KR102154841B1 - Laser Device with wavelength stabilizer - Google Patents

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KR102154841B1 KR1020180029966A KR20180029966A KR102154841B1 KR 102154841 B1 KR102154841 B1 KR 102154841B1 KR 1020180029966 A KR1020180029966 A KR 1020180029966A KR 20180029966 A KR20180029966 A KR 20180029966A KR 102154841 B1 KR102154841 B1 KR 102154841B1
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Abstract

본 발명은 파장 안정화 장치를 사용하되 시준화 렌즈를 사용하지 않으며, 45도 전반사거울을 사용하는 TO-형 레이저 장치를 제작할수 있게하여, 광소자의 제작을 간단히하고, 저가화 시킬수 있다.The present invention makes it possible to manufacture a TO-type laser device that uses a wavelength stabilization device but does not use a collimating lens and uses a 45 degree total reflection mirror, thereby simplifying and reducing the cost of manufacturing an optical device.

Description

파장 안정화 장치가 구비된 레이저 장치{Laser Device with wavelength stabilizer}Laser device with wavelength stabilizer

본 발명은 레이저 장치에 관한 것으로, 특히 파장 안정화 장치를 갖추고 TO-can형의 초소형으로 제작이 가능한 파장 안정화 장치가 구비된 레이저 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser device, and more particularly, to a laser device equipped with a wavelength stabilization device capable of manufacturing a TO-can type microminiature with a wavelength stabilization device.

근래에 들어 스마트폰 등의 동영상 서비스를 비롯하여 통신 용량이 매우 큰 통신 서비스들이 출시되고 있다. 이에 따라 종래의 통신 용량을 대폭적으로 증가시킬 필요가 대두 되고 있으며, 이미 종래에 포설되어 있는 광섬유를 이용하여 통신 용량을 증대시키는 방법으로 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식의 통신 방식을 채택하고 있다. 상기 DWDM은 파장이 서로 다른 레이저 빛들은 서로 간섭하지 않아 하나의 광섬유를 통하여 동시에 여러 가지 파장의 빛 신호를 전송하여도 신호 간에 간섭이 없는 현상을 이용하여, 하나의 광섬유로 여러 파장의 빛을 동시에 전송하는 방식을 말한다. In recent years, communication services having a very large communication capacity, including video services such as smartphones, have been released. Accordingly, there is a need to significantly increase the conventional communication capacity, and the DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) communication method is adopted as a method of increasing the communication capacity by using an optical fiber that is already installed. The DWDM uses the phenomenon that there is no interference between the signals even though light signals of various wavelengths are transmitted through one optical fiber at the same time because laser lights of different wavelengths do not interfere with each other. It refers to the method of transmission.

현재 세계적으로 NG-PON2(Next Generation - Passive Optical Network version 2)라는 규격이 세계적으로 합의되고 있으며, 이러한 NG-PON2 규격에는 가입자에 설치할 광통신 모듈의 규격으로 100GHz 주파수 간격의 레이저가 채택되어 있다. 100GHz의 주파수 간격은 매우 좁은 주파수 차이에 해당하며, 반도체 레이저는 온도에 따라 대략 12GHz/℃ 정도의 주파수 변화를 보인다. 인접 채널끼리의 상호 혼선을 막기 위해서는 반도체 레이저의 주파수 안정도가 10GHz 정도가 되어야 하며, 반도체 레이저의 온도를 열전소자로 안정화 시킨다하더라도, 외부 요인의 변화에 의해 주파수가 흔들리는 일이 발생한다. 그러므로 100GHz 또는 이보다 정밀한 파장 안정도를 가져야하는 반도체 레이저의 경우 반도체 레이저의 파장 변화를 직접 검출하여 광모듈에 내장되는 열전소자를 구동하여 반도체 레이저의 발진 파장을 안정화시키는 방법이 사용되었다. 이러한 기능을 파장 고정 방법(wavelength locker) 기능이라 한다. 파장의 변화를 직접 검출하는 방법은 파장에 따라 투과율이 달라지는 필터를 통과하는 빛과, 파장의 변화에 관계없이 광세기를 검출하는 두 개의 감시용 포토 다이오드를 설치하여 두 개의 포토 다이오드로 흐르는 광전류를 비교하여 파장 선택성 필터의 투과율을 알아내고, 이로부터 파장의 변화를 감지하는 방식이 사용된다. Currently, a standard called NG-PON2 (Next Generation-Passive Optical Network version 2) is being agreed globally, and in this NG-PON2 standard, a laser with a frequency of 100GHz is adopted as a standard for optical communication modules to be installed in subscribers. The frequency interval of 100GHz corresponds to a very narrow frequency difference, and the semiconductor laser shows a frequency change of about 12GHz/℃ depending on the temperature. In order to prevent mutual crosstalk between adjacent channels, the frequency stability of the semiconductor laser must be about 10 GHz, and even if the temperature of the semiconductor laser is stabilized with a thermoelectric element, the frequency may fluctuate due to changes in external factors. Therefore, in the case of a semiconductor laser that must have 100 GHz or more precise wavelength stability, a method of stabilizing the oscillation wavelength of the semiconductor laser by driving a thermoelectric element embedded in an optical module by directly detecting a change in wavelength of the semiconductor laser was used. This function is referred to as a wavelength locker function. The method of directly detecting a change in wavelength is to install light passing through a filter whose transmittance varies depending on the wavelength, and two photodiodes for monitoring that detect the light intensity regardless of the change in wavelength. By comparison, a method of finding the transmittance of the wavelength selective filter and detecting the change of the wavelength is used.

광모듈이 저가화와 소형화를 위해서는 TO형 광모듈 패키지를 사용하는 것이 바람직한데, 이러한 TO형 광모듈 패키지 하우징은 직경이 6mm의 매우 좁은 크기의 하우징으로 이러한 TO-can형 패키지에서 파장 안정화 장치를 구현하는 방법으로 US8,235,605에서는 도1과 같이 반도체 레이저의 양쪽 출사면에서 방출되는 레이저 빛을 이용하여 파장 안정화 장치를 구현하는 방법을 제시하였다. 그러나 US8,235,605에서는 반도체 레이저 다이오드 칩의 일측 출사면에서 방출되는 빛을 광모듈 외부에 배치되는 광섬유로 보내는 광 경로상에 45도 부분 반사거울을 배치하고 45도 부분 반사거울을 투과하는 빛을 이용하여 파장 안정화 장치를 구현한다. 그러나 이 방법에서는 45도 부분 반사거울을 미리 설정된 투과율을 가져야하며, 통상적으로 이러한 부분 반사 거울은 복층의 유전체 박막을 증착하여 제작되는 고가의 방식이다. 또한 45 부분 반사 거울은 입사하는 빛의 입사각에 따라 반사율이 달라지게 되며 이에따라 45도 부분 반사 거울의 투과율을 조절하기가 어렵다. In order to reduce the cost and size of the optical module, it is desirable to use a TO-type optical module package. This TO-type optical module package housing is a very narrow housing with a diameter of 6mm, and a wavelength stabilization device is implemented in such a TO-can package. As a method, US 8,235,605 proposed a method of implementing a wavelength stabilization device using laser light emitted from both exit surfaces of a semiconductor laser as shown in FIG. 1. However, in US8,235,605, a 45-degree partial reflection mirror is placed on the optical path that sends the light emitted from one side of the semiconductor laser diode chip to the optical fiber arranged outside the optical module, and the light transmitted through the 45-degree partial reflection mirror is used. Thus, a wavelength stabilization device is implemented. However, in this method, a 45 degree partial reflection mirror must have a predetermined transmittance, and this partial reflection mirror is an expensive method that is typically manufactured by depositing a multilayer dielectric thin film. In addition, the reflectivity of the 45 partial reflection mirror varies according to the incident angle of the incident light, and thus it is difficult to control the transmittance of the 45 degree partial reflection mirror.

도2는 통상적인 반도체 레이저의 전 후면에서 방출되는 빛의 모양을 보여준다. 반도체 레이저에서는 공진기가 형성되는 방향으로 전후면의 2방향에서 레이저 빛이 방출되고 방출되는 레이저 빛은 cone 형태의 방사 특성을 보이게 된다. 2 shows the shape of light emitted from the front and rear surfaces of a conventional semiconductor laser. In a semiconductor laser, laser light is emitted from two directions on the front and rear surfaces in the direction in which the resonator is formed, and the emitted laser light exhibits a cone-shaped radiation characteristic.

그러므로 반도체 레이저 다이오드에서 출사되는 빛이 cone 형태의 방사각에 걸쳐 발산되므로 US8,235,605에서와 같이 cone 형태의 방사각을 시준화시키는 시준화 렌즈가 없으면, 45도 부분 반사거울의 반사/투과특성이 파장과 45도 반사거울에 입사하는 각도에 따라 달라져서 파장 안정화의 기능을 수행하기 어렵기 때문에 US8,235,605에서는 시준화 렌즈와 45도 부분 반사 거울을 사용하고 있다. 시준화 렌즈 및 고가의 부분 반사 거울은 공간을 많이 차지하고, 가격이 비싸며 조립이 어려워지는 단점이 있다. Therefore, since the light emitted from the semiconductor laser diode is radiated over the cone-shaped radiation angle, if there is no collimating lens that collimates the cone-shaped radiation angle as in US8,235,605, the reflection/transmission characteristics of the 45 degree partial reflection mirror are wavelengths. Since it is difficult to perform the function of wavelength stabilization because it is different depending on the angle of incidence to the and 45 degree reflecting mirror, US8,235,605 uses a collimating lens and a 45 degree partial reflecting mirror. Collimating lenses and expensive partially reflective mirrors have disadvantages that take up a lot of space, are expensive, and difficult to assemble.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 시준화 렌즈가 필요없으며, 고가의 부분 반사거울이 필요가 없는 파장 안정화 장치의 제공을 목적으로 한다. The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a wavelength stabilization device that does not require a collimating lens and does not require an expensive partial reflection mirror.

특히, 본 발명은 저가의 TO형 패키지를 사용하되 레이저 다이오드 패키지의 배치를 통하여 TO형 패키지의 크기를 종래의 버터플라이형 패키지에 비해 소형으로 제작 가능하도록 하여, 종래 규격화된 SFP 트랜시버 케이스에 장착이 가능한 크기로 제작 가능한 파장 가변형 레이저 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In particular, the present invention uses a low-cost TO-type package, but allows the size of the TO-type package to be made smaller than the conventional butterfly-type package through the arrangement of the laser diode package, so that it can be mounted on a conventional standardized SFP transceiver case. It is an object of the present invention to provide a tunable laser device that can be manufactured in a possible size.

또한, 본 발명은 DFB-LD(Distributed feedback laser diode)를 사용하여 고정 파장을 방출하거나 또는 파장 가변의 기능을 수행하며, 이와 동시에 파장 안정화 장치를 내장하는 레이저 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a laser device that emits a fixed wavelength or performs a function of tuning a wavelength using a distributed feedback laser diode (DFB-LD), and at the same time has a wavelength stabilizing device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 장치는, 레이저 빛을 발산하는 레이저 다이오드 칩; 파장 선택성 필터; 상기 레이저 다이오드 칩의 일 측면과 외부 광섬유상의 광 경로 상에 설치되어, 패키지 바닥면에 대해 광 중심축이 수평으로 진행하는 레이저 빛의 일부만을 패키지 바닥면에 대해 수직으로 진행하는 레이저 빛으로 방향을 전환하는 45도 전반사거울; 상기 레이저 다이오드 칩에서 발산된 후 45도 전반사거울에서 부딪치지않고 45도 전반사거울의 측면으로 진행하는 레이저 빛의 광경로 상에 배치된 감시용 포토 다이오드; 상기 레이저 다이오드의 타 측면에서 발산된 레이저 빛의 광경로상에 배치되는 포토 다이오드; 상기 레이저 다이이오드의 어느 일방에서 방출되는 레이저 빛과 포토 다이오드 사이에 배치되는 파장 선택성 필터를 포함하여 이루어진다. A laser device according to the present invention for achieving the above object comprises: a laser diode chip for emitting laser light; Wavelength selective filter; It is installed on one side of the laser diode chip and on the optical path on the external optical fiber, so that only a part of the laser light traveling horizontally with respect to the package bottom surface is directed toward the laser light traveling perpendicular to the package bottom surface. Switching 45 degree total reflection mirror; A photodiode for monitoring disposed on the optical path of the laser light radiating from the laser diode chip and proceeding to the side of the 45 degree total reflection mirror without hitting the 45 degree total reflection mirror; A photodiode disposed on the optical path of the laser light emitted from the other side of the laser diode; And a wavelength-selective filter disposed between the photodiode and the laser light emitted from any one of the laser diodes.

여기에서, 상기 레이저 다이오드 칩과 파장 선택성 필터는 하나의 열전소자 위에 배치되는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the laser diode chip and the wavelength selective filter are disposed on one thermoelectric element.

또한, 상기 파장 선택성 필터는, 상기 파장 선택성 필터는 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 제작되어 파장을 조절하고자하는 구간의 파장 구간에서 단조 증가 또는 단조 감소의 투과 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. . In addition, the wavelength-selective filter is characterized in that the wavelength-selective filter is manufactured by stacking a dielectric thin film having a high and low refractive index, and has a transmission characteristic of monotonically increasing or monotonically decreasing in the wavelength section of the section in which the wavelength is to be controlled. Do. .

한편, 상기 레이저 다이오드 칩에서 발산된 레이저 빛이 외부 광섬유로 진행하는 광 경로상의 45도 전반사거울은 전반사거울에 부딪치는 레이저 빛의 대부분을 반사시키는 것이 바람직하다. 이러한 전반사거울은 표면이 매끈한 경면에 Au등의 금속박막을 입힘으로써 구현이 가능하며, Au등의 금속 박막은 98%이상의 빛을 반사하나, 매우 적은 양의 빛은 흡수하며, 1um 이상의 두께를 가지는 Au 박막은 0.1%이하의 거의 무시 할 수 있는 수준의 빛만을 투과한다. 그러므로 본 발명의 설명에서 전반사거울이 단순히 100%의 빛을 반사하는 거울로 의미를 한정해서는 아니되며, 투과광을 의도적으로 형성하여, 반사거울의 투과광을 이용하여 목적하는 기능을 수행하는 것이 아닌 모든 종류의 반사거울을 지칭한다고 보아야한다. 상기 파장 선택성 필터는 레이저 다이오드 칩의 양 측면에서 발산하는 레이저 빛의 광 경로중 어느 하나의 경로에 배치되는 것이 바람직하다.Meanwhile, it is preferable that the 45 degree total reflection mirror on the optical path through which the laser light emitted from the laser diode chip proceeds to the external optical fiber reflects most of the laser light hitting the total reflection mirror. Such a total reflection mirror can be implemented by coating a metal thin film such as Au on a smooth mirror surface, and a metal thin film such as Au reflects more than 98% light, but absorbs a very small amount of light, and has a thickness of 1 μm or more. The Au thin film transmits only negligible light of less than 0.1%. Therefore, in the description of the present invention, the total reflection mirror should not be limited to a mirror that simply reflects 100% of light, and all kinds of things that do not purposely form transmitted light and perform a desired function using the transmitted light of the reflective mirror. It should be considered as referring to the reflective mirror of. The wavelength selective filter is preferably disposed in one of the optical paths of laser light emitted from both sides of the laser diode chip.

본 발명에서는 통상적인 파장 안정화 장치에서 요구되는 시준화 렌즈가 필요없어 간단하고, 45도 반사거울을 전반사거울로 제작할수 있어 Au등의 금속 박막층을 이용하여 저렴하게 45도 반사 거울을 제작할 수 있으므로 저가이며 소형의 반도체 레이저 광소자를 제작 할 수 있다.In the present invention, it is simple because it does not need a collimating lens required in a conventional wavelength stabilization device, and a 45 degree reflective mirror can be manufactured as a total reflection mirror, so that a 45 degree reflecting mirror can be manufactured inexpensively using a metal thin film layer such as Au. It can manufacture small-sized semiconductor laser optical devices.

도 1은 종래의 파장 안정화 장치가 내장된 TO형 반도체 레이저 패키지의 개략적인 기능을 나타내는 개념도이다.
도 2는 종래의 반도체 레이저에서 방출되는 레이저 빛의 형태를 보여주는 개념도이다. 반도체레이저의 일측면에서 방출되는 빛의 일부를 광섬유로 연결하여 광통신에 적용하는 반도체 레이저의 방출면을 반도체 레이저의 전면이라 부르고 그 반대쪽 일 측면을 반도체 레이저의 후면이라 부르기로한다.
도 3은 본 발명에 따른 파장 안정화 장치가 포함된 광모듈의 기능을 보여주는 상면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 파장 안정화 장치가 포함된 광모듈의 기능을 보여주는 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 파장 안정화 장치가 포함된 광모듈의 실제 적용 상면도이다.
도 6은 두 개의 광감시용 포토다이오드로 향하는 광 경로의 어느 하나에 파장 선택성 필터가 있을 경우 레이저 다이오드 칩의 온도에 따라 각 포토 다이오드로 흐르는 광전류를 보여주는 도면이다 : 레이저 다이오드 칩의 온도가 바뀐다는 것은 12GHz/℃fh 레이저의 주파수가 바뀌는 것을 의미하며, 본 그림은 광전류의 파장 선택성 필터에 유무에 의한 효과를 보여준다.
도 7은 도6의 파장 선택성 필터가 배치된 포토 다이오드를 흐르는 광전류를 파장 선택성 필터가 배치되지 않은 포토 다이오드로 흐르는 광전류를 나누어준 값을 레이저 다이오드 칩의 온도에 따라 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 다른 구조의 파장 안정화 장치가 포함된 광모듈의 기능을 보여주는 상면도이다. 1 is a conceptual diagram showing a schematic function of a TO type semiconductor laser package in which a conventional wavelength stabilizing device is incorporated.
2 is a conceptual diagram showing a form of laser light emitted from a conventional semiconductor laser. The emission surface of the semiconductor laser applied to optical communication by connecting a part of the light emitted from one side of the semiconductor laser with an optical fiber is called the front side of the semiconductor laser, and the opposite side is called the rear side of the semiconductor laser.
3 is a top view showing the function of an optical module including a wavelength stabilizing device according to the present invention.
4 is a side view showing the function of an optical module including a wavelength stabilizing device according to the present invention.
5 is a top view showing an actual application of an optical module including a wavelength stabilizing device according to the present invention.
6 is a diagram showing the photocurrent flowing to each photodiode according to the temperature of the laser diode chip when there is a wavelength selective filter in either of the optical paths toward the two photodiodes for photomonitoring: the temperature of the laser diode chip changes. This means that the frequency of the 12GHz/℃fh laser is changed, and this figure shows the effect of the presence or absence of the photocurrent wavelength selective filter.
FIG. 7 is a diagram illustrating a value obtained by dividing the photocurrent flowing through the photodiode in which the wavelength selective filter of FIG. 6 is disposed and the photocurrent flowing through the photodiode in which the wavelength-selective filter is not disposed according to the temperature of the laser diode chip.
8 is a top view showing the function of an optical module including a wavelength stabilizing device of another structure according to the present invention.

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.In the present invention, various changes may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.

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.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

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.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

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.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "include" or "have" should be understood as not precluding the possibility of existence or addition of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification. .

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.Unless otherwise defined, all terms, including technical or scientific terms, used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

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.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지는 레이저 다이오드 칩(100)과, 상기 레이저 다이오드 칩(100)의 전면에서 방출되는 레이저 빛의 일부분의 광 경로상에 배치되는 45도 전반사거울(200)과, 레이저 다이오드 칩의 전면에서 방출되어 상기 45도 전반사거울(200)의 옆으로 진행하여 45도 전반사거울(200)에 의해 방향이 절환되지 않는 레이저 빛의 광 경로상에 배치되는 광감시용 포토다이오드(300)과, 반도체 레이저(100)의 후면에서 방출되는 레이저 빛의 광 경로상에 배치되는 감시용 포토 다이오드(310)과, 도면에 미도시되었지만 반도체 레이저 다이오드 칩(100)과 광감시용 포토 다이오드(300, 310)의 적어도 어느 한 광경로상에 배치되는 파장 선택성 필터(400)와, 반도체 레이저 다이오드 칩(100)과 파장 선택성 필터 하부에 배치되는 도면에는 미도시된 열전소자를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 3, the laser diode package according to the present invention includes a laser diode chip 100 and a 45 degree total reflection disposed on an optical path of a portion of the laser light emitted from the front surface of the laser diode chip 100. The mirror 200 is emitted from the front surface of the laser diode chip and proceeds to the side of the 45 degree total reflection mirror 200 and is disposed on the optical path of the laser light whose direction is not changed by the 45 degree total reflection mirror 200. A photodiode for monitoring 300, a photodiode for monitoring 310 disposed on an optical path of laser light emitted from the rear surface of the semiconductor laser 100, and a semiconductor laser diode chip 100, although not shown in the drawing. And the wavelength selective filter 400 disposed on at least one optical path of the photodiode 300 and 310 for photomonitoring, and thermoelectric, not shown in the drawings, which are disposed below the semiconductor laser diode chip 100 and the wavelength selective filter. It consists of a device.

도3에서 반도체 레이저 다이오드 칩(100)의 전면에서 방출된 레이저 빛의 일부분의 광 경로상에 45도 전반사거울(200)이 배치되므로 반도체 레이저 다이오드 칩(100)의 전면에서 방출된 빛중 45도 전반사거울(200)에 부딪치지 않는 빛(510)은 45도 전반사거울의 측면을 통과하여 광감시용 포토 다이오드(300)로 입사한다. 도3에서 반도체 레이저 다이오드 칩(100)의 전면에서 방출된 레이저 빛중에서 45도 전반사거울(200)로 입사하는 빛(500)은 45도 전반사 거울에서 반사되어 광소자 외부로 이송되어 광섬유로 결합하게 되어 광통신의 기능을 수행한다. 반도체 레이저 다이오드 칩(100)의 전면에서 방출된 빛중 45도 전반사거울(200)에 부딪치지 않는 빛(510)은 45도 전반사거울의 측면을 통과하여 광감시용 포토 다이오드(300)로 입사한다. 이러한 경우에 있어 45도 반사거울은 전반사의 기능을 하여도 반도체 레이저 다이오드 칩(100)의 전면에서 방출된 빛의 일부를 이용하여 광감시 기능을 할 수 있다. 그러므로 45도 반사거울은 금속박막등의 경면을 이용하여 제작할 수 있으므로 가격이 낮아지는 장점이 있다. 또한 금속 박막의 광 반사율은 입사광의 각도에 매우 둔감하여, 일부 투과/일부반사 기능을 가지는 45도 부분 반사 거울의 입사각에 따른 투과/반사 특성의 차이가 없으므로 시준화 렌즈가 필요 없는 장점이 있다. 파장 안정화 장치를 위해서는 파장에 따른 투과 특성이 달라지는 필터가 두 개의 광 감시용 포토 다이오드로 향하는 광 경로(510, 550)의 적어도 어느 한쪽에 배치되면 된다. 이러한 파장 선택성 필터는 조절하거나, 고려의 대상이 되는 파장의 구간에서 투과율이 단조 증가하거나, 단조 감소하는 특성을 가지면 된다. In FIG. 3, since the 45 degree total reflection mirror 200 is disposed on the optical path of a part of the laser light emitted from the front of the semiconductor laser diode chip 100, the total reflection of the light emitted from the front of the semiconductor laser diode chip 100 is 45 degrees. Light 510 that does not hit the mirror 200 passes through the side of the 45 degree total reflection mirror and enters the photodiode 300 for light monitoring. In FIG. 3, among the laser light emitted from the front of the semiconductor laser diode chip 100, the light 500 incident on the 45 degree total reflection mirror 200 is reflected from the 45 degree total reflection mirror and transferred to the outside of the optical element to be combined into an optical fiber. And performs the function of optical communication. Among the light emitted from the front of the semiconductor laser diode chip 100, the light 510 that does not hit the 45 degree total reflection mirror 200 passes through the side of the 45 degree total reflection mirror and enters the photodiode 300 for light monitoring. In this case, even if the 45 degree reflective mirror functions as total reflection, it can perform a light monitoring function using a part of light emitted from the front surface of the semiconductor laser diode chip 100. Therefore, since the 45 degree reflective mirror can be manufactured using a mirror surface such as a thin metal film, it has the advantage of lowering the price. In addition, since the light reflectance of the metal thin film is very insensitive to the angle of incident light, there is no difference in transmission/reflection characteristics according to the incident angle of the 45 degree partially reflecting mirror having a partial transmission/partial reflection function, so there is an advantage that a collimating lens is not required. For the wavelength stabilization device, a filter whose transmission characteristics are changed according to a wavelength may be disposed on at least one of the optical paths 510 and 550 toward the two photodiodes for light monitoring. Such a wavelength selective filter may have a characteristic in which the transmittance is monotonically increased or monotonically decreased in the range of the wavelength to be adjusted or considered.

도4는 도3의 기능을 좀 더 쉽게 보여주기 위해 측면에서 본 기능이다. 도4에서 점선으로 표시된 510의 광 경로는 45도 전반사거울(200)의 측면을 통과하여 광감시용 포토 다이오드(300)으로 진행하는 광 경로를 표시한다. FIG. 4 is a function viewed from the side in order to more easily show the function of FIG. 3. The optical path of 510 indicated by a dotted line in FIG. 4 indicates an optical path that passes through the side of the 45 degree total reflection mirror 200 and proceeds to the photodiode 300 for light monitoring.

도 5는 본 발명의 일 실시예를 보여준다. 본 실시예에서는 반도체 레이저 다이오드칩(100)의 후면에서 방출되는 빛의 광 경로상(550)에 파장 선택성 필터(400)를 배치한 경우이다. 도 6은 본 실시예에서 레이저 다이오드 칩의 온도를 변화시켰을 때 300,310의 두 개의 감시용 포토 다이오드에 흐르는 광전류의 세기를 비교한 것이다. 도6에서 전류1은 도5의 포토다이오드(300)으로흐르는 광전류이고, 전류2는 도5의 포토다이오드(310)으로 흐르는 광전류이다. 통상적으로 반도체 레이저 다이오드 칩의 전후면에서 방출되는 빛의 세기는 일정한 비율을 가지게 된다. 도 6에서 레이저 다이오드 칩의 온도가 증가함에 따라 전류1이 감소하는 것은 레이저 다이오드 칩의 광 변환 효율이 온도가 상승함에 따라 낮아지는 것을 반영한다. 그러나 도6에서 전류1과 전류2의 감소비율은 달라지고, 특히 전류2의 감소 비율이 전류1에 비해 상대적으로 크게되는데 이는 전류2를 구성하는 포토 다이오드(310)의 광 경로상에 파장 선택성 필터(400)이 추가 되었기 때문이다. 도6의 전류2를 전류1로 나누어주면 필터의 파장에 따른 투과 특성이 얻어지고, 이는 도7에 표시되었다. 그러므로 포토 다이오드(300)과 (310)의 광전류의 비율을 조사하여 레이저 빛의 파장을 알아낼수 있다. 5 shows an embodiment of the present invention. In this embodiment, the wavelength selective filter 400 is disposed on the optical path 550 of light emitted from the rear surface of the semiconductor laser diode chip 100. 6 is a comparison of the intensity of photocurrent flowing through two monitoring photodiodes of 300 and 310 when the temperature of the laser diode chip is changed in this embodiment. In FIG. 6, current 1 is a photocurrent flowing to the photodiode 300 of FIG. 5, and current 2 is a photocurrent flowing to the photodiode 310 of FIG. Typically, the intensity of light emitted from the front and rear surfaces of the semiconductor laser diode chip has a certain ratio. In FIG. 6, the decrease in current 1 as the temperature of the laser diode chip increases reflects that the light conversion efficiency of the laser diode chip decreases as the temperature increases. However, in Fig. 6, the reduction ratio of current 1 and current 2 is different, and in particular, the reduction ratio of current 2 is relatively larger than that of current 1, which is a wavelength selective filter on the optical path of the photodiode 310 constituting the current 2 Because 400 has been added. When the current 2 in FIG. 6 is divided by the current 1, transmission characteristics according to the wavelength of the filter are obtained, which is shown in FIG. Therefore, it is possible to find out the wavelength of the laser light by irradiating the ratio of the photocurrent of the photodiode 300 and 310.

도 8은 본 발명의 다른 변형예인데, 반도체 레이저 다이오드 칩(100)의 전면에는 전반사 45도 반사거울(200)을 배치하고 레이저 다이오드 칩(100)의 후면에서 방출되는 빛의 광 경로상에 2개의 포토 다이오드를 배치하며 그중의 어느 하나의 광 경로상에 파장 선택성필터(400)를 배치하는 구조이다.8 is another modified example of the present invention, a reflective mirror 200 of 45 degrees of total reflection is disposed on the front surface of the semiconductor laser diode chip 100 and 2 on the optical path of light emitted from the rear surface of the laser diode chip 100 It is a structure in which three photodiodes are disposed and a wavelength selective filter 400 is disposed on any one of the optical paths.

본 발명에서 미도시된 열전소자는 높은 냉각효과를 얻기 위해 열전소자의 pellet이 이층 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 통상적인 일층 구조의 경우 냉각 가능 온도가 60℃에 달하여 외부 환경 온도가 95℃까지 올라가는 가혹한 온도 조건에서 레이저 다이오드 칩의 온도를 35℃이하로 조절하는 것이 어렵다. 이에비해 pellet이 2층 구조인 경우 냉각 가능 온도가 90℃에 달해 외부 환경 온도가 95℃의 경우에 5℃까지 레이저 다이오드 칩의 온도를 조절 할 수 있다. 레이저 다이오드 칩의 발광 효율은 도6에서 보이듯이 낮으면 낮을수로 좋아지는 특성이 있으나 20℃ 이하의 온도 영역에서는 발광 효율의 상승이 포화된다. 그러므로 레이저 다이오드 칩의 온도를 20℃ 정도까지 냉각시킬수 있는 방법이 필요하며, 이는 열전소자의 pellet을 2층 구조로 제작한 2층 구조 열전소자를 사용하는 것이 바람직하다.In the thermoelectric element not shown in the present invention, it is preferable that the pellet of the thermoelectric element has a two-layer structure in order to obtain a high cooling effect. In the case of a typical one-layer structure, it is difficult to control the temperature of the laser diode chip to 35°C or less under severe temperature conditions in which the cooling temperature reaches 60°C and the external environment temperature rises to 95°C. On the other hand, if the pellet has a two-layer structure, the cooling temperature reaches 90℃, so when the external environment temperature is 95℃, the temperature of the laser diode chip can be controlled up to 5℃. As shown in FIG. 6, the luminous efficiency of the laser diode chip improves as low as possible, but the increase in luminous efficiency is saturated in the temperature range below 20°C. Therefore, a method of cooling the temperature of the laser diode chip to about 20℃ is required, and it is preferable to use a two-layered thermoelectric element made of a two-layered pellet of a thermoelectric element.

100 : 레이저 다이오드 칩
200 : 45도 전반사 거울
300 : 제 1 광 감시용 포토 다이오드
310 : 제 2 광 감시용 포토 다이오드
330 : 제 1 광 감시용 포토 다이오드
340 : 제 2 광 감시용 포토 다이오드
400 : 파장 선택성 필터
500 : 레이저 다이오드 칩의 전면에서 방출되는 빛중 45도 전반사거울로 입사하는 빛의 광경로
510 : 레이저 다이오드 칩의 전면에서 방출되는 빛중 45도 전반사거울의 측면을 통과하는 빛의 광경로
550 : 레이저 다이오드 칩의 후면에서 방출되는 빛의 광경로
580 : 레이저 다이오드 칩의 후면에서 방출되는 빛중 파장 선택성 필터가 없는 영역을 진행하는 광 경로
590 : 레이저 다이오드 칩의 후면에서 방출되는 빛중 파장 선택성 필터가 있는 영역을 진행하는 광 경로100: laser diode chip
200: 45 degree total reflection mirror
300: first photodiode for optical monitoring
310: photodiode for second optical monitoring
330: first photodiode for optical monitoring
340: second photodiode for optical monitoring
400: wavelength selective filter
500: The optical path of the light incident through the 45 degree total reflection mirror among the light emitted from the front of the laser diode chip
510: The optical path of light passing through the side of the 45 degree total reflection mirror among the light emitted from the front of the laser diode chip
550: Optical path of light emitted from the rear of the laser diode chip
580: A light path going through a region without a wavelength selective filter among the light emitted from the rear of the laser diode chip
590: A light path going through a region with a wavelength selective filter among the light emitted from the rear of the laser diode chip

Claims (5)

반도체 레이저 장치에 있어서,
레이저 빛을 발산하는 레이저 다이오드 칩;
상기 레이저 다이오드 칩의 전면에서 방출되는 레이저 빛 중 일부만이 입사되는 경로 상에 배치되어, 입사되는 레이저 빛을 반사하는 45도 전반사거울:
상기 레이저 다이오드 칩의 전면에서 방출되는 레이저 빛 중 상기 45도 전반사거울로 입사하지 않은 나머지 레이저 빛이 입사되는 경로상에 배치되는 제1 포토 다이오드;
상기 레이저 다이오드 칩의 후면에서 방출되는 빛의 광 경로상에 배치되는 제2 포토 다이오드; 및
상기 레이저 다이오드 칩의 전면에서 방출되어 상기 제1 포토 다이오드로 입사하는 광 경로 및 상기 레이저 다이오드 칩의 후면에서 방출되어 상기 제2 포토 다이오드로 입사하는 광 경로 중 적어도 하나의 경로 상에 배치되는 파장 선택성 필터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.In a semiconductor laser device,
A laser diode chip that emits laser light;
A 45-degree total reflection mirror that reflects the incident laser light by arranging a portion of the laser light emitted from the front surface of the laser diode chip on the incident path:
A first photodiode disposed on a path through which the rest of the laser light emitted from the front surface of the laser diode chip, which is not incident on the 45 degree total reflection mirror, is incident;
A second photodiode disposed on an optical path of light emitted from a rear surface of the laser diode chip; And
Wavelength selectivity disposed on at least one of an optical path emitted from the front surface of the laser diode chip and incident on the first photodiode and an optical path emitted from the rear surface of the laser diode chip and incident on the second photodiode filter
Laser device comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 레이저 다이오드 칩과 상기 파장 선택성 필터는 하나의 열전소자위에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.The method of claim 1,
The laser diode chip and the wavelength-selective filter are disposed on one thermoelectric element. 제1항에 있어서,
상기 파장 선택성 필터는 고려되는 파장 영역에서 단조 증가하거나 단조 감소하는 특성을 가지는 레이저 장치.The method of claim 1,
The wavelength selective filter is a laser device having a monotonically increasing or monotonically decreasing characteristic in a considered wavelength range. 제3항에 있어서,
상기 레이저 다이오드 칩과 파장 선택성 필터는 이층 구조의 pellet을 가지는 열전소자 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.The method of claim 3,
The laser diode chip and the wavelength-selective filter are disposed on a thermoelectric element having a double-layered pellet.
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