KR100539906B1

KR100539906B1 - 반사형 반도체 광증폭기 광원

Info

Publication number: KR100539906B1
Application number: KR10-2003-0081474A
Authority: KR
Inventors: 신동재; 이정석; 김승우; 황성택
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-12-28
Also published as: KR20050047705A; JP4069110B2; US20050105171A1; US7123406B2; JP2005150735A

Abstract

본 발명에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원은, 증폭된 자발 방출광을 생성 및 증폭하기 위한 투과형 반도체 광증폭기와; 상기 반도체 광증폭기로부터 출력된 증폭된 자발 방출광을 반사시켜서 상기 반도체 광증폭기로 입력시키기 위한 반사기와; 상기 반도체 광증폭기와 상기 반사기 사이에 개재되며, 그 사이로 진행하는 증폭된 자발 방출광의 파장 대역을 제한하기 위해 기설정된 투과파장 대역을 갖는 대역통과 필터를 포함한다.

Description

반사형 반도체 광증폭기 광원{REFLECTIVE SEMICONDUCTOR OPTICAL AMPLIFIER LIGHT SOURCE}

본 발명은 광원에 관한 것으로서, 특히 증폭된 자발 방출광(Amplified spontaneous emission: ASE)을 출력하는 광대역 광원에 관한 것이다.

넓은 파장 대역에서 비간섭광을 출력하는 광대역 광원으로서 어븀 도핑된 광섬유 증폭기(Erbium-doped fiber amplifier) 광원, 초발광 다이오우드(superluminescent diode), 반사형 반도체 광 증폭기(reflective semiconductor optical amplifier) 광원 등이 제안된 바 있다. 어븀 도핑된 광섬유 증폭기는 고출력의 편광 무관한(polarization insensitive) 광을 안정적으로 얻을 수 있으나, 파장 대역이 한정되어 있어서 광대역 광원으로서의 적용이 제한된다. 뿐만 아니라, 그 크기 또한 반도체 소자들에 비해 크고 가격 또한 양산을 통해 낮추기가 어렵다. 초발광 다이오우드는 광 대역폭이 매우 넓고 저렴하지만 출력 파워에 한계가 있다. 반사형 반도체 광증폭기 광원은 일반적인 반도체 광증폭기의 제1 단에 고반사 코팅을 하여 증폭된 자발 발출광을 한쪽 방향만으로 출력하여 고출력의 광대역 광원을 저렴하게 구현할 수 있다. 그러나, 제2 단의 반사율이 매우 낮지 않은 경우에는 상기 제1 및 제2 단들 사이에 페브리-페롯 공진기(Fabry-Perot resonator)가 형성되어 출력광의 스펙트럼이 파장에 따라 변하는 이득 물결(gain ripple)이 발생하여 균일한 스펙트럼의 비간섭광을 얻기가 어렵다.

반사형 반도체 광증폭기 광원의 이득 물결 문제를 해결하기 위하여 반도체 광증폭기의 일단에 고반사 코팅을 하는 대신에 외부에 광대역 반사기를 연결하는 광대역 광원이 제안된 바 있다.

도 1은 전형적인 반사형 반도체 광증폭기 광원의 구조를 나타내는 도면이다. 상기 광대역 광원(100)은 광도파로(130)를 통해 서로 연결된 반도체 광증폭기(semiconductor optical amplifier: SOA, 110)와, 외부 반사기(external reflector: R, 120)를 포함한다.

상기 반도체 광증폭기(110)는 이득 매질(gain medium, 112)과, 상기 이득 매질(112)의 양단에 코팅된 제1 및 제2 무반사층들(114,116)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 무반사층들(14,116)을 통해 비간섭성 증폭된 자발 방출광(140)을 출력한다.

상기 반사기(120)는 상기 제1 무반사층(114)과 상기 광도파로(130)를 통해 광학적으로 연결되며, 상기 제1 무반사층(114)을 통해 출력된 증폭된 자발 방출광(140)을 반사시켜서 상기 반도체 광증폭기(110)에 입력시킨다. 이 때, 상기 반도체 광증폭기(110)와 상기 반사기(120)의 거리는 상기 제1 무반사층(114)을 통해 출력된 증폭된 자발 방출광(140)이 가간섭 거리(coherence length) 이상을 진행하여 상기 반도체 광증폭기(110)로 돌아오도록 설정된다. 이러한 구조의 장점은 작은 이득 물결(gain ripple)을 가지기 위한 상기 제1 및 제2 무반사층들(114,116)의 반사율 조건이 완화된다는 것이다. 즉, 상기 제1 및 제2 무반사층들(114,116)의 반사율들이 매우 낮지 않아도 발생하는 이득 물결이 작으므로 반사율을 낮추기 위한 무반사 코팅이 쉬워지게 된다.

그러나, 상술한 바와 같은 반사형 반도체 광증폭기 광원(100)은 아직 어븀 첨가된 광섬유 증폭기 광원에 비하여 출력 파워가 약하다는 문제점이 있고, 출력 파워를 증가시키려는 노력이 계속 진행되고 있다.

따라서, 출력 파워가 향상된 반사형 반도체 광증폭기 광원이 요구된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 출력 파워가 향상된 반사형 반도체 광증폭기 광원을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원은, 자발 방출광을 생성 및 증폭하기 위한 투과형 반도체 광증폭기와; 상기 반도체 광증폭기로부터 출력된 자발 방출광을 반사시켜서 상기 반도체 광증폭기로 입력시키기 위한 반사기와; 상기 반도체 광증폭기와 상기 반사기 사이에 개재되며, 그 사이로 진행하는 자발 방출광의 파장 대역을 제한하기 위해 기설정된 투과파장 대역을 갖는 대역통과 필터를 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원의 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 구성 및 그 구성에 더하여 삽입되는 대역통과 필터(bandpass filter: BPF)의 삽입 위치에 따른 출력 파워 특성들을 나타내는 도면이다. 도 2에는, 투과형 반도체 광증폭기(SOA, 210)와, 반사기(R, 220)와, 광아이솔레이터(optical isolator: ISO, 230)를 포함하는 반사형 반도체 광증폭기 광원(200)이 도시되어 있다. 도 2는, 상기 반사형 반도체 광증폭기 광원(200)에 대역통과 필터를 추가하지 않은 제1 경우의 출력 파워 스펙트럼(310)과, A 위치에 대역통과 필터가 삽입된 제2 경우의 출력 파워 스펙트럼(320)과, B 위치에 대역통과 필터가 삽입된 제3 경우의 출력 파워 스펙트럼(330)과, C 위치에 대역통과 필터가 삽입된 제4 경우의 출력 파워 스펙트럼(340)을 나타낸다.

상기 광아이솔레이터(230)는 외부로부터 상기 반도체 광증폭기 광원(200)으로 입력되는 광이 이득 물결을 일으키게 되므로, 이를 방지하기 위하여 상기 반도체 광증폭기 광원(200)의 출력단측에 배치된다. 먼저, 상기 제1 경우를 보면 해당 출력 파워 스펙트럼(310)은 상기 반도체 광증폭기(210)의 이득 스펙트럼(gain curve)에 의해 결정되며, 넓은 파장 대역에 걸쳐 균일하지 않은 분포를 가지게 된다.

상기 제2 경우를 보면 해당 출력 파워 스펙트럼(320)은 상기 대역통과 필터의 통과대역 안으로 그 분포가 제한되며, 상기 제1 경우의 출력 파워 스펙트럼(310)에 비해 그 크기가 증가하게 된다.

상기 제4 경우를 보면 해당 출력 파워 스펙트럼(330)은 상기 대역통과 필터 자체의 삽입 손실에 의하여 상기 제1 경우의 출력 파워 스펙트럼(310)에 비해 그 크기가 감소하게 된다.

상기 제3 경우를 보면 해당 출력 파워 스펙트럼(340)은 상기 대역통과 필터의 통과대역 내에서 상기 제1 경우의 출력 파워 스펙트럼(310)에 비해 그 크기가 감소하지 않는다. 이는 상기 대역통과 필터가 약간의 반사를 일으켜 통과 대역 내의 출력 파워를 증가시키기 때문이다. 이 때, 증가된 출력 파워는 상기 반도체 광증폭기(210)의 출력 포화에 의하여 상기 제1 경우의 출력 파워 스펙트럼(310)과 같은 크기에서 포화된다. 상기 제2 경우에서는 통과 대역 내의 출력 파워가 제1 경우에 비해 더 증가하게 되는데, 이는 상기 반사기(220)로부터 상기 반도체 광증폭기(210)로 반사되는 증폭된 자연 방출광(250)의 스펙트럼이 상기 대역통과 필터의 통과 대역 내로 제한됨으로써, 통과 대역 내의 출력 파워가 선택적으로 증가하기 때문이다. 즉, 통과 대역 밖의 파워를 감소시킴으로서 통과 대역 내의 파워가 증가하게 된다. 또한, 통과 대역 내의 스펙트럼 분포는 상기 반도체 광증폭기(210)의 이득 스펙트럼 뿐만 아니라 상기 대역통과 필터의 스펙트럼 특성에 의존하게 되므로, 상기 대역통과 필터의 스펙트럼 특성을 조절함으로써 출력 파워 스펙트럼(320)의 분포를 균일하게 만드는 것이 가능하다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 반도체 광증폭기 광원(400)은 반도체 광증폭기(410)와, 반사기(430)와, 대역통과 필터(BPF, 420)와, 광아이솔레이터(440)를 포함한다.

상기 반도체 광증폭기(410)는 이득 매질(412)과, 상기 이득 매질(412)의 양단에 코팅된 제1 및 제2 무반사층들(414,416)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 무반사층들(414,416)을 통해 비간섭성 증폭된 자발 방출광(460)을 출력한다.

상기 반사기(430)는 상기 제1 무반사층(414)과 광학적으로 연결되며, 상기 제1 무반사층(414)을 통해 출력된 증폭된 자발 방출광(460)을 반사시켜서 상기 반도체 광증폭기(410)에 입력시킨다. 이 때, 상기 반도체 광증폭기(410)와 상기 반사기(430)의 거리는 상기 제1 무반사층(414)을 통해 출력된 증폭된 자발 방출광(460)이 가간섭 거리 이상을 진행하여 상기 반도체 광증폭기(410)로 돌아오도록 설정된다.

상기 대역통과 필터(420)는 상기 반도체 광증폭기(410)와 상기 반사기(430) 사이에 개재되며, 그 사이로 진행하는 증폭된 자발 방출광(460)의 파장 대역을 제한하기 위해 기설정된 통과 대역을 갖는다. 상기 대역통과 필터(460)의 스펙트럼 특성을 조절함으로써 상기 반도체 광증폭기 광원(400)의 출력 파워 스펙트럼의 분포를 조절할 수 있다.

상기 광아이솔레이터(440)는 외부로부터 상기 반사형 반도체 광증폭기 광원(400)으로 입력되는 광이 이득 물결을 일으키게 되므로, 이를 방지하기 위하여 상기 반사형 반도체 광증폭기 광원(400)의 출력단측에 배치된다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 반도체 광증폭기 광원(500)은 이득 매질(512)과 상기 이득 매질(512)의 양단에 코팅된 제1 및 제2 무반사층들(514,516)을 포함하는 반도체 광증폭기(510)와, 반사기(540)와, 대역통과 필터(520)와, 45°편광 회전기(45°polarization rotator: λ/8, 530)와, 광아이솔레이터(550)를 포함한다. 상기 반도체 광증폭기 광원(500)은 도 4에 도시된 구성과 비교하여 상기 반사기(540)와 상기 대역통과 필터(520) 사이에 상기 45°편광 회전기(530)를 추가한 점을 제외하고는 구성이 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고 상기 45°편광 회전기(530)에 대해서만 기술하기로 한다.

상기 45°편광 회전기(530)는 상기 반도체 광증폭기 광원(500)의 편광 특성을 향상시키기 위해 제공된 것이다. 상기 반도체 광증폭기(510)는 편광 상태에 따라 이득이 다르며, 상기 반도체 광증폭기 광원(500)은 상기 45°편광 회전기(530)로 인해 순수한 무작위 편광(random polarization) 상태의 증폭된 자연 방출광(570)을 출력하게 된다. 상기 대역통과 필터(520)로부터 출력된 증폭된 자연 방출광(570)은 상기 반사기(540)에 의해 상기 45°편광 회전기(530)를 두 번 거치면서 편광 방향이 최초 편광 방향을 기준으로 90°회전된 상태로 상기 반도체 광증폭기(510)에 입력된다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원의 구성을 나타내는 도면이다. 상기 반도체 광증폭기 광원(600)은 이득 매질(612)과 상기 이득 매질(612)의 양단에 코팅된 제1 및 제2 무반사층들(614,616)을 포함하는 반도체 광증폭기(610)와, 반사기(640)와, 대역통과 필터(630)와, 45°편광 회전기(λ/8, 620)와, 광아이솔레이터(650)를 포함한다. 상기 반도체 광증폭기 광원(600)은 도 5에 도시된 구성과 비교하여 상기 45°편광 회전기(620)가 상기 반도체 광증폭기(610)와 상기 대역통과 필터(630) 사이에 개재된다는 점을 제외하고는 구성이 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하고 상기 45°편광 회전기(620)에 대해서만 기술하기로 한다.

상기 반도체 광증폭기(610)로부터 출력된 증폭된 자연 방출광(670)은 상기 반사기(640)에 의해 상기 45°편광 회전기(620)를 두 번 거치면서 편광 방향이 최초 편광 방향을 기준으로 90°회전된 상태로 상기 반도체 광증폭기(610)에 입력된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원은 반도체 광증폭기와 반사기 사이에 대역통과 필터를 삽입함으로써, 종래에 비하여 출력 파워가 향상된다는 이점이 있다.

도 1은 전형적인 반사형 반도체 광증폭기 광원의 구조를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원의 원리를 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 2에 도시된 구성 및 그 구성에 더하여 삽입되는 대역통과 필터의 삽입 위치에 따른 출력 파워 특성들을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원의 구성을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원의 구성을 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반사형 반도체 광증폭기 광원의 구성을 나타내는 도면.

Claims

반사형 반도체 광증폭기 광원에 있어서,

증폭된 자발 방출광을 생성 및 증폭하기 위한 투과형 반도체 광증폭기와;

상기 반도체 광증폭기로부터 출력된 증폭된 자발 방출광을 반사시켜서 상기 반도체 광증폭기로 입력시키기 위한 반사기와;

상기 반도체 광증폭기와 상기 반사기 사이에 개재되며, 그 사이로 진행하는 증폭된 자발 방출광의 파장 대역을 제한하기 위해 기설정된 투과파장 대역을 갖는 대역통과 필터를 포함함을 특징으로 하는 반사형 반도체 광증폭기 광원.
제1항에 있어서,

상기 반도체 광증폭기와 상기 반사기 사이에 개재되며, 그 사이로 진행하는 증폭된 자발 방출광의 편광 방향을 회전시키기 위한 편광 회전기를 더 포함함을 특징으로 하는 반사형 반도체 광증폭기 광원.
제2항에 있어서,

상기 편광 회전기는 45°편광 회전기를 포함함을 특징으로 하는 반사형 반도체 광증폭기 광원.
제1항에 있어서,

상기 반도체 광증폭기 광원의 출력단에 배치되며, 외부로부터 상기 반도체 광증폭기 광원으로 입력되는 광을 차단하기 위한 광아이솔레이터를 더 포함함을 특징으로 하는 반사형 반도체 광증폭기 광원.