KR100575966B1 - 광대역 광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 광대역 광원은 제1 및 제2 단을 구비하며, 넓은 파장 대역의 광을 생성 및 증폭시키기 위한 반도체 광증폭기와, 상기 반도체 광증폭기의 제2 단으로부터 이격되게 위치되며, 상기 반도체 광증폭기로부터 입력된 상기 광을 상기 반도체 광증폭기로 반사시키기 위한 미러를 포함하며, 상기 반도체 광증폭기는 상기 미러에서 반사된 광을 증폭시켜서 상기 반도체 광증폭기의 제1 단으로 출력시킨다.
반사형 반도체 광증폭기, 미러, 광대역 광원

Description

광대역 광원{BROADBAND LIGHT SOURCE}
도 1은 종래 기술에 따른 반사형 반도체 광증폭기의 구조를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 광원의 구조를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 광원의 구조를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 광원의 구조를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광대역 광원의 구조를 나타내는 도면,
도 6은 반도체 광증폭기의 이득과 단면 반사율에 따른 이득 물결을 나타내는 그래프,
도 7은 종래의 반사형 반도체 광증폭기의 스펙트럼을 나타내는 그래프.
본 발명은 광원에 관한 것으로서, 특히, 상호 다른 파장을 갖는 복수의 광신호들을 생성할 수 있는 반도체 광증폭기를 포함하는 광원에 관한 것이다.
파장 분할 다중 방식의 수동형 광 가입자망은 복수의 가입자들과, 중앙 기지 국을 하나의 광섬유로 연결시키기 위한 통신 방법으로서, 통신 선로의 확충이 용이하다. 상술한 파장 분할 다중 방식의 수동형 광 가입자망은 하향 광신호를 생성하는 중앙 기지국과, 상기 각 하향 광신호를 제공받고 각각의 상향 광신호들을 상기 중앙 기지국으로 출력하는 복수의 가입자들과, 상기 중앙 기지국과 단일 광섬유로 링크되며 상기 각 가입자들과 연결된 지역 기지국을 포함한다.
상기 지역 기지국은 상기 중앙 기지국으로부터 수신된 하향 광신호를 각각의 파장에 따라서 역다중화시켜서 해당 가입자에게로 출력하고, 상기 각 가입자들로부터 입력받은 상향 광신호들을 다중화시켜서 상기 중앙 기지국으로 출력한다.
상술한 파장 분할 다중 방식의 수동형 광 가입자망에 있어서, 상기 중앙 기지국은 복수의 상기 가입자들 각각에게 제공하기 위한 상호 다른 파장을 갖는 각각의 하향 광신호들을 생성해야 한다.
상술한 하향 광신호들을 생성하기 위한 광송신기는 상호 다른 파장의 광신호를 생성할 수 있는 복수의 레이저 광원들을 포함하거나, 넓은 파장 대역의 광을 상호 다른 파장을 갖는 각각의 채널들로 분할하며, 분할된 상기 각 채널들을 하향 광신호로 변조시키는 스펙트럼 분할 광원 또는 상호 다른 파장을 갖는 각각의 채널에 의해서 파장 잠김된 하향 광신호를 생성하는 파장 잠김 광원 등이 사용 가능하다.
상기 스펙트럼 분할 광원과 파장 잠기 광원은 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위해서 발광 다이오드, 초발광 다이오드, 어븀 도핑된 광섬유 광증폭기 등을 사용할 수 있다. 특히, 상술한 어븀 도핑된 광섬유 광증폭기는 편광 무관한 광을 안정적으로 생성할 수 있다.
그러나, 발광 다이오드 또는 초발광 다이오드 등은 넓은 파장 범위의 광을 생성할 수 있는 반면에, 출력 파워가 낮고 편광에 의한 영향을 받게되는 문제가 있다. 그 외, 어븀 도핑된 광섬유 광증폭기는 생성할 수 있는 파장 대역이 한정적이며, 크기가 크고 생산비가 비싸다는 문제가 있다.
상술한 문제들을 해결하기 위한 광대역 광원으로서 반도체 광증폭기를 포함하는 광대역 광원이 제안되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반사형 반도체 광증폭기를 포함하는 광대역 광원의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조 하면, 종래 기술에 따른 광대역 광원은 반도체 광증폭기(110)와, 상기 반도체 광증폭기(110) 제1 단에 코팅된 무반사 층(130)을, 제2 단에 코팅된 고반사 층(120)을 포함한다.
상기 반도체 광증폭기(110)는 자발 방출광을 생성하기 위한 이득 매질(111)과, 상기 이득 매질(111)을 중심으로 그 좌우에 형성된 클래드들(112a, 112b)을 포함함으로써 넓은 파장 대역의 자발 방출광을 생성한다. 상기 자발 방출광은 상기 고반사 층(120)에서 반사된 후 상기 무반사 층(130)을 통해서 외부로 출력된다. 즉, 상기 반도체 광증폭기(110)는 상기 고반사 층에서 반사된 광을 증폭시켜서 상기 무반사 층으로 출력시킴으로써 증폭 효율을 향상시키는 이점이 있다.
그러나, 그 일단에 고반사 층이 코팅된 반사형 반도체 광증폭기는 고반사 층이 제2 단에 코팅됨으로써 고반사 층에서 반사된 광이 이득 매질을 진행하면서 일종의 공진 현상을 유발하는 문제가 있다. 즉, 고반사 층의 반사율이 증가할 수록 반사형 반도체 광증폭기에서 증폭되는 광의 세기가 증가됨과 동시에, 증폭된 광의 이득 물결 또한 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 증폭 이득이 높은 반면에, 이득 물결이 낮은 넓은 파장 대역의 광을 출력할 수 있는 광대역 광원을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 광대역 광원은,
제1 및 제2 단을 구비하며, 넓은 파장 대역의 광을 생성 및 증폭시키기 위한 반도체 광증폭기와;
상기 반도체 광증폭기의 제2 단으로부터 이격되게 위치되며, 상기 반도체 광증폭기로부터 입력된 상기 광을 상기 반도체 광증폭기로 반사시키기 위한 미러를 포함하며,
상기 반도체 광증폭기는 상기 미러에서 반사된 광을 증폭시켜서 상기 반도체 광증폭기의 제1 단으로 출력시킨다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 광원의 구조를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광대역 광원은 넓은 파장 대역의 광을 생성 및 증폭시키기 위한 반도체 광증폭기(200)와, 상기 반도체 광증폭기(200)로부터 입력된 상기 광을 상기 반도체 광증폭기(200)로 반사시키기 위한 미러(230)와, 상기 광을 상기 광대역 광원의 외부로 출력하기 위한 광섬유(240)와, 제1 렌즈계(210) 및 제2 렌즈계(220)를 포함한다.
상기 반도체 광증폭기(200)는 제1 및 제2 단(201, 202)을 포함하며, 넓은 파장 대역의 광을 생성 및 증폭시켜서 출력한다. 상기 제1 및 제2 단(201, 202) 각각에는 무반사 층 등을 코팅함으로써 입출력되는 상기 광의 손실을 최소화시킬 수 있다.
상기 미러(230)는 상기 반도체 광증폭기(200)의 제2 단(202)으로부터 이격되게 위치되며, 상기 반도체 광증폭기로부터 입력된 상기 광을 상기 반도체 광증폭기로 반사시킨다.
이득 물결(Gain ripple)은 상기 반도체 광증폭기(200)의 이득 매질에서 생성된 광이 상기 반도체 광증폭기(200) 이득 매질의 내부를 반복적으로 진행하게 됨으로써 페브리-페로 모드에 의한 가간섭성을 갖게되는 현상에 기인한다. 상술한 이득 물결은 평탄화된 세기를 갖는 넓은 파장 대역의 광을 얻고자 하는 광대역 광원에 있어서 출력되는 광의 평탄화를 방해하는 요인이 되며, 상술한 이득 물결은 상기 반도체 광증폭기(200) 제1 및 제2 단(201, 202)의 반사율이 증가에 따라서 함께 증가하게 된다.
상기 미러(230)는 상기 반도체 광증폭기(200)로부터 기 설정된 간격 이격되게 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기(200)에서 출력된 광이 상기 미러(230)까지 진행하는 동안 상기 광의 가간섭성을 상쇄시키며, 상기 반도체 광증폭기(200) 제2 단에 무반사 층을 형성하지 않고도 충분한 세기의 광을 상기 반도체 광증폭(200)로 반사시킬 수 있다. 일예로서, 상기 미러(230)는 상기 반도체 광증폭기(200)에서 생성된 광의 가간섭성 길이 보다 긴 10㎜의 간격으로 상기 반도체 광증폭기(200)로부터 이격되게 위치시킬 수 있다.
상기 광섬유(240)는 상기 반도체 광증폭기(200)의 제1 단(201)에서 출력된 상기 광을 상기 광대역 광원의 외부로 출력한다.
상기 제1 렌즈계는 제1 렌즈와, 제2 렌즈와, 상기 제1 및 제2 렌즈의 사이에 위치된 아이솔레이터를 포함함으로써 상기 반도체 광증폭기(200)의 제1 단(201)에서 출력되는 광을 시준화시켜서 상기 광섬유(240)로 수렴시킨다.
상기 제1 렌즈(211)는 상기 반도체 광증폭기(200)에서 증폭된 광을 상기 광섬유(240)로 수렴시키기며, 상기 제2 렌즈(213)는 상기 반도체 광증폭기(200)의 일단에 대향되게 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기(200)의 일단에서 출력되는 광을 시준화시키킨다. 즉, 상기 제2 렌즈(213)는 상기 반도체 광증폭기(200)에서 출력되는 광을 시준화시켜서 상기 제1 렌즈(211)로 출력하고, 상기 제1 렌즈(211)는 시준화된 광을 상기 광섬유(240)의 일단으로 수렴시킨다.
상기 아이솔레이터(212)는 상기 제1 및 제2 렌즈(211, 213)의 사이에 위치됨으로써 상기 제2 렌즈(213)에서 시준화된 광을 상기 제1 렌즈(211)로 출력하고, 상 기 제1 렌즈(211)로부터 상기 제2 렌즈(213)로 광이 입력되는 것을 방지한다.
상기 제2 렌즈계(220)는 상기 반도체 광증폭기(200)의 제2 단(202)과 상기 미러(230) 사이에 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기(200)로부터 입력된 광을 시준화시켜서 상기 미러(230)로 출력하고, 상기 미러(230)에서 반사된 광을 상기 반도체 광증폭기(200)의 제2 단(202)로 수렴시킨다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 광원의 구조를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광대역 광원은 그 기저면 상에 기판(370)이 안착된 하우징(350)과, 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위한 반도체 광증폭기(300)와, 미러(380)와, 광섬유(340)와, 상기 광섬유(340)와 상기 반도체 광증폭기(300)의 사이에 위치된 제1 렌즈계(310)와, 제2 렌즈계(320)와, 광검출기(390)와, 패러데이 회전기(330)를 포함한다.
상기 하우징(350)은 그 기저면 상에 상기 기판(370)이 안착되며, 상기 기판 (370)상에 상기 반도체 광증폭기(300) 등이 안착된다.
상기 반도체 광증폭기(300)는 상기 기판(370) 상에 안착되며, 넓은 파장 대역의 광을 생성 및 증폭시켜서 양 끝단으로 출력한다.
상기 제1 렌즈계(310)는 상기 광섬유(340)와 상기 반도체 광증폭기(300) 일 단의 사이에 위치되며, 제1 렌즈(311)와, 제2 렌즈(313)와, 아이솔레이터(312)를 포함한다.
상기 제1 렌즈(311)는 상기 반도체 광증폭기(300)에서 증폭된 광을 상기 광섬유(340)에 수렴시키기고, 상기 제2 렌즈(313)는 상기 반도체 광증폭기(300)의 일 단으로부터 입력받은 상기 광을 시준화시켜서 출력한다.
상기 아이솔레이터(312)는 상기 제1 및 제2 렌즈(311, 313)의 사이에 위치되며, 상기 제2 렌즈(313)에서 시준화된 광을 상기 제1 렌즈(311)로 통과시키고 상기 제1 렌즈(311)로부터 상기 제2 렌즈(313)로 광이 입력되는 것을 방지한다.
상기 제2 렌즈계(320)는 상기 반도체 광증폭기(300)와 상기 미러(380)의 사이에 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기(300)에서 출력된 광을 시준화시켜서 상기 미러(380)로 출력하고, 상기 미러(380)에서 반사된 광을 상기 반도체 광증폭기(300)로 수렴시킨다.
상기 미러(380)는 상기 기판(370) 상에 상기 반도체 광증폭기(300)의 타단에 대향되게 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기(300)로부터 입력받은 광을 상기 반도체 광증폭기(300)의 타단으로 반사시킨다.
상기 광섬유(340)는 상기 하우징(350)의 일 측에 고정되며 상기 반도체 광증폭기(300)에서 증폭된 광을 상기 광대역 광원의 외부로 출력한다.
상기 광검출기(390)는 상기 제1 렌즈계(310)의 일측에 위치됨으로써 상기 제1 렌즈계(310)를 진행 하는 광의 세기를 검출해낸다. 상기 패러데이 회전기(330)는 상기 제2 렌즈계(320)와 상기 미러(380)의 사이에 위치됨으로써 상기 광의 편광 모드를 제어한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 광원의 구조를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면 본 발명의 제3 실시예에 따른 광대역 광원은, 그 기저면 상에 기판(450)이 안착된 하우징(460)과, 상기 하우징(460)과 상기 기판(450)의 사이에 위치된 열전 냉각 소자(440)와, 광대역 광을 생성 및 증폭시켜서 양 끝단으로 출력하기 위한 반도체 광증폭기(412)와, 미러(430)와, 상기 광을 상기 광대역 광원의 외부로 출력시키기 위한 광섬유(410)와, 상기 미러(430)에서 반사된 광을 상기 반도체 광증폭기(412)로 수렴시키기 위한 렌즈계(420)를 포함한다. 이하, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 광섬유(410)는 상기 반도체 광증폭기(412)의 일단에 직접 대향되게 위치됨으로써, 상기 반도체 광증폭기(412)의 일단에서 출력되는 광을 상기 광섬유(410)로 수렴시키기 위한 별도의 광학계 등을 더 포함하지 않아도 된다. 상기 광섬유(410)는 상기 하우징(460)의 일측에 제1 홀더(440)로 고정되며, 상기 기판(450) 상에 제2 홀더(490)에 의해 지지된다.
상기 열전 냉각 소자(440)는 상기 기판(450)과 상기 하우징(450)의 기저면 사이에 위치되며, 상기 광대역 광원의 온도를 제어한다.
상기 렌즈계(420)는 상기 반도체 광증폭기(412)와 상기 미러(430)의 사이는 상호 입출력되는 광을 시준화 또는 수렴시킨다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광대역 광원의 구조를 나타내는 도면이다. 본 발명의 제4 실시예에 따른 광대역 광원은 그 기저면 상에 기판(570)이 안착된 하우징(550)과, 넓은 파장 대역의 광을 생성하기 위한 반도체 광증폭기(500)와, 미러부(530)와, 광섬유(540)와, 상기 광섬유(540)와 상기 반도체 광증폭기(400)의 사이에 위치된 제1 렌즈계(510)와, 제2 렌즈계(520)를 포함한다. 이하, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 미러부(530)는 광검출기(531)과, 상기 광검출기(531)의 일단에 증착된(532) 미러를 포함하며, 상기 반도체 광증폭기(500)의 일단에 대향되게 위치된다. 즉, 상기 반도체 광증폭기(500)에서 출력되는 광의 세기를 모니터링하고, 상기 반도체 광증폭기(500)로 반사시킨다.
도 6은 반도체 광증폭기의 이득과 단면 반사율에 따른 이득 물결을 나타내는 그래프이고, 도 7은 종래의 반사형 반도체 광증폭기의 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 6과 도 7을 참조하면, 반도체 광증폭기가 높은 출력 이득과, 낮은 이득 물결수록 얻기 위해서 반도체 광증폭기의 양 끝단에 반사율이 낮아야 함을 알 수 있다. 예를 들어, 반도체 광증폭기 양 끝단의 반사율 곱이 R1R2 = 10-8 보다 적을 경우에 반도체 광증폭기의 출력 이득이 30㏈이고, 0.5㏈ 이하의 이득 물결을 갖게됨을 알 수 있다. 일반적인 반사형 반도체 광증폭기 고반사 층의 반사율이 30% 이상인 경우를 감안하면, 반사형 반도체 광증폭기의 출력측에서의 반사율은 10-7 보다 작아야 한다. 그러나, 반도체 광증폭기의 일단에 형성할 수 있는 무반사 층의 반사율은 10-5 이다. 따라서, 실제 적용할 수 있는 반사형 반도체 광증폭기의 이득 물결은 크게 나타나게 된다.
본 발명에 따른 광대역 광원은 반도체 광증폭기의 제1 및 제2 단에 무반사 층을 코팅하고, 제2 단에 대향되게 위치된 미러를 포함함으로써 반도체 광증폭기에서 증폭되는 광의 이득 물결을 낮추고, 동시에 증폭 이득을 향상시키는 이점이 있다.

Claims (9)

  1. 광대역 광원에 있어서,
    제1 및 제2 단을 구비하며, 넓은 파장 대역의 광을 생성 및 증폭시키기 위한 반도체 광증폭기와;
    상기 반도체 광증폭기의 제2 단으로부터 이격되게 위치되며, 상기 반도체 광증폭기로부터 입력된 상기 광을 상기 반도체 광증폭기로 반사시키기 위한 미러와;
    상기 광섬유와 상기 반도체 광증폭기의 제1 단 사이에 위치된 제1 렌즈계와;
    상기 반도체 광증폭기의 제2 단과 상기 미러 사이에 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기로부터 입력받은 상기 광을 시준화시켜서 상기 미러로 출력하고, 상기 미러에서 반사된 상기 광을 상기 반도체 광증폭기의 일단에 수렴시키는 제2 렌즈계와;
    상기 제2 렌즈계와 상기 미러의 사이에 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기의 제2 단에서 출력되는 광과, 상기 미러에서 상기 반도체 광증폭기의 제2 단으로 반사되는 광의 편광 성분을 일정하게 유지시키기 위한 패러데이 회전기를 포함하며,
    상기 반도체 광증폭기는 상기 미러에서 반사된 광을 증폭시켜서 상기 반도체 광증폭기의 제1 단으로 출력시킴을 특징으로 하는 광대역 광원.
  2. 상기 제1 항에 있어서, 상기 광대역 광원은,
    상기 반도체 광증폭기의 제1 단에서 출력된 상기 광을 상기 광대역 광원의 외부로 출력하는 광섬유를 더 포함함을 특징으로 하는 광대역 광원.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 렌즈계는,
    상기 반도체 광증폭기에서 증폭된 광을 상기 광섬유로 수렴시키기 위한 제1 렌즈와;
    상기 반도체 광증폭기의 일단에 대향되게 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기의 일단에서 출력되는 광을 시준화시키기 위한 제2 렌즈와;
    상기 제1 및 제2 렌즈의 사이에 위치됨으로써 상기 제2 렌즈에서 시준화된 광을 상기 제1 렌즈로 출력하고, 상기 제1 렌즈로부터 입력되는 광을 차단하는 아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 광대역 광원.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반도체 광증폭기와 상기 미러 사이의 이격 간격은 상기 반도체 광증폭 기에서 생성된 상기 광의 가간섭성 거리보다 긴 거리를 갖도록 이격시킴을 특징으로 하는 광대역 광원.
  6. 그 기저면 상에 기판이 안착된 하우징을 포함하는 광대역 광원에 있어서,
    상기 기판 상에 안착되며, 광대역 광을 생성 및 증폭시켜서 양 끝단으로 출력하는 반도체 광증폭기와;
    상기 기판 상에 상기 반도체 광증폭기의 타단에 대향되게 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기로부터 입력받은 광을 상기 반도체 광증폭기의 타단으로 반사시키기 위한 미러와;
    상기 하우징의 일 측에 고정되며 상기 반도체 광증폭기의 일단으로부터 입력된 상기 광을 상기 광대역 광원의 외부로 출력시키는 광섬유와;
    상기 광섬유와 상기 반도체 광증폭기의 사이에 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기에서 증폭된 광을 상기 광섬유로 수렴시키기 위한 제1 렌즈계와;
    상기 반도체 광증폭기와 상기 미러의 사이에 위치됨으로써 상기 반도체 광증폭기에서 출력된 광을 시준화시켜서 상기 미러로 출력하고, 상기 미러에서 반사된 광을 상기 반도체 광증폭기로 수렴시키기 위한 제2 렌즈계와;
    상기 제1 렌즈계의 일측에 위치됨으로써 상기 제1 렌즈계를 진행 하는 광의 세기를 검출해내기 위한 광검출기와;
    상기 제2 렌즈계와 상기 미러 사이에 위치된 패러데이 회전기를 포함함을 특징으로 하는 광대역 광원.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제1 렌즈계는,
    상기 반도체 광증폭기에서 증폭된 광을 상기 광섬유에 수렴시키기 위한 제1 렌즈와;
    상기 반도체 광증폭기의 일단으로부터 입력받은 상기 광을 시준화시켜서 출력하기 위한 제2 렌즈와;
    상기 제1 및 제2 렌즈의 사이에 위치되며, 상기 제2 렌즈에서 시준화된 상기 광을 상기 제1 렌즈로 통과시키고 상기 제1 렌즈로부터 상기 제2 렌즈로 광이 입력되는 것을 방지하기 위한 아이솔레이터를 포함함을 특징으로 하는 광대역 광원.
  8. 삭제
  9. 삭제
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