KR101928387B1

KR101928387B1 - 히터를 포함하는 광송신기 및 광송신기 제어방법

Info

Publication number: KR101928387B1
Application number: KR1020160158179A
Authority: KR
Inventors: 김정수
Original assignee: 주식회사 포벨
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-12-12
Also published as: KR20180059053A

Abstract

본 발명은 광송신기에서 발생하는 버스트 모드 신호에 의해서 발생되는 파장 변화를 보상하기 위한 발명으로, 제1파장을 가지는 빛을 내는 레이저 다이오드부를 포함하는 광송신기는 상기 레이저 다이오드부는 레이저 활성층 광도파로, 상기 레이저 활성층 광도파로에 열을 가감할 수 있는 히터부, 신호를 입력할 수 있는 RF전극부과 상기 히터부에 전력을 공급할 수 있는 히터전극부을 포함하고; 상기 RF전극부에 인가되는 신호가 없을 때는 제1전력이 상기 히터전극부에 공급되고, 상기 RF전극부에 인가되는 신호가 있을 때는 제2전력이 상기 히터전극부에 공급되며; 상기 제2전력은 0W를 포함한 제1전력보다 낮은 것을 특징으로 한다.

Description

히터를 포함하는 광송신기 및 광송신기 제어방법{OPTICAL TRANSMITTER WITH HEATER AND CONTROL METHOD OF}

본 발명은 버스트 모드(burst mode)로 동작하며, 파장 변환의 기능을 가지는 광송신기 및 광송신기의 제어방법에 관한 발명이다.

최근에 NG-PON2라는 이름으로 표준화되고 있는 통신 방식은 TWDM(time wavelength division multiplexing) 방식을 채택하고 있다. TWDM 방식은 하나의 광섬유에 동시에 연결되어 있는 복수의 가입자가 4개 또는 8개의 허용되는 파장 채널중 어느 하나를 임의로 선정 할 수 있으며, 동일한 파장 채널을 사용하는 복수의 가입자는 서로 정하여진 시간에만 시간을 주고 받는 TDM(time division multiplexing) 방법으로 광섬유를 공유하는 방법을 말한다.

TWDM 방식의 통신을 하는 광소자는 파장 채널을 임의로 선택 할 수 있도록 발진 파장이 가변되는 가변 특성을 가져야하며, 또한 같은 파장 채널대의 다른 가입자가 통신을 하고 있을 때는 통신을 하지 않고, 레이저 빛이 발진되지 않도록 하여야 한다. 이렇게 time division multiplexing 기법을 적용 할 경우 반도체 레이저가 빛을 내고 있지 않다가 갑자기 빛을 내는 상태로 전환하는 것을 버스트 모드 동작이라 한다.

그러나 반도체 레이저에서 레이저가 빛을 내지 않고 있는 상태에서 전류를 흘려주어 빛을 발산하는 상태로 바뀌게 되면, 흐르는 전류에 의해 발생하는 joule열이 발생하게 되고, 상기 열에 의해서 반도체 레이저 활성층의 온도가 바뀌게 된다. 즉 반도체 레이저가 동작을 하지 않는 상태에서 반도체 레이저에 전류가 흘러 동작을 하는 상태가 되면, 흐르는 전류에 따라 joule열이 발생하게 되고, 상기 열이 점차 누적되게 되어 반도체 레이저의 활성층의 온도가 점차적으로 상승하게 된다.

상기 활성층의 온도 상승에 따라 외부로 방출되는 열도 증가하여, 결국 발생하는 열과 외부로 방출되는 열이 균형을 이루는 시점에서 반도체 레이저의 활성층의 온도는 안정화 된다.

이러한 온도 변화는 통상적으로 수 msec 이내의 짧은 시간에 이루어진다. 최종적으로 반도체 레이저의 동작 파장은 반도체 레이저의 활성층의 온도를 포함하여 결정되는데, 구동 전류에 따른 반도체 레이저 활성층의 온도 변화는 레이저의 발진 파장의 변화를 가져온다.

현재 NG-PON2의 방식에 가능한 반도체 레이저는 DFB-LD(distributed feedback laser diode)가 가능하다. 그러나 반도체 레이저는 앞서 설명한 바와 같이 활성층의 온도에 따라 발진 파장이 달라지므로 인접 채널로의 혼선을 없애기 위해서는 열전소자(thermo-electric cooler)에 의해 레이저 다이오드 칩의 온도를 일정하게 유지 할 필요가 있다.

이러한 열전소자는 온도 변화에 대한 반응이 매우 느리므로, Gbps급의 초고속 버스트 모드 동작을 하는 TWDM-PON에서 열전소자를 이용하여 burst가 시작될 때의 반도체 레이저 활성층의 온도를 제어하여 파장을 일정하게 할 수는 없다.

다만, 광소자가 사용되는 외부 환경(온도)의 변화는 천천히 변화하기 때문에, 열전소자는 외부 환경의 변화에 의한 파장 변화는 조절할 수 있다.

열전소자는 전기적으로 열전소자의 상부에 배치된 소자들의 온도를 제어하는 소자로 이러한 소자는 외부 환경온도에 대해 대략 45℃ 정도의 온도를 조절 할 수 있다. 즉 외부 환경 온도가 85℃ 일 때 열전소자를 이용하여 조절이 가능한 온도는 최저 40C 정도가 된다.

현재 NG-PON2는 100GHz 간격(1532nm 파장 대역에서 대략 0.8nm 간격)의 주파수 간격으로 채널이 설정된다. DFB-LD는 통상적으로 11GHz/℃ DFB-LD를 광원으로 사용 할 경우 이러한 주파수 간격은 대략 9℃ 정도의 온도를 조절하면 인접 채널로 파장 채널을 바꿀 수 있다.

즉, 40℃에서 1채널의 파장이 얻어질 경우 49℃에서 채널2의 파장이 얻어지며, 58℃에서 채널 3, 67℃에서 채널 4의 파장이 얻어진다. 만약에 채널1의 파장이 열전소자의 온도 50℃에서 얻어질 경우 채널 2의 온도는 59℃, 채널3의 경우 68℃, 채널4의 경우 77℃에서 얻어진다.

상기 설명한 바와 같이 열전소자를 이용하여 하나의 채널을 변경하기 위해서는 약 9℃의 온도를 변화시켜야하며, 100GHz 4 채널의 CH1과 CH4 사이의 채널 변경을 위해서는 대략 27℃의 온도 변화가 필요하다. 그러나 열전소자의 온도 변화속도에는 제한이 있어 온도 변화의 폭에 따라 채널 변경 시간이 바뀌게 되며, 이에 따라 채널 변경 시간이 정해지는 특징이 있다.

상기 설명한 발명의 배경이 되는 기술은 출원인이 본 발명을 함에 있어서 배경이 되는 기술일 뿐, 공지 및 공연 실시된 기술을 아니다.

버스트 모드로 동작이 되는 경우에는 레이저의 활성층의 온도변화에 불구하고, 안정적인 파장을 제공하는 것이 본 발명의 해결하고자 하는 과제이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 파장을 가변하여 채널을 선택하는 광송신기는 케이스, 레이저 다이오드부, 스템, 열전소자를 포함하며, 상기 레이저 다이오드부는, 레이저 활성층 광도파로, 상기 레이저 활성층 광도파로에 열을 가감할 수 있는 히터부, 신호를 입력할 수 있는 RF전극부, 상기 히터부에 전력을 공급할 수 있는 히터전극부을 포함하고, 상기 RF전극부에 인가되는 신호가 없을 경우에는, 제1전력이 상기 히터전극부에 공급되고, 상기 RF전극부에 버스트 모드 신호만 있을 때는, 상기 제1전력보다 낮고, 0W 이상인 제2전력이 상기 히터전극부에 공급되며 상기 RF전극부에 버스트 모드 신호가 없고, 채널 변경 제어 신호만 있을 경우에는, 상기 제1전력과 제3전력이 상기 히터전극부에 공급되고, 상기 RF전극부에 버스트 모드 신호가 있고, 채널 변경 제어 신호가 있는 경우에는, 상기 제1전력은 제2전력으로 변경되고, 상기 제2전력과 제3전력이 상기 히터전극부에 공급되며, 상기 제3전력은 소정의 채널로 변경에 필요한 만큼의 온도에 해당하는 전력이고, 상기 레이저 다이오드부는 상기 스템의 상부에 위치한 상기 열전소자의 상부에 위치하며, 상기 열전소자는 상기 케이스의 외부 온도 변화에 따른 광송신기의 파장변화를 보상해주기 위함인 것을 특징으로 한다.

삭제

광송신기의 일 실시예로, 상기 RF전극부에 인가되는 신호가 없다가, 인가되면, 제1전력에서 제2전력으로 단계 가변(step change)되는 것을 특징으로 한다.

광송신기의 일 실시예로, 상기 RF전극부에 인가되는 신호가 없다가, 인가되면, 제1전력에서 제2전력으로 점진적으로 가변되는 것을 특징으로 한다.

광송신기의 일 실시예로, 상기 히터부는 상기 레이저 활성층 광도파로의 상부에 적층되어 있는 박막형 저항을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로 광송신기를 포함하는 장치는 신호 공급부, 전류 공급부, 제어부, 광송신기, 광수신기를 포함하며, 상기 광송신기는 레이저 활성층 광도파로, 상기 레이저 활성층 광도파로에 열을 가감할 수 있는 히터부, 신호를 입력할 수 있는 RF전극부과 상기 히터부에 전력을 공급할 수 있는 히터전극부을 포함하고, 상기 신호 공급부는 RF전극부와 연결되어 있고, 상기 전류 공급부는 상기 히터전극부와 연결되어 있으며; 상기 제어부는 상기 RF전극부에 인가되는 신호가 없을 때는 제1전력이 상기 히터전극부에 공급되고, 상기 RF전극부에 인가되는 신호가 있을 때는 제2전력이 상기 히터전극부에 공급되고; 상기 제2전력은 0W를 포함한 제1전력보다 낮은 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로 레이저 활성층 광도파로, 상기 레이저 활성층 광도파로에 열을 가감할 수 있는 히터부, 신호를 입력할 수 있는 RF전극부과 상기 히터부에 전력을 공급할 수 있는 히터전극부을 포함하는 소정의 파장의 빛을 내는 레이저 다이오드부의 파장을 가변하여 채널을 선택하는 광송신기의 제어방법은 상기 히터부에 제1전력을 공급하는 단계; 상기 RF전극부에 인가되는 신호가 없을 경우, 상기 제1전력을 상기 히터부에 계속 공급하는 과정; 상기 RF전극부에 버스트 모드 신호만 있을 경우, 상기 제1전력보다 낮고, 0W 이상인 제2전력을 상기 히터부에 공급하는 과정; 상기 RF전극부에 버스트 모드 신호가 없고, 채널 변경 제어 신호만 있을 경우, 상기 제1전력과 제3전력을 상기 히터부에 공급하는 과정; 상기 RF전극부에 버스트 모드 신호가 있고, 채널 변경 제어 신호가 있는 경우, 상기 제1전력을 제2전력으로 변경하고, 상기 제2전력과 제3전력을 상기 히터부에 공급하는 과정을 포함하고, 상기 제3전력은 소정의 채널로 변경하기에 필요한 만큼의 온도에 해당하는 전력인 것을 특징으로 한다.

상기 제어방법의 일 실시예로, 상기 제1전력을 제2전력으로 가변하는 단계는 제1전력에서 제2전력으로 단계 가변(step change)하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 제어방법의 일 실시예로, 상기 제1전력을 제2전력으로 가변하는 단계는 제1전력에서 제2전력으로 점진적으로 가변하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명은 히터부의 열을 이용하여 버스트 모드로 동작하는 광송신기의 파장 변화를 최소화하여, 100GHz등의 좁은 채널간 간격을 가지는 TWDM-PON에서 반도체 레이저를 사용 할 수 있게 하여 준다.

또한, 별도의 열전소자가 아닌 히터로 파장을 가변시킴으로써, 빠른 속도의 파장가변을 함과 동시에 버스트 모드로 동작하는 광송신기의 파장변화를 최소화할 수 있다.

또한, 별도의 열전소자로 레이저 다이오드부가 열적으로 거의 분리가 되어, 외부 온도영향에 대해서는 열전소자가 정확히 레이저의 상태를 유지하고, 입력 신호 및 채널 변화를 위한 파장가변은 히터를 이용함으로써, 빠른 채널변화 및 온도변화와 같은 외부영향에 무관하게 운용할 수 있다.

도 1은 종래의 DFB-LD의 구조도이다
도 2는 DFB-LD에서 구동 온도에 따른 파장 변화
도 3은 버스트 모드로 레이저 구동시에 구동 전류에 의한 활성층의 온도 변화따라 발생하는 파장 변화
도 4는 버스트 모드 구동시 laser 활성층의 구동 전력과 평균 구동 전력
도 5 내지 도7은 레이저 다이오드부에 히터부가 결합되는 구조
도6은 본 발명에 의한 heater가 증착된 레이저에 버스트 모드 레이저 다이오드 구동과 heater의 구동
도 8은 채널 변경과 버스트 모드의 파장 변화 문제를 동시에 해결하는 방법
도 9는 본 발명의 광송신기를 포함하는 장치에 대한 실시예
도 10은 본 발명의 광송신기의 일 실시예
도 11 및 도 12는 광송신기의 제어방법에 대한 순서도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 히터를 포함하는 광송신기 및 광송신기 제어방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 DFB-LD의 구조를 설명하는 도면이다.

도1에서 DFB-LD는 waveguide 구조로 제작되는 레이저 활성 영역안에 굴절률이 높고 낮은 격자(grating)을 형성함으로써 이루어진다. DFB-LD의 파장은 격자의 주기와 활성 영역의 유효 굴절률등에 의해 결정된다.

도 2는 종래의 DFB-LD의 구동 온도에 따라 발진 파장이 변화하는 모습을 보여준다. 통상적인 DFB-LD는 약 100pm/℃의 파장 변화를 보인다.

도3은 레이저 다이오드 칩을 일정한 온도에 유지한 채 버스트 모드로 레이저 다이오드를 구동 할 경우 발생하는 레이저의 파장 변화를 보여준다. Inp등의 레이저 다이오드 칩의 재질은 유한한 열전달률을 가지며, 레이저 빛은 레이저 다이오드 칩의 일부분에 위치하는 활성층 영역에서 발생하므로, 레이저 활성층에 전류가 주입되고, 이에 따라 레이저 활성층에서 열이 발생 할 경우 외부에서 전체적으로 레이저 다이오드 칩을 일정한 온도에 유지하여도 레이저 다이오드 칩의 활성층과 외부와의 온도 불균일이 발생하게 되며, 이에 따라 레이저 다이오드 칩의 활성층 온도는 외부 온도와 무관하게 변화 될 수 있다. 이러한 파장 변화는 레이저 구동 전력에 따른 발생 열이 레이저 활성층의 온도를 상승시키고, 레이저 활성층과 외부와의 온도 차이에 의한 열 흐름이 균형을 맞추는 시간까지 레이저 활성층의 온도는 상승하며, 따라서 레이저의 파장은 변화하게 된다. 통상적으로 이러한 파장 변화는 레이저 활성층으로 전류가 주입되는 시점부터 일어나게 되나, 파장의 변화는 활성층의 온도 변화에 따라 발생하게 되며, 통상적으로 수십 msec 이내에서 레이저 활성층의 온도가 안정되게 된다.

이러한 파장 변화는 레이저 구동 전류가 크면 클수록 많은 파장의 변화가 관측된다. 현재 당사의 실험 결과에 따르면 90mA의 구동 전류 시에 레이저의 구동의 초기와 1sec 구동 한 후의 파장 변화는 1.6nm 정도에 달한다. 이러한 파장 변화의 크기는 구동 전류 및 레이저 다이오드 패키지 구성에 따라 일부 달라질 수 있다. 현재 NG-PON2와 같이 100GHz(1532nm 대역에서 대략 0.8nm의 파장 간격)의 파장 간격은 0.8nm이고, 허용되는 파장의 변화는 0.16nm를 허용하고 있다. 그러므로 레이저 다이오드를 버스트 모드로 구동함에 따라 발생하는 이러한 파장 변화는 반도체 레이저를 100GHz 간격의 DWDM에 적용 할 수 없도록 한다.

도 4는 레이저 다이오드 칩을 버스트 모드로 구동할? 레이저 다이오드 칩의 평균 구동 전력을 보여준다. 레이저 다이오드 칩의 구동은 1Gbps 또는 10Gbps급으로 구동 할 수 있다. 이는 하나의 pulse 폭이 1nsec 또는 0.1nsec임을 이야기 한다.

도 3에서 레이저의 파장 변화는 0.18nm/1usec 정도의 속도를 가지며, 이에 따라 1nsec 간격에서의 파장 변화는 0.18pm 또는 0.018pm의 파장 변화만을 야기한다. 이러한 작은 파장 변화는 100GHz DWDM에서 허용하는 0.16nm에 비해 매우 작으므로 무시 할 수 있다. 그러므로 레이저 다이오드 구동 신호(또는 펄스) 하나 하나 사이의 온도 변화는 무시 할 수 있으며, 평균 구동 전력으로 평균화 할 수 있다.

그러나 TWDM-PON에서 버스트와 버스트 사이의 간격 및 버스트의 길이는 수msec 이상으로 다양하게 바뀔 수 있다. 파장의 변화 관점에서 본다면 usec 이내의 시간 간격에서의 전류 변화는 평균 전력으로 생각하여도 무방하지만, 도 4에서 burst on시간이 수 usec이상이 되면 무시 할 수 없는 파장의 변화가 나타나게 되며, 이에 따라 통신이 어려워지는 문제가 발생한다.

도 5 내지 7은 본 발명에 의한 레이저 다이오드, 즉 레이저 다이오드부(100)의 모습을 간략화 해서 보여준다.

도 5를 상단의 도면을 보면, 레이저 활성층 광도파로(120)를 중심으로 RF전극 애노드(110)과 RF전극 캐소드(130)으로 구성된 RF전극부가 형성되어 있다. 도 5의 하단의 도면을 보면, 상단의 도면의 단면도이다.

레이저 활성층 광도파로(120)에 열을 가하기 위해서, RF전극 애노드의 일부분을 덮으면서, 레이저 활성층 광도파로(120)의 상면으로 SiO2 또는 SiNx으로 구성된 절연막(140)을 형성하고, 절연막(140)의 상면으로 히터부(150)를 형성한다. 히터부(150)는 증착하여 형성할 수 있고, 박막형 저항타입으로 형성할 수 있다. 히터부(150)에 전류를 주입하여, 전력을 공급하는 히터전극부(160)는 레이저 활성층 광도파로(120)와 겹쳐지지 않는 형태로 형성한다. (도 6, 도 7)

상기 히터부(150)은 Cr 또는 Au 또는 Pt, Ti, Ni등의 금속과 이들의 합금 또는 이들의 금속을 복수의 층으로 결합하여 사용 할 수 있다.

도8은 히터부에 가해지는 전력을 보여준다. 버스트 모드 신호가 없을 시에는 레이저 활성층 광도파로(120)의 온도를 소정의 온도가 되게 히터부를 이용하여 설정한다. 이 때, 상기 소정의 온도는 레이저 다이오드부에 전력을 공급할 경우, Joule열로 빠져나가서, 레이저 활성층 광도파로(120)의 온도를 상승시키는 정도(상승시켜서 온도의 평형점을 이루는 온도)와 거의 같다. 이러한 온도 차이는 레이저의 구조 등에 의해서 초기에 실험적으로 알 수 있다.

즉, 레이저가 ON될 때, Joule열에 의해서, 레이저 활성층 광도파로(120)의 온도가 안정화 될 때의 온도와 히터부의 버스트 모드 신호가 없을 시의 온도를 거의 같도록 한다. 이 때, 히터부에 공급되는 전력을 제1전력(P1)이라 한다.

버스트 모드 신호가 시작되면, 레이저 활성층 광도파로(120)의 온도도 상승을 하게 되므로, 히터부(150)의 온도도 낮춰줘야 한다. 온도를 낮추는 방법은 자연적으로 방열되는 구조가 될 수 있다. 즉, 버스트 모드 신호가 시작되면, 히터부(150)에 공급되는 전력을 변경한다. 이 때 히터부에 공급되는 전력을 제2전력(P2)이라 한다.

제2전력은 소정의 전력일 수도 있지만, 빠른 방열을 하기 위해서 0W일 수도 있다.

또한, 제1전력에서 제2전력(P2)으로 가변될 때, 도면에 개시된 스위치 ON/OFF처럼 단계적 가변(step change)일 수 있고, 제1전력(P1)에서 제2전력(P2)으로 포물선과 같은 형태의 점진적 가변도 될 수 있다.

또한, 제2전력은 제2-1전력, 제2-2전력으로 나뉘어서, 제1전력을 제2-1전력으로 가변하고, 최종적으로 제2-1전력에서 제2-2전력으로 가변하게 할 수 있다. 이 같은 이유는 버스트모드 신호에 의한 레이저 활성층 광도파로(120)의 온도 변화가 선형적이지 않을 수 있기 때문에 이를 보상하기 위함이다. 이처럼 다단으로 가변되는 경우에도 단계적 가변 및/또는 점진적 가변을 이용할 수 있다. 상기 제2전력을 나누는 제2-1전력, 제2-2전력은 더 많은 수의 전력으로 나누어 질 수 있다.

다른 전력을 변경하는 법은 제1전력을 0W인 제2전력으로 변경시키고, 소정의 시간 후에 제2_1전력으로 변경시킬 수 도 있다. 즉, 전력을 낮췄다가 다시 높이는 형태가 될 수 있다.

전력을 가변하는 방법은, 신호가 인가되었을 때, 전력을 여러 가지 형태로 낮추고, 신호가 비인가 되면, 다시 전력을 제1전력(P1)으로 높이는 다양한 형태를 취할 수 있다. 이 같은 다양한 형태의 제어방법은 사용되는 레이저 다이오드의 재료와 구조에 따라 온도가 변화는 성질이 조금씩 상이하기 때문에, 이를 보상하는 방법으로 사용될 수 있다.

지금까지의 실시예는 광송신기에 들어가는 레이저 다이오드부(100)에 대한 실시예이고, WDM에서 채널 변화없이, 즉, 중심파장을 가변하지 않고, 버스트 모드 신호에 대한 파장 가변을 보상하는 실시예를 설명하였다.

다음은 버스트모드가 시작될 때, 파장을 가변하여 채널을 변경하는 실시예이다.

도2에서 볼 수 있듯이, 온도에 따라, 레이저의 발진파장이 변하게 된다. 즉, 온도에 따라 레이저에서 나오는 빛의 중심파장은 가변하게 된다. 변하는 경향은 온도가 높아짐에 따라 장파장으로 변하게 된다.

도 9는 버스트 모드 신호가 들어 올 때, 채널을 변경(CH1 -> CH4)하는 경우에 히터부의 전력을 도시화한 도면이다.

채널을 변경하지 않는 경우(도8의 위쪽)에는 앞서 설명한 바와 같이 히터부의 전력을 제1전력 또는 제2전력을 공급함으로써, 버스트 모드 신호에 따른 파장 변화를 보상을 할 수 있다.

그러나, 채널을 변경하는 경우(도8의 아래쪽), 채널 변경에 필요한 만큼의 온도에 해당되는 전력인, 제3전력(P3)을 히터부에 추가로 공급을 한다. 즉, 신호가 없을 경우에는 P1+P3, 신호가 있을 때는 P1+P2의 전력을 히터부에 공급을 하면 된다.

제3전력(P3)를 올리는 시점은 파장가변(채널가변) 제어 신호를 받는 경우에 이루어 질 수 있고, 제3전력(P3)로 올리는 시간은 도9에서 개시된 바와 같이 버스트모드 전에 이루어져야 한다.

도면에서는 변경된 채널을 사용할 경우에도 종전 실시예처럼 제1전력(P1), 제2전력(P2)을 나타냈지만, 파장이 다르기 때문에, P1과 P2는 약간 상이할 수 있다. 즉, 채널에 따라 P1은 제1채널의 제1전력(P11), 제1채널의 제2전력(P12), 제1채널의 제3전력(P13), 제1채널의 제4전력(P14)가 될 수 있고, P2 또한, P21, P22, P23, P24가 될 수 있다.

즉, 복수의 채널을 가지는 경우, 버스트 모드 신호가 없을 경우, 히터부에 공급되는 미세한 전력차이를 가지는 복수의 채널별 제1전력, 버스트 모드 신호가 있을 경우, 히터부에 공급되는 미세한 전력차이를 가지는 복수의 채널별 제2전력을 이용하여, 버스트 모드에 의한 복수의 채널이라도, 버스트 모드에 대한 파장 변화를 보상할 수 있다.

또한, 복수의 채널별 제2전력은 제1전력에서 제2전력으로 가변하는 과정에서 소정의 중간 전력이 존재해서, 제1전력에서 제2전력으로 한번에 가변하는 것이 아니라, 상기 중간 전력을 거쳐서 가변하는 형태로 할 수 있다.

파장을 가변하는 신호가 오면, P1를 P3만큼 상승시킨다. 상승시켜서, 레이저 활성층 광도파로가 원하는 만큼의 온도가 되는 시간만큼은 버스트 모드 신호가 입력되는 경우, 에러로 생각될 수 있으며, 이런 경우는 신호공급부(300, 도9)와 제어부(400, 도9)에 버퍼를 이용하면, 해결할 수 있다.

다음 실시예는 상기 레이저 다이오드부(100)를 포함하는 광송신기, 전류공급부(200), 신호공급부(300), 제어부(400)를 포함하는 장치(10)에 대한 실시예(도9)이다.

상기 신호공급부(300)는 상기 레이저 다이오드부(100)의 RF전극부(110, 130)와 직/간접으로 커플링되고, 상기 전류공급부(200)는 히터부(150)의 히터전극부(160)에 커플링되어, 전류를 공급한다. 이 때, 신호의 유무, 전류공급량은 제어부(400)에 의해서 판단, 제어되어진다.

상기 장치(10)는 광송수신기가 될 수도 있고, 다양한 광송신기를 포함한 장치가 될 수 있다.

다음 실시예는 TO-CAN 타입의 광송신기(1000)의 간략화된 도면(내부 배선 들 및 렌즈, 미러와 기타 구성요소는 미도시하며, 구성요소의 배치는 다양하게 나타낼 수 있음)이다.

복수의 핀들이 나와 있는 규격화된 케이스(1400) 내부에 스템(1100)을 위치 시키고, 스템(1100)의 상부에 열전소자(1200)를 위치시킨다. 열전소자(1200)는 외부 온도변화와 같은 외부환경요인에 대한 광송신기의 파장변화를 보상해주기 위함이다. 열전소자(1200)의 상부에는 분리부(1300)을 구성시킨다.

분리부(1300)는 열적으로 열전소자(1200)와 레이저 다이오드부(100)을 분리시키기 위함이다.

분리부(1300)는 열저항이 커서 낮은 열전달률을 가져야 한다. 분리부(130)의 열전달률이 20W/cm℃이하이면 된다. 바람직하게는 5W/cm℃이하인 것이 좋다. 상기 분리부(1300)을 구성할 수 있는 물질로는 Al2O3, 글라스, 쿼츠(Quartz)가 대표적이고, 셋 중에서는 글라스를 사용하는 것이 가장 좋다. 상기 분리부는 언급된 물질 들 중 적어도 어느 하나를 포함하면 된다.

즉, 상기 레이저 다이오드부(100)의 히터부(150)에 의해서 발열 또는 방열이 되는 부피를 작게 하기 위함이다. 부피가 작으면, 열적 응답속도가 빨라서, 히터부(150)에 의한 버스트모드 신호에 대응하는 온도보상, 파장가변을 빠르게 할 수 있는 장점이 있다.

즉, 레이저 다이오드부(100)의 파장가변 및 버스트 모드 신호에 의한 파장 변화의 보상의 핵심은 온도변화량을 유지하는 것이다. 하지만, 이러한 특성은 외부온도가 변화하면, 외부온도에 의해서 상기 온도변화량을 유지못하기 때문에, 열전소자를 이용하여 외부온도변화를 꼭 보상을 해줘야 한다. 열전소자 일 부분 또는 근처에 온도를 센싱할 수 있는 구성요소를 위치시키고, 온도를 센싱하여 열전소자를 제어하면 된다.

상기와 같은 열전소자를 이용하여 외부 온도변화를 효율적으로 변화시키고, 레이저 다이오드부(100)의 파장을 효과적으로 제어하기 위해서는 상기 분리부(1300)를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 별도의 분리부(1300)가 아닌, 일반적인 서브마운트를 사용해도, 그 효과를 일정부분 달성할 수 있다. 다만 서브 마운트를 이용하는 경우에는 레이저 다이오드부(100)와 열전소자의 열평형을 이룰려는 특성이 있기 때문에, 제어를 더 정밀하게 하거나, 복잡하게 할 필요가 있다.

도12는 상기 레이저 다이오드부(100)를 포함하는 광송신기를 제어하는 방법에 대한 순서도이다.

신호가 없을 때는 히터부에 제1전력을 공급하는 단계, 신호가 있을 때는 제1전력을 제2전력으로 가변하는 단계를 중심으로, 버스트 모드 신호의 유무에 따라서 전력을 다르게 공급하는 방법이다.

도12에서 도시된 제어방법은 앞서 레이저 다이오드부(100)를 제어하는 설명과 실질적으로 동일하다.

도13은 도12의 광송신기를 제어하는 방법에, 채널을 변경하기 위한 파장을 가변하는 단계에 따른, 제어방법이다.

도13에서 도시된 제어방법은 앞서 파장(채널)이 가변되는 레이저 다이오드부(100)를 제어하는 설명과 실질적으로 동일하다.

100 레이저 다이오드부
110 RF전극 애노드
120 레이저 활성층 광도파로
130 RF전극 캐소드
140 절연층
150 히터부
160 히터전극부
200 전류공급부
300 신호공급부
400 제어부
1000 TO-CAN형 광송신기
1100 스템
1200 열전소자
1300 분리부
1400 하우징

Claims

파장을 가변하여 채널을 선택하는 광송신기에 있어서,
케이스;
레이저 다이오드부;
스템;
열전소자를 포함하며,
상기 레이저 다이오드부는,
레이저 활성층 광도파로,
상기 레이저 활성층 광도파로에 열을 가감할 수 있는 히터부,
신호를 입력할 수 있는 RF전극부,
상기 히터부에 전력을 공급할 수 있는 히터전극부을 포함하고,
상기 RF전극부에 인가되는 신호가 없을 경우에는, 제1전력이 상기 히터전극부에 공급되고,
상기 RF전극부에 버스트 모드 신호만 있을 때는, 상기 제1전력보다 낮고, 0W 이상인 제2전력이 상기 히터전극부에 공급되며;
상기 RF전극부에 버스트 모드 신호가 없고, 채널 변경 제어 신호만 있을 경우에는, 상기 제1전력과 제3전력이 상기 히터전극부에 공급되고,
상기 RF전극부에 버스트 모드 신호가 있고, 채널 변경 제어 신호가 있는 경우에는, 상기 제1전력은 제2전력으로 변경되고, 상기 제2전력과 제3전력이 상기 히터전극부에 공급되며,
상기 제3전력은 소정의 채널로 변경에 필요한 만큼의 온도에 해당하는 전력이고,
상기 레이저 다이오드부는 상기 스템의 상부에 위치한 상기 열전소자의 상부에 위치하며, 상기 열전소자는 상기 케이스의 외부 온도 변화에 따른 광송신기의 파장변화를 보상해주기 위함인 것을 특징으로 하는 광송신기.
제1항에 있어서,
상기 RF전극부에 버스트 모드 신호만 있을 때, 제1전력에서 제2전력으로 단계 가변(step change) 또는 점진적 가변되는 것을 특징으로 하는 광송신기.
제1항에 있어서,
상기 히터부는 상기 레이저 활성층 광도파로의 상부에 적층되어 있는 박막형 저항을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광송신기.
제1항의 광송신기를 포함하는 광송수신기.
레이저 활성층 광도파로, 상기 레이저 활성층 광도파로에 열을 가감할 수 있는 히터부, 신호를 입력할 수 있는 RF전극부과 상기 히터부에 전력을 공급할 수 있는 히터전극부을 포함하는 소정의 파장의 빛을 내는 레이저 다이오드부의 파장을 가변하여 채널을 선택하는 광송신기의 제어방법에 있어서,
상기 히터부에 제1전력을 공급하는 단계;
상기 RF전극부에 인가되는 신호가 없을 경우, 상기 제1전력을 상기 히터부에 계속 공급하는 과정;
상기 RF전극부에 버스트 모드 신호만 있을 경우, 상기 제1전력보다 낮고, 0W 이상인 제2전력을 상기 히터부에 공급하는 과정;
상기 RF전극부에 버스트 모드 신호가 없고, 채널 변경 제어 신호만 있을 경우, 상기 제1전력과 제3전력을 상기 히터부에 공급하는 과정;
상기 RF전극부에 버스트 모드 신호가 있고, 채널 변경 제어 신호가 있는 경우, 상기 제1전력을 제2전력으로 변경하고, 상기 제2전력과 제3전력을 상기 히터부에 공급하는 과정을 포함하고,
상기 제3전력은 소정의 채널로 변경하기에 필요한 만큼의 온도에 해당하는 전력인 것을 특징으로 하는 광송신기의 제어방법.
제5항에 있어서,
상기 RF전극부에 버스트 모드 신호만 있을 경우, 제1전력에서 제2전력으로 단계 가변(step change) 또는 점진적 가변되는 것을 특징으로 하는 광송신기의 제어방법.
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