KR102254954B1 - 파장가변 반도체 레이저 및 그것의 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 반도체 레이저는, 변조 신호에 따라 광신호를 생성하는 활성 이득 영역, 모드 조절 신호에 따라 공진 모드를 조절하고 그리고 변조 신호에 기초하여 결정된 제 1 보상 신호에 따라 신호 처프를 보상하는 모드 조절 영역, 및 파장 선택 전류, 변조 신호에 기초하여 결정되고 그리고 열적 처프를 보상하는 제 2 보상 신호, 히터 전극에 공급되고 히터 신호에 기초하여 발진 파장을 결정하는 DBR(Distributed Bragg Reflector) 영역을 포함할 수 있다.

Description

파장가변 반도체 레이저 및 그것의 동작 방법{TUNABLE SEMICONDUCTOR LASER AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 파장가변 반도체 레이저 및 그것의 동작 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 버스트 모드(burst mode)에서 동작하고 그리고 신호 처프(chirp)를 보상하는 파장가변 반도체 레이저 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
대용량, 고효율의 통신수단으로써 광통신 네트워크 기술이 광범위하게 이용되고 있다. 광통신 기술에는 개별 채널속도를 높이는 TDM(time division multiplexing) 기술과 다수의 광주파수 자원을 조밀하게 활용하는 WDM(wavelength division multiplexing) 기술이 포함된다.
최근, 국제 표준화 기구는 유선 엑세스 가입자 망 기술의 표준 방식(G.989.2)으로 NG-PON2(Next-Generation Passive Optical Network 2)를 채택하여 급증하는 차세대 멀티미디어 서비스에 대응하고 있다. NG-PON2는 복수의 가입자가 하나의 파장을 이용하는 기존의 TDM 방식의 기술에 WDM 기술을 접목하는, 복수의 가입자가 복수의 파장 채널을 이용 가능한 TWDM(time wavelength division multiplexing) 방식을 이용한다. TWDM 방식을 구현하는 장치는 고속으로 데이터를 전송하면서도 빠르게 파장 채널을 설정할 수 있어야 한다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 버스트 모드에서 동작하고 그리고 신호 처프를 보상하는 파장가변 반도체 레이저 및 그것의 동작 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 반도체 레이저는, 변조 신호에 따라 광신호를 생성하는 활성 이득 영역, 모드 조절 신호에 따라 공진 모드를 조절하고 그리고 변조 신호에 기초하여 결정된 제 1 보상 신호에 따라 광신호의 신호 처프(signal chirp)를 보상하는 모드 조절 영역, 및 광신호에 대한 파장 선택 신호, 변조 신호에 기초하여 광신호의 열적 처프(thermal chirp)를 보상하는 제 2 보상 신호, 그리고 히터 전극에 공급되는 히터 신호에 기초하여, 광신호의 발진 파장을 결정하는 DBR(Distributed Bragg Reflector) 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 활성 이득 영역, 모드 조절 영역, 및 DBR 영역을 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법은, 신호 공급기에 의하여, 활성 이득 영역에 변조 신호를 제공하는 단계, 신호 공급기에 의하여, 모드 조절 영역에 모드 조절 신호를 제공하는 단계, 신호 공급기에 의하여, DBR 영역에 파장 선택 신호를 제공하는 단계, 신호 공급기에 의하여, 변조 신호, 모드 조절 신호, 및 파장 선택 신호에 기초하여 파장가변 반도체 레이저의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터 신호를 결정하는 단계, 및 신호 공급기에 의하여, 모드 조절 영역에 변조 신호에 기초하여 결정되고 그리고 신호 처프를 보상하는 제 1 보상 신호를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 반도체 레이저는 빠르게 파장 채널을 설정함과 동시에 버스트 모드에서 동작할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법은 신호 처프를 저감화 함으로써 전달 신호 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 반도체 레이저를 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 변조 신호의 크기에 따른 광신호의 출력 파워를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 발진 파장의 편이를 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 변조 신호의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 히터 신호(HC)의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 턴-온 상태의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 변조 신호의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 턴-온 상태의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 모드 조절 신호와 신호 처프 보상 신호의 합의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 변조 신호의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 9의 변조 신호에 의한 시간에 따른 활성 이득 영역 내의 굴절률 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 파장 선택 신호와 열적 처프 보상 신호의 합의 크기를 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 11의 파장 선택 신호와 열적 처프 보상 신호의 합에 의한 시간에 따른 DBR 영역 내의 굴절률 변화를 나타내는 그래프이다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다. 본 발명에서, 층(layer), 영역(section) 및 부(unit)는 서로 대응하는 용어들일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 있어서, 처프(chirp)는 광신호의 변이를 지칭할 수 있다. 처프는 신호 처프 및 열적 처프를 포함할 수 있다. 신호 처프는 레이저 내의 전류 주입 및 레이저 내의 굴절률 변화에 의하여 발생할 수 있고 그리고 과도(transient) 처프 및 단열(adiabatic) 처프를 포함할 수 있다. 열적(thermal) 처프는 레이저 내의 온도 상승에 따라 발생할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 반도체 레이저는 신호 처프 및 열적 처프를 포함하는 처프를 조절할 수 있다. 신호 처프는 도 3 및 도 4에서 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 반도체 레이저(1000)를 나타내는 구성도이다. 도 1은 D1-D2 평면 상의 파장가변 반도체 레이저(1000)의 단면일 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)는 버스트 모드(burst mode)에서 동작하고 그리고 처프(chirp) 조절이 가능한 파장 가변 광원 장치 또는 레이저 공진기일 수 있다. 여기서, 버스트 모드는 파장가변 반도체 레이저(1000)의 온도가 일정하게 유지되는 모드를 지칭할 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)는 DBR(distributed bragg reflector) 레이저일 수 있다.
파장가변 반도체 레이저(1000)는 활성 이득 영역(1100), 모드 조절 영역(1200), DBR 영역(1300), 및 신호 공급기(1400)를 포함할 수 있다. 그러나, 신호 공급기(1400)는 반드시 파장가변 반도체 레이저(1000)에 포함되는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 신호 공급기(1400)는 파장가변 반도체 레이저(1000)와 별개의 장치로서 파장가변 반도체 레이저(1000)의 외부에 별도로 배치될 수도 있다. 상술한 구성들(1100,1200,1300,1400)은 개별 소자 또는 부품들로 구성될 수 있고, 혹은 하나의 집적 칩 또는 각각의 칩들의 형태(들)로도 구성될 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)는, 패시베이션 BCB(passivation Benzocyclobutene)로 구성된 절연체를 포함하는 InP(Indium Phosphide) 기판 상에 InGaAsP(Indium gallium arsenide phosphide) 화합물 반도체에 기초하여, 활성 이득 영역(1100), 모드 조절 영역(1200), DBR 영역(1300)을 포함할 수 있다. 각 신호들(BC,RF,PC,SCC,GC,TCC)은 이하 활성 이득 영역(1100), 모드 조절 영역(1200), DBR 영역(1300)과 함께 상세하게 설명될 것이다.
활성 이득 영역(1100)은 파장가변 반도체 레이저(1000)가 버스트 모드에서 동작하고 그리고 처프 조절이 가능하도록 전류 주입에 의하여 광신호를 직접 변조할 수 있다. 활성 이득 영역(1100)은 변조 신호에 따라 광신호를 생성할 수 있다. 활성 이득 영역(1100)은 바이어스 신호(BC) 및 입력 신호(RF)를 포함하는 변조 신호를 제공받을 수 있다. 변조 신호는 바이어스 신호(BC) 및 입력 신호(RF)의 합일 수 있다. 예를 들어, 바이어스 신호(BC), 입력 신호(RF), 및 변조 신호는 전류일 수 있다. 바이어스 신호(BC), 입력 신호(RF), 및 변조 신호가 전류인 경우, 활성 이득 영역(1100)은 전류 주입 방식에 의하여 바이어스 신호(BC), 입력 신호(RF), 및 변조 신호를 제공받을 수 있다. 활성 이득 영역(1100)은 활성 이득 전극(1110), 반사 코팅 면(reflection coating surface; 1120), 및 다중 양자 우물 층(multi quantum well layer; MQW; 1130)을 포함할 수 있다. 활성 이득 영역(1100)은 p형 및 n형 반도체로 구성되는 반도체 층을 더 포함할 수 있다. 다중 양자 우물 층(1130)은 통상의 화합물 반도체로 구현될 수 있고 그리고 p형 및 n형 반도체 사이에 삽입될 수 있다.
활성 이득 전극(1110)은 전기적으로 고속 동작을 위하여 유전 물질(예를 들어, 패시베이션 BCB)에 의하여 절연될 수 있다. 활성 이득 전극(1110)은 전류 주입 방식으로 광신호를 직접적으로 변조하기 위하여 바이어스 신호(BC) 및 입력 신호(RF)를 포함하는 변조 신호를 제공받을 수 있다. 활성 이득 전극(1110)은 광신호의 변조를 위하여 활성 이득 영역(1100)의 반도체 전극 층 내에 오믹으로 접촉된(ohmically contact) 금속 전극일 수 있다. 즉, 활성 이득 전극(1110)과 활성 이득 영역(1100)의 반도체 전극 층 간의 접촉은 오믹 접촉(ohmic contact)일 수 있다. 반사 코팅 면(1120)은 파장가변 반도체 레이저(1000)로부터 D1 방향으로 방출되는 광신호의 크기를 증폭시킬 수 있다.
모드 조절 영역(1200)은 파장가변 반도체 레이저(1000)의 모드 및 공동(cavity)을 동적으로 제어할 수 있다. 모드 조절 영역(1200)은, 파장가변 반도체 레이저(1000)의 모드와 발진 파장이 상이한 경우, 파장가변 반도체 레이저(1000)의 모드와 발진 파장을 일치시킬 수 있다. 여기서, 발진 파장은 파장가변 레이저(1000)로부터 방출되는 광신호의 파장일 수 있다. 모드 조절 영역(1200)은 모드 조절 전극(1210)을 포함할 수 있다. 모드 조절 영역(1200) 및 모드 조절 전극(1210)은 각각 위상 조절 영역 및 위상 조절 전극으로도 지칭될 수 있다.
파장가변 레이저(1000)의 모드는 레이저의 각 영역들(1100,1200,1300)의 동작 환경에 따라서 변화할 수 있다. 모드 조절 전극(1210)은 ITU-T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector) 그리드(grid)에 의해 규정된 파장에서 발진하기 위해 레이저 공진기 내의 모드를 표준 파장과 정합시킬 수 있다. 모드 조절 영역(1200)은 모드 조절 전극(1210)을 통하여 모드 조절 신호(PC)뿐만 아니라, 활성 이득 전극(1110)에 공급되는 입력 신호(RF)에 따라 결정되는 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공받을 수 있다. 모드 조절 영역(1200)은, 공진기의 모드와 발진 파장이 상이한 경우, 모드 조절 전극(1210)을 통하여 제공되는 모드 조절 신호(PC)에 의하여 공진기의 모드와 발진 파장을 일치시킬 수 있다
모드 조절 영역(1200)은 모드 조절 전극(1210)을 통하여 제공되는 신호 처프 보상 신호(SCC)에 의하여 파장가변 레이저(1000) 내부의 모드 동요 및 발진 파장을 안정화할 수 있고 그리고 활성 이득 영역(1100)에 제공되는 변조 신호에 의하여 발생하는 신호 처프를 조절하거나 보상할 수 있다. 모드 조절 영역(1200)은 모드 조절 신호에 따라 공진 모드를 조절하고 그리고 변조 신호에 기초하여 결정된 신호 처프 보상 신호에 따라 신호 처프를 조절할 수 있다. 즉, 모드 조절 영역(1200)은 파장가변 레이저(1000) 내의 불안정을 보상하기 위하여 모드 조절 전극(1210)을 통하여 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공받을 수 있다. 모드 조절 신호(PC)와 신호 처프 보상 신호(SCC)의 합은 동적 모드 조절 신호(PC)로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 모드 조절 신호(PC) 및 신호 처프 보상 신호(SCC)는 각각 전류일 수 있다. 모드 조절 신호(PC) 및 신호 처프 보상 신호(SCC)가 전류인 경우, 모드 조절 영역(1200)은 전류 주입 방식으로 모드 조절 신호(PC) 및 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공받을 수 있다. 모드 조절 신호(PC) 및 신호 처프 보상 신호(SCC)는 도 7 및 도 8에서 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
DBR 영역(1300)은 광신호의 파장을 제어하고 그리고 버스트 모드 및 열적 처프를 제어할 수 있다. DBR 영역은 파장 조절 영역, 파장 선택 영역, 그레이팅(grating) 파장 조절 부로도 지칭될 수 있다. DBR 영역(1300)은 히터 신호(HC), 파장 선택 신호(GC), 및 열적 처프 보상 신호(TCC)를 제공받을 수 있다. 히터 신호(HC), 파장 선택 신호(GC), 및 열적 처프 보상 신호(TCC)는 전류일 수 있다. 히터 신호(HC), 파장 선택 신호(GC), 및 열적 처프 보상 신호(TCC)가 전류인 경우, DBR 영역(1300)은 전류 주입 방식으로 히터 신호(HC), 파장 선택 신호(GC), 및 열적 처프 보상 신호(TCC)를 제공받을 수 있다. DBR 영역은 파장 선택 전류, 변조 신호에 기초하여 결정되고 그리고 열적 처프를 보상하는 열적 처프 보상 신호, 히터 전극에 공급되고 히터 신호에 기초하여 발진 파장을 결정할 수 있다.
DBR 영역(1300)은 파장가변 레이저(1000)의 발진 파장을 결정할 수 있다. 발진 파장은 출사 파장, 그레이팅 출력 파장, 동작 파장, 및 공진 파장으로도 지칭될 수 있다. DBR 영역(1300)은 D1 방향으로 발진 파장을 가지는 광신호를 방출할 수 있다. DBR 영역(1300)은 파장 선택 신호(GC)에 의하여 파장가변 반도체 레이저(1000)의 빠른 파장 변환 속도(예를 들어, NG-PON2의 클래스 1에 있어서 10 마이크로초(usec) 이하)를 유지할 수 있다. DBR 영역(1300)은 발진 파장에서 파장가변 반도체 레이저(1000)의 유효 굴절률의 의해서 공진모드를 결정할 수 있고 그리고 발진 파장과 일치하는 공진 모드에서 빛은 발진할 수 있다. 여기서, 유효 굴절률은 파장가변 반도체 레이저(1000) 내의 굴절률의 총 합계 일 수 있다.
DBR 영역(1300)은 DBR 전극(1310), DBR 그레이팅(DBR grating; 1320), 무반사 코팅 면(anti-reflection coating surface; 1330), 히터 전극(1340), 절연체(1350)를 포함할 수 있다. 무반사 코팅 면(1330)은 DBR 영역(1300)으로부터 D1 방향으로 방출되는 광신호의 크기를 증폭시킬 수 있다. DBR 그레이팅(1320)은 발진 파장에서 파장가변 반도체 레이저(1000)의 유효 굴절률의 의해서 공진모드를 결정할 수 있고 그리고 발진 파장과 일치하는 공진 모드에서 빛은 발진할 수 있다. 절연체(1350)는 DBR 영역(1300) 상의 DBR 전극(1310), 및 히터 전극(1340) 사이에 위치할 수 있다. 절연체(1350)는 전기적으로 DBR 전극(1310)과 히터 전극(1340)을 차단할 수 있다. 절연체(1350)는 DBR 전극(1310) 위에 배치될 수 있고, 그리고 히터 전극(1340)은 절연체(1350) 위에 배치될 수 있다.
DBR 전극(1310)은 파장 조절 전극, 파장 선택 전극, DBR 선택 전극, 및 DBR 조절 전극으로도 지칭될 수 있다. DBR 영역(1300)은 DBR 전극(1310)을 통하여 파장 선택 신호(GC) 및 열적 처프 보상 신호(TCC)를 제공받을 수 있다. 히터 전극(1340)은 히터 신호(HC)를 제공받을 수 있다. 히터 전극(1340)은 히터 및 마이크로히터로 지칭될 수 있다. 히터 전극(1340)은 버스트 모드 동작을 위하여 파장가변 반도체 레이저(1000)의 턴-온(turn-on) 및 턴-오프(turn-off) 동작 동안 파장가변 반도체 레이저(1000)의 온도 변화를 보상할 수 있다. 히터 신호(HC)는 도 5 및 도 6에서 좀 더 상세하게 설명될 것이고, 그리고 열적 처프 보상 신호(TCC)는 도 9 내지 도 12에서 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
신호 공급기(1400)는 활성 이득 영역(1100), 모드 조절 영역(1200), 및 DBR 영역(1300)으로 각각 신호들을 제공할 수 있다. 즉, 신호 공급기(1400)는 활성 이득 영역(1100)으로 바이어스 신호(BC) 및 입력 신호(RF)를 포함하는 변조 신호를 제공할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 바이어스 신호(BC), 입력 신호(RF), 모드 조절 신호(PC), 신호 처프 보상 신호(SCC), 파장 선택 신호(GC), 열적 처프 보상 신호(TCC), 및 히터 신호(HC)를 동시에 또는 이시에 제공할 수 있다. 신호 공급기(1400)가 바이어스 신호(BC), 입력 신호(RF), 모드 조절 신호(PC), 신호 처프 보상 신호(SCC), 파장 선택 신호(GC), 열적 처프 보상 신호(TCC), 및 히터 신호(HC)를 결정하는 방법은 도 2에서 좀 더 상세하게 설명될 것이다.
실시 예에서, 신호 공급기(1400)는 전용 회로(예컨대, FPGA(Field Programmable Gate Arrays), ASICs(Application Specific Integrated Circuits) 등)를 포함하여 구현되거나, 또는 SoC(System on Chip)로 구현될 수 있다. 예로서, 신호 공급기(1400)는 범용 프로세서, 전용 프로세서, 또는 어플리케이션 프로세서(Application Processor)를 포함할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 프로세서 그 자체이거나, 프로세서를 포함하는 전자 장치 또는 시스템일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 바이어스 신호(BC), 입력 신호(RF), 모드 조절 신호(PC), 신호 처프 보상 신호(SCC), 파장 선택 신호(GC), 열적 처프 보상 신호(TCC), 및 히터 신호(HC)는 하나의 장치인 신호 공급기(1400)로부터 제공되나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 파장가변 반도체 레이저(1000)는 바이어스 신호(BC), 입력 신호(RF), 모드 조절 신호(PC), 신호 처프 보상 신호(SCC), 파장 선택 신호(GC), 열적 처프 보상 신호(TCC), 및 히터 신호(HC)를 제공하는 장치는 복수 개로도 구현될 수 있다. 예를 들어, 바이어스 신호(BC), 입력 신호(RF), 모드 조절 신호(PC), 신호 처프 보상 신호(SCC), 파장 선택 신호(GC), 열적 처프 보상 신호(TCC), 및 히터 신호(HC) 각각은 개별적이고 독립적인 장치에 의하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 신호 처프 보상 신호(SCC) 및 열적 처프 보상 신호(TCC)는 처프의 종류에 따라 분류될 수 있다. 다만, 신호 처프 보상 신호(SCC) 및 열적 처프 보상 신호(TCC)는 모두 보상 신호로도 지칭될 수 있다. 이 경우, 처프의 종류에 따라 제 1 보상 신호 및 제 2 보상 신호로 지칭될 수 있다.
도 2는 도 1의 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법을 나타내는 순서도이다. 본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법은 버스트 모드에서 동작하고 그리고 처프 조절이 가능한 파장 가변 광원 장치의 동작 방법일 수 있다.
S110 단계에서, 신호 공급기(1400)는 바이어스 신호(BC), 모드 조절 신호(PC), 및 파장 선택 신호(GC)의 크기를 결정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 파장가변 반도체 레이저(1000)가 동작하는 환경 및 조건에서 ITU-T 그리드에 해당하는 특정 파장을 설정하도록 바이어스 신호(BC), 모드 조절 신호(PC), 및 파장 선택 신호(GC)의 크기를 결정할 수 있다.
S120 단계에서, 신호 공급기(1400)는 히터 신호(HC)의 크기를 결정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 바이어스 신호(BC) 및 입력 신호(RF)를 포함하는 변조 신호, 모드 조절 신호(PC), 및 파장 선택 신호(GC)에 기초하여 파장가변 반도체 레이저(1000)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터 신호(HC)를 결정할 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)에 주입되는 바이어스 신호(BC) 및 모드 조절 신호(PC)는 주울 발열(joule heating) 및 오믹 발열(ohmic heating)로 파장가변 반도체 레이저(1000)의 DBR 그레이팅(1320)의 온도를 변화시킬 수 있고 그리고 발진 파장을 변화시킬 수 있다. 따라서, 신호 공급기(1400)는 바이어스 신호(BC), 모드 조절 신호(PC), 파장 선택 신호(GC)에 의한 DBR 그레이팅(1320)의 파장 편차를 측정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 DBR 영역(1300)에 제공된 신호들(GC,TCC)에 대응하는 DBR 영역(1300)의 응답에 기초하여 DBR 그레이팅(1320)의 파장 편차를 측정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 DBR 그레이팅(1320)의 파장 편차에 기초하여 바이어스 신호(BC) 및 모드 조절 신호(PC)에 의해 유도되는 열 용량에 따라 히터 신호(HC)의 크기를 결정할 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)가 턴-오프 인 동안, DBR 영역(1300) 상의 히터 전극(1340)에 히터 신호(HC)를 제공하고 그리고 파장가변 반도체 레이저(1000)가 턴-온 인 동안 히터 신호(HC)를 제공하지 않음으로써, 신호 공급기(1400)는 파장가변 반도체 레이저(1000)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
S130 단계에서, 파장가변 반도체 레이저(1000)는 활성 이득 영역(1100) 및 모드 조절 영역(1200) 내의 굴절률 변화를 측정할 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)는 DBR 그레이팅(1320)의 파장 편차에 기초한 연산으로부터 측정될 수 있다. 활성 이득 영역(1100) 및 모드 조절 영역(1200) 내의 굴절률 변화는 활성 이득 영역(1100)에 주입되는 바이어스 신호(BC) 및 입력 신호(RF)에 의한 파장가변 반도체 레이저(1000) 내의 모드 불안정을 해결할 수 있다.
실시 예에서, 활성 이득 영역(1100) 내의 굴절률 변화는 바이어스 신호(BC) 및 입력 신호(RF)를 포함하는 변조 신호가 바이어스 신호(BC)를 초과하는 크기 및 값에 의하여 유도될 수 있다. 또한, 모드 조절 영역(1200) 내의 굴절률 변화는 모드 조절 신호(PC)와 신호 처프 보상 신호(SCC)의 합이 모드 조절 신호(PC)를 초과하는 크기 및 값에 의하여 유도될 수 있다. 여기서, 변조 신호가 바이어스 신호(BC)를 초과하는 크기, 및 모드 조절 신호(PC)와 신호 처프 보상 신호(SCC)의 합이 모드 조절 신호(PC)를 초과하는 크기는 변조 신호와 바이어스 신호(BC) 간의 차이, 및 모드 조절 신호(PC)와 신호 처프 보상 신호(SCC)의 합과 모드 조절 신호(PC) 간의 차이를 나타내는 예시일 뿐, 본 발명의 실시 예가 한정되는 것은 아니다.
S140 단계에서, 신호 공급기(1400)는 신호 처프 보상 신호(SCC)의 크기를 결정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 활성 이득 영역(1100) 및 모드 조절 영역(1200) 내의 굴절률 변화에 기초하여 신호 처프 보상 신호(SCC)의 크기를 결정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 활성 이득 영역(1100) 및 모드 조절 영역(1200) 내의 굴절률 변화를 상쇄하기 위한 바이어스 전류를 초과하는 전류의 크기와 모드 조절 전류를 초과하는 전류의 크기의 비를 결정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 바이어스 전류 및 모드 조절 전류를 초과하는 전류의 크기 및 값의 비에 기초하여 신호 처프 보상 신호(SCC)의 크기를 결정할 수 있다. 활성 이득 영역(1100)의 도파로의 길이와 모드 조절 영역(1200)의 도파로의 길이는 서로 상이하므로, 바이어스 전류를 초과하는 크기 및 모드 조절 전류를 초과하는 전류의 크기는 서로 상이할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 모드 조절 영역(1200)에 바이어스 신호(BC) 및 입력 신호(RF)에 기초하여 결정된 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공할 수 있고 그리고 변조 신호의 코드 패턴을 역전(invert)함으로써 신호 처프 보상 신호(SCC)의 코드 패턴을 결정할 수 있다. 따라서, 활성 이득 영역(1100)에 주입되는 입력 신호(RF)의 신호열(bit stream)을 역전하고 그리고 초과 전류 크기의 비만큼 크기에 따라 크기 변환을 한 후에, 신호 공급기(1400)는 입력 신호(RF)를 제공하는 타이밍과 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공하는 타이밍을 동기화할 수 있다. 결국, 신호 처프 보상 신호(SCC)는 입력 신호(RF)와 동일한 타이밍에 모드 조절 영역(1200)에 주입될 수 있다.
S150 단계에서, 신호 공급기(1400)는 히터 신호(HC)의 크기를 보정할 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)에 공급되는 신호들(BC,RF,PC,SCC,GC,TCC)은 신호 처프 보상 신호(SCC)에 의하여 변화하지 않으나, 파장가변 반도체 레이저(1000)의 국부적인 전류 분배 차이는 발생할 수 있다. 국부적인 전류 분배 차이로 인하여 파장가변 반도체 레이저(1000)에서는 미세한 발열 효과의 차이가 발생할 수 있다. 따라서, 신호 공급기(1400)는 바이어스 신호(BC), 모드 조절 신호(PC), 파장 선택 신호(GC), 및 신호 처프 보상 신호(SCC)에 기초하여 히터 신호(HC)의 크기를 보정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 히터 신호(HC)의 크기 보정 과정을 반복할 수 있다.
도 3은 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 변조 신호의 크기에 따른 광신호의 출력 파워를 나타내는 그래프이다. 도 4는 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 발진 파장의 편이를 나타내는 그래프이다. 도 3 및 도 4는 DFB(Distributed feedback) 레이저의 변조 동작을 설명할 수도 있다. 도 3 및 도 4는 파장가변 반도체 레이저(1000)에 있어서 발진 파장의 변이 및 편차를 위해 함께 설명될 것이다. 도 3 및 도 4는 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
도 3의 변조 신호인 전류의 크기에 따른 광신호의 출력 파워를 나타내는 그래프(110)에서, 변조 신호인 전류의 크기가 MT 이상인 경우, 파장가변 반도체 레이저(1000)로부터 방출되는 광신호의 출력 파워는 PT 이상일 수 있다. 광신호의 출력 파워가 PT 이상인 경우, 파장가변 반도체 레이저(1000)는 턴-온 될 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)에 변조 신호인 전류가 주입되는 경우, 파장가변 반도체 레이저(1000)에서 주울 발열이 발생할 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)가 턴-오프 인 경우, 파장가변 반도체 레이저(1000)에 변조 신호인 전류가 주입되지 않을 수 있다.
도 3의 변조 신호인 전류의 크기는 MB를 중심으로 ML과 MH 사이에서 변화할 수 있다. 이 경우, MB는 바이어스 신호(BC)의 크기일 수 있고 그리고 (ML-MB) 및 (MH-MB)는 각각 입력신호의 최소 크기 및 최대 크기일 수 있다. 비트 신호인 입력 신호(RF)의 비트가 1 인 경우, 입력 신호(RF)의 크기는 (MH-MB)일 수 있고 그리고 입력 신호(RF)의 비트가 0 인 경우, 입력 신호(RF)의 크기는 (ML-MB)일 수 있다. 입력 신호(RF)의 비트가 1 및 0인 경우, 입력 신호(RF)는 각각 하이(high) 및 로우(low) 상태일 수 있다. 입력 신호(RF)의 비트를 포함하는 코드 패턴에 따라 변조 신호인 전류의 크기가 ML, MB, 및 MH 인 경우, 광신호의 출력 파워는 각각 PL, PB, PH일 수 있다.
도 4의 파장가변 반도체 레이저(1000)에 있어서 발진 파장의 편이를 나타내는 그래프(120)는 파장가변 반도체 레이저(1000)의 주울 발열 및 전류 주입에 따른 발진 파장의 편이 및 편차를 나타낼 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)의 이진 신호 동작을 위하여 파장가변 반도체 레이저(1000)가 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 전환되는 경우, 바이어스 신호(BC)에 의하여 DBR 그레이팅(1320)에 의하여 결정된 발진 파장(121)은 청색 편이(blue-shift)에 의한 발진 파장(122) 및 적색 편이(red-shift)에 의한 발진 파장(123)으로 편이(shift)될 수 있다. 발진 파장의 시프트는 적색 편이 및 청색 편이를 포함할 수 있다. 발진 파장의 적색 편이는 주울 발열에 의하여 발생할 수 있고 그리고 발진 파장의 청색 편이는 파장가변 반도체 레이저(1000)에 주입되는 전류의 양에 비례하는 DBR 영역 내의 유효 굴절률 변이에 의하여 발생할 수 있다.
파장가변 반도체 레이저(1000)가 DBR 그레이팅(1320)을 통하여 발진 파장을 가지는 광신호를 방출하는 경우, 파장가변 반도체 레이저(1000)의 턴-온 및 턴-오프 동작에 의하여 파장 변이가 발생할 수 있고, 그리고 파장 변이는 버스트 모드의 동작에 있어서 문제를 일으킬 수 있다. 또한, 비트를 포함하는 이진 신호인 입력 신호(RF)의 주입은 상대적인 전류의 차이에 의하여 파장가변 반도체 레이저(1000) 내의 유효 굴절률 변화 및 공진 모드의 요동을 유도할 수 있다. 유효 굴절률 변화 및 공진 모드의 요동은 신호 처프의 원인이 될 수 있다.
도 5는 도1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 변조 신호의 크기를 나타내는 그래프이다. 도 6은 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 히터 신호(HC)의 크기를 나타내는 그래프이다. 도 5 및 도 6은 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 도 5 및 도 6은 도 1의 히터 전극(1340)에 히터 신호(HC)를 제공하는 방법을 위해 함께 설명될 것이다.
도 5에서, 파장가변 반도체 레이저(1000)는 t1에서 t2까지의 구간 동안은 턴-오프 될 수 있고 그리고 t2에서 t3까지의 구간 동안은 턴-온 될 수 있다. t1에서 t3까지의 구간은 반복될 수 있다. 턴- 온 동안, 신호 공급기(1400)는 활성 이득 전극(1110)을 통하여 활성 이득 영역(1100)에 바이어스 신호(BC)와 입력 신호(RF)를 제공할 수 있다. 바이어스 신호(BC)의 크기는 B일 수 있고 그리고 입력 신호(RF)의 최대 크기 및 최소 크기는 각각 (H-B) 및 (L-B)일 수 있다. 따라서, 바이어스 신호(BC)와 입력 신호(RF)의 합인 변조 신호의 최대 크기 및 최소 크기는 각각 H 및 L일 수 있다. B는 H 및 L의 평균 크기일 수 있다.
파장가변 반도체 레이저(1000)는, 직접적인 전류 주입 방식 아래에서, 바이어스 신호(BC), 레이저 공진기 모드를 일치시키기 위한 모드 조절 신호(PC), 및 바이어스 신호(BC) 및 모드 조절 신호(PC)에 따라 발생하는 주울 발열에 의한 파장 편이, ITU-T 표준 파장 중 하나의 발진 파장을 선택하기 위한 파장 선택 신호(GC)에 기초하여 동작 조건을 결정할 수 있다. 하지만, 파장가변 반도체 레이저(1000)가 턴-오프 상태에서 턴-온 상태로 전환되는 경우, 활성 이득 전극(1110)에 제공되는 제어 신호의 크기가 0에서 설정 크기로 설정됨에 따라 파장가변 반도체 레이저(1000)의 온도 변화에 의하여 발진 파장의 연속적 변화가 발생할 수 있다. 여기서, 제어 신호는 바이어스 신호(BC)일 수 있고 그리고 설정 크기는 도 5의 B일 수 있다. 제어 신호는 제어 전류로 지칭될 수 있다. 발진 파장의 연속적 변화는 파장가변 반도체 레이저(1000) 내에 잡음 신호를 유도할 수 있다.
도 6에서, 파장가변 반도체 레이저(1000)가 턴-오프 인 t4에서 t5까지의 구간 동안, 히터 전극(1340)은 턴-온 될 수 있다. t4에서 t5까지의 구간은 반복될 수 있다. 또한, 파장가변 반도체 레이저(1000)가 턴-오프 상태에서 턴-온 상태로 전환되는 경우, 히터 전극(1340)은 턴-온 상태에서 턴-오프 상태로 전환될 수 있다. 즉, 파장가변 반도체 레이저(1000)가 턴-온 인 t2에서 t3까지의 구간 동안, 히터 전극(1340)은 턴-오프 될 수 있다. 히터 전극(1340)이 턴-온 인 경우, 히터 전극(1340)은 신호 공급기(1400)로부터 히터 신호(HC)를 제공받을 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 히터 신호(HC)의 크기는 U일 수 있다. 히터 전극(1340)이 턴-오프 인 경우, 히터 전극(1340)은 신호 공급기(1400)로부터 히터 신호(HC)를 제공받지 않을 수 있다. 히터 신호(HC)에 의해, 히터 전극(1340)은 DBR 영역(1300)에 바이어스 신호(BC) 및 모드 조절 신호(PC)에 의해 발생되는 주울 발열만큼의 열 용량 및 열량을 제공할 수 있다. DBR 영역(1300)에 제공되는 열 용량에 의하여, 파장가변 반도체 레이저(1000)의 온도는 턴-온 및 턴- 오프 모두에서 일정하게 유지될 수 있다.
실시 예에서, 파장가변 반도체 레이저(1000)는 복수의 파장 채널들을 포함할 수 있다. 복수의 파장 채널들은 파장 선택 신호(GC)에 의해 선택되는 복수의 파장들을 출력하는 모드들을 지칭할 수 있다. 예를 들면, 파장가변 반도체 레이저(1000)가 네 개의 파장 채널을 포함할 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)가 네 개의 파장 채널을 포함하는 경우, DBR 영역(1300)에 공급되는 파장 선택 신호(GC)에 따라 발진 파장이 선택될 수 있다. 이 경우, 턴-온 및 턴-오프 동작에 따라 인접 파장 채널들 간의 잡음 신호가 발생할 수 있다. 히터 전극(1340)에 제공되는 히터 신호(HC)에 의하여 인접 파장 채널들 간의 잡음 신호는 감소될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 턴-온 상태의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 변조 신호의 크기를 나타내는 그래프이다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 턴-온 상태의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 모드 조절 신호(PC)와 신호 처프 보상 신호(SCC)의 합의 크기를 나타내는 그래프이다. 도 7 및 도 8은 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공하는 방법을 설명하기 위하여 함께 설명될 것이다. 도 7 및 도 8은 도 1을 참조하여 설명될 것이다. 도 7 및 도 8에서, 파장가변 반도체 레이저(1000)는 턴-온 인 것으로 가정한다.
도 7의 본 발명의 실시 예에 따른 턴-온 상태의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 변조 신호의 크기를 나타내는 그래프(310)에서, 신호 공급기(1400)는 활성 이득 전극(1110)을 통하여 활성 이득 영역(1100)에 바이어스 신호(BC)와 입력 신호(RF)를 제공할 수 있다. 바이어스 신호(BC)의 크기는 B일 수 있고 그리고 입력 신호(RF)의 최대 크기 및 최소 크기는 각각 (H1-B) 및 (L1-B)일 수 있다. 따라서, 바이어스 신호(BC)와 입력 신호(RF)의 합인 변조 신호의 최대 크기 및 최소 크기는 각각 H1 및 L1일 수 있다. B는 H1 및 L1의 평균 크기일 수 있다. 입력 신호(RF)의 코드는 이진 비트 신호열일 수 있다. 신호 공급기(1400)는 입력 신호(RF)의 코드의 패턴 및 길이를 결정할 수 있다. 입력 신호(RF)의 코드의 길이는 하나의 비트 이상일 수 있다. 입력 신호(RF)의 코드의 패턴은 광신호를 통해 전송하기 위한 데이터 및 정보를 포함할 수 있다.
전류 주입에 따른 열적 효과를 배제한 상태에서. 바이어스 신호(BC)보다 더 큰 변조 신호가 주입되는 경우, 활성 이득 영역(1100) 내의 굴절률은 상대적으로 감소할 수 있고 그리고 바이어스 신호(BC)보다 더 작은 변조 신호가 주입되는 경우, 활성 이득 영역(1100) 내의 굴절률은 상대적으로 증가할 수 있다. 즉, 바이어스 신호(BC), 모드 조절 신호(PC), 및 파장 선택 신호(GC)에 의하여 일정하게 유지되던 레이저 공진기의 모드는 입력 신호(RF)(주입되는 전류신호) 및 공진기 내의 굴절률 요동에 의하여 입력 신호(RF)의 반복 패턴에 따라 발진 파장을 기준으로 반복적으로 움직일 수 있다. 공진모드의 요동은 입력 신호(RF)로부터 광전 변환(photoelectric transformation)된 출력 레이저 신호 파장에 신호 처프를 유발함으로써 신호의 전송 특성을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
예를 들어, 파장가변 반도체 레이저(1000)가 네 개의 파장 채널들을 포함하는 경우, 각 파장 채널들에 대하여 DBR 영역(1300)의 발진 파장과 모드 조절 영역(1200)의 공진모드 파장은 활성 이득 신호, 모드 조절 신호(PC), 및 파장 선택 신호(GC)에 의하여 서로 일치될 수 있다. 여기서, 일치된 파장은 정적 출력 파장으로 지칭될 수 있다. 파장가변 반도체 레이저(1000)의 동적 동작을 위하여 활성 이득 영역(1100)에 입력 신호(RF)가 더 제공되는 경우, 각 파장 채널들에 대한 전체 신호들의 크기는 변할 수 있다. 여기서, 거시적인 주입 전류 신호열에 의한 주입 전류는 정상 상태(steady stage)일 수 있다. 그러나, 입력 신호(RF)의 국부적인 신호 패턴들(비트가 1인 경우, 높은 전류 상태, 비트가 0인 경우 낮은 전류 상태)에 따라 활성 이득 영역(1100)의 도파로 내의 굴절률 변화가 유도될 수 있다. 활성 이득 영역(1100)의 도파로 내의 굴절률 변화는 DBR 영역(1300)의 발진 파장과 모드 조절 영역(1200)의 공진모드 파장 사이에 미세하고 반복적인 불일치를 발생시킬 수 있다. 즉, 입력 신호(RF)의 비트 변이(bit transition) 동안, 파장가변 반도체 레이저(1000) 내로 미세한 주파수 요동이 유입될 수 있고 그리고 신호 처프 성분이 유입될 수 있다. 따라서, 신호 처프를 보상하기 위한 신호 처프 보상 신호가 모드 조절 영역(1200)에 제공될 필요가 있다.
도 8의 본 발명의 실시 예에 따른 턴-온 상태의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 모드 조절 신호(PC)와 신호 처프 보상 신호(SCC)의 합의 크기를 나타내는 그래프(320)에서, 신호 공급기(1400)는 모드 조절 전극(1210)을 통하여 모드 조절 영역(1200)에 모드 조절 신호(PC)와 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공할 수 있다. 모드 조절 신호(PC)의 크기는 P일 수 있고 그리고 신호 처프 보상 신호(SCC)의 최대 크기 및 최소 크기은 각각 (H2-P) 및 (L2-P)일 수 있다. 따라서, 모드 조절 신호(PC)와 신호 처프 보상 신호(SCC)의 합의 최대 크기 및 최소 크기는 각각 H2 및 L2일 수 있다. P는 H2 및 L2의 평균 크기일 수 있다.
신호 처프 보상 신호(SCC)의 코드는 이진 비트 신호열 일 수 있다. 신호 공급기(1400)는 변조 신호의 코드에 기초하여 신호 처프 보상 신호(SCC)의 코드를 결정할 수 있다. 즉, 신호 공급기(1400)는 변조 신호의 코드의 패턴 및 길이에 기초하여 신호 처프 보상 신호(SCC)의 코드의 패턴 및 길이를 결정할 수 있다. 예를 들어, 신호 공급기(1400)는 변조 신호의 코드의 길이와 동일하도록 신호 처프 보상 신호(SCC)의 코드의 길이를 결정할 수 있고 그리고 변조 신호의 코드 패턴을 역전함으로써 신호 처프 보상 신호(SCC)의 코드 패턴을 결정할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 입력 신호(RF)를 제공하는 타이밍과 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공하는 타이밍을 동기화할 수 있다.
실시 예에서, 도 7을 참조하면, t4에서 t5까지의 구간 동안, 신호 공급기(1400)에 의하여 활성 이득 영역(1100)으로 제공되는 입력 신호(RF)의 예시적인 코드의 길이 및 패턴은 각각 6비트 및 101010일 수 있다. t4에서 t5까지의 구간은 반복될 수 있다. 이진 신호인 입력 신호(RF)가 인가되는 경우, 레이저 공진기 내에는 굴절률 변화가 유도될 수 있다. 공진기 내의 굴절률 요동의 안정화를 위해, 신호 공급기(1400)는 모드 조절 영역(1200)에, 도 8과 같이, 도 7의 입력 신호(RF)의 코드와 길이가 동일하고 입력 신호(RF)의 코드 패턴을 역전함으로써 결정된 코드 패턴을 가지는 신호 처프 보상 신호(SCC)를 제공할 수 있다. 따라서, 도 8의 신호 처프 보상 신호(SCC)의 코드의 길이 및 패턴은 각각 6비트 및 010101일 수 있다. 신호 공급기(1400)에 의하여 입력 신호(RF) 및 신호 처프 보상 신호(SCC)가 제공되는 타이밍은 서로 동기화될 수 있다.
입력 신호(RF) 및 신호 처프 보상 신호(SCC)에 의하여 파장가변 반도체 레이저(1000) 내에서 발생하는 굴절률 변화는 서로 상쇄될 수 있고 굴절률 상태는 안정될 수 있다. 즉, 활성 이득 영역(1100)과 모드 조절 영역(1200) 간의 상반된 굴절률 변화에 의하여 신호 처프 성분은 보상될 수 있다. 따라서, 전류 주입에 의한 직접적 변조 동안, 파장가변 반도체 레이저(1000) 내의 모드 불안정은 사라질 수 있다.
도 9는 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 변조 신호의 크기를 나타내는 그래프이다. 도 10은 도 9의 변조 신호에 의한 시간에 따른 활성 이득 영역 내의 굴절률 변화를 나타내는 그래프(420)이다. 도 11은 도 1의 파장가변 반도체 레이저에 있어서 시간에 따른 파장 선택 신호(GC)와 열적 처프 보상 신호(TCC)의 합의 크기를 나타내는 그래프(430)이다. 도 12는 도 11의 파장 선택 신호(GC)와 열적 처프 보상 신호(TCC)의 합에 의한 시간에 따른 DBR 영역 내의 굴절률 변화를 나타내는 그래프(440)이다. 도 9 내지 도 12는 열적 처프 보상 신호(TCC)를 제공하는 방법을 설명하기 위하여 함께 설명될 것이다. 도 9 내지 도 12는 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
신호 공급기(1400)는 활성 이득 영역(1100)에 도 9의 변조 신호를 제공할 수 있다. 바이어스 신호(BC)의 크기는 B일 수 있고 그리고 입력 신호(RF)의 최대 크기 및 최소 크기는 각각 (H1-B) 및 (L1-B)일 수 있다. 따라서, 바이어스 신호(BC)와 입력 신호(RF)의 합인 변조 신호의 최대 크기 및 최소 크기는 각각 H1 및 L1일 수 있다. B는 H1 및 L1의 평균 크기일 수 있다. 도 9에서, t9에서 t10까지의 구간은 다른 구간들에 비해서 더 길 수 있다. 즉, 입력 신호(RF)의 코드에서 1 비트가 장주기(long period) 동안 반복될 수 있다(장주기 신호열). 장주기 신호열인 도 11의 입력 신호(RF)는 t9에서 t10까지의 구간 동안 파장가변 반도체 레이저(1000) 내에서 다른 구간들에 비해 더 큰 굴절률 변화 및 열적 변화를 유발할 수 있다. 이와 같은 굴절률 변화 및 열적 변화는 열적 처프를 유발할 수 있다.
도 10에서, t9에서 t10까지의 구간 동안, 다른 구간들에 비해서 더 큰 굴절률 변화가 나타난다. t9에서 t10까지의 구간 동안, 최대 굴절률는 기준 굴절률 (R)보다 N1만큼 더 클 수 있다. 열적 처프는 예측되기 어렵고 그리고 단순히 히터 신호(HC) 및 신호 처프 보상 신호(SCC)에 의해서 보상하기 어렵다. 따라서, DBR 영역(1300)에 파장 선택 신호(GC)와 함께 열적 처프를 보상하기 위한 열적 처프 보상 신호(TCC)가 제공될 필요가 있다.
도 11에서, 파장 선택 신호(GC)의 크기는 G일 수 있고 그리고 열적 처프 신호의 최대 크기 및 최소 크기은 각각 (H2-G) 및 (L2-G)일 수 있다. 따라서, 파장 선택 신호(GC)와 열적 처프 보상 신호(TCC)의 합의 최대 크기 및 최소 크기는 각각 H2 및 L2일 수 있다. G는 H2 및 L2의 평균 크기일 수 있다. 신호 공급기(1400)는 DBR 영역(1300)에 도 9의 변조 신호에 기초하여 결정된 열적 처프 보상 신호(TCC)를 제공할 수 있다. 신호 공급기(1400)는 도 9의 변조 신호의 코드 패턴 및 코드 길이와 동일하게 열적 처프 보상 신호(TCC)의 코드 패턴 및 코드 길이를 결정할 수 있다. 또한, 신호 공급기(1400)는 도 9의 입력 신호(RF)를 제공하는 타이밍과 열적 처프 보상 신호(TCC)를 제공하는 타이밍을 동기화할 수 있다.
도 10에서, t9에서 t10까지의 구간 동안, 열적 처프 보상 신호(TCC)는 파장가변 반도체 레이저(1000) 내에서 다른 구간들에 비해 더 큰 굴절률 변화를 유발할 수 있다. 열적 처프 보상 신호(TCC)에 의한 굴절률 변화는 도 10의 입력 신호(RF)에 의한 굴절률 변화를 상쇄할 수 있다. 즉, DBR 영역(1300)의 도파로 내에서의 열에 의한 적색 편이와 전류 주입에 의한 청색 편이를 상쇄함으로써 파장가변 반도체 레이저(1000)내의 굴절률을 일정하게 유지할 수 있다. 결국, 장주기 신호열의 패턴 형태, 주기 길이에 관계 없이 열적 처프의 원인되는 미세 요동을 없앨 수 있고 그리고 발진 광신호의 전송 특성을 안정시킬 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.
1000: 파장가변 레이저
1100: 활성 이득 영역
1200: 모드 조절 영역
1300: DBR 영역
1400: 신호 공급기

Claims (15)

  1. 변조 신호에 따라 광신호를 생성하는 활성 이득 영역;
    모드 조절 신호에 따라 공진 모드를 조절하고, 그리고 상기 변조 신호의 코드에 기초하여 결정된 제 1 보상 신호에 따라 상기 광신호의 신호 처프(signal chirp)를 보상하는 모드 조절 영역;
    상기 변조 신호의 상기 코드에 기초하여 결정된 제 2 보상 신호에 따라 상기 광신호의 열적 처프(thermal chirp)를 보상하고, 그리고 상기 광신호에 대한 파장 선택 신호, 상기 제 2 보상 신호, 및 히터 전극에 공급되는 히터 신호에 기초하여, 상기 광신호의 발진 파장을 결정하는 DBR(Distributed Bragg Reflector) 영역; 및
    상기 변조 신호, 상기 모드 조절 신호, 상기 제 1 보상 신호, 상기 파장 선택 전류, 및 상기 제 2 보상 신호, 상기 히터 신호를 제공하는 신호 공급기를 더 포함하고,
    상기 신호 공급기는 상기 모드 조절 영역에 상기 변조 신호의 코드 패턴을 역전함으로써 상기 제 1 보상 신호의 코드 패턴을 결정하고, 결정된 상기 제 1 보상 신호를 상기 모드 조절 영역에 제공하는 파장가변 반도체 레이저.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 DBR 영역 상의 DBR 전극, 및 상기 히터 전극 사이에 위치하는 절연체를 더 포함하는 파장가변 반도체 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 이득 영역은 다중 양자 우물 층을 포함하는 파장가변 반도체 레이저.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 이득 영역은 반사 코팅 면(reflection coating surface)을 포함하는 파장가변 반도체 레이저.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 DBR 영역은 무반사 코팅 면(anti-reflection coating surface)을 포함하는 파장가변 반도체 레이저.
  7. 활성 이득 영역, 모드 조절 영역, 및 DBR(Distributed Bragg Reflector) 영역을 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법에 있어서,
    신호 공급기에 의하여, 상기 활성 이득 영역에 변조 신호를 제공하는 단계;
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 모드 조절 영역에 모드 조절 신호를 제공하는 단계;
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 DBR 영역에 파장 선택 신호를 제공하는 단계;
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 변조 신호, 상기 모드 조절 신호, 및 상기 파장 선택 신호에 기초하여 상기 파장가변 반도체 레이저의 온도를 일정하게 유지하기 위한 히터 신호를 결정하는 단계; 및
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 모드 조절 영역에 상기 변조 신호에 기초하여 결정되고 그리고 신호 처프를 보상하는 제 1 보상 신호를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 신호 처프를 보상하는 상기 제 1 보상 신호를 제공하는 단계는, 상기 모드 조절 영역에 상기 변조 신호의 코드 패턴을 역전함으로써 상기 제 1 보상 신호의 코드 패턴을 결정하는 단계를 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 파장가변 반도체 레이저가 턴-오프(turn-off) 인 동안, 상기 파장가변 반도체 레이저의 상기 DBR 영역 상의 히터 전극에 상기 히터 신호를 제공하는 단계를 더 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법.
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 파장가변 반도체 레이저의 상기 활성 이득 영역에 상기 변조 신호를 제공하는 단계는:
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 활성 이득 영역에 바이어스 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 활성 이득 영역에 입력 신호를 제공하는 단계를 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 입력 신호를 제공하는 타이밍과 상기 제 1 보상 신호를 제공하는 타이밍을 동기화하는 단계를 더 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 DBR 영역에 열적 처프를 보상하는 제 2 보상 신호를 제공하는 단계를 더 포함하되,
    상기 제 1 보상 신호는 상기 변조 신호에 기초하여 결정되는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 DBR 영역에 상기 변조 신호에 기초하여 결정된 상기 제 2 보상 신호를 제공하는 단계는, 상기 변조 신호의 코드 패턴과 동일하게 상기 제 1 보상 신호의 코드 패턴을 결정하는 단계를 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 입력 신호를 제공하는 타이밍과 상기 제 2 보상 신호를 제공하는 타이밍을 동기화하는 단계를 더 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 신호 공급기에 의하여, 상기 히터 신호의 크기를 보정하는 단계를 더 포함하는 파장가변 반도체 레이저의 동작 방법.
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