KR100593994B1

KR100593994B1 - Integrated optical device

Info

Publication number: KR100593994B1
Application number: KR1020040002622A
Authority: KR
Inventors: 이재혁; 오윤경
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2006-06-30
Also published as: KR20050074741A

Abstract

본 발명은 집적광학장치에 관한 것으로, 특히 파장분할다중방식 수동형 광가입자망에 적용되는 광원으로써, 광신호의 세기를 검출하는 광검출기가 반도체 페브리-페롯 레이저의 윈도우 영역에 집적된 집적광학장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an integrated optical device, and more particularly, to a wavelength division multiplex passive optical subscriber network, wherein an optical detector for detecting the intensity of an optical signal is integrated in a window region of a semiconductor Fabry-Perot laser. It is about.

본 발명에 따른 집적광학장치는 반도체 기판과; 상기 반도체 기판 위에 적층구조로 형성되며, 제1 활성층 및 윈도우 영역을 구비하는 페브리-페롯 레이저와; 상기 페브리-페롯 레이저의 상기 제1 활성층과 이격되도록 상기 페브리-페롯 레이저의 상기 윈도우 영역 내에 배치되며, 인가전압에 따라 상기 제1 활성층에서 생성된 광을 흡수하는 제2 활성층을 구비하는 광검출기를 포함함을 특징으로 한다. An integrated optical device according to the present invention comprises a semiconductor substrate; A Fabry-Perot laser formed on the semiconductor substrate in a stacked structure and having a first active layer and a window region; Light disposed in the window region of the Fabry-Perot laser to be spaced apart from the first active layer of the Fabry-Perot laser, the light having a second active layer that absorbs the light generated in the first active layer in accordance with the applied voltage And a detector.

페브리-페롯 레이저, 광검출기, 단일 집적, 윈도우 영역Fabry-Perot laser, photodetector, single integrated, window area

Description

Integrated optical device {INTEGRATED OPTICAL DEVICE}

도 1은 종래 기술에 따른, 반도체 레이저의 후방에 광검출기가 배치된 광송신기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 1 is a view schematically showing a configuration of an optical transmitter in which a photodetector is disposed behind a semiconductor laser according to the prior art;

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른, 광검출기가 반도체 레이저의 출력단에 집적된 집적광학장치의 구성을 나타낸 사시도.2 is a perspective view showing the configuration of an integrated optical device in which a photodetector is integrated at an output end of a semiconductor laser according to one embodiment of the present invention;

최근, 광소자의 기능이 다양해지고 고성능이 요구되면서 단일 광소자에 다양한 기능을 포함하도록 광학장치들이 집적된 집적광학장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 집적광학장치는 소자의 기능을 향상시킬 뿐 아니라 시스템에서 개별 광부품의 수를 줄이고, 광소자를 유지하고 동작시키기 위한 서브-어셈블리(sub- assembly)의 크기를 감소시켜 광부품의 저가격화에 큰 역할을 하고 있다. Recently, as optical device functions are diversified and high performance is required, research on integrated optical devices in which optical devices are integrated to include various functions in a single optical device has been actively conducted. Integrated optics not only improves device functionality, but also reduces the number of individual optical components in the system and reduces the size of the sub-assemblies for maintaining and operating the optical components, thereby greatly reducing the cost of optical components. Doing

한편, 광원으로 널리 사용되는 반도체 레이저는 생성된 광을 변조시키기 위한 전계 흡수 변조기 등을 하나의 기판에 집적한 형태로 제작할 수 있고, 소형화가 가능한 이점이 있다.On the other hand, the semiconductor laser widely used as a light source can be produced in the form of an integrated field absorption modulator for modulating the generated light in a single substrate, there is an advantage that can be miniaturized.

특히 파장분할다중방식 광원으로 사용되는 비간섭성 광에 파장 잠김된 페브리-페롯 레이저는 발광다이오드 또는 광섬유 증폭기와 같은 비간섭성 광원에서 생성되는 넓은 대역폭의 광신호를 광학 필터 또는 도파로형 회적격자를 이용하여 스펙트럼 분할한 다음 페브리-페롯 레이저에 주입하여 출력되는 파장잠김된 신호를 전송에 사용하며, 데이터 신호에 따라 직접 변조함으로써 보다 경제적으로 데이터를 전송할 수 있다.In particular, the Fabry-Perot laser, which is immersed in incoherent light used as a wavelength-division multiplexed light source, is an optical filter or waveguide-type grating for wideband optical signals generated by incoherent light sources such as light emitting diodes or optical fiber amplifiers. Spectral dividing using and then injected into the Fabry-Perot laser output the wavelength-locked signal for transmission, it is possible to transmit data more economically by directly modulating according to the data signal.

그러나, 페브리-페롯 레이저를 비롯한 반도체 레이저는 외부 온도의 변화, 구동 전류의 변화 또는 동작 타이밍에 따라서 출력되는 광신호의 세기가 변화되는 문제가 있다. 따라서 출력되는 광신호의 세기를 지속적으로 모니터링하고, 일정한 광세기를 유지하도록 하는 수단을 더 포함해야 한다. However, a semiconductor laser including a Fabry-Perot laser has a problem in that the intensity of an optical signal to be output changes according to a change in external temperature, a change in driving current, or an operation timing. Therefore, it should further include a means for continuously monitoring the intensity of the light signal output, and to maintain a constant light intensity.

이를 위해 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 별개의 모니터 포토다이오드를 반도체 레이저의 후방에 위치시켜 반도체 레이저의 출력을 감시하도록 하는 방법이 있다. To this end, conventionally, there is a method for monitoring the output of the semiconductor laser by placing a separate monitor photodiode behind the semiconductor laser as shown in FIG.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 레이저의 후방에 광검출기가 배치된 광송신기의 구성예를 나타낸 것으로, 상기 광송신기(100)는 페브리-페롯 레이저(110)와 모니터 포토다이오드(120)를 구비한다. 상기 모니터 포토다이오드(120)는 페브리-페롯 레이저(110)의 후방에 위치하여 레이저의 후면(112)에서 검출되는 광의 세기(power) 변화를 검출하여 전면(111)에서의 광의 세기변화를 예측함으로써 페브리-페롯 레이저(110)의 동작 조건을 조절하도록 한다. 1 shows an example of a configuration of an optical transmitter having a photodetector disposed behind a semiconductor laser according to the prior art, wherein the optical transmitter 100 includes a Fabry-Perot laser 110 and a monitor photodiode 120. do. The monitor photodiode 120 is located at the rear of the Fabry-Perot laser 110 and detects a power change of the light detected at the rear side 112 of the laser to predict the change in the intensity of the light at the front side 111. By controlling the operating conditions of the Fabry-Perot laser (110).

그러나, 상기 종래기술은 페브리-페롯 레이저 후면의 광출력과 전면의 광출력의 변화가 동일한 경우에만 적용가능하며, 동작조건에 따라 후면의 반사율이 전면과 다른 광증폭기/전계흡수변조기 집적 레이저, DBR 가변파장 레이저 등의 집적광학장치에는 적용하기 어려운 문제점이 있다. However, the prior art is applicable only when the light output of the back of the Fabry-Perot laser is the same as the change of the light output of the front, and the optical amplifier / field absorption modulator integrated laser having a different reflectance on the back according to the operating conditions, There is a problem that is difficult to apply to integrated optical devices such as DBR variable wavelength laser.

특히 비간섭성 광신호가 주입되는 페브리-페롯 레이저의 경우 페브리-페롯 레이저의 전면과 후면에서 출력되는 광출력이 고온 및 저온 동작시 비율이 달라지게 되어 페브리-페롯 레이저의 파워가 일정하게 동작되지 않는 문제점이 있다.In particular, in the case of the Fabry-Perot laser injecting an incoherent optical signal, the optical power output from the front and rear surfaces of the Fabry-Perot laser is changed at high and low temperatures so that the power of the Fabry-Perot laser is constant. There is a problem that does not work.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 페브리-페롯 레이저에서 출력되는 광의 세기(power) 손실을 최소화하고 안정정으로 광의 세기변화를 모니터링 할 수 있는 집적광학장치를 제공함에 있다. Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to minimize the power loss of the light output from the Fabry-Perot laser and to monitor the change in the intensity of the light stably. An integrated optical device can be provided.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 집적광학장치는 반도체 기판과; 상기 반도체 기판 위에 적층구조로 형성되며, 제1 활성층 및 윈도우 영역을 구비하는 페브리-페롯 레이저와; 상기 페브리-페롯 레이저의 상기 제1 활성층과 이격되도록 상기 페브리-페롯 레이저의 상기 윈도우 영역 내에 배치되며, 인가전압에 따라 상기 제1 활성층에서 생성된 광을 흡수하는 제2 활성층을 구비하는 광검출기를 포함함을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, an integrated optical device includes a semiconductor substrate; A Fabry-Perot laser formed on the semiconductor substrate in a stacked structure and having a first active layer and a window region; Light disposed in the window region of the Fabry-Perot laser to be spaced apart from the first active layer of the Fabry-Perot laser, the light having a second active layer that absorbs the light generated in the first active layer in accordance with the applied voltage And a detector.

바람직하게는, 상기 집적광학장치는 상기 페브리-페롯 레이저의 일단 및 타단에 배치된 전반사층 및 무반사층을 더 포함함을 특징으로 한다. Preferably, the integrated optical device further comprises a total reflection layer and an antireflection layer disposed at one end and the other end of the Fabry-Perot laser.

바람직하게는, 상기 광검출기는 상기 페브리-페롯 레이저와 동일 적층구조를 가짐을 특징으로 한다. Preferably, the photodetector has the same laminated structure as the Fabry-Perot laser.

더욱 바람직하게는, 상기 윈도우 영역의 반사율 조절에 의해 상기 페브리-페롯 레이저에 주입되는 비간섭성 광신호에 대한 이득을 조절할 수 있음을 특징으로 한다.
More preferably, the gain for the non-coherent optical signal injected into the Fabry-Perot laser may be adjusted by adjusting the reflectance of the window area.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the same components in the drawings are represented by the same reference numerals and symbols as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 집적광학장치의 구성을 나타낸 사시도로써, 페브리-페롯 레이저의 윈도우 영역에 광검출기가 단일 집적된 집적광학장치의 구성을 나타낸 것이다. 2 is a perspective view showing the configuration of an integrated optical device according to an exemplary embodiment of the present invention, and shows a configuration of an integrated optical device in which a single photodetector is integrated in a window region of a Febri-Perot laser.

도 2를 참조하면, 본 발명의 집적광학장치(200)는 반도체 기판(210)과, 상기 반도체 기판(210) 위에 적층 구조로 형성된 페브리-페롯 레이저(220)와, 윈도우 영역(230), 상기 윈도우 영역(230) 내에 형성된 광검출기(240)를 포함한다. 상기 페브리-페롯 레이저(220), 윈도우영역(230) 및 광검출기(240)는 상기 반도체 기판(210)과 반도체 기판(210)의 배면에 형성된 하부전극(270)을 공유한다. 또한, 페브리-페롯 레이저(220)와 윈도우영역(230)의 종단에 각각 위치한 전반사층(HR coating)(250) 및 무반사층(AR caoting)(260)을 포함한다. 상기 윈도우 영역은 페브리-페롯 레이저의 일부이나 본 명세서에서는 설명의 편의상 페브리-페롯 레이저(220)와 윈도우 영역(230)을 구분하여 설명하기로 한다. Referring to FIG. 2, the integrated optical device 200 of the present invention includes a semiconductor substrate 210, a Fabry-Perot laser 220 formed in a stacked structure on the semiconductor substrate 210, a window region 230, And a photodetector 240 formed in the window region 230. The Fabry-Perot laser 220, the window region 230, and the photodetector 240 share the semiconductor substrate 210 and the lower electrode 270 formed on the back surface of the semiconductor substrate 210. In addition, it includes a total reflection layer (HR coating) 250 and an AR caoting (260) located at the end of the Fabry-Perot laser 220 and the window region 230, respectively. The window area is a part of the Fabry-Perot laser, but for convenience of description, the Fabry-Perot laser 220 and the window area 230 will be described separately.

상기 페브리-페롯 레이저(220)는 예컨대 BH(buried hetero) 구조이며, 다중 양자우물구조의 제1 활성층(221)과 레이저용 상부전극(222)를 구비한다. 본 실시예의 도면은 페브리-페롯 레이저의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로, 공지된 구성에 대한 설명은 생략한다. 일반적으로 페브리-페롯 레이저는 상부전극에 전류가 인가되어 전기장이 형성되면 반도체 기판에서 전자 및 정공이 활성층으로 이동하고, 이러한 전자와 정공의 재결합에 의해 활성층 내에 광이 발생하게 된다. The Fabry-Perot laser 220 is, for example, a buried hetero (BH) structure, and includes a first active layer 221 having a multi-quantum well structure and an upper electrode 222 for a laser. The drawing of this embodiment schematically shows the structure of a Fabry-Perot laser, and a description of a known configuration is omitted. In general, when a current is applied to the upper electrode to form an electric field, the Fabry-Perot laser moves electrons and holes to the active layer in the semiconductor substrate, and light is generated in the active layer by recombination of the electrons and holes.

상기 윈도우 영역(230)은 상기 반도체 기판(210)의 일단에 배치되며, 상기 반도체 기판(210)과 동일 물질의 재성장에 의해 이루어진다. 상기 윈도우 영역(230)은 상기 페브리-페롯 레이저(220)의 활성층(221)에서 출력된 광을 발산시킴으로써 역방향으로 진행하는 과정의 광이 상기 페브리-페롯 레이저(220)에 악영향을 미치는 것을 방지한다. 또한 광섬유와의 광결합 효율을 증가시키며, 페브리- 페롯 레이저가 비간섭성 광 신호에 대하여 더욱 많은 이득을 낼 수 있도록 낮은 반사율을 갖도록 한다.The window region 230 is disposed at one end of the semiconductor substrate 210 and is formed by regrowth of the same material as the semiconductor substrate 210. The window region 230 emits light output from the active layer 221 of the Fabry-Perot laser 220 to adversely affect the Fabry-Perot laser 220. prevent. It also increases the optical coupling efficiency with the optical fiber and allows the Fabry-Perot laser to have a low reflectance so that it can gain more gain for incoherent optical signals.

상기 광검출기(240)는 상기 윈도우 영역(230) 내에 배치되며, 상기 페브리-페롯 레이저(220)와 동일한 적층 구조를 갖는다. 상기 광검출기(240)는 제2 활성층(241)과 광검출기용 상부전극(242)를 구비하며, 반도체 기판(210)과 하부전극(270)을 공유한다. 상기 제2 활성층(241)은 상기 광검출기용 상부전극(242)에 인가되는 전압에 의해 광을 흡수하는 특성을 갖는다. The photodetector 240 is disposed in the window region 230 and has the same stacked structure as the Fabry-Perot laser 220. The photodetector 240 includes a second active layer 241 and an upper electrode 242 for the photodetector, and shares the semiconductor substrate 210 and the lower electrode 270. The second active layer 241 has a characteristic of absorbing light by a voltage applied to the upper electrode 242 for the photodetector.

상기 전반사층(250)은 상기 집적광학장치(200)의 일단에 코팅되어 상기 페브리-페롯 레이저(220)가 발진할 수 있도록 한다. The total reflection layer 250 is coated on one end of the integrated optical device 200 to allow the Fabry-Perot laser 220 to oscillate.

상기 무반사층(260)은 상기 집적광학장치(200)의 타단에 코팅되어 상기 윈도우 영역(230)과 함께 반사되는 광을 최소화한다. The antireflection layer 260 is coated on the other end of the integrated optical device 200 to minimize the light reflected with the window area 230.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 집적광학장치는 페브리-페롯 레이저의 윈도우 영역 내에 광검출기를 배치하여 윈도우 영역에서 확산되어 진행하는 광의 일부를 검출하도록 한다. 따라서, 페브리-페롯 레이저에서 출력되는 광의 세기 손실을 최소화함과 동시에 안정적으로 광의 세기를 모니터링 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 페브리-페롯 레이저에 입력되는 비간섭성 광신호에 대해 더욱 많은 이득을 낼 수 있도록 낮은 반사율을 가질 수 있고 광 커플링 효율을 높여 전송거리 및 전송속도를 개선할 수 있다. As described above, the integrated optical device according to the present invention arranges a photodetector in a window region of a Fabry-Perot laser to detect a part of light diffused and propagated in the window region. Accordingly, there is an advantage in that the intensity of light output from the Fabry-Perot laser can be minimized and the light intensity can be monitored stably. In addition, it is possible to have a low reflectance and to improve the optical coupling efficiency to improve the transmission distance and the transmission speed so as to obtain more gain for the non-coherent optical signal input to the Fabry-Perot laser.

더욱이, 본 발명에 따른 집적광학장치는 페브리-페롯 레이저와 광검출기를 하나의 기판 상에 단일 집적시킴으로써 제작이 용이하고, 보다 소형화된 장치의 구현이 가능하다. 따라서, 본 발명의 집적광학장치가 통신 시스템에 적용될 경우, 설비 비용 및 유지보수 비용이 절감되고, 이를 탑재한 시스템이 다양한 통신 환경 구축에 적용될 수 있다. Moreover, the integrated optical device according to the present invention is easy to manufacture by integrating a Fabry-Perot laser and a photodetector on a single substrate, and it is possible to implement a more compact device. Therefore, when the integrated optical device of the present invention is applied to a communication system, facility cost and maintenance cost can be reduced, and a system equipped with the integrated optical device can be applied to construct various communication environments.

Claims

A semiconductor substrate;

A Fabry-Perot laser formed on the semiconductor substrate in a stacked structure and having a first active layer and a window region;

Light disposed in the window region of the Fabry-Perot laser to be spaced apart from the first active layer of the Fabry-Perot laser, the light having a second active layer that absorbs the light generated in the first active layer in accordance with the applied voltage Integrated optical device comprising a detector.

The optical system of claim 1, wherein the integrated optical device is

And a total reflection layer and an anti-reflection layer disposed at one end and the other end of the Fabry-Perot laser.

The method of claim 1, wherein the photodetector

And an stacked structure identical to that of the Fabry-Perot laser.

The integrated optical apparatus of claim 1, wherein the gain of the non-coherent optical signal injected into the Fabry-Perot laser is adjusted by controlling the reflectance of the window region.