KR20080021721A - 외부 캐비티 튜너블 레이저용의 집적형 모니터링 및 피드백설계 - Google Patents

외부 캐비티 튜너블 레이저용의 집적형 모니터링 및 피드백설계 Download PDF

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인텔 코오퍼레이션
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Abstract

집적 구조는, 집적 구조를 통과하는 도파관(220)에 의해 광학적으로 결합되는 전면 및 후면(201, 203)을 포함한다. 집적 구조는 이득부(202), 및 도파관에 의해 이득부에 광학적으로 결합되는 반사기(208)를 포함하며, 반사기는 광출력을 방출한다. 변조기(214)는 도파관에 의해 반사기에 광학적으로 결합되며, 변조기는 광출력을 변조한다. 제어부(216)가 도파관을 따라서 배치된다.
Figure P1020077030932
도파관, 튜너블 레이저, 집적 구조, 이득부, 제어부, 광출력, 변조기

Description

외부 캐비티 튜너블 레이저용의 집적형 모니터링 및 피드백 설계 {INTEGRATED MONITORING AND FEEDBACK DESIGNS FOR EXTERNAL CAVITY TUNABLE LASERS}
<관련 출원들에 대한 상호 참조>
본 출원은 공동 계류중인 미국특허출원 제10/811,712호(2004년 3월 29일자) "Semi-integrated Designs for External Cavity Tunable Lasers" 및 공동 계류중인 미국특허출원 제11/023,711호(2004년 12월 28일자) "Semi-integrated Designs with In-Waveguide Mirrors for External Cavity Tunable Lasers"에 관계된다.
<기술 분야>
본 발명의 실시예들은 레이저의 분야에 관한 것으로서, 특히, 이에 한하지 않으나, 외부 캐비티 튜너블 레이저의 집적형 모니터링 및 피드백 설계에 관한 것이다.
데이터 및/또는 음성 통신을 전달하기 위하여 원격 통신과 기업 네트워크에서 광전송 시스템이 사용된다. 광신호는 고속이며, 우수한 신호 품질과 외부 전자기 에너지로부터의 최소 간섭을 제공한다. DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexed) 시스템을 활용한 광 네트워크는 다채널 광 링크를 제공한다.
광 네트워크는 종종 레이저와 같은 송신기를 포함한다. 오늘날 보통 사용되는 레이저는 외부 캐비티 튜너블(external cavity tunable) 레이저이다. 레이저로부터의 광신호는 데이터 신호 및 광 네트워크 상에 보내진 변조된 광 신호와 함께 변조될 수 있다. 레이저의 성능은 제조상의 변동, 주변 온도의 변화, 레이저 구성성분의 노화 등의 다수의 인자들에 의해 영향받을 수 있다. 이러한 인자들로 인한 성능의 변동에 내성을 갖게 하고 이를 보상하게 하기 위하여, 레이저 모니터링 및 피드백 시스템이 사용된다.
이하의 도면들을 참조하여 비제한적이며, 비소모적인 본 발명의 실시예들을 설명하며, 여기서, 달리 지정하지 않는 한, 다양한 도면들을 통해 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 모니터링 및 피드백을 갖는 외부 캐비티 튜너블 레이저의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 모니터링 및 피드백을 갖는 외부 캐비티 튜너블 레이저의 블록도.
도 2B는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 모니터링 및 피드백을 갖는 외부 캐비티 튜너블 레이저의 블록도.
도 3B는 본 발명의 일 실시예에 따른 변조기의 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 출력 모니터의 블록도.
도 4B는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 출력 모니터의 블록도.
도 4C는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 출력 모니터에서의 광 전력을 나타낸 그래프.
도 4D는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 출력 모니터에 의해 탭핑된 후의 레이저 출력의 광 전력을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 필터의 블록도.
도 5B는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 필터의 성능을 나타낸 그래프.
도 5C는 본 발명의 일 실시예에 따른 모드 필터의 성능을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 구조의 마스크 레이아웃을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 모니터링 및 피드백을 갖는 외부 캐비티 튜너블 레이저의 블록도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 모니터링 및 피드백을 갖는 외부 캐비티 튜너블 레이저를 포함하는 시스템의 블록도.
이하의 설명에 있어서, 본 발명의 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항들이 설명된다. 그러나, 당업자라면, 본 발명의 일 실시예들은 하나 이상의 특정 세부사항 없이, 또는 다른 방법, 구성성분, 재료 등으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에 있어서, 공지의 구조, 재료, 또는 동작들은 본 기재의 이해를 불명료하게 하는 것을 방지하기 위하여 상세하게 나타 내거나 설명되지 않는다.
"일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 본 명세서에서의 참조는, 실시예와 관련하여 기재된 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체의 다양한 곳에서의 "일 실시예에서" 혹은 "실시예에서"라는 어구의 표현은, 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
모니터링 및 피드백을 수행하기 위한 방법은, 광 전력을 전기 신호로 변환하기 위하여 포토다이오드 및 (레이저 광의 일부를 분리하도록) 이산 광 빔스플리터를 포함하고자 하는 것으로서, 전기 신호는 레이저에 피드백되어, 일정한 전력, 파장, 또는 기타의 레이저 성능 메트릭(metric)을 유지하기 위하여, 레이저로의 입력을 변화시킬 수 있다. 이러한 피드백 메커니즘은, 물리적으로 더 크고, 자동화하기 곤란하며, 고가이며, 레이저 자체에 영향을 주는 동일한 환경 및 노후 조건으로 인하여 변할 수 있는 레이저 어셈블리("하이브리드" 접근법)에 정확하게 정렬 및 고정되는, 빔 스플리터와 포토다이오드와 같은 몇몇의 이산(discrete) 작업 부품들을 필요로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예들은, 레이저에 대하여 모놀리식 집적되는(monolithically integrated) 피드백 및 제어 시스템을 포함한다. 이러한 시스템들은 더 작은 형성 인자(form factor)를 제공하며, 더 저렴한 최종 어셈블리 공정을 제공한다.
도 1을 참조하면, 집적형 피드백 및 모니터링을 갖는 레이저(100)의 일 실시 예가 도시되어 있다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 레이저(100)는 외부 캐비티 다이오드 레이저(ECDL)과 유사하게 구성된다. 레이저(100)는 집적 구조(102)에 광학적으로 결합되는 캐비티 소자(103)를 포함한다. 집적 구조(102)는 출력 어셈블리(101)에 광학적으로 결합된다. 컨트롤러(138)는 집적 구조(102), 캐비티 소자(103), 출력 어셈블리(101), 또는 그들의 임의의 조합에 결합될 수 있다. 컨트롤러(138)는 제어 신호를 레이저(100)의 구성성분들에 송수신하기 위하여 종래의 프로세서를 포함할 수 있다.
집적 구조(102)는 이득부(102A), 반사기(102B), 변조기(102C), 및 제어부(102D)를 포함한다. 일 실시예에서, 집적 구조(102)는 하나 이상의 반도체 기판 상에 형성되는 이득부(102A), 반사기(102B), 변조기(102C), 및 제어부(102D)와 같은 구성성분들을 포함한다. 본 명세서의 실시예들은, 집적 구조(102)의 구성성분들이 단일의 반도체 기판 상에 형성되는 "모놀리식" 집적 구조(102)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 집적 구조(102)는 인쇄 회로 기판에 탑재하기 위하여 패키징될 수 있다.
이득부(102A)는 렌즈(108)에 의해 시준되는 광 빔(126)을 방출한다. 광 빔(126)으로부터의 광은 반사기(114)에 의해 반사되어, 이득부(102A) 및 반사기(102B)에 되돌아간다. 반사기(102B)는 부분적으로 반사한다. 레이저(100)의 캐비티는 반사기(102B) 및 반사기(114)에 의해 정의된다.
변조기(102C)는 데이터(132)를 이용하여 레이저(100)에 의해 생성되는 광신호를 변조한다. 일반적으로, 제어부(102D)는 레이저(100)의 다양한 파라미터들의 모니터링을 제공하며, 레이저(100)의 구성성분들에 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다. 이하, 제어부(102D)의 실시예들을 설명한다.
캐비티 소자(103)는 반사기(114), 튜너(110), 및 렌즈(108)를 포함한다. 반사기(114)는 반사기, 격자, 프리즘 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 반사기(114)는 렌즈(108)가 제거될 수 있도록 곡선을 이룰 수 있다.
레이저(100)의 기본 동작은 다음과 같다. 광 에너지의 방출을 생성하는 이득부(102A)에 제어가능한 전류가 공급된다. 방출된 광 에너지는 반사기(102B)와 반사기(114) 사이에서 앞뒤로 통과한다. 광 에너지가 앞뒤로 통과함에 따라서, 복수의 공진 또는 "레이징(lasing)" 모드가 생성된다. 레이징 모드에서, 광 에너지의 일부가 외부 레이저 캐비티를 일시적으로 점유하며, 동시에, 외부 레이저 캐비티의 에너지의 일부가 부분 반사기(102B)를 종국적으로 통과한다. 부분 반사기(102B)를 통해 레이저 캐비티를 탈출하는 에너지는 광 출력(136)이 된다.
광 출력(136)은 출력 어셈블리(101)를 통해 광 파이버(122)에 전달된다. 광 빔(136)이 렌즈(116)에 의해 시준되어, 렌즈(120)에 의해 포커스된다. 일 실시예에서, 광 격리자(isolator)(118)가 렌즈(116)와 렌즈(120) 사이에 위치한다. 일 실시예에서, 광 격리자(118)는 집적 구조(102)를 향하여 반사가 되돌아오지 않도록 한다. 광 빔(136)이 렌즈(120)에 의해 광 파이버(122)에 포커스된다. 일 실시예에서, 광 파이버(122)는 페룰(ferrule)(도시 생략)에 의해 지지된다.
또 다른 실시예에서, 빔 스플리터(117)가 렌즈들(116 및 120) 사이에 위치되어, 분리된 부분의 강도가 포토다이오드와 같은 광전 소자에 의해 측정될 수 있도 록 광 빔(136)의 일부를 픽-오프(pick-off)한다. 포토다이오드에 의해 측정되는 강도는 출력 빔의 강도에 비례한다. 측정된 강도는 그 후 컨트롤러(138)에 보내질 수 있다. 컨트롤러(138)는 광 출력 전력을 최대화하거나 안정화하기 위하여 레이저(100)의 다른 구성성분들을 조절하도록 이 신호를 사용할 수 있다.
레이저(100)에 의해 출력되는 광 신호의 파장을 튜닝하도록 튜너(110)가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, C-대역 파장(1530-1570nm)에 레이저(100)가 튜닝될 수 있다. 튜너(110)는 또한 파장 필터라 지칭될 수도 있다. 일 실시예에서, 튜너(110)는 컨트롤러(138)로부터의 제어 신호를 이용하여 튜닝된다. 또 다른 실시예에서, 튜너(110)는 열 튜너를 포함한다. 이러한 특정 실시예에서, 적어도 튜너(110)의 적어도 일부로의 열을 조절함으로써, 튜너(110)의 광학적 특성이 레이저를 다양한 파장으로 튜닝하도록 변화된다.
레이저(100)의 출력 파장을 변화시키기 위하여 레이저(100)를 튜닝하는 다른 방법들이 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 튜너블 레이저(100)의 출력은 열적 또는 기계적 메커니즘을 통해 반사기(114)를 움직임으로써 레이저 캐비티의 길이를 조절하여 튜닝될 수 있다. 도 1은 반사기(114)를 물리적으로 움직일 수 있는 컨트롤러(138)에 결합되는 액추에이터(115)를 나타낸다. 일 실시예에서, 튜너블 레이저(100)는 광 빔(126)에 위치하는 하나 이상의 에탈론(etalon)을 기계적 또는 열적으로 조절함으로써 튜닝될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저(100)는 열적 제어를 통해 이득 매체(102A)의 굴절율을 변화시킴으로써 튜닝될 수 있다. 다른 실시예에서, 레이저(100)는 음향-광학, 전기-광학 등을 통 해 튜닝될 수 있다.
일 실시예에서, 튜너(110)는 버니어(Vernier) 튜닝을 이용하여 레이저(100)를 튜닝하기 위하여 에탈론(111) 및 에탈론(112)을 포함한다. 단일 주파수의 출력을 생성하기 위하여, 원하는 파장에 해당하는 레이징 모드를 제외한 모든 레이징 모드들을 실질적으로 감쇠시키도록 필터링 메커니즘이 채용된다. 에탈론(111)은 그리드 발생기로서 기능할 수 있으며, 에탈론(112)은 채널 선택기로서 기능할 수 있다. 패브리-페로(Fabry-Perot) 공진기로 동작하는 에탈론을 구비할 수 있는 그리드 발생기는 복수의 전송 피크(통과 대역이라고도 함)를 정의한다. 이상적으로는, 동작중에, 전송 피크가 고정된 채로 유지되며; 실제에 있어서는, 원하는 위치에서 그리드 발생기의 전송 피크를 유지하기 위해 서보 루프(예컨대, 온도 제어 루프)를 채용할 필요가 있을 수 있다. 그리드 발생기의 캐비티 길이는 레이저 캐비티의 캐비티 길이보다 작으므로, 전송 피크 간의 (파장의) 간격은 캐비티 모드에 대한 것보다 그리드 발생기에 대한 것이 더 크다. 일반적으로, 그리드 발생기에 대한 전송 피크의 위치 및 간격은, ITU(International Telecommunication Union) 채널과 같은, 레이저가 채용되어야 하는 통신 표준에 의해 정의되는 일군의 채널 주파수에 해당하게 된다. 또한, 전송 피크의 간격은 그리드 발생기의 자유 스펙트럼 범위(FSR: Free Spectral Range)에 해당한다.
레이저 출력의 레이징 모드를 선택하기 위하여, 에탈론(112) 등의 채널 선택기가 채용된다. 예시를 위해서, 일 실시예에서, 에탈론(112)은 그리드 발생기를 위해 사용되는 에탈론(111)보다 실질적으로 작은 폭을 갖는 에탈론을 포함할 수 있 다. 이러한 경우, 채널 선택기의 FSR은 그리드 발생기보다 실질적으로 더 크며; 따라서, 채널 선택기의 대역통과 파형은 넓어진다. 버니어 튜닝 기법에 따르면, 그리드 발생기의 전송 피크들 중 하나로 채널 선택기의 단일 전송 피크를 정렬함으로써 원하는 파장(즉, 채널)이 선택된다.
도 2를 참조하면, 집적 구조(102)의 일 실시예가 도시되어 있다. 집적 구조(102)는 도파관(220)에 의해 광학적으로 결합되는 변조기(214), 이득부(202), 및 반사기(208)를 포함한다. 일 실시예에서, 도파관(220)은 반도체 도파관이다. 집적 구조(102)는 이득부(202)와 반사기(208)와의 사이(도 2에 도시된 바와 같음)에 또는 이득부(202)와 전면(201) 사이에 위상 제어기(210)를 선택적으로 포함할 수 있다.
광 빔(126)은 도파관(220)을 통해 집적 구조(102)를 통과한다. 집적 구조(102)는 도파관(220)에 의해 연결되는 후면(203)과 전면(201)을 포함한다. 일 실시예에서, 면들(201 및 203)은 비반사적이다. 캐비티 소자(103)의 반사기(114) 및 반사기(208)는 외부 캐비티를 정의한다. 광 빔(136)은 도파관(220)을 탈출하여 출력 어셈블리(101)에 들어간다. 반사기(208)를 탈출한 레이저 출력은 데이터(132)를 이용하여 변조기(214)에 의해 변조된다.
집적 소자(102) 내의 이득부, 변조부, 및 선택적인 위상 제어부의 모놀리식 집적을 위한 상이한 기법들이 개발되었다. 위상 및 (편향되지 않은) 변조부에서의 흡수를 최소화하기 위하여, 이러한 위상 및 변조부의 대역 갭은 이득부에 비하여 약 0.06 내지 0.12eV 만큼 넓어질 수 있다(100 내지 200nm 만큼의 흡수 피크의 청 색 편이). 이는 이하의 기법 중 하나에 의해 행해질 수 있다. 각각의 기법에 있어서, 집적 구조는 적용가능한 에너지 대역갭을 형성하기에 적합한 재료를 포함한다. 일 실시예에서, 집적 구조는 InGaAsP(Indium gallium arsenic phosphide)에 기초한 재료를 이용하여 형성된다.
제1 기법은 오프셋 양자우물(QW: Quantum-Well) 구조를 이용한다. 이러한 구조에 있어서, 두꺼운 저대역갭(0.84 내지 0.9eV)의 쿼터너리(quaternary) 도파관의 최상부에서 다수의 양자우물 활성층이 성장된다. 양자우물이 선택 에칭을 이용하여 위상 및 변조부에서 제거될 수 있도록 얇은(약 10nm) 정지 에칭층에 의해 2개의 층이 분리된다. 이러한 낮은 대역갭 도파관은 낮은 전류 밀도에서 레이저의 위상부에 대하여 높은 편이율을 제공한다. 변조부는 전극들에 역전압이 인가된 위상부와 동일한 도파관 구조를 이용한다.
양자 우물 혼합(QWI: Quantum Well Intermixing)으로 알려진 제2 기법은 그 에너지 대역갭이 증가되도록 하는 양자우물 영역으로의 불순물 또는 공극 주입에 의존한다. 위상 제어부 및 변조부로의 선택적인 QWI 적용은 약 100 내지 200nm의 흡수 피크의 요구되는 청색 편이를 제공한다. 이러한 기법은 제1 기법에 비하여 더 양호한 양자 우물과의 모드 중첩을 허용한다.
제3 기법은 비대칭 트윈-도파관 기법을 채용하며, 여기서, 증폭 및 변조(위상 제어)의 2개의 광학적 기능은 별개의 수직 결합되는 도파관에 집적되어, 각각 최선의 성능을 위하여 개별적으로 최적화된다.
변조기에 있어서, 벌크 도파관 재료는 QW 구조에서 가능할 수 있는 것 보다 더 넓은 스펙트럼 대역폭을 제공한다. 그러므로, 폭넓게 튜닝가능한 ECDL 적용예를 위해서, 변조부/위상부 도파관의 벌크 재료의 제1 기법과 제3 기법은 QWI 기법보다 더 양호한 결과를 제공하여야 한다.
집적 구조(102)는 하나 이상의 제어부(216)를 포함한다. 일 실시예에서, 제어부(216)는 파선 화살표에 도시된 바와 같이 도파관(220)을 따르는 다양한 위치들에 따라서 위치될 수 있다. 이하, 제어부(216)의 다양한 실시예들을 설명한다. 일 실시예에서, 제어부(216)를 포함하는 집적 구조(102)의 구성성분들은, 공지의 반도체 제조 기법들을 이용하여 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 반사기(208)는 제어된 폭의 공기갭을 에칭함으로써 형성된다. 다른 실시예에서, 반사기(208)는 처핑(chirp)된 브래그 격자(Bragg grating)를 포함할 수 있다. DBR(Distributed Bragg Reflector) 레이저와 유사한 격자 구조를 이용하는 이러한 처핑된 브래그 격자는, 격자를 제외하고, 다수의 공진 모드를 생성하도록 불규칙한 간격을 갖는다(즉, 처핑된다).
일 실시예에서, 집적 구조(102)는 레이저(100)의 파장 고정을 위한 위상 제어부(210)를 포함한다. 이러한 기법에 있어서, 위상 제어부(210)를 통과하는 도파관 부분의 광로 길이에서 해당 변조를 일으켜, 레이저 캐비티의 광로 길이를 변조시키도록 "디더(dither)" 또는 변조 신호가 공급된다. 이는 변조된 위상 천이 효과를 생성하여, 레이징 모드의 광학적 주파수(FM)의 소규모 변조를 가져온다. 내부 캐비티 또는 외부 광학 소자는 광학적 FM에 해당하는, 진폭 변조라고도 불리는, 출력 빔의 강도(전력)의 변조를 가져오는 트랜스듀서로서 기능할 수 있다.
부과된 변조 또는 "디더"가 레이저의 출력 빔에서 검출될 수 있으며, 원하는 파장으로부터 레이징 모드의 파장 오프셋(방향 및 크기)을 판정하도록 분석될 수 있다.
도 2B를 참조하면, 변조기(214) 영역 및 선택적인 위상 제어부(210)의 도파관(220)의 단면도가 도시되어 있다. 도파관 코어(222)가 기판(221) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 기판층(221)은 InP(Indium Phosphide)를 포함하며, 도파관 코어(222)는 InGaAsP(Indium Gallium Arsenic Phosphide)를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 도파관 코어(222)는 InGaAlAs(Indium Gallium Aluminum Arsenic)을 포함한다.
도 2B의 실시예에서, 기판(221)은 약 1400nm의 두께를 가지며, 도파관 코어(222)는 약 400nm의 두께와 약 370 내지 470nm의 폭을 갖는다. 상부 클래딩층(223)이 도파관 코어(222) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 상부 클래딩층(223)은 약 1400nm의 두께를 갖는 p형 InP를 포함한다.
이득부(202)와 같은 집적 구조(102)의 다른 성분들이 앞서 설명한 공지의 기법을 이용하여 기판(221) 상에 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 집적 구조(102)의 실시예가 도시되어 있다. 도 3은 집적 구조(102)의 다양한 제어부의 실시예를 나타낸다. 제어부의 실시예들은 모드 필터(306), 증폭기(310), 레이저 출력 모니터(312), 디더 신호 캡쳐를 위해 적합한 대역폭의 광학 모니터(316), 및 증폭기(318)를 포함한다. 집적 구조(102)의 실시예들은 반드시 본 명세서에서 설명하는 제어부 전체를 포함할 필요는 없으며, 임의 의 그 조합을 포함할 수 있다.
도 3은 또한 캐비티 소자(103), 집적부(102), 및 출력 어셈블리(101)에 결합되는 컨트롤러(138)를 나타낸다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 제어부의 실시예들은 레이저 제어의 일부로서 레이저(100)의 양상들을 모니터링한다. 일부 실시예에서, 이러한 제어부는 레이저의 양상을 측정하고, 그 측정치에 기초하여 모니터 신호를 발생시킨다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 이러한 모니터링은 레이저의 구성성분에 대한 피드백 신호를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 구성성분에 의한 올바른 조치를 위해서 제어부로부터 직접 레이저 성분으로 모니터링 신호가 되돌려 송신될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 피드백 신호는 모니터링 신호를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 모니터링 신호는 제어 신호를 레이저 성분에 보내기 위하여 신호를 사용하는 집적 구조(102)("on-chip" 컨트롤러)의 컨트롤러 로직을 통과할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어부로부터의 모니터링 신호들이, 제어부로부터 수신되는 정보에 기초하여 레이저(100)에 제어 신호를 제공하는 컨트롤러(138)와 같은 "off-chip" 컨트롤러에 보내질 수 있다. 일 실시예에서, 모니터링 신호와 제어 신호의 조합은 레이저 성분에 대하여 피드백 신호를 형성한다.
제어부의 일 실시예에서, 증폭기(310)가 도파관(220)을 따라 반사기(208)와 변조기(214) 사이에 위치된다. 일 실시예에서, 증폭기(310)는 SOA(Semiconductor Optical Amplifier)를 포함한다. 일 실시예에서, 증폭기(310)는 파장 범위에 걸쳐 일정한 광 전력 출력을 제공하도록 사용될 수 있다. SOA가 순방향 바이어스되는 경우, SOA는 도파관(220) 내에서 이동하는 광의 전력을 증폭한다. SOA가 역방향 바이어스되는 경우, SOA는 도파관(220) 내에서 이동하는 광의 전력을 실질적으로 흡수한다. 따라서, 일 실시예에서, 증폭기(310)는 단일 소자로부터 이중 기능을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 증폭기(310)는 레이저 광 출력의 일부 또는 거의 전부를 흡수하기 위하여 광 감쇠기 또는 셔터로 기능할 수 있다. 파장 스위칭 중에, 과도적인(transient) 광 신호가 변조기(214) 및 이후의 광 출력 어셈블리(101)에 보내지지 않도록 광 출력은 비어있을 수 있다.
또 다른 실시예에서, 변조기(214)에 보내지는 광 신호의 전력을 최적화하기 위해 증폭기(310)가 사용될 수 있다. 마흐-젠더 변조기(MZM)와 같은 변조기(214)는 변조되어야 하는 광 신호의 특정 전력 레벨에서 더 양호한 소광 비(extinction ratio)를 가질 수 있다. 소광 비는 로직 1 및 0으로서 해석되는 광학적 "하이" 및 광학적 "로우"의 진폭 사이의 비율이다. 증폭기(310)는 변조기(214)의 원하는 소광 비를 가져오는 전력 레벨로 레이저의 광 출력을 조절하기 위해 사용될 수 있다.
집적 구조(102)의 제어부의 다른 실시예는 반사기(208)와 변조기(214) 사이에 도파관(220)에 의해 광학적으로 결합되는 레이저 출력 모니터(312)를 포함한다. 레이저 출력 모니터(312)는 레이저 출력의 전력을 측정한다. 레이저의 구성성분을 조절하기 위하여 검출된 출력 전력이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 이득부(202)의 제어를 위한 피드백(326)으로서 레이저 출력 모니터(312)에 의한 모니터링이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 피드백(327)을 이용하여 증폭기(310)를 제어하기 위하여 레이저 출력 모니터(312)가 사용될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 전체 파장들에서 일정한 전력 출력을 유지하도록 증폭기(310)를 제어하기 위하여 피드백(327)이 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 위상 제어부(210)를 제어하기 위하여 레이저 출력 모니터(312)가 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 레이저의 광 캐비티 길이를 유지하여, 원하는 출력 파장을 유지하도록 피드백(328)이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 역방향 바이어스된 수동 도파관 포토다이오드와 같은 포토-디텍터를 이용하여 레이저 출력 모니터(312)가 구현될 수 있다. 포토다이오드에 의해 발생되는 전류는 레이저의 광 출력 전력에 비례한다. 이러한 전류는 이득부(202) 또는 위상 제어부(210)의 제어를 위한 피드백으로서 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 레이저 출력 모니터로서 증폭기(310)가 사용될 수 있다. 일정한 전류 모드에 있어서, SOA는 레이저의 광 출력 전력에 비례하는 전압을 발생시킬 수 있다. 이 발생된 전압은 레이저의 출력 전력 성능을 평가하고, 레이저의 광 출력 전력을 최적화하도록 이득부(202)가 조절될 수 있도록, 이득부(202)로의 광 전력 피드백(329)을 발생시키기 위하여 사용될 수 있다.
도 4 및 도 4B를 참조하면, 레이저 출력 모니터(312)의 일 실시예는 지향성 결합기(410)를 포함한다. 도 4에 있어서, 도파관(412)이 도파관(220)의 다음에 형성된다. 도파관(412)의 도파관(220)으로의 근접성에 의해 지향성 결합기(410)가 형성된다.
일 실시예에서, 도파관(412)은 도파관(220)을 통과하는 광신호의 작은 부분 을 분기시킨다(tap-off). 도파관(412)의 도파관(220)으로의 근접성으로 인하여, 도파관(220)으로부터의 광의 작은 부분이 도파관(412)으로 전달될 것이다. 도파관(220)의 광 신호의 강도 프로파일(예컨대, 가우시안 모드)은, 광 신호의 일부가 도파관(412)에 의해 "픽-오프(pick-off)"될 수 있도록 도파관(220)을 넘어 신장한다.
일 실시예에서, 지향성 결합기(410)는 도파관(220) 내의 광신호의 1%를 분기시킨다. 분기된 광신호는 도파관(412)을 따라서 포토다이오드(414)에 보내질 수 있다. 분기된 신호의 광전력을 판정하기 위하여 포토다이오드(414)가 사용될 수 있으며, 이러한 정보는 출력 전력 피드백(326)으로서 이득부(202)에 되돌려질 수 있다.
도 4B는 지향성 결합기(410)의 일 실시예의 단면도를 나타낸다. 도파관들(220 및 412)은 3 마이크론의 폭을 갖는다. 도파관들(220 및 412) 사이의 효과적인 결합 영역은 약 200 마이크론 길이이다. 도파관들(220 및 412)은 결합 영역에서 서로 0.72 마이크론 이내가 되도록 형성된다.
테스트는 지향성 결합기가 대상 파장 대역에 걸쳐 파장에 민감한 것을 나타내었다; 지향성 결합기는 다양한 파장에서 광 출력 전력의 대략 동일한 량을 분기시킨다. 예를 들어, 도 4B에 도시된 바와 같은 지향성 결합기가 C-대역 파장에 걸쳐 테스트되었다. 도 4C는 광 출력 전력의 1%가 1500 내지 1600nm의 파장에 걸쳐 도파관(412)으로 분기된 것을 나타낸다. 도 4D는 분기 후의 도파관(22) 내의 결과의 광 출력 전력이 동일한 파장의 범위에 걸쳐 약 98.2% 남아 있는 것을 나타낸다. 따라서, 지향성 결합기(410)는 파장 범위에 걸쳐 최소 광 손실을 갖는 수동 출력 전력 검출기를 제공한다.
도 3을 참조하면, 제어부의 또 다른 실시예는 광학 모니터(316)를 포함한다. 광학 모니터(316)는 변조기(214)의 출력을 모니터링하기 위해 사용된다. 광학 모니터(316)는 도파관(320)에 의해 변조기(214)에 광학적으로 결합된다. 일 실시예에서, 변조기(214)는 광 데이터 신호 및 상보적인 광 데이터 신호 양자를 생성한다. 상보적인 광 데이터 신호는 도파관(220)에 결합되는 변조된 신호의 반전 형태이다.
도 3B를 참조하면, MZM(330)의 일 실시예가 도시되어 있다. 광 신호는 도파관(220)을 따라서 MZM(330)에 진입한다. 광 신호는 스플리터(334)에 의해 2개의 도파관으로 균등하게 분리된다. 일 실시예에서, 스플리터(334)는 Y-접합을 포함한다. 다른 실시예에서, 스플리터(334)는 멀티모드 간섭기(MMI: Multi-mode interferometer)로서 구현된다.
광 신호는 결합기(336)에서 재결합되어, 도파관(220)으로 출력된다. 상보적인 광 데이터 신호가 도파관(320)으로 출력된다. 결합기(336)의 실시예는 Y-접합, MMI 등을 포함한다.
광 신호의 변조에 영향을 주기 위하여 전극들(335A 및 335B)이 사용된다. MZM(330)의 반도체에 인가되는 전압은 재료의 굴절율의 변화를 유도시킨다. 전극들(335A 및 335B)에 전압이 인가되지 않는 경우와 같은, 첫번째 상태에서, 결합기(336)에서 재결합된 광신호는 동위상이며, 보강 간섭한다. 이러한 경우, 광출력 은 "하이"이며, 로직 "1"로서 인식될 수 있다.
전극(335A 또는 335B)에 전압이 인가되는 경우와 같은, 두번째 상태에서, 반도체 재료의 굴절율이 변화하여, MZM(330)의 두 개의 아암 사이에서 위상 천이를 일으킨다. 결합기(336)에서 광신호가 재결하는 경우, 소멸 간섭이 발생하여, 로직 "0"으로서 해석될 수 있는 "로우"의 광신호를 가져온다.
MZM(330)은 또한 RF 입력(340)을 포함한다. RF 입력 신호는 도파관(220)으로부터의 광신호의 변조를 유도하기 위해 전극(335A 및 335B)에 인가될 수 있다. RF 입력 신호는 데이터 소스(344)로부터의 데이터 신호 및 디더 소스(346)로부터의 디더 신호를 포함한다.
일 실시예에서, RF 입력 신호는 MZM 전달 함수의 직각위상 점(quadrature point)에서 인가되어야 한다. MZM(330)의 바이어스 점은 바이어스 전압 입력(342)에서의 바이어스 전압에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 집적 소자(221)의 기판에 바이어스 전압이 인가된다. 다른 실시예에서, 바이어스 전압이 MZM 전극(335A 및 335B)에 인가되는 RF 전압 입력(340)과 결합된다.
MZM 전달함수는 MZM의 노화 또는 주변 온도 변화로 인해 좌우로 천이될 수 있다. 이는 RF 입력 신호가 더 이상 직각위상 점에 인가되지 않으므로, 나쁜 광출력 품질을 가져온다. 이는 나쁜 소광 비를 가져올 수 있다. MZM(330)의 드리프트(drift)를 보상하기 위하여 바이어스 전압이 사용된다.
일 실시예에서, 바이어스 전압을 조절하기 위한 피드백 메커니즘으로서 진폭 변조(AM) 디더가 사용된다. AM 디더 기법에 있어서, RF 입력 신호의 진폭은, "디 더"라고 하는, 저주파 신호에 의해 변조된다. 디더의 진폭은, 디더가 MZM의 광 출력에 악영향을 미치지 않도록 RF 입력 신호의 진폭보다 훨씬 작다.
디더는 광학 모니터(316)에 의한 상보 데이터 광신호로부터 복구된다. 일 실시예에서, 상보 광 데이터 출력은 포토다이오드(317)에 의해 흡수되어, 바이어스 전압 컨트롤러(344)에 바이어스 에러 신호를 제공한다. 일 실시예에서, 광학 모니터(316)에서 대역 통과 필터(319)를 이용하여 디더 신호가 복구되어, 변조된 데이터 스트림으로부터 디더 주파수만을 추출한다. 대역 통과 필터는 광 전력의 데이터율 변동에 대하여 효과적으로 평균화하기 위하여 사용될 수 있다.
바이어스 전압 컨트롤러(344)는 광학 모니터(316)로부터 수신되는 에러 신호에 기초하여 바이어스 전압 입력신호를 조절한다. 전술한 바와 같이, 바이어스 전압 컨트롤러(344)는 집적 구조(102)에 따라서 "온-칩" 또는 "오프-칩"일 수 있다.
다른 실시예에서, 포토다이오드(317)는 출력 도파관(220)에 구성되며, 변조된 출력 신호의 대다수가 출력 어셈블리(101) 상으로 통과되어, 출력 신호의 밸런스가 바이어스 전압 컨트롤러(344)를 통해 피드백을 위한 포토전류로 변환되도록, 부분적으로 흡수되게 바이어스된다.
도 3을 참조하면, 제어부의 다른 실시예는 도파관(220)을 따라서 변조기(214)와 광 출력 어셈블리(101)와의 사이에 광학적으로 결합되는 증폭기(318)이다. 일 실시예에서, 증폭기(318)는 SOA를 포함한다.
일 실시예에서, 증폭기(318)는 변조기(214)의 광 전력 손실을 보상하기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 증폭기(318)는 블랭커(blanker)로서 사용될 수도 있다. 이러한 특정 실시예에서, 파장 전이 중에 레이저 출력 모니터(312)에 의해 레이저 출력 모니터링이 계속 수행될 수 있도록, 증폭기(318)는 파장 전이 중에 블랭커로서 사용될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 증폭기(310)가 블랭커로서 사용되고 있다면, 레이저 출력 모니터(312)는 레이저 출력을 수신하고 있지 않으므로, 레이저 출력 모니터(312)의 모니터링 능력은 증폭기(310)에 의해 블랭킹 중에 상실된다.
다른 실시예에서, 집적 구조(102)의 제어부는 모드 필터(306)를 포함할 수 있다. 모드 필터(306)는 도파관(220)을 따라서 이득부(202)와 캐비티 소자(103) 사이에 위치된다. 모드 필터(306)는 원하지 않은 모드가 레이저에 의해 출력되지 않도록 필터링하기 위하여 사용된다.
모드 필터(306)의 일 실시예는 굽은 도파관을 포함한다. 반경을 가로질러 도파관을 굽히는 것은 더 고차수 모드의 손실을 증가시킨다. 도파관에서 더 고차수 모드의 손실을 증가시킴으로써, 이러한 원하지 않는 모드로 인한 레이징 불안정성이 억제된다.
다른 실시예에서, 모드 필터(306)는 도 5에 도시된 바와 같이 테이퍼형의 도파관부(504)를 포함한다. 도파관(220)에서 광학 모드의 최적의 형태는 캐비티 소자(103)의 광학 모드의 최적 형태와는 상이할 수 있다. 도파관(220)의 테이퍼형 도파관부(504)는 도파관(220) 내에서 전파되는 모드로의 외부 캐비티 모드의 결합으로부터 발생하는 결과적인 처프(chirp) 정렬 감도 및 정렬 허용한도를 향상시킨다.
도 5에 있어서, 도파관(220)은 테이퍼형 도파관부(504)를 포함한다. 테이퍼형 도파관부(504)는 광단부(506)와 협단부(508)를 포함한다. 협단부(508) 뒤에서, 도파관(220)은 이득 단부(509) 쪽으로 넓어지며, 여기서, 도파관(220)에 의해 전파되는 광신호는 이득부(202)에 진입한다. 도 5의 실시예에서, 광단부(506)는 약 3 마이크론 폭이며, 협단부(508)는 약 1 마이크론 폭이며, 이득 단부(509)는 약 3 마이크론 폭이다. 대체 실시예에서, 광단부(506)는 3 마이크론 이상의 폭일 수 있다.
광 빔(126)은 테이퍼형 도파관부(504)의 광단부(506)에 진입한다. 외부 캐비티로부터의 광은 도파관(220)을 횡단하는 광보다 더 큰 빔 사이즈를 갖는다. 도파관(220)에 광단부를 갖는 것은 외부 캐비티로부터 더 많은 광을 수집할 수 있도록 하지만, 이는 도파관(220)에서 원하지 않는 레이징 모드를 여기시킬 수 있다. 테이퍼링은 이러한 원하지 않는 모드를 필터링한다. 또한, 캐비티 소자(103)의 튜너로부터 비롯되는 광학 모드 형태는 조명(illumination)의 넓은 원추각에 대하게(subtend) 될 것이기 때문에, 테이퍼형 도파관부(504)에 의해 제공되는 모드 필터는 도파관(220)의 기본 광학 모드만을 선택하며, 수직이 아닌 조명에 의해 여기되는 더 고차수의 모드는 제거하게 될 것이다.
광빔(126)의 입사각은 또한 테이퍼형 도파관부(504)의 필터링 효과에 영향을 미친다. 이 입사각은 또한 도파관 경사각(514)이라 하기도 한다. 도파관 경사각(514)은 전면(516)의 법선(512)으로부터 측정된다. 일 실시예에서, 약 7도의 도파관 경사각이 사용된다. 7도의 도파관 경사각은 또한 레이저로 되돌아오는 면 경 계에서의 반사를 감소시켜, 레이저 불안정성을 생성할 수 있다.
도 5B 및 도 5C는 원하지 않는 모드를 필터링함에 있어서 테이퍼형 도파관부(504)의 영향을 나타낸다. 도 5B 및 도 5C의 수평축은 도파관 경사각을 나타내며, 수직축은 도파관(220)의 각종 모드의 출력 전력을 나타낸다. 수직축은 0.0 에서부터 1.0까지의 전력의 상대적인 스케일이다.
도 5B는 3 마이크론의 직선 도파관의 영향을 나타낸다. 그래프에 나타낸 바와 같이, 원하지 않는 모드 1 및 2는 다양한 입사각에 걸쳐 도파관(220) 내에서 여기된다.
도 5C는 3 마이크론에서부터 1 마이크론까지 테이퍼된 도파관, 즉, 광단부(506)가 3 마이크론이며, 협단부(508)가 1 마이크론인 도파관의 영향을 나타낸다. 모드 1 및 모드 2는 기본적으로 다양한 도파관 경사각에 걸쳐 필터링된다. 원하는 모드, 즉, 모드 0는 약 7도의 도파관 경사각에서 최적의 전력을 갖는다.
도 6을 참조하면, 집적 구조의 마스크 레이아웃(600)의 일 실시예가 도시되어 있다. 마스크 레이아웃(600)에 도시된 구성성분들은, 광학 모니터(602), MZM(604), 출력 전력 모니터(606), DBR 반사기(608), 이득부(610), 및 위상 제어부(612)를 포함한다.
도 7을 참조하면, 집적 구조(702)의 일 실시예가 도시되어 있다. 둘 이상의 별도의 레이저 캐비티를 공통 칩으로 포함시킴으로써 집적 구조(702)를 이용하여 다파장 브로드캐스팅이 구현될 수 있다.
레이저(701)는 도파관(705)에 광학적으로 결합되는 캐비티 소자(704)를 포함 한다. 레이저(701)는 또한 도파관(705)에 의해 광학적으로 결합되는 반사기(716), 모드 필터(708), 및 이득부(712)를 포함한다. 레이저(701)는 파장(λ1)에서 광 출력을 생성한다.
레이저(703)는 도파관(707)에 광학적으로 결합된 캐비티 소자(706)를 포함한다. 레이저(703)는 또한 도파관(707)에 의해 광학적으로 결합된 반사기(718), 모드 필터(710), 및 이득부(714)를 포함한다. 레이저(703)는 파장(λ2)에서 광 출력을 생성한다.
도파관(705 및 707)은 광 결합기(717)에 의해 도파관(719)에 결합된다. 광 결합기(717) 뒤에서, 파장 λ1 및 파장 λ2를 포함하는 광신호가 변조기(720)에 진입한다.
MZM을 이용한 실시예에서, 모든 광학 파장들은 동시에 변조된다. MZM은 보통 파장에 민감하지 않으며, 따라서, MZM이 바이어스 전압 제어를 통하는 등에 의해 하나의 특정 파장에 대하여 최적화되면, MZM은 보통 다른 모든 파장에 대하여도 최적화될 것이다.
변조기(720)의 출력은 증폭기(724)에 광학적으로 결합된다. 변조기(720)의 상보적인 출력은 변조기(720)의 바이어스 제어를 위해 광학 모니터(722)에 광학적으로 결합된다. 파장 λ1 및 파장 λ2를 갖는 변조된 광신호는 집적 구조(702)로부터 출력 어셈블리(726)에 출력된다.
전술한 바와 같이, 집적 구조를 이용하여 둘 이상의 파장이 결합되거나 변조될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 바와 같이, 제어부의 임의의 조합이 집적 구조(702)에서 활용될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 레이저(701 및 703)와 같은 각각의 레이저는 제어부들의 동일한 조합을 가질 필요는 없다.
본 발명의 실시예들은 단일 반도체 칩 상에 집적되는 모니터링 및 피드백 메커니즘 뿐만 아니라 레이저 기능을 제공한다. 제어부의 실시예들은 모드 필터, 증폭기, 레이저 출력 전력 모니터, 및 변조기용의 광학 모니터를 포함한다. 본 명세서에서 기재된 모놀리식 집적된 구조의 실시예들은, 낮은 제조 비용과 증대된 기능성을 갖는 작은 형성 인자(form factor)를 가져온다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(800)이 도시되어 있다. 시스템(800)은 광 링크(805)를 통해 광 네트워크(802)에 결합되는 네트워크 스위치(808)를 포함한다. 일 실시예에서, 광 링크(805)는 하나 이상의 광 파이버를 포함한다. 네트워크 스위치(808)는 또한 하나 이상의 클라이언트(806)에 결합된다. 클라이언트(806)의 실시예들은, 라우터, 서버, 호스트 컴퓨터, 전화 시스템 등을 포함한다.
네트워크 스위치(808)는 멀티플렉서/디멀티플렉서(809)에 결합되는 트랜스폰더(807-1 내지 807-N)를 포함한다. 트랜스폰더(807)는 광 네트워크(802)의 광 신호와 클라이언트(806)에 의해 사용되는 전기 신호 사이에서 변환을 수행한다. 멀티플렉서/디멀티플렉서(809)는 다채널 광신호로부터 파장(또는 채널)을 분할하거나, 광의 전파 방향에 따라서 개별적인 광로 상의 각종 파장(또는 채널)들을 하나의 다채널 광신호로 결합하는 수동 광소자이다. 일 실시예에서, 시스템(800)은 WDM(Wavelength Division Multiplexing), DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing), FDMA(Frequency Division Multiple Access) 등을 채용한다.
각각의 트랜스폰더(807)는 광 송신기(812) 및 광 수신기(814)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광 송신기(812)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 제어부를 갖는 집적 구조를 포함한다.
본 발명의 실시예들의 각종 동작들이 본 명세서에서 설명된다. 이러한 동작들은 프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 등을 이용한 기계에 의해 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 설명된 동작들 중 하나 이상은, 기계에 의해 실행되는 경우, 기계가 설명된 동작들을 수행하도록 하는, 기계 판독가능 매체 상에 기억되는 명령어를 구성할 수 있다. 동작들의 일부 또는 전부가 설명되는 순서는, 이 동작들이 반드시 순서에 의존한다는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 대체 순서가 본 명세서의 이익을 갖는 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 각 실시예에 모든 동작들이 반드시 존재하는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다.
요약서에서 설명된 바를 포함하여, 본 발명의 예시된 실시예들의 상기 설명은, 실시예들을 개시된 정확한 형태로 제한하거나 이에 소진되는 것으로 의도된 것은 아니다. 본 발명의 특정 실시예들 및 기타 예들을 본 명세서에서 예시적인 목적으로 설명하였지만, 당업자가 인식할 수 있듯이, 다양한 균등 변형예들이 가능하다. 이러한 변형예들은 상기 상세한 설명의 견지에서, 본 발명의 실시예들에 대하여 이루어질 수 있다. 이하의 청구항들에 사용되는 용어들은 본 명세서에 개시된 특정 실시예들에 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. 오히려, 이하의 특허청구범위는 청구항 해석의 확립된 원리에 따라서 해석되어야 한다.

Claims (23)

  1. 집적 구조를 통과하는 도파관에 의해 광학적으로 결합되는 전면(front facet) 및 후면(rear facet)을 포함하는 집적 구조를 포함하는 장치로서,
    상기 집적 구조는,
    이득부;
    상기 도파관에 의해 상기 이득부에 광학적으로 결합되는 반사기 - 상기 반사기는 광출력을 방출함 -;
    상기 도파관에 의해 상기 반사기에 광학적으로 결합되는 변조기 - 상기 변조기는 상기 광출력을 변조함 -; 및
    상기 도파관을 따라서 배치되는 제어부
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 도파관에 의해 상기 이득부와 상기 전면의 사이에 광학적으로 결합되는 모드 필터를 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모드 필터는 상기 도파관 내에 테이퍼형 도파관부를 포함하며, 상기 테이퍼형 도파관부는 상기 전면과 실질적으로 동일 평면상에 있는 광단부(wide end) 를 가지는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 도파관에 의해 상기 이득부와 변조기 사이에 광학적으로 결합되는 광 증폭기를 포함하는 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광 증폭기가 광 감쇠기로서 사용되는 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광 증폭기가 광 셔터로서 사용되는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 도파관에 의해 상기 이득부와 상기 변조기 사이에 광학적으로 결합되는 레이저 출력 모니터를 포함하는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 레이저 출력 모니터는 지향성 결합기를 포함하고, 상기 지향성 결합기는 상기 도파관에 근접하여 배치되는 제2 도파관을 포함하며, 상기 제2 도파관은 상기 도파관에 의해 전파되는 광 출력의 일부를 분기시키는(tap-off) 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 레이저 출력 모니터는 인-라인 포토다이오드 검출기를 포함하며, 상기 인-라인 포토다이오드 검출기의 포토다이오드는 상기 도파관에 의해 전파되는 상기 광출력의 일부를 흡수하도록 역방향 바이어스되는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 제2 도파관에 의해 상기 변조기의 상보 출력에 결합되는 광학 모니터를 포함하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광학 모니터는 광 전력의 데이터율 변동들을 효과적으로 평균화하기 위한 필터링을 포함하는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 도파관에 의해 상기 변조기의 출력에 광학적으로 결합되는 광 증폭기를 포함하는 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    제2 이득부; 및
    제2 도파관에 의해 상기 제2 이득부에 결합되는 제2 반사기
    를 더 포함하며,
    상기 제2 도파관은 상기 반사기와 상기 변조기 사이에 위치되는 광 결합기에서 상기 도파관에 광학적으로 결합되는 장치.
  14. 반사기를 포함하는 캐비티 소자들;
    출력 어셈블리; 및
    집적 구조를 통과하는 도파관에 의해 광학적으로 결합되는 전면과 후면을 포함하는 집적 구조 - 상기 캐비티 소자들은 상기 전면에 광학적으로 결합되고, 상기 출력 어셈블리는 상기 후면에 광학적으로 결합됨 -
    를 포함하는 튜너블 레이저로서,
    상기 집적 구조는,
    이득부;
    상기 도파관에 의해 상기 이득부에 광학적으로 결합되는 부분 반사기 - 상기 부분 반사기는 광출력을 방출하며, 상기 부분 반사기 및 상기 반사기는 상기 튜너블 레이저의 레이저 캐비티를 정의함 -;
    상기 도파관에 의해 상기 반사기에 광학적으로 결합되는 변조기 - 상기 변조기는 상기 광출력을 변조함 -; 및
    상기 도파관을 따라 배치된 제어부를 포함하는 튜너블 레이저.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 도파관에 의해 상기 이득부와 상기 전면의 사이에 광학적으로 결합되는 모드 필터를 포함하며, 상기 모드 필터는 원하지 않는 레이징 모드들이 상기 도파관에서 전파하지 못하도록 필터링하는 튜너블 레이저.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 캐비티 소자들은, 상기 캐비티 소자들과 상기 도파관 사이를 통과하는 광의 도파관 경사각을 제공하도록 상기 집적 구조에 광학적으로 결합되는 튜너블 레이저.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 도파관에 의해 상기 이득부와 상기 변조기 사이에 광학적으로 결합되는 증폭기를 포함하는 튜너블 레이저.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 도파관에 의해 상기 이득부와 상기 변조기 사이에 광학적으로 결합되는 튜너블 레이저의 광 출력 전력을 측정하기 위한 레이저 출력 모니터를 포함하며,
    상기 측정된 광 출력 전력은 상기 이득부, 상기 도파관에 의해 상기 이득부와 상기 변조기 사이에 광학적으로 결합되는 증폭기, 또는 상기 도파관에 의해 상 기 이득부와 상기 전면의 사이에 광학적으로 결합되는 위상 제어부 중 적어도 하나에 대한 피드백 신호를 발생시키기 위해 사용되는 튜너블 레이저.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는, 제2 도파관에 의해 상기 변조기의 상보 출력에 결합되는 광 전력 모니터를 포함하고,
    상기 광 전력 모니터는 상기 변조기에 입력되는 디더(dither)를 복구시키며,
    상기 복구된 디더는 상기 변조기에 입력되는 바이어스 전압을 조절하기 위해 사용되는 튜너블 레이저.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 도파관에 의해 상기 변조기의 출력에 광학적으로 결합되는 증폭기를 포함하는 튜너블 레이저.
  21. 광 파이버; 및
    상기 광 파이버에 결합되는 스위치
    를 포함하는 시스템으로서,
    상기 스위치는 튜너블 레이저를 포함하고,
    상기 튜너블 레이저는,
    반사기를 포함하는 캐비티 소자들,
    출력 어셈블리, 및
    집적 구조를 통과하는 도파관에 의해 광학적으로 결합되는 전면 및 후면을 포함하는 집적 구조 - 상기 캐비티 소자들은 상기 전면에 광학적으로 결합되고, 상기 출력 어셈블리는 상기 후면에 광학적으로 결합됨 -
    를 포함하며,
    상기 집적 구조는,
    이득부,
    상기 도파관에 의해 상기 이득부에 광학적으로 결합되는 부분-반사 반사기 - 상기 부분-반사 반사기는 광출력을 방출하며, 상기 부분-반사 반사기와 상기 반사기는 상기 튜너블 레이저의 레이저 캐비티를 정의함 -,
    상기 도파관에 의해 상기 반사기에 광학적으로 결합되는 변조기 - 상기 변조기는 상기 광출력을 변조함 -, 및
    상기 도파관에 의해 상기 이득부와 상기 변조기 사이에 광학적으로 결합되는 레이저 출력 모니터
    를 포함하는 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 레이저 출력 모니터와 상기 이득부에 결합되는 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 레이저 출력 모니터에 의해 측정되는 광출력의 출력 전력에 응답하여 상기 이득부에 제어 신호들을 제공하는 시스템.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 도파관에 의해 상기 레이저 출력 모니터와 상기 부분-반사 반사기의 사이에 광학적으로 결합되는 증폭기를 더 포함하고,
    상기 증폭기는 상기 컨트롤러에 결합되며,
    상기 컨트롤러는 상기 레이저 출력 모니터에 의해 측정되는 광출력의 출력 전력에 응답하여 상기 증폭기에 제어 신호들을 제공하는 시스템.
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