KR20010102076A

KR20010102076A - 섬유 격자-안정화형 반도체 펌프 소스

Info

Publication number: KR20010102076A
Application number: KR1020017010190A
Authority: KR
Inventors: 지아리멜대드; 오브리엔스테펜; 하그베르크마츠; 랑로버트제이; 바일에드워드
Original assignee: 도날드 알. 시프레스; 에스디엘 인코포레이티드
Priority date: 1999-02-11
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2001-11-15
Also published as: CA2364434A1; DE60001211D1; KR100659962B1; CA2364434C; US6525872B1; JP2003512717A; WO2000048276A3; CN1346527A; CN100414793C; WO2000048276A2; EP1145392A2; EP1145392B1; DE60001211T2

Abstract

섬유증폭기, 섬유레이저 등의 섬유장치를 펌핑하는 고전력 반도체 레이저는 후단부와 출력단부사이에 배치된 광게인을 포함하고, 광학적 게인영역의 폭은 후단부보다 출력단부에서 더 크다. 광학적 게인영역은 플레어형 증폭영역에 결합된 단일모드채널을 포함할 수 도 있다. 레이저에서 나온 광출력은 렌즈시스템을 통해서 펌핑된 섬유장치에서 전파하여 섬유내부로 결합된다. 예를 들어, 간섭성 붕괴내에서 작동시키는 레이저를 유도하기 위해서 섬유브래그격자에서 광은 레이저로 피드백된다. 간섭성 붕괴와 결합되어 출력된 넓은 대역폭 출력은 고광전력을 전하는 레이저를 유도 백만개의 스캐터링이 시작됨없이 섬유로 가능하게 한다. 섬유격자 피드백은 레이저에 의한 빔출력의 품질을 향상시켜서, 섬유로의 커플링효율을 강화한다. 펌프레이저는 다중섬유장치를 펌핑하는데 사용될 수 있다. 다중펌프레이저는 함께 결합될 수 있다.

Description

섬유 격자-안정화형 반도체 펌프 소스 {FIBER GRATING-STABILIZED, SEMICONDUCTOR PUMP SOURCE}

광통신 시스템은 광펌프 예를 들어, 섬유증폭기 또는 섬유레이저를 필요로하는 섬유시스템의 사용이 증가하고 있다. 희토류도핑 섬유증폭기 (EDFAs) 는 장거리, 중계기없는 섬유링크용으로 사용이 증가하고 있고, 특히 수중에서의 통신링크에 유용하다. 라만증폭기 (raman amplifier) 등의 다른 형태의 섬유증폭기가 개발되고 있고, 곧 상업적 통신시스템에 사용될 수 있다.

섬유시스템 펌핑에 사용되는 레이저에 종종 많은 모순되는 것들이 요구된다. 예를 들어, 펌프 레이저에서 나온 출력전력은 높아야 한다. 이것은 광학적 통신신호를 더 높은레벨로 증폭시키고 또한 주어진 길이의 섬유링크를 도포하는데 요구되는 섬유증폭기의 개수를 감소시키기 때문에, EDFA 의 게인을 증가시킨다. 일정한 게인을 유지하기 위해서, 레이저의 스펙트럼과 출력전력은 안정해야만 한다.

그러나 한가지 문제점은 단일횡축모드에서 가능한 출력전력은 통상적으로 약 300 mW 이하이고, 따라서 더 높은 펌프 전력은 비용과 복잡성을 덧붙인, 다수의 레이저 출력의 결합을 필요로 한다. 다른 문제점은 종래 Fabry-Perot 레이저 또는 DFB 레이저가 전류변화 또는 온도변화에 기인한 출력과 출력 스펙트럼에서 큰 요동을 격는다는 것이다. 출력과 스펙트럼내 요동은 EDFA 의 게인에 변화를 가져오고, 통신신호의 진폭은 불안정해 진다. 펌프파장의 안정성은 몇몇 펌프 레이저의 파장분할다중화 (WDM; wavelength division multiplexing) 에 의해 게인 평탄성을 성취하는 것과 더 높은 펌프 전원을 얻는데 필요하다.

섬유내 좁은 선폭광의 전력레벨이 너무 높기때문에, 또 다른 문제로는 유도 브리유앵 산란 (SBS; stimulated brillouin scattering) 등의 비선형 기생공정이 있다. 통상적으로 20 MHz 근방 대역폭을 가진 DFB 단일모드 반도체 레이저에서 나오는 광섬유내 SBS 역치는 일반적으로 5mW 내지 10 mW 범위에 있다. 이 낮은 SBS 역치는 단일모드 레이저, 주 발진기/전원 증폭기 (MOPA), 및 20 MHz 당 약 10 mW 보다 더 큰 스펙트럼 강도를 가진 다중모드 레이저를 포함하기 때문에, 가능한 소스에서 전송가능한 전력을 효율적으로 차단(cap)한다.

따라서, 전력과 스펙트럼 면에서 출력이 더 안정되고, 종래 단일모드 레이저보다 더 높은 전력을 인도하고, 기생 비선형 공정으로 설정된 전력제한을 극복할 수 있는, 섬유시스템을 증폭기와 레이저 등의 펌핑하는 고전압 레이저가 필요하다.

발명의 요약

반도체 광원은 단일모드 섬유에 결합가능한 증가된 전력을 제공하기 위해서플레어형 게인섹션 (flared gain section) 을 사용한다. 섬유 브래그 격자 등의 주파수 선택 반사기는 반도체 광원에서의 출력의 간섭성 붕괴 (coherence collapse) 를 유도하기 위해서 반도체 광원에서의 출력의 피드팩을 제공하는데 사용될 수 있다. 광원은 섬유증폭기 또는 섬유레이저 등의 다양한 섬유기초 응용 섬유내 고광학적 전력레벨을 제공하는데 사용될 수 있다. 단일모드 광소스 등의 다중섬유 응용과 결합하여 사용될 수 있다. 다중모드는 광소스 등의 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예는, 펌프레이저는 제 1 단부와 출력단부를 가진 반도체 게인소자, 제 1 단부와 출력단부사이에 배치되는 광학적 게인영역, 및 제 1 단부보다 출력단부에서 더 큰 광학적 게인영역의 폭을 포함한다. 펌프레이저는 반도체 게인소자의 광학적 게인영역내에서 증폭되는 광의 파장에서 반사율 (reflectance) 을 제공하기 위해서, 입력단부를 가지고 주파수-선택 반사기를 포함하는 광섬유, 그리고 게인소자의 출력단부에서 나온 광을 광학적으로 광섬유의 입력단부로 결합시키기 위해서 배치된 광 커플링 시스템을 더 포함한다.

본 발명의 다른 실시예는 배면 (rear facet) 을 가진 반도체 게인소자와 플레어형 (flared) 게인섹션, 게인소자의 앞출력면에 연결되는 플레어형 게인섹션의 넓은 단부를 가진 반도체 펌프소스이다. 광섬유는 제 1 단부를 갖고, 반도체 게인소자내에서 증폭되는 광파장에 반사율을 제공하기 위해서, 굴절지수격자 (refractive index grating) 는 광섬유내에 형성된다. 광 커플링 시스템을 게인소자의 앞면에서 나온 광을 광섬유의 제 1 단부로 광학적으로 연결하도록 배치시킨다. 굴절지수격자는 굴절율을 갖고, 반도체 게인소자에서 반사율과 펌프소스의 붕괴작동으로 선택된 거리사이에서 배치된다.

본 발명의 다른 실시예는 제 1 펌프레이저와 제 1 펌프레이저에서 나온 펌프광을 수신하도록 결합된 제 1 여기가능 섬유매체 (a first excitable medium) 를 갖고있다. 제 1 펌프레이저는 제 1 단부와 출력단부를 가진 제 1 반도체 게인소자, 제 1 단부와 출력단부사이에 배치된 광학적 게인영역, 및 제 1 단부보다 출력단부에 더 큰 광학적 게인영역폭을 포함한다. 제 1 광섬유는 입력단부를 가지고 반도체 게인소자의 광학적 게인영역내에서 증폭된 광파장에서 반사율을 제공하기 위해서 주파수-선택 반사기를 포함한다. 제 1 렌즈시스템은 게인소자의 출력단부에서 나온 광을 제 1 광섬유의 입력단부에 광학적으로 결합시키도록 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 레이저 장치는 제 1 단부와 출력단부를 가진 반도체 게인소자, 제 1 단부와 출력단부사이에 배치된 광학적 게인영역, 및 제 1 단부보다 출력단부에서 더 큰 광학적 게인영역폭을 포함한다. 광섬유는 입력단부를 갖고, 반도체 게인소자의 광학적 게인영역내에서 증폭된 광파장에서 반사율을 제공하기 위해서 파장-선택 반사기를 포함한다. 광 커플링 시스템은 게인소자의 출력단부로부터 나온 광을 광섬유의 입력단부로 광학적으로 결합하기 위해서 배치된다. 모드선택영역을 가장 낮은 크기의 횡축모드를 우선적으로 선택하는 장치내에 형성시킨다.

본 발명의 다른 실시예에서, 반도체 게인소자는 제 1 단부와 출력단부를 갖고, 광학적 게인영역은 제 1 단부와 출력단부사이에 배치된다. 광학적 게인영역폭은 제 1 단부보다 출력단부에서 더 크다. 광 커플링 시스템은 게인소자의 출력단부에서 나온 광을 섬유의 입력단부로 광학적으로 연결하도록 배치된다. 광학적 피드백 소자는 반도체 게인소자의 출력단부에서 나온 광을 다시 반도체 게인소자 내부로 넣도록 배치한다. 광학적 피드백소자는 우선적으로 광을 반도체 게인소자로 다시 넣어 출력단부에서 나온 광출력용과 광섬유의 유도모드로 결합된 커플링 효율이 30% 보다 더 크도록 한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 레이저 장치는 제 1 단부와 제 1 단부보다 더 넓은 출력을 가진 광을 증폭시키는 반도체 증폭수단을 포함한다. 또한 레이저 장치는 반도체 증폭수단의 출력단부로부터 받아들인 광을 반사시키는 광학적 피드백 수단을 포함하여, 이 광학적 반사수단은 미리선택된 파장 범위에 걸쳐 반사된다. 광 커플링 수단은 반도체 증폭수단의 출력단부와 광학적 반사수단사이의 광을 결합한다. 반도체 증폭수단에서 나온 광출력은 간섭성이 붕괴된다.

상기 본 발명의 요약은 본 발명의 각각 예시된 실시예 또는 모든 실행을 기재하도록 의도하지는 않는다. 본 발명의 완전한 이해와 함께 다른 목적과 달성은 명백하며 다음의 기재와 첨부도면과 함께 청구범위에 언급된 것으로 알 수 있다.

일반적으로, 본 발명은 반도체 레이저 다이오드에 기초한 광학적 게인소자 (optical gain element) 에 관한 것이고, 특히 파장-안정화형 회절-제한된 출력을 가진 레이저 다이오드에 관한 것이다.

본 발명은 첨부도면과 함께 본 발명의 다양한 실시예의 다음의 자세한 기재를 고려하면 더 완벽하게 이해될 수 있다.

도 1 은 광섬유 통신시스템의 실시예의 도면이다.

도 2 는 단일모드 도파로 영역에 결합된 플레어형 증폭영역을 가진 반도체 게인소자의 도면이다.

도 3a 와 도 3b 는 본 발명의 실시예에 따라 반도체 게인소자에서부터 광격자를 가진 섬유까지 결합하는 광에대한 접근의 도면이다.

도 4 는 반도체 게인소자에서 섬유격자를 가진 섬유까지 결합하는 광에대한 다른 접근의 도면이다.

도 5 는 섬유격자에 결합되고 플레어형 게인섹션을 가진 반도체 게인소자의 또 다른 실시예의 도면이다.

도 6 은 간섭성-붕괴된 반도체 레이저에 의해 펌핑된 섬유레이저의 실시예의 도면이다.

도 7a 과 도 7b 는 간섭성-붕괴된 반도체 레이저에 의해 펌프된 캐스케이드 섬유 라만 레이저 (cascaded fiber Raman laser) 의 다른 실시예의 도면이다.

도 8 는 파장 다중펌프 소스를 가진 섬유레이저 시스템의 도면이다.

도 9a 는 다중 간섭성-붕괴된, 고전압 레이저를 가진 광섬유 시스템의 도면이다.

도 9b 는 다중 펌프 소스를 사용한 라만 게인 장치용 파장을 펌핑하는 개념예의 도면이다.

도 10 은 다중 섬유레이저에 결합된 다중 펌프레이저를 가진 섬유시스템의 도면이다.

도 11 은 섬유에 결합된 플레어형 게인영역을 가진 반도체 레이저의 실시예의 도면이다.

도 12 는 격자 락 (lock) 내의 플레어형, 불안정한 공진기 (FUR; flared, unstable resonator) 반도체 레이저용 섬유광출력 대 전류의 그래프이다.

도 13 은 격자 락내에서 동작하는 FUR 반도체 레이저 스펙트럼의 도면이다.

도 14 는 외부 섬유 격자 피드백이 있을때 그리고 없을때의 FUR 반도체 레이저를 작동시킨 파필드빔 (far field beam) 패턴의 도면이다.

본 발명은 다양한 변형과 다른 형태로 바꿀 수 있는 반면에, 상세한 설명은 도면에 예로서 도시되었고, 자세히 기재될 것이다. 그러나, 본 발명은 기재된 특정 실시예에 본 발명을 한정하지 않는다는 것을 알아야만 한다. 반면에, 의도는 첨부된 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 사상과 범주내에서 벗어나지 않는 모든 변형, 동등, 및 다른 것들을 포함하는 것이다.

바람직한 실시예의 상세한 설명

본 발명은 섬유레이저와 섬유증폭기 등, 여기가능 섬유매체를 펌핑하는 등의 광학적 전력을 섬유계 응용에 제공하는데 특히 유용하다고 믿어지는 고전압 레이저 다이오드 소스에 적용가능한 것이다.

도 1 은 섬유 통신채널 (106) 에 의해 결합된 송신유닛 (102) 과 수신유닛 (104) 을 가진 섬유계 광통신 시스템 (100) 의 예를 도시한다. 이 시스템은 단일파장 사용에 기초할 수 있고, 또는 광 다중파장 사용에 기초할 수 있다. WDM 으로 언급되는 광의 다중파장을 사용하는 공통적인 접근은 다양한 파장에 신호를송신단에서 단일 다중신호로 다중화 (multiplex) 하고, 수신단에서 다양한 파장원소로 분리화 (demultiplex) 하는 것이다. 또한, 조밀파장분활다중화 (DWDM; Dense WDM) 시스템이 사용될 수도 있다. 여기에서 사용되는 "WDM" 은 DWDM 을 포함한다.

통신시스템 (100) 은 WDM 시스템일 수 있고, 전송유닛 (102) 은 서로 다른 파장 (λ1, λ2, ...,λn) 각각에서 작용하는 반도체 레이저 송신기 (108-1, 108-2, ...108-n) 를 포함한다. 다른 파장에서의 통신도 가능하지만, 레이저 송신기는 일반적으로 1550 ㎚ 근방의 파장에서 작동한다. 각각의 레이저 송신기 (108-1, 108-2, ...108-n) 에서 나온 광출력은 섬유채널 (106) 을 통해서 전송시키는 다중화장치 (110) 내에서 결합된다. 섬유채널 (106) 을 통해서 전파된 후에, 다중화된 광신호는 수신유닛 (104) 에서 수신된다. 광은 분할기 (112) 에서 서로 다른 파장 (λ1, λ2, ...,λn) 으로 분할되고, 각 파장원소는 각각의 수신기 (114-1, 114-2, ...114-n) 으로 검출된다.

명료하도록 하기위해서 단일섬유가 고려되고 있지만, 섬유채널 (106) 은 다중섬유를 포함할 수 있다. 이것은 본 발명에 제한을 두는 것이라고 여겨서는 않된다. 송신기와 수신기 사이에서 신호가 전파되면서, 섬유내에서의 송신손실은 신호강도의 감소를 가져온다. 광증폭기를 통상적으로 섬유를 따라 위치시키면, 신호가 수신기에 도달할 때에, 신호가 충분히 강하여 에러를 감소시키기에 가능한 레벨에 있게된다. 증폭기의 두 형태는 그림에 나타나 있다. 증폭기의 한 형태는 희토류금속을 도핑시킨 섬유의 사용에 기초한다: 에르븀도핑 섬유증폭기(EDFAs) 는 1550 ㎚ 근방에서 광신호를 증폭시키는 섬유통신에서 그 사용이 증가하고 있다. 섬유통신 채널 (106) 은 하나이상의 EDFAs 를 포함할 수 있다. 도면은 두개의 EDFA 섹션 (116,118) 을 도시한다. 각 EDFA 섹션 (116,118) 은 EDFA 펌프 (120) 로 펌핑되고, 통상적으로 커플링 섬유 (122) 와 섬유-섬유 커플러 (124) 를 통해서 EDFA 에 결합되는 980 ㎚ 근방파장에서 반도체 레이저를 작동시킨다.

다른 형태의 증폭기는 광신호를 증폭시키기 위해서 라만게인을 사용하는 라만증폭기 (RA) 이다. 도면은 2개의 RA 섹션 (126,128) 을 도시한다. 제 1 RA 섹션은 제 2 EDFA (118) 전에 전증폭기로써 위치되어 있고, 제 2 RA 섹션은 수신기 유닛 (104) 전에 전증폭기로써 위치되어 있다. 각 RA 섹션 (126,128) 은 RA 펌프 (130) 으로 펌핑된다. 광신호가 1550 ㎚ 근방파장을 갖고, RA 펌프 (130) 는 RA 섹션에서 사용되는 섬유형태에 따라 통상적으로 1480 ㎚ 근방의 파장에서 작동하는 반도체 레이저로써, 라만 스토크스 시프트 (Raman Stokes shift) 를 결정한다. RA 펌프광은 커플링 섬유 (132) 와 섬유-섬유 커플러 (134) 를 통해서 RA 펌프 (130) 에서 RA 섹션 (126,128) 까지 커플링된다.

펌프광으로부터 먼거리에 위치한 원거리 증폭기를 포함하는 다른 형태의 증폭기도 사용될 수 있다. SBS 를 극복하는 것은 원거리 증폭기와 분산된 증폭시스템에서 중요한 문제이다.

이제 EDFA 펌프 (120) 과 RA 펌프 (130) 등의 섬유장치를 펌핑하는데 유용한 반도체 레이저 소스의 실시예를 논의해본다. 본 발명의 반도체 레이저 소스는후단부 (rear end) 와 출력단부 사이에 배치된 광학적 게인영역을 가진다. 광학적 게인영역폭은 후단부보다 출력단부에서 더 크다. 몇몇 실시예에서, 광학적 게인영역의 출력단부폭은 10 ㎛ 보다 더 크다. 다른 실시예에서, 게인영역의 출력단부폭은 후단부에서 게인영역의 폭보다 40 % 이상 더 크다. 광학적 게인영역은 적어도 측면길이에서 지수유도 (index guided) 또는 게인유도, 두개의 조합, 또는 비유도일수 있다. 몇몇 실시예에서, 광학적 게인영역은 기초모드에서 가장 낮은 전파손실을 가진 좁고, 우세한 지수유도 채널을 포함할 수 있다. 이러한 채널은 필요하지는 않지만, 단지 기초모드가 진동하는 더 높은 크기모드에서 충분한 손실을 도입할 수 있다. 채널은 플레어형 게인영역으로 커플링되어, 통과하는 광의 발산전파를 가능하게 한다. 플레어형 영역은 1개이상의 평면내에서 자유롭게, 회절제한 발산전파를 가능하게 할 수 있다. 플레어형 영역은 어느정도의 광집중도 (degree of optical confinement) 를 갖기 때문에, 통과하는 광의 분산은 자유롭게 회절제한하는 것 보다는 덜하다. 플레어형 영역은 통상적으로 수직방향으로 한정된다.

입력단부보다 더 넓은 출력단부를 가진 반도체 레이저 소스의 일예는 도 2 에 도시되어 있고, 여기에서 미국특허 제 5,392,308 호 및 제 5,537,432 호에 기재된 불안정한 공명기 반도체 레이저 (200) 를 참고한다. 이러한 장치는 높은 광레벨로 증폭을 제공하기 위한 플레어형 증폭기 섹션 (202) 과 공간모드필터 (spatial mode filter) 로서 작용할 수 있는 지수유도 채널 (204) 를 포함한다. 예를 들어, 플레어형 증폭기에 집적된 단일 공간모드 채널은 높은 전력, 분산제한광소스를 생산하는데 사용될 수 있다. 따라서, 높은 전력은 단일 반도체 레이저 소스에서 얻어질 수 있다. 이 도면은 플레어형 증폭기 섹션 (202) 과 지수유도 채널 (204) 의 상대길이상에 제한을 제안하려는 것은 아니다. 플레어형 증폭기 섹션 (202) 는 채널 (204) 보다 실질적으로 더 길수 있고, 플레어형 증폭기 섹션 (202) 는 채널 (204) 보다 실질적으로 더 짧을 수 있고, 또는 중간비율을 채택할 수 있다.

레이저 (200) 의 배면 (206) 은 통상적으로 고반사율 (HR; high reflectance) 을 갖도록 코팅되고, 전면 (208) 은 저반사율 (LR) 을 제공하여 레이저 (200) 에서 발생하는 광을 전면 (208) 에서 벗어날 수 있도록 코팅한다. 공진공동 (resonance cavity) 은 면 (206,208) 사이에서 형성되어, 레이저 (200) 이 역치레벨이상으로 펌핑되었을 때, 진동하기 시작하여 출력 (210) 을 생산한다. 전면 (208) 에서 나온 반도체 원소내 반사되는 대부분의 광 (211) 은 반사후 분산을 계속하여, 전면 (208) 에서 반사되는 광의 적은 부분만을 실제로 지수유도 채널 204 에 복귀시켜, 레이저 진동용 피드백을 제공 해야한다. 레이저 (200) 은 플레어형 불안정한 공진기 (FUR) 로 언급될 수도 있다.

파장 안정화용 레이저의 배면에 격자를 사용하는 레이저는 섬유장치를 펌핑하는데 사용될 때 문제를 격는다. 우선, 분산된 브래그 반사기 (BDR) 격자 등의 반도체 게인소자상 반사격자를 가진 레이저는 좁은 선폭의 간섭성을 출력하여, 낮은 SBS 역치의 결과를 가져온다. 덧붙여서, 레이저의 배면에서 나온 광을 결합시키도록 있는 벌크격자 또는 섬유격자를 사용하는, 고전력용 플레어형 반도체레이저 소스로 선택적 스펙트럼필터가 제안된다. 격자는 선택적 공간모드로서 작용하는 파장선택 피드백을 제공하고, 플레어형 증폭 섹션의 작동의 안정화 또는 튜닝를 가능하게 한다. 이것은 캐나다 퀘벡주 몬트리올에서 개최된 1997 LEOS 여름 열대 회의 요약서, pp.74-75, 1997년 8월 11-15일, Vincent V.Wong 등저 "840 ㎚ 의 고전력, 회절제한 InGaAsP 플레어형 불안정한 공진기; High-Power, Diffraction Limited InGaAsP Flared Unstable Resonators at 840 ㎚" 제목의 논문에 기재되어 있다. 레이저를 두 섬유에 즉 섬유를 장치의 후단부에 결합시키는 섬유를 장치의 출력에 결합시키는데 커플링시키는데 필요하기 때문에, 배면을 따라 일렬로 된 섬유격자의 기하학은 섬유격자에 최선은 아니다. 두 섬유를 커플링하는 것은 복잡하며 신뢰성을 감소시키고, 효율을 감소시켜, 손실을 증가시킨다. 또한, 레이저는 낮은 SBS 역치를 견딘 간섭성의, 좁은 선폭출력을 한다.

플레어형 불안정한 공동 반도체 레이저에서 나온 출력은 S. Delepine 등저의 Electronic Letters Vol. 35, No. 2, 21회 1999년 1월에 개시된 바와 같이, 단일모드섬유에 결합된다. 이 섬유는 레이저에 어떤 외부 피드백용 브래그격자를 포함하지 않는다. 아이솔레이터는 조준렌즈 (collimating lens) 시스템의 렌즈사이에서 삽입되어, 렌즈와 섬유의 입력면에서의 피드백을 피하도록 한다. 따라서, 레이저에 피드백을 피하기 위해서, 아이솔레이터 삽입손실을 격는 것이 바람직하다. 1480 ㎚ 광의 370 mW 까지 섬유를 결합시킨다. 그러나, 섬유에 결합된 최고전력은 레이저의 최고전력보다 적은 전력에서 발생하고, 레이저에 의해 발산된 광의 강도 프로화일의 품질열화로 설명되는 커플링 효율의 품질열화에 의해제한된다.

따라서, 이 시스템에서, 광피드백은 아이솔레이터의 삽입손실의 대가로 피할 수 있는 문제이다. 더욱이, 파필드빔 프로화일의 품질열화는 커플링효율을 제한하고, 또한 섬유로 들어갈 수 있는 광전력의 절대레벨에 제한을 둘 수 있다.

플레어형 게인영역을 가진 고전력 장치내 빔 프로화일 품질저하의 한가지 가능성있는 소스는 "1.1-모드형상용 분산된 전극을 가진 W 연속-파 1480 ㎚ 반도체 레이저; W Continuous-Wave 1480 ㎚ Semiconductor Lasers with Distributed Electrodes for Mode Shaping" P. Salet 등저의 IEEE Photonics Technology Letters, vol. 10, pp. 1706-1708, 1998년을 참조로 기재된 바와 같이, 필라멘테이션 (filamentation) 이다. 증폭기내 필라멘테이션은 특히 광더블 (light double) 이 증폭기를 지나갈 때, 플레어형 게인영역을 가진 레이저내에서 일어나면서 문제가 되는데, "넓은-구역 다이오드 레이저 증폭기내 자발적 필라멘테이션; Spontaneous Filamentation in Broad-Area Diode Laser Amplifiers", R.J.Lang 등저의 Quantum Electronics 의 IEEE 저널, QE-30, pp.685-694, 1994년에 참조로 하면 알 수 있다. 필라멘테이션의 발생을 매체를 증폭시키는 비선형성을 감소시키고 빔 품질을 개선시킴으로써 감소시킨다.

레이저 (200) 의 출력측에 섬유격자를 제공함으로써 레이저 (200) 의 안정화를 가져올 수 있다. 이것이 도 3a 내지 도 3b 에 도시되어, 렌즈 시스템 (320) 를 통해서 섬유 (330) 으로 결합된 출력의 반도체 FUR 레이저 (300) 의 정사영도에 도시되어 있다. 레이저 (300) 은 한 단부에서 플레어형 증폭기 섹션 (302) 에결합된 지수유도 채널 (304) 를 포함한다. 채널 (304) 의 다른 단부는 고반사 코팅이 된 배면 (306) 에서 끝난다. 플레어형 증폭 섹션 (302) 의 넓은 단부는 저반사 코팅이 있는 출력단부 (308) 에서 끝난다. 출력단부 (308) 를 통해서 전송되는 광 (310) 은 렌즈시스템 (320) 으로써 섬유 (330) 의 입력단부 (332) 로 결합된다. 또한, 섬유 (330) 는 분극보호형태 (polarization preserving type) 일 수 있다.

섬유 (330) 는 간섭성 붕괴를 일으키기 위해서 충분한 광을 레이저 (300) 으로 되반사시키는 섬유 브래그 격자 (FBG)(334) 를 포함한다. 간섭성 붕괴는 "1.5 ㎛ 분산된 피드백 레이저내 피드백효과의 영역; Regimes of Feedback Effects in 1.5 ㎛ Distributed Feedback Lasers" R.W.Tkatch 와 A.R. Chraplyvy 저, Lightwave Technology 저널, vol.LT-4, pp.1655-1661, 1986년에 참조로 기재되어 있고, 미국특허 제 5,484,481 호, 제 5,563,732 호 및 제 5,715,263 호에 또한 참고로 기재되어 있다. 이 간섭성 붕괴에서, 레이저로부터 나온 광은 외부 반사기에 의해 레이저 공동으로 다시 넣어져서 레이저 스펙트럼을 방해한다. 간섭성 붕괴는 외부 반사기의 반사율, 외부 반사기의 대역폭, 외부 반사기와 레이저사이의 간격, 레이저의 간섭성 시간을 포함하여 여러 인자에 기인한다.

간섭성 붕괴는 넓은, 시간-평균 출력 스펙트럼과 외부 반사기의 반사 스펙트럼의 폭과 관계된 폭으로 특징지워진다. 간섭성-붕괴 출력의 대역폭은 넓고, 통상적으로 GHz 크기 이상이다. 이 대역폭은 종래의 분포 피드백 (DFB) 또는 DFB 오실레이터를 가진 MOPA 의 통상적으로 20 MHz 근방인 단일모드 작동보다 훨씬더 넓다. 또한, 간섭성-붕괴 출력의 스펙트럼 밀도는 다중모드 Fabry-Perot 반도체 레이저의 스펙트럼 밀도보다 훨씬 더 작아서, 레이저 전력 전체 작동 대역폭내에 배치된 좁은 Fabry-Perot 모드에 제한되어 있다. 결과적으로, 섬유내 SBS 의 개시는 종래 DFB 또는 Fabry-Perot 레이저를 사용할 때보다 간섭성-붕괴이하의 더 높은 전력레벨이 현저하게 발생한다. 결과적으로, 간섭성 붕괴 레이저는 SBS 개시없이 수천이 아니면 또는 수백 mW 의 레벨에서 작동할 수 있고, 이 대역은종래의 좁은대역 레이저용 SBS 역치보다 수배 더 높다.

외부 반사기는 레이저 출력에 결합된 섬유내부의 섬유 브래그 격자 (FBG) 일 수 있다. 외부 반사기는 또한 예를 들어, 기판상 또는 섬유의 입력면에 위치한 유전코팅을 한 다른 형태의 반사기, 또는 원하는 간섭성-붕괴 레이저 출력 스펙트럼을 제공하기 위해서 선택된 반사율 스펙트럼을 가진 다른 적절한 형태의 반사기일 수 있다.

외부 반사기의 반사율은 레이저로부터 약 0.5 m 내지 2 m 이내의 범위내에, 그리고 바람직하게는 0.5 m 내지 1 m 사이의 위치에서 통상적으로 10 % 미만이다. 섬유 시스템으로의 펌프광의 처리량을 극대화하기 위해서, 외부 반사기의 반사율은 가능한 낮도록 선택되는 것이 이상적이나, FBG 로 가는 레이저를 막고 간섭성 붕괴를 시작하기에 충분히 높아야 한다. 반면에, 너무 높은 반사율은 섬유내 출력전력을 감소시켜 섬유 커플링 효율의 감소를 가져올 수 있다. 또한, 매우 높은 반사율은 외부 반사기와 레이저 사이의 일정 분리된 거리에서 간섭성-붕괴 작동을 방지한다. 따라서, 시스템의 원하는 특성을 최적화시키도록 반사율을 선택해야한다는 것을 알 수 있다.

섬유를 통한 레이저 광의 전파는 섬유내 탈분극화를 가져올 수 있고, 섬유격자와 레이저사이의 거리는 탈분극 효과를 감소시키도록 감소되어야 한다. 반면에, 외부 반사기를 레이저에 가깝게 위치시키는 것은 좁은 선폭 작동 및/또는 모드-홉핑 불안정성 (mode-hopping instability) 을 가져올 수 있다.

도 3a 내지 도 3b 에 도시된 펌프 레이저 소스의 예에서, 반도체 게인소자는 금속유기화합물 기상증착법 (MOCVD) 을 사용한 갈륨아세나이드 (GaAs) 기판상에서 성장된 In_xGa_1-xAs 활성영역을 사용하여 제조된다. 활성영역은 두 섹션, 플레어형 증폭기 섹션에 결합된 배면내 좁은 단일모드 리쥐 (ridge) 도파로 섹션을 가진다. 전체 활성영역상에 단일금속 접속이 있고, 배면에 형성된 고반사율 코팅과 전면에 형성된 비반사 (anti-reflection) 코팅을 가지고 있다. 레이저는 980 ㎚ 근방에서 작동한다.

섬유 커플링을 가진 반도체 장치의 광-전류 (L-I) 특성측정이 도 12 에 도시되어 있다. 역치전류는 약 0.5 A 이고, 슬로프 효율은 2.12 A 의 전류에서 섬유를 통해서 약 525 mW 의 최대 연속적인 출력전력을 가진 약 0.5 W/A 이다.

레이저 출력은 약 1 ㎚ 의 3 dB 대역폭을 가지며 980 ㎚ 에서 약 10 % 의 반사율을 가지고 자외선-기록방식 (UV-written) 섬유 브래그 격자를 가진 단일모드 섬유와 결합된다. 레이저와 격자사이의 분리거리는 약 1 m 이다. 출력이 섬유에 결합되었을 때, 레이저는 섬유격자에 고정된다. 격자-고정식 (grating-locked) 레이저 출력의 스펙트럼을 섬유격자의 대역폭과 유사한 1 ㎚ 근방에서 측정하고, 그 스펙트럼이 도 13 에 도시되어 있다. 레이저에 피드백되는 광의 효과적인 분율은 분극제어기를 사용한 섬유를 꼬아서 조절가능하다. 레이저로 피드백되는 광의 실제 분율은 측정할 수 없다. 섬유를 통해 결합된 광의 최대 백분률은 56 % 이상이다.

측면 파필드빔 품질은 렌즈시스템 (320) 의 제 2 와 제 3 렌즈 (324,326) 사이에 위치한 얇은 (pellide) 빔-스프릿터를 사용하여 나뉘어진 레이저에서 나온 조준출력을 이미지화하여 측정한다. 파필드빔 품질을 섬유격자의 피드백과 함께 또는 섬유격자의 피드백없이 측정한 결과가 도 14 에 도시되어 있다. 이 품질은 약 80 mW 에서 섬유를 통해서 측정된다. 파필드빔 품질은 섬유격자 피드백으로 개선된다고 알려졌고, 파필드빔 프로화일내 넓은 가운데 정점의 약 5-10 % 증가된 전력은 회절제한된 중앙 로브내 유사한 증가를 가져온다. 레이저 파장을 섬유격자에 고정시키기 위한 충분한 섬유격자 피드백이 있을 때, 전력증가가 발생한다.

약 1485 ㎚ 에서 작동하는 또 다른 반도체 레이저 작동은 섬유격자에 고정되는 결과로서 출력빔 프로화일내 중앙 로브의 전력의 증가를 보여준다. 레이저는 약 0.75 A 의 역치전류를 가지고 40 % 이상의 커플링 효율에 대응하는 섬유를 통해서 525 mW 를 초과하여 결합된다. 이 레이저는 "매우 높은 전력의 1.48 ㎛ 반도체 레이저", A.Mathur 등저, Electronics Letters, vol.35, no.12, pp.983-985 와 "매우 높은 격자 안정화된 1480 ㎚ 플레어형 반도체 펌프 레이저", A.Mathur 등저, Tenth Optical Amplifiers and Their Applications, OSA Technical Digest (Optical Society of America), Washington D.C.,1999년,pp.263-266 두개를 참조하여 기재되어 있다.

그러므로, 간섭성 붕괴의 도입에 덧붙여, 중요한 결과는 섬유격자 피드백이 플레어형 반도체 레이저의 필드빔 품질을 향상시키는데 첨가된 장점을 가진다는 것이다. 이것은 더 높은 전력레벨에서 특히 중요한 섬유커플링 효율을 개선시키는 결과를 가져온다. 따라서 본 발명은 Delepine 등이 개시하고 상기 논의된 바와 같이, 고전력에서 섬유커플링 효율의 제한을 극복하거나 최소한 확장시키는데 있다.

만약 섬유가 다중모드 섬유라면, 커플링 효율은 일반적으로 반도체 게인소자의 출력으로부터 결합된 광의 분율로서 정의되거나 또는 다중 섬유인 유도모드로 정의된다. 레이저에서 섬유로 커플링 효율은 30 % 이상, 50 % 이상 또는, 커플링광이 충분히 회절제한에 가까우면 70 % 보다 더 클 수 있다.

섬유 피드백으로 제공되는 부가적인 장점은 개선된 파필드빔 품질을 고전력에서 레이저내 발생하는 필라멘테이션의 가능성을 줄일 수 있다. 이것의 한가지 가능성은 간섭성 상기 언급된 Lang 등이 논의한 바와 같이, 필라멘테이션을 이끄는 광학적 비선형성을 유도한다고 의심되는 간섭성 피드백에 반대하면서 붕괴하의 피드백은 비간섭성이라는 것이다.

도시된 특정 실시예에서, 레이저 (300) 에서의 출력 대역폭은 최소한 부분적으로 FGB (334) 의 반사율 대역폭에 의해서 결정된다. FGB 반사율의 대역폭은특정한 응용에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 희토류 도핑 섬유 증폭기를 펌핑하는데 사용되는 레이저 (300) 에서, FGB 반사 대역폭을 선택하여 레이저 (300) 에서 출력된 광의 대역폭을 도펀트 희토류 이온의 흡수 대역폭과 일치시키도록 한다.

외부 섬유격자에 의해 레이저 대역폭의 제어로 제공되는 다른 장점은 레이저는 섬유 증폭기를 펌핑하는데 사용되고, 섬유 증폭기를 펌핑하는 레이저의 작동전류와 작동온도의 변화에도 불구하고, 섬유증폭기의 흡수 스펙트럼에 관계된 펌프광의 스펙트럼의 안정성이 증가한다는 것이다. 종래 펌프 레이저에서, 전류변화 또는 온도변화에서 발생하는 출력 스펙트럼의 다양성은 광통신신호의 진폭내 요동을 발생시키는 펌프전력내 변화를 일으킬 수 있다. 간섭성-붕괴 레이저의 스펙트럼은 전적으로 FBG 에 의해 특정지워지기 때문에, 출력 스펙트럼의 온도 안정성은 레이저의 반도체 재료보다 온도에 10 배이상 덜 민감한 섬유재료에 의해 결정된다. 반면에, 종래 반도체 레이저는 통상적으로 온도 변화유도 모드홉핑과 긴기간 노화효과 등의 다양한 효과의 결과로 출력 스펙트럼의 변화에 종속된다. 그러므로, 종래 반도체 펌프 레이저는 특히 좁은 흡수 대역폭을 가진 활성화종인 희토류 도핑 증폭기를 펌핑시키는데 특정한 문제가 있을 수 있다.

렌즈 시스템 (320) 은 여러 렌즈를 가질 수 있고, 단일 렌즈를 포함할 수 있다. 렌즈 시스템 (320) 은 레이저에서 발생하는 광 (310) 을 섬유 (330) 으로 전달하는데 사용된다. 레이저 (300) 에서나온 출력 (310) 은 비점수차 (astigmatic) 이다. 렌즈 시스템 (320) 이 수직면에서 수직 한정 도파로 (314)의 출력을 섬유중심으로 이미지화하고, 수평면에서 지수유도 채널 (304) 의 단부 (312) 에서 섬유 (330) 의 중심으로 이미지화함으로써 비점수차를 수정할 때, 고광학 커플링 효율이 발생한다. 이 초점상태는 또한 FBG (334) 에 반사되는 효율적인 광을 채널 (304) 에 효율적으로 결합시키는 결과를 가져온다. 채널 (304) 에 도달하기 전에 플레어형 증폭기 섹션 (302) 을 통해서 FGB (334) 에서 피드백된 광이 이미지화된다.

수평면과 수직면의 이미지화용 초점면은 서로 바꾸어 배치되기 때문에, 레이저 (300) 에서 나온 광 (310) 은 비정수차를 가진다. 더욱이, 도 3a 에 도시된 x-z 면, 반도체 접합과 평행한 수평면내 발산각은 도 3b 내 도시된 y-z 면, 접합에 수직한 면에서의 발산각과는 다르다. 따라서, 렌즈 시스템이 도넛형 (toroidal) 초점전력을 가진 초점원소를 갖는 즉, y-z 평면내 초점전력과는 서로 다른 x-z 평면내 초점전력을 갖을 것을 필요로 하는 서로 다른 평면에 대해서는 렌즈 시스템 (320) 은 서로 다른 초점전력을 가져야만 한다. 따라서, x-z 평면내 곡율의 제 1 반경과 y-z 평면내 곡율의 제 2 반경을 가진 표면을 가진 렌즈는 도넛 초점 전력을 가진다. 곡율의 반경 중 하나가 무한대인 실린더형 렌즈는 도넛 초점전력을 가진다고 고려된다.

도 3a 와 도 3b 에 도시된 렌즈 시스템 (320) 은 다중 렌즈 시스템이다. 제 1 렌즈 (322) 는 y-z 평면내 출력을 조준하는데 사용되는 실린더형 렌즈이다. 제 2 렌즈 (324) 는 x-z 평면내 출력을 조준하는데 사용되는 실린더형 렌즈이다. 제 3 렌즈는 조준된 광 (328) 을 섬유 (330) 의 중심으로 초점을 맞추는 구형렌즈또는 비구형렌즈 등의 통상적으로 비도넛형 렌즈이다. 수평방향으로 빔 (310) 의 폭은 제 2 와 제 3 렌즈 (324,326) 사이에서 수직방향으로의 빔 (310) 의 폭과 거의 동일하도록, 렌즈 시스템 (320) 을 배열할 수 있다.

예를 들어 도 4 에 도시된 단일 렌즈 (420) 를 사용하는 다른 렌즈 시스템을 사용할 수 있다. FUR 에서 나온 초점광 또는 조준광에 적합한 도넛 표면을 가진 단일 렌즈는 본 출원에 참고로 기재되고 공통적으로 부여된, 미국특허 제 5,790,576 호에서 논의된다. 서로 다른 렌즈 구성과 렌즈 조합은 광섬유와 FUR 레이저사이에서 효율적인 광학적 커플링을 얻는데 사용될 수 있다. 따라서, 용어 "렌즈 시스템" 의 사용은 렌즈의 수 또는 형태에 제한을 주려는 것이 아니고, FUR 레이저로 부터 나온 광을 광섬유에 결합시키는데 사용되는 모든 광학적 시스템도 포함하려는 것이다.

지수유도 채널 (304) 은 함께 생략될 수 있다. 도 11 은 렌즈 시스템 (1120) 을 통해서 섬유 (1130) 으로 출력을 결합하는 반도체 레이저 (1100) 를 도시한다. 레이저 (1100) 는 플레어형 게인섹션 (1102) 을 포함한다. 플레어형 게인섹션 (1102) 은 후단부 (1106) 보다 출력단부 (1108) 에서 더 넓다. 통상적으로 후단부 (1106) 상에 고반사 코팅과 출력단부 (1108) 상에 비반사 코팅이 있다. 출력단부 (1108) 를 통해 전송된 광 (1110) 은 렌즈 시스템 (1120) 으로 섬유 (1130) 의 입력단부 (1132) 로 결합된다. 섬유 (1130) 에 간섭성 붕괴용 피드백을 제공하기 위해서 FBG (1134) 를 제공한다. 섬유 (1130) 는 단일모드 중심 (1136) 을 가진다. 그러므로, 섬유중심 (1136) 에서 전송되고 FBG (1134)에서 되반사되어 레이저 (1100) 를 향하는 광은 공간적으로 필터링되어 단일 수평모드가 된다. 따라서, 단일모드 섬유 (1130) 는 레이저 (1100) 의 공간모드상 제어를 제공하지만 격자 (1154) 는 레이저 출력의 스펙트럼 특성의 제어를 제공한다. 최적화 효율을 위해서, 렌즈 시스템 (1120) 은 수평면상 섬유의 입력단부 (1132) 에서 나오는 광을 레이저 (1100) 의 후단부 (1106) 에 초점을 맞추어, 후단부 (1106) 의 근처에 허리모양으로 형성한다. 수직면상의 렌즈 시스템 (1120) 은 섬유의 입력단부에서 나오는 광을 레이저 (1100) 의 출력면 (1108) 에 초점을 맞춘다. 이 배열의 결과는 단일 공간출력 모드의 제어를 제공하는 원소, 섬유 (1130) 는 레이저 (1100) 에서 분리된다는 것이다.

횡축모드 선택는 또한 렌즈 시스템에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 시스템은 더 높은 크기모드를 필터링하는 핀-홀 또는 다른 구멍을 포함할 수 있다. 렌즈 시스템은 또한 공간필터를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 부분적으로 반사하는 투명한 영역을 가지고 다른 영역은 불투명한 렌즈 시스템의 초점이 위치한 평판이 있을 수 있다. 이러한 평판은 횡축모드를 필터링하는데 사용할 수 있다.

따라서, 횡축모드 선택을 렌즈 시스템내에 또는 섬유내에 게인원소에 제공할 수 있다. 게인원소상 횡축모드 선택은 단일모드 채널등의 지시유도 채널로 플레어형 게인구역에 결합하는 것을 제공할 수 있다. 횡축모드 선택은 섬유의 중심 예를 들어, 단일모드 섬유의 단일모드 중심으로써 제공될 수 있다. 횡축모드제어는 두개이상의 게인원소, 렌즈 시스템 그리고 섬유의 조합으로 제공될 수 있다.

간섭성-붕괴 레이저 소스의 다른 실시예는 도 5 에 도시되어 있다. 레이저 소스 (500) 는 렌즈 시스템 (520) 에 의해서 제 1 섬유 (530) 에 결합된 FUR 레이저 (501) 를 포함한다. 상기 제공된 예와는 다르게, 본 실시예에서 제 1 섬유 (530) 내부에서 반사하는 원소는 없다. 대신에, 제 1 섬유 (530) 에 효과적으로 연결되는 커플러 (532) 는 제 1 섬유 (530) 에서 나온 광을 제 2 섬유 (534) 로 결합시키는데 사용된다. 제 2 섬유 (534) 는 FBG (536) 등의 반사원소를 포함한다. 반사원소 (536) 로 반사되는 광은 커플러 (532) 와 제 1 섬유 (530) 를 통해서 레이저 (501) 로 피드백된다. 반사원소 (536) 의 반사율과 레이저 (501) 와 반사원소 (536) 사이의 분리거리는 레이저 (501) 이 간섭성 붕괴영역내에서 작동되는 것을 확인하기 위해서 선택될 수 있다. 본 실시예의 장점은 반사원소 (536) 의 반사율 또는 대역폭 은 레이저 (501) 에 관계된 섬유 (530) 의 정열의 필요없이 변화될 수 있다.

본 발명은 레이저 (501) 로의 피드백이 낮을 때 특히 유용하다. 부분적으로 낮은 FBG 반사율을 측정하는데 어려움이 있기 때문에, 특히 낮은 반사율값을 가진 FBGs 를 제조하는데 어려움이 있다. 본 실시예는 상대적으로 고반사율을 가진 FBG (536) 의 사용을 허락하여 제조하기가 더 쉽고, 또한 제 1 섬유 (530) 에서 나온 광의 작은부분을 제 2 섬유 (534) 에 적접 연결하는 커플러 (532) 를 사용하여 낮은 피드백을 달성한다. 커플러 (532) 에 의해 제 2 섬유 (534) 에 결합된 광의 량을 제어하는데 상대적으로 직접적이기 때문에, 본 실시예는 피드백의 낮은량을 제공한다.

제어기 (540) 를 통상적으로 레이저 소스 (500) 에 부착시킨다. 제어기는 전류를 레이저 (501) 에 제공하는 전원으로서 작동할 수 있다. 제어기는 레이저 (501) 의 작동온도를 또한 안정화시킬 수 있다. 예를 들어, 레이저 (501) 는 레이저 (501) 를 특정작동온도 까지 냉각시키기 위한 제어기 (540) 로 작동하는 열전기 냉각기를 포함할 수 있다.

제 1 섬유 (530) 는 제 2 커플러 (552) 에 의해서 광학적으로 섬유 증폭기 (550) 에 연결되어 있다. 섬유 증폭기 (550) 는 예를 들어, 광통신섬유 링크의 일부일 수 있다. 섬유 증폭기 (550) 는 희토류 도핑 섬유, 라만섬유 증폭기, 또는 다른 형태의 섬유 증폭기일 수 있다. 섬유 증폭기 (550) 는 섬유 증폭기 (550) 가 멀리서 펌핑되는 경우에 커플러 (552) 에서 긴거리로 분리될 수 있다.

간섭성-붕괴, 플레어형 게인 반도체 레이저의 다른 응용은 섬유 레이저를 도 6 에 도시된 바와 같이 펌핑하는 것이다. 레이저 시스템 (600) 은 렌즈 시스템 (620) 을 통해서 섬유 (630) 에 광학적으로 결합되는 출력 (610) 을 가진 FUR 레이저 (601) 를 포함한다. 섬유 (630) 는 레이저 (501) 에 의해서 발생하는 펌프광의 파장 (λp) 에서 반사를 제공하는 제 1 FBG (632) 를 포함한다. 제 1 FBG (632) 는 레이저 (601) 가 간섭성-붕괴 영역내에서 작동하는 것을 가능하게 한다. 섬유 (630) 는 또한 섬유 레이저의 파장 (λf) 에서 반사율을 각각 제공하는 두개의 FBGs (634,636) 를 포함한다. 제 1 레이저 FBG (634) 는 섬유 (630) 를 통해서 레이저 (601) 를 향하여 뒤로가는 (λf) 의 광을 방지하기 위한 고반사율 FBG일 수 있다. 제 2 레이저 FBG (636) 는 통상적으로 제 1 레이저 FBG (634) 의 반사율 보다 낮은 반사율을 갖고, 섬유 레이저 출력 커플러로서 작동한다. 두개의 레이저 FBGs (634,636) 사이에 레이저 섬유 (638) 의 섹션은 통상적으로 에르븀, 이트륨, 또는 몇몇 다른 도핑가능한 레이저 종 등의 희토류 재료로 도핑된다. 레이저 섬유 (638) 의 섹션은 또한 1개이상의 레이저 종으로 함께 도핑될 수 있다.

간섭성-붕괴, 플레어형 게인 반동체 레이저의 다른 응용은 도 7a 에 도시된 바와 같이 캐스케이드 라만 공진기 (CRP; cascaded Raman resonator) 를 펌핑하는 것이다. 캐스케이드 라만 공진기는 미국특허 제 4,036,106 호, 제 5,323,404 호, 및 제 7,778,014 호에 개시된 것을 여기서 참조하였다. 레이저 시스템 (700) 의 출력 (710) 은 렌즈 시스템 (720) 을 통해서 섬유 (730) 에 광학적으로 결합되는 FUR 레이저 (701) 을 포함한다. 섬유 (730) 는 레이저 (701) 에 의해 발생하는 펌프광의 파장 (λp) 에서 반사를 제공하는 제 1 FBG (732) 를 포함한다.

또한 섬유는 섬유중심의 스토크스 이동으로써 펌프파장 (λp) 에서 분리된 제 1라만파장 (λa) 에서의 반사율을 제공하는 두개 FBGs (734,736) 의 제 1 세트를 포함한다. 따라서, 충분한 펌프전력이 λa 용 공진기내에 존재한다면, FBGs (734,736) 사이에서 형성된 제 1 라만 공진기 내에서 λa 에서 진동이 발생한다.

또한 섬유는 FBGs (734,736) 제 1 세트사이에 적층된 FBGs (738,740) 제 2 세트를 포함하고 , 이 제 2 세트 FBGs 는 섬유중심의 스토크스 이동에 의해서 λa 에서 분리된 λb 에서 반사율을 제공한다. 따라서, λb 는 2개의 스토크 이동에 의해서 λp 에서 분리된다. 라만 공동내에 λa 의 파장의 광이 제 2 라만공진기의 역치를 극복할 정도로 충분히 강도가 높게 다달았을 때, FBGs (738,740) 사이에서 형성된 이 제 2 라만 공진기는 진동한다.

스토크스 이동과 동일한 량만큼 전 공진기와는 다른 파장에서 작동하는 연속적인 공진기를 서로서로의 내부에서 적층시켜, 부가적인 라만 공진기를 첨가할 수 있다. 라만 섬유 공진기의 길이는 펌프전력의 레벨상에 의존한다.

카세이드 라만 진공기는 물리적으로 서로서로에 적층되는 것이 필요하지 않다. 예를 들어, FBG (740) 을 FBGs (734,736) 사이에 형성된 제 1 라만 공진기의 외부에 배치할 수 있다. 그러나, 진동의 발생을 가능하게 하는 충분한 라만 게인을 제공하기위해서 라만 공진기 사이에서 충분히 겹치는 것이 중요하다. 제 2 라만 공진기가 제 1 라만 공진기내에 포함되어 있을 때 최대효율에 다다른다.

도 7a 에 도시된 실시예에서, 간섭성 붕괴 영역내 펌프 레이저 (701) 의 작동을 확인하기 위해서 λp 에서 반사율을 제공하는 제 1 FBG (732) 는 레이저 (701) 에서 카세이드 라만 공진기의 측면상에 위치한다. 이것은 이 경우에는 필요하지 않고, 제 1 FBG (732) 를 예를 들어, 도 7b 에 도시된 바와 같이 레이저 (701) 의 출력에 더 가깝게 위치시킬 수 있다. 제 1 FBG (732) 용으로 선택된 반사율은 제 1 FBG (732) 의 위치상에 의존한다. 예를 들어, 만약 제 1 FBG (732) 는 도 7b 에 도시된 바와 같이 구성에서 레이저 (701) 의 약 0.1 내지 1 m 사이에 위치한다면, 격자 반사율 값은 간섭성 붕괴 모드내 작동을 확인하는데 충분히 낮도록 선택될 수 있다.

단일 신호 펌프 레이저는 1개이상의 섬유장치를 펌핑하는데 사용될 수 있다.상기 기재된 실시예는 단일 섬유장치를 펌핑하는 단일 신호 펌프 레이저를 도시한다. 그러나, 단일 신호 펌프 레이저가 다중섬유장치에 사용될 수 있듯이 예를 들어, 제 1 FBG (732) 와 격자 (734) 사이에 위치한 커플러는 레이저 (701) 에서 나온 광의 분율을 제 2 라만 레이저에 또는 몇몇 다른 섬유장치에 결합시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 레이저 (701) 에서 나온 출력은 2개이상의 섬유장치일 수 있다.

더욱이, 다중 펌프 레이저에서 나온 출력은 다중펌프소스내 섬유장치를 펌핑하기위해서 단일섬유내부에서 결합될 수 있다. 이러한 배열은 예를 들어, 섬유장치에 제공되는 펌프전력을 증가시키거나, 또는 단일펌프소스에서는 얻어질 수 없는 특정 스펙트럼을 가진 펌프광을 제공하는 특정 장점을 제공한다. 다중 펌프 레이저는 다중섬유장치를 펌핑하는데 사용될 수 있다. 이하에 기재된 이 실시예는 다중펌프레이저가 섬유장치를 펌핑하는데 사용될 수 있는 몇가지의 방법으로 논의된다. 특정예는 펌프레이저와 함께 사용될 수 있는 몇몇 구성을 도시하기 위한 것이고, 가능한 구성에 제한을 두지 않는다. 이하에 기재된 이 실시예는 도시된 바와 같이 서로 다른 섬유장치와 함께 사용될 수 있다.

이용가능한 펌프전력 때문에 그리고 여분의 펌프레이저의 결과로 증가된 신뢰성때문에 다중 펌프 레이저는 희토류 도핑 섬유장치에 장점을 가진다. 다중 펌프 레이저는 유사한 이유로 라만-기초 섬유장치를 펌핑하는데 장점이 있고, 또한 다중 펌프 파장의 사용이 전체적인 펌프광 스펙트럼이 변경제작되거나 동적으로 제어하도록 허가한다.

도 8 에 도시된 다중 레이저 소스의 조합은 예를 들어, 섬유레이저 또는 섬유증폭기 등의 1개이상의 섬유 장치를 펌핑하는데 사용될 수 있다. 도시된 방법은 임의의 개수의 펌프 레이저를 사용할 수 도 있고, N 펌프 레이저 (801a, 801b, ...801n) 를 도시한다. 각각의 레이저 (801a, 801b, ...801n) 에서 나온 광 (810) 은 각각의 렌즈 시스템 (820) 으로써 각각의 섬유 (830) 로 초점을 잡는다. 각 섬유 (830) 은 각각의 레이저 (801a, 801b, ...801n) 를 제어하여 각각의 파장 (λ1, λ2, ...λN) 에서 간섭성-붕괴에서 작동시키기 위한 FBG (823a, 823b, ...823n) 를 포함한다. 각각의 파장 (λ1, λ2, ...λN) 의 몇몇, 또는 전부는 동일하거나 또는, 서로 다를 수 있다. 각각의 펌프 레이저 (801a, 801b, ...801n) 에서 나온 광의 조합, 또는 펌프 레이저 (801a, 801b, ...801n) 의 서브조합을 포함하는 출력을 제공하기 위해서 서로 다른 레이저 (801a, 802b, ...801n) 에서 나온 광은 결합기 (840) 내부에서 결합된다. 결합기 (840) 는 예를 들어, 별모양 광커플러 (star coupler), WDM 커플러, y-커플러의 적층 등의 적당한 형태의 결합기일 수 있다.

결합기 (840) 은 단일출력을 가질 수 있고 또는, 다중 출력을 가질 수 있다. 도시된 실시예는 각각의 커플러 (851a, 852b, ...852m) 를 통해서 각각의 섬유장치 (852a, 852b, ...852m) 에 광학적으로 연결되는 M개의 다른 출력 섬유 (850a, 850b, ...850m) 에 공급되는 M개의 출력을 갖는다. 섬유장치 (852a, 852b, ...852m) 는 예를 들어, Fabry-Perot 또는 DFB 섬유 레이저, 또는 적어도 광통신 시스템에 결합될 수 있는 섬유 증폭기를 포함하는 섬유레이저일 수 있고 또는 섬유레이저와 섬유 증폭기의 조합일 수 있다. 출력 섬유 (850a, 850b, ...850m) 자신들이 섬유장치를 포함하여 예를 들어, 커플러 (840) 에서 나온 출력이 직접 여러개의 섬유 레이저에 전달될 수 있도록 한다.

또한, 1개이상의 섬유장치 (850a, 850b, ...850m) 는 분포 피드백 (DFB) 섬유 레이저일 수 있다. DFB 섬유레이저의 구조는 예를 들어, 거울 또는 브래그 격자를 사용하여 국부적 피드백을 제공하던 종래의 레이저와는 다르다. DFB 섬유레이저는 예를 들어, 희토류 도핑 섬유의 여기가능 섬유를 포함한다. 도핑섬유는 FBG 로 겹쳐써서, 레이저 게인영역을 섬유격자를 통과하여 확장되도록 한다. DFB-FBG 는 출력파장의 안전성을 증가시키기 위해서 격자를 따라서 통상적으로 λ/4 위상이동부분을 갖고있다. 섬유 DFB 에 의해 제공되는 장점은 모드가 예를 들어, 모드홉핑을 격는 Fabry-perot 섬유 레이저보다 더 안정하다는 점이다. 통상적으로, 몇 ㎝ 보다 더 긴 길이를 가진 FBG 를 발생하는데 어려움이 있기 때문에, 섬유 DFB 레이저는 출력전력이 제한되고, 또한 DFB 섬유 레이저는 전력을 증폭시키기 위해서 섬유 증폭기 섹션 다음에 따라올 수 있다.

섬유 FBG 를 사용하는 섬유 DFB 레이저와 Fabry-Perot 레이저는 예를 들어, 격자를 포함하는 섬유부분을 늘림으로써 조절될 수 있다. 섬유매체 분극유지일 수 있고 또는, 비분극유지일 수 있다.

도 9a 에 도시된 실시예에 나타난 바와 같이 다중 레이저는 다중 섬유레이저를 펌핑하는데 사용될 수 있다. 여기서, 펌프광은 파장 멜티플렉서내에서 결합된다. 4개 펌프 레이저가 도시되었지만, 다른 펌프레이저가 사용될 수 있는 것으로 이해된다.

펌프 레이저 (901a, 901b, 901c 및 901d) 에서 나온 광 (910) 은 각각의 렌즈 시스템 (920) 에 의해서 섬유 (930) 에 각각 결합될 수 있다. 섬유 (930) 은 레이저 (901a, 901b, 901c 및 901d) 를 제어하여, 각각의 파장 (λ1, λ2, λ3 및 λ4) 에서 간섭성-붕괴영역에서 작동시키는 FBGs (932a, 932b, 932c 및 932d) 를 포함한다. 각각의 레이저 (901a, 901b, 901c 및 901d) 에서 출력은 파장 (λ1, λ2, λ3 및 λ4) 에서 광을 포함하는 출력 (938) 내 광을 제공하기 위해서 WDM 합성기 (940) 내에서 합성된다.

출력 (938) 에서 나온 광은 예를 들어, 커플링 섬유 (950a, 950b 및 950c) 중 1개이상의 커플링 격자가 각각의 커플러 (951a, 951b 및 951c) 를 통하여 섬유장치 (952a, 952b 및 952c) 로 전달된다. 3개의 섬유격자 (952a, 952b 및 952c) 가 도시되어있으나, 출력 (938) 에서 나온 광은 다른 섬유장치 (952) 연결될 수 있다고 이해된다. 섬유장치 (952) 는 라만-기초 장치 또는 희토류 도핑 섬유장치 등의 활성가능한 섬유장치일 수 있다. 예를 들어, 섬유장치 (952) 는 광통신 시스템에서 수신된 신호를 증폭시키도록 결합시킨, 라만 활성가능한 섬유의 길이를 구성하는 라만 증폭기일 수 있다. 펌프광의 스펙트럼을 원하는 스펙트럼으로 변경할 수 있기 때문에 이러한 배열은 장점을 가지고 있다.

예를 들어, 불연속의 파장에 따라서 작동하는 펌프소스를 제공하기 때문에, 본 실시예는 게인 균일화 (gain equalization) 의 장점을 가지고 있고, 각 파장에 대한 파워레벨은 다른 파장에서 전력레벨에 대해서 독립적으로 조절가능하다.게인 균일화는 아마도 펌프광 스펙트럼을 특정 스펙트럼 프로화일로 변경하고, 펌프전력고갈을 보상하고, 다이내믹 펌프제어를 하는 장점이 있다. 예를 들어, 도 9b 를 참조하여 더 설명된 바와 같이, 이 실시예는 라만 시스템을 펌핑하는 장점이 있을 수 있다. 라만 게인 프로화일은 펌프 파장과 각각 관계되어 있다. 도면은 2개의 다른 펌프파장 (λ1,λ2) 과 관계된 2개의 라만 게인 프로화일 (G1,G2) 을 도시한다. 단지 2개의 게인 프로화일 (G1,G2) 만이 확실하게 도시된다. 4개의 펌프 파장 (λ1, λ2, λ3 및 λ4) 를 가진 펌프소스는 각각의 펌프파장의 게인 프로화일의 조합한 총 게인 프로화일을 제공할 것으로 이해된다.

각각의 라만 게인 프로화일 (G1,G2) 의 형태는 본질적으로 동일하지만, 이 프로화일들은 펌프파장 (λ1,λ2) 사이의 차이만큼 분리되어 있다. 총 라만게인 프로화일 (Gt) 은 펌프 파장 각각과 연결된 게인 프로화일의 합이다. 그러므로, 예를 들어, Gt=G1+G2 이다. 펌프파장을 적절히 선택하여, 각각의 라만 게인 프로화일은 라만게인내에 비균일성을 매끄럽게 하기 위해서 위치한다. 예를 들어, 총 게인 프로화일 (Gt) 은 각각의 프로화일 (G1,G2) 보다 더 매끈하다. 따라서 라만 증폭기 또는 공진기내의 전체 라만 게인은 특별 파장범위에서 상대적으로 평탄하게 변경될 수 있다. 다중 펌프 파장은 라마게인을 넓히는데 사용될 수 있는데, 총 게인 프로화일 (Gt) 은 단일 각각 라만 게인 프로화일 보다 더 넓은 대역폭을 가진다. 다중 독립 펌프소스를 사용하여 증가된 펌프 대역폭, 더 평탄한 게인 프로화일을 제공하고, 라만게인의 다이내믹 제어를 가능하게 한다.

다중 레이저를 사용한 다른 실시예는 도 10 내에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 가까운 한쌍의 레이저에서 나온 광은 다른 레이저 쌍에서 나온 광과 이 단계에서 결합된다. 본 실시예에서 4개의 레이저 시스템으로 도시되어 있지만, 다른 레이저들도 사용될 수 있다. 4개의 레이저 (1001a, 1001b, 1001c 및 1001d) 각각은 각각의 파장 (λ1, λ2, λ3 및 λ4) 에서 광을 출력한다. 2개의 제 1 레이저 (1001a,1001b) 에서 나온 광 (1010) 은 출력섬유 (1046) 내의 (λ1, λ2) 에서의 광결합을 제공하기 위해서 제 1 결합기 (1040) 내에서 결합된다. 한 쌍의 제 2 레이저 (1001c,1001d) 에서 나온 광은 출력섬유 (1048) 내의 (λ3, λ4) 에서의 광결합을 제공하기 위해서 제 2 결합기 (1042) 내에서 결합된다. 2개의 결합기 (1040,1042) 에서 나온 광은 4개의 모든 파장 (λ1, λ2, λ3 및 λ4) 를 포함하는 섬유 (1050) 내의 광출력을 제공하기 위해서 제 3 결합기 (1044) 내에서 결합될 수 있다.

본 실시예 그리고 다른 다중 레이저의 실시예의 중요한 장점은 신뢰할 수 있고 긴기간 작동을 가능하게 하는, 섬유 시스템으로 만들어지는 반복을 가능하게 한다는 점이다. 레이저는 서로 다른 파장에서 작동하는 것은 필요하지 않다. 실패한 레이저를 대신하기 위해서 남겨진 나머지 레이저로, 섬유장치를 펌핑시키기위해서 4개의 레이저보다 더 적은 충분한 전력일 수 있다. 몇몇 레이저 (1001a...1001d) 는 예를 들어, 다른 파장에서 작동하는 2개의 레이저 등의 시스템에 내장된 잉여정도에 따라서로 다른 파장에서 작동할 수 있고, 각각의 레이저는 각각의 동일한 파장에서 백업작동을 할 수 있다.

상기에서 제공된 다양한 예에서, 본 발명은 특정예에 한정되지 않는다.예를 들어, 상기된 실시예에서, 반도체 레이저는 InGaAs/GaAs 및 InGaAsP/InP 장치를 포함하지만 제한되지는 않는 어떤 적절한 반도체 재료에 기초할 수 있다. 섬유격자는 만약 두 단부가 아니라면 1개이상의 단부에서 스펙트럼 측면로브를 제거하는 것이 것이 자명할 수 있다. 또한 섬유격자는 처핑 (chirping) 될 수 도 있다. 어느 실시예에서 어느 섬유격자도 예를 들어 섬유를 기계적으로 스트레칭하거나 또는 열팽창/수축을 통해서 변경될 수 있다. 또한, 섬유의 입구면은 평탄할 수 있고 또는 렌즈처럼 작용하여 굴곡질 수 도 있다. 섬유의 입구면은 광축을 따라 불필요한 반사의 피드백을 방지하기 위해서 광축에 대해서 얇은 각에서 형성입 수 있다.

상기되었듯이, 본 발명은 반도체 레이저에 응용가능하다. 여러가지로 다양하게 응용할 수 있고, 섬유증폭기를 펌핑하는데 적절한 회절제한, 고전력, 회절제한 레이저 출력을 제공하는데 특히 유용하다고 생각되어 진다. 따라서, 본 발명은 상기 기재된 바와 같이 특정예에 제한되는 것으로 간주되는 것이 아니라, 오히려 첨부된 청구범위에 명료하게 나열된 것 처럼 본발명의 모든 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에 응용될 수 있는 수많은 구성뿐만이 아니라 다양하게 변형, 동일한 방법이 본 명세서에 직접 관련되어 있다는 것은 당업자에게는 명백하다. 청구범위는 이러한 변형과 장치를 포함하도록 의도되었다.

Claims

플레어형 게인섹션의 넓은 단부가 게인소자의 앞출력면에 결합되고, 광학적 공동이 배면과 상기 출력면사이에 형성되는, 상기 배면 및 상기 플레어형 게인섹션을 가진 반도체 게인소자;

상기 반도체 게인소자내에서 증폭된 광의 파장에서 반사율을 제공하기 위한 반사지수격자가 광섬유내에 형성되어 있고 제 1 단부를 갖는 상기 광섬유; 및

상기 게인소자의 앞면에서 나온 광을 상기 광섬유의 상기 제 1 단부내부로 광학적 결합하기 위해서 배치된 광커플링 시스템를 포함하고,

상기 반사지수는 상기 반사율을 가지고 상기 반도체 게인소자로부터 떨어져서 배치되며, 상기 반사율과 상기 반도체 게인소자로부터 떨어져 배치되는 상기 거리는 펌프소스의 간섭성 붕괴작동을 위해서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 펌프소스.
제 1 항에 있어서,

상기 광커플링 시스템은 상기 반도체 게인소자의 결합에 평행한 면에서, 상기 광섬유의 상기 제 1 단부에서 나온 광을 상기 플레어형 게인섹션 좁은 단부에 가까운 영역에 초첨을 맞추도록 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 펌프소스.
제 1 항에 있어서,

상기 광섬유는 분극유지섬유인 것을 특징으로 하는 반도체 펌프소스.
제 1 항에 있어서,

상기 광커플링 시스템은 도넛형 초점전력을 가진 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 펌프소스.
제 1 항에 있어서,

상기 광섬유는 여기가능한 섬유게인 매체에 결합된 것을 특징으로 하는 반도체 펌프소스.
제 1 항에 있어서,

상기 반사지수격자는 선택된 반사 대역폭내의 광을 반사하고, 상기 반도체 펌프소스에서 나온 광은 상기 반사 대역폭과 거의 동일한 스펙트럼 대역폭을 가진 것을 특징으로 하는 반도체 펌프소스.
제 1 항에 있어서,

상기 게인소자로부터 상기 광섬유에 결합된 광의 분율은 상기 반사지수격자로부터 상기 게인소자으로의 상기 피드백에 의해 강화되는 것을 특징으로 하는 반도체 펌프소스.
광학적 게인소자가 제 1 단부와 출력단부사이에 배치되고, 광학적 게인영역의 폭은 상기 제 1 단부보다 상기 출력단부에서 크고, 상기 제 1 단부와 상기 출력단부를 가진 반도체 게인소자;

입력단부를 갖고, 상기 반도체 게인소자의 상기 광학적 게인영역내에서 증폭된 광의 파장에서 반사율을 제공하기 위해서 파장-선택 반사기를 포함하는 광섬유; 및

상기 게인소자의 출력단부에서 나온 광을 상기 광섬유의 상기 입력단부로 광학적으로 결합시키기 위해서 배치된 광커플링 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 광학적 게인영역의 출력단부의 폭은 상기 광학적 게인영역의 상기 제 1 단부의 폭보다 30 % 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 광학적 게인영역의 상기 출력폭은 10 ㎛ 보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 파장-선택 반사기는 상기 광섬유내 브래그 섬유격자인 것을 특징으로하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 파장-선택 반사기의 상기 반사율값과 상기 출력단부와 상기 파장-선택 반사기사이의 분리거리는 상기 게인소자에서 나온 광출력의 간섭성붕괴를 유도하도록 선택된 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 12 항에 있어서,

상기 파장-선택 반사기의 상기 반사율값은 10 % 미만인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 12 항에 있어서,

상기 출력단부와 상기 파장-선택 반사기사이의 분리거리는 0.5 m 내지 2 m 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 광섬유는 상기 분극유지 단일모드섬유인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 광섬유는 상기 여기가능 섬유매체에 광학적으로 결합되는 제 2 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 16 항에 있어서,

상기 여기가능 섬유매체는 희토류 도핑 섬유인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 17 항에 있어서,

상기 여기가능 섬유매체는 희토류 도핑 섬유 레이저인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 17 항에 있어서,

상기 여기가능 섬유매체는 희토류 도핑 섬유 증폭기인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 16 항에 있어서,

상기 반도체 게인소자의 상기 출력단부는 상기 여기가능한 섬유매체내 라만게인을 유도하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 20 항에 있어서,

상기 여기가능 섬유매체는 상기 섬유라만 증폭기인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 20 항에 있어서,

상기 여기가능 섬유매체는 섬유라만 공진기인 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 22 항에 있어서,

상기 여기가능 섬유매체는 상기 캐스케이드형 라만 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 16 항에 있어서,

상기 여기가능 섬유매체에 결합된 섬유광통신 네트워크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 광커플링 시스템은 상기 도넛형 초점전력을 가진 1개이상의 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 25 항에 있어서,

전원의 상기 도넛형 초점전력을 가진 1개이상의 소자는 도넛형 표면 프로화일을 가진 반사표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 광학적 게인영역은 상기 게인소자의 제 1 단부에서 1개의 단부를 가진 상기 지수유도 채널과 상기 게인소자의 출력단부의 넓은 단과 지수유도 채널의 다른 단에 연결된 좁은 단을 가진 테이퍼 게인영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 반사지수격자는 선택된 반사 대역폭내에서 광을 반사하고, 상기 반도체 펌프소스에서 나온 광은 반사 대역폭과 거의 동일한 스펙트럼 대역폭을 가진 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 게인소자에서 상기 광섬유에 결합된 광의 분율은, 상기 반사율지수격자에서 상기 게인소자에 피드백으로써 강화되는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
제 8 항에 있어서,

상기 게인소자로 흐르는 공급전류에 결합되고 상기 게인소자온도를 안정화시키도록 결합된 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 광소스.
광섬유 시스템으로서,

제 1 단부와 출력단부를 가진 제 1 반도체 게인소자, 상기 제 1 단부와 출력단부 사이에 배치된 광학적 게인영역 및 상기 제 1 단부보다 출력단부에서 더 큰 광학적 게인영역의 폭을 가진 제 1 펌프레이저;

상기 반도체 게인소자의 상기 광학적 게인영역내에서 증폭된 광의 파장에서 반사율을 제공하기 위해서 입력단부를 가지고 주파수-선택 반사기를 포함하는 제 1 광섬유; 및

상기 게인소자의 출력단부에서 나온 광을 상기 제 1 광섬유의 입력단부로 광학적으로 결합하기 위해서 배치된 제 1 렌즈시스템을 포함하고,

제 1 여기가능 섬유매체가 상기 제 1 광섬유에서 나온 펌프광을 수신하도록 결합된 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 31 항에 있어서,

상기 제 1 여기가능 섬유매체를 통해서 광신호에 전달된 광신호전송유닛과, 상기 제 1 여기가능 섬유매체를 통해서 전파한 후에 광신호를 검출하기 위해서 결합된 상기 광신호검출유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 32 항에 있어서,

서로 다른 파장에서 작동하는 복수의 광전송기와 상기 복수의 광전송기로부터 나온 광신호를 수신하도록 결합된 다중기를 포함하고, 상기 다중기는 다중출력신호를 상기 제 1 여기가능섬유 매체에 전달하도록 결합한 출력을 가진 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 32 항에 있어서,

상기 광신호 검출기는 제 1 여기가능 섬유매체에서 다중신호를 수신하도록 결합된 분리기와 상기 분리기에서 나온 분리신호를 수신하기 위해서 결합된 복수의 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 31 항에 있어서,

상기 제 1 광여기가능 섬유매체는 라만게인매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 35 항에 있어서,

상기 제 1 광여기가능 섬유매체는 라만증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 35 항에 있어서,

상기 제 1 여기가능 섬유매체는 라만레이저인 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 31 항에 있어서,

상기 제 1 여기가능섬유 매체는 희토류도핑 섬유증폭기인 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 31 항에 있어서,

상기 제 1 여기가능섬유 매체는 희토류 도핑 섬유레이저인 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 31 항에 있어서,

제 2 광섬유를 가진 제 2 펌프레이저, 제 2 광섬유를 따라 전파하며 제 2 펌프레이저에 의한 광출력을 더 포함하고, 상기 제 1 펌프레이저 및 제 2 펌프레이저에서 나온 광출력을 수신하도록 결합하며, 상기 제 1 펌프레이저 및 상기 제 2 펌프레이저에서 나온 광을 상기 제 1 여기가능섬유 매체에 전달하도록 연결하는 광학적 광결합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 40 항에 있어서,

상기 제 1 펌프레이저에서 발산된 펌프광은 상기 제 2 펌프레이저에서 발산된 펌프광의 파장과 다른 제 1 파장을 가진 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 40 항에 있어서,

상기 제 1 펌프레이저에서 발산된 펌프광은 상기 제 2 펌프레이저에서 발산된 펌프광의 파장과 실질적으로 유사한 제 1 파장을 가진 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 40 항에 있어서,

상기 제 1 펌프레이저 및 상기 제 2 펌프레이저를 수신하도록 그리고 광을 상기 제 1 및 상기 제 2 여기가능 섬유매체에 전달하도록 결합된 광학적 광스프릿터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
제 31 항에 있어서,

상기 제 1 펌프레이저에서 나온 광을 수신하기 위해서 결합된 광학적 광스프릿터, 상기 제 2 여기가능 섬유매체, 광학적 광스프릿터에서 나온 펌프광을 수신하기 위해서 결합된 상기 제 1 및 상기 제 2 여기가능 섬유매체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유 시스템.
광학적 게인영역이 제 1 단부와 출력단부사이에 배치되고, 상기 제 1 단부보다 상기 출력단부에서 상기 광학적 게인영역의 폭이 더 크고, 상기 제 1 단부와 상기 출력단부를 가진 반도체 게인소자;

입력단부를 갖고, 상기 반도체 게인소자의 상기 광학적 게인영역내에서 증폭된 광의 파장에서 반사율을 제공하기 위해서 상기 파장-선택 반사기를 포함하는 광섬유;

상기 게인소자의 출력단부에서 나온 광을 상기 광섬유의 상기 입력단부로 광학적으로 결합시키도록 배치된 광커플링 시스템; 및

바람직하게 최저단위의 횡축모드를 선택하는 장치내에 형성된 모드선택영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
제 45 항에 있어서,

상기 모드선택영역은 상기 반도체 게인소자내에 위치한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
제 46 항에 있어서,

상기 광학적 게인영역은 상기 반도체 게인소자의 상기 제 1 단부에서 1개의 단를 가진 우세한 지수유도채널과 상기 반도체 게인소자의 상기 출력단부에서 넓은 단을 가지고 단일모드채널의 다른 단에 결합된 좁은 단을 가진 테이퍼 게인영역을 포함하고, 모드선택영역은 상기 단일모드채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
제 45 항에 있어서,

상기 모드선택영역은 상기 광커플링 시스템내에 위치한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
제 45 항에 있어서,

상기 모드선택영역은 상기 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
제 49 항에 있어서,

상기 광섬유는 섬유중을 가진 상기 단일모드섬유이고 상기 모드선택영역은 섬유중심을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
제 45 항에 있어서,

상기 모드선택영역은 2개이상의 상기 반도체 게인소자, 상기 광커플링시스템, 및 상기 광섬유내에 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
광학적 게인영역이 제 1 단부와 출력단부사이에 배치되고, 상기 제 1 단부보다 상기 출력단부에서 상기 광학적 게인영역이 더 크고, 상기 제 1 단부와 상기 출력단부를 가진 반도체 게인소자;

입력단부를 가진 광섬유; 및

상기 게인소자의 상기 출력단부에서의 광을 상기 반도체 게인소자로 다시 공급하도록 배치된 광피드백소자를 포함하고,

상기 출력단부에서 나온 광출력용과 광섬유의 1개이상의 유도모드에 결합된 커플링효율은 30 % 보다 더 크도록, 광피드백소자는 바람직하게 광을 상기 반도체 게인소자에 다시 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
제 52 항에 있어서,

상기 광섬유의 전파형태에서의 상기 반도체 게인소자에서 나온 커플링 효율은 50 % 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
제 52 항에 있어서,

상기 광섬유의 전파형태에서의 상기 반도체 게인소자에서 나온 커플링 효율은 70 % 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
제 52 항에 있어서,

상기 광피드백소자는 파장선택적이고, 상기 반도체 게인소자의 출력단부에서 나온 광의 스펙트럼은 실질적으로 상기 광피드백소자의 반사율 스펙트럼으로 제어되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
제 52 항에 있어서,

상기 광피드백소자는 상기 광섬유와 함께 배치된 것을 특징으로 하는 레이저장치.
제 56 항에 있어서,

상기 반사기는 상기 광섬유내에 형성된 섬유 브래그 격자인 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
제 52 항에 있어서,

상기 광피드백소자는 상기 레이저 장치내 간섭성붕괴를 유도하는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
증폭수단이 제 1 단부와 상기 제 1 단부보다 더 넓은 출력단부를 포함하고, 광증폭시키는 반도체 증폭수단;

광학적 반사수단은 소정의 파장범위에 걸친 반사이고, 상기 반도체 증폭수단의 상기 출력단부에서 수신된 광반사용 광피드백수단; 및

상기 반도체 증폭수단의 상기 출력단부와 상기 광학적 반사수단사이의 광결합용 광커플링수단을 포함하고,

상기 반도체 증폭수단에서 나온 광출력은 간섭성 붕괴인 것을 특징으로 하는 레이저 장치.