on a thermally conductive platform (10). 제 28 항에 있어서,The method of claim 28, 상기 홀더는 압전기판(69)을 포함하는 동조형 레이저 시스템.The holder comprises a piezoelectric plate (69). 제 29 항에 있어서,The method of claim 29, 기계적 변형을 유도하기 위해 상기 기판에 전압을 인가할 수 있는 압전기판에 전기연결된 가변 전원(65)을 더 구비하는 동조형 레이저 시스템.And a variable power supply (65) electrically connected to a piezoelectric plate capable of applying a voltage to the substrate to induce mechanical deformation. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레이저 시스템은 단일 길이방향 모드에 레이저 방출 주파수로 출력방사를 방출하도록 구성되는 동조형 레이저 시스템.The laser system is configured to emit output radiation at a laser emission frequency in a single longitudinal mode. 외부공동에 레이저 빔을 방출하는 단계와,Emitting a laser beam to an external cavity; 상기 방출된 빔을 동조형 미러(8,35,52)로 편향시키는 단계와,Deflecting the emitted beam to tunable mirrors (8, 35, 52); 열도전성 플랫폼(10)과의 열접촉에 의해 상기 동조형 미러를 열적으로 안정화시키는 단계와,Thermally stabilizing the tunable mirror by thermal contact with a thermally conductive platform 10; 상기 열도전성 플랫폼에 실질적으로 수직한 방향으로 상기 동조형 미러를 사용하여 상기 방출된 빔을 반사시키는 단계를 포함하는 외부공동 동조형 레이저의 열적 제어방법.Reflecting the emitted beam using the tunable mirror in a direction substantially perpendicular to the thermally conductive platform.
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