KR20060087004A - The wavelength control device using fabry-ferot laser diode with three over contact - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장 제어장치에 관한 것으로, 특히 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망의 전송광원으로 사용되는 페브리-페롯 레이저 다이오드의 발진모드 파장 및 이득 최대치 파장을 전극이 여러 개인 페브리 페롯 레이저의 주입전류로 제어함으로써 온도에 의한 발진파장의 변화로 인한 시스템의 성능저하를 해결하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength control device using a Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes. Particularly, an oscillation mode wavelength and a gain of a Fabry-Perot laser diode used as a transmission light source of a wavelength division multiplexing passive optical subscriber network. The present invention relates to a device that solves the degradation of the system due to the change in the oscillation wavelength due to temperature by controlling the maximum wavelength by the injection current of the Pvéve Perot laser having several electrodes.
본 발명의 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장 제어장치는 광대역 비간섭성 광원; 상기 광원에서 나온 빛을 통과시켜 도파로 배열격자로 보내는 광회전기; 상기 광회전기를 통과한 빛을 필터링하는 도파로 배열격자; 상기 도파로 배열격자에서 필터링된 빛을 주입받는 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드; 상기 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에 주입된 전류를 제어하는 전류제어장치; 및 상기 도파로 배열격자로부터 빛을 수신받는 수신단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.A wavelength controlling device using a Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes of the present invention comprises: a broadband incoherent light source; An optical rotator for passing the light from the light source to the waveguide array grid; A waveguide array grid for filtering light passing through the optical rotor; A Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes receiving filtered light from the waveguide array grid; A current control device for controlling a current injected into the Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes; And a receiving end receiving light from the waveguide array grid.
전극, 페브리 페롯 레이저 다이오드, 파장 제어Electrodes, Fabry-Perot Laser Diodes, Wavelength Control
Description
도 1a는 종래의 페브리 페롯 레이저 다이오드의 파장 잠김 실험 구성도를 나타낸 것이다.Figure 1a shows a configuration diagram of the wavelength locking experiment of the conventional Fabry Perot laser diode.
도 1b는 종래의 레이저의 다중모드 발진 스펙트럼을 나타낸 것이다.Figure 1b shows a multimode oscillation spectrum of a conventional laser.
도 1c는 종래의 파장 잠김된 레이저의 유사 단일모드 스펙트럼을 나타낸 것이다.1C shows a pseudo single mode spectrum of a conventional wavelength locked laser.
도 2는 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드의 파장 잠김 실험 구성도를 나타낸 것이다.Figure 2 shows the configuration of the wavelength locked experiment of the Fabry Perot laser diode having three electrodes of the present invention.
도 3은 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드의 구조를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the structure of a Fabry Perot laser diode having three electrodes of the present invention.
도 4a는 본 발명의 레이저 주입전류에 따른 레이저 출력을 나타낸 것이다.Figure 4a shows the laser output according to the laser injection current of the present invention.
도 4b는 본 발명의 레이저 주입전류에 따른 캐리어 농도 N1의 변화를 나타낸 것이다.Figure 4b shows the change in the carrier concentration N1 according to the laser injection current of the present invention.
도 4c는 본 발명의 레이저 주입전류에 따른 캐리어 농도 N2의 변화를 나타낸 것이다.Figure 4c shows the change in the carrier concentration N2 according to the laser injection current of the present invention.
도 5는 본 발명의 펌핑레벨의 변화에 따른 주파수에 대한 이득을 나타낸 것이다.Figure 5 shows the gain for the frequency according to the change in the pumping level of the present invention.
도 6은 본 발명의 레이저 모드의 파장의 변화를 측정하기 위한 실험 구성도를 나타낸 것이다.Figure 6 shows an experimental configuration for measuring the change in the wavelength of the laser mode of the present invention.
도 7은 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에서 실제로 측정된 전류에 따른 광전력 그래프를 나타낸 것이다.FIG. 7 shows a graph of optical power versus current actually measured in a three-electrode Fabry Perot laser diode of the present invention.
도 8은 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에서 주입전류의 비율에 따른 모드 파장의 변화를 나타낸 것이다.Figure 8 shows the change in the mode wavelength according to the ratio of the injection current in the Fabry Perot laser diode having three electrodes of the present invention.
도 9a는 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에서 이득 최대치의 파장변화를 나타낸 것이다.Figure 9a shows the wavelength change of the gain maximum in a three-electrode Fabry Perot laser diode of the present invention.
도 9b는 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에서 온도와 주입전류의 비율에 따른 이득 최대치 파장변화를 나타낸 것이다.Figure 9b shows the maximum wavelength change in gain according to the ratio of the temperature and the injection current in the Fabry Perot laser diode having three electrodes of the present invention.
본 발명은 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장 제어장치에 관한 것으로, 특히 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망의 전송광원으로 사용되는 페브리-페롯 레이저 다이오드의 발진모드 파장 및 이득 최대치 파장을 전극이 여러 개인 페브리 페롯 레이저의 주입전류로 제어함으로써 온도에 의한 발진파장의 변화로 인한 시스템의 성능저하를 해결하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength control device using a Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes. Particularly, an oscillation mode wavelength and a gain of a Fabry-Perot laser diode used as a transmission light source of a wavelength division multiplexing passive optical subscriber network. The present invention relates to a device that solves the degradation of the system due to the change in the oscillation wavelength due to temperature by controlling the maximum wavelength by the injection current of the Pvéve Perot laser having several electrodes.
도 1a는 종래의 페브리 페롯 레이저 다이오드의 파장 잠김 실험 구성도를 나타낸 것이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 광대역 비간섭성 광원(Broadband Light Source, 10)에서 나온 빛은 광회전기(40)를 통과하여 광섬유를 거쳐 일종의 주파수 선택성 필터인 도파로 배열격자(AWG, 20)를 통과한 후, 특정 파장영역의 빛이 페브리 페롯 레이저 다이오드(Fabry-Ferot laser diode, 이하 FP LD, 30a)에 주입되면 FP LD는 유사 단일 모드로 발진하게 된다.Figure 1a shows a configuration diagram of the wavelength locking experiment of the conventional Fabry Perot laser diode. As shown in FIG. 1A, light from a
도 1b는 종래의 레이저의 다중모드 발진 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 비간섭성 광원이 주입되기 전의 레이저의 발진 스펙트럼으로 여러 개의 모드가 발진하고 있음을 알 수 있다.Figure 1b shows a multimode oscillation spectrum of a conventional laser. As shown in FIG. 1B, it can be seen that several modes are oscillating in the oscillation spectrum of the laser before the incoherent light source is injected.
도 1c는 종래의 파장 잠김된 레이저의 유사 단일모드 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 도 1b와 같이 다중 모드로 발진하는 레이저에 비간섭성 광원을 주입한 후 측정한 스펙트럼으로 다중 모드로 발진하던 레이저가 유사 단일 모드로 발진하게 되었음을 알 수 있다. 이 때 발진 파장은 주입된 비간섭성 광원의 파장과 같다. 이와 같이 파장 잠김 되어 유사 단일모드로 발진하는 레이저의 출력은 시간영역에서 안정하기 때문에 파장분할 다중방식 광통신용 광원으로 사용할 수 있다.1C shows a pseudo single mode spectrum of a conventional wavelength locked laser. As shown in FIG. 1C, as shown in FIG. 1B, after injecting an incoherent light source into a laser that oscillates in a multiple mode, it can be seen that the laser which oscillated in the multiple mode with a spectrum measured is oscillated in a pseudo single mode. At this time, the oscillation wavelength is the same as that of the injected non-coherent light source. Since the output of the laser, which is wavelength-locked and oscillated in pseudo single mode, is stable in the time domain, it can be used as a light source for wavelength division multiplex optical communication.
그런데, 파장 잠김 된 레이저의 성능은 레이저의 모드 파장과 주입된 빛의 파장이 유사한 경우에 매우 좋고, 주입된 빛의 파장이 레이저 모드 파장 사이에 있는 경우에는 출력의 세기도 감소되고, 잡음도 증가하게 된다. 한편, 레이저 모드 파장은 온도에 따라 변하게 되므로 특정한 온도에서 주입되는 빛의 파장과 레이저 모드 파장 이 일치하더라도 주위 온도가 변하면 두 파장이 틀어져 레이저의 성능이 저하된다. 따라서, 이러한 현상을 방지할 수 있는 방법이 필요하다.However, the performance of the wavelength-locked laser is very good when the mode wavelength of the laser is similar to the wavelength of the injected light, and when the wavelength of the injected light is between the laser mode wavelengths, the output intensity is reduced and the noise is increased. Done. On the other hand, since the laser mode wavelength changes with temperature, even if the wavelength of light injected at a specific temperature and the laser mode wavelength coincide with each other, when the ambient temperature changes, the two wavelengths are twisted, thereby degrading the laser performance. Therefore, there is a need for a method capable of preventing such a phenomenon.
상기 문제를 해결하는 간단한 방법은 레이저 공진기의 길이를 길게 하여 레이저 모드 파장간의 간격을 좁히고, 상대적으로 넓은 대역폭을 갖는 비간섭성 광을 주입하는 것이다. 즉, 주입하는 비간섭성 광의 대역폭 안에 최소한 하나의 레이저 모드가 있도록 하면 된다. 예를 들어, 파장의 간격이 100GHz인 도파로 배열격자의 경우에 필터링 된 비간섭성 광의 반치폭은 약 0.4nm이며, 600um FP LD(모드간격은 0.6nm)을 사용할 수 있다. 보다 많은 채널을 수용하기 위해서는 파장 간격을 좁혀야 하고, 그 결과로 공진기의 길이를 늘려야 한다. 그러나, 이 경우에는 레이저를 다루기가 어려워지며, 레이저 가격도 상승하게 된다. 따라서, 보다 많은 채널을 수용할 수 있는 파장분할 다중방식 수동형 광 가입자망을 위해서는 레이저 모드 파장을 가변 하여 이를 주입된 광의 파장에 맞출 수 있는 레이저가 필요하다. 레이저 발진모드의 파장을 가변 하는 방법으로는 레이저의 동작온도를 제어하는 것이다. 그러나 온도 제어를 위해서는 별도의 열전냉각기(thermo-electric cooler, 이하 TEC)를 사용해야 하므로 가격이 상승한다. 또한, 부피도 커지고, 파워소모도 증가한다.A simple way to solve this problem is to lengthen the laser resonator to narrow the spacing between the laser mode wavelengths and inject incoherent light with a relatively wide bandwidth. In other words, there is at least one laser mode within the bandwidth of the injected non-coherent light. For example, in the case of the waveguide array lattice having a wavelength interval of 100 GHz, the half width of the filtered non-coherent light is about 0.4 nm, and 600 um FP LD (0.6 nm mode interval) may be used. To accommodate more channels, the wavelength spacing must be narrowed, resulting in an increase in the length of the resonator. In this case, however, the laser becomes difficult to handle and the laser price also increases. Therefore, for a wavelength division multiplex passive optical subscriber network capable of accommodating more channels, a laser capable of varying the laser mode wavelength and matching the wavelength of the injected light is required. The method of varying the wavelength of the laser oscillation mode is to control the operating temperature of the laser. However, the price increases because temperature control requires the use of a separate thermo-electric cooler (TEC). In addition, the volume increases, and power consumption increases.
한편, 주위온도가 높아지면 레이저의 활성 층을 형성하는 매질의 에너지 밴드 갭이 낮아진다. 따라서, 레이저의 이득은 긴 파장 쪽으로 이동하고, 레이저 출력이 최대가 되는 파장도 길어진다. 통상적으로 이득의 최대치는 0.5nm/℃의 비율로 긴 파장 쪽으로 이동한다. 만약, 온도의 변화가 크게 되면 비간섭성 광이 주입되는 파장에서 레이저의 이득이 매우 낮아져 레이저의 특성이 저하되고, 결국 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망용 광원으로 사용할 수 없게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 이득 대역폭이 넓은 레이저를 개발하거나, 온도에 따라 이득이 변화하지 않는 레이저가 필요하다. 지금까지는 이득 대역폭을 넓히는 방법으로 레이저의 활성층을 구성하는 양자우물의 두께를 여러 가지로 하는 것과 레이저 거울의 반사도를 매우 낮게 하는 방법이 있다. 그러나, 이 경우는 레이저의 동작전류가 증가하여, 결과적으로는 TEC를 필요로 하게 된다.On the other hand, the higher ambient temperature lowers the energy band gap of the medium forming the active layer of the laser. Therefore, the gain of the laser shifts toward the longer wavelength, and the wavelength at which the laser output is maximized also becomes longer. Typically the maximum value of gain shifts toward the longer wavelengths at a rate of 0.5 nm / ° C. If the temperature change is large, the gain of the laser is very low at the wavelength at which the non-coherent light is injected, and thus the characteristics of the laser are deteriorated, and thus, it cannot be used as a light source for the wavelength division multiplex passive optical subscriber network. To solve this problem, a laser having a wide gain bandwidth is required or a laser whose gain does not change with temperature. Until now, there have been various methods of widening the gain bandwidth to vary the thickness of the quantum wells constituting the active layer of the laser and to make the reflectivity of the laser mirror very low. In this case, however, the operating current of the laser increases, resulting in the need for TEC.
상기와 같이 TEC를 사용하는 종래의 방법은 본 발명이 제시하는 다수의 전극을 갖는 레이저의 주입전류 제어에 의한 발진모드 가변방법에 비해 파워 소모가 많고 부피가 커지는 단점이 있다. 또한, 각각의 전극에 흐르는 전류의 비를 조정하여 레이저 이득 최대치의 온도에 대한 변화율을 줄이는 방법을 제시하고 있지 않고, 레이저가 이득을 갖는 이득 대역폭을 늘릴 수 있는 방법도 제시하지 못하는 문제점이 있다.The conventional method using the TEC as described above has a disadvantage in that power consumption and volume are large compared to the oscillation mode variable method by controlling the injection current of a laser having a plurality of electrodes. In addition, the present invention does not suggest a method of reducing the change rate of the laser gain maximum with respect to the temperature by adjusting the ratio of the current flowing through each electrode, and does not provide a method of increasing the gain bandwidth of the laser.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 레이저에 전류를 공급하는 전극을 다수 개로 분리하여 각각의 전극에 흐르는 전류를 제어함으로써 레이저 모드 파장을 제어하고, 레이저 이득의 온도에 따른 변화를 감소시킬 수 있으며, 레이저 발진 대역폭을 늘릴 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems, by separating a plurality of electrodes for supplying a current to the laser to control the current flowing through each electrode to control the laser mode wavelength, reducing the change according to the temperature of the laser gain It is an object of the present invention to provide a device capable of increasing the laser oscillation bandwidth.
본 발명은 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장 제어장치에 관한 것으로, 특히 파장분할 다중방식 수동형 광가입자망의 전송광원으로 사용되는 페브리-페롯 레이저 다이오드의 발진모드 파장 및 이득 최대치 파장 을 전극이 여러 개인 페브리 페롯 레이저의 주입전류로 제어함으로써 온도에 의한 발진파장의 변화로 인한 시스템의 성능저하를 해결하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength control device using a Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes. Particularly, an oscillation mode wavelength and a gain of a Fabry-Perot laser diode used as a transmission light source of a wavelength division multiplexing passive optical subscriber network. The present invention relates to a device that solves the degradation of the system due to the change of the oscillation wavelength by temperature by controlling the maximum wavelength by the injection current of a multi-electrode Fabry-Perot laser.
본 발명의 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드는 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드의 공통 접지전극을 제1전극으로 선택하여 접지시키는 제1단계; 상기 제1전극을 제외한 나머지 전극들에 같은 전류를 주입하여 일정한 광출력을 내도록 하는 제2단계; 상기 제1전극을 제외한 나머지 전극들 중에서 하나의 전극을 제2전극으로 선택하여 주입전류를 조절함으로써 레이저의 이득 최대치 파장 또는 발진모드의 발진파장을 일정한 파장대역으로 이동시키는 제3단계; 상기 제3단계에 의해 제2단계에서 조절한 레이저의 광출력의 변화를 보상하기 위해 제2전극을 제외한 나머지 전극들에 주입되는 전류를 조절하여 레이저의 광출력이 제2단계에서 조절한 값과 같도록 하는 제4단계; 상기 제4단계에서 조절된 레이저의 이득 최대치 파장 또는 발진모드의 발진파장을 제2전극에 주입되는 전류를 조절하여 제3단계에서 조절한 파장대역으로 이동시키는 제5단계; 및 상기 제3단계 내지 제5단계를 반복하여 레이저의 광출력과 이득 최대치 파장 또는 발진모드의 발진파장을 일정한 값으로 고정시키는 제6단계;를 포함하여 온도에 따라 변하는 레이저의 이득 최대치 파장과 발진모드의 발진파장을 고정시키는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes includes: a first step of selecting and grounding a common ground electrode of the Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes as a first electrode; A second step of outputting a constant light output by injecting the same current into the remaining electrodes except for the first electrode; A third step of shifting the maximum gain wavelength of the laser or the oscillation wavelength of the oscillation mode to a predetermined wavelength band by selecting one of the electrodes other than the first electrode as a second electrode and adjusting the injection current; In order to compensate for the change in the light output of the laser adjusted in the second step by the third step, the current injected into the other electrodes except the second electrode is adjusted so that the light output of the laser is adjusted to the value adjusted in the second step. A fourth step to be equal; A fifth step of controlling the current injected into the second electrode by shifting the gain maximum wavelength or the oscillation wavelength of the oscillation mode adjusted in the fourth step to the wavelength band adjusted in the third step; And a sixth step of repeating the third to fifth steps to fix the laser light output and gain maximum wavelength or the oscillation wavelength of the oscillation mode to a constant value. The oscillation wavelength of the mode is fixed.
또한, 본 발명의 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장 제어장치는 광대역 비간섭성 광원; 상기 광원에서 나온 빛을 통과시켜 도파로 배열격자로 보내는 광회전기; 상기 광회전기를 통과한 빛을 필터링하는 도파로 배열격자; 상기 도파로 배열격자에서 필터링된 빛을 주입받는 적어도 3개의 전극 을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드; 상기 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에 주입된 전류를 제어하는 전류제어장치; 및 상기 도파로 배열격자로부터 빛을 수신받는 수신단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the wavelength control device using a Fabry Perot laser diode having at least three electrodes of the present invention includes a broadband non-coherent light source; An optical rotator for passing the light from the light source to the waveguide array grid; A waveguide array grid for filtering light passing through the optical rotor; A Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes receiving light filtered by the waveguide array grid; A current control device for controlling a current injected into the Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes; And a receiving end receiving light from the waveguide array grid.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
일반적인 FP형 반도체 레이저는 P층과 N층의 반도체로 구성되어 있고, 각각의 층에 형성된 전극을 통해서 임계전류 이상의 전류를 흘리면 레이저로 발진하게 된다. 레이저 공진기는 거울로 작용하는 레이저의 양 단면으로 구성된다. 본 발명에서 이용하는 레이저는 P층, N층, 또는 양쪽 층 모두의 전극을 다수 개로 분리하여 각각의 전극에 서로 다른 전류(혹은 전압)를 인가할 수 있도록 한다. 레이저는 활성층에 사용하는 물질에 따라 파장영역이 결정된다. 예를 들어, GaAs를 활성층에 사용하면 800 nm 영역의 빛을 얻을 수 있고, InGaAsP를 사용하면, 1300 nm 혹은 1550 nm 영역에서 빛을 얻을 수 있다. 레이저의 특성을 개선하기 위해서 거울을 구성하는 레이저 단면에 무반사 혹은 고반사 코팅을 할 수도 있다.A general FP type semiconductor laser is composed of a P layer and an N layer of semiconductors. When a current of more than a threshold current flows through an electrode formed in each layer, the laser is oscillated. The laser resonator is composed of both cross sections of the laser acting as a mirror. The laser used in the present invention separates a plurality of electrodes of a P layer, an N layer, or both layers so that different currents (or voltages) can be applied to each electrode. The wavelength range of the laser is determined by the material used for the active layer. For example, when GaAs is used in the active layer, light in the 800 nm region can be obtained, and when InGaAsP is used, light in the 1300 nm or 1550 nm region can be obtained. In order to improve the characteristics of the laser, an antireflection or high reflection coating may be applied to the laser cross section constituting the mirror.
그러면, 2개의 전극(실제로는 3개로 P형이나 N형 중의 하나에 2개 및 나머지 하나에 1개, 전극이 하나인 층을 공통접지로 사용)을 갖는 FP LD에서 본 발명에서 제안하는 방법들의 동작원리에 있어 레이저 발진모드 튜닝, 레이저 이득의 온도에 대한 변화율 감소 및 레이저 이득 대역폭 증대에 대하여 설명해보기로 한다.Then, in the FP LD having two electrodes (actually two in one of the P-type or N-type and one in the other, one electrode) as a common ground of the method proposed in the present invention In operation principle, the laser oscillation mode tuning, the reduction rate of the laser gain over temperature, and the laser gain bandwidth will be explained.
일반적인 반도체로 구현된 FP LD의 동작 원리를 살펴보자. 반도체 레이저는 P-N 접합면 사이에 존재하는 활성층에 충분한 전자와 정공이 쌓이면 광학적 이득을 갖게 된다. 활성층에 전자와 정공을 쌓는 가장 보편적인 방법은 P-N 접합에 순방향 바이어스를 가하여 전류를 흐르게 하는 것이다. 전류가 증가하면 전자와 정공의 양이 증가한다. 이 이득이 증가하여 발진 임계이득이 되면 레이저는 발진하게 되고 출력으로 강한 빛을 얻을 수 있다. 발진 임계이득은 공진기의 손실과 같아지는 이득값으로 레이저가 발진을 시작하면 전류를 증가시켜도 이득은 더 이상 증가하지 않고, 출력으로 나오는 빛의 세기가 증가한다.Let's take a look at the operation principle of FP LD implemented with a general semiconductor. The semiconductor laser has an optical gain when sufficient electrons and holes are accumulated in the active layer existing between the P-N junction surfaces. The most common method of accumulating electrons and holes in the active layer is to apply current through a forward bias on the P-N junction. As the current increases, the amount of electrons and holes increases. When this gain is increased and the oscillation threshold gain is reached, the laser oscillates and strong light can be obtained at the output. The oscillation threshold gain is a gain value equal to the loss of the resonator. When the laser starts oscillation, the gain no longer increases when the current increases, but the intensity of the light output to the output increases.
도 2는 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드의 파장 잠김 실험 구성도를 나타낸 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광대역 비간섭성 광원(Broadband Light Source, 10)에서 나온 빛은 광회전기(40)를 통과하여 전송용 광섬유(100)를 지나서, 일종의 주파수 선택성 필터인 도파로 배열격자(AWG, 20)를 통과한 후, 특정 파장영역의 빛이 3개의 전극을 가진 FP LD(30b)에 주입된다. FP-LD(30b)의 전류는 전류제어장치(90)에 의하여 제어된다. 상기 비간섭성 광원(10)으로는 발광 다이오드(LED), 초발광 다이오드(SLD) 또는 자연 방출광을 내는 어븀 첨가 광 증폭기를 사용할 수 있다. 상기 도파로 배열격자(20)의 우측 포트에는 레이저 다이오드들이 결합된다. 상기 FP LD(30b)는 비반사 코팅 또는 고반사 코팅된다. 상기 전류제어장치(90)는 상기 FP LD(30b)에 주입된 전류를 조절하여 레이저의 특정한 발진모드의 파장을 제어하고, 레이저의 이득 최대치 파장을 제어하며, 레이저의 이득 대역폭을 제어할 수 있다. 광섬유(100)는 단일모드 광섬유이다. 전류제어 장치에 의해 제어되는 전극이 3개인 FP LD의 특정한 발진모드 파장의 빛은 다시 AWG(20)를 거슬러 올라가 다중화 되어 광섬유(100)에 의해 전달되고, 광회전기(40)에 의해 수신단(70)으로 전송 된다. 이때 상기 수신단(70) 앞에 도파로 배열격자(110)가 첨가되어 다중화된 신호를 역다중화한다. 상기 도파로 배열격자(110)의 오른쪽 포트에는 다수의 수신단(70)이 첨가되어 채널용량을 확장할 수 있다.Figure 2 shows the configuration of the wavelength locked experiment of the Fabry Perot laser diode having three electrodes of the present invention. As shown in FIG. 2, the light emitted from the broadband incoherent
도 3은 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드의 구조를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 3개의 전극(P형이나 N형 중의 하나에 2개 및 나머지 하나에 1개)을 갖는 레이저는 양쪽에 양의 전류 I1, I2를 인가하면 전극이 하나인 일반적인 FP LD와 같이 동작한다. 반면에 I1에는 양의 전류를 주입하고, I2에는 매우 적거나 음의 전류를 주입하면 영역 1(200a)은 이득영역(gain region)으로써 일반적인 레이저 다이오드처럼 동작하여 유도 방출에 의해 광자(photon)를 생성시키고, 영역 2(200b)는 포토다이오드(photo diode)처럼 동작하여 이득영역에서 형성된 광자를 흡수하게 된다. 이 경우는 주입 전류에 따른 빛의 세기가 I2 = 0 mA이 경우나, I2 = -0.3 mA인 경우처럼 비선형 특성(쌍안정성)을 보인다.Figure 3 shows the structure of a Fabry Perot laser diode having three electrodes of the present invention. As shown in FIG. 3, a laser having three electrodes (two in one of P-type or N-type and one in the other) has one electrode when positive currents I 1 and I 2 are applied to both sides. It works like a normal FP LD. On the other hand, when I 1 is injected with positive current and I 2 is injected with very little or negative current, region 1 (200a) is a gain region, which acts like a normal laser diode. ) And region 2 (200b) acts as a photodiode to absorb photons formed in the gain region. In this case, the light intensity according to the injection current is nonlinear (bi-stable) as in the case of I 2 = 0 mA or I 2 = -0.3 mA.
도 4a는 본 발명의 레이저 주입전류에 따른 레이저 출력을 나타낸 것이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 도 3의 광-전류(light-current) 곡선을 그려보면 주입전류에 따라 빛의 세기가 I2 = 1.5 mA인 경우처럼 선형적으로 증가하게 됨을 알 수 있다.Figure 4a shows the laser output according to the laser injection current of the present invention. As shown in FIG. 4A, when the light-current curve of FIG. 3 is drawn, it can be seen that the intensity of light increases linearly as in the case of I 2 = 1.5 mA according to the injection current.
레이저의 발진파장은 공진기의 길이, 공진기를 구성하는 매질의 굴절률, 및 이득이 최대가 되는 파장에 의해서 결정된다. 일반적으로, 반도체 레이저에서는 전자밀도가 증가하면 이득이 최대가 되는 파장은 감소하고(전자밀도가 증가하면 이득이 최대가 되는 주파수가 증가함), 이득의 최대치는 증가한다. 레이저의 발진 임계이득 을 증가시키면 발진파장은 짧아진다. 한편, 레이저의 동작온도가 증가하면 반도체의 밴드 갭이 감소하므로 이득이 최대가 되는 파장은 길어지고, 이득은 감소한다. 따라서, 온도가 증가하면 발진파장은 긴 파장 쪽으로 이동한다. 지금까지의 설명은 반도체 레이저 발진파장의 거시적인 특성을 설명한 것이고, 특정한 발진모드에서 미시적으로 보면 발진모드의 파장은 온도가 증가하면 증가하고, 전자밀도가 증가하면 감소한다. 이것은 온도가 증가하면 굴절률이 증가하고, 전자밀도가 증가하면 굴절률이 감소하기 때문이다.The oscillation wavelength of the laser is determined by the length of the resonator, the refractive index of the medium constituting the resonator, and the wavelength at which the gain is maximum. In general, in a semiconductor laser, the wavelength at which the gain becomes the maximum decreases as the electron density increases (the frequency at which the gain becomes the maximum increases as the electron density increases), and the maximum value of the gain increases. Increasing the oscillation critical gain of the laser shortens the oscillation wavelength. On the other hand, when the operating temperature of the laser increases, the band gap of the semiconductor decreases, so the wavelength at which the gain is maximum becomes long, and the gain decreases. Therefore, as the temperature increases, the oscillation wavelength shifts toward the longer wavelength. The description so far has described the macroscopic characteristics of the semiconductor laser oscillation wavelength, and in certain oscillation modes, the microscopic oscillation wavelength increases with increasing temperature and decreases with increasing electron density. This is because the refractive index increases with increasing temperature, and the refractive index decreases with increasing electron density.
이러한 특성을 온도의 관점에서만 본다면, 발진중심 파장(이득이 최대가 되는 파장)은 온도가 증가하면 길어지고, 각각의 발진모드도 온도가 증가하면 긴 파장 쪽으로 이동된다. 따라서, 주위 온도가 증가할 때 레이저가 온도에 무관한 특성을 보이도록 하려면 거시적으로는 이득이 최대가 되는 파장을 짧은 파장으로 이동시킬 수 있는 방법이 필요하며, 미시적으로도 레이저 모드의 파장을 짧은 파장 쪽으로 이동시킬 수 있는 방법이 필요하다.If this characteristic is seen only in terms of temperature, the oscillation center wavelength (wavelength at which the gain is maximum) becomes longer as the temperature increases, and each oscillation mode also shifts toward the longer wavelength as the temperature increases. Therefore, in order for the laser to exhibit temperature-independent characteristics as the ambient temperature increases, there is a need for a method that can shift the wavelength of the maximum gain to a shorter wavelength in a macroscopic manner. What is needed is a way to move towards the wavelength.
첫째, 레이저 발진모드 튜닝에 대하여 살펴보기로 한다.First, the laser oscillation mode tuning will be described.
도 4b는 본 발명의 레이저 주입전류에 따른 캐리어 농도 N1의 변화를 나타낸 것이고, 도 4c는 본 발명의 레이저 주입전류에 따른 캐리어 농도 N2의 변화를 나타낸 것이다. 도 4b 및 도 4c를 도 4a와 비교해 보면, 광출력을 일정하게 유지하도록 주입전류 I1, I2의 비율을 변화시키면 활성층의 캐리어 농도 N1, N2를 변화시킬 수 있음을 알 수 있다. 이렇게 양 전극에 주입되는 전류의 비율에 따라 공진기 내부의 캐리어 농도를 변화시키고, 결과적으로 공진기의 굴절률을 변화시킴으로써 레이저의 발진모드의 파장을 전기적으로 제어할 수 있다.4B illustrates a change in carrier concentration N1 according to the laser injection current of the present invention, and FIG. 4C illustrates a change in carrier concentration N2 according to the laser injection current of the present invention. Comparing FIGS. 4B and 4C with FIG. 4A, it can be seen that the carrier concentrations N1 and N2 of the active layer can be changed by changing the ratio of the injection currents I 1 and I 2 so as to maintain the constant light output. In this way, the carrier concentration inside the resonator is changed in accordance with the ratio of the current injected to both electrodes, and as a result, the wavelength of the oscillation mode of the laser can be electrically controlled by changing the refractive index of the resonator.
둘째, 레이저 이득 최대치의 온도에 대한 변화율 감소 방안에 대하여 살펴보기로 한다.Second, the reduction rate of the laser gain maximum with respect to temperature will be discussed.
일반적으로 반도체 레이저는 전도대의 한 에너지 준위로부터 가전자대의 에너지 준위로 천이하면서 두 에너지의 차에 해당하는 만큼의 에너지를 가진 광자를 발생시킨다.In general, a semiconductor laser transitions from one energy level of the conduction band to the energy level of the valence band and generates photons with energy equal to the difference between the two energies.
도 5는 본 발명의 펌핑레벨의 변화에 따른 주파수에 대한 이득을 나타낸 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이득은 캐리어 밀도가 증가하면 증가하고 이득이 최대가 되는 주파수도 증가한다(이득이 최대가 되는 파장은 감소한다). 레이저의 동작온도가 증가하면 레이저 활성 층의 에너지 밴드 갭이 낮아지고, 이득이 최대가 되는 주파수도 낮아진다. 따라서, 발진 주파수가 낮아진다. Figure 5 shows the gain for the frequency according to the change in the pumping level of the present invention. As shown in Fig. 5, the gain increases as the carrier density increases and the frequency at which the gain is maximum also increases (the wavelength at which the gain is maximum decreases). Increasing the operating temperature of the laser lowers the energy band gap of the laser active layer and lowers the frequency at which the gain is maximized. Thus, the oscillation frequency is lowered.
본 발명에서는 상기와 같이 온도에 따라 변하는 레이저 이득 최대치의 파장을 온도에 관계없이 일정하게 고정시키는 방안을 제안하고 있다. 즉, 3개의 전극을 가진 FP LD에 특정 비율의 전류를 주입시키는 방안을 제안한다. 종래의 주입 전극이 하나인 FP LD는 주입되는 전류가 증가할수록 레이저 이득 최대치 파장이 짧은 쪽으로 이동한다. 그러나, 3개의 전극을 가진 경우에는 FP LD의 이득은 도 3의 region 1과 region 2의 이득의 합에 의해 결정된다. 일정한 레이저 출력을 얻기 위해서는 이득영역(region 1)의 주입전류가 점점 증가할수록, 흡수영역(region 2)에 주입되는 전류는 점점 감소한다. 이러한 경우에 이득영역은 주입 캐리어가 증가하여 이득 최대치 파장 은 짧은 파장 쪽으로 이동하지만, 흡수영역은 반대의 경향을 띠게 된다. 그런데, 이득영역의 캐리어 농도는 비교적 높고 그에 비해 흡수영역의 캐리어 농도는 매우 낮기 때문에 이득의 총 변화량은 캐리어 농도가 낮은 흡수영역에 의해 큰 영향을 받게 된다. 즉, 3개의 전극을 가진 FP LD의 이득 최대치 파장은 두 region의 합에 의해 결정되고, 일정한 레이저 출력을 얻는 조건 하에서 캐리어 농도가 낮은 흡수영역의 영향이 더 커서 흡수영역에 주입되는 전류가 점점 증가할수록 이득 최대치 파장이 짧은 쪽으로 이동하게 된다. 따라서, 3개의 전극을 가진 FP LD의 주입 전류를 적절히 조절함으로써 레이저의 출력은 일정하게 유지하면서 레이저 활성 층에 주입되는 캐리어 수를 조절하여 원하는 레이저 발진파장이 출력되도록 할 수 있다는 것이다.The present invention proposes a method of constantly fixing the wavelength of the laser gain maximum value that varies with temperature as described above regardless of the temperature. That is, a method of injecting a specific ratio of current into the FP LD having three electrodes is proposed. In the conventional FP LD having one injection electrode, the laser gain maximum wavelength moves toward the shorter as the injected current increases. However, in the case of three electrodes, the gain of the FP LD is determined by the sum of the gains of
셋째, 레이저 이득 대역폭 증대방법에 대하여 살펴보기로 한다.Third, a laser gain bandwidth increasing method will be described.
도 5에서 주파수에 대한 이득특성을 살펴보면, 주입된 캐리어 농도에 따라 특정 주파수에서의 이득이 변하면서 동시에 이득을 얻을 수 있는 주파수 범위도 변화됨을 알 수 있다. 이는 반도체 레이저의 에너지 준위가 의사 페르미 에너지 준위에 의해 결정되고, 일정한 주파수를 가진 광자를 발생시켜 이득을 얻기 위해서는 일정한 제약조건이 따르기 때문에 일어나는 현상으로서 유도되어 출력을 낼 수 있는 주파수의 범위는 다음과 같은 조건에 의해 제약되기 때문이다. Looking at the gain characteristics for the frequency in Figure 5, it can be seen that the frequency range that can be obtained at the same time the gain at the same frequency changes depending on the carrier concentration injected. This is a phenomenon that occurs because the energy level of semiconductor laser is determined by the pseudo Fermi energy level, and a certain constraint is required to obtain the gain by generating photons with a constant frequency. This is because it is constrained by the same condition.
즉, 유도되어 출력을 낼 수 있는 주파수는 밴드 갭 에너지보다는 크고, 전도대에서의 의사 페르미 준위(quasi-Fermi level)와 가전자대에서의 의사 페르미 준위의 차보다 작은 에너지를 가지고 있어야 한다. 반도체 레이저의 주입전류를 증가시키게 되면 전도대의 전자밀도와 가전자대의 정공의 밀도가 증가하여 전도대의 에너지 준위는 높아지고, 가전자대의 에너지 준위는 낮아져 차가 커지게 되므로, 실제 출력 파워를 낼 수 있는 주파수의 범위가 증가하게 되는 것이다. 상기와 같은 사실은 전극이 하나인 FP LD와 마찬가지로 반도체 레이저인 다수의 전극을 가진 FP LD에도 적용된다. 각각의 전극에 주입되는 전류를 조절하면, 일정한 출력을 유지하면서 이득을 얻을 수 있는 주파수 범위를 증가시킬 수 있다. 도 5에서는 주입된 캐리어의 농도가 증가할수록 이득상수의 주파수 범위가 증가함을 보여준다.In other words, the frequency at which the induced and output power is greater than the band gap energy and must have an energy less than the difference between the quasi-Fermi level in the conduction band and the pseudo Fermi level in the valence band. Increasing the injection current of the semiconductor laser increases the electron density of the conduction band and the hole density of the valence band, increasing the energy level of the conduction band and decreasing the energy level of the valence band. The range of will be increased. The same fact applies to FP LD having a plurality of electrodes which are semiconductor lasers as well as FP LD having one electrode. By adjusting the current injected to each electrode, it is possible to increase the frequency range that can be gained while maintaining a constant output. 5 shows that the frequency range of the gain constant increases as the concentration of the injected carrier increases.
상기의 내용을 바탕으로 본 발명에서 실험한 결과를 설명하기로 한다.Based on the above description will be described the results of the experiment in the present invention.
도 6은 본 발명의 레이저 모드의 파장의 변화를 측정하기 위한 실험 구성도를 나타낸 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일정한 온도에서 주입전류에 따른 모드 파장변화의 영향을 측정하기 위해 레이저의 온도를 일정하게 유지시키는 TEC(300)를 부가하여 접지시켰고 이는 컴퓨터(1100)에 의해 제어된다. 레이저(1200)의 한쪽에는 430Ω(900)의 저항을 연결하여 가변 직류전압을 인가하고 볼트미터(400)를 사용하여 양단의 전압을 측정한다. 그리고 레이저(1200)의 다른 한쪽에는 2개의 215Ω저항(1000a, 1000b)을 병렬로 연결하여 가변 직류전압을 인가하고 볼트미터(800)를 사용하여 병렬로 연결된 2개의 저항(1000a, 1000b)의 양단의 전압을 측정한다. 또한, 레이저의 출력을 일정하게 관찰하면서 파장변화를 살펴보기 위해 OPM (Optical Power Meter, 500)과 OSA (Optical Spectrum Analyzer, 600)를 광 커플러(700)로 연결하였다.Figure 6 shows an experimental configuration for measuring the change in the wavelength of the laser mode of the present invention. As shown in Fig. 6, in order to measure the influence of the mode wavelength change with the injection current at a constant temperature, a ground was added and grounded by a
도 7은 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에서 실제로 측정된 전류에 따른 광전력 그래프를 나타낸 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이,레이저 공동(laser cavity)의 길이가 800 um, 레이저 모드 간격(laser mode spacing)은 약 0.44 nm에 해당하는 특성을 가지고 있는 3개의 전극을 갖는 FP LD의 광-전류(light-current) 그래프를 나타낸 것인데, 도 3a에 보인 이론적으로 계산된 L-I 곡선과 유사한 형태를 띠는 것을 확인할 수 있다. I2를 제어전류(control current), I1을 바이어스 전류(bias current), Ith는 적절한 상수로서 2개의 주입 전극을 갖는 LD의 특징이 나타나기 시작하는 I2의 임계값 이라고 하면 I2>Ith인 경우에 전형적인 FP LD와 거의 동일한 L-I 특성을 보이지만, I2<Ith인 경우에는 레이저 공동의 일부가 포토다이오드로 동작하여 쌍안정(bistability) 또는 히스테리시스(hysteresis) 등의 특성이 나타난다.FIG. 7 shows a graph of optical power versus current actually measured in a three-electrode Fabry Perot laser diode of the present invention. As shown in FIG. 7, the photo-current of an FP LD with three electrodes having a characteristic of a laser cavity of 800 um in length and laser mode spacing of about 0.44 nm It shows a light-current graph, which is similar to the theoretically calculated LI curve shown in FIG. 3A. I 2 the control current (control current), bias the I 1 current (bias current), Ith when said threshold value of I 2, which start to appear the characteristics of the LD having two injection electrode a reasonably constant I 2> Ith In this case, LI characteristics are almost the same as typical FP LD, but in the case of I 2 <Ith, a part of the laser cavity acts as a photodiode, resulting in characteristics such as bistability or hysteresis.
도 8은 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에서 주입전류의 비율에 따른 모드 파장의 변화를 나타낸 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이, FP LD를 전송용 광원으로 쓰기 위해서는 출력이 -5 dBm 이상이 되어야 한다. 따라서, FP LD를 전송용 광원으로 사용할 수 있는 출력을 낼 수 있도록 도 7에 회색으로 표시된 부분인 -4 ∼ -2 dBm 영역에서 실험을 하였다. I1, I2의 주입전류를 조절하여 레이저의 광출력은 -2dBm, 발진파장은 1585nm 근방이 되도록 하였다. 초기에 주입시켜 준 I2를 -10mA에서 약 10mA까지 변화시켜 가면서, 각 I2에 따른 레이저의 광출력이 -2dBm이 되도록 I1을 조절하면서 1585nm 근방의 발진파장의 변화를 측정한 결과이다.Figure 8 shows the change in the mode wavelength according to the ratio of the injection current in the Fabry Perot laser diode having three electrodes of the present invention. As shown in Fig. 8, in order to use FP LD as a light source for transmission, the output should be -5 dBm or more. Therefore, experiments were performed in the region of -4 to -2 dBm, which is grayed out in FIG. 7, so that FP LD can be used as a light source for transmission. By adjusting the injection currents of I 1 and I 2 , the laser's light output was -2dBm and the oscillation wavelength was around 1585nm. The change in the oscillation wavelength near 1585nm was measured by adjusting I 1 so that the initial power of I 2 was changed from -10mA to about 10mA, and the light output of the laser according to each I 2 was -2dBm.
I2가 음의 방향으로 증가할수록 흡수에 의한 광자의 감소가 커지므로 동일 출력을 유지하기 위해 더 큰 I1을 인가해야 한다. I2가가 -5 mA 이상인 경우는 흡수에 의한 효과가 비교적 미미하여 파장 변화가 0.1 nm 정도이다. I2가가 -5 mA 미만으로 더 감소하면 모드 파장의 변화가 더 급격해져서 약 0.25 nm의 추가 변화가 가능해진다. 이는 본 발명에서 제시하는 3개의 전극을 갖는 FP LD의 발진파장이 전류에 의해 제어됨을 보여주는 결과이다.As I 2 increases in the negative direction, the decrease of photons due to absorption increases, so a larger I 1 must be applied to maintain the same output. When I 2 value is -5 mA or more, the effect of absorption is relatively small and the wavelength change is about 0.1 nm. Further reduction in I 2 value below -5 mA results in a sharper change in mode wavelength, allowing for a further change of about 0.25 nm. This is a result showing that the oscillation wavelength of the FP LD having three electrodes proposed in the present invention is controlled by the current.
도 9a는 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에서 이득 최대치의 파장변화를 나타낸 것이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 도 6과 같은 실험 장치를 이용해 2개의 주입 전극에 인가한 전류의 비를 다르게 하여 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)를 통해 넓은 간격(wide span)으로 이득 최대치 (gain peak)의 파장 변화를 살펴보았다. 2개의 주입 전극에 인가한 전류의 비에 따라서 약 18 nm의 이득 최대치의 파장변화가 생기는 것을 알 수 있다. 이로부터 3개의 전극을 갖는 FP LD에 주입되는 두 전류의 비율을 변화시킴으로써 FP LD의 이득 최대치의 파장을 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.Figure 9a shows the wavelength change of the gain maximum in a three-electrode Fabry Perot laser diode of the present invention. As shown in FIG. 9A, a gain maximum is obtained at a wide span through an optical spectrum analyzer by varying a ratio of currents applied to two injection electrodes using an experimental apparatus as shown in FIG. 6. The wavelength change of the peak) was examined. It can be seen that the wavelength change of the gain maximum of about 18 nm occurs depending on the ratio of the currents applied to the two injection electrodes. From this, it can be seen that the wavelength of the maximum gain of the FP LD can be controlled by changing the ratio of two currents injected into the FP LD having three electrodes.
도 9b는 본 발명의 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드에서 온도와 주입전류의 비율에 따른 이득 최대치 파장변화를 나타낸 것이다. 도 9a에 도시된 바와 같이, TEC 온도는 20℃로 제어하였고 레이저의 출력 파워가 0 dBm으로 고정되도록 하는 조건에서 I2를 점점 증가시키면서 출력 파장을 살펴보았다. I2가 증가함에 따라 이득 최대치 파장이 짧은 파장으로 이동하게 되는데, I2의 5mA 변화에 따른 이득 최대치 파장의 변화는 대개 4nm정도이다. 또한, 위와 같은 실험을 TEC 온도를 20℃, 25℃, 30℃로 점점 증가시키면서 파장의 변화를 살펴보았다. 온도가 증가함에 따라, 이득 최대치 파장은 열효과에 의해 장파장 쪽으로 이동하는 것을 확인하였다. 또한, 각각의 온도에 대해서 동일한 I2의 변화에 따른 이득 최대치 파장 변화율은 거의 일정함을 알 수 있었다. 상기 결과들을 종합하여 볼 때, 레이저 주위의 온도가 변화하여 이득 최대치 파장이 이동하더라도 I1과 I2를 조절함으로써 이득 최대치 파장을 고정시킬 수 있다.Figure 9b shows the maximum wavelength change in gain according to the ratio of the temperature and the injection current in the Fabry Perot laser diode having three electrodes of the present invention. As shown in FIG. 9A, the TEC temperature was controlled at 20 ° C. and the output wavelength was examined while increasing I 2 under the condition that the output power of the laser was fixed at 0 dBm. As I 2 increases, the gain maximum wavelength shifts to a shorter wavelength. The change in gain maximum wavelength with a change of 5 mA of I 2 is usually about 4 nm. In addition, the above experiments were observed to change the wavelength while gradually increasing the TEC temperature to 20 ℃, 25 ℃, 30 ℃. As the temperature increased, it was found that the gain maximum wavelength shifted toward the longer wavelength by the thermal effect. In addition, it was found that the gain maximum wavelength change rate due to the same I 2 change was almost constant for each temperature. Taken together, the gain maximum wavelength can be fixed by adjusting I 1 and I 2 even if the temperature around the laser changes and the maximum gain wavelength shifts.
I1, I2를 조절하여 레이저의 이득 최대치 파장을 고정시키는 방법에 대해 자세히 기술하면 다음과 같다. 우선, 사용하고자 하는 레이저의 광출력을 결정한다. 레이저의 광출력이 초기 설정해 준 값과 같도록 하면서, I1과 I2를 조절하여 특정 온도에서 레이저의 이득 최대치 파장이 사용하고자 하는 파장값이 되도록한다. 온도가 변하여 위에서 결정한 레이저의 이득 최대치 파장이 변하게 되면, I1을 조절하여 우선 레이저의 이득 최대치 파장을 원래의 값으로 이동시킨다. 처음 설정해둔 I1이 변하게 되어, 레이저의 광출력이 변하게 되므로, 이를 보상해 주기 위해 I2를 조절하여 레이 저의 광출력을 초기에 설정해 준 값이 되도록 한다. 이 경우, 레이저의 광출력은 초기 설정값과 같지만, 레이저의 이득 최대치 파장은 I2의 영향으로 다시 이동하게 된다. 따라서, I1을 조절하면서 레이저의 이득 최대치 파장을 제어하고, I1의 변화에 따른 레이저의 광출력 변화를 보상하기 위해서 I2를 조절하는 과정을 반복하면서 최종적으로 처음에 설정한 레이저의 광출력 값과 레이저의 이득 최대치 파장을 만족하는 값이 될 때까지 I1과 I2를 조절한다. 이와 같은 과정을 통해 온도 변화에 상관없이 레이저의 이득 최대치 파장을 I1과 I2를 조절함으로써 고정시킬 수 있는 것이다.The method for fixing the maximum wavelength of gain of the laser by adjusting I 1 and I 2 is as follows. First, the light output of the laser to be used is determined. While the laser's light output is the same as the initial setting, adjust I 1 and I 2 so that the maximum gain wavelength of the laser at the specified temperature is the wavelength you want to use. When the temperature changes and the gain maximum wavelength of the laser determined above is changed, I 1 is adjusted to first shift the laser maximum wavelength to its original value. Since I 1 set for the first time is changed and the light output of the laser is changed, I 2 is adjusted to compensate for this, so that the light output of the laser is initially set. In this case, the light output of the laser is the same as the initial set value, but the maximum wavelength of the gain of the laser is moved again under the influence of I 2 . Thus, by controlling the I 1 controls the laser gain peak wavelengths, and, I and finally the first laser light output set to repeat the step for controlling the I 2 in order to compensate for light output changes in the laser according to the change in the 1 Adjust I 1 and I 2 until the value and the gain maximum wavelength of the laser are satisfied. Through this process, the maximum gain wavelength of the laser can be fixed by adjusting I 1 and I 2 regardless of temperature change.
위의 내용을 실험 내용에 비추어 설명하면 다음과 같다. 20℃, I2=3 mA일 때, 이득 최대치 파장은 대략 1580 nm인데 이 때, 주위 온도가 증가해 이득 최대치 파장이 장파장 쪽으로 이동한 경우 일정한 출력 파워를 유지시키는 조건에서 I1을 감소시키고, I2는 증가시키면서 I1, I2를 잘 조절하면 이득 최대치 파장을 원래의 파장 1580 nm에 고정시킬 수 있다. 이로부터 3개의 전극을 갖는 FP LD에 주입되는 두 전류를 조절함으로써 FP LD의 이득 최대치 파장을 원하는 파장대역에 고정시키도록 제어할 수 있음을 확인할 수 있다.The above is explained in the light of the experiment. At 20 ° C and I 2 = 3 mA, the gain maximum wavelength is approximately 1580 nm, at which the I 1 is reduced under conditions that maintain a constant output power when the ambient temperature increases and the gain maximum wavelength is shifted toward longer wavelengths. I 2 may be fixed when the gain peak wavelength of the original wavelength of 1580 nm increased while good control of the I 1, I 2. From this, it can be seen that by controlling two currents injected into the FP LD having three electrodes, the gain maximum wavelength of the FP LD can be controlled to be fixed to a desired wavelength band.
이상에서 설명한 내용을 통해 본 업에 종사하는 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용만으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의하여 정해져야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention through the above description. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited only to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 적어도 3개의 전극을 갖는 페브리 페롯 레이저 다이오드를 이용한 파장 제어장치는 레이저에 전류를 공급하는 전극을 다수 개로 분리하여 각각의 전극에 흐르는 전류를 제어함으로써 레이저 모드 파장을 제어하고, 레이저 이득의 온도에 따른 변화를 감소시킬 수 있으며, 레이저 발진 대역폭을 늘릴 수 있다.As described above, the wavelength control device using the Fabry-Perot laser diode having at least three electrodes according to the present invention separates a plurality of electrodes supplying current to the laser and controls the current flowing through each electrode to control the laser mode wavelength. Can control, reduce the temperature-dependent change of the laser gain, and increase the laser oscillation bandwidth.
Claims (8)
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