KR100701153B1 - Wavelength tunable light source - Google Patents

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KR100701153B1 KR1020060012026A KR20060012026A KR100701153B1 KR 100701153 B1 KR100701153 B1 KR 100701153B1 KR 1020060012026 A KR1020060012026 A KR 1020060012026A KR 20060012026 A KR20060012026 A KR 20060012026A KR 100701153 B1 KR100701153 B1 KR 100701153B1
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김강호
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Abstract

A wavelength variable light source is provided to minimize optical coupling loss between two materials and to increase reliability by easily hybrid-integrating a diffraction grating made from silicon or polymer except for a diffraction grating made from indium phosphide. A wavelength tunable light source(700) is composed of an optical amplifier(710) transmitting an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction and amplifying and outputting an optical signal having a predetermined single wavelength of the wavelength band in another direction; a beam steering unit(720) for moving an output path of the optical signal having a predetermined wavelength band; and a waveguide of which one end is formed in a linear structure connected with the beam steering unit to flatly spread and transmit the optical signal having the wavelength band and the other end is formed like a concave diffraction grating(730) generating constructive interference of a single wavelength at one end by reflecting and diffracting the optical signal having the wavelength band. The constructively interfered single wavelength has a straight trajectory and feeds back to the optical amplifier through the beam steering unit.

Description

파장 가변 광원 소자{Wavelength tunable light source}Wavelength Tunable Light Source

도 1은 종래의 파장 가변 광원 소자중 리트로(Littrow) 형태의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view illustrating a structure of an external resonator type variable wavelength light source device having a litto form among conventional variable wavelength light source devices.

도 2는 종래의 파장 가변 광원 소자중 리트먼(Littman) 형태의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다. FIG. 2 is a view illustrating a structure of an external resonator type variable wavelength light source device of a Litman type among conventional variable wavelength light source devices.

도 3은 로랜드 원 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a structure of a deflector integrated wavelength variable light source device including a Roland circle diffraction grating.

도 4는 도 3의 파장가변 레이저의 가변 특성을 설명하기 위한 구조도이다. 4 is a structural diagram for explaining a variable characteristic of the wavelength tunable laser of FIG.

도 5는 로랜드 원 회절격자를 포함한 빔 조종기 집적 파장가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating the structure of a beam steer integrated wavelength variable light source element including a Roland circle diffraction grating.

도 6은 도 5의 파장가변 레이저의 가변 특성을 설명하기 위한 구조도이다. FIG. 6 is a structural diagram illustrating a variable characteristic of the wavelength tunable laser of FIG. 5.

도 7은 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 빔 조종기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a structure of a beam adjuster integrated wavelength variable light source device including a diffraction grating such that the trajectory of the variable wavelength beam according to the present invention is a straight line.

도 8은 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자 구조의 원리를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the principle of the diffraction grating structure such that the trajectory of the variable wavelength beam according to the present invention of FIG.

도 9는 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자가 실리콘 또는 폴리머로 제작되고 광증폭기와 빔 조종기의 단일 집적된 물질,인듐인과 하이브리드 집적된 구조의 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.9 is a wavelength variable of a structure in which a diffraction grating is made of silicon or polymer so that the trajectory of the variable wavelength beam according to the present invention of FIG. It is a figure which shows the structure of a light source element.

도 10는 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating a structure of a deflector integrated wavelength variable light source device including a diffraction grating such that the trajectory of the variable wavelength beam according to the present invention is a straight line.

도 11은 본 발명에 따른 리트먼 조건을 만족시키고 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 빔 조종기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a structure of a beam adjuster integrated wavelength variable light source device including a diffraction grating for satisfying the Rietman condition and allowing the path of the variable wavelength beam to be straight.

도 12는 도 11의 본 발명에 따른 회절격자가 실리콘 또는 폴리머로 제작되고 광증폭기와 빔 조종기의 단일 집적된 물질,인듐인과 하이브리드 집적된 구조의 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 12 is a view illustrating a structure of a wavelength tunable light source device having a diffraction grating made of silicon or polymer according to the present invention of FIG. 11 and having a single integrated material of an optical amplifier and a beam manipulator, an indium phosphorus and a hybrid integrated structure.

도 13은 본 발명에 따른 리트먼 조건을 만족시키고 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 13 illustrates a structure of a deflector integrated wavelength variable light source device including a diffraction grating which satisfies the Ritman condition and makes the trajectory of the variable wavelength beam linear.

도 14는 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 동작 원리를 보여주는 흐름도이다.FIG. 14 is a flowchart illustrating an operating principle of the tunable light source device of FIG. 7.

도 15는 도 11의 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 동작 원리를 보여주는 흐름도이다.15 is a flowchart illustrating an operating principle of the tunable light source device according to the present invention of FIG. 11.

본 발명은 파장 가변 광원 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 증폭기(optical amplifier),빔 조종기(beam steering unit) 또는 빔 편향기 (beam deflection unit), 오목 회절 격자 (Concave diffraction grating)가 집적된 파장 가변 광원 소자(Wavelength tunable light source)에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunable light source device, and more particularly to an optical amplifier, a beam steering unit or a beam deflection unit, and a concave diffraction grating. The present invention relates to a wavelength tunable light source.

일반적으로, 파장 가변 반도체 레이저(파장 가변 광원 소자)는 파장 분할 다중 방식(wavelength division multiplexing)과 같은 광 전송 방식을 사용하게 됨에 따라 그 중요성이 증대되고 있다. 상기 파장 가변 반도체 레이저는 각기 다른 파장을 방사하는 여러 개의 파장 고정 반도체 레이저들을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, reconfigurable optical add/drop multiplexer(ROADM), 전광통신망(all optical network)에서의 고속 패킷 스위칭(fast packet switching), 파장 변환기(wavelength converter), 파장 라우터(wavelength routing) 등에도 적극 활용되고 있다. 이외에도, 광 검침 및 센서, 의료용, 측정용 등 그 응용 범위가 매우 넓고 다양하다. 이에 따라 세계 선진 업체들은 매우 다양한 형태의 파장 가변 반도체 레이저들을 발표하고 있다. 여기서, 후술되는 본 발명의 구조와 명확한 비교를 위하여 종래의 파장 가변 반도체 레이저중 외부 공진기형 파장 가변 반도체 레이저를 설명한다. In general, the importance of the tunable semiconductor laser (wavelength variable light source device) is increased as the light transmission scheme such as wavelength division multiplexing is used. The tunable semiconductor laser can not only replace several wavelength fixed semiconductor lasers emitting different wavelengths, but also reconfigurable optical add / drop multiplexer (ROADM), fast packet switching in all optical networks. Packet switching, wavelength converters, wavelength routers, and the like are also actively utilized. In addition, the application range of the light meter and sensor, medical, measurement, etc. is very wide and diverse. Accordingly, the world's leading companies are introducing a wide variety of tunable semiconductor lasers. Herein, an external resonator-type wavelength tunable semiconductor laser among conventional tunable semiconductor lasers will be described in order to clearly compare the structure of the present invention.

도 1은 종래의 파장 가변 광원 소자중 리트로(Littrow) 형태의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view illustrating a structure of an external resonator type variable wavelength light source device having a litto form among conventional variable wavelength light source devices.

구체적으로, 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 무반사막(anti-reflection film, 115)이 코팅된 반도체 레이저(레이저 다이오드(LD), 110)와 외부 회절 격자(external diffraction grating, 120) 및 렌즈(130)로 구성되어 있다. 반도체 레이저(110)에는 전류(ILD)를 인가하여 빔(140)을 발생시킬 수 있다. 반도체 레이저(110)에 발생된 빔(140)은 렌즈(130)를 거쳐 회절 격자(120)에 도달하면, 회절격자 면의 수직선(100)에 대한 입사각(θ)에 대해 다음 수학식 1의 리트로(Littrow) 회절 격자 공식에 따라 회절되는 빔(150)의 파장이 결정되고, 특정 파장의 회절빔(150)만 반도체 레이저(110)로 궤환되어 광(Pout)이 출력된다. Specifically, the external resonator type tunable light source device includes a semiconductor laser coated with an anti-reflection film 115 (laser diode LD), an external diffraction grating 120 and a lens 130. It consists of). The beam 140 may be generated by applying a current ILD to the semiconductor laser 110. When the beam 140 generated by the semiconductor laser 110 reaches the diffraction grating 120 via the lens 130, the beam 140 is returned to the following equation 1 with respect to the incident angle θ to the vertical line 100 of the diffraction grating plane. (Littrow) The wavelength of the beam 150 to be diffracted is determined according to the diffraction grating formula, and only the diffraction beam 150 having a specific wavelength is fed back to the semiconductor laser 110 to output light Pout.

Figure 112006009233579-pat00001
Figure 112006009233579-pat00001

여기서, m은 회절 차수, λ는 파장, d는 회절 격자의 주기이고, θ는 입사각이다.Where m is the diffraction order, λ is the wavelength, d is the period of the diffraction grating, and θ is the angle of incidence.

반도체 레이저(110)의 왼쪽 끝과 회절격자(120) 면이 만나는 가상의 점인 피봇점(105, Pivot point)에 대해 회절 격자(120)를 움직이게 되면, 회절 격자(120)는 회전(rotation, 160)하게 되어 상기 입사각(θ)은 변화하게 되고 수학식 1에 의해 파장은 변화하게 된다. When the diffraction grating 120 is moved with respect to a pivot point 105, which is a virtual point where the left end of the semiconductor laser 110 meets the plane of the diffraction grating 120, the diffraction grating 120 rotates 160. The incident angle θ is changed and the wavelength is changed by Equation (1).

입사각(θ)만 변화시키게 되면, 파장 가변 특성은 계단식으로 나타나는 문제점이 있기 때문에, 연속적인 파장가변 특성을 얻기 위해 회절 격자의 평행이동(translation, 170)도 병행하여 움직이게 한다.If only the incident angle [theta] is changed, the wavelength tunable characteristic has a problem appearing in a stepwise manner, so that the translation 170 of the diffraction grating also moves in parallel in order to obtain a continuous wavelength tunable characteristic.

다시 말해, 도 1의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 피봇점(105)에 대해 회절 격자의 공간적 변이(displacement), 즉 회전(rotation), 이동 (translation, 평행 이동)으로 회절 조건(diffraction condition)을 변화시켜 연속적인(continuous) 파장 가변 특성을 얻을 수 있는 구조이다. In other words, the external resonator type tunable light source device of FIG. 1 has a diffraction condition due to spatial displacement of the diffraction grating, that is, rotation and translation relative to the pivot point 105. It is a structure that can obtain the continuous (wavelength) variable characteristics by changing the.

도 1의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 높은 광출력(high output power), 좁은 선폭(narrow linewidth), 넓은 파장 가변 특성(wide tunability)의 장점을 가져 계측장비에 많이 활용되고 있다.The external resonator type tunable light source device of FIG. 1 has high advantages such as high output power, narrow linewidth, and wide tunability.

그런데, 도 1의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 반도체 레이저(110)와 회절 격자(120) 간에 정렬이 어렵고, 파장 가변시 회절 격자(120)의 공간적 이동으로 인한 기계적 진동, 피봇점(105) 위치의 노화(aging)에 따른 파장 이동(wavelength shift) 문제가 발생한다. 특히, 도 1의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 파장 가변을 위한 속도가 매우 느리기 때문에 광통신 및 다양한 응용 시스템에 활용되는 데 다소 무리가 따른다. However, the external resonator type wavelength variable light source device of FIG. 1 is difficult to align between the semiconductor laser 110 and the diffraction grating 120, and mechanical vibration and pivot point 105 due to spatial movement of the diffraction grating 120 when the wavelength is variable. A wavelength shift problem occurs due to aging of the position. In particular, since the external resonator type wavelength variable light source device of FIG. 1 has a very low speed for variable wavelength, the external resonator type wavelength variable light source device is somewhat difficult to be used for optical communication and various application systems.

도 2는 종래의 파장 가변 광원 소자중 리트먼(Littman)형태의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다. FIG. 2 is a view illustrating the structure of an external resonator type variable wavelength light source device of a Litman type among conventional variable wavelength light source devices.

구체적으로, 파장 가변 광원 소자는 무반사막(anti-reflection film, 12)이 코팅된 반도체 레이저(레이저 다이오드(LD), 210)와 외부 회절 격자(external diffraction grating, 220), 렌즈(230), 반사거울(260)로 구성되어 있다. Specifically, the tunable light source device is a semiconductor laser (laser diode LD) 210 coated with an anti-reflection film 12, an external diffraction grating 220, a lens 230, and reflections. It consists of the mirror 260.

반도체 레이저(210)에는 전류를 인가하여 빔(250)을 발생시키며, 반도체 레이저(210)에 발생된 빔(250)은 렌즈(230)와 회절 격자(220)를 거쳐 반사거울(260)에 도달되고, 반사거울(260)에 수직으로 입사된 빔(250)만 회절격자(220)로 다시 반사된다. A current is applied to the semiconductor laser 210 to generate the beam 250, and the beam 250 generated by the semiconductor laser 210 reaches the reflective mirror 260 through the lens 230 and the diffraction grating 220. Then, only the beam 250 incident perpendicularly to the reflection mirror 260 is reflected back to the diffraction grating 220.

반사된 빔(240)은 회절격자(220)와 렌즈(230)를 거쳐 다시 반도체 레이저(210)로 궤환되어 광(Pout)이 출력된다. 도 2의 구조에서 회절격자 면의 수직선(200)에 대한 입사각(α)과 회절각(β)에 대해 다음 수학식 2의 리트먼(Littman) 회절 격자 공식에 따라 빔의 파장이 결정된다. The reflected beam 240 is fed back to the semiconductor laser 210 via the diffraction grating 220 and the lens 230 and outputs light Pout. The wavelength of the beam is determined according to the Litman diffraction grating formula of Equation 2 with respect to the incident angle α and the diffraction angle β with respect to the vertical line 200 of the plane of the diffraction grating in the structure of FIG. 2.

Figure 112006009233579-pat00002
Figure 112006009233579-pat00002

여기서, m은 회절 차수, λ는 파장, d는 회절 격자의 주기이고, α는 입사각, β는 회절각이다.Where m is the diffraction order, λ is the wavelength, d is the period of the diffraction grating, α is the angle of incidence, and β is the diffraction angle.

상술한 구조에 대해 피봇점(Pivot point, 205)에 대해 반사거울(260)을 움직이게 되면 회전(rotation, 275)하게 되어, 상기 동일한 입사각(α)에 대해 회절각(β)은 변화하게 되고, 수학식 2에 의해 파장은 변화하게 된다. Moving the reflection mirror 260 with respect to the pivot point 205 with respect to the above-described structure rotates 275, so that the diffraction angle β changes with respect to the same incident angle α. Equation 2 changes the wavelength.

상술한 구조에서 회절각(β)만 변화시키게 되면, 파장 가변 특성은 계단식으로 나타나는 문제점이 있기 때문에, 연속적인 파장 가변 특성을 얻기 위해 반사 거울(260)의 평행이동(translation, 275)도 병행하여 움직이게 한다.If only the diffraction angle β is changed in the above-described structure, there is a problem in that the wavelength tunable characteristic appears as a step. Therefore, in order to obtain continuous wavelength tunable characteristics, the translation of the reflection mirror 260 is also performed in parallel. Make it move

다시 말해, 도 2의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 피봇점(205)에 대해 반사 거울(260)의 공간적 변이(displacement), 즉 회전(rotation, 275), 이동(translation, 평행 이동, 270)으로 회절 조건(diffraction condition)을 변화시켜 연속적인(continuous) 파장 가변 특성을 얻을 수 있는 구조이다. In other words, the external resonator type tunable light source element of FIG. 2 has a spatial displacement, ie rotation 275, translation 270 of the reflection mirror 260 with respect to the pivot point 205. By changing the diffraction conditions (diffraction condition) is a structure that can obtain a continuous (wavelength) variable characteristics.

도 2의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 파장 가변시 회절 격자(220)는 고정시키고 반사 거울(260)만을 움직이기 때문에, 도 1의 구조에 비해 구조적으로 안정적인 장점을 가지고 있다.The external resonator type wavelength variable light source device of FIG. 2 has an advantage of being structurally stable compared to the structure of FIG. 1 since the diffraction grating 220 is fixed and only the reflection mirror 260 moves when the wavelength is variable.

그런데, 도 2의 구조 또한, 도 1의 구조와 마찬가지로 반도체 레이저(210)와 회절 격자(220) 간에 정렬이 어렵고, 파장 가변시 반사 거울(260)의 공간적 이동으로 인한 기계적 진동, 피봇점(205) 위치의 노화(aging)에 따른 파장 이동(wavelength shift) 문제를 가지고 있으며, 파장 가변을 위한 속도가 매우 느리기 때문에 광통신 및 다양한 응용 시스템에 활용되는 데 다소 무리가 따른다. However, the structure of FIG. 2 is also difficult to align between the semiconductor laser 210 and the diffraction grating 220 similarly to the structure of FIG. 1, and mechanical vibration and pivot point 205 due to spatial movement of the reflective mirror 260 when the wavelength is variable. ) Has a wavelength shift problem due to the aging of the position, and because the speed for the variable wavelength is very slow, it is somewhat difficult to be used in optical communication and various application systems.

상술한 도 1과 2의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 느린 파장 가변 속도를 해결하기 위해 지금까지 전기적인 조절로 파장을 가변시키는 구조들이 제안되었다. 예컨대, M. Kourogi외 4인은 "continuous tuning of an electrically tunable external-cavity semiconductor laser"라는 명칭으로 "Optics Letters, vol. 25, No. 16, pp.1165-1167, Aug. 15, 2000"에 파장 가변을 위해 회절격자를 이동시키는 대신 AOM(Acouto-optic modulator)를 레이저 다이오드와 회절 격자 사이에 삽입하여 외부 전기 신호의 주파수 변화 따른 빔 편향 특성을 이용하여 파장 가변이 이루어지는 것을 제안하였다. In order to solve the slow wavelength variable speed of the external resonator type tunable light source device of FIGS. 1 and 2 described above, structures for varying the wavelength by electrical control have been proposed. For example, M. Kourogi et al. Described in "Optics Letters, vol. 25, No. 16, pp. 1165-1167, Aug. 15, 2000" as "continuous tuning of an electrically tunable external-cavity semiconductor laser." Instead of moving the diffraction grating for the wavelength variation, an AOM (Acouto-optic modulator) was inserted between the laser diode and the diffraction grating and the wavelength variation was made by using the beam deflection characteristic according to the frequency variation of the external electrical signal.

그러나, 상기 M. Kourogi외 4인이 제안한 구조는 AOM의 부피가 크고, 삽입 손실이 크며, 게다가 파장 가변량이 고작 2nm 정도로 매우 작은 단점이 있다.However, the structure proposed by M. Kourogi et al., 4, has a disadvantage that the volume of AOM is large, the insertion loss is large, and the amount of wavelength variation is only 2 nm.

이상을 요약해 보면, 회절 격자의 공간적 변이를 통해 파장을 가변시키는 종래의 파장 가변 광원 소자는 신뢰성 및 속도 면에서 많은 문제점을 가지고 있다.In summary, the conventional tunable light source device that varies the wavelength through spatial variation of the diffraction grating has many problems in terms of reliability and speed.

그리고, 전기적으로 파장 가변시키는 종래의 벌크 타입 구조의 파장 가변 광 원 소자는 회절 격자와 레이저 다이오드간의 정렬이 까다롭고, 상기 AOM의 삽입으로 인해 소자의 부피가 큰 단점을 가지고 있다. In addition, the conventional bulk type tunable light source device having an electrically variable wavelength has a disadvantage in that alignment between the diffraction grating and the laser diode is difficult, and the volume of the device is large due to the insertion of the AOM.

본 발명의 기술적 과제는 벌크 타입 구조의 광 부품들을 단일 집적시켜 추가적인 광학 부품이나 광 정렬이 필요 없는 파장 가변 광원 소자를 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a tunable light source device that does not require additional optical components or light alignment by integrating bulk components of the optical structure.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 인듐인 물질로 제작된 회절격자 외에도 안정적으로 제작될 수 있는 물질(실리콘, 폴리머등)로 구현된 회절격자를 쉽게 하이브리드 집적을 할 수 있어 두 물질간 광 결합 손실을 최소화 하고, 소자의 신뢰성을 높일 수 있는 파장 가변 광원 소자를 제공하는 데 있다. Another technical problem of the present invention is that the diffraction grating made of a material (silicon, polymer, etc.) that can be stably manufactured in addition to the diffraction grating made of indium material can be easily hybridized, thereby reducing the optical coupling loss between the two materials. It is to provide a variable wavelength light source device that can minimize and increase the reliability of the device.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 일 실시 예는,소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 광 증폭기; 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 출력 경로를 이동시키는 빔 조종기; 및 일단은 상기 빔 조종기와 연결되어 상기 파장 대역을 갖는 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 일단에 상기 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 하는 오목 회절 격자로 형성된 도파로;를 포함하여 상기 보강 간섭된 단일 파장이 직선 궤적을 가지며 상기 빔 조종기를 거쳐 상기 광 증폭기로 궤환 되는 것을 특징으로 한다.One embodiment of the wavelength variable light source device according to the present invention for achieving the above technical problem, transmits an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction, and amplifies the optical signal of a predetermined wavelength of the wavelength band in the other direction An optical amplifier for outputting; A beam controller for moving an output path of the optical signal having the wavelength band; And one end of which is connected to the beam manipulator and has a straight line structure in which the optical signal having the wavelength band is spread and transmitted in a planar manner, and the other end reflects and diffracts the optical signal having the wavelength band to reinforce the single wavelength at one end. A waveguide formed of a concave diffraction grating to cause interference; and the constructive interference single wavelength has a linear trajectory and is fed back to the optical amplifier via the beam manipulator.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 일 실시 예는,소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 광 증폭기; 일단은 상기 광 증폭기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 일단에 상기 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 및 상기 도파로의 상부 클래딩층에 위치하고 입사된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 편향기;를 포함하여 상기 보강 간섭된 단일 파장이 직선 궤적을 가지며 상기 편향기를 거쳐 상기 광 증폭기로 궤환되는 것을 특징으로 한다.One embodiment of the wavelength variable light source device according to the present invention for achieving the above technical problem, transmits an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction, and amplifies the optical signal of a predetermined wavelength of the wavelength band in the other direction An optical amplifier for outputting; One end is formed in a straight line structure connected to the optical amplifier so that the wavelength band optical signal is spread and transmitted in a planar manner, and the other end reflects and diffracts an optical signal having the wavelength band to generate constructive interference of the single wavelength at the one end. A waveguide formed by a concave diffraction grating; And a deflector positioned in the upper cladding layer of the waveguide and varying a degree of deflection of the optical signal having the wavelength band according to the amount of incident current. The reinforcement-interrupted single wavelength has a linear locus and passes through the deflector. It is characterized by being fed back to the amplifier.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 일 실시 예는, 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 제1 및 제2 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 제 1 광 증폭기; 상기 파장 대역 광신호의 출력 경로를 이동시키는 빔 조종기; 일단은 상기 빔 조종기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 제1단일 파장 광신호는 상기 일단의 제1부분에 보강간섭이 생기도록 하고 상기 제2단일 파장 광신호는 상기 일단의 제2부분에 보강간섭이 생기도록 하는 리트만 조건을 만족하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 및 상기 제2단일 파장 광신호를 상기 도파로의 오목 회절 격자로 재입사 시켜 상기 제 1 광 증폭기로 궤환하게 하는 제 2 광 증폭기;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a wavelength variable light source device according to the present invention transmits an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction and amplifies an optical signal having a first wavelength and a second single wavelength among the wavelength bands. A first optical amplifier for outputting in the other direction; A beam controller for moving the output path of the wavelength band optical signal; One end is formed in a straight line structure connected to the beam manipulator so that the wavelength band optical signal is spread and transmitted in a planar manner, and the other end reflects and diffracts an optical signal having the wavelength band so that the first single wavelength optical signal is connected to the beam manipulator. A waveguide formed by a concave diffraction grating that satisfies the Litman condition for generating constructive interference in a first portion and causing the constructive interference in a second portion of the one end; And a second optical amplifier for re-injecting the second single wavelength optical signal into the concave diffraction grating of the waveguide to be fed back to the first optical amplifier.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 일 실시 예는,소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 제1 및 제2 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 제 1 광 증폭기; 일단은 상기 제 1 광 증폭기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 제1 단일 파장 광신호는 상기 일단의 제1부분에 보강간섭이 생기도록 하고 상기 제2단일 파장 광신호는 상기 일단의 제2부분에 보강간섭이 생기도록 하는 리트만 조건을 만족하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 상기 도파로의 상부 클래딩층에 위치하고 입사된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 편향기;및 상기 제2 단일 파장 광신호를 상기 도파로의 오목 회절 격자로 재입사 시켜 상기 제 1 광 증폭기로 궤환하게 하는 제 2 광 증폭기;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a variable wavelength light source device according to the present invention transmits an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction and amplifies an optical signal having a first wavelength and a second single wavelength among the wavelength bands. A first optical amplifier for outputting in the other direction; One end is connected to the first optical amplifier and is formed in a straight line structure so that the wavelength band optical signal is spread and transmitted in a planar manner, and the other end reflects and diffracts an optical signal having the wavelength band so that the first single wavelength optical signal is A waveguide formed by a concave diffraction grating which satisfies the Litman condition for generating constructive interference in a first portion of the first end and the constructive interference in the second single wavelength optical signal; A deflector positioned in an upper cladding layer of the waveguide and varying a degree of deflection of an optical signal having the wavelength band according to an amount of incident current; and reentering the second single wavelength optical signal into a concave diffraction grating of the waveguide. And a second optical amplifier for feeding back to the first optical amplifier.

이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3은 로랜드 원 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a structure of a deflector integrated wavelength variable light source device including a Roland circle diffraction grating.

상기 구조는 광 증폭기(optical amplifier;310),위상 조정기(phase control unit,320), 광 편향기(optical deflector; 330), 오목 회절격자(concave grating;340)가 단일 집적되어, 외부 공진형 파장 가변 레이저로 동작하는 소자이다. The structure includes an optical amplifier 310, a phase control unit 320, an optical deflector 330, and a concave diffraction grating 340 that are integrated into a single, external resonant wavelength. It is a device that operates with a variable laser.

상기 구조에서 광 증폭기(Semiconductor optical amplifier), 위상 조정기(Phase control unit), 편향기 (Deflection unit), 오목 회절격자 (Concave grating)는 단일기판(인듐인, InP)내에 모두 집적되어, 편향기에 주입되는 전류의 양에 따른 도파 빔의 편향특성으로 회절격자에 입사되는 각이 바뀌어 파장 가변이 이루어지는 구조를 가지고 있다. In this structure, the optical optical amplifier, phase control unit, deflection unit, and concave grating are all integrated in a single substrate (InP, InP) and injected into the deflector. Due to the deflection characteristic of the waveguide beam according to the amount of current to be made, the angle of incidence on the diffraction grating is changed to change the wavelength.

광 증폭기(310)의 일측 단면에서 출사되는 빔은 위상 조정기(320)를 지나 광 편향기(330)를 거쳐 오목 회절 격자(340)에 입사된다. The beam exiting from one end surface of the optical amplifier 310 is incident to the concave diffraction grating 340 via the phase adjuster 320 and the optical deflector 330.

오목 회절격자(340)에 도달된 빔들은 반도체 물질과 공기간의 굴절율 차에 의해 각각의 회절 격자(grating)면에서 반사(reflection)되며, 동시에 오목 회절격자의 회절(diffraction)특성으로 파장별로 다른 위치에 모이게 된다. 이때 파장에 따라 모인 빔들의 궤적은 가상의 원(350)상에 존재하게 되는데, 이를 로랜드 원(Rowland circle;350)이라 한다.The beams arriving at the concave diffraction grating 340 are reflected at respective diffraction grating planes due to the difference in refractive index between the semiconductor material and the air, and at the same time, the positions are different for each wavelength due to the diffraction characteristics of the concave grating grating. Gathered at At this time, the trajectories of the beams gathered according to the wavelength are present on the virtual circle 350, which is called a lowland circle 350.

일반적으로 오목 회절 격자의 반지름이 로랜드 원의 반지름의 두배가 되면 상술한 효과가 나타난다. In general, the above-mentioned effect is obtained when the radius of the concave diffraction grating becomes twice the radius of the Roland circle.

따라서 상기 구조에서 도파로 끝단을 로랜드 원 상에 위치하게 되면 빔은 오목회절격자에서 회절되어 특정 파장에 해당되는 빔만 다시 광 증폭기(310)로 궤환(feedback)되며, 광증폭기의 좌측 단면과 오목 회절격자 면이 반사면이 되어, 공진현상으로 외부 공진형 레이저로 동작하게 된다.Therefore, when the end of the waveguide is positioned on the Roland circle in the above structure, the beam is diffracted at the concave diffraction grating, and only the beam corresponding to a specific wavelength is fed back to the optical amplifier 310. The left end face of the optical amplifier and the concave diffraction grating are The surface becomes a reflecting surface and is operated by an external resonant laser due to resonance.

한편, 위상 조종기(320)는 광 증폭기와 광 편향기 사이에 삽입될 수 있다. 위상 조종기는 광 증폭기로부터 방출된 빔과 회절격자로부터 광 증폭기로 들어오는 빔 사이의 위상을 정합(matching)시키는 역할을 수행하며, 위상 조정 전류(IPCS)에 의해 매질의 굴절율을 변화시켜 공진빔의 위상을 조정하게 된다.On the other hand, the phase controller 320 may be inserted between the optical amplifier and the optical deflector. The phase controller serves to match the phase between the beam emitted from the optical amplifier and the beam entering the optical amplifier from the diffraction grating, and the phase of the resonant beam is changed by changing the refractive index of the medium by the phase adjusting current (IPCS). Will be adjusted.

도 4는 도 3의 파장가변 레이저의 가변 특성을 설명하기 위한 구조도이다. 4 is a structural diagram for explaining a variable characteristic of the wavelength tunable laser of FIG.

광 편향기(330)에 전기신호가 인가되지 않은 경우의 빔 특성을 나타내고 있고, 광 증폭기(310)에서 광 이득이 생성된 빔들은 λ1 의 파장으로 광 편향기(330)를 지나가게 되고, 광 편향기(330) 패턴과 주변영역의 유효 굴절율이 동일하므로, 빔 굴절은 나타나지 않게 된다. 오목 회절격자(340)로 입사된 빔들은 수학식 3에 의해 입사각 α에 따라 특정 파장(λ1)만 광 증폭기(310)로 궤환(feedback) 된다. It shows beam characteristics when no electric signal is applied to the optical deflector 330, and the beams in which the optical gain is generated in the optical amplifier 310 pass through the optical deflector 330 at a wavelength of? Since the effective refractive index of the deflector 330 pattern and the peripheral region is the same, the beam refraction does not appear. The beams incident on the concave diffraction grating 340 are fed back to the optical amplifier 310 according to the incidence angle α according to the incidence angle α only.

Figure 112006009233579-pat00003
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여기서, m은 회절차수, λ는 파장, n1는 도파층의 굴절율, d는 회절격자의 주기이다. Where m is the diffraction order,? Is the wavelength, n1 is the refractive index of the waveguide layer, and d is the period of the diffraction grating.

따라서 광 증폭기(310)에서 생성된 빔들은 오목 회절격자로부터 특정파장( λ1)만 궤환되며, 상기 프로세스에 의한 궤환 특성이 소자 전체의 손실과 동일할때 공진(resonanace)이 발생하여 레이저로 동작하게 되며, 특정 파장의 빔( λ1)만 광 증폭기(310)의 좌측 단면으로 출사된다.Therefore, the beams generated by the optical amplifier 310 are fed back only a specific wavelength λ1 from the concave diffraction grating. When the feedback characteristic of the process is equal to the loss of the entire device, resonance is generated to operate with a laser. Only the beam λ1 having a specific wavelength is emitted to the left end surface of the optical amplifier 310.

편향기내 전류를 주입하게 되면, 반송자 유도 굴절율 변화( carrier-induced reflecrtive index variation) 특성으로 인해, 편향 패턴내 코어 물질의 굴절율이 변화하게 된다.When the current is injected into the deflector, the refractive index of the core material in the deflection pattern is changed due to carrier-induced reflecrtive index variation.

이 경우 빔은 상기 편향패턴으로 형성된 영역을 지나갈 때 굴절율이 변화된 영역과 변화되지 않은 영역의 경계면에서 스넬법칙(Snell's Law)에 의거해서 굴절(reflection)이 발생하게 된다.In this case, when the beam passes through the region formed by the deflection pattern, reflection is generated based on Snell's Law at the interface between the region where the refractive index is changed and the region which is not changed.

굴절현상으로 인해 빔의 방향은 바뀌게 된다. 따라서, 상기 편향된 빔은 오목회절격자에 대한 입사각을 변화시키며 수학식3에 의거 증폭기로 궤환되는 파장을 변화시키게 된다.The refraction causes the beam to change direction. Therefore, the deflected beam changes the incident angle to the concave grating and changes the wavelength fed back to the amplifier based on Equation (3).

상술한 설명에 대해 도 4(b)를 참조하면, 광 편향기 패턴(330)에 전기신호가 인가되어 패턴내 도파층의 굴절율이 n1에서 n2로 변화된 경우의 빔 특성을 나타내고 있다. Referring to FIG. 4B for the above description, an electric signal is applied to the optical deflector pattern 330 to show beam characteristics when the refractive index of the waveguide layer in the pattern is changed from n1 to n2.

광 증폭기에서 생성된 빔들은 편향기 패턴을 지나게 되고, 편향기내 코어층 굴절율 변화에 따라 빔들은 굴절을 겪는다. 굴절된 빔들의 광원(source point)은 도면에서와 같이 가상적으로 Rowland circle을 지나게 되고, 굴절된 빔들의 입사각은 α 각에서 등가적으로 α' 각으로 변하게 된다. The beams generated by the optical amplifier pass through the deflector pattern, and the beams undergo refraction as the refractive index of the core layer in the deflector changes. The source point of the refracted beams virtually passes through the Rowland circle, as shown in the drawing, and the incident angle of the refracted beams is changed from the α angle equivalently to the α 'angle.

변화된 입사각으로 회절 빔의 파장은 λ1에서 λ2로 변하게 된다. 광 편향기(330)는 제1유효 굴절율(n1)을 가지는 물질로 구성시켜 소정 형상의 편향 패턴 영역에만 전류가 주입되도록 제작하거나, 제1 유효 굴절율(n1)을 가지는 소정 형상의 편향 패턴의 주변 물질과 편향 패턴 영역 내부는 제2유효 굴절율(n2)을 가지는 물질로 경계를 이루도록 구성시키고, 편향 패턴 영역으로만 전류가 주입되어 패턴내 도파층의 굴절율이 n2 에서 n3이 되도록 제작할 수 있다. With the changed angle of incidence the wavelength of the diffracted beam changes from lambda 1 to lambda 2. The optical deflector 330 is made of a material having a first effective refractive index n1 so that a current is injected only into a deflection pattern region having a predetermined shape, or the periphery of a predetermined deflection pattern having a first effective refractive index n1. The material and the inside of the deflection pattern region may be configured to be bounded by a material having a second effective refractive index n 2, and a current may be injected only into the deflection pattern region so that the refractive index of the waveguide layer in the pattern is n 2 to n 3.

따라서 외부 전기신호(전류)에 의해 소정 형상의 편향 패턴내 코어 물질의 굴절율을 변화시켜 주변영역과 소정 형상의 편향 패턴 영역 간의 경계면에서 입사각에 대한 굴절 특성(스넬의 법칙)에 따라 빔이 편향되는 특성을 가지고 있다.Therefore, the refractive index of the core material in the deflection pattern of the predetermined shape is changed by an external electric signal (current) so that the beam is deflected according to the refractive characteristic (Snell's law) with respect to the incident angle at the interface between the peripheral area and the deflection pattern area of the predetermined shape. Has characteristics.

광편향기(330)는 편향기 내 전기 신호 증가에 따라 광 증폭기(310)에서 방사하는 빔의 점 광원(point source)의 위치가 로랜드 원(Rowland circle)을 따라 가상적으로 움직이도록 설계된다.The optical deflector 330 is designed such that the position of the point source of the beam emitted by the optical amplifier 310 moves virtually along the Rowland circle as the electrical signal in the deflector increases.

상기 광 편향기 패턴의 모양은 로렌드 원의 구조에 맞도록 선-광(ray-optics)의 관점에 따라 설계되거나 파동-광(wave-point)의 관점으로 설계될 수 있다. The shape of the optical deflector pattern may be designed in accordance with ray-optics or in terms of wave-point to fit the structure of the Laurent circle.

단일집적 회절격자 공동 파장가변 레이저는 전기적인 조절로 인해 파장 가변을 위한 속도가 빠르고, 안정적이며, 단일 집적되어 소자의 크기도 작은 장점을 가지고 있다. 또한, 로랜드 원상에 도파로가 정확히 위치하기 때문에 로랜드 원에서 회절격자로 퍼지는 빔과 회절격자에서 로랜드 원으로 궤환되는 빔간의 광 결합특성이 우수하여 광출력이 높은 장점을 가지고 있다. The monolithic diffraction grating cavity-wavelength laser has the advantages of high speed, stable and single integration for small wavelengths due to electrical control. In addition, since the waveguide is correctly positioned on the Roland circle, the light coupling characteristics between the beam spread from the Roland circle to the diffraction grating and the beam fed back to the Roland circle from the diffraction grating have excellent light output.

그러나, 빔이 지나가는 경로에 편향기를 삽입하기 때문에 편향기내 전류 주입시 광 손실 증가로 광 출력이 감소하여 광 출력 변화가 큰 단점을 가지고 있다. 또한, 편향기 패턴 구조의 설계가 까다롭고 구현하기도 어려운 단점을 가지고 있다. However, since the deflector is inserted in the path through which the beam passes, the light output is reduced due to the increased light loss when the current is injected into the deflector. In addition, the design of the deflector pattern structure is difficult and difficult to implement.

도 5는 로랜드 원 회절격자를 포함한 빔조종기 집적 파장가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating a structure of a beam adjuster integrated wavelength variable light source device including a Roland circle diffraction grating.

빔조종기 집적 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자(500)는 반도체 광 증폭기 (Semiconductor optical amplifier,510), 빔 조종기 (beam steering unit,520), 오목 회절격자 (Concave grating,530)가 단일기판(인듐인, InP)내에 모두 집적되어, 빔 조종기내 두 전극에 주입되는 전류량의 차에 따른 도파빔의 위치 조종으로 회절격자에 입사되는 각이 바뀌어 파장가변이 이루어지는 구조를 가지고 있다. The beam adjuster integrated external resonator type variable wavelength light source device 500 includes a semiconductor optical amplifier (510), a beam steering unit (520), and a concave grating (530) having a single substrate (Indium). , InP), all of which are integrated, and the angle of incidence of the waveguide beam is changed by controlling the position of the waveguide beam according to the difference in the amount of current injected into the two electrodes in the beam controller.

IBS1 전류 및 IBS2 전류의 인가량에 따라 굴절률이 바뀌고 굴절률의 변화는 빔의 입사각에 영향을 준다. 즉,빔 조종기는 프리즘과 같은 역할은 수행한다. The refractive index changes according to the amount of application of the IBS1 current and the IBS2 current, and the change of the refractive index affects the incident angle of the beam. In other words, the beam manipulator serves as a prism.

도 5에 표시된 것과 같이 전류의 인가량이 높아질수록 코어층의 유효굴절률은 낮아지고 빔은 굴절률이 높은 쪽으로 휘어지는 특성상 광 증폭기(510)에서 출력되는 빔은 상대적으로 낮은 전류를 인가하는 쪽으로 휘게 된다. As shown in FIG. 5, as the amount of current is applied, the effective refractive index of the core layer is lowered, and the beam output from the optical amplifier 510 is bent toward the side of applying a relatively low current because the beam is bent toward the higher refractive index.

도 6은 도 5의 파장가변 레이저의 가변 특성을 설명하기 위한 구조도이다. FIG. 6 is a structural diagram illustrating a variable characteristic of the wavelength tunable laser of FIG. 5.

구체적으로, 도 6(a) 및 도 6(b)의 파장 가변 광원 소자(파장 가변 레이저, 500)는 수학식 3의 리트로(Littrow) 조건을 만족시키는 구조이다. Specifically, the wavelength variable light source device (wavelength variable laser 500) of FIGS. 6 (a) and 6 (b) has a structure that satisfies the Littrow condition of Equation (3).

도 6(a)에 도시한 파장 가변 광원 소자(500)는 반도체 기판(501), 예컨대 InP에 반도체 광증폭기(SOA, semiconductor optical amplifier, 510), 빔 조종기(520, beam steering unit), 및 오목 회절 격자(530)가 단일 집적되어 구현된다. The variable wavelength light source device 500 illustrated in FIG. 6A is a semiconductor optical amplifier (SOA) 510, a beam steering unit 520, and a recess on a semiconductor substrate 501, such as InP. The diffraction grating 530 is implemented in a single integrated.

반도체 광증폭기(510)는 반도체 레이저 다이오드로 구성할 수 있고, ISOA 전류가 인가될 수 있다.The semiconductor optical amplifier 510 may be configured of a semiconductor laser diode, and an ISOA current may be applied.

빔 조종기(520)에는 두 개의 전극이 구성되며, 두 개의 전극에는 전기 신호, 예컨대 IBS1 전류 및 IBS2 전류가 인가될 수 있다. Two electrodes are configured in the beam controller 520, and electrical signals such as IBS1 current and IBS2 current may be applied to the two electrodes.

오목 회절 격자(530)는 기판(501)의 일측에 위치하고, 반도체 기판(501)의 일측에 회절격자를 만들어 구현한다.The concave diffraction grating 530 is located on one side of the substrate 501, and the diffraction grating is implemented on one side of the semiconductor substrate 501.

오목 회절 격자(530)는 특정 구조에 국한되지 않지만, 설명을 위해 로렌드 원(Rowland circle, 540) 형태로 나타내었고, 로렌드 원(540) 기반의 오목 회절 격자(535) 구조는 도 6(b)에 나타내었다.Although the concave diffraction grating 530 is not limited to a specific structure, it is shown in the form of a Rowland circle 540 for explanation, and the concave diffraction grating 535 based on the Laurent circle 540 is shown in FIG. b).

오목 회절 격자 원(535)과 로렌드 원(540)이 만나는 점을 폴(pole, P)이라 하며, 기준선(610)은 오목 회절 격자 원(535)의 중심(C)에서 폴(P)까지의 선이 된다. 로렌드 원(540)의 일측은 빔 조종기(520)에 접하여 위치한다. The point where the concave diffraction grating circle 535 and the Laurent circle 540 meet is called a pole (P), and the reference line 610 is the center (C) to the pole (P) of the concave diffraction grating circle 535. Becomes the line of. One side of the Laurent circle 540 is positioned in contact with the beam manipulator 520.

도 6(a)의 구조에서 광증폭기(510)의 좌측 단면과 오목 회절 격자(530)는 각각 반사면을 가지므로 공진기(resonator)로 형성이 되어 레이저 다이오드 형태로 동작하게 된다. In the structure of FIG. 6A, the left end surface of the optical amplifier 510 and the concave diffraction grating 530 each have a reflective surface, and thus are formed as a resonator to operate in the form of a laser diode.

광증폭기(510)에서 회절 격자(530) 방향으로 출사되는 빔(620)은 빔 조종기(520)를 거쳐 오목 회절 격자(530)의 폴(P)에 입사된다. 오목 회절 격자에 입사된 빔(520)은 오목 회절 격자(530)의 회절(diffraction) 특성에 의거해서 특정 파장만 입사각(α)과 동일한 각으로 다시 광증폭기(510)로 궤환(feedback)되어 특정 파장의 빔(600)만 출력(Pout1)된다. 출력되는 특정 파장은 수학식 3의 리트로우(Littrow) 회절 격자 공식에 따른다.The beam 620 emitted from the optical amplifier 510 toward the diffraction grating 530 is incident on the pole P of the concave diffraction grating 530 via the beam manipulator 520. The beam 520 incident on the concave diffraction grating is fed back to the optical amplifier 510 at an angle equal to the incident angle α only based on the diffraction characteristic of the concave diffraction grating 530. Only the beam 600 of wavelength is output Pout1. The specific wavelength output is according to the Littrow diffraction grating formula of Equation 3.

입사각(α)은 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 바와 같이 기준선(610)과 입사하는 빔 경로간의 각도를 나타낸다. Incident angle (alpha) represents the angle between the reference line 610 and the incident beam path, as shown to FIG. 6 (a) and FIG. 6 (b).

빔 조종기(520)는 내부에 두 개의 전극을 구비하고, 두 개의 전극에 인가되는 전류량의 차를 조절하여 빔 경로를 조종할 수 있고, 이에 따라 경로가 이동된 빔(620)들은 오목 회절 격자(630)에 입사되는 입사각(α)이 변하게 된다. The beam controller 520 may include two electrodes therein, and may control the beam path by adjusting a difference in the amount of current applied to the two electrodes. Accordingly, the beam 620 in which the path is moved may be a concave diffraction grating ( The incident angle α incident on the 630 is changed.

입사각(α)의 변화에 따라 수학식 3에 의거 회절되는 빔(620)의 파장이 바뀌게 된다.The wavelength of the beam 620 diffracted based on Equation 3 is changed according to the change of the incident angle α.

빔 조종기가 집적된 오목회절격자 파장가변 광원은 전기적인 조절로 인해 파장 가변을 위한 속도가 빠르고, 안정적이며, 단일 집적되어 소자의 크기도 작은 장점을 가지고 있다. 또한, 상술한 구조는 빔이 지나가는 경로의 주변에 전류를 주입하기 때문에 파장가변 시 광 손실이 적으므로 광 출력 변화가 적은 장점을 가지고 있다. The concave grating grating wavelength variable light source integrated with the beam manipulator has the advantages of fast, stable and single integration for small wavelengths due to electrical adjustment. In addition, the above-described structure has the advantage that the light output change is small because the light loss is reduced when the wavelength is changed because the current is injected around the path through which the beam passes.

빔의 위치가 조종되는 위치는 로랜드 원상에 위치해야 되며, 빔 조종기의 폭은 넓기 때문에 빔 조종기내 전극이 비대칭적이게 된다. 이는 빔 조종기내 조종된 빔의 형태를 왜곡(distortion)시키며, 동시에 빔의 위치를 로랜드 원상에 명확하게 만들지 못하게 되며, 이로 인해 로랜드 원에서 회절격자로 퍼지는 빔과 회절격자에서 로랜드 원으로 궤환되는 빔간의 광 결합특성이 저하되어 광 출력이 낮은 단점을 가지고 있다. The position at which the beam is steered should be located on the Roland circle, and the width of the beam manipulator is so wide that the electrodes in the beam manipulator are asymmetric. This distorts the shape of the steered beam in the beam manipulator and at the same time does not make the position of the beam clear on the Roland circle, which causes the beam to spread from the Roland circle to the diffraction grating and the beam fed back to the Roland circle from the diffraction grating. The light coupling property of the liver is deteriorated and thus has a disadvantage of low light output.

이상을 요약해 보면, 도 3 및 도 4 에서 상술한 로랜드 원 구조의 편향기 집적 파장가변 광원은 광출력은 큰 반면 빔이 지나가는 경로에 편향기가 놓여져 있어, 파장가변시 광 손실 증가로 광 출력이 낮아 광 출력 변동이 큰 단점을 가지고 있고, 도 5 및 도 6에서 상술한 로랜드 원 구조의 빔 조종기 집적 파장가변 광원은 빔 조종기내 전극이 빔 경로 주변에 놓여져 있어 광 출력 변동은 적지만, 빔 조종기내 전극의 비대칭성으로 인해 결합효율 감소로 광 출력이 낮은 단점을 가지고 있다. In summary, the low-land deflector integrated wavelength variable light source of the Roland circular structure described above with reference to FIGS. 3 and 4 has a large light output but a deflector is placed in a path through which the beam passes. Low light output fluctuation has a large disadvantage, and the Roland circle structure of the beam manipulator integrated wavelength variable light source described above in FIGS. Due to the asymmetry of the inner electrode has a disadvantage of low light output due to reduced coupling efficiency.

추가적으로, 상술한 로랜드 원 기반의 오목 회절격자 집적 파장가변 광원은 모든 기능부가 단일 집적되어 있기 때문에 인듐인 기판에 제작하게 된다. In addition, the aforementioned Roland circle-based concave diffraction grating integrated wavelength variable light source is fabricated on an indium substrate because all of the functional units are integrated.

그러나, 상술한 인듐인 물질의 회절격자 구현에 있어 식각(etching) 특성이 다소 불균일하며, 회절격자 패턴이 정밀하지 못해 높은 손실이 문제가 되고 있다.However, in the implementation of the diffraction grating of the indium material described above, the etching characteristics are somewhat non-uniform, and the diffraction grating pattern is not precise and high loss is a problem.

따라서 회절 격자를 균일한 식각 특성과 정밀한 패턴이 가능한 물질인 실리콘, 폴리머 등으로 제작하고 오목 회절 격자를 인듐인 물질과 하이브리드 집적을 할 수 있다.Therefore, the diffraction grating may be made of silicon, polymer, and the like, which are capable of uniform etching characteristics and precise patterns, and the concave diffraction grating may be hybridly integrated with an indium material.

그러나 경계면이 로랜드 원으로 되어 있어 사실상 하이브리드 집적을 하기 어렵게 된다. However, the interface is a lowland one, making hybrid integration virtually impossible.

도 7은 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 빔 조종기 직접 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating a structure of a beam adjuster direct tunable light source element including a diffraction grating such that the trajectory of the tunable beam is linear according to the present invention.

도 7에 도시한 파장 가변 광원 소자(700)는 반도체 기판(S), 예컨대 InP에 반도체 광 증폭기(SOA, semiconductor optical amplifier, 710), 빔 조종기(720), 및 오목 회절 격자(730)가 단일 집적되어 구현된다.In the variable wavelength light source device 700 illustrated in FIG. 7, a semiconductor optical amplifier (SOA) 710, a beam controller 720, and a concave diffraction grating 730 are disposed on a semiconductor substrate S, for example, InP. It is integrated.

반도체 광증폭기(710)는 반도체 레이저 다이오드로 구성할 수 있고, ISOA 전류가 인가될 수 있다. The semiconductor optical amplifier 710 may be configured as a semiconductor laser diode, and an ISOA current may be applied.

빔 조종기(720)에는 두 개의 전극이 구성되며, IBS1 및 IBS2 전류가 인가될 수 있다. Two electrodes are configured in the beam controller 720, and currents IBS1 and IBS2 may be applied.

오목 회절 격자(730)는 기판(701)의 일측에 위치한다. 기본적으로 도 5에서 제안된 구조와 비슷하나, 본 발명에 따른 파장 가변 소자(700)는 로랜드 원 기반의 오목 회절 격자 구조가 아닌 격자(730)에서 회절되어 모이는 빔의 위치가 직선이 되도록 하는 구조를 가진다.The concave diffraction grating 730 is located at one side of the substrate 701. Basically similar to the structure proposed in FIG. 5, the wavelength variable element 700 according to the present invention has a structure such that the position of a beam diffracted at the grating 730 is a straight line rather than a concave diffraction grating structure based on a Roland circle. Has

빔의 위치가 직선이므로 빔 조종기 내 전극이 대칭적이게 되며, 각 전극에 주입된 전류량의 차에 따라 빔의 위치는 직선을 따라 이동하게 된다. Since the position of the beam is a straight line, the electrodes in the beam controller become symmetrical, and the position of the beam moves along the straight line according to the difference in the amount of current injected into each electrode.

도 8은 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자 구조의 원리를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the principle of the diffraction grating structure such that the trajectory of the variable wavelength beam according to the present invention of FIG.

도 4에 표현된 구조변수 θN, θN+1 이외에 표현을 간단히 하기 위해 다음의 수학식 4로 변수를 정의한다.In addition to the structural variables θN and θN + 1 shown in FIG. 4, the variables are defined by Equation 4 below to simplify the expression.

Figure 112006009233579-pat00004
Figure 112006009233579-pat00005
Figure 112006009233579-pat00004
Figure 112006009233579-pat00005

도 8의 회절격자는 점 A에 대해 점 PN과 PN+1간에 특정 파장 λ0 에 대해 보강간섭 (constructive interference)이 성립하게 되며, 다음의 수학식 5와 같이 표현된다.The diffraction grating of FIG. 8 has constructive interference for a specific wavelength λ0 between point PN and PN + 1 with respect to point A, and is expressed by Equation 5 below.

Figure 112006009233579-pat00006
Figure 112006009233579-pat00006

여기서, neff는 도파로내 유효 굴절율(effective refractive index)이고, m은 정수이다. 상기 수학식 5는 RN+1과 RN의 관계를 나타내며 다음의 수학식 6으로 표현할 수 있다.Where neff is the effective refractive index in the waveguide and m is an integer. Equation 5 represents a relationship between RN + 1 and RN and may be expressed by Equation 6 below.

Figure 112006009233579-pat00007
Figure 112006009233579-pat00007

한편, 점 A, PN, B를 잇는 삼각형에 대해, 코사인 2법칙에 의거 다음의 수학식 7의 첫 번째 라인으로 표현된다.On the other hand, for the triangle connecting the points A, PN, B, is expressed by the first line of the following equation (7) based on the cosine two law.

Figure 112006009233579-pat00008
Figure 112006009233579-pat00008

상기 수학식 7는 SN과 (RN, θN)관계를 나타내며, 두 번째 라인에서 루트안의 두 번째 항은 매우 작은 값이므로 무시가능하고, 루트를 테일러 확장(Taylor expansion)후 Binominal 근사를 사용하게 되면 세 번째 라인과 같이 표현할 수도 있다.Equation (7) represents the relationship between SN and (RN, θN), and since the second term in the root of the second line is a very small value, it is negligible, and if the root is used for Binominal approximation after Taylor expansion, It can also be expressed as the first line.

비슷하게 점 B에 관해서는, 수학식 5와 같은 방법으로 파장 λ0+△λ(△λ : 파장 변화량)에 대해, 다음의 수학식 8의 첫 번째 라인과 같이 보강간섭 조건 성립 한다.Similarly, with respect to point B, constructive interference conditions are established with respect to wavelength λ0 + Δλ (Δλ: wavelength change) in the same manner as in Equation 5 as in the first line of Equation 8 below.

Figure 112006009233579-pat00009
Figure 112006009233579-pat00009

수학식 8는 SN+1과 SN의 관계 또는 수학식 7의 결과를 고려하면, SN+1과 (RN, θN) 관계를 나타내며, 상기 수학식 8의 첫 번째 라인은 수학식 7의 결과를 대입하면, 두 번째 라인과 같이 근사 시킬 수 있다.Equation 8 represents a relationship between SN + 1 and SN or (RN, θN) in consideration of the result of Equation 7, and the first line of Equation 8 substitutes the result of Equation 7 Then we can approximate it like the second line.

수학식 7에서와 비슷하게 점 A, PN+1, B에 대해 대해서도 적용하게 되면 다음의 수학식 9과 같이 나타난다. Similarly to Equation 7, if applied to the points A, PN + 1, B also appears as in the following equation (9).

Figure 112006009233579-pat00010
Figure 112006009233579-pat00010

상기 수학식 9은 SN+1과 (RN+1, θN+1)관계를 나타내며, 앞의 수학식 6의 결과를 고려하면 SN+1과 (RN, θN+1) 관계를 나타낸다. 상술한 수학식 9은 수학식 7와 같은 근사법을 사용하여, 세 번째 라인으로 표현할 수 있고, 수학식 6의 결과에 의거 네 번째 라인으로 표현할 수 있다.Equation 9 represents the relationship between SN + 1 and (RN + 1, θN + 1), and considering the result of Equation 6 above, it represents a relationship between SN + 1 and (RN, θN + 1). Equation (9) described above may be represented by a third line using an approximation method as in Equation (7), and may be represented by a fourth line based on the result of Equation 6.

종합하면, 상술한 구조적 관계들에 의거해서 구조변수 (RN, RN+1, SN, SN+1, θN, θN+1)에 대해 4개의 수학식들 (수학식 6, 7, 8, 9)들이 나타나며, neff는 도파로가 결정되면 정해지는 값이고, d, R0, θ0(= 0, m, λ0, △λ) 들은 설계변수 (이미 알고 있는 값)이다. In sum, four equations for the structural variables RN, RN + 1, SN, SN + 1, θN, θN + 1 based on the above-described structural relationships (Equations 6, 7, 8, 9) Neff is the value determined when the waveguide is determined, and d, R0, θ0 (= 0, m, λ0, Δλ) are design variables (already known).

상술한 관계들에 의해 회절격자 순서(N)를 0부터 증가시키게 되면, RN, θN는 이미 알고 있고, RN+1, SN, SN+1,θN+1는 상술한 4개의 수학식들 (6, 7, 8, 9)로 부터 각각 얻을 수 있게 된다.When the diffraction grating order N is increased from 0 by the above-described relations, RN and θN are already known, and RN + 1, SN, SN + 1 and θN + 1 are the four equations (6). , 7, 8, and 9).

한편, 수학식 8의 두 번째 라인과 수학식 9의 네 번째 라인과의 관계에 의해 다음의 수학식 10의 첫 번째 라인으로 표현될 수 있다. Meanwhile, the first line of Equation 10 may be represented by the relationship between the second line of Equation 8 and the fourth line of Equation 9.

Figure 112006009233579-pat00011
Figure 112006009233579-pat00011

여기서, θN, θN+1은 비교적 작은 각 (최대 15도)이므로 사인함수에서 선형근사를 하면 두 번째 라인으로 표현할 수 있고, g는 회절격자 주기 (설계변수임, PN과 PN+1간 거리)를 나타난다. 상술한 수학식 10의 두 번째 라인의 식으로부터 파장가변량 △λ과 설계변수간의 관계가 다음의 수학식 11로 표현될 수 있다. Since θN and θN + 1 are relatively small angles (up to 15 degrees), a linear approximation from a sine function can be expressed as the second line, and g is the diffraction grating period (design variable, the distance between PN and PN + 1). Appears. The relationship between the wavelength variable Δλ and the design variable can be expressed by the following Equation 11 from the equation of the second line of Equation 10 described above.

Figure 112006009233579-pat00012
Figure 112006009233579-pat00012

수학식 11으로 부터 d 의 증가에 따라 파장 가변량이 구조변수에 따라 선형적으로 증가함을 쉽게 알 수 있다. From Equation 11, it can be easily seen that the wavelength variable increases linearly with the structural variable as the d increases.

수학식 6 ~ 9를 포함해서 상술한 수학식 10, 11은 설명을 용이하게 하기 위해 유도 했을 뿐 실제 설계 시는 근사식을 사용하지 않기 때문에 수식이 다소 복잡할 수 있다. Equations 10 and 11 described above, including Equations 6 to 9, are derived to facilitate explanation, but the equations may be somewhat complicated because the approximation is not used in actual design.

또한, 일정한 설계변수에 대해 실제 d 와 파장 가변량 △λ의 관계는 선형적이 아니므로, d와 파장 가변량 과의 관계가 선형적이 되도록 g (회절격자 주기)를 인위적으로 변경시킬 수 있다. In addition, since the relationship between the actual d and the wavelength variable amount? Λ is not linear for a certain design variable, g (diffraction grating period) can be artificially changed so that the relationship between d and the wavelength variable amount is linear.

도 9는 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자가 실리콘 또는 폴리머로 제작되고 광증폭기와 빔 조종기의 단일 집적된 물질,인듐인과 하이브리드 집적된 구조의 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.9 is a wavelength variable of a structure in which a diffraction grating is made of silicon or polymer so that the trajectory of the variable wavelength beam according to the present invention of FIG. It is a figure which shows the structure of a light source element.

인듐인 물질의 회절격자 구현에 있어 식각(etching) 특성이 다소 불균일하며, 회절격자 패턴이 정밀하지 못해 높은 손실이 문제가 되고 있다.Etching characteristics are somewhat uneven in the implementation of diffraction gratings of indium materials, and high loss is a problem due to inaccurate diffraction grating patterns.

따라서 회절 격자를 균일한 식각 특성과 정밀한 패턴이 가능한 물질인 실리콘, 폴리머 등으로 제작하고 오목 회절 격자를 인듐인 물질과 하이브리드 집적을 할 수 있다.Therefore, the diffraction grating may be made of silicon, polymer, and the like, which are capable of uniform etching characteristics and precise patterns, and the concave diffraction grating may be hybridly integrated with an indium material.

도 3 이나 도 5에서 제안된 구조는 경계면이 로랜드 원으로 되어 있어 사실상 하이브리드 집적을 하기 어렵게 된다. The structure proposed in FIG. 3 or FIG. 5 has a low-land interface, which makes it difficult to perform hybrid integration.

그러나 본 발명에 따른 파장 가변 소자는 오목 회절 격자에서 회절된 빔의 궤적이 직선이므로 하이브리드 집적이 가능하다. However, in the wavelength variable element according to the present invention, since the trajectory of the beam diffracted in the concave diffraction grating is linear, hybrid integration is possible.

또한, 인듐인 물질은 광출력 방향에 수직되도록 압력을 가할 경우 그 선을 따라 깨끗이 절단(scribing)되며, 반사율은 약 30% 정도를 가진다. In addition, the indium material is cleanly cut along the line when pressure is applied perpendicular to the light output direction, and the reflectance is about 30%.

따라서, 인듐인 물질의 단면에 무반사막 코팅 (930)(Anti-reflection coating)이 필요하며, 경우에 따라 회절격자에도 무반사막 코팅이 필요하고, 원활한 광 결합 특성을 위해 임피던스 매칭 오일(impedance matching oil)등도 추가할 수 있다. Therefore, an anti-reflection coating (930) is required on the cross-section of the indium material, and in some cases, the anti-reflection coating is required on the diffraction grating, and an impedance matching oil is required for smooth optical coupling characteristics. ) Can also be added.

도 10은 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating a structure of a deflector integrated wavelength variable light source device including a diffraction grating such that the trajectory of the variable wavelength beam according to the present invention is a straight line.

본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 파장 가변 광원 소자는 도 3에서와 같이 편향기(1020)가 집적 형태로도 적용할 수 있다. In the variable wavelength light source device including a diffraction grating such that the trajectory of the variable wavelength beam according to the present invention is a straight line, the deflector 1020 may be applied in an integrated form as shown in FIG. 3.

일반적으로 로렌드 원 구조의 회절격자는 수차 (Aberration)을 가지고 있으므로, 회절격자 주기를 조정해서 수차를 제거하는 방법을 쓰고 있다.In general, the diffraction grating of the Laurent circle structure has an aberration, and thus a method of removing the aberration by adjusting the period of the diffraction grating is used.

회절 격자 주기를 조정해서 수차를 제거하는 방법은 설계시 회절 격자 구조를 복잡하게 하는 문제가 있다. 또한 5차 이상의 고차에 대해서는 수차를 제거할 수 없으며, 원형 패턴 설계 및 제작이 쉽지 않다. The method of eliminating aberrations by adjusting the diffraction grating period has a problem of complicating the diffraction grating structure in the design. In addition, aberration can not be removed for higher order 5th order, and circular pattern design and manufacturing is not easy.

그러나 본 발명에 따른 직선 궤적을 갖는 회절격자 구조를 채택한다면, 설계 시 회절격자 주기를 조정할 수 있을 뿐만 아니라 수차를 완전히 제거할 수 있고, 직선 패턴으로 패턴 설계 및 제작이 상대적으로 쉽게 되는 장점을 가지고 있다. However, if the diffraction grating structure having a linear trajectory according to the present invention is adopted, the diffraction grating period can not only be adjusted during design, but also aberration can be completely eliminated, and the design and fabrication of the pattern in a straight pattern is relatively easy. have.

도 11은 본 발명에 따른 리트먼 조건을 만족시키고 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 빔 조종기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating a structure of a beam adjuster integrated wavelength variable light source device including a diffraction grating for satisfying the Rietman condition and allowing the path of the variable wavelength beam to be straight.

도 11의 파장 가변 광원 소자(파장 가변 레이저, 1100)는 수학식 12의 리트먼(Littman) 조건을 만족시키는 구조이며, 빔 조종기의 전류주입에 따른 빔의 위치이동으로 인해 회절격자에 입사되는 각이 변하므로 파장가변이 된다. The variable wavelength light source device (wavelength variable laser) 1100 of FIG. 11 has a structure satisfying the Littman condition of Equation 12, and is an angle incident on the diffraction grating due to the position shift of the beam according to the current injection of the beam controller. Since this changes, the wavelength is variable.

Figure 112006009233579-pat00013
Figure 112006009233579-pat00013

여기서, m은 회절 차수, λ는 파장, n1은 도파층의 굴절률, d는 회절 격자의 주기이고, α는 입사각, β는 회절각이고, 상기 입사각(α)은 오목 회절 격자 원의 중심에서 상기 폴(P)까지의 기준선(1160)과 입사하는 빔(1180)의 경로간의 각도이고, 회절각(β)은 기준선(1160)과 상기 제2 광증폭기(1140) 또는 광도파로(1140)로 반사되는 빔(1190)간의 각도이다.Where m is the diffraction order, λ is the wavelength, n1 is the refractive index of the waveguide layer, d is the period of the diffraction grating, α is the angle of incidence, β is the diffraction angle, and the angle of incidence α is the The angle between the reference line 1160 to the pole P and the path of the incident beam 1180, and the diffraction angle β is reflected by the reference line 1160 and the second optical amplifier 1140 or the optical waveguide 1140. Angle between beams 1190.

도 11의 구조에서도 파장 가변 빔들이 직선궤적(1150)을 따라 모이도록 설계된 회절격자가 적용된다.In the structure of FIG. 11, a diffraction grating designed to collect variable wavelength beams along a linear trajectory 1150 is applied.

도 11에서, 고정된 회절각(β)에 대해 빔 조종기의 전류 주입에 따른 빔의 경로 이동으로 인해 입사각(α)이 변하게 되어 파장이 가변된다. In FIG. 11, the wavelength of the incident angle α is changed due to the path movement of the beam due to the current injection of the beam manipulator with respect to the fixed diffraction angle β.

제1 광증폭기(SOA1)에서 출사되는 빔(1180)이 빔 조종기(1120)를 거쳐 오목 회절 격자(1130)에 입사되며, 입사된 빔(1180)은 오목 회절 격자(1130)의 회절 특성에 따라 특정 파장에 해당되는 빔(1190)만 β의 각으로 추가적인 제2 광증폭기(SOA2, 1140)나 광도파로(1140)로 궤환되어 출력(Pout2, 1170)된다. The beam 1180 emitted from the first optical amplifier SOA1 is incident on the concave diffraction grating 1130 via the beam controller 1120, and the incident beam 1180 is in accordance with the diffraction characteristics of the concave diffraction grating 1130. Only the beam 1190 corresponding to the specific wavelength is fed back to the additional second optical amplifiers SOA2 and 1140 or the optical waveguide 1140 at the angle of β and output (Pout2 and 1170).

도 11의 구조에서 제1 광증폭기(SOA1, 1110)의 좌측 단면과 제2 광증폭기(SOA2)의 좌측 단면이 각각 반사면을 가지므로 공진기(resonator)로 형성이 되어 레이저 다이오드로 동작하게 된다. In the structure of FIG. 11, since the left end surface of the first optical amplifiers SOA1 and 1110 and the left end surface of the second optical amplifier SOA2 each have a reflective surface, they are formed as a resonator to operate as a laser diode.

오목 회절 격자(1130)에서 β의 회절각으로 회절된 빔(1190)을 도파시키거나 증폭시키기 위한 광도파로(1140) 또는 제2 광증폭기(SOA2, 1140)가 추가적으로 필요한 반면, 파장 가변 특성이 도 7의 구조에 비해 좀 더 안정적인 동작이 가능하며 설계에 있어 선택의 폭을 넓힐 수 있다. 도 7의 구조에서는 광출력 단자가 하나인 반면에, 도 11에서는 제1 광증폭기(1110)와 광도파로(1140) 또는 제2 광증폭기(1140) 단면에서 광출력을 얻을 수 있으므로 광출력 단자가 두 개 이상이 된다. While the optical waveguide 1140 or the second optical amplifiers SOA2 and 1140 are additionally needed for guiding or amplifying the diffracted beam 1190 at the diffraction angle of β in the concave diffraction grating 1130, the wavelength tunable characteristic is also shown. More stable operation is possible compared to the structure of 7, and there is more choice in the design. In the structure of FIG. 7, there is only one optical output terminal, whereas in FIG. 11, since the optical output can be obtained in the cross section of the first optical amplifier 1110 and the optical waveguide 1140 or the second optical amplifier 1140, There will be more than one.

추가적인 광증폭기들(1140)에서는 채널 수만큼의 다른 파장의 빔을 공진시켜 방출하게 된다. 광도파로나 광증폭기(1140)에 따른 각 채널의 파장들은 빔 조종기(1120)의 전류주입으로 파장 가변된다. The additional optical amplifiers 1140 resonate and emit beams of different wavelengths as many as the number of channels. The wavelengths of the respective channels according to the optical waveguide or the optical amplifier 1140 are changed in wavelength by the current injection of the beam controller 1120.

광도파로나 광증폭기(1140)에 따른 각 채널간의 파장 간격을 일정하게 지정할 경우 전체적인 파장 가변량은 빔 조종기(1120)의 전류주입에 따른 한 채널의 파장 가변량과 채널수의 곱이 되므로, 채널수만큼 파장 가변량을 증가시킬 수 있다.When the wavelength interval between the channels according to the optical waveguide or the optical amplifier 1140 is fixed, the overall wavelength variable amount is the product of the wavelength variable amount of one channel according to the current injection of the beam controller 1120 and the number of channels. The wavelength can be increased by as much as possible.

도파로(1140) 또는 제2 광증폭기(1140) 단면에서는 각 채널의 파장 영역(빔 조종기에 의한 파장 가변량)만큼 광출력 (Pout2, Poutn(1170))을 얻을 수 있고, 제1 광증폭기(1110)에서는 모든 채널의 파장을 얻을 수 있다.  In the cross section of the waveguide 1140 or the second optical amplifier 1140, the optical outputs Pout2 and Poutn 1170 can be obtained by the wavelength region (the variable amount of wavelength by the beam controller) of each channel, and the first optical amplifier 1110 ), You can get the wavelength of all channels.

도 12는 도 11의 본 발명에 따른 회절격자가 실리콘 또는 폴리머로 제작되고 광증폭기와 빔 조종기의 단일 집적된 물질,인듐인과 하이브리드 집적된 구조의 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 12 is a view illustrating a structure of a wavelength tunable light source device having a diffraction grating made of silicon or polymer according to the present invention of FIG. 11 and having a single integrated material of an optical amplifier and a beam manipulator, an indium phosphorus and a hybrid integrated structure.

인듐인 물질의 회절격자 구현에 있어 식각(etching) 특성이 다소 불균일하며, 회절격자 패턴이 정밀하지 못해 높은 손실이 문제가 되고 있다. Etching characteristics are somewhat uneven in the implementation of diffraction gratings of indium materials, and high loss is a problem due to inaccurate diffraction grating patterns.

따라서 회절 격자를 균일한 식각 특성과 정밀한 패턴이 가능한 물질인 실리콘, 폴리머 등으로 제작하고 오목 회절 격자를 인듐인 물질과 하이브리드 집적을 할 수 있다.Therefore, the diffraction grating may be made of silicon, polymer, and the like, which are capable of uniform etching characteristics and precise patterns, and the concave diffraction grating may be hybridly integrated with an indium material.

또한, 인듐인 물질은 광출력 방향에 수직되도록 압력을 가할 경우 그 선을 따라 깨끗이 절단(scribing)되며, 반사율은 약 30% 정도를 가진다. In addition, the indium material is cleanly cut along the line when pressure is applied perpendicular to the light output direction, and the reflectance is about 30%.

따라서, 인듐인 물질의 단면에 무반사막 코팅 (1230)(Anti-reflection coating)이 필요하며, 경우에 따라 회절격자에도 무반사막 코팅이 필요하고, 원활한 광 결합 특성을 위해 임피던스 매칭 오일(impedance matching oil)등도 추가할 수 있다. Therefore, anti-reflection coating 1230 (Anti-reflection coating) is required on the cross-section of the indium material, and in some cases, the anti-reflection coating is also required on the diffraction grating, and impedance matching oil for smooth optical coupling characteristics. ) Can also be added.

도 13은 본 발명에 따른 리트먼 조건을 만족시키고 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절 격자를 포함한 편향기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.FIG. 13 illustrates a structure of a deflector integrated wavelength variable light source device including a diffraction grating which satisfies the Ritman condition according to the present invention and makes the trajectory of the variable wavelength beam linear.

본 발명은 도 11의 발명인 회절 격자가 리트먼 조건을 만족시키고 빔 조종기 집적 파장 가변 광원 소자와 동작 원리가 동일하나, 빔의 편향을 시키는 부분이 빔 조종기가 아닌 편향기(1320)에 의하여 구현됨에 차이가 있다.In the present invention, the diffraction grating of the invention of FIG. 11 satisfies the Ritman condition and has the same operation principle as the beam manipulator integrated tunable light source element, but the deflecting part of the beam is implemented by the deflector 1320 rather than the beam manipulator. There is a difference.

도 14는 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 동작 원리를 보여주는 흐름도이다.FIG. 14 is a flowchart illustrating an operating principle of the tunable light source device of FIG. 7.

광 증폭기에서 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 출력한다(S1400).The optical amplifier outputs an optical signal having a predetermined wavelength band (S1400).

빔 조종기의 편향부에서 인가된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 출력 경로를 편향시킨다(S1410).The output path of the optical signal having the wavelength band is deflected according to the amount of current applied from the deflector of the beam controller (S1410).

소정의 격자 주기를 가진 오목 회절격자는 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 편향부에 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 한다(S1420).The concave diffraction grating having a predetermined lattice period reflects and diffracts the optical signal having the wavelength band such that constructive interference of a predetermined single wavelength of the wavelength band is generated in the deflection portion (S1420).

편향부에 보강간섭된 소정의 단일 파장 광신호를 광증폭기로 궤환시킨다(S1430).The predetermined single wavelength optical signal that is constructively interfered with the deflection portion is fed back to the optical amplifier (S1430).

상기 광증폭기로 궤환된 단일 파장 광신호를 증폭하여 출력한다(S1440). 단일 파장 광신호의 증폭은 증폭되는 광신호의 이득이 광증폭기내의 광손실과 동일할때 발진(lasing)이 일어난다.The single wavelength optical signal fed back to the optical amplifier is amplified and output (S1440). Amplification of a single wavelength optical signal occurs when the gain of the optical signal to be amplified is equal to the optical loss in the optical amplifier.

도 15는 도11의 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 동작 원리를 보여주는 흐름도이다.FIG. 15 is a flowchart illustrating an operating principle of the tunable light source device of FIG. 11.

제 1광 증폭기에서 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 출력한다(S1500).The first optical amplifier outputs an optical signal having a predetermined wavelength band in operation S1500.

빔 조종기의 편향부에서 인가된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신 호의 출력 경로를 편향시킨다(S1510).The output path of the optical signal having the wavelength band is deflected according to the amount of current applied from the deflector of the beam controller (S1510).

소정의 격자 주기를 가진 오목 회절격자는 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 파장별로 직선 구조의 도파로 일단의 각각 다른 위치에 보강간섭이 생기도록 한다(S1520).The concave diffraction grating having a predetermined lattice period reflects and diffracts the optical signal having the wavelength band so that constructive interference occurs at one end of each of the waveguides having a linear structure for each wavelength (S1520).

복수개의 제2광증폭기에서 상기 파장에 따라 분리된 단일 파장 광신호 중 적어도 하나의 단일 파장 광신호를 오목 회절 격자로 재입사 시킨다(S1530).At least one single wavelength optical signal of the single wavelength optical signals separated according to the wavelengths of the plurality of second optical amplifiers is reincident to the concave diffraction grating (S1530).

오목 회절 격자에서 상기 적어도 하나의 단일 파장 광신호를 제 1 광증폭기로 궤환시켜 증폭하여 출력한다.(S1540).In the concave diffraction grating, the at least one single wavelength optical signal is fed back to the first optical amplifier, amplified and output (S1540).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정 되는 것은 아니며, 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and may be appropriately changed within the scope of the claims.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자는 광증폭기, 빔 조종기, 오목 회절 격자가 집적되어, 오목 회절 격자에서 회절된 빔은 직선궤적으로 모여 빔 조종기의 두 전극이 대칭적으로 되어 빔의 왜곡을 제거하며, 동시에 빔의 위치를 직선상에 명확하게 만들어, 회절격자로 퍼지는 빔과 회절격자에서 단면으로 궤환되는 빔간의 광 결합특성이 우수하여 높은 광출력을 가지게 된다.As described above, in the variable wavelength light source device according to the present invention, an optical amplifier, a beam manipulator, and a concave diffraction grating are integrated, and the beams diffracted in the concave diffraction grating are gathered in a linear trajectory so that the two electrodes of the beam manipulator are symmetrical. At the same time, the position of the beam is cleared on a straight line, and the optical coupling property between the beam spread by the diffraction grating and the beam fed back to the cross section of the diffraction grating has excellent light output.

또한, 인듐인 물질로 제작된 회절격자 외에도 안정적으로 제작될 수 있는 물질(실리콘, 폴리머등)로 구현된 회절격자를 쉽게 하이브리드 집적을 할 수 있어 두 물질 간 광 결합 손실을 최소화 하고, 소자의 신뢰성을 높일 수 있게 된다. In addition, in addition to the diffraction grating made of an indium material, the diffraction grating made of a material that can be manufactured stably (silicon, polymer, etc.) can be easily hybridized, thereby minimizing optical coupling loss between the two materials, and the reliability of the device. To increase.

Claims (15)

소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 광 증폭기;An optical amplifier for transmitting an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction and amplifying the optical signal having a predetermined single wavelength among the wavelength bands and outputting the optical signal in another direction; 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 출력 경로를 이동시키는 빔 조종기; 및A beam controller for moving an output path of the optical signal having the wavelength band; And 일단은 상기 빔 조종기와 연결되어 상기 파장 대역을 갖는 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 일단에 상기 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 하는 오목 회절 격자로 형성된 도파로;를 포함하여 상기 보강 간섭된 단일 파장이 직선 궤적을 가지며 상기 빔 조종기를 거쳐 상기 광 증폭기로 궤환 되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.One end is formed in a straight line structure connected to the beam manipulator so that the optical signal having the wavelength band is spread and transmitted in a planar manner, and the other end reflects and diffracts the optical signal having the wavelength band, thereby constructing interference of the single wavelength at one end. And a waveguide formed of a concave diffraction grating to produce the concave diffraction grating. The single wavelength having the constructive interference has a linear locus and is fed back to the optical amplifier via the beam manipulator. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 빔 조종기는 하부 클래딩층,코어 및 상부 클래딩층으로 구성된 도파로 구조를 가지며 상기 상부 클래딩층에 일정 간격을 두고 배치된 두개의 전극판에 인가된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자. The beam manipulator has a waveguide structure composed of a lower cladding layer, a core, and an upper cladding layer, and has a deflection degree of an optical signal having the wavelength band according to the amount of current applied to two electrode plates arranged at regular intervals on the upper cladding layer. A variable wavelength light source device, characterized in that different. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 증폭기, 상기 빔 조종기 및 상기 도파로는 하나의 기판에 단일 집적 되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.And the optical amplifier, the beam manipulator, and the waveguide are integrated on a single substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광 증폭기와 상기 빔 조종기는 인듐인 계열의 제 1 기판에 집적되고, 상기 도파로는 실리콘계열 및 폴리머 계열 중 어느 하나 물질의 제 2 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.And the optical amplifier and the beam manipulator are integrated on a first substrate of indium, and the waveguide is integrated on a second substrate of any one of a silicon series and a polymer series. 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 광 증폭기;An optical amplifier for transmitting an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction and amplifying the optical signal having a predetermined single wavelength among the wavelength bands and outputting the optical signal in another direction; 일단은 상기 광 증폭기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 일단에 상기 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 및One end is formed in a straight line structure connected to the optical amplifier so that the wavelength band optical signal is spread and transmitted in a planar manner, and the other end reflects and diffracts an optical signal having the wavelength band to generate constructive interference of the single wavelength at the one end. A waveguide formed by a concave diffraction grating; And 상기 도파로의 상부 클래딩층에 위치하고 입사된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 편향기;를 포함하여 상기 보강 간섭된 단일 파장이 직선 궤적을 가지며 상기 편향기를 거쳐 상기 광 증폭기로 궤환되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.A deflector positioned in an upper cladding layer of the waveguide and varying a degree of deflection of an optical signal having the wavelength band according to an amount of incident current, including the reinforcement-interrupted single wavelength having a linear trajectory and passing through the deflector; The variable wavelength light source device characterized in that the feedback. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 광 증폭기와 상기 도파로의 중간단에 위치하고 상기 오목 회절 격자로 부터 상기 광 증폭기로 되돌아오는 단일 파장의 광신호와 상기 광 증폭기로부터 출력되는 광신호의 위상을 정합하는 위상 조종기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.And a phase controller positioned at an intermediate end of the optical amplifier and the waveguide to match a phase of an optical signal of a single wavelength returned from the concave diffraction grating to the optical amplifier and an optical signal output from the optical amplifier. A variable wavelength light source element. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 광 증폭기 및 상기 도파로는 하나의 기판에 단일 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.And the optical amplifier and the waveguide are integrated in a single substrate. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 광 증폭기는 인듐인 계열의 제 1 기판에 집적되고, 상기 도파로는 실리콘계열 및 폴리머 계열 중 어느 하나 물질의 제 2 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.The optical amplifier is integrated in the first substrate of the indium series, the waveguide is a variable wavelength light source device, characterized in that integrated on the second substrate of any one of the silicon series and polymer series. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,The method according to claim 1 or 5, 상기 오목 회절 격자는 리트로 회절 격자 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.And the concave diffraction grating satisfies the retro diffraction grating condition. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,The method according to claim 1 or 5, 상기 오목 회절 격자는 리트먼 회절 격자 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.And the concave diffraction grating satisfies the Ritman diffraction grating condition. 제 1항 또는 제 5 항에 있어서,The method according to claim 1 or 5, 상기 오목 회절 격자는 리트먼 회절 격자 조건을 만족하고, 상기 오목 회절 격자로부터 반사 및 회절되어 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 파장별로 상기 도파로 일단의 각각 다른 위치에 보강 간섭이 생긴 복수개의 단일 파장 광신호를 출력하는 복수개의 단일 모드 도파로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.The concave diffraction grating satisfies the Ritman diffraction grating condition, and is reflected and diffracted from the concave diffraction grating, and a plurality of single wavelength lights having constructive interference at different positions of one end of the waveguide for each wavelength of the optical signal having the wavelength band. And a plurality of single mode waveguides for outputting signals. 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 제1 및 제2 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 제 1 광 증폭기;A first optical amplifier which transmits an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction and amplifies the optical signals of the first and second single wavelengths among the wavelength bands and outputs them in the other direction; 상기 파장 대역 광신호의 출력 경로를 이동시키는 빔 조종기; A beam controller for moving the output path of the wavelength band optical signal; 일단은 상기 빔 조종기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 제1단일 파장 광신호는 상기 일단의 제1부분에 보강간섭이 생기도록 하고 상기 제2단일 파장 광신호는 상기 일단의 제2부분에 보강간섭이 생기도록 하는 리트만 조건을 만족하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 및One end is formed in a straight line structure connected to the beam manipulator so that the wavelength band optical signal is spread and transmitted in a planar manner, and the other end reflects and diffracts an optical signal having the wavelength band so that the first single wavelength optical signal is connected to the beam manipulator. A waveguide formed by a concave diffraction grating that satisfies the Litman condition for generating constructive interference in a first portion and causing the constructive interference in a second portion of the one end; And 상기 제2단일 파장 광신호를 상기 도파로의 오목 회절 격자로 재입사 시켜 상기 제 1 광 증폭기로 궤환하게 하는 제 2 광 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.And a second optical amplifier for re-injecting the second single wavelength optical signal into the concave diffraction grating of the waveguide so as to be fed back to the first optical amplifier. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 제 1 광 증폭기, 상기 제 2 광 증폭기 및 상기 빔 조종기는 인듐인 계열의 제 1 기판에 집적되고, 상기 도파로는 실리콘 계열 및 폴리머 계열중 어느 하나 물질의 제 2 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.The first optical amplifier, the second optical amplifier, and the beam controller are integrated on a first substrate of an indium series, and the waveguide is integrated on a second substrate of any one of a silicon series and a polymer series. Tunable light source device. 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 제1 및 제2 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 제 1 광 증폭기;A first optical amplifier which transmits an optical signal having a predetermined wavelength band in one direction and amplifies the optical signals of the first and second single wavelengths among the wavelength bands and outputs them in the other direction; 일단은 상기 제 1 광 증폭기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 제1 단일 파장 광신호는 상기 일단의 제1부분에 보강간섭이 생기도록 하고 상기 제2단일 파장 광신호는 상기 일단의 제2부분에 보강간섭이 생기도록 하는 리트만 조건을 만족하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; One end is connected to the first optical amplifier and is formed in a straight line structure so that the wavelength band optical signal is spread and transmitted in a planar manner, and the other end reflects and diffracts an optical signal having the wavelength band so that the first single wavelength optical signal is A waveguide formed by a concave diffraction grating which satisfies the Litman condition for generating constructive interference in a first portion of the first end and the constructive interference in the second single wavelength optical signal; 상기 도파로의 상부 클래딩층에 위치하고 입사된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 편향기;및A deflector positioned in an upper cladding layer of the waveguide and varying a degree of deflection of an optical signal having the wavelength band according to an amount of incident current; and 상기 제2 단일 파장 광신호를 상기 도파로의 오목 회절 격자로 재입사 시켜 상기 제 1 광 증폭기로 궤환하게 하는 제 2 광 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.And a second optical amplifier for re-injecting the second single wavelength optical signal into the concave diffraction grating of the waveguide so as to be fed back to the first optical amplifier. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 제 1 광 증폭기 및 상기 제 2 광 증폭기는 인듐인 계열의 제 1 기판에 집적되고, 상기 도파로는 실리콘 계열 및 폴리머 계열 중 어느 하나 물질의 제 2 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.Wherein the first optical amplifier and the second optical amplifier are integrated on a first substrate of indium series, and the waveguide is integrated on a second substrate of any one of a silicon series and a polymer series. .
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