KR101394965B1 - 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치에 관한 것이다. 본 발명의 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치는 제 1 기판 및 제 1 기판과 인접한 제 2 기판을 포함한다. 제 1 기판 상에, 직렬 연결된 광 증폭기, 빗살 반사기 및 광 신호 처리기가 제공된다. 제 2 기판 상에, 광 증폭기와 연결되는 외부 파장 가변 반사기가 제공된다. 광 증폭기, 빗살 반사기 및 광 신호 처리기는 연속적인 도파로를 구성한다. 빗살 반사기는 제 1 회절 격자 및 제 2 회절 격자로 구성된다.

Description

파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치{WAVELENGTH TUNABLE EXTERNAL CAVITY LASER GENERATING DEVICE}
본 발명의 레이저 발생 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치에 관한 것이다.
사회 및 기술이 발전하면서, 소비되는 콘텐츠의 종류가 다양해지고 그리고 소비되는 콘텐츠의 양이 증가하고 있다. 콘텐츠의 양의 증가는 콘텐츠를 전달하는 통신 기술의 발전에 대한 요구를 제고하고 있다.
대용량 통신 기술의 하나로서, 광 통신이 연구되고 있다. 광 통신은 송신측에서 송신 신호를 광으로 변환하고, 변환된 신호를 광 케이블과 같은 매질을 통해 광으로 전송하고, 그리고 수신측에서 수신된 광 신호를 원본 신호로 변환하는 절차에 따라 수행된다.
광 통신 기술 중 대표적인 기술은 파장 분할 다중 광 가입자 망(WDM-PON, Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network) 이다. WDM-PON은 파장 가변 레이저를 필요로 한다.
본 발명의 목적은 고속 변조가 가능한 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 향상된 집적도를 갖는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치는 제 1 기판 상에 제공되며 직렬 연결된 광 증폭기, 빗살 반사기 및 광 신호 처리기; 그리고 상기 제 1 기판과 인접한 제 2 기판 상에 제공되며, 상기 광 증폭기와 연결되는 외부 파장 가변 반사기를 포함하고, 상기 빗살 반사기는 상기 제 1 기판 상에 제공되는 도파로; 상기 광 증폭기와 인접한 상기 도파로의 일 단에 제공되는 제 1 회절 격자; 그리고 상기 광 신호 처리기와 인접한 상기 도파로의 타 단에 제공되는 제 2 회절 격자를 포함하고, 상기 광 증폭기, 빗살 반사기 및 광 신호 처리기는 연속적인 도파로를 구성한다.
실시 예로서, 상기 광 증폭기, 빗살 반사기, 그리고 외부 파장 가변 반사기는 페브리-페로(Febry-Perot) 공진 모드를 형성한다.
실시 예로서, 상기 빗살 반사기는 빗살 형태의 반사 대역들을 갖고, 각 반사 대역은 상기 페브리-페로 공진 모드의 복수의 반사 대역들 중 하나에 대응하는 대역폭을 갖는다.
실시 예로서, 상기 광 증폭기, 빗살 반사기, 그리고 외부 파장 가변 반사기는 상기 페브리-페로 공진 모드의 복수의 반사 대역들 중 하나, 상기 외부 파장 가변 반사기의 반사 대역, 그리고 상기 빗살 반사기의 반사 대역들 중 하나에 공통적으로 대응하는 파장을 갖는 레이저를 발생한다.
실시 예로서, 상기 외부 파장 가변 반사기에 제공되는 제어 신호에 따라, 상기 외부 파장 가변 반사기의 반사 대역이 가변된다.
실시 예로서, 상기 빗살 반사기에 제공되는 제어 신호에 따라, 상기 빗살 반사기의 반사 대역들 사이의 간격이 가변된다.
실시 예로서, 상기 빗살 반사기에 제공되는 제어 신호에 따라, 상기 빗살 반사기의 최대 반사율에 대응하는 파장이 가변된다.
실시 예로서, 상기 광 증폭기의 양단 중 적어도 일 단에 제공되는 위상 조절기를 더 포함한다.
실시 예로서, 각 회절 격자의 선들 사이의 간격은 일정하다.
실시 예로서, 상기 제 1 회절 격자의 선들 사이의 간격은 상기 광 증폭기로부터 멀어질수록 감소한다.
실시 예로서, 상기 제 2 회절 격자의 선들 사이의 간격은 상기 광 신호 처리기로부터 멀어질수록 감소한다.
실시 예로서, 상기 광 증폭기 및 상기 외부 파장 가변 반사기 사이에 제공되는 광 모드 크기 변환기를 더 포함한다.
실시 예로서, 상기 직렬 연결된 광 증폭기, 빗살 반사기 및 광 신호 처리기의 양 단에 제공되는 무반사 코팅을 더 포함하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
실시 예로서, 상기 광 신호 처리기는 마흐-젠더(Mach-Zhender) 간섭형 변조기를 포함한다.
실시 예로서, 상기 광 신호 처리기는 전계 흡수형 변조기를 포함한다.
실시 예로서, 상기 광 신호 처리기는 위상 변조기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 광 증폭기, 빗살 반사기, 그리고 광 변조기가 단일 기판 상에서 연속적인 도파로 형태로 집적된다. 따라서, 고속 변조가 가능한 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 광 증폭기, 빗살 반사기, 그리고 광 변조기가 단일 기판 상에서 연속적인 도파로 형태로 집적되며, 외부 파장 가변 반사기 또한 기판 상에 제공된다. 따라서, 향상된 집적도를 갖는 파장 가변 외부 공진 레이저가 제공된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 예에 따른 빗살 반사기를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 빗살 반사기의 반사 특성의 전산 모사 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 도 3의 그래프 중 중심 파장 주변의 확대도를 보여준다.
도 5는 도 1의 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치의 페브리-페로 공진 모드의 반사 특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 1의 외부 파장 가변 반사기의 반사 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 1의 빗살 반사기의 반사 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 1의 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치의 투과 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 2 예에 따른 빗살 반사기를 보여주는 도면이다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 동일한 구성 요소들은 동일한 참조 번호를 이용하여 인용될 것이다. 유사한 구성 요소들은 유사한 참조 번호들을 이용하여 인용될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(210)이 제공된다. 예시적으로, 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(210)은 서로 다른 물질들로 구성될 수 있다.
제 1 기판(110) 상에, 도파로(120)가 제공된다. 도파로(120)는 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)를 포함한다.
예시적으로, 도파로(120)는 제 1 내지 제 3 영역들로 분할되고, 제 1 내지 제 3 영역들은 각각 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)에 대응할 수 있다.
다른 예로서, 제 1 기판(110) 상에 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)가 제공되고, 그리고 제 1 기판(110) 상에 제공된 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)는 연속적인 도파로(120)를 구성할 수 있다.
제 2 기판(210) 상에 외부 파장 가변 반사기(220)가 제공된다. 외부 파장 가변 반사기(220)는 가변 가능한 반사 대역을 갖는다.
파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)에서, 외부 파장 가변 반사기(220) 및 빗살 반사기(140) 사이에 광 증폭기(130)가 제공된다. 외부 파장 가변 반사기(220) 및 빗살 반사기(140) 사이에서 공진이 발생된다. 광 증폭기(130)는 공진 시에 발생되는 광 감쇄를 보상한다. 따라서, 외부 파장 가변 반사기(220), 광 증폭기(130), 그리고 빗살 반사기(140)에 의해 레이저가 발생된다.
외부 파장 가변 반사기(220), 광 증폭기(130), 그리고 빗살 반사기(140)에 의해 발생된 레이저는 광 신호 처리기(150)로 제공된다. 예시적으로, 광 신호 처리기(150)는 광 변조기를 포함할 수 있다. 외부 파장 가변 반사기(220), 광 증폭기(130), 그리고 빗살 반사기(140)에 의해 발생된 레이저는 광 신호 처리기(150)에 의해 처리되어 출력된다.
예시적으로, 광 신호 처리기(150)의 출력단에 광 케이블이 제공되고, 광 신호 처리기의 출력 레이저는 광 케이블을 통해 전송될 수 있다.
예시적으로, 광 증폭기(130)는 릿지(ridge) 형 또는 평판 매립형(PBH, Planar Buried Heterostructure) 이득 도파로일 수 있다. 광 증폭기(130)는 1.55 마이크로미터 또는 그와 유사한 밴드갭(bandgap)을 갖는 InGaAsP 벌크 또는 InGaAsP/InGaAsP 다중 양자 우물을 포함할 수 있다.
예시적으로, 빗살 반사기(140)는 제 1 회절 격자(141) 및 제 2 회절 격자(143)를 포함할 수 있다. 제 1 회절 격자(141)는 광 증폭기(130)와 인접한(예를 들면, 바로 인접한) 영역에 제공되고, 제 2 회절 격자(143)는 광 신호 처리기(150)와 인접한(예를 들면, 바로 인접한) 영역에 제공될 수 있다. 제 1 및 제 2 회절 격자들(141, 143)은 예를 들어 홀로그라피(holography) 또는 전자선 리소그라피(e-beam lithography)에 기반하여 발생될 수 있다.
빗살 반사기(140)는 릿지(ridge) 형, 깊은 릿지(deep ridge) 형 또는 평판 매립형(PBH, Planar Buried Heterostructure) 수동 도파로일 수 있다. 빗살 반사기(140)는 1.2 내지 1.45 마이크로미터의 밴드갭을 갖는 InGaAsP 벌크 또는 InGaAsP/InGaAsP 다중 양자 우물을 포함할 수 있다.
예시적으로, 빗살 반사기(140)에 제 1 제어 신호(CS1)가 공급될 수 있다. 제 1 제어 신호(CS1)에 따라, 빗살 반사기(140)의 유효 굴절률(neff)이 가변될 수 있다. 예를 들면, 빗살 반사기(140)의 유효 굴절률(neff)은 제 1 제어 신호(CS1)에 의한 열 광학 효과(themooptic effect) 또는 전기 광학 효과(electrooptic effect)에 따라 가변될 수 있다. 제 1 제어 신호(CS1)는 전류 또는 전압일 수 있다.
광 신호 처리기(150)는 릿지(ridge) 형, 깊은 릿지(deep ridge) 형 또는 평판 매립형(PBH, Planar Buried Heterostructure) 도파로일 수 있다. 광 신호 처리기(150)는 마흐-젠더(Mach-Zhender) 간섭형 변조기, 전계 흡수형 변조기, 또는 위상 변조기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 광 신호 처리기(150)는 광 증폭기(130)의 밴드갭보다 40 내지 70 나노미터의 단파장의 밴드갭을 갖는 InGaAsP 벌크 또는 InGaAsP/InGaAsP 다중 양자 우물을 포함하는 전계 흡수형 변조기를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 광 신호 처리기(150)는 1.2 내지 1.4 마이크로 미터의 밴드갭을 갖는 InGaAsP 벌크 또는 InGaAsP/InGaAsP 다중 양자 우물을 포함하는 마흐-젠더(Mach-Zhender) 간섭형 변조기를 포함할 수 있다.
외부 파장 가변 반사기(220)는 가변 가능한 반사 대역을 갖는 회절 격자(예를 들면, polymer grating), 필름형 반사기, 브래그 격자 반사기, 또는 도파로 형태의 반사기일 수 있다. 예시적으로, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역은 제 2 제어 신호(CS2)에 따라 가변될 수 있다. 예를 들면, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역은 제 2 제어 신호(CS2)에 의한 열 광학 효과(themooptic effect) 또는 전기 광학 효과(electrooptic effect)에 따라 가변될 수 있다. 제 2 제어 신호(CS2)는 전압 또는 전류일 수 있다.
예시적으로, 연속적인 도파로를 구성하는 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)의 양단 중 적어도 한 단에, 무반사(AR, Anti-Reflection) 코팅(160)이 제공될 수 있다. 외부 파장 가변 반사기(220) 및 광 증폭기(130) 사이에 무반사 코팅(160)이 제공될 때, 외부 파장 가변 반사기(220), 광 증폭기(130), 그리고 빗살 반사기(140) 사이에서 발생하는 공진 모드에서 반사로 인한 손실이 감소될 수 있다. 광 신호 처리기(150)의 출력단에 무반사 코팅(160)이 제공될 때, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 출력 단에서 반사로 인한 손실이 감소될 수 있다.
예시적으로, 연속적인 도파로를 구성하는 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)의 양단에 무반사 코팅(160)이 제공될 때, 연속적인 도파로를 구성하는 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)에서 발생할 수 있는 페브리-페로(Febry-Perot) 공진이 억제될 수 있다.
예시적으로, 외부 파장 가변 반사기(220) 및 광 증폭기(130) 사이에 광 모드 크기 변환기(SSC, Spot Size Converter, 미도시)가 추가적으로 제공될 수 있다. 광 모드 크기 변환기(SSC)가 추가적으로 제공되면, 와부 파장 가변 반사기(220) 및 광 증폭기(130)의 결합 효율이 향상될 수 있다.
마찬가지로, 광 신호 처리기(150)의 출력단에 광 모드 크기 변환기(SSC, 미도시)가 추가적으로 제공될 수 있다. 광 모드 크기 변환기(SSC)가 추가적으로 제공되면, 광 신호 처리기(150) 및 광 신호 처리기(150)의 출력단에 연결되는 전송 매질(예를 들면, 광 섬유)의 결합 효율이 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 1 예에 따른 빗살 반사기(140)를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 도파로(120)의 제 1 영역, 더 상세하게는 빗살 반사기(140)를 구성하는 도파로(120)의 영역들 중 광 증폭기(130)와 인접한 영역에 제 1 회절 격자(141)가 제공된다. 도파로(120)의 제 2 영역, 더 상세하게는 빗살 반사기(140)를 구성하는 도파로(120)의 영역들 중 광 신호 처리기(150)와 인접한 영역에 제 2 회절 격자(143)가 제공된다.
각 회절 격자의 선들 사이의 간격(Λ)은 일정하다. 제 1 회절 격자(141)의 폭(LG1)과 제 2 회절 격자(143)의 폭(LG2)이 정의되어 있다. 그리고, 제 1 회절 격자(141)의 시작 부분 및 제 2 회절 격자(143)의 시작 부분 사이의 거리(L)가 정의되어 있다.
도 3은 도 2의 빗살 반사기(130)의 반사 특성의 전산 모사 결과를 보여주는 그래프이다. 도 3에서, 가로 축은 파장을 나타내며, 단위는 나노미터(nm) 이다. 세로 축은 반사율을 나타내며, 단위는 퍼센트(%) 이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 빗살 반사기(130)의 반사 특성의 엔벨롭(envelop)은 중심 파장(λB)을 기준으로 가우시안(Gaussian) 형태를 갖는다. 중심 파장(λB)에서, 빗살 반사기(130)의 반사율은 최대 반사율(Rmax)을 갖는다.
최대 반사율(Rmax)에 대응하는 중심 파장(λB)은 빗살 반사기(130)의 구조 및 도파로(120)의 특성에 따라 정의된다. 예시적으로, 중심 파장(λB)은 아래의 수학식 1과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112010066467093-pat00001
즉, 중심 파장(λB)은 빗살 반사기(140)를 구성하는 도파로(120)의 굴절률(neff)에 따라 조절될 수 있다.
도 4는 도 3의 그래프 중 중심 파장(λB) 주변의 확대도를 보여준다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 빗살 반사기(140)는 빗살 형태의 반사 대역들을 갖는다. 반사 대역들 사이의 간격(dλ)은 일정하며, 아래의 수학식 2와 같이 정의된다.
Figure 112010066467093-pat00002
즉, 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 사이의 간격(dλ)은 빗살 반사기(140)를 구성하는 도파로(120)의 굴절률(neff)에 따라 조절될 수 있다.
도 5는 도 1의 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 페브리-페로 공진 모드의 반사 특성을 보여주는 그래프이다. 예시적으로, 외부 파장 가변 반사기(220), 광 증폭기(130), 그리고 빗살 반사기(140) 사이에서 발생되는 페브리-페로 공진 모드의 반사 특성이 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서, 가로 축은 파장을 나타내고 세로 축은 반사율(R)을 나타낸다.
도 5를 참조하면, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 페브리-페로 공진 모드에서 복수의 반사 대역들이 제공된다. 페브리-페로 공진 모드의 복수의 반사 대역들 사이의 간격(△λFP)은 일정하다. 도 5에서, 제 1 파장(λ1) 및 제 2 파장(λ2)을 포함한 다양한 대역에 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들이 제공되는 것으로 도시되어 있다.
도 6은 도 1의 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 특성을 보여주는 그래프이다. 도 6에서, 가로 축은 파장을 나타내고, 세로 축은 반사율(R)을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역의 폭(PB1)이 정의된다. 예시적으로, 도 6에서, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역은 제 1 파장(λ1)을 중심으로 제공되는 것으로 도시되어 있다. 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역이 제 1 파장(λ1)으로부터 제 2 파장(λ2)으로 가변되면, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역은 제 2 파장(λ2)을 중심으로 제공될 수 있다.
도 7은 도 1의 빗살 반사기(140)의 반사 특성을 보여주는 그래프이다. 도 7에서, 가로 축은 파장을 나타내고 세로 축은 반사율(R)을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 빗살 반사기(140)는 빗살 형태로 제공되는 복수의 반사 대역들을 형성한다. 도 7에서, 빗살 반사기(140)의 반사 대역의 폭(PB2)과 반사 대역들 사이의 간격(dλ)이 정의되어 있다.
도 1 및 도 5 내지 도 7을 참조하면, 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 외부 파장 가변 반사기(220)는 페브리-페로 공진 모드를 형성한다. 페브리-페로 공진 모드의 반사 특성은 도 5와 같이 나타난다. 페브리-페로 공진 모드에서, 반사 대역들 사이의 간격(△λFP)은 외부 파장 가변 반사기(220) 및 빗살 반사기(140) 사이의 거리에 반비례한다. 통상적으로, 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들 사이의 간격(△λFP)은 매우 조밀하게 형성된다. 예를 들면, 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들 사이의 간격(△λFP)은 0.1 나노미터로 조밀하게 형성될 수 있다.
외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 특성은 도 6과 같이 나타난다. 예시적으로, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역의 폭(PB1)은 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들 사이의 간격(△λFP) 보다 크게 형성된다. 즉, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역에 페브리-페로 공진 모드의 둘 이상의 반사 대역들이 포함될 수 있다. 예시적으로, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역의 반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum)은 0.4 내지 2 나노미터 정도로 형성된다.
빗살 반사기(140)의 반사 특성은 도 7과 같이 나타낸다. 예시적으로, 빗살 반사기(140)의 각 반사 대역의 폭(PB2)은 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들 중 하나에 대응하게 형성된다. 즉, 빗살 반사기(140)의 하나의 반사 대역에 페브리-페로 공진 모드의 둘 이상의 반사 대역들이 포함되지 않도록, 빗살 반사기(140)의 각 반사 대역의 폭(PB2)이 형성된다.
외부 파장 가변 반사기(220), 광 증폭기(130), 그리고 빗살 반사기(140)로 구성되는 공진기에서, 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들 중 하나, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역, 그리고 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 중 하나에 공통적으로 대응하는 대역의 광이 공진된다. 즉, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)에서, 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들 중 하나, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역, 그리고 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 중 하나에 공통적으로 대응하는 단일 모드 레이저가 발생된다.
예시적으로, 도 5 내지 도 7에서, 제 1 파장(λ1)에 대응하는 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역이 제공되는 것으로 도시되어 있다. 또한, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역은 제 1 파장(λ1)을 중심으로 제공되며, 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 중 하나는 제 1 파장(λ1)에 대응하는 것으로 도시되어 있다. 이때, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)는 제 1 파장(λ1)에 대응하는 단일 모드 레이저를 발생할 것이다.
도 5 내지 도 7에서, 제 2 파장(λ2)에 대응하는 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역이 제공되는 것으로 도시되어 있다. 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 중 하나는 제 2 파장(λ2)에 대응하는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역이 제 2 파장(λ2)에 대응하도록 제어되면, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)는 제 2 파장(λ2)에 대응하는 단일 모드 레이저를 발생할 것이다.
외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역의 가변에 따른 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 투과 특성이 도 8에 도시되어 있다. 도 8에서, 가로 축은 파장을 나타내며 세로 축은 투과율(T)을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역이 제 1 파장(λ1)에 대응할 때, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)는 제 1 파장(λ1)에 대응하는 단일 모드 레이저를 출력한다. 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역이 제 2 파장(λ2)으로 제어될 때, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)는 제 2 파장(λ2)에 대응하는 단일 모드 레이저를 출력한다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)는 하나의 기판에 집적된 광 소자 및 하나의 기판에 집적된 파장 가변 반사기로 구성된다. 하나의 기판에 집적된 광 소자는 광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)를 포함한다. 광 신호 처리기(150), 예를 들면 광 변조기는 광 증폭기(130) 및 빗살 반사기(140)와 함께 집적되어 하나의 연속적인 도파로(120)를 구성한다. 따라서, 빗살 반사기(140)를 통해 출력되는 레이저의 고속 변조가 수행될 수 있다.
외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역은 제 2 제어 신호(CS2)에 따라 가변된다. 빗살 반사기(140)는 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역들에 대응하는 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들 중 하나를 선택하는 선택성을 제공한다. 따라서, 파장이 가변될 수 있는 단일 모드 레이저가 발생될 수 있다.
광 증폭기(130), 빗살 반사기(140), 그리고 광 신호 처리기(150)로 구성되는 광 소자 및 외부 파장 가변 반사기(220)는 각각 기판들에 형성된다. 따라서, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 집적도가 향상될 수 있다.
빗살 반사기(140)를 구성하는 도파로(120)의 유효 굴절률(neff)은 제 1 제어 신호(CS1)에 따라 가변될 수 있다. 수학식 1에 정의된 바와 같이, 빗살 반사기(140)의 최대 반사율(Rmax)에 대응하는 파장(λB)은 빗살 반사기(140)를 구성하는 도파로(120)의 유효 굴절률(neff)에 따라 제어될 수 있다. 즉, 제 1 제어 신호(CS1)에 따라, 빗살 반사기(140)의 최대 반사율(Rmax)에 대응하는 파장(λB)이 제어될 수 있다.
외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역이 가변될 때, 빗살 반사기(140)의 최대 반사율(Rmax)에 대응하는 파장(λB)이 함께 가변될 수 있다. 예를 들면, 외부 파장 가변 반사기(220)의 가변되는 반사 대역에 대응하도록, 빗살 반사기(140)의 최대 반사율(Rmax)에 대응하는 파장(λB)이 함께 가변될 수 있다. 따라서, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 공진 특성이 향상된다.
수학식 2에 정의된 바와 같이, 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 사이의 간격(dλ)은 빗살 반사기(140)를 구성하는 도파로(120)의 유효 굴절률(neff)에 따라 제어될 수 있다. 즉, 제 1 제어 신호(CS1)에 따라, 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 사이의 간격(dλ)이 제어될 수 있다.
외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역이 가변될 때, 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 사이의 간격(dλ)이 조절될 수 있다. 예를 들면, 외부 파장 가변 반사기(220)의 가변되는 반사 대역에 빗살 반사기(140)의 둘 이상의 반사 대역들이 포함되지 않도록, 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 사이의 간격(dλ)이 조절될 수 있다. 따라서, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)가 멀티 모드 레이저를 발생하는 것이 방지된다.
외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역이 가변될 때, 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 사이의 간격(dλ)이 조절될 수 있다. 예를 들면, 외부 파장 가변 반사기(220)의 가변되는 반사 대역의 최대 반사율에 대응하도록, 빗살 반사기(140)의 반사 대역들 사이의 간격(dλ)이 조절될 수 있다. 따라서, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 공진 특성이 향상된다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100a)를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하여 설명된 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)와 비교하면, 위상 조절기(170)가 추가적으로 제공된다.
위상 조절기(170)는 외부 파장 가변 반사기(220), 광 증폭기(130), 그리고 빗살 반사기(140)에 의해 구성되는 공진기의 페브리-페로 반사 대역들을 조절할 수 있다. 즉, 위상 조절기(170)가 추가적으로 제공되면, 외부 파장 가변 반사기(220)의 반사 대역 및 빗살 반사기(140)의 반사 대역들에 더하여 페브리-페로 공진 모드의 반사 대역들이 추가적으로 제어될 수 있다. 따라서, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100a)의 파장 가변 특성이 향상된다.
예시적으로, 도 9에서 위상 조절기(170)는 외부 파장 가변 반사기(220) 및 광 증폭기(130)의 사이에 제공되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 위상 조절기(170)는 외부 파장 가변 반사기(220) 및 빗살 반사기(140) 사이의 어떤 영역에도 제공될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 2 예에 따른 빗살 반사기(140a)를 보여주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 빗살 반사기(140a)는 제 1 회절 격자(141a) 및 제 2 회절 격자(143a)를 포함한다.
각 회절 격자의 선들 사이의 간격은 제 1 간격(Λ1) 으로부터 제 n 간격(Λn) 까지 순차적으로 변화한다. 예시적으로, 제 1 회절 격자의 선들 사이의 간격은 광 증폭기(130)로부터 광 신호 처리기(150) 방향으로 진행할수록 감소한다. 제 2 회절 격자의 선들 사이의 간격은 광 증폭기(130)로부터 광 신호 처리기(150) 방향으로 진행할수록 감소한다. 즉, 빗살 반사기(140a)의 제 1 및 제 2 회절 격자들(141a, 143a)은 처핑(chirping)된 구조를 갖는다.
도 3 및 수학식 1에 나타난 바와 같이, 빗살 반사기(140a)의 최대 반사율(Rmax)에 대응하는 파장(λB)은 회절 격자의 선들 사이의 간격(Λ)에 따라 제어된다. 제 1 및 제 2 회절 격자들(141a, 143a)이 처핑된 구조를 가질 때, 최대 반사율(Rmax)에 대응하는 파장(λB)을 중심으로 도 3에 도시된 반사 특성보다 넓은 대역에서 균일한 반사율을 갖는 반사 특성이 획득될 수 있다.
예시적으로, 광 증폭기(130)에 인접한 영역으로부터 광 신호 처리기(150)에 인접한 영역으로 진행할수록, 제 1 회절 격자(141a)의 선들 사이의 간격은 순차적으로 감소하고 그리고 제 2 회절 격자(143a)의 선들 사이의 간격이 순차적으로 감소한다. 즉, 제 1 간격(Λ1)은 제 n 간격(Λn) 보다 크다. 이때, 빗살 반사기(140)는 복수의 파장들에 대응하는 광들 중 상대적으로 긴 파장을 갖는 광(장파장 광)을 상대적으로 짧은 파장을 갖는 광(단파장 광) 보다 먼저 반사한다. 따라서, 광(또는 레이저)이 광섬유를 통해 전송될 때, 단파장의 전송 속도가 장파장의 전송 속도 보다 빠른 특성이 보상될 수 있다.
예시적으로, 각 회절 격자의 선들 사이의 간격(Λ)을 제외하면, 빗살 반사기(140a)의 물리 값들은 도 2를 참조하여 설명된 빗살 반사기(140)의 물리 값들과 일치한다. 예시적으로, 빗살 반사기들(140, 140a)에서, 제 1 회절 격자(141a)의 폭(LG1), 제 2 회절 격자(143a)의 폭, 그리고 제 1 회절 격자(141a)의 시작 부분 및 제 2 회절 격자(143a)의 시작 부분 사이의 거리(L)는 일치한다.
상술된 실시 예들에서, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 출력 레이저가 특정 파장 또는 특정 대역에 대응하는 것으로 설명되었다. 이때, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 출력 레이저는 광 신호 처리기(150)의 처리가 무시된 레이저이다. 광 신호 처리기(150)의 처리가 적용되면, 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치(100)의 출력 레이저의 파장 또는 대역은 가변될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위와 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 100a ; 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치
110; 제 1 기판
120 ; 도파로
130 ; 광 증폭기
140, 140a ; 빗살 반사기
141, 141a, 143, 143a ; 회절 격자
150 ; 광 신호 처리기
160 ; 무반사 코팅
170 ; 위상 제어기
210 ; 제 2 기판
220 ; 외부 파장 가변 반사기

Claims (16)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판과 인접한 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 제공되며, 순차적으로 직렬 연결된 광 증폭기, 빗살 반사기 및 광 신호 처리기; 그리고
    상기 제 2 기판 상에 제공되며, 상기 광 증폭기와 연결되는 외부 파장 가변 반사기를 포함하고,
    상기 빗살 반사기는
    상기 제 1 기판 상에 제공되고, 상기 광 증폭기 및 상기 광 신호 처리기와 연결되는 도파로;
    상기 광 증폭기와 인접한 상기 도파로의 일 단에 제공되는 제 1 회절 격자; 그리고
    상기 광 신호 처리기와 인접한 상기 도파로의 타 단에 제공되는 제 2 회절 격자를 포함하고, 상기 광 증폭기, 상기 빗살 반사기 및 상기 광 신호 처리기는 연속적인 도파로를 구성하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 증폭기, 상기 빗살 반사기, 그리고 상기 외부 파장 가변 반사기는 페브리-페로(Febry-Perot) 공진 모드를 형성하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 빗살 반사기는 빗살 형태의 반사 대역들을 갖고,
    상기 빗살 형태의 반사 대역들 각각은 상기 페브리-페로 공진 모드의 복수의 반사 대역들 중 하나에 대응하는 대역폭을 갖는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 증폭기, 상기 빗살 반사기, 그리고 상기 외부 파장 가변 반사기는 상기 페브리-페로 공진 모드의 복수의 반사 대역들 중 하나, 상기 외부 파장 가변 반사기의 반사 대역, 그리고 상기 빗살 반사기의 반사 대역들 중 하나에 공통적으로 대응하는 파장을 갖는 레이저를 발생하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 외부 파장 가변 반사기에 제공되는 제어 신호에 따라, 상기 외부 파장 가변 반사기의 반사 대역이 가변되는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 빗살 반사기에 제공되는 제어 신호에 따라, 상기 빗살 반사기의 반사 대역들 사이의 간격이 가변되는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 빗살 반사기에 제공되는 제어 신호에 따라, 상기 빗살 반사기의 최대 반사율에 대응하는 파장이 가변되는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 광 증폭기의 양단 중 적어도 일 단에 제공되는 위상 조절기를 더 포함하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 회절 격자들 각각의 선들 사이의 간격은 일정한 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 회절 격자의 선들 사이의 간격은 상기 광 증폭기로부터 멀어질수록 감소하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 회절 격자의 선들 사이의 간격은 상기 광 신호 처리기로부터 멀어질수록 증가하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 증폭기 및 상기 외부 파장 가변 반사기 사이에 제공되는 광 모드 크기 변환기를 더 포함하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 직렬 연결된 상기 광 증폭기, 상기 빗살 반사기 및 상기 광 신호 처리기의 양 단에 제공되는 무반사 코팅을 더 포함하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 신호 처리기는 마흐-젠더(Mach-Zhender) 간섭형 변조기를 포함하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 신호 처리기는 전계 흡수형 변조기를 포함하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 신호 처리기는 위상 변조기를 포함하는 파장 가변 외부 공진 레이저 발생 장치.
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