KR101679660B1 - To-can 패키징을 위한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은, 광대역 광을 발생하는 외부 공진기형 광원; 상기 광원에서 출력되는 광대역 광이 입력되는 광도파로; 상기 광도파로에 형성된 브래그 격자; 상기 브래그 격자가 형성된 광도파로 상부에 구비되며, 열광학 효과에 의해 상기 브래그 격자의 반사 대역을 조절하는 히터; 상기 브래그 격자의 반사 대역이 조절됨에 따라 얻어지는 광신호를 일정 각도로 방향전환하기 위한 방향전환 도파영역; 상기 방향전환 도파영역에 의해 방향전환되어 상기 광도파로를 빠져 나오는 광신호의 일부는 투과시키고, 나머지는 수직 상방으로 반사시키는 45도 반사부; 및 상기 45도 반사부에 의해 수직 상방으로 반사된 광신호를 평행광 또는 수렴광으로 만들어주는 렌즈;를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 브래그 격자가 형성된 광도파로를 광신호의 진행방향이 전환될 수 있는 구조로 설계함으로써, 외부 공진기형 레이저 모듈의 부피를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 표준화된 소형의 TO-CAN 패키징 및 그로 인한 비용 절감이 가능하게 된다.

Description

TO-CAN 패키징을 위한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈{EXTERNAL CAVITY TUNABLE LASER MODULE FOR TO-CAN PACKAGING}
본 발명은 넓은 파장 영역에서 파장가변이 가능함과 동시에, 저가이고 신뢰성 높은 TO-CAN 패키징을 위한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈에 관한 것이다.
WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광통신 기술은 현재 대부분의 기간망 및 메트로망에 적용되는 기술로, 하나의 광섬유로 구성된 광선로에 파장분할 다중화하여 다수의 고속신호를 전송하는 기술이다. 최근 이러한 WDM 방식의 전송망에는 파장가변 레이저 모듈을 사용하여 전송망의 유연성을 높이면서도 재고 부담과 운용 비용을 낮추려는 노력이 대두되고 있다.
파장가변 레이저에 있어서 DFB(Distributed Feed Back) 구조를 활용한 레이저가 개발되어 상용되고 있으나, DFB 레이저의 파장가변 범위가 10nm 이하로 좁아 C-밴드(1535nm~1565nm) 내의 모든 파장을 지원하기 위해서는 3~4세트(set)의 파장가변 DFB 레이저 모듈을 사용해야 한다는 단점이 있다. 또한, DFB 레이저를 이용한 파장가변 트랜스폰더는 광원이 고가이고, 다채널 트랜스폰더를 백업용으로 구비해야 하기 때문에, 망 운영자에게 재고 부담을 줄이는 관점에서 효율적인 해결책을 제공하지 못하고 있다. 이에 따라, 한 개의 레이저 모듈로 필요한 WDM 밴드(예를 들면, C-band)의 모든 파장을 가변할 수 있는 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈의 개발이 필요한 실정이다.
도 1은 종래의 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈인 버터플라이형 패키지의 평면도이고, 도 2는 종래의 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈인 버터플라이형 패키지의 일 측면도로서, 보다 구체적으로는 레이저 다이오드 칩과 광도파로를 버트커플링(butt-coupling)한 버터플라이형 패키지의 구성도이다. 버터플라이형 패키지보다 작은 사이즈인 XMD형 패키지도 기본적으로 이와 유사한 구성을 갖는다.
도 1 및 도 2에 나타낸 종래의 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은 칩 스템(11) 상부에 위치하는 광원용 레이저 다이오드 칩(10), 내부에 파장가변을 위한 브래그 격자(30)가 형성된 광도파로(20), 광도파로(20) 상부에 구비된 히터(40), 상기 광도파로(20)에서 출력되는 광신호를 일부 반사, 일부 투과시키는 빔스플리터(50), 빔스플리터(50)를 투과하는 광신호를 집속시키는 렌즈(60), 빔스플리터(50)에 의해 반사된 광신호의 파워를 측정하는 포토다이오드(70), 외부 온도 환경과 무관하게 파장가변 레이저 모듈의 작동 온도를 설정하기 위한 온도센서(81) 및 열전냉각기(82)를 포함하여 구성될 수 있다.
그러나 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈을 이와 같이 구성할 경우, 브래그 격자(30)를 포함하는 광도파로(20)의 부피가 크기 때문에 파장가변 레이저 모듈전체의 부피가 커질 수 밖에 없고, 이에 따라 상기 파장가변 레이저 모듈을 패키징하는 비용도 많이 소요될 수 밖에 없다.
일반적으로 TO-CAN 패키지는 버터플라이형 또는 XMD형 패키지에 비해 제작 비용이 적고, 부피가 작은 장점이 있어 통신용 광모듈에 널리 채택되고 있다. 그러나 TO-CAN 패키징을 위해서는 광소자들이 놓이는 TO 스템면에 대하여 광신호의 출력 방향이 수직 상방이 되어야 하므로, TO 스템면에 대해 평행하게 방출되는 광신호의 진행방향을 수직 상방으로 전환시켜야 한다는 특성이 있다.
한편, 브래그 격자를 이용한 광도파로형 폴리머 파장가변 필터 기술은 M.Oh 등이 Applied Physics Letters, 1998년 11월호(no2) pp.2543-2545에 게시한 "Tunable wavelength filters with Bragg gratings in polymer waveguides"에서 최초로 구현되었으며, 이와 관련된 기술이 2001년 미국특허 제6303040호로 등록되었다.
미국등록특허 제6303040호(2001.10.16)
본 발명은 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈을 구성하는 광소자들을 TO-CAN 패키징하기 위하여, 브래그 격자가 형성된 광도파로를 직선형이 아닌 광신호의 진행방향이 전환될 수 있는 구조를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은, 광대역 광을 발생하는 외부 공진기형 광원; 상기 광원에서 출력되는 광대역 광이 입력되는 광도파로; 상기 광도파로에 형성된 브래그 격자; 상기 브래그 격자가 형성된 광도파로 상부에 구비되며, 열광학 효과에 의해 상기 브래그 격자의 반사 대역을 조절하는 히터; 상기 브래그 격자의 반사 대역이 조절됨에 따라 얻어지는 광신호를 일정 각도로 방향전환하기 위한 방향전환 도파영역; 상기 방향전환 도파영역에 의해 방향전환되어 상기 광도파로를 빠져 나오는 광신호의 일부는 투과시키고, 나머지는 수직 상방으로 반사시키는 45도 반사부; 및 상기 45도 반사부에 의해 수직 상방으로 반사된 광신호를 평행광 또는 수렴광으로 만들어주는 렌즈;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 방향전환 도파영역은 상기 브래그 격자의 반사 대역이 조절됨에 따라 얻어지는 광신호를 180도 방향전환하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은, 상기 45도 반사부를 투과하는 광신호의 파워를 측정하는 포토다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은, 온도센서 및 열전냉각기를 더 포함할 수 있으며, 상기 히터, 상기 온도센서 및 열전냉각기와 전기적으로 연결되어, 상기 온도센서에 의해 감지되는 신호를 입력받아 상기 히터의 발열 및 상기 열전냉각기의 흡열을 조절하는 온도제어장치를 더 포함할 수 있다.
상기 온도센서는 광도파로의 상부에 구비되며, 상기 열전냉각기는 상기 광도파로의 하부에 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 광도파로는 폴리머로 이루어진 폴리머 광도파로인 것을 특징으로 한다.
상기 브래그 격자는 폴리머로 이루어진 폴리머 브래그 격자이며, 상기 광도파로 및 상기 브래그 격자를 형성하는 폴리머는 할로겐 원소를 포함하고, 자외선 또는 열에 의해 경화되는 관능기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광도파로 및 상기 브래그 격자를 형성하는 폴리머는 열광학 계수가 -9.9×10-4 내지 -0.5×10-4℃-1인 것을 특징으로 한다.
상기 광도파로의 기하학적 구조는 립(rib) 구조, 리지(ridge) 구조, 인버티드 립(inverted rib) 구조, 인버티드 리지(inverted ridge) 구조 또는 채널(chnnel) 구조인 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명에 의하면, 브래그 격자가 형성된 광도파로를 광신호의 진행방향이 전환될 수 있는 구조로 설계함으로써, 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈의 부피를 감소시킬 수 있고 이에 따라 TO-CAN 패키징이 가능하다.
또한, 본 발명에 의한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈을 구성하는 광소자들을 평면 광도파로와 접합함으로써 정렬 등의 까다로운 공정이 사라지고, 작업을 용이하게 함으로써 생산성 향상에 기여할 수 있다.
또한, 표준화된 소형의 TO-CAN 패키지를 사용함으로써, 안정되고 재현성 및 신뢰성이 높은 파장 가변 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈인 버터플라이형 패키지의 평면도이다.
도 2는 종래의 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈인 버터플라이형 패키지의 일 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TO-CAN 패키징을 위한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 TO-CAN 패키징을 위한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈의 일 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈에 있어서 광도파로의 구조 및 브래그 격자의 형성 위치를 예시적으로 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 TO-CAN 패키징을 위한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈에 대해 상세하게 설명한다. 첨부한 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다.
본 명세서에서 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 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 TO-CAN 패키징을 위한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 TO-CAN 패키징을 위한 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈의 일 측면도이다.
본 발명은 광도파로(보다 바람직하게는, 폴리머 재질의 광도파로)의 열광학 효과를 이용하여 브래그 격자에서 반사되는 파장 대역(즉, 브래그 격자의 반사 대역)을 조절함으로써 필요로 하는 광신호를 외부로 출력시키는 파장가변 레이저 모듈을 제공하되, TO-CAN 패키징을 위해 상기 파장가변 레이저 모듈의 부피를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이를 위하여 본 발명에 따른 파장가변 레이저 모듈은, 광대역 광을 발생하는 외부 공진기형 광원(100), 광원(100)에서 출력되는 광대역 광이 입력되는 광도파로(200), 광도파로(200)에 형성된 브래그 격자(300), 브래그 격자(300)가 형성된 광도파로(200) 상부에 구비되며, 열광학 효과에 의해 브래그 격자(300)의 반사 대역을 조절하는 히터(400), 브래그 격자(300)의 반사 대역이 조절됨에 따라 얻어지는 광신호를 일정 각도로 방향전환하기 위한 방향전환 도파영역(250), 방향전환 도파영역(250)에 의해 방향전환되어 상기 광도파로(200)를 빠져나오는 광신호의 일부는 투과시키고, 나머지는 수직 상방으로 반사시키는 45도 반사부(500), 및 45도 반사부(500)에 의해 수직 상방으로 반사된 광신호를 평행광 또는 수렴광으로 만들어주는 렌즈(600)를 포함하여 이루어질 수 있다.
외부 공진기형 광원(100)은 광대역 광을 발생하는 반도체 광 증폭기 또는 반도체 레이저 다이오드 칩일 수 있으며, 이 때 광의 출사면은 1% 이하의 AR(anti-reflection) 코팅이 되어 있고, 출사면의 반대면은 반사율이 80% 이상인 HR(high-reflection) 코팅이 되어 있을 수 있다.
상기 광원(100)이 광대역 파장 발진용 반도체 레이저 다이오드 칩일 경우, 상기 반도체 레이저 다이오드 칩은 광이 발생되는 활성층, 전류방지층, p-메탈(p-metal) 및 n-메탈(n-metal)층을 포함하는 구조로서, InP 기판상에 InGaAsP, InGaAlAs, InAlAs 등의 3-5족 원소의 조합 또는 2-4족 원소의 조합으로 형성될 수 있으며, 활성층은 다중 양자우물(multi-quantum well) 또는 벌크 액티브(bulk active) 구조일 수 있다.
광원(100) 및 광도파로(200) 사이에는 광결합 렌즈(미도시)가 구비될 수 있으며, 이 때 상기 광결합 렌즈는 광원(100)에서 출력되는 광을 집광하여 브래그 격자(300)가 형성된 광도파로(200)와 버트커플링(butt-coupling) 되도록 한다. 보다 구체적으로는, 상기 광도파로(200)는 전반사를 유도하는 상부 클래딩(210) 및 하부 클래딩(220)과 광의 전송이 일어나는 코어(230)로 구성되는데, 상기 광결합 렌즈에 의해 집광된 광은 광도파로(200)의 코어(230)에 입력될 수 있다. 한편, 광원(100)은 물리적 지지를 위한 칩 스템(110) 상에 구비될 수 있다.
광도파로(200)는 광원(100)에서 출력되는 광대역 광이 그 일단에서 입력되고 브래그 격자(300)를 통해 얻어지는 광신호는 타단으로 출력되는 통로이다. 광도파로(200)는 기판(1000)의 상부에 구비되어 지지될 수 있으며, 이 때 기판(1000)은 실리콘 기판, 폴리머 기판 또는 유리 기판 등일 수 있다.
광도파로(200)는 클래딩(210, 220) 및 상기 클래딩(210, 220)에 의해 둘러싸인 코어(230)로 구성되며, 코어(230)의 굴절률이 클래딩(210, 220)의 굴절률보다 높아 코어(230)에 입사되는 광은 그 입사각에 따라 코어(230)와 클래딩(210, 220)의 경계면에서 전반사가 일어나게 된다.
브래그 격자(300)는 광도파로(200)의 클래딩(210, 220) 또는 코어(230)에 광의 진행방향으로 일정한 주기를 갖는 홈을 형성하여 제작되며, 홈의 빈 공간(공기)이 브래그 격자를 형성하거나, 상기 홈에 실리콘 산화물, 폴리 실리콘과 같은 물질이 채워져 브래그 격자(300)를 형성할 수 있다.
브래그 격자(300)를 형성하는 상기 주기적인 홈은 광이 진행하는 광도파로(200)의 굴절률에 주기적인 섭동을 가함으로써, 격자 사이의 간격에 의해서 결정되는 파장을 반사한다. 그리고 브래그 격자(300)에 의해 반사되는 상기 파장은 광원(100)의 출사면으로 재입력되는 공진에 의해 브래그 격자(300)의 반사 대역의 중심 파장을 갖는 광신호가 생성된다.
이에 대해 보다 상세히 설명하면, 상기 브래그 격자(300)에 의해 반사되는 파장(λ)은 다음의 식 1에 나타낸 격자 방정식에 의해 결정된다.
[식 1]
mλ=2nΛ
상기 식 1에서 m은 브래그 격자의 차수를 나타내는 1,3,5,7 등의 홀수, n은 광도파로의 유효 굴절률, Λ는 브래그 격자의 주기이다.
광도파로(200)의 일단에 입사되는 다 파장의 광대역 광신호들(예를 들어, 중심파장이 λ1~λn인 광신호들) 중, 브래그 격자(300)에 의해 브래그 조건을 만족하는 특정 파장의 광신호(예를 들어, 중심 파장이 λi인 광신호)는 일정부분 반사되어 광도파로(200)의 일단으로 되돌아가고, 나머지 파장의 광신호들은 광도파로(200)의 타단으로 출력된다. 이 때 광도파로(200)의 일단으로 반사된 광신호는 광원(예를 들어, 반도체 레이저 다이오드 칩)(100) 내에서 광의 세기가 증폭되어 브래그 격자(300)가 형성된 광도파로(200)로 피드백되며, 그 결과 좁은 선폭을 갖는 중심 파장이 λi인 레이저가 발진되어 광도파로(200)의 타단으로 출력되게 된다.
한편, 온도에 따른 브래그 반사 파장의 변화는 상기 식 1로부터 식 2와 같이 유도된다.
[식 2]
m·dλ/dT = 2d(nΛ)/dT = λ0(1/n·dn/dT + 1/Λ·dΛ/dT)
상기 식 2의 m,n 및 Λ는 상기 식 1과 동일하며, λ0는 초기 반사 파장이다. 즉, 온도에 대한 반사 파장의 변화량은 온도에 대한 유효 굴절률의 변화량과 격자 주기의 변화량의 합에 비례한다. 예를 들어, 격자 차수 m이 1이고 초기 파장 λ0가 1550nm인 실리콘 도파로 브래그 격자를 가정하면, 온도에 대한 반사 파장의 변화는 0.085nm/K으로 100GHz 간격의 16채널에 해당하는 12nm 가변을 위한 온도는 약 142K임을 알 수 있다. 상기 예에서 실리콘의 열광학계수, Δn/ΔT는 1.9×10-4/K이고, 온도에 의한 주기의 변화는 무시했다.
이와 같이 열광학 효과를 이용하여 브래그 격자(300)의 반사 대역을 조절하기 위해서는, 브래그 격자(300)가 형성된 광도파로(200) 상에 히터(400)를 구비하는 것이 바람직하다.
히터(400)는 소정의 전기적 신호가 인가됨에 따라 줄열(Joule heat)을 생성하여 브래그 격자(300)가 형성된 광도파로(200)의 온도를 가변하고, 광도파로(200)의 열광학 효과에 의해 브래그 격자(300)에서 반사되는 파장 대역을 조절하며, 이에 따라 광도파로(200)의 타단으로 출력되는 광신호의 중심 파장이 가변되도록 한다.
히터(400)는 전력이 인가될 때 열이 발생하는 통상적인 금속 히터는 모두 사용 가능하나, 바람직하게는 Cr, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Al 원소들 및 니크롬과 같은 이들의 합금으로 구성된 적층 박막으로 이루어진 군에서 선택되는 박막형의 발열체가 구비된 히터인 것이 바람직하다.
방향전환 도파영역(250)은 광도파로(200)의 전체영역 중, 브래그 격자(300) 및 히터(400)의 작용에 의해 얻어지는 광신호를 일정 각도로 방향전환하는 도파영역을 가리킨다.
방향전환 도파영역(250)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 브래그 격자(300)의 반사 대역이 조절됨에 따라 얻어지는 광신호를 한 번의 반사에 광신호의 진행방향이 60도씩 3회 전환되도록 구성될 수 있다. 도 3에 나타낸 방향전환 도파영역(250)은 그 내부에 멀티모드 전반사 거울 3개를 사용한 것으로 볼 수 있다.
이 때, 방향전환 도파영역(250)은 도 3에 나타낸 실시예로 한정되는 것은 아니며, 브래그 격자(300) 및 히터(400)의 작용에 의해 얻어지는 광신호를 다양한 각도로 방향전환 되도록 구성될 수 있다. 다만, 브래그 격자(300)의 반사 대역이 조절됨에 따라 얻어지는 광신호가 방향전환 도파영역(250)에 의해 180도 방향전환될 경우에는 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈의 부피를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
방향전환 도파영역(250)에 의해 방향전환된 광신호는 광도파로(200)를 빠져 나와 상기 광도파로(200)의 타단에 구비된 45도 반사부(500)에 의해 일부는 투과되고, 나머지는 수직 상방으로 반사된다.
여기서, 45도 반사부(500)는 별도의 45도 거울을 상기 광도파로(200)의 타단에 접합하여 구비되거나, 광도파로(200) 자체를 45도의 경사면을 갖도록 식각(etching)하여 구비될 수 있다. 이 때, 45도 반사부(500)가 일정한 반사율을 갖도록 상기 반사부(500)의 반사면에 코팅을 함으로써, 상기 반사부(500)에 입사되는 광으로 하여금 일정한 비율로 반사 및 투과가 이루어지도록 할 수 있다.
45도 반사부(500)를 투과하는 광신호는 포토다이오드(700)에 입사될 수 있으며, 이 때 포토다이오드(700)는 상기 입사된 광신호를 전기 에너지로 변환하여 파장가변 레이저 모듈의 전체 출력 변화를 모니터링한다.
한편, 45도 반사부(500)에 의해 반사되어 수직 상방으로 진행하는 광신호는, 45도 반사부(500)의 상부에 위치한 렌즈(600)에 의해 평행광 또는 수렴광이 된다. 구체적으로, 렌즈(600)의 초점거리가 45도 반사부(500)에 있을 경우에는 평행광이 되고, 렌즈(600)의 초점거리가 45도 경사면부터 렌즈(600)까지의 거리보다 먼 경우에는 수렴광이 된다. 이 때, 렌즈(600)에 의해 집광된 광신호는 파장가변 레이저 모듈의 외부에 위치하는 광섬유(미도시)에 입사될 수 있다. 한편, 렌즈(600)의 형태나 초점거리는 광섬유로의 결합 손실을 고려하여 다양하게 선택할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은 히터(400)의 열 공급에 따른 광도파로(200)의 열광학 효과에 의해 브래그 격자(300)의 반사 대역이 조절되고, 이에 따라 출력 광신호의 파장을 가변할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이 때, 보다 효율적이고 정확한 열광학 효과를 야기하기 위해서는 파장가변 레이저 모듈에 온도센서(810) 및 열전냉각기(820)를 구비하는 것이 바람직하다.
온도센서(810)는 광도파로(200)의 온도를 실시간으로 측정하여 히터(400)에 인가되는 전류를 조절하도록 광도파로(200)의 상부에 구비되는 것이 바람직하다. 온도센서(810)는 열에 의해 전기적 성질(전압, 저항 또는 전류량)이 바뀌는 통상적인 온도센서이면 족하며, 일 예로 써미스터(thermistor)를 포함하여 구성될 수 있다.
열전냉각기(820)는 광도파로(200)의 온도 변화를 외부 온도 환경에 독립적으로 제어하여 상기 광도파로(200)가 정밀한 열광학 효과를 낼 수 있도록 광도파로(200)의 하부에 구비되는 것이 바람직하다. 열전냉각기(820)는 소정의 전기적 신호에 의해 흡열이 발생하는 통상의 열전소자를 포함하여 구성될 수 있다.
히터(400)와 열전냉각기(820)는 모두 0.1℃ 미만의 정밀도로 온도를 조절할 수 있는 것이 바람직하며, 온도센서(810)는 0.1℃ 미만의 정밀도로 온도를 감지할 수 있는 것이 바람직하다.
그리고 온도센서(810) 및 열전냉각기(820)의 작용에 의해 외부 온도 환경에 독립적으로 안정된 광신호의 출력 특성이 나타나도록 하기 위해 온도제어장치(미도시)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이 때 온도제어장치는 히터(400), 온도센서(810) 및 열전냉각기(820)와 서로 전기적으로 연결되어 온도센서(810)로부터 감지되는 신호를 입력받아 히터(400)의 발열 및 열전냉각기(820)의 흡열을 조절하는 역할을 한다. 이 때, 상기 온도제어장치는 제어 프로그램이 실행되는 통상적인 마이크로프로세서 및 컴퓨터로 판독 가능한 저장매체를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈을 구성하는 상술한 모든 광소자는 물리적 지지 및 TO-CAN 패키징을 위하여 TO 스템(1100) 상에 실장될 수 있다. 상기 TO 스템(1100)은 열 전도율이 높은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
열전냉각기(820)는 TO 스템(1100) 상부에 자외선 또는 열 경화 고분자 수지를 이용하여 실장될 수 있으며, 열전냉각기(820)의 상부에 위치하는 기판(1000), 기판(1000)의 상부에 위치하는 칩 스템(110) 및 광도파로(200)도 이와 마찬가지로 자외선 또는 열 경화 고분자 수지를 이용하여 실장될 수 있다.
한편, 전극(900)은 TO 스템(1100)을 관통하는 형태로, 열전냉각기(820)의 좌우에 소정의 개수 및 높이로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈에서 광도파로(200)의 물질은 폴리머인 폴리머 광도파로이고, 브래그 격자(300)의 물질도 폴리머인 폴리머 브래그 격자인 것이 바람직하다. 이는 폴리머 물질이 다른 물질들에 비해 우수한 열광학 효과를 갖기 때문이다.
상기 광도파로(200)(클래딩(210, 220) 및 코어(230)) 또는 브래그 격자(300)를 형성하는 폴리머는 저손실 광학 폴리머를 포함한다. 상기 저손실 광학 폴리머는 일반적인 폴리머에 불소(F) 등의 할로겐 원소 또는 중수소를 포함하며, 열 또는 자외선 경화 가능한 관능기를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광도파로(200) 또는 브래그 격자(300)를 형성하는 폴리머는 열광학 계수가 -9.9×10-4 내지 -0.5×10-4(℃-1)인 것이 바람직하다. 일 예로, 수소가 불소로 치환된 자외선 경화 가능한 아크릴레이트(acrylate) 계열의 폴리머, 불소계 폴리이미드, 불소 치환 폴리아크릴레이트, 불소 치환 메타아크릴레이트, 폴리실록산, 불소계 폴리아릴렌 에테르, 퍼풀루오르 시크로부탄 계열 폴리머 등을 사용하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈에 있어서 광도파로의 구조 및 브래그 격자의 형성 위치를 예시적으로 나타낸 도면이다. 광도파로(200)는 클래딩(210, 220) 및 코어(230)로 구성되어 있으며, 광도파로(200)의 기하학적 형태는 도 5에 나타낸 바와 같이 립(rib) 구조, 리지(ridge) 구조, 인버티드 립(inverted rib) 구조, 인버티드 리지(inverted ridge) 구조 또는 채널(channel) 구조일 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은 상기 광도파로(200)의 기하학적 구조 중에서 채널 구조를 도시한 것이며, 채널 구조 외에 다른 구조를 갖는 경우에도 브래그 격자(300)는 클래딩(210, 220) 또는 코어(230)에 형성될 수 있다.
한편, 광도파로(200)의 유효 굴절률은 브래그 격자의 위치, 브래그 격자의 두께, 브래그 격자의 ON/OFF 비율, 브래그 격자의 차수, 코어 및 클래딩을 구성하는 폴리머 물질들의 굴절률 및 코어의 물질적 모양의 함수이기 때문에, 도 5에 나타낸 다양한 구조에서 출력 광신호의 파장을 이론적으로 예측하는 것은 용이하지 않다.
따라서 본 발명에서는 광도파로(200) 및 브래그 격자(300)를 폴리머를 이용하여 형성하고, 광도파로(200)의 유효 굴절률을 조절함에 있어서는 히터(400), 온도센서(810), 열전냉각기(820) 및 온도제어장치를 구비함으로써, 브래그 격자(300)가 형성된 부분의 광도파로(200)의 온도를 예측 가능하게 조절할 수 있도록 하고, 그에 따라 출력 광신호의 중심 파장을 특정 파장으로 용이하게 고정 및 가변할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시형태를 도면 및 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능한 것은 자명하다.
100: 외부 공진기형 광원
200: 광도파로
250: 방향전환 도파영역
300: 브래그 격자
400: 히터
500: 45도 반사부
600: 렌즈
700: 포토다이오드
810: 온도센서
820: 열전냉각기
900: 전극
1000: 기판
1100: TO 스템

Claims (9)

  1. 광대역 광을 발생하는 외부 공진기형 광원;
    상기 광원에서 출력되는 광대역 광이 입력되는 광도파로;
    상기 광도파로에 형성된 브래그 격자;
    상기 브래그 격자가 형성된 광도파로 상부에 구비되며, 열광학 효과에 의해 상기 브래그 격자의 반사 대역을 조절하는 히터;
    상기 광도파로의 전체영역 중 일부영역으로서, 상기 브래그 격자의 반사 대역이 조절됨에 따라 얻어지는 광신호를 일정 각도로 방향전환하는 방향전환 도파영역;
    상기 방향전환 도파영역에 의해 방향전환되어 상기 광도파로를 빠져 나오는 광신호의 일부는 투과시키고, 나머지는 수직 상방으로 반사시키는 45도 반사부; 및
    상기 45도 반사부에 의해 수직 상방으로 반사된 광신호를 평행광 또는 수렴광으로 만들어주는 렌즈;를 포함하며,
    상기 광도파로는 폴리머로 이루어진 폴리머 광도파로이고,
    상기 브래그 격자는 폴리머로 이루어진 폴리머 브래그 격자이며,
    상기 광도파로 및 상기 브래그 격자를 형성하는 폴리머는 할로겐 원소를 포함하고, 자외선 또는 열에 의해 경화되는 관능기를 포함하고,
    상기 방향전환 도파영역은 상기 브래그 격자의 반사 대역이 조절됨에 따라 얻어지는 광신호를 반사시켜 상기 광신호의 진행방향을 180도 방향전환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 45도 반사부를 투과하는 광신호의 파워를 측정하는 포토다이오드를 더 포함하는 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    온도센서 및 열전냉각기를 더 포함하며, 상기 히터, 상기 온도센서 및 열전냉각기와 전기적으로 연결되어, 상기 온도센서에 의해 감지되는 신호를 입력받아 상기 히터의 발열 및 상기 열전냉각기의 흡열을 조절하는 온도제어장치를 더 포함하는 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 온도센서는 광도파로의 상부에 구비되며, 상기 열전냉각기는 상기 광도파로의 하부에 구비되는 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광도파로 및 상기 브래그 격자를 형성하는 폴리머는 열광학 계수가 -9.9×10-4 내지 -0.5×10-4℃-1인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광도파로의 기하학적 구조는 립(rib) 구조, 리지(ridge) 구조, 인버티드 립(inverted rib) 구조, 인버티드 리지(inverted ridge) 구조 또는 채널(chnnel) 구조인 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈.
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