KR100623258B1 - 파장 가변 광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파장 가변 광원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 넓은 발진 특성을 가지는 레이저 다이오드(Laser Diode; LD), 파장 가변 모드 선택 필터 및 일부 반사 미러(Partial Mirror)를 이용하여 특정 파장을 선택 발진시킴으로써 원하는 파장의 광출력을 얻을 수 있는 파장 가변 광원에 관한 것이다. 본 발명에 따른 파장 가변 광원은 여러 개의 모드의 빛을 발진하는 레이저 다이오드; 특정 파장 대역의 모드의 빛을 선택 통과시키고 상기 통과시키는 빛의 파장을 조절할 수 있는 파장 가변 모드 선택 필터; 및 빛의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키는 일부 반사 미러를 포함하고, 상기 레이저 다이오드에서 발진되는 여러 개의 모드의 빛은 상기 파장 가변 모드 선택 필터를 통과하고 상기 파장 가변 모드 선택 필터를 통과한 빛은 상기 일부 반사 미러에 일부 반사되며, 상기 반사된 빛은 상기 파장 가변 모드 선택 필터를 통과하여 상기 레이저 다이오드에 궤환(feedback)되고, 상기 궤환된 빛은 파장 가변 모드 선택 필터를 다시 통과하여 상기 일부 반사 미러로 출력 되는 것을 특징으로 한다.
페브리 페롯, 궤환, 레이저 다이오드

Description

파장 가변 광원{TUNABLE LASER SOURCE}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파장 가변 광원을 개략적으로 나타내는 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 가변 광원에서 특정 모드의 선택과 가변(tuning)의 원리를 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 가변 광원에서 라킹(locking) 과정에 대한 진행 순서를 나타내는 도면이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
100: 레이저 다이오드
110: 반사 방지막(Anti Reflection Coating)
200: 파장 가변 모드 선택 필터
300: 일부 반사 미러
본 발명은 파장 가변 광원에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 넓은 발진 특성을 가지는 레이저 다이오드(Laser Diode; LD), 파장 가변 모드 선택 필터 및 일 부 반사 미러(Partial Mirror)를 이용하여 특정 파장을 선택 발진시킴으로써 원하는 파장의 광출력을 얻을 수 있는 파장 가변 광원에 관한 것이다.
최근, 인터넷 사용이 일반화되고 정보 통신에 대한 생활의 의존도가 높아지면서 급증하는 통신 수요를 효과적으로 수용하기 위해 파장 분할 다중 방식(Wavelength Division Multiplexing)의 광 전송 장치의 도입이 급속히 확산되고 있다.
특히, 미래 정보화 사회에 요구되는 전자 상거래, 케이블 TV, 화상 회의 등의 광대역 통신 서비스를 효율적으로 수용하기 위해서 대도시망(Metropolitan Network)과 가입자망(Access Network)에도 파장 분할 다중 방식의 광 전송 장치가 도입되기 시작하였다.
이러한 파장 분할 다중 방식의 통신 방법은 여러 파장의 광원을 다중하여 전송한 후에, 수신단에서 각 파장을 분리해 내는 방식을 이용한다.
파장 분할 다중 방식의 통신 시스템에서 가장 중요한 소자들 중 하나가 송신단의 광원이다. 이러한 송신단의 광원은 출력 파장이 안정되어 있어야 하고, 인접 채널과의 간섭을 최소화하기 위해 인접 모드 억제율(Side Mode Suppression Ratio; SMSR)이 커야 한다.
그리고 충분한 광신호 대 잡음비를 보장하기 위해 출력 파워가 커야 하고, 색분산 등의 영향을 최소화하기 위해 선폭이 작아야 한다.
이러한 요건들을 만족하는 광원으로는 분포 궤환 레이저 다이오드(Distributed FeedBack Laser Diode; DFB LD)가 대표적이다. 그러나 분포 궤환 레이저 다이오드는 가격이 비싸므로 현재는 그 효용성이 크지 않다.
발광 다이오드는 다수의 채널로 빛을 공급하기 때문에 출력 파워가 충분하지 않으며, 페브리 페럿(Fabry Perot) 구조의 레이저 다이오드는 가격이 저렴하고 출력 파워가 비교적 큰 장점은 있지만, 여러 개의 모드가 동시에 발진하고 모드 홉핑(mode hopping)과 모드 분할(mode partition) 현상에 의해 각 모드의 출력 파워가 시간에 따라 변동하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 넓은 발진 특성을 가지는 레이저 다이오드(Laser Diode; LD), 파장 가변 모드 선택 필터 및 일부 반사 미러(Partial Mirror)를 이용하여 저가의 파장 가변 광원을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 파장 가변 광원은 여러 개의 모드의 빛을 발진하는 레이저 다이오드; 특정 파장 대역의 모드의 빛을 통과시키고 상기 통과시키는 빛의 파장을 조절할 수 있는 파장 가변 모드 선택 필터; 및 빛의 일부는 반사시키고 일부는 투과시키는 일부 반사 미러를 포함하고, 상기 레이저 다이오드에서 발진되는 여러 개의 모드의 빛은 상기 파장 가변 모드 선택 필터를 통과하고 상기 파장 가변 모드 선택 필터를 통과한 빛은 상기 일부 반사 미러에 일부 반사되며, 상기 반사된 빛은 상기 파장 가변 모드 선택 필터 를 통과하여 상기 레이저 다이오드에 궤환(feedback)되고, 상기 궤환된 빛은 상기 파장 가변 모드 선택 필터를 다시 통과하여 상기 일부 반사 미러로 출력 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 파장 가변 광원은 상기 레이저 다이오드는 페브리 페롯 구조를 가지는 레이저 다이오드인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 가변 광원은 상기 레이저 다이오드는 상기 파장 가변 대역 투과 필터에 인접하는 단면에 반사 방지막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파장 가변 광원은 상기 파장 가변 모드 선택 필터는 페브리 페롯 구조를 가지는 파장 가변 빗살 필터인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파장 가변 광원을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파장 가변 광원을 개략적으로 나타내는 블록 구성도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 파장 가변 광원은 레이저 다이오드(100), 파장 가변 모드 선택 필터(200) 및 일부 반사 미러(300)를 포함한다.
상기 레이저 다이오드(100)는 여러 개의 모드의 빛이 다중으로 발진하는 넓은 발진 특성을 가진다. 상기 레이저 다이오드(100)는 여러 개의 모드들이 일정한 파장 간격(spacing)을 가지면서 발진한다.
상기 넓은 발진 특성을 가지는 레이저 다이오드(100)로는 페브리 페롯 구조를 가지는 레이저 다이오드가 적합하다. 상기 페브리 페롯 구조의 레이저 다이오드는 복잡한 공정을 거치지 않고 제조할 수 있으므로 저가에 공급하는 것이 가능하여 바람직하다.
상기 페브리 페럿 구조의 레이저 다이오드는 내부의 게인 구조로서 비대칭적인 양자 우물(Asymmetric Quantum Well) 구조, 양자 세선(Quantum Wire) 구조 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조를 이용함으로써 매우 넓은 발진파장 대역에서 동작할 수 있으므로 넓은 파장 가변범위를 가지는 광원으로 동작한다.
파장 가변 모드 선택 필터(200)는 특정 파장 대역 모드의 빛을 통과시킨다.
상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)는 통과시키는 대역 모드의 빛의 파장을 조정할 수 있는 파장 가변 대역 투과 필터를 이용함으로써 출력되는 모드의 빛의 파장을 조절할 수 있어 바람직하다.
상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)는 페브리 페롯 구조를 가지는 파장 가변 빗살 필터를 이용할 수 있다. 상기 페브리 페롯 구조의 파장 가변 빗살 필터는 복잡한 공정을 거치지 않고 제조할 수 있으므로 저가에 공급하는 것이 가능하여 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 가변 광원에서 특정 모드의 선택과 가변(tuning)의 원리를 나타내는 도면이다. 도 2를 이용하여 상기 레이저 다이오드(100)에 발진되는 여러 개의 모드 중 특정 모드를 선택하고 상기 특정 모드를 가변하는 원리를 설명한다.
위쪽은 상기 레이저 다이오드(100)의 출력 모드 스펙트럼이고 아래쪽은 상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)로 파장 가변 빗살 필터를 이용한 경우로 파장 가변 빗살 필터의 통과 모드 스펙트럼이다. 상기의 레이저 다이오드(100)의 출력 모드 스펙트럼과 파장 가변 빗살 필터의 통과 모드 스펙트럼은 원리적인 설명을 위해 간 단히 통과대역의 중심파장만을 나타내었다.
상기 레이저 다이오드(100)의 발진 모드들의 파장 간격과 상기 파장 가변 빗살 필터(200)의 통과 모드들의 파장 간격이 다른 경우에 상기 레이저 다이오드(100)에서 발진되는 여러 개의 모드의 빛을 상기 파장 가변 빗살 필터 (200)에 통과시키면 하나의 특정 모드에서만 일치하고 나머지 모드에서는 일치하지 않아서 상기 일치하는 하나의 특정 모드의 빛만 선택된다.
이는 간격의 길이가 서로 다르게 등간격으로 분할된 2 개의 자를 인접하면 하나의 특정 부분에서만 일치되는 것과 동일한 원리(Vernier Principle)이다.
그리고 상기 파장 가변 빗살 필터(200)와 상기 레이저 다이오드(100)의 일치되는 모드를 조절하는 것이 외부의 섭동값에 의해서 가능하다. 상기 외부 섭동값은 상기 레이저 다이오드(100)의 온도나 인가되는 전류를 제어하여 조정할 수 있다.
또한 상기 파장 가변 빗살 필터(200)의 외부 섭동값에 의해서 일치되는 모드를 조절하는 것이 가능하다. 상기 외부 섭동값은 상기 파장 가변 빗살 필터의 온도나 상기 파장 가변 빗살 필터로 입사되는 모드의 빛의 각도를 제어하여 조정할 수 있다.
그러므로 상기 레이저 다이오드(100)의 외부 섭동값이나 상기 파장 가변 빗살 필터(200)의 외부 섭동값을 조정하여 도 2에 도시된 것처럼, 레이저 다이오드(100)의 발진 특성을 오른쪽으로 이동시키면 가장 왼쪽 모드(400)부터 가장 오른쪽 모드(500)를 선택할 수 있다.
상기 일부 반사 미러(300)는 입사되는 빛의 일부는 반사시키고 일부는 투과 시킨다.
도 3을 이용하여 상기 레이저 다이오드(100)에서 발진되는 여러 개의 모드 중 하나의 특정 모드가 선택되고, 상기 선택된 특정 모드이외의 모드는 억제되는 과정을 설명한다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 파장 가변 광원에서 라킹(locking) 과정에 대한 가상적인 진행 순서를 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 그래프들의 세로축은 출력되는 빛의 세기를 나타내고, 가로축은 파장을 나타낸다.
상기 레이저 다이오드(100)는 여러 개의 모드의 빛을 발진하여 상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)에 전달한다. 그래프 (a)는 1 지점에서의 레이저 다이오드(100)에서 발진되는 여러 개의 모드의 스펙트럼을 도시한 것이다.
상기 레이저 다이오드(100)에서 발진되는 여러 개의 모드의 빛은 상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)를 통과하여 상술한 것처럼 상기 레이저 다이오드(100)의 발진 모드들 중 상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)의 통과 모드와 일치하는 하나의 특정 모드를 선택하여 출력하게 된다. 그래프 (b)는 2 지점에서의 출력되는 모드 스펙트럼이다.
상기 선택되어 출력된 특정 모드의 빛은 상기 일부 반사 미러(300)에 의해서 일부는 반사되어 상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)를 통과하여 상기 레이저 다이오드(100)에 궤환(feedback)된다. 그럼으로써 상기 선택된 모드의 빛은 주발진을 하게 되고 선택되지 않은 다른 모드의 발진은 그래프 (c)에 도시된 것처럼 억제된다.
상기 궤환된 빛은 상기 파장 가변 모드 선택 필터를 다시 통과하여 상기 일부 반사 미러(300)로 전달되고, 상술한 과정을 반복함으로써 상기 선택되지 않은 다른 모드의 발진은 그래프 (d), (e), (f)에 도시된 것처럼 더욱더 억제되며 이를 락킹이라고 한다.
상술한 과정을 거쳐 출력되는 락킹된 광신호는 그래프 (g)에 도시된 것처럼 상기 파장 가변 모드 선택 필터를 다시 통과하여 출력 되므로 락킹으로 억제된 다른 모드(600)의 발진이 상기 파장 가변 모드 선택 필터의 소멸비 만큼 제거되어, 인접 모드 억제율(Side Mode Suppression Ratio; SMSR)이 매우 높다.
상기 레이저 다이오드(100)는 상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)에 인접하는 단면에 반사 방지막(Anti Reflection Coating; 110)을 형성함으로써 상기 파장 가변 모드 선택 필터(200)에 전달되는 모드의 빛이 상기 레이저 다이오드(100)에 효율적으로 주입된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자(통상의 지식을 가진 자)는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구의 범위 및 그 균등 개념(Equivalents)으로부터 도출 되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 넓은 발진 특성을 가지는 레이저 다이오드(Laser Diode; LD), 파장 가변 대역 투과 필터 및 일부 반사 미러(Partial Mirror)를 이용하여 저가의 파장 가변 광원을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 여러 개의 모드의 빛을 발진하는 페브리 페롯 레이저 다이오드;
    상기 여러 개의 모드의 빛 중 자신과 일치하는 특정 모드의 빛 만을 통과시키는 페브리 페롯 구조를 가지는 파장 가변 빗살 필터; 및
    빛의 일부는 반사시키고 다른 일부는 투과시키는 일부 반사 미러를 포함하며,
    상기 페브리 페롯 레이저 다이오드는 상기 파장 가변 빗살 필터에 인접하는 단면에 반사 방지막을 포함하고, 상기 파장 가변 빗살 필터를 통과한 빛은 상기 일부 반사 미러에 일부 반사되고, 상기 반사된 빛은 상기 파장 가변 빗살 필터를 통과하여 상기 레이저 다이오드에 궤환(feedback)되고, 상기 궤환된 빛은 상기 파장 가변 빗살 필터를 다시 통과하여 상기 일부 반사 미러로 출력 되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 모드는, 상기 페브리 페롯 레이저 다이오드의 온도 또는 인가 전류에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 특정 모드는, 상기 파장 가변 빗살 필터의 온도에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
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