KR102298926B1 - 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법 - Google Patents

외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102298926B1
KR102298926B1 KR1020170095887A KR20170095887A KR102298926B1 KR 102298926 B1 KR102298926 B1 KR 102298926B1 KR 1020170095887 A KR1020170095887 A KR 1020170095887A KR 20170095887 A KR20170095887 A KR 20170095887A KR 102298926 B1 KR102298926 B1 KR 102298926B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wavelength
tunable
external resonator
filter
bragg
Prior art date
Application number
KR1020170095887A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190012620A (ko
Inventor
공문식
박수현
서준규
이학규
최병권
Original Assignee
(주)켐옵틱스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)켐옵틱스 filed Critical (주)켐옵틱스
Priority to KR1020170095887A priority Critical patent/KR102298926B1/ko
Publication of KR20190012620A publication Critical patent/KR20190012620A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102298926B1 publication Critical patent/KR102298926B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/141—External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters
    • H01S5/0687—Stabilising the frequency of the laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

본 발명은 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법에 관한 것이다. 본 발명은 반도체 레이저 다이오드의 제 1 단면과 파장가변 브래그 필터(Tunable Bragg filter)가 공진기를 구성하고, 반도체 레이저 다이오드와 파장가변 브래그 필터 사이에 제 1 콜리메이터(collimator) 렌즈, 에탈론 필터(etalon filter), 제 2 콜리메이터 렌즈가 삽입되어 파장가변 브래그 필터와 에탈론 필터에 의해 발진 파장의 그리드 가변(grid-tune)이 가능하다. 반도체 레이저 다이오드는 광 이득을 위한 이득 매질(gain-medium), 발진 위상 조절을 위한 위상 조절기와 광출력 변조를 위한 변조기가 단일 기판상에 집적되어 있다. 발진 파장 잠금을 위한 WLL(wavelength locker)이 파장가변 브래그 격자 후면에 포함될 수 있다. 상기 구성 부품들은 서브마운트에 구비되어 온도센서와 열전소자에 의해 동작 온도가 제어된다.

Description

외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법{WAVELENGTH TUNABLE EXTERNAL RESONANCE LASER USING EXTERNAL MODULATOR AND WAVELENGTH LOCKING METHOD}
본 발명은 광통신용 파장가변 송신기 및 발진 파장 잠금 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력 광의 그리드 파장가변이 가능하고, 10 Gb/s 이상의 고속 변조가 가능한 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 외부공진기 내부에 위치한 에탈론 필터와 파장가변 브래그 필터에 의한 발진 파장의 그리드 가변과, 상기 외부공진기 외부에 구비된 포토다이오드를 이용하여 파장 잠금을 수행하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 잠금 방법에 관한 것이다.
스마트폰의 대중화와 대용량 콘텐츠의 증가로 인한 가입자망의 데이터 트래픽이 가중되는 상황에서, 파장분할다중(wavelength division multiplexing; WDM) 광가입자망에 적용되는 광송수신기는 저가격, 10 Gb/s의 전송속도, 40km의 전송거리, 파장가변 기능 등이 요구된다.
현재까지 상용화된 10 Gb/s의 전송속도를 갖는 파장가변 광송수신기는 SG-DBR(sampled grating-distributed Bragg reflector), DS-DBR(digital supermode-DBR), SSG-DBR(super-structure-grating-DBR)과 같은 DBR 구조의 파장가변 레이저가 사용되었다.
상기 DBR 구조의 파장가변 레이저는 광 이득부와 제 1 반사미러, 제 2 반사미러, 위상조절부, 변조부 등의 다양한 기능이 단일 기판에 집적된 구조로 인해 낮은 생산 수율, 동작 제어의 복잡성 등의 문제로 가격이 높아 근거리 가입자망에 적합하지 않다.
낮은 가격의 파장가변 레이저를 구현하는데 있어서, 외부공진기 레이저는 광 이득 매질로서의 반도체 레이저 다이오드와 파장가변 필터를 광 결합하는 구조로, 파장가변 필터는 브래그 필터, 액정 FP(Fabry-Perot) 필터 등 다양한 방식으로 활발히 연구되고 있다.
브래그 필터를 이용한 파장가변 레이저는 특허문헌 1(공개특허 10-2009-0011837, ㈜켐옵틱스, 노영욱 외, 폴리머 광 도파로형 파장가변 레이저 모듈)에서 제시된 것과 같이 폴리머 기반의 평판형 도파로 상에 브래그 격자를 구비하여, 폴리머의 열광학 효과를 이용하여 브래그 파장을 가변하는 방식이다.
액정 FP 필터를 이용한 파장가변 레이저는 특허문헌 2(US 6205159, Newport Corporation, D. W. Sesko, et. al., Discrete wavelength liquid crystal tuned external cavity diode laser)에서 제시된 것과 같이 액정 FP 필터의 전계광학 효과를 이용하여 투과 파장을 가변하는 방식이다.
상기와 같은 직접 변조형 파장가변 외부공진기 레이저는 외부공진기 길이의 구조적 한계로 인해 데이터 전송 속도가 최대 10 Gb/s로 제한되고, 액정 FP 필터의 경우 외부 환경온도에 매우 민감하여 신뢰성 확보에 어려움이 있다.
10 Gb/s 이상의 전송 속도를 얻기 위한 외부 변조형 외부공진기 레이저는 특허문헌 3(공개특허 10-2014-0077729, 한국전자통신연구원, 오수환 외, 전계 흡수 변조기를 이용한 외부공진 레이저)에서 제시되었다. 광신호 변조를 위한 EA 변조기가 SLD(Super luminescent laser diode)와 단일 기판에 집적되고, 파장가변 폴리머 브래그 필터와 광결합된 구조이다. 하지만, 상기 EA 변조기가 외부공진기 내부에 위치하고 있어 외부 변조기로서의 역할을 수행할 수 없을 뿐 아니라, 광 신호 변조시 안정적인 발진을 기대할 수 없다.
KR 10-2009-0011837 A US 6205159 B1 KR 10-2014-0077729 A
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 10Gb/s 이상의 전송 속도, 40 km 이상의 전송 거리와 파장가변 기능을 갖고, 동시에 광가입자망에 적용 가능한 저가형의 파장가변 송신기의 구조적 제약에서 오는 전송 속도의 한계, 파장가변 필터의 외부 환경온도 민감성에 따른 신뢰성 확보 문제 등으로 현재까지 상용화가 이뤄지지 못한 실정이므로, 광가입자망에 적용 가능한 저가의 파장가변 송신기를 구현할 수단으로, 반도체 레이저 다이오드와 폴리머 브래그 필터가 광 결합된 구조의 파장가변 외부공진기 레이저를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 외부공진기 내부에 위치한 에탈론 필터와 파장가변 브래그 필터에 의한 발진 파장의 그리드 가변과, 상기 외부공진기 외부에 구비된 포토다이오드를 이용하여 파장 잠금을 수행하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 잠금 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저는 반도체 레이저 다이오드의 제 1 단면과 파장가변 브래그 필터(Tunable Bragg filter)가 공진기를 구성하고, 반도체 레이저 다이오드와 파장가변 브래그 필터 사이에 제 1 콜리메이터(collimator) 렌즈, 에탈론 필터(etalon filter), 및 제 2 콜리메이터 렌즈가 삽입되어 파장가변 브래그 필터와 에탈론 필터에 의해 발진 파장의 그리드 가변(grid-tune)이 가능한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 파장가변 브래그 필터는 외부공진기의 제 2 반사미러로서, 폴리머 기반의 평판형 도파로 상에 브래그 격자와 금속 박막 히터가 구비되어, 상기 금속 박막 히터에 전력을 인가하여 브래그 파장을 가변하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 발진 파장 잠금을 위한 WLL(wavelength locker)이 상기 브래그 격자 후면에 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반도체 레이저 다이오드와 파장가변 브래그 필터, 제 1 콜리메이터 렌즈, 에탈론 필터, 및 제 2 콜리메이터 렌즈는 서브마운트에 구비되어 온도센서와 열전소자에 의해 동작 온도가 제어되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 반도체 레이저 다이오드는 광 이득을 위한 이득 매질, 발진 위상 조절을 위한 위상 조절기와 광출력 변조를 위한 변조기가 단일 기판상에 집적되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 위상 조절기와 상기 변조기 사이에 식각 공정을 통해 그루브(groove)를 형성하여, 상기 그루브의 일 단면이 외부공진기의 제 1 반사미러로 기능하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 반도체 레이저 다이오드의 상기 이득 매질 단면과 상기 변조기 단면은 1% 이하의 반사율을 갖도록 무반사코팅이 되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 변조기는 EA(electro-absorption) 변조기인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 잠금 방법은 광송수신기의 메모리에 입력된 룩업테이블(lookup table)을 참조하여 목표 파장의 구동 변수를 설정하는 발진 파장 초기화 단계; 목표 파장의 구동 변수가 설정 되면, 위상 조절기의 구동 전류의 디더링(dithering)을 통해 포토다이오드의 출력 전류가 최대가 되는 위상 조절기의 구동 전류를 설정하는 발진 위상 조절 단계; 및 파장가변 브래그 필터의 구동 전류의 디더링을 통해 상기 포토다이오드의 출력 전류가 최소가 되는 파장가변 브래그 필터의 구동 전류를 설정하는 브래그 필터 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 룩업테이블은 상기 광송수신기가 적용되는 WDM 시스템의 파장 그리드에 해당하는 각 파장별 구동 변수의 설정 값인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 발진 위상 조절 단계와 브래그 필터 조절 단계를 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 구동 시간동안, 또는 일정 기준이 만족되거나, 또는 기설정된 반복 횟수까지 복수회 반복하여 수행하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 잠금 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광 이득을 위한 이득 매질, 발진 위상 조절을 위한 위상 조절기와 광출력 변조를 위한 변조기가 단일 기판상에 집적된 반도체 레이저 다이오드와, 파장가변 브래그 필터의 광 결합으로 구성되는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 구조가 제공된다.
상기 외부공진기 내부에 위치한 에탈론 필터와 상기 파장가변 브래그 필터에 의한 발진 파장의 그리드 가변과, 상기 외부공진기 외부에 구비된 포토다이오드를 이용하여 파장 잠금을 수행하는 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 구조를 보여준다.
도 2는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 선택 원리를 보여준다.
도 3은 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 가변 후 발진 파장 잠금 방법을 보여준다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성된다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 구조를 보여준다.
도 1을 참조하여 본 발명에 따른 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저(100)를 이하에서 설명한다. 도 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저(100)는 광가입자망에 적용 가능한 저가의 파장가변 송신기를 구현할 수단으로, 반도체 레이저 다이오드(110)와 폴리머 브래그 필터(130)가 광 결합된 구조의 파장가변 외부공진기 레이저이다.
본 발명의 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저(100)는 반도체 레이저 다이오드(110)의 제 1 단면과 파장가변 브래그 필터(Tunable Bragg filter)(130)가 공진기를 구성하고, 반도체 레이저 다이오드와 파장가변 브래그 필터 사이에 제 1 콜리메이터(collimator) 렌즈(122), 에탈론 필터(etalon filter)(121), 및 제 2 콜리메이터 렌즈(123)가 삽입되어 파장가변 브래그 필터와 에탈론 필터에 의해 발진 파장의 그리드 가변(grid-tune)이 가능하다.
상기 반도체 레이저 다이오드(110)는 광 이득을 위한 이득 매질(111), 발진 위상 조절을 위한 위상 조절기(112)와 광출력 변조를 위한 변조기(113)가 단일 기판상에 집적되어 있다. 상기 변조기(113)는 EA(electro-absorption) 변조기로 외부공진기 외부에 위치하여 외부 변조기로 동작한다. 따라서 10 Gb/s 이상의 고속 변조가 가능할 뿐만 아니라, 분산 영향이 크지 않아 분산 보상 없이 수 십 km 이상의 장거리 전송이 가능하다.
상기 파장가변 브래그 필터(130)는 외부공진기의 제 2 반사미러로서, 폴리머 기반의 평판형 도파로 상에 브래그 격자와 금속 박막 히터가 구비되어, 상기 금속 박막 히터에 전력을 인가하여 브래그 파장을 가변한다. 발진 파장 잠금을 위한 WLL(wavelength locker)이 상기 브래그 격자 후면에 포함된다. 상기 금속 박막 히터에 전력을 인가하여 열광학 효과에 의해 브래그 파장이 가변되고, 이에 따라 발진 파장이 가변된다. 상기 발진 파장은, 외부공진기(150) 내에 구비된 에탈론 필터(121)에 의해 외부 환경온도 변화에 따른 발진파장 변화가 억제되고, 동시에 WDM 전송 시스템의 그리드에 해당하는 파장들로 가변이 가능하다. 또한, 발진 파장 잠금은 별도의 에탈론 필터와 두 개의 포토다이오드로 구성된 일반적인 WLL 대신, 한 개의 포토다이오드로 수행될 수 있다.
상기 반도체 레이저 다이오드와 파장가변 브래그 필터, 제 1 콜리메이터 렌즈, 에탈론 필터, 및 제 2 콜리메이터 렌즈, 및 WLL은 서브마운트에 구비되어 온도센서와 열전소자에 의해 동작 온도가 제어된다.
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저를 보다 자세히 설명한다. 도 1에서 보듯이, 외부공진기(150)는 반도체 레이저 다이오드(110)의 제 1 단면(114)과 파장가변 브래그 필터(130)에 의해 형성된다. 상기 반도체 레이저 다이오드(110)는 단일 기판에 광 이득을 위한 이득 매질(111), 발진 위상 조절을 위한 위상 조절기(112)와 광출력 변조를 위한 변조기(113)가 집적되어 있다. 상기 위상 조절기와 상기 변조기 사이에 식각 공정을 통해 그루브(groove)를 형성하여, 상기 그루브의 일 단면이 외부공진기의 제 1 반사미러로 기능하게 된다. 상기 반도체 레이저 다이오드(110)의 제 1 단면(114)은 위상 조절기(112)와 변조기(113) 사이에 식각공정으로 형성된 단면으로 약 33%의 반사율을 갖게 되고, 제 2 단면(115)은 반사율 1% 이하로 무반사 코팅되어 반도체 레이저 다이오드(110) 자체의 FP(Fabry-Perot) 모드의 발진을 억제한다.
파장가변 브래그 필터(130)는 평판형 폴리머 광도파로에 일정한 주기, Λ을 갖는 격자를 형성하여 광도파로에 입력된 광 대역 광신호 중에 격자 방정식(수학식 1)을 만족하는 특정 파장, λB(브래그 파장)의 일부만이 입력부로 반사되어 되돌아가고, 나머지 파장의 광신호들은 출력된다.
Figure 112017072893528-pat00001
식 1에서 m은 브래그 격자의 차수를 나타내는 1 이상의 홀수이고, n은 광도파로의 유효굴절률을 나타낸다. 이 때, 입력부로 반사된 브래그 파장은 반도체 레이저 다이오드(110)의 이득 매질(111)로 피드백되어 증폭되고, 이득이 공진기 손실과 같아지면 발진이 시작된다.
파장가변 브래그 필터(130)의 실시 예와 그 기능은 특허문헌 1(공개특허 10-2009-0011837, 폴리머 광 도파로형 파장가변 레이저 모듈)에 상세하게 제시되어 있다.
외부공진기(150) 내의 에탈론 필터(121)는 WDM 광통신망의 파장 그리드 간격과 동일하게 100GHz, 50GHz 또는 25GHz의 FSR(free spectral range)을 갖는다.
도 2는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 선택 원리를 보여준다. 도 2의 (b)는 에탈론 필터(121)의 파장에 따른 투과 특성을 나타낸다. 도 2의 (b)에서 알 수 있듯이, 에탈론 필터(121)의 광 투과가 최대가 되는, 즉 외부공진기(150)의 손실이 최소가 되는 파장은 에탈론 필터(121)의 FSR에 따르기 때문에 파장가변 외부공진기 레이저(100)는 에탈론 필터(121)의 FSR에 따라 불연속적인 파장에서 발진하게 된다.
제 1 콜리메이터 렌즈(122)와 제 2 콜리메이터 렌즈(123)는 각각 이득 매질(111)의 도파모드 광과 파장가변 브래그 필터의 도파모드 광을 평행광으로, 또는 그 반대로 변환하여 에탈론 필터(121)가 적절한 피네스(Finesse)를 갖도록 하고, 외부공진기(150)의 손실을 최소화 한다. 또한, 외부공진기(150) 내의 에탈론 필터(121)의 광 입력 면은 광 축에 대해 수직이 되지 않도록 약간의 각도를 갖게 하여 에탈론 필터(121) 양 단면에서의 반사가 이득 매질(111)로 피드백되어 광 잡음이 증폭되지 않도록 해야 한다.
도 2를 참조하여, 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 선택 원리를 이하에서 설명한다. 도 2의 (a)와 (b)는 각각 파장가변 브래그 필터(130)와 외부공진기(150)내의 에탈론 필터(121)의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 앞에서 설명한 것과 같이, 파장가변 브래그 필터(130)는 격자 방정식(식 1)을 만족하는 브래그 파장, λB만 반사되고 다른 파장의 광은 투과하며, 에탈론 필터(121)는 FSR에 따라 일정한 간격의 파장에서 투과하는 특성을 보인다. 따라서, 파장가변 브래그 필터(130)의 브래그 파장, λB와 에탈론 필터(121)의 투과 파장이 일치할 때 외부공진기(150)의 손실이 최소가 되어, 상기 브래그 파장, λB과 가장 가까운 외부공진기 모드가 발진하게 된다. 도 2의 (c)는 파장가변 브래그 필터의 브래그 파장, λB의 가변 전의 외부공진기 모드들과 이때의 발진 모드를 보여 준다. 열광학 효과를 통해 파장가변 브래그 필터(130)의 브래그 파장, λB를 가변 한 후의 외부공진기 모드들과 이때의 발진 모드를 도 2의 (d)에 보였다. 안정적인 발진을 위해서는 파장가변 브래그 필터(130)의 브래그 파장, λB의 가변 뿐만 아니라, 외부공진기 모드가 에탈론 필터(121) 투과 스펙트럼 피크에 위치하도록 위상 조절이 필요하다. 상기 투과 스펙트럼 피크는 상기 브래그 파장, λB와 가장 인접한 피크를 의미한다.
도 3은 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저(100)의 발진 파장 가변 후 발진 파장 잠금 방법을 보여준다.
도 3을 참조하여, 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저(100)의 발진 파장 가변 후 발진 파장 잠금 방법을 설명한다. 먼저, 발진 파장 초기화 단계(S100)에서는 광송수신기의 메모리에 입력된 룩업테이블(lookup table)을 참조하여 목표 파장의 구동 변수를 설정하는 발진 파장 초기화를 수행한다. 상기 룩업테이블은 상기 광송수신기가 적용되는 WDM 시스템의 파장 그리드에 해당하는 각 파장별 구동 변수의 설정 값을 의미한다.
다음으로 발진 위상 조절 단계(S200,S300)를 수행되는데, S100 단계에서 목표 파장의 구동 변수가 설정 되면, 위상 조절기(112)의 구동 전류, IPHASE의 디더링(dithering)을 통해 포토다이오드(140)의 출력 전류, IPD가 최대(IPD,MAX)가 되는 IPHASE를 설정한다.
다음으로 , 브래그 필터 조절 단계(S400,S500)를 수행되는데, 파장가변 브래그 필터(130)의 구동 전류, IBRAGG의 디더링을 통해 상기 포토다이오드(140)의 출력 전류, IPD가 최소(IPD,MIN)가 되는 IBRAGG를 설정한다.
S500 단계에서 보듯이 IPD가 최소가 되는 경우에는 S200 단계로 이동하여, 위상 조절 단계(S200,S300)와 브래그 필터 조절 단계(S400,S500)를 반복하여 수행하게 된다. 상기 발진 위상 조절 단계와 브래그 필터 조절 단계를 얼마나 반복할지에 대한 것은 일정 기준이 만족되거나 기설정된 반복 횟수까지 복수회 반복하여 수행할 수 있다. 일정 기준은 일정한 발진 파장이 유지된다고 볼 수 있을 정도로 발진 파장이 일정한지를 측정하여 기준을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. 또한 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저(100)의 구동 시간동안 계속하여 반복할 수도 있다. 상기와 같이 IPHASE와 IBRAGG의 조정을 반복적으로 수행하여, 외부 환경온도 변화에도 일정한 발진 파장의 유지, 즉 파장 잠김이 가능하다. 또한, 파장 가변 수행 동안 변조기(113)에 전압을 인가하여 외부공진기(150)에서 출력된 광이 흡수되도록 하여, WDM 시스템의 다른 채널에 영향을 주지 않도록 광 출력을 제한하는 다크 튜닝(dark-tuning)이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저(100)의 발진 파장 가변 후 발진 파장 잠금 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 반도체 레이저 다이오드
111: 이득 매질
112: 위상 조절기
113: 변조기
122: 제 1 콜리메이터 렌즈
123: 제 2 콜리메이터 렌즈
121: 에탈론 필터
130: 파장가변 브래그 필터
140: 포토다이오드
150: 외부공진기

Claims (12)

  1. 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저에 있어서,
    반도체 레이저 다이오드의 제 1 단면과 파장가변 브래그 필터(Tunable Bragg filter)가 공진기를 구성하고, 반도체 레이저 다이오드와 파장가변 브래그 필터 사이에 제 1 콜리메이터(collimator) 렌즈, 에탈론 필터(etalon filter), 및 제 2 콜리메이터 렌즈가 삽입되어 파장가변 브래그 필터와 에탈론 필터에 의해 발진 파장의 그리드 가변(grid-tune)이 가능하며,
    상기 반도체 레이저 다이오드는 광 이득을 위한 이득 매질, 발진 위상 조절을 위한 위상 조절기와 광출력 변조를 위한 변조기가 단일 기판 상에 집적되고,
    상기 위상 조절기와 상기 변조기 사이에 식각 공정을 통해 그루브(groove)를 형성하여, 상기 그루브의 일 단면이 외부공진기의 제 1 반사미러로 기능하는 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파장가변 브래그 필터는 외부공진기의 제 2 반사미러로서, 폴리머 기반의 평판형 도파로 상에 브래그 격자와 금속 박막 히터가 구비되어, 상기 금속 박막 히터에 전력을 인가하여 브래그 파장을 가변하는 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저.
  3. 제 2 항에 있어서,
    발진 파장 잠금을 위한 WLL(wavelength locker)이 상기 브래그 격자 후면에 포함되는 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 다이오드와 파장가변 브래그 필터, 제 1 콜리메이터 렌즈, 에탈론 필터, 및 제 2 콜리메이터 렌즈는 서브마운트에 구비되어 온도센서와 열전소자에 의해 동작 온도가 제어되는 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 레이저 다이오드의 상기 이득 매질 단면과 상기 변조기 단면은 1% 이하의 반사율을 갖도록 무반사코팅이 되어 있는 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조기는 EA(electro-absorption) 변조기인 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저.
  9. 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 잠금 방법에 있어서,
    광송수신기의 메모리에 입력된 룩업테이블(lookup table)을 참조하여 목표 파장의 구동 변수를 설정하는 발진 파장 초기화 단계;
    목표 파장의 구동 변수가 설정 되면, 위상 조절기의 구동 전류의 디더링(dithering)을 통해 포토다이오드의 출력 전류가 최대가 되는 위상 조절기의 구동 전류를 설정하는 발진 위상 조절 단계; 및
    파장가변 브래그 필터의 구동 전류의 디더링을 통해 상기 포토다이오드의 출력 전류가 최소가 되는 파장가변 브래그 필터의 구동 전류를 설정하는 브래그 필터 조절 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 잠금 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 룩업테이블은 상기 광송수신기가 적용되는 WDM 시스템의 파장 그리드에 해당하는 각 파장별 구동 변수의 설정 값인 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 잠금 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 발진 위상 조절 단계와 브래그 필터 조절 단계를 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 구동 시간동안, 또는 일정 기준이 만족되거나, 또는 기설정된 반복 횟수까지 복수회 반복하여 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저의 발진 파장 잠금 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 방법을 실행하는 프로그램을 기록한 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
KR1020170095887A 2017-07-28 2017-07-28 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법 KR102298926B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170095887A KR102298926B1 (ko) 2017-07-28 2017-07-28 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170095887A KR102298926B1 (ko) 2017-07-28 2017-07-28 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190012620A KR20190012620A (ko) 2019-02-11
KR102298926B1 true KR102298926B1 (ko) 2021-09-08

Family

ID=65370547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170095887A KR102298926B1 (ko) 2017-07-28 2017-07-28 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102298926B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102455591B1 (ko) 2021-12-07 2022-10-19 재단법인 구미전자정보기술원 다중 광 출력 장치
KR102667538B1 (ko) * 2022-06-15 2024-05-22 부산대학교 산학협력단 칩 스케일 원자앙상블을 이용한 양자얽힘 광자쌍 광원 및 구현 방법

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6205159B1 (en) 1997-06-23 2001-03-20 Newport Corporation Discrete wavelength liquid crystal tuned external cavity diode laser
KR100910979B1 (ko) 2007-07-27 2009-08-05 (주)켐옵틱스 폴리머 광 도파로형 파장가변 레이저 모듈
KR101124171B1 (ko) * 2010-03-05 2012-03-27 주식회사 포벨 파장 가변 레이저 장치
KR101179202B1 (ko) * 2010-09-29 2012-09-03 주식회사 포벨 펄스로 구동하는 파장 변환형 반도체 레이저
KR20130072697A (ko) * 2011-12-22 2013-07-02 한국전자통신연구원 외부공진 파장가변 레이저 모듈
KR20140077729A (ko) 2012-12-14 2014-06-24 한국전자통신연구원 전계 흡수 변조기를 이용한 파장가변 외부공진 레이저

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190012620A (ko) 2019-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9638858B2 (en) Athermal hybrid optical source
US10281746B2 (en) Wavelength-tunable III-V/Si hybrid optical transmitter
US7701985B2 (en) SOI-based tunable laser
JP4764633B2 (ja) 分散補償光ファイバ・システム用の光源
US7962045B2 (en) Optical transmitter having a widely tunable directly modulated laser and periodic optical spectrum reshaping element
US10355451B2 (en) Laser with sampled grating distributed bragg reflector
CN110235321B (zh) 波长可变激光器装置
US8615025B2 (en) Method and system for hybrid integration of a tunable laser
KR101093661B1 (ko) 외부공동 가변파장 레이저에서의 위상제어
CN113557643A (zh) 硅光子外腔可调谐激光器的波长控制方法
US10416379B2 (en) Arrayed waveguide grating based hybrid integrated laser having adjustable external cavity
US7991024B2 (en) External cavity wavelength tunable laser device and optical output module
US20120057609A1 (en) Method and system for hybrid integration of a tunable laser and a mach zehnder modulator
Guo et al. Hybrid integrated external cavity laser with a 172-nm tuning range
US20090290613A1 (en) External cavity laser assembly including external chirped exit reflector for improved linearity
KR102193981B1 (ko) 외부 공진기형 레이저의 제어 방법 및 제어 장치
US20130322472A1 (en) Wavelength selective and tunable laser device
EP3210266A1 (en) External cavity laser comprising a photonic crystal resonator
KR102298926B1 (ko) 외부 변조형 파장가변 외부공진기 레이저 및 발진 파장 잠금 방법
JP4905854B2 (ja) 直接変調波長可変レーザ
KR101885782B1 (ko) 파장가변 광송신기
Debrégeas Widely tunable laser diodes
US9871346B1 (en) Mode-hop-free hybrid external-cavity laser with passive thermo-optic coefficient compensation
KR101781411B1 (ko) 파장 가변 광원 구현 방법 및 장치
CN113328337A (zh) 用于可调谐激光器的薄膜滤波器

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant