KR100576712B1 - 3ｄＢ 광 분배기를 가진 이중 파장 레이저 광원을 이용한초고주파 광원 소자 및 그 제작방법 - Google Patents

3ｄＢ 광 분배기를 가진 이중 파장 레이저 광원을 이용한초고주파 광원 소자 및 그 제작방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100576712B1
KR100576712B1 KR1020030091340A KR20030091340A KR100576712B1 KR 100576712 B1 KR100576712 B1 KR 100576712B1 KR 1020030091340 A KR1020030091340 A KR 1020030091340A KR 20030091340 A KR20030091340 A KR 20030091340A KR 100576712 B1 KR100576712 B1 KR 100576712B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
waveguide diffraction
light source
laser diode
splitter
fabry
Prior art date
Application number
KR1020030091340A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050059638A (ko
Inventor
김동철
이대수
임영안
박경현
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020030091340A priority Critical patent/KR100576712B1/ko
Priority to US10/883,955 priority patent/US7174070B2/en
Publication of KR20050059638A publication Critical patent/KR20050059638A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100576712B1 publication Critical patent/KR100576712B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/146—External cavity lasers using a fiber as external cavity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
    • G02B6/02195—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
    • G02B6/2813—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs based on multimode interference effect, i.e. self-imaging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/0607—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature
    • H01S5/0612—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying physical parameters other than the potential of the electrodes, e.g. by an electric or magnetic field, mechanical deformation, pressure, light, temperature controlled by temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06226—Modulation at ultra-high frequencies
    • H01S5/0623—Modulation at ultra-high frequencies using the beating between two closely spaced optical frequencies, i.e. heterodyne mixing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1003—Waveguide having a modified shape along the axis, e.g. branched, curved, tapered, voids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1092—Multi-wavelength lasing
    • H01S5/1096—Multi-wavelength lasing in a single cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

본 발명은 이중파장 레이저에서 맥놀이를 이용한 초고속 광신호의 생성을 위한 반도체 광원 소자 및 그 제작방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광원 소자는, 클리브드 면을 가진 패브리 패롯 레이저 다이오드에 3dB 광 분배기가 집적된 것이다. 상기 3dB 광 분배기의 한 가지에는 제1 도파로 회절격자와 이 제1 도파로 회절 격자의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 제1 굴절률 변화 수단이 마련되어 있다. 그리고, 상기 3dB 광 분배기의 다른 가지에는 제2 도파로 회절격자와 이 제2 도파로 회절 격자의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 제2 굴절률 변화 수단이 마련되어 있다. 제1 및 제2 굴절률 변화 수단을 이용하여 두 개의 도파로 회절격자의 브라그 파장의 디튜닝을 연속적으로 가변할 수 있고, 이 두 파장의 맥놀이에 의한 초고속 광신호를 얻을 수 있다.

Description

3ｄＢ 광 분배기를 가진 이중 파장 레이저 광원을 이용한 초고주파 광원 소자 및 그 제작방법{High frequency optical source integrated 3 dB coupler with gratings and method for fabricating the same}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광원 소자의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광원 소자의 개략도이다.
도 3은 도 2에 제시한 본 발명의 광원 구조에서 디튜닝된 회절격자의 반사 스펙트럼이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광원 소자의 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10, 110 : 클리브드 면
20, 120 : 패브리 패롯 레이저 다이오드
30, 130 : 위상조절장치
40, 90, 140, 190 : 굴절률 변화수단
50, 80, 150, 180 : 도파로 회절 격자
60, 70, 160, 170 : 무반사막 코팅
100 : Y-브랜치(branch)
200 : MMI 커플러
본 발명은 이중파장 레이저에서의 맥놀이를 이용한 초고속 광신호의 생성을 위한 반도체 광원 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 두 파장의 간격을 연속적으로 조절할 수 있는 주파수 가변 광원 소자 및 그 제작방법에 관한 것이다.
광섬유를 사용한 마이크로파나 밀리미터파는 무선 액세스 네트워크나, 위상 배열 안테나(phase array antenna) 등에 사용될 수 있어 연구되고 있다. 마이크로파 혹은 밀리미터파 영역에서의 전기적인 접근 방법은 전송거리에 제한을 가지고 있을 뿐 아니라, 가격이 매우 비싸지는 단점을 가지고 있다. 반면, THz 영역의 빛은 비선형 물질을 통과시켜 솔리톤을 만들거나 영상 처리(image processing) 등에 응용이 가능하다. 이러한 이유로 GHz ∼ THz 영역의 초고주파 초고속 신호를 광학적인 방법으로 생성하는 방법에 대해 많은 연구가 진행되고 있다.
초고속 광신호를 생성하는 여러 가지 방법 중 대표적인 예는 발진파장이 원하는 주파수만큼 떨어진 두 개의 레이저 다이오드를 히테로다인하는 방법이다. 두 개의 레이저 다이오드에서 발생하는 신호의 맥놀이 주파수를 광 검출기를 통하여 전기신호로 바꾸면 원하는 초고주파 전기 맥놀이 신호를 얻을 수 있고, 이러한 광 믹싱 방법은 큰 파워의 마이크로/밀리미터파를 생성할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 광섬유 기반의 통신 시스템을 사용하면 이동통신 영역의 적용분야에서는 기지국(base station) 장비가 매우 복잡해지는 것을 피할 수 있다.
종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다.
S. Ilo는 활성영역과 DBR(Distributed Bragg Reflector)이 모놀리식(monolithic)하게 집적된 구조 제작시 회절격자의 위상을 주기적으로 이동시킴으로써 이중 모드 발진이 가능한 구조를 제안하였다[IEEE Photonics Technology Letters, vol.7, pp. 959-961(1995)]. 그러나 모드 간격을 가변하는 것이 불가능하고, 안정된 발진을 위한 조건을 맞춰줘야 하며, 회절격자의 위상을 주기적으로 이동시키기 위하여 이-빔(E-Beam) 리소그래피 방법을 이용해야 하므로 공정이 복잡하다.
상기 구조의 문제점을 개선한 것으로, 홀로그래피 방법을 이용한 주기성 회절격자(sampled grating) DBR을 사용하여 초고주파의 광신호를 생성하는 소자가 IEEE Electronics Letters, vol. 35, pp. 472-474 (1999)에 게재되어 있다. 그런데, 이 소자는 이중 파장이 발진하더라도 발진하는 광신호의 세기를 동일하게 유지하기 위한 조건이 매우 까다롭다. 또한 발진하는 두 신호의 파장 간격(다른 말로, 디튜닝)을 연속적으로 바꾸는 것이 불가능하다.
IEEE Transaction on Photonics Letters, vol. 11, pp. 15-17 (1999)에 게재된 소자는 연속적으로 발진 파장의 간격을 조절하는 것이 가능하나, 발진하는 두 개의 파장의 빛의 세기가 균일하지 않은 단점을 가지고 있다. 또한 서로 다른 주기를 가지는 회절격자의 제작을 위하여 이-빔 리소그래피를 사용해야 하는 단점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 안정된 두 개의 파장을 발진시킬 수 있으며 발진하는 두 개 파장의 디튜닝을 연속적으로 조절할 수 있는 주파수 가변 초고속 광원 소자를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 이-빔 리소그래피를 이용하지 않고도 높은 수율의 주파수 가변 초고속 광원 소자를 제작할 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광원 소자는, 클리브드 면을 가진 패브리 패롯 레이저 다이오드에 3dB 광 분배기가 집적된 것이다. 상기 3dB 광 분배기의 한 가지에는 제1 도파로 회절격자와 이 제1 도파로 회절 격자의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 제1 굴절률 변화 수단이 마련되어 있다. 그리고, 상기 3dB 광 분배기의 다른 가지에는 제2 도파로 회절격자와 이 제2 도파로 회절 격자의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 제2 굴절률 변화 수단이 마련되어 있다.
상기 3dB 광 분배기는 상기 패브리 패롯 레이저 다이오드와 모놀리식(monolithic) 또는 하이브리드(hybrid) 형태로 집적된 것일 수 있다. 상기 3dB 광 분배기는 상기 패브리 패롯 레이저 다이오드와 버트 결합 방법(butt-coupling), 에바네슨트(evanescent) 결합 방법, SAG(selective area growth)을 이용한 결합 방법으로 집적된 것일 수 있다. 특히, 상기 3dB 광 분배기는 Y-브랜치(branch) 또는 1×2 MMI 커플러(multi mode-interference coupler)일 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 도파로 회절격자의 끝은 무반사막 코팅이 되어 있는 것이 바람직하다. 상기 제1 및 제2 굴절률 변화 수단은 역방향 혹은 순방향 전 압을 인가할 수 있는 전극 또는 열을 가하는 마이크로 히터(micro heater)이다.
상기 3dB 광 분배기 가지들에서 진행하는 파동의 위상차를 바꿀 수 있는 위상조절장치를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 위상조절장치는 역방향 혹은 순방향 전압을 인가할 수 있는 전극 또는 열을 가하는 마이크로 히터일 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광원 소자의 제작방법은, 클리브드 면을 가진 패브리 패롯 레이저 다이오드를 제공하는 단계와, 상기 패브리 패롯 레이저 다이오드의 상기 클리브드 면 반대쪽에 3dB 광 분배기를 집적하는 단계와, 상기 3dB 광 분배기의 가지들에 홀로그래피 방법으로 도파로 회절격자들을 각각 형성하는 단계와, 상기 도파로 회절격자들의 끝에 무반사막 코팅을 하는 단계와, 상기 도파로 회절격자들의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 굴절률 변화 수단들을 상기 도파로 회절격자 각각에 형성하는 단계와, 상기 3dB 광 분배기 가지들에서 진행하는 파동의 위상차를 바꿀 수 있는 위상조절장치를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 광원 소자는 안정된 두 개의 파장을 발진시킬 수 있는 반도체 레이저 구조로서, 외부에서 전극에 의한 전압, 전류 혹은 마이크로 히터에 의한 열을 두 개의 도파로 회절격자에 인가함으로써 발진하는 두 개 파장의 디튜닝 조절이 가능하여, 주파수 가변이 가능한 초고속 광신호 광원 소자이다. 그리고, 소자의 구조가 간단하여 이-빔 리소그래피 대신 홀로그래피를 이용할 수 있으므로 제작이 용이하고, 본 구조를 구성하는 단위 장치들의 작동을 외부에서 독립적으로 용이하게 조절할 수 있어, 소자 수율을 높일 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광원 소 자와 그 제작방법들을 설명한다. 본 발명의 목적 및 이점은 하기 설명에 의해 보다 명확하게 나타날 것이다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 구조로서, 패브리 패롯(FP) 레이저 다이오드(20)에 3dB Y-브랜치(100)가 집적된 형태이다. 이러한 구조는 패브리 패롯 레이저 다이오드(20)와 Y-브랜치(100)를 모놀리식 또는 하이브리드 형태로 집적하여 제작할 수 있다. 구체적으로, 버트 결합 방법, 에바네슨트 결합 방법, SAG을 이용한 결합 방법으로 집적할 수 있다.
패브리 패롯 레이저 다이오드(20)는 여러 개의 파장에 대해서 발진 모드를 갖는 특성을 가지나, 레이저의 발진 파장들 중에서 동일한 파장의 외부 광이 제공되면 외부 광에 대응되지 않는 파장의 발진 모드가 억제되어 이 파장만이 출력된다. 패브리 패롯 레이저 다이오드(20)는 가장 간단한 공진기 형태로서 반도체 물질의 벽개면을 평행하게 클리빙하여 제작된다. 클리빙된 벽개면(클리브드 면인 "10")은 반도체 물질과 공기간의 굴절률 차이에 의해 일정한 반사율을 갖는 반사경 역할을 하게 되며 GaAs/AlGaAs 물질의 경우 약 30% 반사율을 갖게 된다.
Y-브랜치(100)의 두 개의 가지에는 각각 제1 및 제2 도파로 회절격자(50, 80)가 형성되어 있다. 제1 및 제2 도파로 회절격자(50, 80)는 홀로그래피 방법으 로 형성할 수 있다. 이 제1 및 제2 도파로 회절격자(50, 80)의 양 끝에는 무반사막 코팅(60, 70)이 되어 있다. 무반사막 코팅(60, 70)을 형성하게 되면, 발진파장이 안정되어 양질의 초고주파 펄스가 생성되며 수율을 증대시키고 높은 출력을 얻을 수 있다. 또한, 외부의 양자 효율이 개선되는 장점을 지닌다. 무반사막 코팅(60, 70)으로는 실리콘 산화막, 알루미늄 산화막, 실리콘막 등을 단일막 또는 이중막으로 조합하여 형성하고, 두께 균일도가 우수한 막을 사용한다. 무반사막 코팅(60, 70)은 전자빔 증착기 또는 스퍼터를 이용하여 증착한다.
제1 및 제2 도파로 회절격자(50, 80)의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 제1 및 제2 굴절률 변화수단(40, 90)이 제1 및 제2 도파로 회절격자(50, 80)에 각각 마련되어 있다. 제1 및 제2 굴절률 변화수단(40, 90)은 두 개의 도파로 회절격자(50, 80)에 역방향 전압을 걸어 전압차를 주거나 순방향 전압을 걸어 전류를 흘려줄 수 있는 전극 또는 열을 가할 수 있는 마이크로 히터이다. 제1 및 제2 굴절률 변화수단(40, 90)을 통해 두 도파로 회절격자(50, 80)의 굴절률을 각각 변화시킬 수 있고, 이에 따라 브라그 파장 간격(디튜닝)을 연속적으로 변화시키는 것이 가능하다.
도 1에 제시한 구조에서 제1 및 제2 굴절률 변화 수단(40, 90)은 제1 및 제2 도파로 회절격자(50, 80)에 전압, 전류를 인가하거나 열을 가하여 굴절률 변화를 준다. 이렇게 하여 제1 및 제2 도파로 회절격자(50, 80)의 브라그 파장이 다를 경우를 고려하여 보면, 이 두 파장의 빛은 패브리 패롯 레이저 다이오드(20)로 피드백하게 된다. 패브리 패롯 레이저 다이오드(20)의 한쪽 면은 클리브드 면(10)으로 이루어져 있으므로, 클리브드 면(10)에서 약 30%의 빛이 반사되고, 제1 및 제2 도 파로 회절격자(50, 80)에서는 두 개의 브라그 파장이 반사된다. 패브리 패롯 레이저 다이오드(20)에 문턱 전류 이상의 전류를 인가하면, 이 두 개의 빛은 하나의 이득 물질을 공유하므로 코히어런씨(coherency)를 가지게 되어, 코히어런트한 두 개의 발진 파장을 가지는 이중 파장 레이저가 가능하게 된다. 결과적으로 패브리 패롯 레이저 다이오드(20)의 클리브드 면(10)에서는 코히어런트한 두 개의 파장의 맥놀이에 의한 광신호가 발생되게 된다.
이와 같이, 제1 및 제2 굴절률 변화 수단(40, 90)은 두 개의 도파로 회절격자(50, 80)에 전압, 전류를 인가하거나 열을 가하여 굴절률 변화를 준다. 이러한 제1 및 제2 굴절률 변화 수단(40, 90)의 작동은 외부에서 독립적으로 용이하게 할 수 있어, 제1 및 제2 도파로 회절격자(50, 80)에서 발생하는 각 파장을 용이하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 두 파장간의 디튜닝을 연속적으로 조절할 수 있고, 이 두 파장의 맥놀이에 의한 초고속 광신호를 얻을 수 있다.
또한, 안정된 두 개의 파장을 발진시킬 수 있는 레이저 구조이며, 그 구조가 간단하여 이-빔 리소그래피를 이용하지 않아도 되어 제작이 용이하고 광 소자만을 이용한 초고속 광신호 생성을 가능케 하며, 소자 수율을 높일 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광원 소자의 개략도이다. 제1 실시예에서 설명한 광원 소자와 유사하나, 각 가지들에서 진행하는 파동의 위상차를 바꿀 수 있도록 위상조절장치(30)를 더 포함한다. 위상조절장치(30)는 역방향 전압 혹은 순방향 전압을 인가할 수 있는 전극 또는 열을 가하는 마이크로 히터일 수 있다. 위상조절장치(30)는 각각의 가지에 하나씩 구비될 수도 있다. 위상조절장치(30)는 제1 및 제2 굴절률 변화수단(40, 90)을 통해 두 도파로 회절격자(50, 80)의 굴절률을 각각 변화시켜 브라그 파장 간격(디튜닝)을 연속적으로 변화시킬 때에, 제1 및 제2 굴절률 변화수단(40, 90)의 보조적인 수단으로 이용될 수 있다.
도 3은 도 2에 제시한 본 발명의 광원 구조에서 디튜닝된 회절격자의 반사 스펙트럼이다. 패브리 패롯 레이저 다이오드(20)의 클리브드 면(10)에서는 디튜닝된 간격 δ에 해당하는 맥놀이 파가 발생하게 된다. 이 경우에 있어서 안정된 파장의 생성을 위해서는, 유효한 소자의 길이 때문에 생기는 패브리 패롯 모드의 간격이 두 개의 도파로 회절격자(40, 90)의 반사 스펙트럼의 반치폭의 반보다는 넓어야 한다.
도 4는 도 1의 설명에서 상술한 바와 같은 효과를 얻기 위한 또 다른 예를 보여 주는 것으로, 이 경우에 있어서는 Y-브랜치(100) 대신에 1x2 MMI 광 분배기(200)를 사용한 것이다. 그러나, 본 발명의 광원 소자는 Y-브랜치, MMI 광 분배기뿐만 아니라 이에 상응하는 구조를 채택하여도 본 발명에서 제시하는 효과를 얻을 수 있다.
도 4에서, 패브리 패롯 레이저 다이오드(120)와 1x2 MMI 광 분배기(200)는 모놀리식 또는 하이브리드 형태로 집적된 것일 수 있다.
1x2 MMI 광 분배기(200)의 두 개의 가지에는 각각 제1 및 제2 도파로 회절격자(150, 180)가 형성되어 있다. 이 제1 및 제2 도파로 회절격자(150, 180)의 양 끝에는 무반사막 코팅(160, 170)이 되어 있다. 제1 및 제2 도파로 회절격자(150, 180)의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 제1 및 제2 굴절률 변화수단(140, 190)을 제1 및 제2 도파로 회절격자(150, 180)에 각각 마련한다. 제1 및 제2 굴절률 변화수단(140, 190)은 두 개의 도파로 회절격자(150, 180)에 역방향 전압을 가하여 전압차를 주거나 순방향 전압을 가하여 전류를 흘릴 수 있는 전극 또는 열을 가할 수 있는 마이크로 히터이다. 이러한 방식을 사용하면 두 도파로 회절격자(150, 180)의 굴절률을 변화시킬 수 있고, 이에 따라 브라그 파장 간격을 연속적으로 변화시키는 것이 가능하다.
앞에서 설명한 바와 같이, 도 1, 2 및 4에 제시한 광원 소자를 제작하는 방법은 모놀리식 또는 하이브리드 방식에 의할 수 있다. 예를 들어, 가능한 여러 가지의 모놀리식 방법 중 한 예를 들면, 한 기판 위에 패브리 패롯 레이저 다이오드(10, 110)를 성장한 후 3dB 광 분배기(100, 200) 부분을 식각해내고 다시 3dB 광 분배기(즉, Y-브랜치(100) 또는 1x2 MMI 광 분배기(200)) 부분을 선택적으로 재성장하는 버트 결합 방법에 의할 수 있다. 이 방법에서는 패브리 패롯 레이저 다이오드 레이저(10, 110)와 3dB 광 분배기(100, 200) 부분을 최적화 설계하여 안정적인 모놀리식 집적이 가능하다. 코어층을 두 개 가지는 도파로를 형성한 후 소산장 결합을 야기하도록 하나의 코어층을 일정 길이만 남겨두고 제거하는 에바네슨트 결합 방법을 이용할 수도 있다. 유전체막을 마스크로 하여 평탄층 위에 선택적으로 결정 성장시키는 SAG을 이용하여도 된다.
그리고, 하이브리드 방식에서는 패브리 패롯 레이저 다이오드 레이저(10, 110)와 3dB 광 분배기(100, 200)를 각각 준비한 다음, 이들을 하나의 실리카 PLC(Planar Lightwave Circuit) 기판 위에 집적할 수 있다. 예를 들어, 3dB 광 분배기(100, 200)를 형성한 기판 위에 패브리 패롯 레이저 다이오드 레이저(10, 110)를 집적할 수 있다.
도파로 회절격자들(150, 180, 250, 280)을 형성하는 방법은 홀로그래피 방법에 의할 수 있다. 예를 들어, 회절격자층을 약 100 ∼ 500Å의 두께로 성장시킨다. 이어서, 홀로그래피 방법을 이용하여 회절격자를 형성하기 위하여, 먼저 회절격자층 위에 500Å 정도 두께의 실리콘 질화막(SiNx막)을 형성한다. 실리콘 질화막 위에 포토레지스트를 도포한 후 홀로그래피 방법을 이용하여 실리콘 질화막을 일부 노출시키는 정현파 형태의 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이를 위하여, 아르곤(Ar) 이온 레이저로 구성된 홀로그래피 시스템을 이용한다. 이 때, 주기는 간섭되는 아르곤 이온 레이저의 두 빔의 각도에 의해 결정된다. 이렇게 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 활용하여 실리콘 질화막을 MERIE(magnetically enhanced reactive ion etcher)를 사용하여 건식식각하여, 회절격자층을 노출시키는 실리콘 질화막 패턴을 형성한다. 그 후, 포토레지스트 패턴은 제거한다. 이 실리콘 질화막 패턴을 식각 마스크로 하여 비선택성 식각액으로 식각하거나 혹은 건식식각 방법으로 회절격자를 얻는다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 예를 들어, 본 발명에서는 모놀리식하게 집적된 구조를 대표적인 예시로 들었으나, 이 방법 이외에도 하이브리드 집적 방법을 이용하여도 본 발명에서 제시한 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 현재 많은 연구가 진행되고 있는 초고주파 광원 소자에 관한 것으로, 무선 액세스 네트워크나, 위상 배열 안테나 및 초고속 광통신에 응용이 가능한 솔리톤 생성이나, 영상 처리 등의 연구 분야에 응용될 수 있다.
본 발명에 따른 광원 소자는 안정된 두 개의 파장을 발진시킬 수 있는 반도체 레이저 구조로서, 외부에서 전극에 의한 전압, 전류 혹은 마이크로 히터에 의한 열을 두 개의 도파로 회절격자에 인가함으로써 발진하는 두 개 파장의 디튜닝 조절이 가능하여, 주파수 가변이 가능하다.
그리고, 본 발명 광원 소자는 기존의 다른 종래의 기술에 비하여 소자의 구조가 간단하여 이-빔 리소그래피 대신 홀로그래피를 이용할 수 있으므로 제작이 용이하다. 이와 함께 제안한 구조를 구성하고 있는 단위 구성 장치들의 역할을 전압, 전류 및 열 현상 등을 통하여 외부에서 독립적으로 조절할 수 있는 장점이 있어, 발명의 목적을 용이하게 달성할 수 있을 뿐 아니라 제작시의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제안한 초고속 광원 소자는 모놀리식 집적 기술 혹은 하이브리드 집적 기술 등의 종래의 기술들과 연계성 및 연속성을 가지고 있다. 이러한 점은 종래기술을 직접적으로 적용할 수 있고, 또한 종래기술의 단점을 보완하거나 혹은 새로운 기술의 필요에 대한 방향을 제시할 수 있다.

Claims (15)

  1. 클리브드 면을 가진 패브리 패롯 레이저 다이오드;
    상기 패브리 패롯 레이저 다이오드의 상기 클리브드 면 반대쪽에 집적된 3dB 광 분배기;
    상기 3dB 광 분배기의 한 가지에 마련된 제1 도파로 회절격자 및 상기 제1 도파로 회절 격자의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 제1 굴절률 변화 수단; 및
    상기 3dB 광 분배기의 다른 가지에 마련된 제2 도파로 회절격자 및 상기 제2 도파로 회절 격자의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 제2 굴절률 변화 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 3dB 광 분배기는 상기 패브리 패롯 레이저 다이오드와 모놀리식 형태로 집적된 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 3dB 광 분배기는 상기 패브리 패롯 레이저 다이오드와 하이브리드 형태로 집적된 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 3dB 광 분배기는 상기 패브리 패롯 레이저 다이오드에 버트 결합 방법, 에바네슨트 결합 방법, 및 SAG(selective area growth)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 결합 방법으로 집적된 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 3dB 광 분배기는 Y-브랜치(branch)인 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 3dB 광 분배기는 1×2 MMI 커플러(multi mode-interference coupler)인 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 도파로 회절격자의 끝은 무반사막 코팅이 되어 있는 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 3dB 광 분배기 가지들에서 진행하는 파동의 위상차를 바꿀 수 있는 위상조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 위상조절장치는 전압을 인가할 수 있는 전극 또는 열을 가하는 마이크로 히터인 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 굴절률 변화 수단은 전압을 인가할 수 있는 전극 또는 열을 가하는 마이크로 히터인 것을 특징으로 하는 광원 소자.
  11. 클리브드 면을 가진 패브리 패롯 레이저 다이오드를 제공하는 단계;
    상기 패브리 패롯 레이저 다이오드의 상기 클리브드 면 반대쪽에 3dB 광 분배기를 집적하는 단계;
    상기 3dB 광 분배기의 가지들에 홀로그래피 방법으로 도파로 회절격자들을 각각 형성하는 단계;
    상기 도파로 회절격자들의 끝에 무반사막 코팅을 하는 단계;
    상기 도파로 회절격자들의 브라그 파장을 바꿀 수 있는 굴절률 변화 수단들을 상기 도파로 회절격자 각각에 형성하는 단계; 및
    상기 3dB 광 분배기 가지들에서 진행하는 파동의 위상차를 바꿀 수 있는 위상조절장치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 소자 제작방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 3dB 광 분배기는 상기 패브리 패롯 레이저 다이오드와 모놀리식 형태로 집적하는 것을 특징으로 하는 광원 소자 제작방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 3dB 광 분배기는 상기 패브리 패롯 레이저 다이오드와 하이브리드 형태로 집적하는 것을 특징으로 하는 광원 소자 제작방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 굴절률 변화 수단들은 전압을 인가할 수 있는 전극 또는 열을 가하는 마이크로 히터들로 형성하는 것을 특징으로 하는 광원 소자 제작방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 위상조절장치는 전압을 인가할 수 있는 전극 또는 열을 가하는 마이크로 히터로 형성하는 것을 특징으로 하는 광원 소자 제작방법.
KR1020030091340A 2003-12-15 2003-12-15 3ｄＢ 광 분배기를 가진 이중 파장 레이저 광원을 이용한초고주파 광원 소자 및 그 제작방법 KR100576712B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030091340A KR100576712B1 (ko) 2003-12-15 2003-12-15 3ｄＢ 광 분배기를 가진 이중 파장 레이저 광원을 이용한초고주파 광원 소자 및 그 제작방법
US10/883,955 US7174070B2 (en) 2003-12-15 2004-07-01 Ultrahigh-frequency light source using dual-wavelength laser with 3-dB beam splitter and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030091340A KR100576712B1 (ko) 2003-12-15 2003-12-15 3ｄＢ 광 분배기를 가진 이중 파장 레이저 광원을 이용한초고주파 광원 소자 및 그 제작방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050059638A KR20050059638A (ko) 2005-06-21
KR100576712B1 true KR100576712B1 (ko) 2006-05-03

Family

ID=34651458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030091340A KR100576712B1 (ko) 2003-12-15 2003-12-15 3ｄＢ 광 분배기를 가진 이중 파장 레이저 광원을 이용한초고주파 광원 소자 및 그 제작방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7174070B2 (ko)
KR (1) KR100576712B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101295896B1 (ko) * 2009-12-17 2013-08-12 한국전자통신연구원 레이저 소자

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0502109D0 (en) * 2005-02-02 2005-03-09 Ct For Integrated Photonics Th Monolithic laser source for thz generation
KR100721800B1 (ko) 2005-08-08 2007-05-28 주식회사 리트로닉스 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광 분배기
KR100721797B1 (ko) 2005-08-08 2007-05-28 주식회사 리트로닉스 다중 모드 간섭을 이용한 광 파장 분배/결합기
WO2007107186A1 (en) * 2006-03-23 2007-09-27 Pirelli & C. S.P.A. Integrated laser optical source
WO2007107187A1 (en) * 2006-03-23 2007-09-27 Pirelli & C. S.P.A. Integrated laser optical source with active and passive sections formed in distinct substrates
CN100409055C (zh) * 2006-09-08 2008-08-06 北京工业大学 一种应用光纤耦合的半导体激光器的外腔相干锁相方法
JP4983910B2 (ja) * 2007-03-05 2012-07-25 富士通株式会社 光半導体素子
US11181688B2 (en) 2009-10-13 2021-11-23 Skorpios Technologies, Inc. Integration of an unprocessed, direct-bandgap chip into a silicon photonic device
US9318868B2 (en) * 2011-09-07 2016-04-19 Skorpios Technologies, Inc. Tunable hybrid laser with carrier-induced phase control
EP2362504A1 (en) * 2010-02-19 2011-08-31 Alcatel Lucent A laser device
KR101746508B1 (ko) 2010-12-13 2017-06-27 한국전자통신연구원 테라헤르츠파 발생기
EP2509173B1 (en) * 2011-04-06 2017-09-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Terahertz system
US8463087B2 (en) 2011-04-06 2013-06-11 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Beat signal generating device for use in a Terahertz system, Terahertz system and use of a beat signal generating device
CN105556770B (zh) * 2013-05-21 2019-06-11 华为技术有限公司 具有完整c波段可调谐性和窄线宽的激光器
US10003173B2 (en) 2014-04-23 2018-06-19 Skorpios Technologies, Inc. Widely tunable laser control
CN104776923B (zh) * 2015-03-31 2018-11-02 天津大学 基于频率扫描干涉的外时钟信号频率振荡测量方法
KR20190115757A (ko) 2018-04-03 2019-10-14 한국전자통신연구원 광 회로 소자
CN110286441B (zh) * 2019-05-15 2021-10-01 清华大学 光学天线制备方法及光学芯片
JP7385158B2 (ja) * 2020-05-25 2023-11-22 日本電信電話株式会社 波長可変レーザダイオード
WO2022079814A1 (ja) * 2020-10-13 2022-04-21 日本電信電話株式会社 波長可変光源およびその制御方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5586206A (en) * 1994-09-09 1996-12-17 Deacon Research Optical power splitter with electrically-controlled switching structures
DE19513198A1 (de) * 1995-03-31 1996-10-02 Hertz Inst Heinrich Selbstpulsierender Mehrsektionslaser
TW594080B (en) * 2003-04-08 2004-06-21 Univ Nat Taiwan Science Tech Method of using improved Mach-Zehnder interferometer structure to build optical passive device and its apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101295896B1 (ko) * 2009-12-17 2013-08-12 한국전자통신연구원 레이저 소자

Also Published As

Publication number Publication date
US20050129361A1 (en) 2005-06-16
KR20050059638A (ko) 2005-06-21
US7174070B2 (en) 2007-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100576712B1 (ko) 3ｄＢ 광 분배기를 가진 이중 파장 레이저 광원을 이용한초고주파 광원 소자 및 그 제작방법
US5003550A (en) Integrated laser-amplifier with steerable beam
US7622315B2 (en) Tunable laser source with integrated optical modulator
CN100463312C (zh) V型耦合腔波长可切换半导体激光器
US20170353001A1 (en) Tunable laser
JP3434257B2 (ja) アドレス指定可能半導体適応可能ブラッグ格子（ａｓａｂｇ）
US20090154505A1 (en) Wavelength tunable laser diode using double coupled ring resonator
JPH04211220A (ja) 光フィルタ
US11342726B2 (en) Tunable semiconductor laser based on half-wave coupled partial reflectors
WO2007107187A1 (en) Integrated laser optical source with active and passive sections formed in distinct substrates
GB2391692A (en) A lasing device with a ring cavity
JPH0831653B2 (ja) 半導体レ−ザ
Fardad et al. Hybrid sol-gel materials for integration of optoelectronic components
US7382817B2 (en) V-coupled-cavity semiconductor laser
CN114024193A (zh) 一种基于薄膜铌酸锂的高速线性调频外腔激光器
AU7727500A (en) Integrated wavelength tunable single and two-stage all-optical wavelength converter
WO2015085544A1 (zh) 一种激光器
JP2708467B2 (ja) 波長可変半導体レーザ
US7657139B2 (en) Y-junction reflector tunable delay or resonator waveguide devices
JP3811770B2 (ja) 波長可変光学装置
JPH0992933A (ja) 波長可変半導体レーザ
Guerrero et al. Design and fabrication of sub-THz steerable photonic transmitter 1× 4 array for short-distance wireless links
JP2965011B2 (ja) 半導体光素子及びその製造方法
US7310363B1 (en) Integrated wavelength tunable single and two-stage all-optical wavelength converter
WO2007107186A1 (en) Integrated laser optical source

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120330

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130325

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160330

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170327

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190325

Year of fee payment: 14