KR100522930B1 - A polarization switching vertical-cavity surface emitting laser and an optical transmitter employing the laser - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저 왜곡, 초 고속 광송신 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; VCSEL)와 편광판으로 구성되고, 고속 변조 신호 생성시 신호의 주파수 왜곡없이 신호의 변조가 가능한 광송신 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a low-distortion, ultra-fast optical transmission device, and more particularly, comprising a vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) and a polarizing plate, and a signal without frequency distortion in generating a high-speed modulation signal. The present invention relates to an optical transmitting element capable of modulating a.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자는 편광 조절 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser), 편광판(polarizer), 및 상기 편광판을 통과한 광신호를 광섬유에 커플링시키기 위한 렌즈(lens)를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the optical transmission device using the surface emitting laser according to an embodiment of the present invention, a polarization-controlled surface-emitting laser, a polarizer, and an optical signal passing through the polarizer are coupled to the optical fiber. And a lens for ringing.
본 발명에 따른 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자는 대용량 초고속 통신을 위한 frequency chirping(주파수 왜곡)이 적은 2.5 Gbps 이상의 고속 광통신 및 데이터 통신용 광송신 소자로서, 편광 조절 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser)와 편광판(polarizer)으로 구성되어 직접 고속 변조시 반도체 레이저의 내부 캐리어 밀도 변화에 의한 내부 굴절율 변화로 발생되는 주파수 왜곡이 일어나지 않도록 출력 광의 편광만을 조정하도록 동작하며, 이를 통해 주파수 왜곡 없이 전송 거리 및 전송 특성을 향상시킬 수 있게 된다. The optical transmission device using the surface emitting laser according to the present invention is a high speed optical communication device for high speed optical communication and data communication of 2.5 Gbps or less with low frequency chirping for large-capacity high-speed communication, and has a polarization-controlled surface emission laser. It consists of emitting laser and polarizer and operates to adjust the polarization of output light only so that frequency distortion caused by internal refractive index change by internal carrier density of semiconductor laser does not occur during direct high-speed modulation. The distance and transmission characteristics can be improved.
Description
본 발명은 편광 조절 표면 방출 레이저 및 이를 이용한 광송신 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면 방출 레이저(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser; VCSEL)와 편광판으로 구성되고, 고속 변조 신호 생성시 신호의 주파수 왜곡없이 신호의 변조가 가능한 광송신 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a polarization control surface emitting laser and an optical transmitting device using the same, and more particularly, a surface-emitting laser (VCSEL) and a polarizing plate, and a frequency of a signal when generating a high-speed modulation signal. The present invention relates to an optical transmitter capable of modulating a signal without distortion.
표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자는 광통신 및 데이터 통신용 광원으로 활용되고 있고, 광 연결(optical coupling), 광 센서 등 다양한 분야로의 활용이 진행되고 있다. 특히, 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자는 소자 자체가 갖는 높은 광섬유 커플링 효율(fiber-coupling efficiency), 웨이퍼 단위의 제작 공정에 의한 낮은 단가, 낮은 실장 비용, 이차원 어레이(two-dimensional array) 특성 등으로 인하여 차세대 광통신 및 신호 처리용 광원으로 빠르게 자리를 잡을 것으로 예측된다. 이러한 표면 방출 레이저의 경우에는 웨이퍼 스케일로 제작 및 소자 테스트가 가능하고, 종래 측면 방출(Edge-Emitting) 레이저 다이오드(LD)와 비교하여 광섬유와의 커플링을 위한 부가적인 렌즈 시스템을 요구하지 아니하므로 광송신 소자의 제작 단가를 획기적으로 낮출 수 있다는 장점이 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자는 주로 직접 변조 방식(구동 전류/전압 자체를 변조하여 레이저에 인가하는 방식)으로 변조 신호를 생성한다. 이러한 직접 변조 방식에 의하면, 고주파수의 전기 신호를 광신호로 변환하는데 있어서 표면 방출 레이저의 내부 굴절율 변화에 의한 주파수 처핑(frequency chirping)이 발생하므로 출력 광의 파장 특성이 열화된다는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 광신호 전송시 전송 거리와 전송 속도가 증가함에 따라, 수신단에서 변조된 신호를 복조하기 불가능해 진다는 문제점을 야기한다. BACKGROUND OF THE INVENTION An optical transmission device using a surface emitting laser is used as a light source for optical communication and data communication, and is being used in various fields such as optical coupling and optical sensors. In particular, optical transmission devices using surface emitting lasers have high fiber-coupling efficiency, low unit cost due to wafer-based fabrication process, low mounting cost, and two-dimensional array characteristics. It is expected to quickly become a light source for next generation optical communication and signal processing. Such surface-emitting lasers can be fabricated and tested on a wafer scale, and do not require an additional lens system for coupling with optical fibers as compared to conventional edge-emitting laser diodes (LDs). There is an advantage that the manufacturing cost of the optical transmission device can be significantly lowered. However, currently used optical emission devices using surface emitting lasers generate a modulated signal mainly by a direct modulation method (modulating the driving current / voltage itself and applying it to the laser). According to the direct modulation method, frequency chirping occurs due to a change in the internal refractive index of the surface emitting laser in converting an electrical signal of a high frequency into an optical signal, thereby deteriorating a wavelength characteristic of the output light. This problem causes a problem that it becomes impossible to demodulate the modulated signal at the receiving end as the transmission distance and the transmission speed increase during the optical signal transmission.
이러한 주파수 처핑은 구동 전압/전류가 일정한 값을 갖는 경우(DC)에도 발생할 수 있지만, 구동 전압/전류가 변화하는 경우(AC)에는 주파수 처핑이 더 심각하게 발생하게 된다. 따라서, 종래 널리 사용되고 있는 직접 변조 방식의 경우에는 이러한 주파수 처핑의 문제가 더욱 크게 부각된다는 문제점이 있다.This frequency chirping may occur even when the driving voltage / current has a constant value (DC), but more seriously occurs when the driving voltage / current changes (AC). Therefore, in the case of the direct modulation scheme widely used in the related art, there is a problem that such a problem of frequency chirping becomes more significant.
도 1a는 종래의 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자의 구조를 도시하는 구성도이다. 도 1a에 도시된 광송신 소자는 소정의 전기 신호를 인가하여 광신호를 생성하기 위한 표면 방출 레이저(1)와, 생성된 광신호를 광섬유에 효과적으로 커플링시키기 위한 렌즈(3), 그리고 광신호 전송을 위한 광섬유(4)로 구성되어 있다. 또한, 표면 방출 레이저(1)를 구동하기 위하여 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))가 인가된다. 고속 변조된 광신호를 생성하기 위해서는 도 1b에 도시된 것과 같이, 구동 전류(전압)(Ioper(Voper)) 자체를 변조하여 표면방출 레이저를 구동하게 되고, 표면 방출 레이저(1)에서 방출되는 출력 신호(Pout)을 변조된 광신호로서 이용하게 된다. 이와 같이 표면 방출 레이저(1)의 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))를 변조하여 표면 방출 레이저(1)에 인가하는 경우, 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))에 따라 표면 방출 레이저(1)의 내부 캐리어(carrier, n) 밀도의 변화가 일어나게 되는데, 이로 인하여 방출되는 광신호의 발진 주파수(파장) 선폭(line-width)이 넓어지거나 왜곡되는 처핑(chirping) 현상(AC 처핑)이 발생한다. 이러한 처핑 현상으로 인해 발진(lasing)되는 광신호의 선폭이 커지게 되고, 선폭이 큰 광신호가 소정의 광섬유로 커플링되어 상기 광섬유를 통해 전송되는 경우 분산(dispersion)으로 인해 신호의 왜곡이 발생한다는 문제점이 있다.1A is a block diagram showing the structure of a light transmitting element using a conventional surface emitting laser. The optical transmitting element shown in FIG. 1A has a surface emitting laser 1 for generating an optical signal by applying a predetermined electrical signal, a lens 3 for effectively coupling the generated optical signal to an optical fiber, and an optical signal. It consists of an optical fiber 4 for transmission. In addition, a driving current (voltage) I oper (V oper ) is applied to drive the surface emitting laser 1. In order to generate a high speed modulated optical signal, as shown in FIG. 1B, the driving current (voltage) I oper (V oper ) itself is modulated to drive the surface emitting laser, and is emitted from the surface emitting laser 1. The output signal P out is used as a modulated optical signal. In this way, when the driving current (voltage) I oper (V oper ) of the surface emitting laser 1 is modulated and applied to the surface emitting laser 1, the driving current (voltage) I oper (V oper ) is applied to the driving current (voltage) I oper (V oper ). As a result, a change in the density of the internal carrier (n) of the surface emitting laser (1) occurs, resulting in a chirping phenomenon in which the oscillation frequency (wavelength) of the emitted optical signal is widened or distorted. (AC chirping) occurs. Due to this chirping phenomenon, the line width of the lasing optical signal is increased, and when the optical signal having a large line width is coupled to a predetermined optical fiber and transmitted through the optical fiber, signal distortion occurs due to dispersion. There is a problem.
도 2는 도 1b의 구동 전류(전압)(Ioper(Voper)) 변화에 따른 표면 방출 레이저의 내부 캐리어 밀도 변화와 그에 따른 발진 광신호의 파장 특성 변화를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))가 변화함에 따라 표면 방출 레이저의 내부 캐리어 밀도(n)가 변화하게 되고, 이로 인해 레이저의 내부 굴절율이 변화하게 된다. 이러한 일련의 변화로 인해 표면 방출 레이저의 출력 신호(Pout)가 변화하게 되고, 결과적으로는 출력 신호(Pout)의 선폭이 넓어지게 된다. 본 발명이 속하는 분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있는 것과 같이, 레이저에서 발진된 광신호의 선폭이 넓어지는 경우, 광 섬유 재료의 특징에 따른 분산(dispersion)이 증가하게 된다. 다시 말하면, 소정의 정보를 광 신호에 실어 전송하는 경우 광섬유가 갖는 파장에 따른 빛의 전달 속도 차이에 의하여 단색 분산(chromatic dispersion)이 발생하게 된다. 전송 거리가 일정 거리 이상으로 증가하는 경우, 상기 단색 분산으로 인해 변조된 광 신호는 중심 파장 주위의 다른 신호와 중첩되고, 이로 인해 수신단에서는 송신단에서 전송된 신호를 복조할 수 없게 된다는 문제점이 있다. 또한, 이러한 문제점은 변조가 고속으로 수행되는 경우(변조 주파수가 매우 높은 경우) 더욱 심각해 지므로, 2.5Gbps 이상의 고속 변조 신호를 생성하는 경우, 상기 문제점으로 인해 전송 가능한 거리가 매우 제한된다.FIG. 2 is a diagram illustrating a change in the internal carrier density of the surface-emitting laser according to the change in the driving current (voltage) I oper (V oper ) of FIG. 1B and a change in wavelength characteristic of the oscillation optical signal accordingly. As shown in FIG. 2, as the drive current (voltage) I oper (V oper ) is changed, the internal carrier density n of the surface emitting laser is changed, thereby changing the internal refractive index of the laser. . This series of changes causes the output signal P out of the surface emitting laser to change, resulting in a wider line width of the output signal P out . As will be readily appreciated by those skilled in the art, when the line width of the optical signal oscillated by the laser is widened, dispersion according to the characteristics of the optical fiber material is increased. In other words, when the predetermined information is loaded on the optical signal, chromatic dispersion occurs due to the difference in the transmission speed of light according to the wavelength of the optical fiber. When the transmission distance increases more than a certain distance, the optical signal modulated due to the monochromatic dispersion overlaps with other signals around the center wavelength, which causes the receiver to be unable to demodulate the signal transmitted at the transmitter. In addition, this problem becomes more serious when modulation is performed at high speed (when the modulation frequency is very high), and therefore, when generating a high speed modulation signal of 2.5 Gbps or more, the transmittable distance is very limited due to the problem.
본 발명에 따른 광송신 소자는 고속 변조된 광신호를 생성하는 경우 왜곡 없이 광송신이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.The optical transmission device according to the present invention aims to enable optical transmission without distortion when generating a high speed modulated optical signal.
또한, 본 발명에 따른 광송신 소자는 표면 방출 레이저와 편광판으로 구성되어, 내부 캐리어 변화에 따른 주파수 왜곡 없이 변조된 광신호를 장거리의 목적지까지 전송할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, the optical transmission device according to the present invention is composed of a surface emitting laser and a polarizing plate, it is an object to transmit a modulated optical signal to a long-distance destination without frequency distortion caused by the change of the internal carrier.
또한, 본 발명은 내부 캐리어 변화에 따른 주파수 왜곡 없이 변조된 광신호를 전송하기 위한 편광 조절 표면 방출 레이저의 새로운 구조를 제시하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to propose a novel structure of a polarization control surface emitting laser for transmitting a modulated optical signal without frequency distortion caused by internal carrier changes.
또한, 본 발명에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자는 광송신 소자의 동작 상태 및 성능에 대한 점검을 용이하게 수행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In addition, an optical transmission device using a polarization control surface emission laser according to the present invention is to be able to easily check the operating state and performance of the optical transmission device.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 방출 레이저는 반도체 기판, 상기 반도체 기판 상에 적층된 하부 거울층, 상기 하부 거울층 상에 이득을 주기 위한 활성층, 상기 활성층의 주위로 전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 절연층, 상기 활성층과 상기 절연층 상에 전압을 인가하기 위한 전극과 접촉되는 전극 접촉층, 상기 전극 접촉층에 인가되는 전압에 의해서 복굴절율이 발생하는 편광 조절층, 및 편광 전압을 인가하기 위한 전극과 접촉되는 편광 전극 접촉층으로 구성되고, 상기 전극 접촉층, 상기 편광 조절층, 및 상기 편광 전극 접촉층은 전체로서 상부 거울층을 구성하는 것을 특징으로 한다.A surface emitting laser according to a preferred embodiment of the present invention is a semiconductor substrate, a lower mirror layer stacked on the semiconductor substrate, an active layer for gaining on the lower mirror layer, to prevent the current flowing around the active layer An insulating layer for forming an electrode contact layer in contact with an electrode for applying a voltage on the active layer and the insulating layer, a polarization control layer for generating a birefringence by a voltage applied to the electrode contact layer, and applying a polarizing voltage And a polarizing electrode contact layer in contact with the electrode, wherein the electrode contact layer, the polarization control layer, and the polarization electrode contact layer constitute an upper mirror layer as a whole.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자는 편광 조절 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser), 편광판(polarizer), 및 상기 편광판을 통과한 광신호를 광섬유에 커플링시키기 위한 렌즈(lens)를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the optical transmission device using a surface-emitting laser according to an embodiment of the present invention is a fiber-optic surface-emitting laser (vertical-cavity surface-emitting laser), a polarizer (polarizer), and the optical signal passing through the polarizing plate optical fiber And a lens for coupling to the lens.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상술한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저의 구조를 도시한 구성 단면도이다. 도 3에 도시된 편광 조절 표면 방출 레이저는 1.3~1.55㎛ 대역의 장파장 영역에서 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))와는 독립적으로 편광 전압(Vpolar)을 통하여 출력 빔의 편광을 조절할 수 있는 능동형(active) 편광 조절 표면 방출 레이저이다.3 is a configuration cross-sectional view showing the structure of a polarization control surface emitting laser according to an embodiment of the present invention. The polarization control surface emitting laser shown in FIG. 3 adjusts the polarization of the output beam through the polarization voltage V polar independently of the driving current (voltage I oper (V oper )) in the long wavelength region of 1.3 to 1.55 탆 . Active polarization controlled surface emitting laser.
도 3를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저는 다음의 레이어들로 구성된다. 도 3에 도시된 본 발명에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저는 n형의 InP 반도체 기판(11), n형의 InAlGaAs/InAlAs(InAlGaAs/InP)를 교대로 적층한 반도체 DBR(Distributed Bragg Reflector)로 구성된 하부 거울층(12), 전류 흐름을 막을 수 있는 공기 또는 유전체로 구성된 절연층(13), 이득(gain)을 주기 위해 InAlGaAs/InGaAs 반도체의 다층 양자 우물(quantum well)로 구성된 이득층과 공간층으로 이루어진 활성층(14), 전류 주입을 위한 p형의 InAlGaAs/InAlAs(InAlGaAs/InP) 반도체 DBR로 구성된 전극 접촉층(15), 전압에 의하여 전류의 흐름 없이 복굴절이 발생하도록 하기 위한 InAlGaAs/InAlAs(InAlGaAs/InP) 반도체 DBR로 구성된 편광 조절층(16), n형의 InAlGaAs/InAlAs(InAlGaAs/InP) 반도체 DBR로 구성된 편광 전극층(17)이 차례로 적층되어 구성된다. 또한, 도 3에 도시된 편광 조절 표면 방출 레이저는 레이저 소자에 전류 및 전압을 인가하기 위한 n형 편광 전압 전극(18), p형 구동 전압 전극(19), 및 n형 구동 전압 전극(20)을 포함한다. 3, the polarization control surface emitting laser according to the preferred embodiment of the present invention is composed of the following layers. The polarization control surface emission laser according to the present invention shown in FIG. 3 is composed of a semiconductor DBR (Distributed Bragg Reflector) in which n-type InP semiconductor substrates 11 and n-type InAlGaAs / InAlAs (InAlGaAs / InP) are alternately stacked. Lower mirror layer 12, insulating layer 13 composed of air or dielectric to prevent current flow, gain layer and spacer layer composed of multilayer quantum wells of InAlGaAs / InGaAs semiconductors to give gain An active layer 14 consisting of p-type InAlGaAs / InAlAs (InAlGaAs / InP) semiconductor DBR for current injection, an electrode contact layer 15 consisting of a semiconductor DBR, and InAlGaAs / InAlAs for generating birefringence without current flow by voltage. A polarization control layer 16 composed of an InAlGaAs / InP) semiconductor DBR and a polarization electrode layer 17 composed of an n-type InAlGaAs / InAlAs (InAlGaAs / InP) semiconductor DBR are laminated in this order. In addition, the polarization control surface emission laser shown in FIG. 3 has an n-type polarization voltage electrode 18, a p-type driving voltage electrode 19, and an n-type driving voltage electrode 20 for applying current and voltage to the laser device. It includes.
상기 도면 부호 15 내지 17로 도시된 전류 주입을 위한 p형의 InAlGaAs/InAlAs(InAlGaAs/InP) 반도체 DBR로 구성된 전극 접촉층(15), 전압에 의하여 전류의 흐름 없이 복굴절이 발생하도록 하기 위한 InAlGaAs/InAlAs(InAlGaAs/InP) 반도체 DBR로 구성된 편광 조절층(16), n형의 InAlGaAs/InAlAs(InAlGaAs/InP) 반도체 DBR로 구성된 편광 전극층(17)은 전체로서 상부 거울층(22)를 구성한다. An electrode contact layer 15 composed of a p-type InAlGaAs / InAlAs (InAlGaAs / InP) semiconductor DBR for current injection shown by reference numerals 15 to 17, InAlGaAs / for causing birefringence to occur without current flow by voltage. The polarization control layer 16 composed of InAlAs (InAlGaAs / InP) semiconductor DBR and the polarization electrode layer 17 composed of n-type InAlGaAs / InAlAs (InAlGaAs / InP) semiconductor DBR constitute the upper mirror layer 22 as a whole.
도 3에 도시된 편광 조절 표면 방출 레이저에서는 p형 구동 전압 전극(19)과 n형 구동 전압 전극(20) 사이에 일정한 전압(전류)를 인가하여 일정한 출력의 광을 방출할 수 있고, n형 편광 전압 전극(18)과 p형 구동 전압 전극(19) 사이에 소정의 변조 전압을 인가하게 되면 전광 효과에 따라 상부 거울층(22)에 복굴절율이 발생하게 된다. 이를 이용하여 상기 출력된 광을 변조할 수 있다. 이 때, 선형으로 편광된 광이 변조된 편광 전압에 따라 서로 수직인 방향으로 변조되어 방출되므로, 변조되어 방출된 광을 선형 편광된 광만을 통과시키는 편광판을 통과시키면 변조된 광신호를 얻을 수 있게 된다.In the polarization control surface emission laser shown in FIG. 3, a constant voltage (current) may be applied between the p-type driving voltage electrode 19 and the n-type driving voltage electrode 20 to emit light of a constant output, and the n-type When a predetermined modulation voltage is applied between the polarization voltage electrode 18 and the p-type driving voltage electrode 19, birefringence is generated in the upper mirror layer 22 according to the all-optical effect. The output light may be modulated using this. At this time, since the linearly polarized light is modulated and emitted in a direction perpendicular to each other according to the modulated polarization voltage, the modulated optical signal can be obtained by passing the modulated and emitted light through a polarizing plate passing only linearly polarized light. do.
도 4a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광송신 소자 구조를 도시하는 구성도이다. 도 4a를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광송신 소자는 편광 조절 표면 방출 레이저(1'), 소정의 방향으로 편광된 광신호만을 통과시키기 위한 편광판(2), 편광판(2)를 통과한 광신호를 광섬유와 커플링시키기 위한 렌즈(3), 상기 광신호를 소정의 목적지까지 전송하기 위한 광섬유(4)로 구성된다. 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))는 편광 조절 표면 방출 레이저(31)의 전극(도 3 참조)으로 인가되고, 편광 전압(Vpolar)은 편광 전극(도 3 참조)으로 인가된다. 도 4a에 도시된 Pout1은 편광 조절 표면 방출 레이저(1')의 빔 출력을, Pout2는 편광판(2)을 통과한 후의 빔 출력을 각각 나타낸다.4A is a block diagram showing the structure of an optical transmitting device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4A, a light transmitting device according to an exemplary embodiment of the present invention includes a polarization control surface emitting laser 1 ′, a polarizing plate 2 for passing only an optical signal polarized in a predetermined direction, and a polarizing plate 2. A lens 3 for coupling an optical signal passing through the optical fiber to the optical fiber, and an optical fiber 4 for transmitting the optical signal to a predetermined destination. The driving current (voltage) I oper (V oper ) is applied to the electrode (see FIG. 3) of the polarization control surface emission laser 31, and the polarization voltage V polar is applied to the polarization electrode (see FIG. 3). . P out1 shown in FIG. 4A represents the beam output of the polarization control surface emitting laser 1 ', and P out2 represents the beam output after passing through the polarizing plate 2, respectively.
도 4b는 도 4a에 도시된 광송신 소자에 인가되는 구동 전류(전압)(Ioper(Voper)), 편광 전압(Vpolar) 변화에 따른 광출력(Pout1 , Pout2) 변화를 도시하는 도면이다. 표면 방출 레이저(1')의 출력을 결정하는 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))이 일정하게 유지되므로 표면 방출 레이저(1')의 전체 광출력(Pout1)은 일정하게 유지된다. 편광 전압(Vpolar)의 변화에 따라 편광판(2)을 통과한 광출력(Pout2)은 변조 특성을 갖게 된다. 이때 편광판(2)은 일정한 편광 전압(Vpolar)이 인가된 상태에서 소정의 방향으로 편광된 광신호를 통과시키거나, 또는 일정한 편광 전압(Vpolar)이 인가되지 아니한 상태에서 소정의 방향으로 편광된 광신호를 통과시키는 방법으로 편광판(2)를 통과한 광신호(Pout2)의 변조 특성을 제어할 수 있다. 이와 같은 방법으로 변조된 광신호(Pout2)는 렌즈(3)에 의하여 광섬유(4)에 커플링되어 소정의 목적지까지 전송된다FIG. 4B illustrates a change in light outputs P out1 and P out2 according to a change in driving current (voltage) I oper (V oper ) and polarization voltage V polar applied to the optical transmitting element illustrated in FIG. 4A. Drawing. Since the driving current (voltage) I oper (V oper ) that determines the output of the surface emitting laser 1 'remains constant, the total light output P out1 of the surface emitting laser 1' remains constant. . As the polarization voltage V polar is changed, the light output P out2 passing through the polarizer 2 has a modulation characteristic. At this time, the polarizing plate (2) is a constant polarization voltage (V polar) is authorized to while passing through the light signal polarized in a predetermined direction, or a constant polarization voltage (V polar) polarized in a predetermined direction in a state in which which is not applied Modulation characteristics of the optical signal P out2 passing through the polarizing plate 2 may be controlled by passing the received optical signal. The optical signal P out2 modulated in this manner is coupled to the optical fiber 4 by the lens 3 and transmitted to a predetermined destination.
도 5는 도 4b에 도시된 구동 전류(전압)(Ioper(Voper)), 편광 전압(Vpolar)의 변화에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저의 내부 캐리어 밀도(n)의 변화와 발진된 광신호의 파장 특성을 도시하는 도면이다. 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))가 일정하므로 그에 따른 내부 캐리어 밀도(n)에는 변화가 발생하지 않게 되고, 이로 인해 표면 방출 레이저에서 발진된 광의 선폭이 매우 샤프해 진다. 따라서, 상기 종래 기술의 문제점으로 지적된 AC 처핑 현상의 문제점을 배제할 수 있으므로, 발진된 광의 선폭이 넓어지거나 왜곡되지 않게 되고, 광의 선폭에 비례하는 광섬유 분산(material dispersion)에 의한 신호 왜곡의 발생을 줄일 수 있으므로 고속 변조된 광신호를 장거리까지 전송하는 것이 가능해 진다.FIG. 5 is a view illustrating the change in the internal carrier density n of the polarization-controlled surface-emitting laser and the oscillated light according to the change of the driving current (voltage) I oper (V oper ) and the polarization voltage V polar shown in FIG. 4B. It is a figure which shows the wavelength characteristic of a signal. Since the driving current (voltage) I oper (V oper ) is constant, there is no change in the internal carrier density n, thereby resulting in a very sharp line width of the light emitted by the surface emitting laser. Therefore, the problem of the AC chirping phenomenon pointed out as the problem of the prior art can be excluded, so that the line width of the oscillated light is not widened or distorted, and signal distortion is caused by optical fiber material dispersion in proportion to the line width of light. Therefore, it is possible to transmit a high speed modulated optical signal over a long distance.
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자의 구성도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자는 편광 조절 표면 방출 레이저(31), 편광빔 분할기(polarized beam splitter)(2), 광신호를 광섬유와 커플링시키기 위한 렌즈(33), 상기 광신호를 소정의 목적지까지 전송하기 위한 광섬유(34)로 구성된다. 구동 전류(전압)(Ioper(Voper))는 편광 조절 표면 방출 레이저(31)의 전극(도 3 참조)으로 인가되고, 편광 전압(Vpolar)은 편광 전극(도 3 참조)으로 인가된다. 편광 전압(Vpolar)에 따라 편광되어 출력된 광 중에서 소정의 방향으로 편광된 광 성분은 편광빔 분할기(32)를 통과하여 렌즈(33)를 거쳐 광섬유(34)로 인가되고, 편광된 빛의 수직 성분은 편광빔 분할기(32)에서 반사되어 광검출기(35)로 인가된다. 광검출기(35)에서는 편광빔 분할기(32)에서 반사된 광을 검출하는데, 검출된 광은 편광빔 분할기(32)를 통과한 광과 위상이 반대이다. 검출된 광을 이용하여 편광 변조된 신호를 모니터링할 수 있으므로 광송신 소자의 정상 동작 여부 및 광송신 소자의 성능 측정(전력 모니터링 등)이 용이하게 수행할 수 있다.6 is a block diagram of an optical transmission device using a polarization control surface emission laser according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, an optical transmitting device using a surface emitting laser according to another embodiment of the present invention includes a polarization control surface emitting laser 31, a polarized beam splitter 2, and an optical signal with an optical fiber. A lens 33 for coupling, and an optical fiber 34 for transmitting the optical signal to a predetermined destination. The driving current (voltage) I oper (V oper ) is applied to the electrode (see FIG. 3) of the polarization control surface emission laser 31, and the polarization voltage V polar is applied to the polarization electrode (see FIG. 3). . The light component polarized in a predetermined direction among the light polarized according to the polarization voltage (V polar ) is passed through the polarization beam splitter 32, is applied to the optical fiber 34 through the lens 33, and the polarized light The vertical component is reflected by the polarization beam splitter 32 and applied to the photodetector 35. The photodetector 35 detects the light reflected by the polarization beam splitter 32, which is out of phase with the light passing through the polarization beam splitter 32. Since the polarized modulated signal can be monitored using the detected light, it is possible to easily perform the normal operation of the optical transmitter and the performance measurement of the optical transmitter (such as power monitoring).
본 발명에 따른 광송신 소자에 의하면, 변조된 광신호를 생성하는 경우 왜곡 없이 광송신이 가능하다는 기술적 효과를 얻을 수 있다.According to the optical transmission device according to the present invention, it is possible to obtain a technical effect that the optical transmission is possible without distortion when generating the modulated optical signal.
또한, 본 발명에 따른 광송신 소자에 의하면, 표면 방출 레이저와 편광판으로 구성되어, 내부 캐리어 변화에 따른 주파수 왜곡 없이 변조된 광신호를 장거리의 목적지까지 전송할 수 있다는 기술적 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the optical transmission device according to the present invention, it is composed of a surface emitting laser and a polarizing plate, it is possible to obtain a technical effect that can transmit a modulated optical signal to a long-distance destination without frequency distortion caused by internal carrier change.
또한, 본 발명에 의하면, 내부 캐리어 밀도 변화에 따른 주파수 왜곡 없이, 변조된 광신호를 전송하기 위한 편광 조절 표면 방출 레이저의 새로운 구조를 얻을 수 있다는 기술적 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to obtain a technical effect that a new structure of a polarization control surface emitting laser for transmitting a modulated optical signal can be obtained without frequency distortion caused by internal carrier density change.
또한, 본 발명에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자에 의하면, 광송신 소자의 동작 상태 및 성능에 대한 점검을 용이하게 수행할 수 있다는 기술적 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the optical transmission device using the polarization control surface emission laser according to the present invention, it is possible to obtain a technical effect that it is possible to easily check the operating state and performance of the optical transmission device.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 점은 자명하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허 청구 범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. It is obvious that modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.
도 1a 내지 도 1b는 종래의 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자의 구조와 상기 광송신 소자의 광출력을 도시한 도면이다.1A to 1B are diagrams showing the structure of an optical transmitter using a conventional surface emitting laser and the light output of the optical transmitter.
도 2는 종래의 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자에서 광신호 변조에 따른 내부 캐리어 밀도의 변화 및 그에 따른 출력 빔 파장 변화를 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a change in internal carrier density and a change in output beam wavelength according to optical signal modulation in a conventional optical transmitting device using a surface emitting laser.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 표면 방출 레이저의 레이어 구조를 도시한 구성 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a layer structure of a surface emitting laser according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자의 구조와 광출력을 도시한 도면이다.4A to 4B are views illustrating the structure and light output of the optical transmitting device using the polarization control surface emission laser according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 편광 조절 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자에서 광신호 변조에 따른 내부 캐리어 밀도의 변화 및 그에 따른 출력 빔 파장 변화를 도시한 도면이다.5 is a view showing a change in the internal carrier density and the output beam wavelength according to the optical signal modulation in the optical transmitting device using a polarization control surface emission laser according to an embodiment of the present invention.
도 6는 본 발명의 또다른 일실시예에 표면 방출 레이저를 이용한 광송신 소자의 구조를 도시한 도면이다.6 is a view showing the structure of an optical transmitting device using a surface emitting laser in another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing
1 : 표면 방출 레이저 1': 편광 조절 표면 방출 레이저1: surface emitting laser 1 ': polarization control surface emitting laser
2 : 편광판 3 : 렌즈2: polarizer 3: lens
4 : 광섬유 VOper(IOper) : 구동 전압(전류)4: optical fiber V Oper (I Oper ): driving voltage (current)
VPolar : 편광 전압 POut : 표면 방출 레이저 빔 출력V Polar : Polarization Voltage P Out : Surface Emission Laser Beam Output
POut1 : 편광 조절 표면 방출 레이저 빔 출력P Out1 : polarization control surface emission laser beam output
POut2 : 편광판 통과 후 편광 조절 표면 방출 레이저 광 출력P Out2 : Polarization control surface emission laser light output after passing through polarizer
n : 반도체 레이저 내부 운반자n: carrier inside the semiconductor laser
11 : 반도체 기판 12 : 하부 거울층 11 semiconductor substrate 12 lower mirror layer
13 : 절연층 14 : 활성층13 insulation layer 14 active layer
15 : 전극 접촉층 16 : 편광 조절층15 electrode contact layer 16 polarization control layer
17 : 편광 전극 접촉층 17: polarization electrode contact layer
22 : 전극 접촉층, 편광 조절층, 편광 전극층으로 구성된 상부 거울층22: upper mirror layer consisting of an electrode contact layer, a polarization control layer, a polarization electrode layer
18 : 편광 전압 전극 19 : 구동 전압 전극18 polarization voltage electrode 19 driving voltage electrode
20 : 구동전압전극 35 : 광검출기 20: driving voltage electrode 35: photodetector
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