KR101007251B1 - 유연성 폴리머 광도파로 브래그 격자를 이용한 광대역 파장가변 레이저 모듈 및 이를 포함하는 장치 - Google Patents

유연성 폴리머 광도파로 브래그 격자를 이용한 광대역 파장가변 레이저 모듈 및 이를 포함하는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광통신용 광원이나 파장변화 현상을 센싱하는 광센서에 필요로 하는 파장 가변 레이저 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 외부공진 파장 가변 레이저 모듈에 있어서, 폴리머 재료를 이용한 기판(3)상에 브래그 반사기(1)와 폴리머 광도파로(2)가 구비되는 파장 가변 필터(10); 상기 파장 가변 필터(10)의 한쪽 출력단(4)에 연결되며, 넓은 대역폭을 가지는 광원(20); 및 상기 파장 가변 필터(10)의 다른 한쪽 출력단(5)에 레이저가 출력되는 광섬유(30); 를 포함한다.
파장 가변 필터, 폴리머 광도파로, 브래그 반사 광도파로, 유연성 기판 광도파로 소자.

Description

유연성 폴리머 광도파로 브래그 격자를 이용한 광대역 파장 가변 레이저 모듈 및 이를 포함하는 장치{Widely wavelength tunable laser module based on a flexible polymer waveguide with a Bragg reflection grating and a apparatus comprising the tunable laser module}
본 발명은 광통신용 광원이나 파장변화 현상을 센싱하는 광센서에 필요로 하는 파장 가변 레이저 모듈 및 이를 포함하는 장치에 관한 것이다. 즉, 유연성 기판 폴리머 브래그 격자 광도파로를 파장 가변 필터로 하고 상기 파장 가변 필터를 인장 혹은 수축시킴으로써 레이저의 발진 파장을 가변하는 외부 궤환 레이저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상대적으로 큰 유연성과 탄성을 가지는 유연한 플라스틱 기판 상에 폴리머 광도파로와 브래그 격자를 집적하여 파장 필터를 제작하고 제작된 파장 필터에 반도체 레이저에서 방출하는 광대역 파장의 빛을 입사하고 유연성 브래그 격자 파장 필터를 수축-인장시킴으로써 공진되어 방출되는 레이저 파장을 변화시킬 수 있는 외부공진 레이저에 관한 것이다. 기존 실리카 광섬유를 이용한 소자에 비하여 넓은 파장 가변 범위를 제공하고 폴리머 광도파로 소자와 광원으로 구성되는 간단한 구조를 가지는 저가의 레이저를 구현함으로써 파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing)을 이용한 광 가입자 망(Passive Optical Network) (WDM-PON) 시스템, 광간섭 단층 촬영(Optical Coherence Tomography), 파장 변화 측정용 광센서 등에 적용 가능한 기술이다. 또한 광원의 가변 범위가 충분히 넓어지게 되면 광스펙트럼을 측정하는 기존의 다양한 측정시스템에 적용될 수 있을 것이다.
지금까지 알려진 외부 공진 파장 가변 레이저는 광원 역할을 하는 레이저 다이오드와 특정 파장을 반사시키는 파장 필터를 능동 정렬하여 레이저 다이오드에서 방출되는 빛을 외부공진 시켜 레이저를 발진하는 원리로서, 파장 가변 필터에 열광학 효과(TO effect), 전계광학효과(EO effect)를 이용하여 외부공진 되는 파장을 변화시켜 파장을 가변하는 형태의 특허가 다수 등록되어 있다. [Gennady Farber and Hai-Feng Liu, "Multimode external cavity semiconductor lasers," US patent 20060002443, Jan. 2006; Mahn Yong Park and Byoung Whi Kim, "Tunable wavelength optical transmission module," US patent 20060078257, Apr. 2006; Meir Orenstein and Moti Margalit, "Tunable laser using microring resonator," US patent 6,940,878, Sep. 2005]
그러나 이러한 파장 가변 레이저 소자들은 실리카(silica)와 같은 열광학 물질이나 니오브산리튬(LiNbO3)과 같은 전계광학 물질을 사용하여 파장 가변 필터를 제작함으로써 파장 가변 범위에 한계가 있고 제작공정 역시 복잡하다는 단점이 있다. 또한 다른 소자를 집적화하기에도 어렵다는 단점이 있다.
한편 상기 물질에 비하여 제작 공정이 단순하고 집적광학 기술의 적용이 가능한 폴리머 재료를 이용하여 파장 가변 필터를 제작하고, 제작된 파장 가변 필터에 마이크로 히터를 이용하여 열을 가해 광도파로 파장 필터를 구성하는 폴리머 물질의 굴절률을 변조하여 레이저 발진 파장을 가변하는 방법을 제안한 특허도 등록되어 있다. 폴리머 물질은 실리카 재료에 비하여 열광학 효과가 크게 나타나기 때문에 보다 넓은 가변 범위를 제공하는 장점도 가지고 있다. [Yakov Sidorin and AriH karkkainnen, "Tunable optical source," US patent 6,920,159, Jul. 2005; 박만용, 김병휘, “파장 가변 외부 공진 레이저,”KR 10-0772529-0000, Oct. 2007]
그러나 상기의 특허 기술은 파장 가변의 형태에 있어서 광도파로 형태의 파장필터에 전극 또는 마이크로 히터를 이용하여 전계 또는 열을 인가하여 광도파로 파장 필터를 구성하는 물질의 굴절률을 변조하여 파장을 가변하는 방법을 제안하고 있다. 이러한 방법은 가변된 파장을 유지하기 위해서는 지속적인 에너지 공급이 필요하고, 또한 보다 넓은 파장 가변을 위해서는 더 큰 에너지 공급이 필요하다. 이렇게 높은 전압이나 전류를 마이크로 히터에 걸어주게 될 경우 히터가 끊어지거나 소자의 손상을 일으키는 원인이 된다.
한편 스트레인을 이용한 방식의 파장 가변 레이저의 경우 실리카 재질의 광섬유 브래그 격자 파장 필터를 이용한 연구가 진행되어 왔다. [Mark R. Fernald et al., "Bragg grating-based laser" US6597711, Jul. 2003; S.-K. Liaw et al., "C-band continously tunable laser using tunable filter Bragg gratings," Optics & Laser Technology, vol. 39, pp. 1214-1217, 2007]
상기 특허에서는 실리카 광섬유를 지지대에 부착하여 지지대에 스탭모터(stepper motor)와 같은 장치로 기계적인 인장 혹은 수축을 가하여 광섬유로 구성된 파장 필터의 반사파장을 가변하는 방식에 대해 언급하고 있다. 그러나 기존의 실리카 광섬유는 재료의 영률(Young's modulus)이 크기 때문에 일정량 이상의 스트레인을 견디지 못하므로 스트레인을 이용한 파장 가변 방식에서 파장가변 범위에 한계가 있다.
한편, 본 발명에서 주장하는 폴리머 재료의 유연성 기판 상에 브래그 격자 광도파로를 형성하여 제작한 파장 필터의 경우 위와 같은 문제를 해결할 수 있다. 폴리머 재료의 경우 상대적으로 단단한 실리카 물질에 비하여 1/20 ~ 1/100 정도의 작은 영률 (Young's modulus)을 가지며 이는 광섬유 파장 필터에 비해 스트레인 발생에 따른 파장 가변 범위 한계를 더욱 확장할 수 있다.
상술한 바와 같이, 기존에 널리 사용되거나 연구되고 있는 파장 가변 레이저의 경우 파장 필터에 열 또는 전계를 가하여 물질의 굴절률을 변조하여 파장을 가변하는 형태와 실리카 재료의 광섬유 파장 필터에 스트레인을 인가하여 파장을 가변하는 형태로 연구되어 왔다. 또한 파장 필터에 열을 가하여 파장 가변을 하는 형태의 경우 파장 가변 범위의 확장과 여러 광학 소자의 집적화의 장점이 있는 폴리머 재료를 사용한 파장 가변필터에 대한 연구도 이루어져 왔다. 그러나 폴리머 파장 필터에 열을 가하여 파장 가변을 하는 형태의 경우에는 계속적인 에너지 공급이 필요하고 보다 넓은 가변 범위를 위해서 보다 높은 에너지를 공급해야 하는데 이럴 경우 소자에 손상이 일어날 위험이 있다. 실리카 광섬유를 이용한 스트레인 파장 가변 레이저 형태의 경우, 그 재료의 특성상 자유롭게 구부러지기 힘들 정도로 외부에서 가해지는 힘에 대해 변형률이 낮아 파장 가변 범위가 제한되는 문제점이 있다.
본 발명의 유연성과 탄성이 상대적으로 큰 폴리머 물질로 구성된 유연성 기판 상에 폴리머 브래그 격자 광도파로를 집적하여 제작한 파장 필터의 경우 이러한 문제점들을 해결할 수 있으며, 또한 폴리머 재료의 특성상 공정 과정이 간단하고 다른 여러 광소자를 집적광학 기술을 이용하여 집적화함으로써 소형화 및 소자의 가격을 낮출 수 있을 것이다. 또한 이러한 저가의 소형화 레이저 개발은 여러 분야에 응용이 가능할 것이다.
본 발명의 목적은, 실리카 재료에 비해 영률(Young's modulus)이 훨씬 작은 폴리머 재료를 사용한 유연성 폴리머 기판상에 폴리머 광도파로 브래그 격자 파장 필터를 제작함으로써 적은 힘으로도 넓은 범위에 걸쳐서 파장을 가변할 수 있는 파장 가변 레이저를 구현하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 폴리머 광도파로 집적광학 기술을 적용하여 브래그 격자 광도파로 외에도 위상 변조기, 광파워 분배기와 같은 광소자들을 하나의 기판 상에 집적화 하여 파장 가변 레이저의 구조를 단순화 시키고 가격을 낮추는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 스트레인 인가 방식의 파장 가변 방식을 채택함으로써 폴리머 광도파로에 열을 가하여 파장을 가변하는 방식의 레이저에 비해 파장가변을 위한 지속적인 외부전력 인가가 불필요하며, 이를 통해서 레이저 소자의 파워 소비를 줄이고 소자의 높은 에너지의 계속적인 인가에 의한 파손 가능성을 감소시키는 것이다.
본 발명은 외부공진 파장 가변 레이저 모듈에 있어서, 폴리머 재료를 이용한 기판상에 브래그 반사기와 폴리머 광도파로가 구비되는 파장 가변 필터; 상기 파장 가변 필터의 한쪽 출력단에 연결되며, 넓은 대역폭을 가지는 광원; 및 상기 파장 가변 필터의 다른 한쪽 출력단에 레이저가 출력되는 광섬유; 를 포함한다. 상기 광원은 발광다이오드(LED)보다 더 높은 파워, 더 좁은 스펙트럼 선폭, 그리고 더 큰 대역폭을 제공하는 초발광 다이오드이다.
본 발명은 홀더; 상기 홀더의 상부에 구비되는 무빙 블록; 상기 홀더의 일측부에 구비되며, 상기 무빙 블록의 일측부에 압력을 가하여 상기 무빙 블록을 좌우로 이동시키는 조절나사; 상기 무빙 블록의 타측부에 구비되며 상기 홀더의 타측부에 접하는 외팔보; 및 상기 무빙 블록의 상부에 구비되는 파장 가변 필터; 를 포함하는 스트레인 인가 장치이다. 상기 외팔보는 서로 다른 영율을 갖는 물질로 구성된 외팔보이다.
본 발명은 광원인 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA); 상기 에르븀 첨가 광섬유 증폭기에서 발생한 광출력을 분배하거나 모으는 커플러; 및 상기 파장 가변 필터를 포함하되, 상기 커플러의 2개의 입력부에 광섬유를 연결하며, 상기 커플러의 출력부 중 한곳에 파장 가변 필터를 접속하는 레이저 공진기이다.
본 발명은 광대역 파장의 빛을 방출하는 반사형 광대역 광원; 상기 광원과 연결되며 비대칭적인 광분배율을 가지는 방향성 결합기; 상기 방향성 결합기의 출력단 중 어느 하나의 출력단에 연결되는 상기 파장 가변 필터; 및 상기 방향성 결합기의 다른 하나의 출력단에 연결되는 미러; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 레 이저 공진기이다.
본 발명에 따르면, 폴리머 재료를 이용하여 광도파로 소자를 제작함으로써 제작과정이 간편해지고 레이저 소자의 소형화 및 집적화가 손쉽게 가능하여 레이저 소자의 단가를 낮출 수 있고, 여러 분야에서의 응용이 가능하다.
또한 폴리머 재료의 우수한 유연성과 탄성을 이용하여 파장 가변 필터를 제작함으로써 기존의 실리카 재료를 이용한 파장 가변 레이저에 비해 보다 넓은 범위의 파장 가변이 가능하다.
폴리머 유연성 기판의 인장-수축을 이용한 파장 가변 방법을 채택함으로써 기존의 폴리머 광도파로에 열을 가하여 파장 가변을 하는 방식의 파장 가변 레이저에 비하여 파장을 유지하기 위한 지속적인 에너지 공급이 불필요함으로 소자의 에너지 소비가 줄어들고 소자의 손상 가능성이 줄어들게 된다.
유연성 폴리머 기판 상에 제작된 브래그 격자는 기존의 실리카 광섬유 소자에 비해 손쉽게 적은 힘으로 더 넓은 범위의 인장-수축을 발생시키기에 유리하며 가변 범위가 100 nm 이상 되는 광대역 가변파장 레이저 모듈를 구현하기에 적합하다.
본 발명은 광대역 광원에서 출력되는 여러 파장의 빛을 유연성 기판상에 제작된 일정한 주기를 가지는 폴리머 브래그 격자 광도파로 파장 필터와의 외부 공진을 이용하여 단일 파장의 신호를 출력하고, 폴리머로 제작된 유연성 기판을 인장- 수축시켜, 브래그 격자의 주기를 변조함으로써 상기 출력되는 단일 파장 광신호의 출력파장을 가변시키는 파장 가변 외부공진 레이저 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 유연성 기판 폴리머 광도파로 파장 필터는 인장력과 수축력이 큰 폴리머 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 폴리머 기판 상에 제작될 광도파로와 폴리머 브래그 격자의 균일성을 향상시키기 위하여 공정상에는 실리콘(Si) 기판과 같은 단단한 기판상에 제작하고 공정 후 박리(lift-off)하여 제작하는 공정이 바람직하다.
본 발명의 상기 유연성 광도파로 파장 필터에 인장-수축의 스트레인을 인가하는 장치는 마이크로스테이지(microstage) 또는 외팔보(cantilever)의 형태를 가지며, 조절나사를 통해 스트레인의 인가를 정밀하게 조절하는 것이 바람직하다. 도 3은 본 발명에서 설명하는 스트레인 인가 장치의 일례로, 외팔보와 마이크로스테이지를 이용하여 구현 가능한 형태이며 조절나사를 통하여 외팔보에 부착된 유연성 기판 광도파로 파장 필터에 정밀한 스트레인 인가 조절이 가능하다.
본 발명의 상기 반도체 레이저 다이오드와 유연성 광도파로 파장 필터를 접합하여 외부 공진시킴에 있어서 반도체 레이저 다이오드 대신 3-dB 광커플러를 이용하여 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA) 광원의 사용을 가능하게 하고, 또한 일정 비율의 방향성 광커플러를 사용함으로써 광스위치 및 다른 주기의 브래그 격자 광도파로와의 확장을 가능하게 하여 보다 넓은 영역의 파장 가변을 가능하게 하고 레이저의 출력파장을 안정시킬 수 있다.
본 발명의 상기 유연성 기판 폴리머 광도파로 파장 가변 레이저 모듈은 폴리 머 재료를 사용하여 광도파로를 제작함으로써, 레이저 공진 파장의 위상 제어부와 같은 소자를 집적화 시켜서 단일 공정을 통하여 제작 가능하며 레이저의 구조를 단순화 하고 소형화 할 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 유연성 폴리머 광도파로 브래그 격자를 이용한 광대역 파장 가변 레이저에 대한 내용을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연성 기판 광도파로 파장 가변 레이저 모듈(A)에 대한 개략적인 사시도이다. 본 발명의 유연성 기판 광도파로 파장 가변 레이저 모듈(A)은 플라스틱 기판인 유연성 기판(3) 상에 브래그 반사기(1)와 폴리머 광도파로(2)가 형성된 파장 가변 필터(10)에 스트레인을 인가하기 위한 지지대(40, 50)를 부착하고, 상기 파장 가변 필터(10)의 광 입출력부 양단(4, 5)에 광 원(20)과 광섬유(30)가 부착된 형태로 구성되어 있다. 상기 광원은 발광다이오드(LED) 또는 초발광 다이오드(SLD ; Superluminescent diode, 20)인 것이 바람직하며, 상기 초발광 다이오드(SLED)는 발광다이오드(LED)보다 더 높은 파워, 그리고 더 큰 대역폭을 제공하므로 본 발명에 가장 적합하다 할 수 있다.
도 1에서의 파장 가변 필터(10)는 폴리머 기판인 유연성 기판(3)의 상부에 폴리머 재료를 이용한 광도파로(2)가 형성되어 있으며, 상기 초발광 다이오드(20)에서 방출되는 광대역 파장의 빛과 파장 필터의 주기적인 격자 구조에 의해 브래그 반사조건을 만족시키는 특정 파장의 반사되는 빛이 서로 외부 공진하게 되고, 레이저 공진 조건을 만족하는 파장의 레이저 출력이 광섬유(30)를 통하여 발진된다.
이 때 파장 가변 필터(10)에 부착된 지지대(40, 50)를 서로 반대방향으로 밀어주거나 당겨주게 되면 폴리머 재료로 제작된 유연성 기판(3)에 인장-수축 현상이 일어나게 된다. 이러한 인장-수축 현상에 의해 브래그 격자의 주기가 변조되어 파장 가변 필터(10)에서 반사되는 특정 반사파장이 변하게 된다.
한편 폴리머 재료의 경우 통상적으로 사용되는 실리카 광섬유에 비하여 1/20 ~ 1/100 의 영률(Young's modulus) 값을 가지므로 인장이나 수축되는 범위가 매우 크다. 따라서 폴리머 재료로 구성된 상기 파장 가변 필터(10)는 기존의 실리카 광섬유로 제작된 파장 필터에 비해 브래그 격자의 주기를 큰 값으로 변화시킬 수 있어 보다 넓은 범위의 파장 가변을 제공한다.
도 2는 상기 인장-수축에 의한 브래그 격자의 주기 변조에 의해 나타나는 파장 가변 필터(10)의 반사파장 변화 응답을 도시한 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이 파장 가변 필터(10)에서 반사되는 파장은 외부에서 넓은 파장 대역을 가지는 광원(broadband light source)을 광도파로 코어에 입력 시켰을 때, 브래그 반사 파장을 제외한 나머지 신호는 모두 투과 되고 브래그 반사 파장만이 반사되어 도 2와 같은 출력광의 스펙트럼 특성을 보이게 된다.
도 2에 대해 부연하면, 파장 가변 필터(10)의 외부에서 어떠한 힘도 가해지지 않았을 때의 반사 스펙트럼이 도 2의 “λB0”와 같은 특성을 보인다면, 외부에서 힘이 작용하여 브래그 격자 간격을 수축시키게 될 경우(외부의 힘이 작용하여 유연성 기판 파장 가변 필터가 수축하게 되면) 반사되는 광의 중심 파장이 짧아지게 되어 “λB_comp.”과 같은 반사 스펙트럼을 보이게 된다. 반면 외부에서 브래그 격자 간격이 늘어나게 되면(외부의 힘에 의해 유연성 기판 파장 가변 필터가 인장하게 되면) 반사되는 광의 중심 파장이 길어지게 되며 반사 스펙트럼은 “λB_tens.”과 같이 나타난다.
다시 말하면, 파장 가변 필터(10)에 수축 현상이 일어나게 되면 브래그 격자의 주기가 짧아지게 되어서 반사하는 특정 파장이 단파장 쪽으로 변화하게 되고, 인장 현상이 일어나게 될 경우 브래그 격자의 주기가 늘어나게 되어 파장 가변 필터(10)에서 반사하는 파장이 장파장 쪽으로 이동하게 된다.
상기와 같이 폴리머 재료로 구성된 파장 가변 필터(10)에 인장과 수축을 정밀하게 인가하기 위해서는 별도의 스트레인 인가 장치가 필요하다. 도 3은 이러한 스트레인 인가 장치(B)의 한 예를 도시한 것이며, 상기 스트레인 인가 장치(B)은 외팔보(110)와 무빙 블럭(moving block, 130), 조절나사(120), 홀더(140)로 구성되어 있다. 도 3에서 제시한 장치(B)에서 상기 조절나사(120)를 돌림에 따라 상기 무빙 블럭(130)이 이동하게 되고, 이러한 이동은 상기 외팔보(110)에 스트레인을 인가하여 외팔보(110)가 휘어지게 된다. 여기서 상기 조절나사(120)는 마이크로 나사(micro screw)인 것이 바람직하다. 이 때 상기 외팔보(110)에 부착된 파장 가변 필터(10)는 상기 외팔보(110)가 휘는 정도에 따라 스트레인을 받게 되어 브래그 반사 파장이 변조하게 된다. 또한 상기 외팔보(110)가 휘는 방향에 따라 인장 또는 수축의 스트레인 방향이 결정되게 되어 원하는 파장으로 가변이 가능하게 된다. 상기 외팔보(110)가 도 3에 도시된 바와 같이 내측으로 휘는 경우 상기 파장가변 필터(10)는 압축력을 받으며, 외측으로 휘는 경우 상기 파장 가변 필터(10)는 인장력을 받는다. 여기서, 보다 큰 스트레인을 발생시키기 위하여 상기 외팔보(110)를 두 개의 물질을 접합하여 제작한다. 즉, 영률(Young's modulus)이 작은 물질과 큰 물질을 접합하여 제작하게 되면 동일한 조절나사(120)의 거리에 대해서 더 큰 스트레인을 발생시킬 수 있다.
도 4는 상기 외부공진 레이저를 구성하는 한 실시예로 인장 및 수축을 이용하여 파장을 가변하는 파장 가변 필터(10)에 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(Erbium doped fiber amplifier, EDFA)(300)의 광대역 광원을 외부공진 시켜 발진하는 레이저 구성도(C)이다. 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(300) 광원 파장 가변 필터(200)는 3-dB 커플러(200)로 연결되어 있는 구조이며, 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(300)에서 방출되는 빛은 3-dB 커플러(200)를 거쳐 파장 가변 필터(10)와 외부공진하게 된다. 이 때 도 4에서 도시하는 바와 같이 파장 가변 필터(10)에서 반사되어 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(300)에 다시 입사되는 빛 중 3-dB 커플러(200)를 거치면서 위상이 ΔΦ = 0인 빛과 ΔΦ = π 인 빛은 상쇄되어 출력단으로 나오지 못하고 다시 파장 가변 필터(10)로 입사하게 된다. 따라서 3-dB 커플러(200)의 출력단에서는 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(300)와 파장 가변 필터(10)에서 공진하는 빛 중 레이저 동공(laser cavity) 조건을 만족하는 신호만이 레이저 출력으로 나타나게 된다.
도 6은 상기 구조를 이용하여 출력된 레이저 파장의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다. 파장 가변 레이저의 출력이 파장 가변 필터(10)에 적용되는 인장과 수축의 정도에 따라 파장이 변화하는 것을 알 수 있다.
도 5는 상기 외부공진 레이저를 구성하는 또 다른 실시예(D)로 서로 다른 비율의 광파워 분기 특성을 가지는 방향성 커플러(200a)를 반사형 광원(reflection type gain source, 300a)와 접속하고 상기 방향성 커플러(200a)의 반대쪽 양단에 파장 가변 필터(11)와 미러(mirror, 400)를 접속한 구조를 가지고 있다. 상기 구조의 파장 가변 레이저의 경우 방향성 커플러(200a)는 1/99 ~ 5/95의 광파워 분기를 가지며, 대부분의 광파워는 상기 반사형 광원(300a)와 파장 가변 필터(10) 사이의 외부 공진에 사용된다. 그리고 커플러의 한쪽 단에 mirror(16)를 부착하여 커플러에서 발생하는 손실을 최소한으로 줄였다.
이상과 같이 본 발명의 유연성 기판 파장 가변 레이저, 파장 가변레이저의 동작 특징과 적용에 관하여 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 외부공진 파장 가변 레이저 모듈을 나타내는 개념도
도 2는 본 발명에 따른 파장 가변 필터를 인장-수축 시켰을 때 발생하는 반사파장의 변화를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 스트레인 인가 장치를 나타내는 개념도
도 4는 본 발명에 따른 레이저 공진기를 나타내는 개념도
도 5는 본 발명에 따른 또 다른 레이저 공진기를 나타내는 개념도
도 6은 본 발명에 따른 파장 가변 레이저 공진기의 출력광의 파장을 도시한 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 브래그 반사기 2 : 폴리머 광도파로
3 : 기판 10 : 파장 가변 필터
20 : 광원 30 : 광섬유
110 : 외팔보 120 : 조절나사
130 ; 무빙 블록 140 : 홀더 조절나사
200 : 커플러 300 : 에르븀 첨가 광섬유 증폭기

Claims (4)

  1. 외부공진 파장 가변 레이저 모듈에 있어서,
    폴리머 재료를 이용한 기판(3)상에 브래그 반사기(1)와 폴리머 광도파로(2)가 구비되는 파장 가변 필터(10);
    상기 파장 가변 필터(10)의 한쪽 출력단(4)에 연결되며, 넓은 대역폭을 가지는 광원(20);
    상기 파장 가변 필터(10)의 다른 한쪽 출력단(5)에 레이저가 출력되는 광섬유(30); 및
    상기 파장 가변 필터(10)에 스트레인을 인가하여 파장을 가변하는 스트레인 인가 장치(B)를 포함하되,
    상기 스트레인 인가 장치(B)는,
    홀더(140);
    상기 홀더(140)의 상부에 구비되며, 상기 파장 가변 필터(10)가 일측에 위치되는 무빙 블록(130);
    상기 홀더(140)의 일측부에 구비되며, 상기 무빙 블록(130)의 일측부에 압력을 가하여 상기 무빙 블록(130)을 좌우로 이동시키는 조절나사(120); 및
    상기 무빙 블록(130)의 타측부에 구비되며 상기 홀더(140)의 타측부에 접하여 광축 방향으로 수축과 팽창을 일으켜서 스트레인을 인가할 수 있는 부품(110)
    을 포함하는 외부공진 파장 가변 레이저 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부품(110)은 영률이 작은 물질과 영율이 큰 물질로 접합되는 외부공진 파장 가변 레이저 모듈.
  3. 광원인 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(EDFA, 300);
    상기 에르븀 첨가 광섬유 증폭기에서 발생한 광출력을 분배하거나 모으는 커플러(200); 및
    상기 제 1 항에 따른 외부공진 파장 가변 레이저 모듈을 포함하되,
    상기 커플러(200)의 2개의 입력부(210, 22)에 광섬유(30)를 연결하며, 상기 커플러(200)의 출력부(230) 중 한곳에 파장 가변 필터(10)를 접속하는 레이저 공진기.
  4. 광대역 파장의 빛을 방출하는 반사형 광대역 광원(300a);
    상기 광원(300a)과 연결되며 비대칭적인 광분배율을 가지는 방향성 결합기(200a);
    상기 방향성 결합기(200a)의 출력단(230a, 240a) 중 어느 하나의 출력단(230a)에 연결되는 상기 제1항에 따른 외부공진 파장 가변 레이저 모듈; 및
    상기 방향성 결합기(200a)의 다른 하나의 출력단(240a)에 연결되는 미러(400);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 공진기.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100700478B1 (ko) 2005-10-21 2007-03-28 한국과학기술연구원 광통신 시스템용 가변 시간 지연 조절기
KR20070104196A (ko) * 2006-04-20 2007-10-25 한국전자통신연구원 파장 가변 외부 공진 레이저
KR20090011837A (ko) * 2007-07-27 2009-02-02 (주)켐옵틱스 폴리머 광 도파로형 파장가변 레이저 모듈

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