KR101385108B1 - 포토믹서 모듈 및 그것의 테라헤르츠파 발생 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 테라헤르츠파를 생성 및 검출하기 위한 포토믹서 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 포토믹서 모듈은, 입사되는 레이저광을 증폭시키는 반도체 광증폭기; 그리고 상기 증폭된 레이저광에 여기되어 연속 테라헤르츠파를 생성하는 포토믹서를 포함하되, 상기 반도체 광증폭기와 상기 포토믹서는 단일 모듈로 형성된다.

Description

포토믹서 모듈 및 그것의 테라헤르츠파 발생 방법{PHOTOMIXER MODULE AND TERAHERTZ WAVE GENERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 테라헤르츠파를 생성하는 포토믹서 모듈 및 그것의 테라헤르츠파 생성 방법에 관한 것이다.
테라헤르츠파(THz Wave)는 마이크로파와 적외선 사이에 위치하는 전자기파로서, 주파수는 대략 0.1~10 THz의 구간으로 정의된다. 테라헤르츠파는 스펙트럼 위치상 전파의 유전체 투과성과 광파의 직진성을 동시에 가진다. 수분에 흡수가 잘 되는 테라헤르츠파는 영상과 분광 및 통신 분야 등에서 새로운 기술로 적용이 가능하다. 테라헤르츠파를 이용하여 불투명한 사물의 내부를 투시하거나, 분자 운동 에너지 레벨의 생체 메커니즘과 우주 신호 등을 분석할 수 있다. 또한, 테라헤르츠파를 사용하면 마이크로파 및 밀리미터파보다 훨씬 우수한 초고속 근거리 무선 통신이 가능해진다.
이와 같은 응용성을 지닌 테라헤르츠파 기술은 과거에는 광원 및 검출기의 개발이 어려워 그 활용이 제한적으로 이뤄졌다. 하지만, 최근의 반도체와 레이저 기술의 발달은 과거보다 훨씬 다양한 광원(Light source)의 출현을 가능하게 해 주 었다. 테라헤르츠파 발생 기술로서, 지금까지 개발된 펄스 광원 기술로는 광전도체 안테나(Photoconductive Antenna)와 광정류(Optical Rectification) 방식 등이 있다. 테라헤르츠파를 발생하기 위한 연속파 광원 기술로 포토믹서(Photomixer)와 핫홀 레이저(Hothole Laser), 자유전자 레이저(Free Electron Laser), 양자 캐스케이드 레이저(Quantum Cascade Laser) 등이 있다.
그 중에서 포토믹서(Photomixer)는 다른 기술들에 비하여 실용화 가능성이 높은 테라헤르츠 기술로 간주되고 있다. 왜냐하면, 포토믹서(Photomixer)는 상온에서 구동될 수 있고, 주파수 가변이 자유로우며, 저가의 소형 시스템으로 구현될 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 포토믹서(Photomixer)의 출력은 수십 마이크로와트(μW) 이하로 다른 테라헤르츠파의 생성 방식에 비하여 매우 낮다. 포토믹서(Photomixer)의 저출력 요인은 테라헤르츠파 발생 메커니즘에 따라 두 가지로 나뉘어진다.
첫째, 레이저 입사광에 대한 광전류(Photo Current)의 낮은 변환 효율이다. 이러한 문제는 광전도체 내에서 운반자(Carrier)의 이동시간(Transit time)과 운반자 수명(Carrier lifetime)과 관계된 요인들이다. 둘째, 광전류(Photo Current)가 안테나를 통하여 테라헤르츠파로 복사되는 과정에서의 낮은 전체 효율(Total Efficiency) 문제이다. 이러한 문제는 안테나의 적절한 구조 설계를 통하여 개선될 수 있다. 특히, 안테나 설계와 관련된 기존의 연구는 부정합 효율(Mismatch Efficiency)을 개선하는데 집중되었다. 테라헤르츠 대역에서는, 도체의 전도율도 낮아지므로 안테나의 복사 효율(Radiation Efficiency)도 함께 고려되어야 한다.
펄스 테라헤르츠파를 발생시키는 경우, 펨토초(Femto second) 펄스 레이저가 주로 사용된다. 펨토초(Femto second) 펄스 레이저는 광의 세기가 크기 때문에 넓은 주파수 영역에서 비교적 큰 세기를 갖는 펄스 테라헤르츠파를 생성할 수 있다.
연속 테라헤르츠파를 발생시키는 경우, 두 개 파장의 레이저 광들을 비팅(Beating)시켜 여기광으로 사용한다. 따라서, 이 경우 여기광의 세기가 펨토초 레이저를 사용하는 경우보다 약하여 테라헤르츠파의 세기가 약하다는 문제가 있다. 이는 필연적으로 테라헤르츠파의 검출시에 높은 검출 효율을 요구하게 된다.
주파수를 가변할 수 있는 연속 테라헤르츠파의 발생시, 두 개의 분포 궤환 레이저(Distributed Feedback Laser: DFB) 혹은 연속 광원 레이저에서 출력되는 두 개의 연속파들을 사용한다. 하나 혹은 둘 모두의 파장을 가변하면 비팅되는 신호의 주파수가 변하게 되고, 결국에는 발생하는 테라헤르츠파의 주파수가 가변된다. 이때에 여기광 출력의 세기는 파장이 변하는 동안 큰 세기로 유지되어야 한다.
최근에는 휴대형 테라헤르츠파 발생 및 검출기에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 하지만, 테라헤르츠파 발생/검출기에 사용되는 여기광의 광원으로는 여전히 부피가 큰 펨토초 레이저 발생 장치가 사용되고 있다. 따라서, 저가 및 소형으로 제작될 수 있는 테라헤르츠파 발생 및 검출기를 구성할 수 있는 기술이 절실한 실정이다.
본 발명은 소형의 집적 가능한 테라헤르츠파 발생기를 구현하기 위한 포토믹서 기술을 제공하기 위한 것이다. 그리고, 본 발명은 테라헤르츠파를 발생하기 위한 여기광의 세기를 증가시키고, 포토믹서의 안정성을 높이기 위한 기술을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 포토믹서 모듈은, 입사되는 레이저광을 증폭시키는 반도체 광증폭기; 그리고 상기 증폭된 레이저광에 여기되어 연속 테라헤르츠파를 생성하는 포토믹서를 포함하되, 상기 반도체 광증폭기와 상기 포토믹서는 단일 모듈로 형성된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 테라헤르츠파의 발생 방법은, 서로 다른 파장의 레이저광들을 비팅시켜 여기광을 생성하는 단계, 상기 여기광을 반도체 광증폭기를 통하여 증폭하는 단계, 및 상기 증폭된 여기광을 포토믹서에 입사하여 테라헤르츠파를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 반도체 광증폭기와 상기 포토믹서는 단일 모듈로 구성된다.
이상에서 기술된 본 발명 실시 예에 따르면, 집적가능하고 안정적인 주파수의 테라헤르츠파를 생성할 수 있는 포토믹서 모듈을 구성할 수 있다. 또한, 소형의 신뢰도 높은 포토믹서 모듈을 구성할 수 있어 휴대성 높은 테라헤르츠파 발생기 및 검출기를 구성할 수 있다.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시 예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 어떤 경우에도, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 광증폭기 집적형으로 구성되는 포토믹서 모듈을 보여주는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 테라헤르츠파를 생성하기 위한 포토믹서 모듈(100)은 반도체 광증폭기(110)와 포토믹서(120)를 포함한다.
반도체 광증폭기(110)는 입사되는 여기광을 증폭한다. 반도체 광증폭기(110)에 입사되는 여기광은 연속 테라헤르츠파를 발생하기 위한 비팅 신호(Beating signal)로서 제공될 수 있다. 비팅 신호(Beating Signal)는 서로 다른 파장의 레이저광을 비팅(또는, 맥놀이)시켜 생성한다. 비팅 신호의 주파수는 비팅되는 두 레이저광의 파장 차이에 해당한다.
하지만, 반도체 기반의 레이저광을 비팅시키는 경우에는 여기광의 세기가 약할 수 있다. 세기가 약한 혹은 약해진 여기광을 직접 포토믹서(120)에 입사하는 경우, 생성되는 테라헤르츠파의 세기도 약하다. 미약한 여기광에 의하여 포토믹 서(120)에서 복사되는 테라헤르츠파는 검출시에는 높은 검출 효율을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 포토믹서 모듈(100)에는 여기광을 증폭하기 위한 반도체 광증폭기(110)가 집적된다. 반도체 광증폭기(110)는 입사되는 여기광을 증폭하기 위한 이득 도파로(112)와 전극(114)을 포함한다. 이득 도파로(112)에 입사된 미약한 여기광은 전극을 통해서 제공되는 이득 전류(Ig)에 의해서 증폭된다. 증폭된 여기광은 포토믹서(120)로 입사될 것이다.
반도체 광증폭기(110)는 반도체 기판상에 이득 도파로(112)를 구성하기 위한 도파로층을 포함할 수 있다. 그리고, 도파로층의 상부에는 클래드층이 형성된다. 클래드층의 상부에 전극(114)이 형성될 수 있다. 전극(114)을 통하여 이득 전류(Ig)가 공급된다. 또한, 반도체 광증폭기(110)는 여기광을 이득 도파로(112)에 전달하기 위한 수동 도파로를 더 포함할 수 있을 것이다. 반도체 광증폭기(110)는 충분한 세기의 테라헤르츠파가 발생하도록 세기가 약한 여기광을 증폭하여 포토믹서(120)에 제공한다.
또한, 반도체 광증폭기(110)에 의하여 테라헤르츠파의 변조가 가능하다. 테라헤르츠파를 검출하는 경우에 수신 감도를 높이기 위하여, 또는, 테라헤르츠파를 근거리 통신 목적으로 사용하기 위하여 테라헤르츠파의 변조가 필요한 경우에 반도체 광증폭기(110)에 의한 변조가 가능하다.
이때에는 포토믹서(120)에 인가되는 바이어스 전압은 고정될 수 있고, 반도체 광증폭기(110)의 이득만을 변조하여 테라헤르츠파를 변조할 수 있다. 포토믹서 모듈(100)에 집적되는 반도체 광증폭기(110)의 포화 출력(Saturation Output Power)은 클수록 유리할 것이다.
여기광은 두 개의 서로 다른 파장을 갖는 레이저광을 비팅시켜 생성된다. 이 경우 두 파장의 레이저 광들은 출력 세기가 각각 10mW 이상이 되어야 한다. 따라서, 반도체 광증폭기(110)의 포화 출력은 출력단의 결합 효율을 고려하여 각 파장당 20mW 이상이어야 한다. 그러므로 집적되는 반도체 광증폭기(110)는 최소 16 dBm 이상의 포화 출력을 가져야 한다. 따라서, 큰 포화 출력을 갖도록 증폭되는 여기광과, 반도체 광증폭기(110)의 활성 영역 사이의 오버랩을 작게 하여 구속 인자(Confinement Factor)를 줄일 수 있다. 예를 들면, 반도체 광증폭기(110)는 20dBm 이상의 포화 출력을 갖는 것으로 보고된 반도체 양자점(Semiconductor Quantum Dot) 광증폭기 등으로 구성될 수 있다. 또는, 반도체 광증폭기(110)는 이득 영역의 넓이가 증가하는 구조를 갖는 테이퍼(Taper)형 광증폭기로 구성될 수도 있을 것이다.
포토믹서(120)는 기판 위에 박막으로 광전도체(122)를 형성하거나, 응답속도가 빠르도록 설계된 포토다이오드(Photodiode)를 형성하고, 그 위에 마주보는 형태로 안테나(124, 125)를 형성하여 구성될 수 있다. 안테나(124, 125)에 바이어스를 제공하기 위한 전극들(126, 127)이 각각 더 포함될 수 있다. 도시된 포토믹서(120)는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도시된 예시에 지나지 않는다. 목적에 따라서 다양한 형태의 안테나들이 본 발명의 포토믹서(120)에 사용될 수 있다. 포토믹서(120)에 대한 상세한 구성 및 동작은 절단선(A-A′)의 단면을 설명하는 도 2에서 설명하기로 한다.
이상의 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 광증폭기 집적형으로 구성되는 포토믹서 모듈(100)은 두 파장의 혼합광인 약한 여기광을 증폭하고, 증폭된 여기광을 테라헤르츠파를 발생하기 위한 여기광으로 사용한다. 따라서, 약한 여기광을 반도체 광증폭기(110)를 통해 증폭함으로써, 테라헤르츠파를 발생을 위한 충분한 세기의 여기광을 제공할 수 있다. 또한, 안정적인 테라헤르츠파의 발생을 위해서 안테나에 인가되는 바이어스를 고정한 상태에서, 반도체 광증폭기(110)의 이득 전류를 조정하거나, 혹은 광원인 반도체 레이저를 변조함으로써 발생하는 테라헤르츠파를 변조하는 것이 가능하다.
이상에서는 광도파로 위에 형성되는 반도체 광증폭기(110)와 도파로형으로 구성되는 포토믹서(120)가 하나의 모듈로 집적되는 포토믹서 모듈(100)이 기술되었다. 그러나 본 발명의 포토믹서 모듈(100)의 구성 방식은 이에 국한되지 않는다. 예를 들면, 반도체 광증폭기(110)와 포토믹서(120)는 각각 별도의 칩이나 장치로 제작되고, 패키지 과정에서 하나의 모듈로 구성될 수도 있을 것이다. 이 경우에는 볼렌즈(Ball Lens) 등을 사용하여 반도체 광증폭기(110)에서 출력되는 증폭된 여기광의 초점을 포토믹서(120)의 광전도체(122)에 맞출 수 있을 것이다.
도 2는 도 1의 포토믹서(120)의 단면(A-A′)을 보여주는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 포토믹서(120)는 기판 위에 광전도체(122) 혹은 응답속도가 빠른 포토다이오드를 형성하고, 그 위에 마주보는 형태로 안테나(124, 125)를 형성함으로써 제작될 수 있다.
여기광은 반도체 광증폭기(110)에 의해서 증폭 또는 변조된 비팅 신 호(Beating Signal)이다. 그리고 안테나(124, 125)에 인가되는 바이어스 전압(V, -V)에 의해서 광전도체(122)에는 전계(E)가 형성된다. 이러한 바이어스 상태에서 여기광이 입사되면, 광흡수에 의해서 광전도체(122)에서는 캐리어(전자-정공 쌍)가 생성된다. 캐리어는 광전도체(122)에 형성된 전계(E)에 의해서 가속되고 순간적으로 안테나(124, 125)로 이동한다. 캐리어의 수명(약, 수백 펨토초) 동안 흐르는 광전류에 의해서 안테나(124, 125)에서는 테라헤르츠파가 발생한다.
본 발명의 실시 예에 따른 포토믹서(120)에서는 안테나(124, 125)에 인가되는 직류 바이어스 전압(V, -V)으로 제공될 수 있다. 따라서, 테라헤르츠파 신호 검출효율 증가와 신호 전송을 위한 변조를 위해서 안테나(124, 125)를 교류 고전압으로 바이어스할 필요가 없다. 안테나(124, 125)에 인가되는 전압은 수십 볼트 정도로 높다. 따라서, 안테나(124, 125)에 인가되는 바이어스 전압을 높은 주파수로 변조하는 경우에는 간격이 수 마이크로미터(μm)에 불과한 안테나(124, 125) 사이의 간격 때문에 안정성이 크게 저하될 수 있다. 본 발명에서는 안테나(124, 125)에 인가되는 바이어스를 고정시키고, 반도체 광증폭기(110)에 의해서 여기광의 세기를 크게 하거나 증폭/변조하여 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 광증폭기 집적형 포토믹서 모듈(100)은, 강한 세기의 여기광에 대한 요구 및 안정적인 테라헤르츠파의 변조 수단에 대한 필요를 모두 만족시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 기술적 특징의 일예를 간략히 보여주는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 포토믹서 모듈(100, 도 1 참조)의 연속 테라 헤르츠파(CW THz-Wave) 발생 방법이 도시되어 있다.
두 파장의 비팅 신호로 제공되는 약한 여기광(Weak Excited Light)이 반도체 광증폭기 집적형 포토믹서 모듈(100)에 입사되면, 먼저, 입사된 약한 여기광은 반도체 광증폭기(110)에서 증폭된다. 반도체 광증폭기(110)의 이득 도파로에서 증폭된 여기광은 포토믹서(120)에 입사된다. 포토믹서(120)의 스위치부에 입사된 여기광에 의해서 연속 테라헤르츠파가 발생한다. 연속 테라헤르츠파(CW THz-Wave)의 세기는 반도체 광증폭기(110)의 이득에 의해서 제어될 수 있다.
그리고 발생되는 테라헤르츠파의 세기를 최적화하기 위한 반도체 광증폭기(110)의 이득은 생성되는 연속 테라헤르츠파의 사용 목적이나 용도에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 기술적 특징의 다른 예를 간략히 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 포토믹서 모듈(100, 도 1 참조)의 변조 테라헤르츠파 발생 방법이 도시되어 있다.
테라헤르츠파를 특정 물질에 대한 검출용으로 사용하는 경우나, 근거리 통신용으로 사용하는 경우, 검출이나 수신을 위해서 특정 주파수에 대한 수신 감도를 보장할 수 있어야 한다. 이 경우에는 포토믹서(120)에 인가되는 바이어스 전압을 변조하는 방법의 경우, 앞서 설명한 이유로 안정성에 문제가 발생할 수 있다. 왜냐하면, 고전압이 제공되는 포토믹서(120)의 바이어스 전압을 변동시키면, 포토빅서(120)의 안정성이 저하될 수 있고, 여기광을 집적 변조하는 경우에 생성되는 테라헤르츠파의 주파수가 불안정해 질 수 있다. 따라서, 포토믹서(120)의 바이어스 전압은 직류로 고정시키고, 반도체 광증폭기(110)의 이득이 변조될 수 있다.
동작을 간단히 설명하면 다음과 같다. 두 파장의 비팅 신호로 제공되는 약한 여기광(Weak Excited Light)은 포토믹서 모듈(100)에 입사된다. 그러면, 반도체 광증폭기(110)에서 광도파로(112)에서 제공되는 이득에 의하여 입사된 여기광은 증폭된다. 동시에, 반도체 광증폭기(110)의 이득은 변조 신호(130)에 의해서 제어될 수 있다. 변조 신호(130)에 대응하는 이득 전류가 반도체 광증폭기(110)에 인가되면, 반도체 광증폭기(110)의 이득 도파로의 이득은 변조 신호(130)에 따라 가변된다. 만일, 구형파의 변조 신호(130)가 입력되면, 반도체 광증폭기(110)의 출력 여기광은 증폭된 여기광 형태를 가지게 된다. 그리고, 증폭된 여기광의 포락선은 구형파로 인가되는 변조 신호(130) 형태의 포락선을 가지게 될 것이다.
증폭 및 변조된 여기광은 포토믹서(120)에 입사된다. 포토믹서(120)의 스위치부에 입사된 여기광에 의해서 변조 테라헤르츠파가 생성 및 복사된다. 포토믹서(120)의 바이어스를 위해 고정적인 직류 전압이 제공된다. 따라서, 안테나의 바이어스 변화에 의하여 야기되는 테라헤르츠파의 주파수 불안정성을 제거될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 반도체 광증폭기(210)와 포토믹서(220) 및 렌즈(230)를 포함하는 포토믹서 모듈(200)이 도시되어 있다.
반도체 광증폭기(210)와 포토믹서(220)는 동일한 반도체 기판에 형성되는 도 1의 실시 예와는 달리 각기 다른 기판에 형성되는 장치들로 구성될 수 있다. 반도 체 광증폭기(210)와 포토믹서(220)는 각기 다른 기판상에 제작되는 별도의 디바이스로 제작되고, 패키지 과정에서 하나의 포토믹서 모듈(200)로 구성될 수 있다. 서로 다른 두 파장의 혼합광인 약한 여기광은 반도체 광증폭기(210)에 의해서 증폭되거나 변조될 수 있다. 그리고, 증폭되거나 변조된 여기광은 포토믹서(220, 단면 구조로 도시됨)에 입사되어 테라헤르츠파를 생성한다.
포토믹서(220)는 반도체 기판(224) 상에 형성되는 광전도체(223) 혹은 응답속도가 빠른 포토다이오드와 금속 도체로 형성되는 안테나(221, 222)를 포함할 수 있다. 증폭된 여기광에 의해서 생성된 테라헤르츠파는 대부분 기판 하부측으로 복사된다. 반도체 기판(224) 의 하부에는 복사되는 테라헤르츠파의 지향성을 제공하기 위하여 초점을 조정하는 볼록 렌즈가 결합될 수 있다.
이상에서 도시된 포토믹서 모듈(200)에 따르면, 반도체 광증폭기(210)에 의해서 증폭된 여기광은 포토믹서(220)의 스위치부에 수직하게 입사될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 포토믹서 모듈을 포함하는 테라헤르츠파 발생기를 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 테라헤르츠파 발생기(300)는 복사되는 테라헤르츠파를 포커싱 혹은 평행광을 만들기 위한 렌즈를 포함하는 반도체 광증폭기 집적형 포토믹서 모듈(310)과, 반도체 광증폭기 집적형 포토믹서(310)에 구동 전력과 여기광을 제공하기 위한 파워 라인 및 광섬유(320)를 포함한다.
본 발명의 테라헤르츠파 발생기(300)는 반도체 광증폭기(SOA)와 포토믹서(Photomixer)가 동일한 칩상에 집적된 포토믹서 모듈(310)를 포함할 수 있다. 또는, 본 발명의 테라헤르츠파 발생기(300)는 반도체 광증폭기(SOA)와 포토믹 서(Photomixer)가 동일 기판상에 집적되지 않더라도 동일 패키지 내에 모듈로 구성되는 포토믹서 모듈을 포함할 수 있다.
이상의 구성에 따르면, 작은 크기에도 테라헤르츠파를 생성할 수 있는 반도체 광증폭기 집적형 포토믹서 모듈을 포함하기 때문에 휴대할 수 있는 테라헤르츠파 발생기 또는 테라헤르츠파 검출기를 제작할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 테라헤르츠파 발생기를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 테라헤르츠파 발생기(400)는 포토믹서 모듈(410)과 포토믹서 모듈(410)에 전력을 제공하기 위한 파워 라인(420)을 포함한다. 본 발명의 포토믹서 모듈(410)은 광증폭기 집적형 포토믹서(411)와 레이저 다이오드(412)를 포함한다.
광증폭기 집적형 포토믹서(411)는 앞서 설명된 동일 반도체 기판상에 형성되는 포토믹서(Photomixer)와 반도체 광증폭기(SOA)를 포함한다. 더불어, 포토믹서 모듈은 여기광을 제공하기 위한 레이저 다이오드(412)를 포함한다.
레이저 다이오드(412)는 바람직하게는 두 개의 파장을 갖는 레이저광을 비팅하여 출력할 수 있는 이중 파장 반도체 레이저 장치로 구성될 수 있을 것이다. 레이저 다이오드(412)에서 두 파장의 레이저 광이 출력되면서, 그 중 한 개의 파장은 연속적으로 튜닝 가능한 이중 파장 반도체 레이저 다이오드로 구성될 수 있다면 휴대성은 배가될 것이다.
또는, 레이저 다이오드(412)는 하나의 출력은 고정 파장으로, 그리고 다른 하나의 출력은 모드 호핑(Mode Hopping)과 같은 이산적인 튜닝에 따라 파장 가변되 는 레이저 다이오드로 구성될 수도 있을 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 테라헤르츠파 발생기를 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 테라헤르츠파 발생기(500)는 포토믹서 모듈(510)과 포토믹서 모듈(410)에 전력을 제공하기 위한 파워 라인(520)을 포함한다. 본 발명의 포토믹서 모듈(510)은 포토믹서(511)와 반도체 광증폭기(512), 그리고 이중 파장 반도체 레이저 다이오드(513)가 동일 칩상에 집적될 수 있다. 또는, 광전도체 안테나(PCA, 511)와 반도체 광증폭기(SOA, 512), 그리고 이중 파장 반도체 레이저 다이오드(513)들 각각이 하나의 모듈로 구성될 수 있다.
이상의 도 6 내지 도 8에서는, 각각의 테라헤르츠파 발생기들(300, 400, 500)은 파워 라인이 포함되는 예들로 설명되었으나 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 테라헤르츠파 발생기들(300, 400, 500)은 배터리와 같은 자체적인 전원을 구비하는 형태로 구성될 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 포토믹서 모듈을 보여주는 평면도;
도 2는 도 1의 광전도체 안테나의 단면을 보여주는 도면;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연속 테라헤르츠파의 발생 방법을 보여주는 블록도;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 변조 테라헤르츠파의 발생 방법을 보여주는 블록도;
도 5는 서로 다른 칩상에 형성되는 반도체 광증폭기 및 광전도체 안테나로 구성되는 포토믹서 모듈을 보여주는 도면;
도 6은 본 발명의 포토믹서 모듈을 포함하는 테라헤르츠파 발생기의 일 실시 예를 보여주는 도면;
도 7은 본 발명의 포토믹서 모듈을 포함하는 테라헤르츠파 발생기의 다른 실시 예를 보여주는 도면;
도 8은 본 발명의 포토믹서 모듈을 포함하는 테라헤르츠파 발생기의 또 다른 실시 예를 보여주는 도면.

Claims (14)

  1. 서로 다른 두 개의 파장의 레이저 광들을 비팅시켜 여기광을 생성하는 이중 파장 반도체 레이저 다이오드;
    상기 여기광을 증폭시키는 반도체 광증폭기; 그리고
    상기 증폭된 여기광에 여기되어 연속 테라헤르츠파를 생성하며, 상기 반도체 광증폭기와 동일 모듈로 형성되는 포토믹서를 포함하되,
    상기 반도체 광증폭기는 변조 신호에 따라 상기 여기광을 변조하는 포토믹서 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 광증폭기와 상기 포토믹서는 단일 칩으로 형성되는 포토믹서 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 광증폭기와 상기 포토믹서는 서로 다른 칩들로 구성되며, 단일 패키지 내에서 광결합되는 포토믹서 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 증폭된 여기광은 상기 포토믹서의 광전도체 면에 수직으로 입사되는 포토믹서 모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이중 파장 반도체 레이저 다이오드는 상기 포토믹서와 상기 반도체 광증폭기와 동일 기판에 형성되는 포토믹서 모듈.
  10. 이중 파장 반도체 레이저 다이오드로부터 서로 다른 파장의 레이저광들을 비팅시켜 여기광을 생성하는 단계;
    상기 여기광을 반도체 광증폭기를 통하여 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 여기광을 변조하는 단계: 및
    상기 증폭 및 변조된 여기광을 포토믹서에 입사하여 테라헤르츠파를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 반도체 광증폭기와 상기 포토믹서는 단일 모듈로 구성되는 테라헤르츠파의 발생 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 포토믹서는 고정 레벨의 직류 전압으로 바이어스되는 테라헤르츠파의 발생 방법.
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