KR102384695B1 - 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지 - Google Patents

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Abstract

반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 신호 광을 출력하는 씨앗 광원, 펌프 광을 출력하는 펌프 광원, 그리고 상기 신호 광을 출력 광섬유의 코어로 전달하고 상기 펌프 광을 상기 출력 광섬유의 1차 클래딩으로 전달하는 미러를 포함하고, 상기 씨앗 광원, 상기 펌프 광원 및 상기 미러는 하나의 반도체 칩 안에 구현되고, 상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지의 끝 단에 상기 출력 광섬유가 연결된다.

Description

반도체 레이저 다이오드 광원 패키지{SEMICONDUCTOR LASER DIODE LIGHT SOURCE PACKAGE}
본 발명은 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지에 관한 것이다.
레이저 레이더 시스템은 삼차원 영상을 확보하는 영상 센서 장치로서 무인자율주행 로봇 및 자동차, 구조물 변경 상태 확인, 산사태 여부, 군수용 로봇 등 많은 분야에 사용되고 있다.
레이저 레이더 시스템은 외부 광으로부터 영상을 구축하는 방식이 아니라 광원을 방출하여 수신되는 광을 측정하는 방식으로, 주위 환경에 관계 없이 사용이 가능하며, 우수한 영상을 출력할 수 있다.
레이저 레이더 시스템은 레이저 광원을 사물에 출력하고 사물로부터 반사되는 광원을 측정함으로써 사물까지의 거리를 알게 된다. 광원으로는 펄스 광원과 CW(continuous wave) 광원을 이용한다. 펄스 광원은 원거리 측정에 유리하며 기술의 발달로 정밀도(resolution)가 cm 수준으로 향상되고 있어 펄스 방식이 CW 방식에 비해 많이 적용되고 있다. 광원 입장에서 보면 펄스 방식은 CW 방식에 비해 광원에서 발열이 적고 펄스의 첨두 출력을 매우 높게 만들 수 있어서 원거리 측정에 유리하다.
반도체 레이저를 씨앗 광원으로 사용하여 광섬유 증폭단을 통해 광원을 증폭하여 원하는 첨두 출력을 만드는 방식의 펄스 레이저를 광섬유 기반 MOPA(master oscillator and power amplifier) 방식이라고 한다. 여기서 master oscillator는 반도체 레이저를 의미하고 power amplifier는 광섬유 증폭단을 의미한다. 씨앗 광원으로 사용되는 반도체 레이저는 주로 DFB 레이저(distributed feedback laser)를 사용하는데, 선폭이 좁고, 직접 모듈레이션을 통해 ns 펄스를 만들어 낸다. 또한 단일모드 단 파장의 출력을 내기 때문에 빔 품질이 좋다. 이 레이저로부터 나온 광이 광섬유 증폭단에 주입되어 증폭을 하게 되는데 광섬유 증폭단은 고출력 증폭을 위해 펌프 레이저를 사용한다. 그리고 해당 파장에서 증폭을 만드는 희토류 첨가 이득매질 그리고 필터 등을 사용하고, 끝 단에 광 고립기(isolation)가 사용된다. 이때 더 높은 출력을 구현하기 위해 광섬유 증폭단을 다단으로 구성하게 되면 kW 급 이상의 펄스 출력이 얻어진다. 이러한 광섬유 기반 MOPA 레이저는 광섬유 증폭단 구성을 위해 많은 소자가 사용되고, 이로인해 전체 시스템의 부피가 커지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 고출력의 레이저 광을 출력하고 저가 및 극소형으로 제작 가능한 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지가 제공된다. 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 신호 광을 출력하는 씨앗 광원, 펌프 광을 출력하는 펌프 광원, 그리고 상기 신호 광을 출력 광섬유의 코어로 전달하고 상기 펌프 광을 상기 출력 광섬유의 1차 클래딩으로 전달하는 적어도 하나의 미러를 포함하고, 상기 씨앗 광원, 상기 펌프 광원 및 상기 적어도 하나의 미러는 하나의 반도체 칩 안에 구현되고, 상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지의 끝 단에 상기 출력 광섬유가 연결된다.
상기 출력 광 섬유는 상기 코어, 상기 1차 클래딩 및 2차 클래딩으로 구성된 이중 클래드 광섬유일 수 있다.
상기 출력 광섬유의 코어에 이득매질이 도핑되어 있을 수 있다.
상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 상기 신호 광을 평행광으로 변환하여 상기 적어도 하나의 미러로 전달하는 제1 콜리메이션 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 미러는 상기 신호 광과 상기 펌프 광 중 하나의 광을 투과시키고, 다른 하나의 광을 반사시켜, 상기 신호 광을 상기 출력 광섬유의 코어로 전달하고 상기 펌프 광을 상기 출력 광섬유의 1차 클래딩으로 전달할 수 있다.
하나의 미러를 사용하는 경우, 상기 미러의 양 면이 유전체 코팅되어 있을 수 있다.
상기 미러의 양쪽 유전체 코팅면 중 하나는 상기 펌프 광을 반사시키고, 다른 하나는 상기 출력 광섬유에서 나오는 신호 광의 파장대역과 다른 후방 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광을 상기 펌프 광의 진행 방향과 다른 방향 또는 다른 위치로 반사시킬 수 있다.
상기 미러는 웨지 형태를 가질 수 있다.
두 개의 미러가 사용되는 경우, 상기 두 개의 미러는 각각 한 쪽 면이 유전체 코팅되어 있고, 상기 두 개의 미러 중 하나는 펌프 광을 반사시키고 다른 하나는 상기 출력 광섬유에서 나오는 신호 광의 파장대역과 다른 후방 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광을 반사시킬 수 있다.
상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 상기 미러를 통과한 신호 광과 상기 미러를 통해 반사된 펌프 광을 집속시켜 상기 출력 광섬유의 코어와 1차클래딩에 각각 인입시키는 포커싱 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 상기 출력 광섬유의 끝 단에 연결되어 있는 이득 매질을 더 포함할 수 있다.
상기 출력 광섬유의 끝 단에 엔드 캡(end cap)이 장착될 수 있다.
상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 상기 씨앗 광원의 온도를 측정하는 서미스터를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 상기 씨앗 광원의 온도를 유지시키는 펠티어 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 상기 씨앗 광원과 상기 적어도 하나의 미러 사이에 위치하는 광 고립기를 더 포함할 수 있다.
상기 씨앗 광원과 상기 펌프 광원은 서로 다른 펠티어 소자 위에 장착될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 하나의 씨앗 광원과 하나 이상의 펌프 광원을 이용하여 높은 첨두 출력을 갖는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지로 구성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지는 기존의 버터플라이 패키지보다 약간 크거나 유사한 정도이며, 작은 크기에도 불구하고, 하나의 패지지로 300W급의 출력을 내며, 고품질의 펄스를 출력할 수 있으며, 더 먼 곳까지 레이저 레이더 영상을 확장하는 것이 가능하다.
또한 칩 차제가 소형이고, 광섬유로 연결되어 있어서 다수의 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지를 연결할 수 있고, 원하는 위치에 배열할 수 있어서, 기존의 905 nm 파장을 갖는 다수의 다중모드 코어 레이저 다이오드를 직접 배치하는 방식에 비해 많은 장점을 가진다.
도 1은 기존의 광섬유 기반 MOPA(master oscillator and power amplifier) 레이저의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 기존의 광섬유 기반 MOPA 레이저의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 출력 특성을 측정한 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 전형적인 단일(signal) LD가 광섬유에 연결되어 구성된 반도체 LD 패키지를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 LD 패키지를 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8은 각각 이득매질이 Er-Yb인 경우 ASE 제거를 위해 도 5의 다이크로익 미러에 필터를 추가한 구조를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다
이제 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 기존의 광섬유 기반 MOPA(master oscillator and power amplifier) 레이저의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 보면, 광섬유 기반 MOPA 레이저는 씨앗 레이저(seed laser)(10), 펌프 레이저 다이오드(laser diode, LD)(20), 결합기(30), 이득 매질로 사용되는 어븀첨가광섬유(Erbium Doped Fiber, EDF)(40), 필터(50) 및 광 고립기(optical isolator)(60, 70)를 포함한다. 도 1에 도시된 구조가 가장 간단한 광섬유 기반 MOPA 레이저의 구조이다.
씨앗 레이저(10)는 신호 광을 생성하는 씨앗 광원으로 사용되며, 2ns 이하의 단일 모드 펄스 광을 출력한다. 씨앗 레이저(10)는 예를 들면, 1550~1640 nm 파장의 광을 출력한다.
펌프 LD(20)는 펌프 광원으로 사용되며, 예를 들어 980 nm의 파장의 광을 출력한다.
EDF(40)는 광섬유에 특수한 물질 예를 들면, 어븀(erbium)을 첨가한 것으로, 광 증폭 기능을 수행한다.
입력 신호인 씨앗 레이저(10)의 광은 광 고립기(60)를 통과한 후, 결합기(30)를 통해 펌프 LD(20)로부터의 광과 결합되어 EDF(40)의 코어에 주입된다. 펌프 LD(20)의 광 에너지가 EDF(40)에 주입되면, 어븀 원자가 여기 상태로 천이되고, 씨앗 레이저(10)로부터 1550nm 파장으로 입사되는 광에 의해 기저 상태로 유도 방출되며 입력 신호의 광 증폭 현상이 일어난다. 증폭된 광 신호는 필터(50)와 광 고립기(70)를 거쳐 출력된다.
좀더 높은 출력을 얻기 위해서는 광 고립기(70) 다음에 추가 증폭단을 둘 경우, 출력을 향상하는 것이 가능하며 보통 증폭단은 2~3단으로 구성할 수 있다. 레이저 레이더의 응용분야에 따라 1단만 사용하는 것도 가능하며, 출력이 높은 경우 다단 증폭단을 통해 출력 향상이 가능하다.
도 2는 기존의 광섬유 기반 MOPA 레이저의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 광섬유 기반 MOPA 레이저는 도 1과 모양상으로는 비슷하지만 이득 매질로 이터븀(Yb)과 어븀(Er)의 조합물(Er-Yb)로 구성된 이중 클래딩 구조의 광섬유(40')를 사용한다.
또한 도 1의 경우, 펌프 LD(20)의 광 신호는 광섬유인 EDF(40)의 코어를 통해 진행하고 씨앗 레이저(10)의 광 신호도 EDF(40)의 코어를 통해 진행하면서 증폭이 이루어지는 반면 도 2의 경우, 펌프 LD(20)의 광 신호는 광섬유(40')의 클래딩을 따라 진행하고 씨앗 레이저(10)의 광 신호는 광섬유(40')의 코어를 따라 진행하면서 증폭이 이루어진다. 따라서 도 2의 경우 펌프 LD(20)의 광 신호와 씨앗 레이저(10)의 광 신호를 결합하는 결합기(30')가 도 1과는 다르다.
도 1의 경우, 결합기(30)로 파장분할다중(WDM, Wavelength Division Multiplexing) 결합기를 사용한다면 도 2의 경우, 결합기(30')로 신호-펌프광 결합기(signal-pump combiner)를 사용한다. 도 1의 출력단에서 100mW 정도의 펌핑으로 레이저 첨두 출력이 3W정도 얻어진다면, 도 2의 경우는 300W의 첨두 출력이 얻어질 수 있다. 물론 도 1의 구조가 노이즈 측면에서는 도 2보다 좋은 구조이다. 그러나 도 2 구조는 펌핑 파워를 높일 수 있어서, 클래딩으로 거의 5W 이상을 펌핑하기 때문에 300W의 첨두 출력을 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 3은 도 2의 출력 특성을 측정한 실험 결과를 나타낸 도면으로, 씨앗 레이저(10)의 첨두 출력이 10 mW 이하이고, 평균 출력이 -34.8dBm인 경우의 실험 결과이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 펌프 LD(20)의 펌핑 파워와 반복률(50kHz, 100kHz, 500kHz, 1000kH)에 따라 첨두 출력의 세기가 달라진다. 100 kHz, 2ns 펄스 조건에서 증폭된 씨앗 레이저(10)의 첨두 출력은 316 W가 얻어졌고, 그 이상의 반복률에서는 첨두 출력이 떨어졌다. 펌핑 파워를 낮게 하면 첨두 출력은 그에 따라 낮아진다. 도 2와 같은 1단 증폭단으로 구성된 광섬유 기반 MOPA 레이저를 이용하여, 수 mW급의 씨앗 레이저(10)의 첨두 출력을 100W급 이상으로 증폭하는 것이 가능하다.
최근에 나오는 고출력 반도체 레이저 다이오드로 만들어진 레이저 레이더 광원의 경우 최대 첨두 출력이 80W급으로 펄스폭 5ns이고, 반복률도 50kHz이하이고, 빔 품질이 좋지 않지만 광원으로 사용되고 있는 점에서 보면 MOPA 구조는 높은 반복률에서도 쉽게 수백W의 첨두 출력을 달성하며 펄스폭이 2ns 이하에, 반복률이 100kHz 근처이며 단일 모드를 출력하고 있어서 레이저 레이더 광원으로 사용하기 적합한 것을 알 수 있다.
도 4는 전형적인 단일(signal) LD가 광섬유에 연결되어 구성된 반도체 LD 패키지를 나타낸 도면이다.
도 4를 보면, 반도체 LD 패키지는 씨앗 레이저(410), 서미스터(thermister)(420), 펠티어 소자(peltier)(430), 방열판(heat sink)(440), 콜리메이션 렌즈(collimation lens)(450), 광 고립기(460), 포커싱 렌즈(focusing lens)(470) 및 출력 광섬유(480)를 포함한다. 씨앗 레이저(410), 서미스터(420), 콜리메이션 렌즈(450), 그리고 광 고립기(460)가 신호 광원부로서 동작한다.
펠티어 소자(430)는 씨앗 레이저(410)의 온도를 균일하게 유지시켜 주고, 서미스터(420)는 씨앗 레이저(410)의 온도 측정을 위한 전자 소자이다. 서미스터(420)는 씨앗 레이저(410) 옆에 위치한다. 그리고 펠티어 소자(430)와 씨앗 레이저(410) 사이에 방열판(430)이 부착되어 씨앗 레이저(410)에서 발생하는 열을 방출시킬 수 있다.
씨앗 레이저(410)에서 나오는 광은 콜리메이션 렌즈(450)에 의해 평행광으로 변환된다. 콜리메이션 렌즈(450)를 통과한 광은 광 고립기(460)에 의해 일부만 통과되고 나머지 일부는 반사된다. 광 고립기(460)를 통과한 광은 포커싱 렌즈(470)에 의해 집속되어 출력 광섬유(480)의 코어로 전달된다. 여기서, 출력 광섬유(480)는 단일 클래드 광섬유(single clad fiber)로, 구조상 클래드로는 광이 진행하지 못하고 코어로만 광이 진행한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 LD 패키지를 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, 반도체 LD 패키지는 하나의 반도체 칩(500) 안에 도 2와 유사한 광섬유 기반 MOPA 레이저 구조가 내장된 구조를 가진다.
씨앗 광원인 DFB(distributed feedback) LD(510)에서 나오는 광과 펌프 광원인 펌프 LD(520)에서 나오는 광은 각각 콜리메이션 렌즈(530, 540)를 통해 평행광으로 변환되어 다이크로익 미러(Dichroic mirror)(550)로 전달된다. 이때 콜리메이션 렌즈(530)를 통과한 DFB에서 나오는 광은 광 고립기(580)를 거쳐 다이크로익 미러(550)로 전달될 수 있다. 다이크로익 미러(550)는 DFB LD(510)에서 나오는 광을 통과시키고, 펌프 LD(520)에서 나오는 광을 반사시켜 포커싱 렌즈(560)로 전달한다. 이와 달리, 다이크로익 미러(550)는 DFB LD(510)에서 나오는 광을 반사시키고, 펌프 LD(520)에서 나오는 광을 투과시켜 포커싱 렌즈(560)로 전달하도록 구성될 수도 있다. 포커싱 렌즈(560)를 통해 DFB LD(510)에서 나오는 광과 펌프 LD(520)에서 나오는 광이 출력 광섬유(570)에 전달된다. 이때 다이크로익 미러(550)를 통과한 DFB LD(510)의 광은 포커싱 렌즈(560)를 통해 광섬유(570)의 코어에 커플링이 되고, 다이크로익 미러(550)로부터 반사된 펌프 LD(520)의 광은 포커싱 렌즈(560)를 통해 광섬유(570)의 1차 클래딩을 통해 커플링된다.
출력 광섬유(570)는 이중 클래드 광섬유이며, 신호광이 코어로 진행하고, 펌프광이 1차 클래딩으로 진행하는 광섬유이다. 출력 광섬유(570)의 코어는 증폭이 가능한 이득매질이 도핑될 수 있다. 출력 광섬유(570)의 코어에 이득매질이 도핑되지 않는 경우 출력 광섬유(570)의 끝 단에 적당한 길이의 이득매질을 접속하여 사용이 가능하다. 또한 사용자가 원하는 이득매질을 연결하여 사용할 수도 있다. 이득 매질의 끝 단은 엔드 캡(End cap)를 두어서 광섬유 끝 단에서 반사되는 신호를 최소화하여 끝 단에서의 반사로부터 역방향으로 진행하는 신호에 의해 이득 매질 내에서 원하지 않는 레이징이 일어나지 않도록 한다. 이 반도체 LD 패키지 구조의 장점은 도 2의 구조를 매우 컴팩트(compact)하게 만들 수 있으며, 외부의 광 고립기(도 2의 70)와 신호-펌프 결합기(도 2의 30')를 없애는 것이 가능하며, 씨앗 광원과 펌프 광원을 결합하여 하나의 레이저 패키지로 300W 이상의 첨두 출력을 만들 수 있는 장점이 있다. 첨두 출력의 세기는 이득매질의 길이와 펌프 LD(520)의 세기를 조절하여 300W 이상의 더 높은 출력까지 이를 수 있다.
DFB LD(510)의 후단부에는 도 4와 같이, DFB LD(510)의 온도를 측정할 수 있는 서미스터가 추가될 수 있다. 또한 도 4와 같이 DFB LD(510)와 서미스터, 콜리메이션 렌즈, 그리고 광 고립기(580)까지 하나의 펠티어 소자 위에 올려서 장착할 수 있다. 펌프 LD(520)의 후단부에도 펌프 LD(520)의 온도를 측정할 수 있는 서미스터가 추가될 수 있으며, 펌프 LD(520)과 펌프 LD(520)의 콜리메이션 렌즈, 펌프 LD(520)의 서미스터를 또 다른 펠티어 소자 위에 장착할 수도 있고, 펠티어 소자 없이 장착할 수 있다.
DFB LD(510)의 온도 제어를 펌프 LD(520)와 관계없이 독립 제어 하는 것도 가능하다. 신호 광원부와 펌프 광원부는 열적으로 서로 고립시키는 것이 바람직하다. 여기서 신호 광원부는 DFB LD(510)와 DFB LD(510)의 콜리메이션 렌즈(530), DFB LD(510)의 서미스터, 그리고 다이크로익 미러(550)를 포함한 구조를 일컫고 펌프 광원부는 펌프 LD(520)과 펌프 LD(520)의 콜리메이션 렌즈(540), 펌프 LD(520)의 서미스터를 포함한 구조를 일컫는다.
신호 광원부는 외부 구동부(도시하지 않음)에서 전기적 세기 변조(modulation)를 인가하여 2ns 근처의 펄스를 생성할 수 있고, 펌프 광원부는 외부 구동부에서 전류를 인가하여 원하는 출력으로 펌프 LD(520)를 구동되게 할 수 있다.
신호 광원부와 펌프 광원부는 각각 칩으로 구성될 수 있다. 반도체 LD 패키지는 패키지 내에 신호 광원부 및 펌프 광원부를 구성하는 칩에 전류를 공급하는 연결부를 가질 수 있다.
또한 이득 매질의 후방 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광으로부터 펌프 광원부 칩과 신호 광원부 칩을 보호하는 것이 중요하다.
예를 들어, 이득 매질이 이터븀(Yb)이나 툴륨(Tm)인 경우 이득 매질에 의한 후방 ASE 광이 펌프 광원부 칩 쪽이 아닌, 다이크로익 미러(550)를 투과하여 씨앗 광원인 DFB LD(510) 쪽으로 입사되기 때문에, 도 4와 같이 콜리메이션 렌즈(530)와 다이크로익 미러(550) 사이에 광 고립기(580)가 설치될 수 있다. 콜리메이션 렌즈(530)와 다이크로익 미러(550)에 위치한 광 고립기(580)에 의해 후방 산란을 막을 수 있고, DFB LD(510)를 보호할 수 있다.
반면에 이득 매질이 이터븀과 어븀의 조합물(Er-Yb)인 경우, 두 개의 파장 대역으로 ASE 광이 출력 광섬유(570)의 코어에서 역방향으로 출력된다. 두 개의 파장 대역 중 하나는 이터븀과 어븀의 조합물(Er-Yb)의 증폭 대역인 1520~1570nm 대역이다. 신호 광의 파장도 이 대역에 있다. 1520~1570nm 대역의 ASE 광은 펌프 LD쪽(520)이 아닌 DFB LD(510) 쪽으로 인입된다. 이 ASE 광은 앞에서 설명한 바와 같이 콜리메이션 렌즈(530)와 다이크로익 미러(550) 사이에 설치되는 광 고립기(580)에 의해 제거 가능하다. 두 개의 파장 대역 중 다른 하나는 1030~1080 nm 대역이다. 이 대역의 역방향 ASE 광은 펌프 LD(520)나 DFB LD(510)로 입사되지 않도록 필터로 제거해야 한다.
도 6 내지 도 8은 각각 이득매질이 Er-Yb인 경우 ASE 광을 제거하기 위해 도 5의 다이크로익 미러에 필터를 추가한 구조를 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 다이크로익 미러(550)의 양쪽 면을 필터로서 동작하도록 유전체 코팅시킬 수 있다. 이때 두 개의 파장이 다이크로익 미러(550)의 양쪽 면에서 서로 다른 위치에서 반사되도록 다이크로익 미러(550)의 양쪽 면을 유전체 코팅시킬 수 있다. 먼저, 펌프 LD(520)의 광은 다이크로익 미러(550)의 아래 쪽에서 입사되어 다이크로익 미러(550)의 유전체 코팅된 우측면에 의해 반사되어 출력 광섬유(570)로 인입된다. 그리고 1030~1080nm 대역의 ASE 광은 다이크로익 미러(550)의 유전체 코팅된 좌측면에 의해 반사되어 아래쪽 방향으로 진행하지만, 펌프 LD(520)의 진행 위치와 다른 위치로 진행되어 펌프 LD(520)에 영향을 주지 않는다.
이와 달리, 도 7을 보면, 다이크로익 미러(550) 자체에 웨지를 주어서 펌프 LD(520)의 광이 반사되는 면과 후방 ASE 광이 반사되는 면의 반사각이 서로 다르게 할 수 있다. 이 구조는 도 6에 비해 후방 ASE 광이 다이크로익 미러(550')에 의해 반사된 후 펌프 LD(520)의 진행 위치와 더 먼 위치로 진행하게 된다. 따라서, 펌프 LD(520)의 안정성을 높일 수 있다.
또한 도 8에 도시한 바와 같이, 한 쪽 면만이 유전체 코팅된 두 개의 다이크로익 미러(550a, 550b)가 사용될 수 있다. 두 개의 다이크로익 미러(550a, 550b)를 공간적으로 분리시켜 위치시킨다. 두 개의 다이크로익 미러(550a, 550b) 중 하나는 펌프 LD(520)의 광을 반사시키고, 다른 하나는 후방 ASE 광을 반사시킬 수 있다. 즉, 한 쪽 면만이 유전체 코팅된 두 개의 다이크로익 미러(550a, 550b)를 구비함으로써, 펌프 LD(520)의 광이 반사되는 영역과 후방 ASE 광이 반사되는 영역을 분리시킬 수 있다.
도 6 내지 도 8에 도시된 다이크로익 미러 모두 씨앗 광원인 DFB LD(510)로부터 나오는 광을 투과해서 출력 광섬유(570)로 진행하는 데 방해되지 않는 구조를 가진다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지로서,
    신호 광을 출력하는 씨앗 광원,
    펌프 광을 출력하는 펌프 광원, 그리고
    상기 신호 광을 출력 광섬유의 코어로 전달하고 상기 펌프 광을 상기 출력 광섬유의 1차 클래딩으로 전달하는 적어도 하나의 미러
    를 포함하고,
    상기 씨앗 광원, 상기 펌프 광원 및 상기 적어도 하나의 미러는 하나의 반도체 칩 안에 구현되고, 상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지의 끝 단에 상기 출력 광섬유가 연결되며,
    상기 미러는 양면이 유전체 코팅되어 있고,
    상기 미러의 양쪽 유전체 코팅면 중 하나는 상기 펌프 광을 반사시키고, 다른 하나는 상기 출력 광섬유에서 나오는 신호 광의 파장대역과 다른 후방 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광을 상기 펌프 광의 진행 방향과 다른 방향 또는 다른 위치로 반사시키는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  2. 제1항에서,
    상기 출력 광 섬유는 상기 코어, 상기 1차 클래딩 및 2차 클래딩으로 구성된 이중 클래드 광섬유인 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  3. 제1항에서,
    상기 출력 광섬유의 코어에 이득매질이 도핑되어 있는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  4. 제1항에서,
    상기 신호 광을 평행광으로 변환하여 상기 적어도 하나의 미러로 전달하는 제1 콜리메이션 렌즈
    를 더 포함하는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  5. 제1항에서,
    상기 적어도 하나의 미러는 상기 신호 광과 상기 펌프 광 중 하나의 광을 투과시키고, 다른 하나의 광을 반사시켜, 상기 신호 광을 상기 출력 광섬유의 코어로 전달하고 상기 펌프 광을 상기 출력 광섬유의 1차 클래딩으로 전달하는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에서,
    상기 미러는 웨지 형태를 가지는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  9. 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지로서,
    신호 광을 출력하는 씨앗 광원,
    펌프 광을 출력하는 펌프 광원, 그리고
    상기 신호 광을 출력 광섬유의 코어로 전달하며, 각각 한 쪽 면이 유전체 코팅되어 있는 제1 미러와 제2 미러
    를 포함하고,
    상기 씨앗 광원, 상기 펌프 광원 및 상기 적어도 하나의 미러는 하나의 반도체 칩 안에 구현되고, 상기 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지의 끝 단에 상기 출력 광섬유가 연결되며,
    상기 제1 미러의 유전체 코팅된 면은 상기 펌프 광을 반사시켜 상기 상기 출력 광섬유의 1차 클래딩으로 전달하고,
    상기 제2 미러의 유전체 코팅된 면은 상기 출력 광섬유에서 나오는 신호 광의 파장대역과 다른 후방 ASE(Amplified Spontaneous Emission) 광을 반사시키는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  10. 제1항에서,
    상기 미러를 통과한 신호 광과 상기 미러를 통해 반사된 펌프 광을 집속시켜 상기 출력 광섬유의 코어와 1차클래딩에 각각 인입시키는 포커싱 렌즈
    를 더 포함하는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  11. 제1항에서,
    상기 출력 광섬유의 끝 단에 연결되어 있는 이득 매질
    을 더 포함하는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  12. 제11항에서,
    상기 출력 광섬유의 끝 단에 엔드 캡(end cap)이 장착되는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  13. 제1항에서,
    상기 씨앗 광원의 온도를 측정하는 서미스터
    를 더 포함하는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  14. 제1항에서,
    상기 씨앗 광원의 온도를 유지시키는 펠티어 소자
    를 더 포함하는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  15. 제1항에서,
    상기 씨앗 광원과 상기 적어도 하나의 미러 사이에 위치하는 광 고립기
    를 더 포함하는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
  16. 제1항에서,
    상기 씨앗 광원과 상기 펌프 광원은 서로 다른 펠티어 소자 위에 장착되는 반도체 레이저 다이오드 광원 패키지.
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