KR100224630B1 - 모드 익스펜션과 미러 역할을 하는 레이저 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가입자용 송/수신 모듈에 이용되는 레이저 다이오드에 관한것 으로, 특히 가우스 빔 (Gaussian Beam)이 논-가이드 스페이스(Hon-elided Space)에서 전파해 나가는 특성을 이용하여 광섬유와 트랜스버스 모드(Transverse Mode)가 일치하도록 한 모드 익스펜션(MODE EXPANSION)과 미러(MIRROR) 역할능 하는 레이저다이오드에 관한것이다.

본 발명의 구체적인 수단은 빛이 발생되는 A 영역 (Active Region)과, 상기 A 영역의 가우스 빔(Gaussian Beam)이 전파되어 광섬유와 일치 하는 트랜스버스 모드 (Transverse Mode)를 얻는 N 영역(Hon Wave Guide Region)과, 상기 N 영역의 모양을 유지시키는 P 영역(Passive Region)으로 구성된 것으로, 본 발명은 트랜스버스 모드가 Active hayer의 비대칭성 때문에 비대칭적인 모양을 가지게 되고 이에 따라 대칭 적인 광섬유의 트랜스버스 모드로 커플링 될때 모드의 불일치로 인해 커플링 로스가 발생되는데, N 영역과 P 영역의 트랜스버스 모드를 일치시켜 두 모드 사이의 커 플링 로스를 제거하고, 아울러 상기 P 영역을 진행한 빛이 공기 중으로 나올때는 X축과 Y축이 같은 대칭 모양이 되게 하여 Far Pield가 광섬 유로 커플링 될때 높은 효율을 가지 게 되는 효과가 있다.

Description

모드 익스펜션 (MODE EXPANSION)과 미러 (MIRROR) 역할을 하는 레이저다이오드

제1도는 일반적인 레이저와 모듈레이터 (Modulator)의 구조도.

제도는 일반적인레이저다이오드의 트랜스버스 모드 파형도.

제도는 본 발명 모드 익스펜션과 미러 역할을 하는 레이저다이오드와 구조도.

* 도면의 주부분에 대한 부호의 설명

A 영역 : Active Region N 영역 : Non Wave Guide Region

P 영역 : Passive Wave Guide Region

본 발명은 가입자용 송/수신 모듈에 이용되는 레이저 다이오드에 관한것으로, 특히 가우스 빔 (Gaussian Beam)이 논-가이드 스폐이스(Non-Guided Space)에서 전파해 나가는 특성을 이용하여 광섬유와 트랜스버스 모드(Transverse Hode)가 일치하도록 한 모드 익스펜션 (MODE EXPANSION)과 미러 (MIRROR) 역할을 하는 레이저다이오드에 관한 것이다.

제1도는 일반적인 레이저와 모듈레이터 (Modulator)의 구조도로서 , 이의 작용을 설명하면 N 영역 (Non Wave Guide Region)이 λ/4 보다 두껍게 되어 있어 A 영역 (Active Region)의 우측단면에서 N 영역으로 갈때의 고정된 반사율이 약 30%의 반사율 밖에는 가지지 못하고 상기 A 영역에서 P 영역 (Passive Region)으로 빛이 커플링 (Coupling) 될때 상기 N 영역에서 상기 P 영역의 우측측면으로 빛이 진행 되어 단면에서의 반사로 인한 커플링 로스(Coupling boss)가 발생 되고, λ /4로 M 영역을 만들때 빛이 진행하는 길이가 짧아 중간 영역(Intermediate Region)의 원모양의 대칭적인 가우스 빔 (Gaussian Beam)을 얻을수 없다.

제2도는 일반적인 레이저 다이오드의 트랜스버스 모드(Transverse Mode) 파형도로서, 이에 도시된 바와같이 레이저 클리빙 (Cleaving) 면에서 측정 한 빛 인 Near Pield는 Active 면과 비슷한 모양을 가지게 되는데, 이때 상기 Active 면의 크기는 X 방향으로 길고 Y 방향으로 짧아서 타원형을 이루게 된다. 한편, 가우스 빔(Gaussian Beam)은 처음에 빔(Beam)의 크기에 반비례 하여 Pai Field Beam의 크기를 형성하게 되는데 , 이때 처음크기가 작으면 회절이 크므로 큰 Par Field를 형성하게 되고, 처음 크기가 크면 회절이 작게되어 상대적으로 작은 Par Pield를 형성 하며 중간에 는 X와 Y 방향의 모드 크기가 같게되는 영역에 있게된다.

그리고, X와 Y방향의 크기가 같은 모드를 광섬유에 커플링 시키면 커플링 로스(Coupling Loss)가 최소가 된다.

이와같이 일반적인 레이저 다이오드에 있어서는 트랜스버스 모드는 Active Layer의 비대칭성 때문에 비대칭적인 모양을 가지게 되고, 대칭적인 광섬유의 트랜스버스 모드로 커플링 될때 모드의 불일치로 인해 커플링 로스가 발생 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 레이저다이오드와 광섬 유의 트랜스버스 모드를 일치 시켜 광섬유로의 빛의 커플링이 최대가 되게 하고, 아울러 레이저 미러 (Mirror)의 반사율을 원하는데로 얻을수 있도록 한 모드 익스펜션 (HODE EXPANSION)과 미러 (MIRROR) 역할을 하는 레이저 다이오드를 제공함에 있는 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명 하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명 모드 익스펜션(HOOE BXPAHSION)과 미러(MRROR) 역할을 하는 레이저 다이오드의 구조도로서, 이에 도시된 바와같이 빛이 발생 되는 A 영역과, 상기 A 영역의 가우스 빔이 전파될 때 광섬유와 일치 하여 원하는 트랜스버스 모드를 얻고 레이저의 미러 역할을 하는 N 영역과, 상기 N 영역의 트랜스버스 모드의 모양을 유지시켜 주는 P 영역 으로 구성된것으로, 이의 작용을 상세히 설명 하면 다음과 같다.

A 영역은 빛이 발생되고, H 영역은 상기 A 영역의 가우스 빔이 전파되 면서 트랜스버스 모드를 얻고 아울러 레이저의 미러 역할을 하며 에칭된 layer의 수와 두께는 원하는 반사율과 트랜스버스 필드 (Transverse Field)를 얻도록 조절 할수 있으며 미러의 역할을 하기 위해 각 layer가 λ/4의 두께가 되도록 에칭하고, p 영역은 상기 N 영역에서 얻어진 트랜스버스 모드의 모양을 유지시켜 준다

또한, 상기 N 영역은 에칭을 하여 만드는데 RIE, CAIBE 등의 드라이 에칭 (Dry Etching)을 단독으로 사용하거나 상기 드라이 에칭후 웨트 에칭 (Wet Etching)을 행하여 제작하고, 상기 H 영역에서 전파되는 가우스 빔이 전파되는 특성은 전파 공간의 굴절율에 따라 달라 공기 또는 SIO₂를 채우거나 에칭된 layer의 수를 조절하여 필드 (Field )의 원하는 전파거리와 모양을 조절 하며, 아울러 레이저의 반사율도 조절한다.

그리고, 상기 P 영역에서의 passive Wave Guide는 목적에 따라 Modulator, Switch의 역할을 할수 있고 OEIC 회로를 구현할 수 있으 며, 상기 A 영역에서 발진된 빛은 Uear Pield 이고, 이후 H 영역을 진행한 후 광섬유와 같은 트랜스버스 모드 패턴인 중간필드 (Intermediate Field)를 형성하게 되는데, 이때 상기 A 영역에서 발진된 빛은 중간 필드(Intermediate Pield)와 같은 트랜스버스 모드를 가지는 P 영역으로 입사하며 아울러 상기 N 영역 및 P 영역의 두 모드는 정확히 같은 트랜스버스 모드이므로 상기 두 모드 사이의 커플링 로스는 없게된다 . 또한, 상기 P 영역 은 반도체 물질의 대 역차의 파장이 H 영역 보다 작으므로 빛의 흡수가 없고, 상기 P 영역을 진행한 빛이 공기 중으로 나올때는 X축과 Y축이 같은 대칭 모양을 하고 있으므로 두 축의 회절 정도가 같아 공기중을 어느 정도 진행하여도 대칭 모양을 유지하게 되며 , 이에 따라 상기 대칭 모양의 Par Field는 광섬유로 커플링 될때 높은 효율을 가지게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명은 트랜스버스 모드가 Active Layer의 비대칭성 때문에 비대칭적인 모양을 가지게 되고 이에 따라 대칭적인 광섬유의 트랜스버스 모드로 커플링 될때 모드의 불일치로 인해 커플링 로스가 발생 되는데, H 영역 과 P 영역의 트랜스버스 모드를 일치시켜 두 모드 사이의 커플링 로스를 제거 하고, 아울러 상기 P 영역을 진행한 빛이 공기 중으로 나올때는 X축과 Y축이 같은 대칭 모양이 되게 하여 far Field가 광섬유로 커플링 될때 높은 효율을 가지게 되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 빛이 발생되는 액티브 영역(Active Region) (A 여역)과, 가우스 빔(Gaussian Beam)이 전파되어 광섬유와 일치하는 트랜스버스 모드(Transverse Mode)를 얻는 논-웨이브 가이드 영역(Non Wave Guide Region) (N 영역)과, 상기 논-웨이브 가이드 영역(N 영역)의 트랜스버스 모드를 모양을 유지시키는 패시브 영역(Passive Region) (P 영역)을 포함하고, 상기 N 영역은 두께가 λ/4가 되도록 에칭된 복수의 층(layer)으로 이루어지고, 인접하는 층 사이에는 공기나 SiO₂가 채워지는 것을 특징으로 하는 모드 익스펜션(Moe Expansion)과 미러(Mirror) 역할을 하는 레이저 다이오드.