KR100469751B1 - 분포 궤환 레이저 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 TE 모드 광을 생성하기 위한 분포 궤환 레이저와, 아이솔레이터를 포함하는 분포 궤환 레이저 모듈에 있어서, 상기 아이솔레이터는 상기 TE 모드 광을 시준화시키기 위한 제1 렌즈계와, 상기 TE 모드광을 투과시키고, TM 모드 광으로 선편광시키기 위한 λ/4판과. 상기 λ/4판과 상기 제1 렌즈계의 사이에 위치됨으로써 상기 TE 모드광을 상기 λ/4판으로 투과시키고, 상기 TM 모드광을 반사시키기 위한 편광 빔 분할기를 포함한다.

Description

분포 궤환 레이저 모듈{DISTRIBUTED FEEDBACK LASER MODULE}
본 발명은 광송신기에 관한 것으로서, 특히 아이솔레이터를 포함하는 분포 궤환 레이저 모듈에 관한 것이다.
광통신 시스템은 높은 에너지 밀도, 좁은 스펙트럼 선폭, 높은 결합 효율 등의 장점을 갖는 레이저와 무유도, 저손실, 넓은 대역폭의 특성을 갖는 광섬유를 광신호 전송 수단으로 포함하는 광송신기를 사용하고 있다. 더욱이 분포 궤환 레이저등의 단일 모드 반도체 레이저는 생성되는 광신호의 스펙트럼 선폭이 작아짐으로써 상기 광신호가 광섬유로 결합되는 효율이 향상되고 있다. 상기 분포 궤환 레이저를 포함하는 분포 궤환 레이저 모듈은 협대역의 광파장을 다중 분할하여 동시 전송하는 초고속 다중화 통신 시스템 광송신기로서 널리 사용되고 있다. 상기 분포 궤환 레이저는 상술한 바와 같은 장점들을 가진 반면에 광섬유 등에서 반사된 광에 의해서 노이즈 증가와 발진 위상이 변화되는 등의 문제가 있다. 광송신기와 원거리에 위치한 소자에서 발생한 반사광의 대부분은 흡수 또는 반사되어 손실되어지지만, 상기 광송신기의 내부 레이저와 광섬유 사이 근접한 거리에서 발생한 반사광은 상기 레이저로 재 유입되어 심각한 특성 변화를 나타낸다. 레이저 내로 재 유입된 일부 반사광은 레이저 공진광을 변조시킴으로서 출력광 위상의 이상 변이를 유도하여 시스템 성능 저하와 오동작 또는 잡음증가의 요인으로 작용한다. 광송신기내 광섬유 입력단과 상기 반도체 레이저의 사이에 아이솔레이터를 구비하여, 입력 광신호를 단방향 진행시키고 상기 송신기 내부에서 반사되어 역진행하는 반사광을 차단한다.
도 1은 종래 기술에 따른 분포 궤환 레이저 모듈의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 아이솔레이터(120)의 구조를 분리하여 나타낸 단면도이다.
분포 궤환 레이저 모듈은 입력 신호를 반송원으로 변조하는 분포 궤환 레이저(100)와 입력 광신호(101)를 시준화 하는 제 1 , 2 렌즈계(110,140)와 상기 제 2 렌즈계(140)로부터 입사되는 광신호를 전송시키는 광섬유(150)를 구비하며, 상기 분포 궤환 레이저(100)와 상기 광섬유(150) 사이에 개재 되어 상기 광섬유(150)의 입력단에서 반사된 역진행광(102)의 진행을 방지하는 아이솔레이터(120)를 구비하여 구성된다.
상기 분포 궤환 레이저(100)는 P-N 접합 반도체 층에 정밀하게 폴리싱된 반사 미러 대신 상기 P형 반도체 층에 에칭 되어 형성된 회절 격자를 공진기로 사용하고 있다. 상기 회절 격자 공진기는 파장 선택성이 우수하므로, 종래 보다 더욱 작아진 스펙트럼 선폭의 출력이 가능하다. 상기 분포 궤환 레이저(100)는 입력 신호를 반송원으로 변조된 입력 광신호(101)를 출력한다.
상기 제 1 렌즈계(110)는 상기 분포 궤환 레이저(100)로부터 사각 입사되는 광신호를 시준화 하여 상기 아이솔레이터(120)로 전송하는 기능을 제공한다.
상기 아이솔레이터(120)는 수평 편광자(121)와 45°패러데이 회전기(122)와 아널라이저 기능을 제공하는 45°편광자(123)를 구비하여 구성된다.
상기 수평 편광자(121)는 입력 광신호(101)를 기준으로 편광 방향이 수평 배열된 편광자로서, 상기 제 1 렌즈계(110)에서 시준화 되어 입사되는 입력 광신호(101)를 투과시킨다. 편광자는 편광 배열과 동일한 각도로 입사하는 광신호는 전량 투과시키는 반면, 상기 편광자의 배열과 어긋난 각도로 입사하는 광원은 각도가 커짐에 따라 차단되어지는 광량은 증가하고, 투과하는 광량은 감소한다. 즉, 편광자의 편광 배열과 수평방향으로 입사되는 광원은 전량 투과되어지고, 편광자의 편광 배열과 수직 방향으로 입사되는 선편광은 전량 차단되어진다.
상기 45°패러데이 회전기(122)는 상기 수평 편광자(121)와 상기 45° 편광자(123)의 사이에 개재되어져 있으며, 상기 수평 편광자(121)에서 투과된 입력 광신호(101)의 광진행 방향을 기준으로 좌향 45°회전 시킨다. 반면에 상기광섬유(150)에서 반사된 역진행광(102)은 역진행 방향을 기준으로 하여 우향 45°회전 시킨다. 따라서, 상기 45 °패러데이 회전기(122)를 통과하여 상기 수평 편광자(121)로 입력되는 역진행광(102)의 편광성분은 상기 수평 편광자(121)의 편광 배열과 수직 배열이 되어 차단되어진다.
상기 45°편광자(123)는 상기 45°패러데이 회전기(122)와 상기 제 2 렌즈계 (140)의 사이에 개재되어져 있으며, 상기 45°패러데이 회전기(122)로부터 입사되는 입력 광신호(101)와 상기 제 2 렌즈계(140)로 부터 입사되는 45°회전된 역진행광(102)들은 투과시킨다.
상기 제 2 렌즈계(140)는 상기 아이솔레이터(120)와 상기 광섬유(150)의 사이에 개재되어져 있으며, 상기 아이솔레이터(120)로 부터 입사되는 입력 광신호(101)를 상기 광섬유(150)에 수렴 사각 입사시키는 기능을 한다.
상기 수평 편광자(121)와 상기 45°패러데이 회전기(122)와 상기 45°편광자(123)를 구비하여 구성된 상기 아이솔레이터(120)는 상기 광섬유(150)에서 반사된 역진행광(102)의 유입을 차단하여 상기 분포 궤환 레이저(100)의 손상 및 역진행광(102)에 의한 노이즈 발생을 차단하는 기능을 제공한다. 반면에, 상기 수평 편광자(110)와 45°편광자(140)는 광축상에 정렬시 상기 편광자 각각의 편광 성분 방향을 확인 조정하여야 하므로 광축 조정이 복잡하여 생산성이 저하된다. 또한, 상기 45°패러데이 회전기(122)는 중심 파장을 기준으로 소자 길이를 조절하여 입력 광신호(101)의 45°회전 효과를 얻는다. 즉, 상기 45°패러데이 회전기(122)의 길이는 중심 파장을 기준으로 변화 폭이 매우 작으므로 축소가 상당히 제한적이다. 상기 45°패러데이 회전기(122)를 구비한 상기 아이솔레이터(120)는 점차 소형화가 진행되는 분포 귀환형 레이저 모듈 형태의 광송신기 구성에 적용이 용이하지 않다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 구성 소자의 크기 조절이 용이하여 소형화된 분포 궤환 레이저 모듈을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 단순한 구조의 아이솔레이터를 구비하여 조립이 용이하고 생산성이 향상된 분포 궤환 레이저 모듈을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 TE 모드 광을 생성하기 위한 분포 궤환 레이저와, 아이솔레이터를 포함하는 분포 궤환 레이저 모듈에 있어서, 상기 아이솔레이터는,
상기 TE 모드 광을 시준화시키기 위한 제1 렌즈계와;
상기 TE 모드광을 투과시키고, TM 모드 광으로 선편광시키기 위한 λ/4판과;
상기 λ/4판과 상기 제1 렌즈계의 사이에 위치됨으로써 상기 TE 모드광을 상기 λ/4판으로 투과시키고, 상기 TM 모드광을 반사시키기 위한 편광 빔 분할기와;
상기 λ/4판으로부터 입력받은 상기 TE 모드 광을 수렴시키기 위한 제2 렌즈계를 포함한다.
도 1은 종래 기술에 따른 분포 궤환 레이저 모듈의 구성을 나타내는 도면,도 2는 도 1에 도시된 아이솔레이터의 구조를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 분포 궤환 레이저 모듈의 구성을 나타내는 도면.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 분포 궤환 레이저 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 분포 궤환 레이저 모듈은 광섬유(250)와, 입력 신호를 반송원으로 변조하는 분포 궤환 레이저(200)와 상기 분포 궤환 레이저(200)와 상기 광섬유(250) 사이에 개재되어 있는 아이솔레이터(220)와 광신호를 시준화 또는 수렴하기 위한 제 1 렌즈계(210) 및 제 2 렌즈계(240)를 포함한다.
상기 분포 궤환 레이저(200)는 P형 반도체 층과 N형 반도체층 상기 P형과 N형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 구비한 P-N 접합 반도체 레이저로서, 상기 활성층 상부 상기 P형 반도체층의 일부 단면을 에칭 하여 회절 격자 형태의 공진기를 구비하여 구성된다. 상기 회절 격자는 파장 선택성이 반사 미러형 공진기 보다 우수하여, 출력 파장의 스펙트럼 선폭이 더욱 좁아져 초고속 다중화 통신 시스템에 적합한 광원이다. 상기 분포 궤환 레이저(200)는 입력 신호를 반송원으로 변조하여 제 1 렌즈계(210)로 출력한다.
상기 제1 렌즈계(210)는 상기 분포 궤환 레이저(200)와 상기 아이솔레이터(220)의 사이에 개재되어져 있으며, 상기 분포 궤환 레이저(200)로부터 입력받은 TE 모드광(201)을 시준화 하는 렌즈계로서 볼렌즈(Ball-Lens) 또는 비구면(Aspherical)렌즈계를 사용하여 구성 가능하다.
상기 아이솔레이터(220)는 편광성분에 따라 투과 및 반사시키는 편광빔분할기(221)와 상기 편광빔분할기의 우측에 정열되어 입력광 성분을 모드 변조하는 λ/4판(222)을 구비하여 구성된다.
상기 편광빔분할기(221)는 상기 제1 렌즈계(210)와 상기 λ/4판(222) 사이에 개재되어져 있으며, 상기 제 1렌즈계(210)로부터 입사된 TE 모드광(201)은 투과시킨다. 반면에, 상기 λ/4판(222)에서 모드 변조되어 입사되는 TM 모드광(203)은 반사 시켜 상기 분포 궤환 레이저(200)측으로 입력되는 것을 방지한다. 상기 편광빔분할기(200)는 특정 모드의 편광 성분을 반사시키며, 상기 반사된 편광 성분과 수직 방향의 편광 성분은 투과시키는 기능을 한다. 즉, 입력되는 TE 모드광(201)은 투과시키며, 상기 λ/4판(222)에서 입력되는 TM 모드광(203)은 차단시킨다.
상기 λ/4판(222)은 상기 편광빔분할기(221)로 부터 입력되는 상기 TE 모드광(201)을 원편광 시키며, 상기 광섬유단에서 반사되어 180°위상 반전된 역진행광(202)을 상기 TE 모드(201)에 대해 90°회전시켜 TM 모드광(203)으로 변조시키는 기능을 한다. 상기 TM 모드광(203)은 상기 편광빔분할기(221)면에서 반사되어 상기 분포귀환레이저 모듈 내에서 제거되어진다.
상기 제2 렌즈계(240)는 상기 λ/4판(222)과 상기 광섬유(250)의 사이에 개재되어 있으며, 볼렌즈 또는 그린(GRIN) 렌즈 등을 사용하여 구성된다. 상기 제2렌즈계(240)는 상기 λ/4판(222)으로부터 입력된 TE 모드광(201)을 상기 광섬유(250)의 끝단에 수렴하여 전반사 송신이 가능하도록 사각 입사시킨다.
상기 λ/4판(222)은 입력 광신호의 중심 파장을 기준으로 하여 상기 λ/4판(222)의 두께를 조절하여 광신호를 원편광 시키거나 또는 편광 모드를 변조하는 광학 소자로서 입력 광신호의 편광 성분에 관계없이 광축상에 정렬이 가능하다. 또한 상기 편광빔분할기(221)는 중간에 적층 구성된 박막 필터에 의해 편광 성분을 반사 투과시키므로, 광학 소자 크기 축소가 용이하며 광축상에 정렬이 용이하다. 상기 λ/4판(222)과 상기 편광빔분할기(221)를 구비한 상기 아이솔레이터(220)는 소형의 분포 궤환 레이저 모듈에 적용이 쉽고, 광축 정렬이 용이하여 생산성이 향상된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 아이솔레이터는 상기 광섬유에서 반사된 180 위상 변이광의 편광 성분을 TM모드로 변조하는 λ/4판과 TE 모드광은 투과시키고, TM 모드광은 반사시키는 편광빔분할기를 구비함으로써 상기 아이솔레이터 구성 소자 크기 조절이 용이하여 소형화된 분포 귀환형 레이저 모듈에 적용 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 λ/4판과 편광빔분할기를 구비한 아이솔레이터는 광축을 중심으로 소자 정열시 편광 성분을 고려하지 않아도 됨으로 조립이 용이하며, 구성이 단순하여 생산성 향상이 가능하다.
따라서, 상기 아이솔레이터를 실장한 분포 궤환 레이저 다이오드 모듈은 부피, 제작 시간 및 제작비용을 최소화하여 생산성이 향상이 되는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. TE 모드 광을 생성하기 위한 분포 궤환 레이저와, 아이솔레이터를 포함하는 분포 궤환 레이저 모듈에 있어서, 상기 아이솔레이터는,
    상기 TE 모드 광을 시준화시키기 위한 제1 렌즈계와;
    상기 TE 모드광을 투과시키고, TM 모드 광으로 선편광시키기 위한 λ/4판과;
    상기 λ/4판과 상기 제1 렌즈계의 사이에 위치됨으로써 상기 TE 모드광을 상기 λ/4판으로 투과시키고, 상기 TM 모드광을 반사시키기 위한 편광 빔 분할기를 포함함을 특징으로 하는 분포 궤환 레이저 모듈.
  2. 제1 함에 있어서, 상기 분포 궤환 레이저 모듈은,
    상기 λ/4판으로부터 입력받은 상기 TE 모드 광을 수렴시키기 위한 제2 렌즈계를 더 포함함을 특징으로 하는 분포 궤환 레이저 모듈.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 편광 빔 분할기는 상기 λ/4판으로부터 입력받은 상기 TM 모드 광을 상기 TE 모드 광의 진행 방향에 대해서 수직한 방향으로 반사시킴을 특징으로 하는 분포 궤환 레이저 모듈.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 렌즈 계는 볼렌즈 또는 그린 렌즈를 포함함을 특징으로 하는 분포 궤환 레이저 모듈.
  5. TE 모드 광을 생성하기 위한 분포 궤환 레이저와, 아이솔레이터를 포함하며 상기 TE 모드 광을 광섬유로 출력하기 위한 분포 궤환 레이저 모듈에 있어서, 상기 아이솔레이터는,
    상기 TE 모드 광을 시준화시키기 위한 제1 렌즈계와;
    상기 TE 모드 광을 상기 광섬유로 출력하고, 상기 광섬유에서 반사된 역진행 광을 TM 모드광으로 선편광시키기 위한 λ/4판과;
    상기 제1 렌즈계와 λ/4판의 사이에 정렬됨으로써 상기 TE 모드 광을 상기 λ/4판으로 투과시키고, 상기 λ/4판으로부터 입력받은 상기 TM 모드 광을 반사시키기 위한 편광 빔 분할기와;
    상기 λ/4판과 상기 광섬유의 사이에 위치됨으로써 상기 λ/4판으로부터 입력받은 상기 TE 모드 광을 상기 광섬유에 수렴시키기 위한 제 2 렌즈계를 포함함을 특징으로 하는 분포 궤환 레이저 모듈.
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