KR100818635B1 - 자기 발진 레이저 다이오드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 자기 발진 레이저 다이오드는, 리플렉터(reflector) 역할을 하는 DFB(distributed feedback) 영역과; 상기 DFB 영역에 연결되고 끝단에 절단면(as-cleaved facet)이 형성된 이득영역(gain sector)과; 상기 DFB 영역과 이득 영역 사이에 위치하는 위상조절 영역과; 상기 DFB 영역 및 이득 영역 중 적어도 한 영역에 외부 RF 신호가 주입되도록 하는 외부 RF 입력부가 포함됨을 특징으로 한다.

포화흡수체, 펄스레이저

Description

자기 발진 레이저 다이오드{SELF PULSATING LASER DIODE}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 자기 발진 레이저 다이오드에 대한 개략적인 단면도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 10GHz 대의 광 펄스 발생을 위한 레이저 다이오드에 대한 개략적인 단면도.

도 3은 도 2의 레이저 다이오드의 DFB 영역의 전류 및 이득영역에 걸어주는 전류의 양에 따라 발생한 광 펄스의 주파수 지도.

도 4a 및 4b는 본 발명의 레이저 다이오드가 넓은 영역에서 펄스발생이 가능한 이유를 설명하는 그래프.

도 5는 구동전류에 따른 주파수 변화와 소광비의 변화를 보여주는 그래프.

도 6a은 본 발명의 제2 실시예에 따른 40GHz 이상의 광 펄스 발생을 위한 레이저 다이오드의 개략적인 단면도.

도 6b 내지 6d는 도 6a의 레이저 다이오드의 광 펄스에 대한 데이터를 측정한 그래프들.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 자기 발진 레이저에서의 10 Gb/s 의 데이터 신호에 의한 동기화 과정을 측정하기 위한 실험 장치도.

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도 8은 본 발명의 실시예에 의한 자기 발진 레이저 다이오드로 입력되는 외부 10GHz RF 신호에 의하여 40GHz 광초단 펄스 발생에 관한 고차주파수 발생을 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : DFB 영역 200 : 위상조절 영역

300 : 이득 영역 400 : 도파로

500 : 외부 RF 입력부

본 발명은 레이저 다이오드에 관한 것으로, 특히 포화흡수체와 같은 비선형 영역이 없는 레이저 다이오드에서의 모드 잠김(mode locking) 현상을 외부 RF 주입에 의한 능동 모드 잠김(active mode-locking)을 활용하여 안정적인 초단 펄스을 원할히 일으키는 자기 발진 레이저 다이오드에 관한 것이다.

광 펄스는 광통신에서 3R(re-amplifying, re-shaping, re-timing) 재생기의 클락 재생, 광통신에서의 광원, 광 샘플링용 광원, RF 통신에서의 운반자 등 여러 방면에 그 활용되고 있다. 특히, 반도체 레이저 다이오드를 이용하여 광 펄스를 만 드는 경우, 소자의 크기 및 경제성 등에서 많은 장점을 가진다. 이러한 연유로 펄스 레이저 다이오드에 대해 많은 연구가 진행되어오고 있다.

레이저 다이오드가 펄스를 방출하는 물리적인 원인은 큐 스위칭(Q-switching), 이득 스위칭(gain switching), 모드 비팅(mode beating) 또는 모드 잠김(mode locking)이다. Q-switching(또는 gain switching)의 경우는 RF 신호를 이용하기 때문에 전자소자의 속도와 레이저 다이오드의 반응 속도에 따른 제한을 받는다. 한편, 모드 비팅의 경우는 일반적으로 다영역의 DFB(distributed feedback) 영역을 가진 레이저 다이오드로 실현한다. 그러나 이러한 DFB 영역의 형성에는 아주 정밀한 공정이 요구된다.

모드 잠김의 경우는 크게 능동 모드 잠김(active mode locking)과 수동 모드 잠김(passive mode locking)으로 구분되는데, 능동 모드 잠김은 외부의 RF신호로 위상 잠김(phase locking : 모드 간 위상차를 고정시키는 것을 말함)을 시키고, 수동 모드 잠김은 포화 흡수체와 같은 비선형 영역을 넣어 위상 잠김을 시키게 된다.

그러나, 상기 능동 모드 잠김 및 수동 모드 잠김은 가변 주파수 폭이 적어 제작상의 어려움이 있다. 예컨대, 기준 주파수가 40GHz 인 경우에 가변 주파수 폭이 1GHz(2.5%)도 안 된다. 따라서, 소자의 형성 후 전류 인가 등을 통해 기준 주파수로 맞추는데 어려움이 있고, 결국 소자를 정밀하게 제작해야 한다.

한편, DFB 영역, 위상조절 영역, 이득 영역으로 이루어진 레이저 다이오드는 복합 공진 모드(compound cavity mode) 간에 일어나는 모드 비팅을 이용하여 광 펄스를 생성한다.

좀더 자세히 설명하면, DFB 영역에 문턱 전류 이상을 인가하면, DFB 영역이 단일 모드 레이저로서 작용하여 위상조절 영역 및 이득 영역으로 광을 방출한다. 방출된 광은 위상조절영역과 이득영역을 통과하여 절단면(as-cleaved facet, 이득 영역 끝단의 잘린 면) 반사에 의해 다시 DFB 영역으로 돌아오게 된다. 이러한 반사에 의해 전체소자는 단일 모드로 작동하지 않고 두 개의 모드로 발진하게 되며, 이러한 두 모드 간의 비팅으로 광 펄스가 생성된다.

상기 두 모드간의 비팅으로 광 펄스를 발생하는 경우에서 DFB 영역에 문턱전류 이하의 전류를 걸어주어 단순히 DFB 영역을 하나의 리플렉터(reflector)로 사용할 경우 새로운 펄스 발생현상이 나타난다.

이러한 펄스 발생은 DFB 영역이 단순히 리플렉터로 작용하기에 전체 소자의 구도가 절단면 반사 및 DFB 리플렉터로 공진기(resonator)를 구성하는 단일 공진(single cavity) 레이저 다이오드에서 이루어진다.

이러한 구조에서 가능한 펄스 방출의 물리적 원인은 상기 큐 스위칭과 모드 잠김인데, 소자 길이에 따른 주파수 변화를 고려하면, 일정한 수의 공진기 모드가 초단 형성에 기여하는 의사 수동 모드 잠김(quasi passive mode locking)으로 보여진다.

이와 관련하여 DBR(distributed brag reflector) 레이저 다이오드에서도 이러한 수동 모드 잠김 현상이 관측되었다. 보고된 바에 따르면, 정상적인 도파로 구조일 경우 펄스생성이 원활하지 않지만 도파로를 거의 정사각형 형태로 할 경우 수동 모드 잠김에 의해 펄스가 원활하게 발생함을 설명하고 있다.

현재 이와 같은 수동 모드 잠김을 일으키는 원인으로 포 웨이브 믹싱(Four Wave Mixing:FWM)과 같은 비선형적인 모드 간의 상호작용 현상이 주목받고 있다. 앞의 정사각형 단면을 가지는 도파로 구조도 단지 도파로의 광구속 계수를 크게 함으로써 이러한 비선형 효과를 증가시킨 것이다. 여기서 광구속 계수는 도파로가 얼마나 광을 잘 구속하는가를 보이는 계수이다.

그러나 DBR를 이용한 레이저 다이오드의 경우에는 정사각형에 가까운 도파로를 제작하는 데 커다란 문제점이 있다.

본 발명은 포화흡수체가 없이 DFB 리플렉터(reflector)를 활용한 수동 모드 잠김 특성을 나타내고 있는 다영역 DFB 레이저 다이오드에서의 장점인 매우 넓은 주파수 튜닝 특성을 유지하면서, 상기 수동 모드 잠김에 의할 경우 발생되는 불안정적인 펄스 발생 특성을 공진기의 고유 주파수 및 저조파(sub-harmonic) 주파수에 해당되는 외부 RF 주입으로 매우 안정적인 초단 펄스를 발생시키는 자기 발진 레이저 다이오드를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 자기 발진 레이저 다이오드는, 리플렉터(reflector) 역할을 하는 DFB(distributed feedback) 영역과; 상기 DFB 영역에 연결되고 끝단에 절단면(as-cleaved facet)이 형성된 이득영역(gain sector)과; 상기 DFB 영역과 이득 영역 사이에 위치하는 위상조절 영역과; 상기 DFB 영역 및 이득 영역 중 적어도 한 영역에 외부 RF 신호가 주입되도록 하는 외부 RF 입력부가 포함됨을 특징으로 한다.

또한 상기 레이저를 활용할 경우 sub-harmonic 주파수에 해당되는 저조파 외부 RF 주입에 따른 고차 조화주파수에 해당되는 고주파수 반송파를 생성할 수 있어 저가형의 안정적인 초단 펄스레이저 및 데이터 엔코딩이 가능하여 최근 그 활용이 증가 할 것으로 예상되는 RoF(Radio over Fiber)용 송수신용으로 직접 활용이 가능한 구체적인 응용영역을 포함됨을 특징으로 한다.

이 때, 상기 외부 RF 입력부는 임피던스 매칭된 모듈로 구현됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 DFB 영역에 문턱 전류 이하가 인가되며, 상기 DFB 영역이 리플렉터가 되어 이득 영역과 함께 단일 공진기(single cavity)가 됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 위상조절 영역에 인가되는 전류의 양에 의해 상기 레이저 다이오드의 광 펄스 발생 및 주파수가 조절되며, 상기 DFB 영역에 인가되는 전류의 양에 의해 상기 광 펄스의 주파수가 변화되고, 상기 DFB의 반사 스펙트럼 폭과 전체 공진기의 모드 간격의 비에 의해 모드 수 및 펄스 폭이 결정됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 자기 발진 레이저 다이오드를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 자기 발진 레이저 다이오드는 리플렉터로 이용되는 DFB 영역(100), 위상조절 영역(200) 및 이득 영역(300,gain sector)을 포함한다. DFB 영 역(100)의 왼쪽 끝단에는 무반사(anti-reflection) 코팅층(110)이 형성된 무반사 영역(AR)이 있고, 이득 영역 오른쪽 끝단에는 절단면(as-cleaved facet:AC)이 형성되어 있다. 또한, 전체 소자를 거쳐 도파로(400)가 형성되어 있다.

본 실시예에서는 DFB 영역에 문턱 전류 이하의 전류를 인가하여, DFB 영역을 단순히 하나의 리플렉터로 사용한다. 즉, 문턱 전류 이상을 인가하면, 레이저가 위상조절 영역 및 이득 영역으로 발진하나, 문턱 전류 이하를 인가하면, 모드가 발생하지 못하고 이득 영역에서 발진한 모드에 대한 리플렉터 역할만 하게 된다.

여기서 DFB 영역에서의 반사는 DFB 영역 내에 형성된 격자(120) 들을 통한 확률적 반사이다. 따라서, 본 실시예에 의한 레이저 다이오드는 절단면 반사와 DFB 영역의 리플렉터를 이용하여 전체로 공진기(cavity)를 구성한다.

한편, 위상조절 영역은 인가되는 전류의 양을 조절하여 펄스 발생을 원활하게 하고 동시에 주파수 조절을 가능하게 한다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 각 영역에 기존의 고정된 전류 주입과 함께 외부 RF 신호의 주입이 가능하도록 광모듈 제작시 임피던스 매칭된 모듈로서의 외부 RF 입력부(500)를 구성함을 특징으로 한다. 일 예로 50Ω 또는 25Ω의 매칭 회로를 활용하여 상기 모듈을 구현할 수 있다. 즉, 이와 같은 임피던스 매칭된 모듈로서의 외부 RF 입력부(500)을 통해 도 1에 도시된 바와 같이 상기 DFB 영역(100) 및 이득 영역(300)에 각각 외부 RF가 주입된다.

기존의 포화흡수체가 없는 수동 모드 잠김 구조의 경우, 상기 수동 모드 잠김 현상으로 발생되는 초단 펄스 레이저의 특성으로 매우 높은 타이밍 지터(timing jitter) 값을 가지는 단점이 있으므로, 포화 흡수체가 없는 수동모드 잠김 구조에서 발생하는 펄스의 특성 또한 매우 높은 타이밍 지터값을 갖는다.

이에 기존의 경우에는 이를 극복하기 위해 주로 외부 광신호 주입에 따른 발진 주파수의 잠김을 통해 안정적인 펄스를 생성하는 것으로, 상기 외부 광신호로부터 클락 추출용으로 활용하고 있다.

반면 본 발명은 상기와 같은 수동 모드 잠김 구조의 단점을 극복하기 위하여 외부 RF 신호의 주입이 가능하도록 광모듈 제작시 임피던스 매칭된 모듈로서의 외부 RF 입력부(500)를 구성하여 안정적인 초단 펄스를 발생시킴을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 10GHz 대의 광 펄스 발생을 위한 레이저 다이오드에 대한 단면도이다.

단, 외부 RF 입력부는 설명의 편의상 표시하지 않았으나, 도 2에 도시된 실시예의 경우에도 외부 RF 입력부가 구비되며, 이를 통해 DFB 영역 및 이득 영역에 각각 외부 RF가 주입된다.

도 2를 참조하면, 소자의 길이가 길어 이득 영역(300)에 균일한 전류 인가를 위하여 이득영역(300)을 두 부분으로 나누었다. 각 영역의 길이는 DFB 영역(100)이 0.4mm(d1)이고 위상조절영역이(200) 0.5mm(d2)이며 나누어진 두 이득 영역(310,320)이 각각 1mm(d3) 및 1.5mm(d4)이다. 따라서, 전체 소자 길이는 3.4mm이다. 일반적으로 공진기의 길이는 발진 주파수와 반비례 관계를 가지고 있어 주요 지표로 할 수 없으며, 도2의 경우 10GHz 발생의 바람직한 실시예이다.

따라서, 다른 실시예로서 적절한 각 영역의 길이를 유지한 채 전체 소자 길 이를 조정하면, 위에서 언급한 기준 주파수의 10% 튜닝을 보장하면서, 기준 주파수를 40GHz이상의 고주파 발생이 가능하다.

도 3은 도 2의 레이저 다이오드의 DFB 영역(100)의 전류(세로축) 및 이득영역(300)에 걸어주는 전류(가로축)의 양에 따라 발생한 광 펄스의 주파수 지도이다.

도 3를 참조하면, 좌상 부분은 DFB 영역(100)에 문턱 전류 이상의 전류를 인가하였을 때 발생하는 복합 공진기 모드 비팅(compound cavity mode beating)에 의한 펄스 발생 영역이고, 우하 부분은 본 발명에서 설명하고자 하는 펄스 발생 영역이다. DFB 영역의 문턱 전류는 55mA이고 도면에서 보듯이 DFB에 문턱 전류 이하를 걸어 줄 경우 아주 넓은 영역에서 펄스가 발생함을 알 수 있다.

이러한 넓은 영역에서의 펄스 발생은 가능 주파수 영역의 확대와 공정 수율 면에서 장점을 가진다. 이 소자의 경우 이 11.2~12.8GHz영역에서 펄스가 발생 되었고, 기준 주파수의 10%의 튜닝(tuning)을 보장한다. 이러한 수치는 포화 흡수체를 일반적으로 사용하는 종래의 수동 모드 잠김의 경우보다 2배 이상 크며, 이는 공정시 길이에 대한 엄밀한 조건을 완화시킨다.

또한, 다른 실시예로써 소자 길이를 DFB 영역이 0.3mm, 위상조절 영역이 0.4mm, 이득 영역이 0.3mm로 전체 소자 길이를 조정하면, 위에서 언급한 기준 주파수의 10% 튜닝을 보장하면서, 기준 주파수를 40GHz로 조정 가능한 장점을 얻을 수 있으며, 종래의 수동 모드 잠김 레이저 다이오드에서 포화 흡수체를 제거하고, 이로 인해 낮은 출력의 문제를 극복할 수 있게 되어 결과적으로 펄스 특성 향상 및 공정 수율면에서 큰 장점을 갖게 된다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 레이저 다이오드가 넓은 영역에서 펄스발생이 가능한 이유를 설명하는 그래프이다.

포화 흡수체가 없는 구조에서의 수동 모드 잠김은 모드와 모드 사이의 FWM과 같은 비선형적인 상호작용에 의한 위상 잠김으로 이해하고 있다. 이러한 관점에서 광구속 계수를 키워 이런 비선형성을 키우는 방법이 제시되었다. 그러나 그러한 도파로를 만드는 것이 쉬운 일은 아님은 전술한 바와 같다.

이에 따라 본 발명의 실시예에서는 단순히 일반적인 도파로 구조에서 DFB 영역을 단순한 리플렉터(이하 DFB 리플렉터)로 사용것이다.

이러한 DFB 리플렉터는 DBR과는 달리 도파로에 이득 영역에서와 동일한 활성층을 사용하기 때문에, DBR과 비교하여 발진 모드들 간에 더 큰 비선형적 상호작용을 준다.

도 4a는 DFB의 역할을 실험적으로 보여주는 그래프이다. 즉, 제작된 소자의 무반사 코팅층(AR) 쪽에서 출력되는 결과와 절단면(AC) 쪽에서 측정한 결과를 비교한 그래프이다.

도 4a를 참조하면, 인텐서티(intensity) 측정 장비인 오토코릴레이터 트레이스(autocorrelator trace)를 통해 AR쪽 출력과 AC쪽 출력을 측정한 값을 보여준다. 그래프에서 보듯이 AR쪽 출력이 AC쪽 출력보다 큰 소광비(extinction ratio:ER)를 보인다. 즉, AR쪽이 AC쪽에 비해 거의 두 배 가까이 더 떨어지고 있음을 보이고 있다. ER은 인텐서티의 최고점에서 바닥 영역까지 얼마나 떨어지는가 보여주는 척도로서, 10 log(A/B)로 나타낸다. 여기서 A는 최고의 인텐서티 값이고 B는 바닥 영역의 인텐서티 값이다. 따라서, ER 값은 얼마나 광이 펄스의 형태를 취하는가를 나타내는 척도가 된다.

도 4b는 두 출력 간의 광 스펙트럼(optical spectrum)을 비교한 그래프이다. 도 4b를 참조하면, AR쪽의 장파장쪽 모드의 인텐서티가 AC쪽에 비교하여 아주 커짐을 알 수 있다. 그래프에 표시된 모드의 경우 대략 40dB의 차이(화살표 부분)를 보임을 알 수 있다. 이러한 차이는 단순히 DFB의 반사 스펙트럼(reflection spectrum)으로는 설명을 할 수가 없고, FWM 등의 비선형적인 모드 모드 상호작용에 의해 장파장쪽 모드가 DFB를 지나면서 증폭되었기 때문이다. 여기서 중요한 사실은 DFB 리플렉터가 이러한 수동 모드 잠김에 커다란 역할을 한다는 사실이다.

도 5는 구동전류에 따른 주파수 변화와 소광비의 변화를 보여주는 그래프이다.

도 5를 참조하면, DFB 리플렉터를 사용함으로써, DFB에 걸어주는 전류에 따라 펄스의 주파수가 가변일 뿐 아니라, 위상조절영역에 인가되는 전류에 따라서도 주파수가 변화함을 알 수 있다.

즉, DFB에 걸어주는 전류가 낮을수록, 위상조절 영역에 인가되는 전류가 높을수록 광 펄스의 주파수는 증가한다. 이러한 이유 때문에 앞에서 지적했듯이 본 발명의 레이저 다이오드는 넓은 주파수 가변 영역을 가진다. 그리고, 소광비 또한 8dB이상의 값을 보여 원활한 펄스 발생을 설명한다. 한편, 위상조절 영역에 걸어주는 전류가 10mA인 경우, DFB 에 걸어주는 전류의 양을 증가시킴에 따라 소광비가 증가함(검은 점)을 알 수 있다. 따라서, 문턱 전류(55 mA) 이하에서 DFB에 걸어주 는 전류의 양을 최대한 높이는 것이 유리하다.

도 6a는 DFB 리플렉터를 이용한 구조가 40GHz 이상에서도 동작하는 지를 파악하기 위하여 DFB영역(100)의 길이가 0.3mm(d1)이고 위상조절영역(200)이 0.5mm(d2)이며 이득영역(300)이 0.3mm(d3)인 레이저 다이오드를 개략적으로 보여주는 단면도이다.

단, 외부 RF 입력부는 설명의 편의상 표시하지 않았으나, 도 6a에 도시된 실시예의 경우에도 외부 RF 입력부가 구비되며, 이를 통해 DFB 영역 및 이득 영역에 각각 외부 RF가 주입된다.

도 6b 내지 6d는 도 6a의 레이저 다이오드에 대한 AR쪽에서의 광 펄스 측정 결과를 보여주는 그래프들이다. 도 6b는 광 스펙스럼(optical spectrum)을 보여주는 그래프로서, 펄스의 파장에 따른 인텐서티를 측정한 그래프이다. 도 6c는 RF 스펙트럼과 오토코릴레이션 트레이스에 의한 인텐서티를 측정한 그래프이다.

여기서 RF 스펙트럼은 펄스의 주파수에 따른 인텐서티로 외곽의 넓은 직사각형 부분에 표시되어 있고, 오토코릴레이션에 트레이스에 의한 그래프는 내부 조그만 직사각형 부분에 표시되어 있다. 펄스의 주파수에 따른 인텐서티 그래프에서 40 GHz 부분에 피크를 볼 수 있고, 이는 40 GHz 부근의 주파수에서 해당하는 펄스가 발생하였음을 보여준다.

도 6d는 DFB와 이득영역에 걸어주는 전류에 따라 변화되는 펄스의 주파수 지도이다.

이러한 그래프들의 결과를 통해 DFB 리플렉터를 사용하는 경우 40GHz 이상에 서도 펄스가 잘 발생함을 알 수가 있다. 따라서, 종래 DFB에 의한 모트 비팅을 이용한 레이저 다이오드에 비해 고주파수의 광 펄스를 원활하게 생성시킬 수 있는 장점을 가진다.

한편, 실험결과에 따르면, 수동 모드 잠김에 관여하는 모드의 수는 전체 공진기(cavity)에 의해 결정되는 모드 간격과 DFB 의 반사 프로파일(reflection profile)의 폭에 의해 결정된다. 즉, 전체 공진기의 길이에 의해 모드 간격이 정해지고, 그러한 모드가 DFB 영역에서 반사가 되므로, DFB 반사 스펙트럼 폭 내에 몇 개의 모드가 포함되는가에 의해 수동 모드 잠김에 관여하는 모드 수가 결정된다.

따라서, DFB의 반사 스펙트럼의 폭에 대한 모드 간격의 비에 의해 전체 모드의 수가 결정된다. 이러한 결과에 기인하여, 모드의 간격 및 DFB의 반사 스펙트럼의 폭을 변화시킴으로써 모드의 수를 조절할 수 있다. 또한, 모드 수의 증가에 따라 펄스의 폭이 좁아지므로, 모드 수의 조절에 의해 펄스의 폭을 조절할 수가 있다. 여기서 DBF의 반사 스펙트럼의 폭은 내부의 격자 구조를 변화시킴으로써, 조절할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는 자기발진 레이저 다이오드에서 출력되는 자기발진 레이저의 광클락 추출 등 매우 안정된 초단 펄스 레이저를 얻기 위해서 외부 RF가 주입되는 방법을 활용함을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 도 1에 도시된 실시예에 나타난 바와 같이, 외부 RF 입력부를 통해 외부에서 생성된 RF가 자기발진 레이저 다이오드에 입력되며, 이에 의해 매우 안정된 초단 펄스 레이저가 출력됨을 특징으로 한다.

도 7은 40 GHz급 포화 흡수체가가 없는 자기 발진 펄스 레이저에서의 10 Gb/s 의 데이터 신호에 의한 동기화 과정을 측정하기 위한 실험 장치도이다.

도 7을 참조하면, 입력 신호는 4 ps의 펄스폭을 갖는 광섬유 레이저를 이용하여 외부변조기로부터10Gb/s의 bit 패턴을 발생하였고, 이 패턴은 입력 파워를 적절히 조절한 후 광 서큘레이터를 통하여 자기 발진 레이저 다이오드(Pulsating Laser Diode)의 DFB 영역으로 주입되며, 이 때 출력된 광 신호는 입력신호의 4배인 40 GHz의 주파수에서 클럭이 동기화된다.

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도 8은 본 발명의 실시예에 의한 자기 발진 레이저 다이오드로 입력되는 외부 10GHz RF 신호에 의하여 40GHz 광초단 펄스 발생에 관한 고차주파수 발생을 나타내는 그래프이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 자기발진 레이저 다이오드로에 외부 RF주입으로 매우 안정적인 고차 주파수에 해당되는 초단 펄스 생성결과를 보여준다.

즉, 입력 주파수 10GHz로 4번째 고차주파수에 해당되는 40GHz 초단 광펄스 발생이 가능함으로 실험적으로 확인한 결과를 나타내고 있다.

이상과 같이 매우 약한 외부 섭동에도 매우 안정적인 초단 펄스를 발생시킬 수 있다는 동작 특성을 확인할 수 있으며, 이를 이용하여 포화흡수체가 없는 자기발진 레이저 다이오드의 각 영역에 이득 및 위상변조를 위한 외부 RF주입 구조를 활용하면 외부 광주입이 없이 매우 안정된 활용도가 많은 초단 펄스레이저를 개발 할 수 있게 된다.

지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 포화 흡수체와 같은 영역이 불필요하여 제작이 간편하고, 포화 흡수체를 사용한 경우에 비해 주파수 가변영역이 확대되며, 간단한 단일 공진 구조로 포화 흡수체를 사용하는 것에 비해 고려해야 할 변수가 적다는 장점이 있다.

또한, DFB의 반사 스펙트럼 폭과 전체 공진의 모드 간격 비에 따른 모드 수 결정을 통한 펄스폭 조절이 가능하며, 외부 RF주입에 따른 매우 넓은 주파수 튜닝 이 가능하고 안정된 초단 펄스레이저 개발이 가능하다는 장점이 있다.

또한, 포화 흡수체가 없는 구조에서 외부 광주입 없이 RF주입만으로 매우 안정된 초단 펄스레이저 개발이 가능하며, Subharmonic RF locking 구조가 가능하여 RF 패키징 시 기준주파수보다 낮은 주파수 활용으로 저가형 능동 초단 펄스레이저 개발이 가능하고, 이득영역의 RF주입에 따른 초단 펄스레이저의 데이터 코딩이 가능한 구조로 저가형 RoF(Radio over Fiber) 광원으로 활용 가능하다는 장점이 있다.

Claims (7)

1. 리플렉터(reflector) 역할을 하는 DFB(distributed feedback) 영역과;

   상기 DFB 영역에 연결되고 끝단에 절단면(as-cleaved facet)이 형성된 이득영역(gain sector)과;

   상기 DFB 영역과 이득 영역 사이에 위치하는 위상조절 영역과;

   상기 DFB 영역 및 이득 영역 중 적어도 한 영역에 외부 RF 신호가 주입되도록 하는 외부 RF 입력부가 포함됨을 특징으로 하는 자기 발진 레이저 다이오드.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 외부 RF 입력부는 임피던스 매칭된 모듈로 구현됨을 특징으로 하는 자기 발진 레이저 다이오드.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 DFB 영역에 문턱 전류 이하가 인가됨을 특징으로 하는 자기 발진 레이저 다이오드.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 DFB 영역이 리플렉터가 되어 이득 영역과 함께 단일 공진기(single cavity)가 됨을 특징으로 하는 자기 발진 레이저 다이오드.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 위상조절 영역에 인가되는 전류의 양에 의해 상기 레이저 다이오드의 광 펄스 발생 및 주파수가 조절됨을 특징으로 하는 자기 발진 레이저 다이오드.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 DFB 영역에 인가되는 전류의 양에 의해 상기 레이저 다이오드의 광 펄스의 주파수가 변화됨을 특징으로 하는 자기 발진 레이저 다이오드.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 DFB의 반사 스펙트럼 폭과 전체 공진기의 모드 간격의 비에 의해 모드 수 및 펄스 폭이 결정됨을 특징으로 하는 자기 발진 레이저 다이오드.

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