KR20110014171A - 변조 대역폭 향상을 위한 다중 모드 ｖｃｓｅｌ의 스펙트럼 및 공간적 불일치 씨딩 - Google Patents

변조 대역폭 향상을 위한 다중 모드 ｖｃｓｅｌ의 스펙트럼 및 공간적 불일치 씨딩 Download PDF

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Abstract

단일 모드 마스터 레이저(10) 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저(20)를 포함하는 레이저 소스 동작방법이 제공된다. 상기 방법에 따르면, VCSEL 슬레이브 레이저의 다중 모드 광학 공진기의 타겟 모드 및 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 공간적 그리고 스펙트럼적 결합은 레이저 소스에서 광학적으로 주입된 모드 잠금을 촉진하기 위해 상대적 모드-일치된 공간적 그리고 스펙트럼적 결합에서 상대적 불일치된 공간적 그리고 스펙트럼적 결합으로 진행하도록 콘트롤된다. 더욱이, 단일 모드 마스터 레이저 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 포함하는 레이저 소스가 제공된다. 단일 모드 마스터 레이저는 레이저 소스에서 광학적으로 주입된 모드 잠금을 촉진하는 공간적 튜닝 요소(15) 및 파장 튜닝 요소(60)를 포함하고, 스펙트럼적으로 불일치된 광학 씨딩은 VCSEL 슬레이브 레이저의 변조 대역폭을 향상시킨다.

Description

변조 대역폭 향상을 위한 다중 모드 ＶＣＳＥＬ의 스펙트럼 및 공간적 불일치 씨딩{SPECTRALLY AND SPATIALLY MISMATCHED SEEDING OF A MULTIMODE VCSEL FOR MODULATION BANDWIDTH ENHANCEMENT}
본 출원은 2008년 5월 2일자 출원된 미국특허출원 제61/049,868호의 이점 및 우선권을 청구한다.
본 발명은 광학 시스템에서 다중 모드 수직-공동 표면-방출 레이저(VCSEL; vertical-cavity surface-emitting lasers)의 사용에 관한 것으로, 특히 다중 모드 VCSEL의 직접 변조 성능의 향상을 위한 광학적 주입 잠금(OIL; optical injection locking)에 관한 것이다. 상기한 레이저 소스를 위한 특정 애플리케이션의 예는 한정하지는 않으며, 그 중에서도 고속 단거리 광섬유 네트워크(high-speed short-reach fiber-optic network) 및 광무선 시스템(radio-over-fiber system)을 포함한다.
본 발명자들은 다중 모드 VCSEL이 단일 모드 VCSEL보다 큰 공차 및 수율로 비용면에서 효과적으로 제조될 수 있기 때문에 레이저 소스의 구성요소로 매력적일 수 있다는 것을 인식하였다. 그러나, 본 발명자들은 또한 그러한 VCSEL의 다중 모드 성질이 레이저 소스에 모드 컴피티션 노이즈(modal competition noise) 및 모드 분산(modal dispersion)을 도입할 수 있으며, 이러한 요인들은 이들 장치가 높은 변조 속도 및/또는 긴 전송 거리를 필요로 하는 애플리케이션에 사용되는 것을 방해할 수 있다는 것도 인식하였다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 단일 모드 마스터 레이저 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 포함하는 레이저 소스의 동작방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명 개시에 따르면, 다중 모드 VCSEL의 직접 변조 성능을 향상시키기 위한 기술로서 광학적 주입 잠금(OIL)을 이용하여 크게 향상된 대역폭 및 전송 거리가 달성될 수 있다. 결과적으로, 광학적으로 주입 잠금된 다중 모드 VCSEL을 통합하는 레이저 소스는 고속, 저비용의 광학 전송기로서 구성될 수 있으며, 차세대 100-Gb/s 이더넷 및 로컬 영역 네트워크(LAN)를 위한 중요한 구성요소로서 기능할 수 있다. 예컨대, 본 발명 개시는, 광학적 주입 잠금이 54GHz 공진 주파수 및 38GHz 3dB 대역폭을 산출하기 위해 3GHz의 3dB 대역폭의 프리-러닝(free-running) 1550nm 다중 모드 VCSEL을 갖는 다중 모드 VCSEL에 사용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 더욱이, 그 기술들은 850nm 또는 980nm와 같은 다른 파장에 용이하게 적용할 수 있다.
상술한 성능은 통상 공간적으로 그리고 스펙트럼적으로 웰(well)-분리 모드를 갖는 다중 모드 VCSEL의 유일한 특성을 이용함으로써 이루어질 수 있다. 이하 보다 상세히 기술하는 바와 같이, 이러한 분리는 기본 횡단 모드로 한정하지 않으며, 우선적으로 효과적인 주입 잠금을 용이하게 한다. 여기에 기술된 기술들은 슬레이브 레이저 또는 마스터 레이저 상에서 진폭 변조, 위상 변조, 또는 주파수 변조와 같은 다양한 각기 다른 변조 포맷에 적절하다는 것을 알 수 있다.
본 발명 개시의 일 실시예에 따르면, 단일 모드 마스터 레이저 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 포함하는 레이저 소스 동작방법이 개시된다. 상기 방법에 따르면, VCSEL 슬레이브 레이저의 다중 모드 광학 공진기의 타겟 모드 및 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 공간적 그리고 스펙트럼적 결합은 레이저 소스에서 광학적으로 주입된 모드 잠금을 촉진하기 위해 상대적으로 모드-일치된 공간적 그리고 스펙트럼적 결합에서 상대적으로 불일치된 공간적 그리고 스펙트럼적 결합으로 진행되도록 콘트롤된다.
본 발명의 설명 및 정의의 목적을 위해, 본 발명자들은 다중 모드 VCSEL이 통상적으로 각기 다른 공간적 파워 분배를 갖는 각기 다른 파장의 다중 횡단 모드를 방출한다는 것을 인식하고 있다는 것을 염두해 두자. 소정 주어진 바이어스 전류 또는 변조 조건에서, 이들 모드는 동시에 존재할 수 있다. 여기에 기술된 주입 잠금 기술을 이용할 경우, 이들 모드는 주어진 모드에 마스터 레이저의 스펙트럼 및 광학 강도 프로파일을 일치시킴으로써 선택될 수 있다. 여기서 그 주어진 모드는 타겟 모드와 관련된다.
본 발명 개시의 다른 실시예에 따르면, 단일 모드 마스터 레이저 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 포함하는 레이저 소스가 제공된다. 단일 모드 마스터 레이저는 레이저 소스에서 광학적으로 주입된 모드 잠금을 촉진하는 공간적 튜닝 요소 및 파장 튜닝 요소를 포함한다. 여기에 기술된 주입 잠금 기술들은 직접적으로 변조될 수 있는 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 광학적으로 잠그기 위해 단일 모드 마스터 레이저를 사용한다. 결과의 레이저 소스는 증가된 레이저 공진 주파수 및 대역폭, 감소된 비선형 왜곡, 및 감소된 주파수 처프(frequency chirp)를 나타낸다.
본 발명은 단일 모드 마스터 레이저 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 포함하는 레이저 소스의 동작방법을 제공할 수 있다.
본 발명 개시의 특정 실시예들의 이하 상세한 설명은 이하의 도면들과 연관지어 읽을 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 동일한 구조에는 동일한 도면참조부호가 표시된다:
도 1은 VCSEL 슬레이브 레이저의 다중 모드 광학 공진기의 기본 및 첫번째 순서의 횡단 모드에 따른 단일 모드 마스터 레이저의 광학 출력의 공간적 진행의 개략도이다.
도 2는 단일 모드 마스터 레이저 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 포함하는 레이저 소스의 개략도이다.
도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명 개시에 따른 레이저 소스(100)는 단일 모드 마스터 레이저(10) 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저(20)를 포함한다. 동작에 있어서, 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)은 2차 출력 빔(25)을 발생시키고 광학 공진기(22)를 안정하게 주입 잠그는데 충분한 주입 비율(PMASTER/PSLAVE)로 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저(20)의 광학 공진기(22)에 공간적으로 그리고 스펙트럼적으로 결합된다. 여기에 기술된 광 주입 잠금(OIL) 기술에 따르면, 다중 모드 광학 공진기(22)의 타겟 모드 및 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)의 공간적 그리고 스펙트럼적 결합은 상대적 모드-일치된 공간적 그리고 스펙트럼적 결합에서 상대적 불일치된 공간적 그리고 스펙트럼적 결합으로 진행되도록 콘트롤된다. 이러한 진행은 레이저 소스(100)의 광학적 주입 잠금을 촉진하게 하며, 이하 좀더 상세히 기술한다.
도 1은 레이저 소스(100)가 상대적 모드-일치된 공간적 결합에서 상대적 불일치된 공간적 결합으로 진행되도록 동작될 수 있으며, 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)은 다중 모드 광학 공진기(22)의 타겟 모드와 공간적으로 정렬되고, 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)은 다중 모드 광학 공진기(22)의 타겟 모드의 주변 공간부에 1차적으로 결합된다.
상기 공간적 결합은 다중 모드 광학 공진기(22)의 입력 개구에 따라 빔 스폿(beam spot) 위치를 조절함으로써 콘트롤될 수 있다. 예컨대, 한정하지 않으며, 상기 빔 스폿 위치는 다중 모드 광학 공진기(22)의 입력 개구에 거의 평행한 크기를 따라 마스터 레이저(10)의 광학 출력(12)을 이동시킴으로써 조절될 수 있다. 선택적으로, 빔 스폿 위치는 출력 빔을 스티어링(steering)함으로써, 즉 다중 모드 광학 공진기(22)의 입력 개구에 따라 마스터 레이저(10)의 광학 출력(12)의 입사각을 변경함으로써 조절될 수 있다. 상기한 이동 및 빔 스티어링은 화살표 방향 15로 도 1에 개략적으로 나타나 있다.
공간적 결합은 입력 개구의 단면의 일부로 다중 모드 광학 공진기(22)의 입력 개구에서 광학 출력의 단면을 한정하도록 구성된 광학 요소를 갖는 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)을 제공함으로써 좀더 촉진될 수 있다. 예컨대, 한정하지 않으며, 렌즈화된 또는 분리된 광섬유가 다중 모드 광학 공진기(22)의 입력 개구의 단면의 약 1/2보다 작도록 광학 출력(12)의 단면을 한정하도록 이용될 수 있다. 많은 실시예에 있어서, 마스터 레이저의 광학 출력의 단면은 약 2㎛와 약 10㎛ 사이가 되며, 다중 모드 광학 공진기의 입력 개구의 단면은 약 7㎛와 약 50㎛ 사이가 될 것이다.
공간적 결합의 상술한 진행이 표 1을 참조하여 기술될 수 있다. 표 1은 상대적 모드-일치된 공간적 결합에서 상대적 불일치된 공간적 결합으로의 진행을 기술하는 데이터를 나타낸다. 특히, 모드-일치된 공간적 결합하에서, 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)은 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 기본 횡단 모드 중심파장(λSLAVE)에 비교적 가깝거나 또는 보다 큰 중심파장(λMASTER)으로 시작한다(예컨대 λMASTER-λSLAVE=0.24nm). 이후, 단일 모드 광학 출력은 상대적 불일치된 공간적 결합으로 진행하며, 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)은 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 기본 횡단 모드 중심 파장(λSLAVE)보다 상당히 작은 중심파장(λMASTER)을 포함한다(예컨대 λMASTER-λSLAVE=-0.366nm). 또한, 중간의 공간적 결합치가 표에 나타나 있으며, 그 중 소정 어느 하나는 상대적 불일치된 결합을 위한 적절한 조건으로서 보여질 것이다:
표 1

기본 모드에서 광학 주입 잠금(~1550nm)
λMASTER-λSLAVE PMASTER/PSLAVE fr
프리 러닝 VCSEL N/A N/A ＜5GHz
OIL MM VCSEL(1) 0.48nm 9.03dB 30GHz
OIL MM VCSEL(2) -0.102nm 8.57dB 37GHz
OIL MM VCSEL(3) -0.244nm 8.2dB 45GHz
OIL MM VCSEL(4) -0.366nm 8.1dB 54GHz
본 발명을 기술 및 정의할 목적으로, 주입 비율(PMASTER/PSLAVE)이 VCSEL 상에서 일어날 것으로 예상된 공간적 파워 대 프리 러닝 VCSEL의 출력 파워의 비율로서 측정된다는 것에 주목하자. 또한, 값 λMASTER-λSLAVE는 마스터 레이저와 프리 러닝 VCSEL의 파장 차이로서 측정된다는 것에 주목하자.
표 1에 기술된 공간적 진행은, λMASTER-λSLAVE=0.48nm에서 λMASTER-λSLAVE=-0.366nm로의 진행에 있어, 마스터 레이저의 파장이 이상적인 모드-일치된 공간적 상태 λMASTER-λSLAVE=0nm에서 상대적 불일치된 스펙트럼 상태 λMASTER-λSLAVE=-0.366nm로 통과할 필요가 있기 때문에, 상대적 모드-일치된 상태에서 상대적 불일치된 상태와 같이 특징지울 수 있다는 것에 주목하자. 본 발명 개시의 공간적 진행을 실행함에 있어서, 상대적 모드-일치된 공간적 상태가 이상적인 모드-일치된 공간적 상태를 포함할 필요가 없다는 것에 주목하자. 오히려, 마스터 레이저는 단지 진행에 따라 모드 잠금을 촉진할 정도로 충분히 모드-일치된 공간적 상태에서 상대적 불일치된 공간적 상태로 진행해야 한다. 이들 2가지 타입의 상태에 대한 특정 파장치 또는 관계는 마스터 및 슬레이브 레이저의 각각의 구성에 따라 변할 것이다.
도 1에 나타낸 첫번째 순서의 횡단 모드가 타겟 모드인 경우에 대한 상술한 공간적 그리고 스펙트럼적 진행은 표 2에 나타낸 바와 같이 모드-일치된 스펙트럼적 그리고 공간적 상태가 첫번째 순서의 횡단 모드와 일치되도록 이동되는 것을 제외하고는 기본 횡단 모드와 관련하여 상기 기술한 것과 유사할 것이다:
표 2

첫번째 순서의 횡단 모드에서 광학 주입 잠금(＜1550nm)
λMASTER-λSLAVE PMASTER/PSLAVE fr
프리 러닝 VCSEL N/A N/A ＜5GHz
OIL MM VCSEL(1) -0.028nm 10.45dB 27GHz
OIL MM VCSEL(2) -0.234nm 10.45dB 34GHz
OIL MM VCSEL(3) -0.288nm 10.45dB 41GHz
OIL MM VCSEL(4) -0.336nm 10.45dB 46GHz
표 1 및 2는 도 1에 나타낸 바와 같이, 모드-일치된 공간적 상태에서 불일치된 공간적 상태로의 마스터/슬레이브 구성의 진행을 나타낸다. 표 1 및 2는 또한 상대적 불일치된 공간적 상태 쪽으로의 마스터 레이저 진행과 같이 주입 잠금 레이저 소스의 주입 파워 비율 및 공진 주파수를 나타낸다.
불일치된 상태 쪽으로의 공간적 그리고 스펙트럼적 상태의 진행 및 주입 파워 비율을 최적화하기 위해 파워 콘트롤러(50), 파장-튜닝가능 레이저 콘트롤러(60), 및 출력 빔 포지셔너(70)를 이용함으로써, 효과적이면서 안정한 잠금을 갖는 체계가 찾아질 수 있다. 약 -5dB과 약 30dB 사이의 주입 파워 비율이 적절하지만 다양한 주입 파워 비율이 고려된다. 예컨대, 주입 비율 PMASTER/PSLAVE 및 공간적 그리고 스펙트럼적 결합이 약 50GHz를 초과하는 공진 주파수 및 약 30GHz를 초과하는 3dB 대역폭을 달성하기 위해 콘트롤될 수 있다. 단일 모드를 다중 모드로 변환하는 변환기가 주입 비율 PMASTER/PSLAVE를 증가시키기 위해 사용될 수 있고, 예컨대 마스터 레이저 입력 포트로서 단일 모드 파이버 포트, 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 입력 및 출력 결합하기 위한 하이브리드 다중 모드/단일 모드 파이버 포트, 및 다중 모드 또는 단일 모드 파이버 출력 포트를 포함하는 3-포트 퓨즈된 파이버 커플러를 포함할 것이다.
스펙트럼적 결합 조건의 범위에 걸친 공진 주파수의 상당한 향상은 다양한 스펙트럼적 결합 조건이 상술한 상대적 불일치된 공간적 결합을 위한 적절한 조건으로서 나타난다는 것을 보여준다. 성능 저하를 피하기 위해, 사용되는 최고 RF 주파수를 크게 초과한 레이저 공진 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 스펙트럼적 결합은 파장 튜닝가능 레이저인 마스터 레이저를 제공함과 더불어 적절한 값, 통상 수 나노미터분의 1로 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)의 중심 파장(λMASTER)을 튜닝함으로써 콘트롤될 수 있다. 단일 모드 마스터 레이저(10)는 예컨대 DBR 레이저, DFB 레이저, 패브리 페롯(Fabry Perot) 레이저, VCSEL, 또는 슬레이브 레이저(20)와 구조적으로 독립되거나 구조적으로 통합된 파이버 레이저를 포함하며, 상면, 하면, 또는 외부 공동 주입 잠금을 통해 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저(20)를 안정하게 주입 잠금하도록 구성될 수 있다.
도 1 및 2에 나타낸 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 중심 파장(λMASTER)은 초기에 상술한 불일치된 스펙트럼적 결합 쪽으로 진행함에 따라 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 타겟 모드 중심 파장(λSLAVE)보다 크거나 작을 수 있다. 많은 경우, 상대적 모드-일치된 스펙트럼적 결합 및 상대적으로 불일치된 스펙트럼적 결합이 단지 다중 모드 광학 공진기의 기본 모드와 첫번째 순서의 횡단 모드간 일부의 모드 공간인 파장 공간에 의해 분리되도록 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)의 스펙트럼적 결합이 콘트롤되는 것이 고려된다. 예컨대, 상대적 모드-일치된 스펙트럼적 결합과 상대적 불일치된 스펙트럼적 결합이 약 0.1nm와 약 1.5nm 사이의 파장 공간에 의해 분리되도록 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)의 스펙트럼적 결합이 콘트롤될 수 있다는 것이 고려된다. 몇몇의 경우에는 단지 중심 파장(λMASTER)이 슬레이브 공진기(22)의 기본 모드와 첫번째 순서의 횡단 모드 사이로 떨어지도록 단일 모드 광학 출력(12)의 스펙트럼적 결합이 콘트롤되는 것을 보장하기에 충분할 것이다.
다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저(20)는 다중 모드 동작이 실행되게 하고 변조 대역폭을 향상시키기 위해 바이어스될 수 있다. 예컨대, 이는 기본 모드보다 짧은 약 1nm 내지 약 2nm의 파장으로 떨어뜨리기 위한 첫번째 순서의 횡단 모드에서는 특별한 것이 아니다. 그 경우, 기본 모드 잠금 범위는 기본 모드의 중심 파장보다 긴 약 1.5nm 내지 약 3nm의 범위가 될 것이다.
비록 요구하지 않을 지라도, 레이저 소스(100)는 바이어스된 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저가 종종 적어도 2개의 다른 편광 모드를 포함하는 기본 모드 및 첫번째 순서의 횡단 모드를 방출하기 때문에 편광 콘트롤러(30)를 더 포함할 것이다. 편광 콘트롤러(30)는 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저(20)의 타겟 모드와 단일 모드 광학 출력(12)의 각각의 편광을 일치시키는데 사용될 수 있다. 더욱이, 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)은 마스터 레이저(10)에 광학 피드백을 제공하기 위해 광학 순환기(40)를 통해 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저(20)의 광학 공진기(22)에 광학적으로 결합될 수 있다. 이는 또한 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)이 예컨대, 3dB 광학 분리기, 빔 분리기, 또는 편광 빔 디스플레이서(displacer)를 통해 어레이의 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 광학 공진기에 광학적으로 결합될 수 있다는 것이 고려된다. 마지막으로, 이는 마스터 레이저(10)의 단일 모드 광학 출력(12)이 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 기본 또는 보다 높은 순서의 횡단 광학 모드와 모드 일치된 결합 파이버를 통해 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 광학 공진기에 광학적으로 결합될 수 있다는 것이 고려된다.
특정 특성을 구현하거나, 특정 방식으로 작동시키기 위해 특정 방법으로 "구성"되는 본 발명 개시의 구성요소의 상세화는 의도된 사용의 상세화와 반대로 구조적인 상세화라는 것에 주목하자. 특히, 구성요소가 "구성"되는 방식과 관련된 참조는 그 구성요소의 기존의 물리적인 조건을 나타내며, 그러한 구성요소의 구조적인 특성의 명확한 상세화를 나타내기 위한 것이다.
본 발명을 설명 및 정의할 목적으로, 용어 "거의"는 소정의 양적인 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기여되는 본래의 불확실한 정도를 나타내기 위해 사용된다는 것에 주목하자. 또한, 용어 "거의"는 이슈에서 목적물의 기본적인 기능의 변경의 결과 없이 기술된 참조로부터 양적인 표현이 변경되는 정도를 나타내기 위해 사용된다. "바람직하게", "일반적으로" 및 "통상적으로" 등과 같은 용어는 여기서 사용될 경우 소정 특징들이 청구된 발명의 구조 또는 기능에 결정적이고, 근본적이거나, 또는 심지어 중요하다는 것을 암시하거나 또는 청구된 발명의 범위를 한정하기 위해 사용되지 않는다는 것에 주목하자. 오히려, 이들 용어는 단지 본 발명 개시의 특정 실시예에 사용되거나 사용되지 않는 선택적 또는 추가의 특징들을 강조하거나 또는 본 발명 개시의 실시예의 특정 특징들을 확인하기 위한 것이다.
본 발명을 설명 및 정의할 목적으로, 용어 "약"은 소정의 양적인 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기여되는 본래의 불확실한 정도를 나타내기 위해 사용된다는 것에 주목하자. 또한, 용어 "약"은 이슈에서 목적물의 기본적인 기능의 변경의 결과 없이 기술된 참조로부터 양적인 표현이 변경되는 정도를 나타내기 위해 사용된다.
상세한 설명의 본 발명 개시의 목적물을 그 특정 실시예를 참조하여 기술할 경우, 부가된 청구항에 정의된 발명의 범위를 벗어나지 않고 변형 및 변경이 가능한 것은 자명하다. 특히, 비록 본 발명 개시의 몇몇 특징들이 바람직한 또는 특정 장점들로서 여기에 나타냈을 지라도, 이들 특징으로 본 발명을 한정할 필요가 없다는 것을 고려하자.
이하의 하나 또는 그 이상의 청구항은 통상의 문구로서 용어 "그 중에(wherein)"를 사용한다는 것에 주목하자. 본 발명을 정의할 목적으로, 이러한 용어가 제한없이 통상의 문구로서 청구항에 도입된다는 것에 주목하자.
10 : 마스터 레이저, 20 : 슬레이브 레이저,
22 : 광학 공진기, 50 : 파워 콘트롤러,
60 : 파장-튜닝가능 레이저 콘트롤러, 70 : 출력 빔 포지셔너,
100 : 레이저 소스.

Claims (22)

  1. 단일 모드 마스터 레이저 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 포함하는 레이저 소스 동작방법에 있어서,
    마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력은 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 광학 공진기를 광학적으로 주입 잠그는데 충분한 주입 비율(PMASTER/PSLAVE)로 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 광학 공진기에 공간적으로 그리고 스펙트럼적으로 결합되고,
    레이저 소스에서 광학적으로 주입된 모드 잠금을 촉진하기 위해 상대적으로 모드-일치된 공간적 그리고 스펙트럼적 결합에서 상대적으로 불일치된 공간적 그리고 스펙트럼적 결합으로 진행하도록 VCSEL 슬레이브 레이저의 다중 모드 광학 공진기의 타겟 모드 및 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 공간적 그리고 스펙트럼적 결합을 콘트롤하는 단계를 포함하고,
    상대적 불일치된 공간적 결합하에, 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력은 다중 모드 광학 공진기의 타겟 모드의 주변 공간부에 1차적으로 결합되며,
    상대적 불일치된 스펙트럼적 결합하에, 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력은 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 타겟 모드 중심 파장(λSLAVE)보다 작은 중심파장(λMASTER)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공간적 결합은 다중 모드 광학 공진기의 입력 개구에 따라 단일 모드 광학 출력의 빔 스폿 위치를 조절함으로써 콘트롤되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 빔 스폿 위치는 다중 모드 광학 공진기의 입력 개구에 평행한 크기를 따라 마스터 레이저의 광학 출력을 이동시키거나 또는 다중 모드 광학 공진기의 입력 개구에 따라 마스터 레이저의 광학 출력의 입사각을 변경함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    공간적 결합은 입력 개구의 단면의 일부로 다중 모드 광학 공진기의 입력 개구에서 광학 출력의 단면을 한정하도록 구성된 광학 요소를 갖는 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력을 제공함으로써 촉진되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 광학 요소는 렌즈화된 또는 분리된 광섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    마스터 레이저의 광학 출력의 단면은 다중 모드 광학 공진기의 입력 개구의 단면의 1/2보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    마스터 레이저의 광학 출력의 단면은 2㎛와 10㎛ 사이가 되며, 다중 모드 광학 공진기의 입력 개구의 단면은 7㎛와 50㎛ 사이가 되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    다중 모드 광학 공진기는 기본 모드 및 첫번째 순서의 횡단 모드를 정의하고,
    상대적 모드-일치된 스펙트럼적 결합 및 상대적 불일치된 스펙트럼적 결합이 다중 모드 광학 공진기의 기본 모드와 첫번째 순서의 횡단 모드간 일부의 모드 공간인 파장 공간에 의해 분리되도록 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 스펙트럼적 결합이 콘트롤되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    다중 모드 광학 공진기는 기본 모드 및 첫번째 순서의 횡단 모드를 정의하고,
    중심 파장(λMASTER)이 기본 모드와 첫번째 순서의 횡단 모드 사이로 떨어지도록 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 스펙트럼적 결합이 콘트롤되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저는 다중 모드 동작이 실행되게 하고 변조 대역폭을 향상시키기 위해 바이어스되고,
    바이어스된 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저는 적어도 2개의 다른 편광 모드를 포함하는 기본 모드 및 첫번째 순서의 횡단 모드를 방출하는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 첫번째 순서의 횡단 모드는 기본 모드보다 짧은 1nm 내지 2nm의 파장에 있는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상대적 모드-일치된 스펙트럼적 결합과 상대적 불일치된 스펙트럼적 결합이 0.1nm와 1.5nm 사이의 파장 공간에 의해 분리되도록 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 스펙트럼적 결합이 콘트롤되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    마스터 레이저는 파장 튜닝가능 레이저를 포함하고, 스펙트럼적 결합은 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 중심 파장(λMASTER)을 튜닝함으로써 콘트롤되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    스펙트럼적 결합은 수 나노미터분의 1로 중심 파장(λMASTER)을 튜닝함으로써 촉진되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상대적 모드-일치된 공간적 결합하에, 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력은 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 타겟 모드 중심 파장(λSLAVE)보다 크거나 작은 중심파장(λMASTER)을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    주입 비율(PMASTER/PSLAVE)은 -5dB과 30dB 사이인 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  17. 청구항 1에 있어서,
    마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력은 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 타겟 모드와 단일 모드 광학 출력의 각각의 편광을 일치시키기 위해 편광 콘트롤러를 사용하여 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저에 결합되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  18. 청구항 1에 있어서,
    주입 비율(PMASTER/PSLAVE) 및 공간적 그리고 스펙트럼적 결합이 30GHz를 초과하는 공진 주파수를 달성하기 위해 콘트롤되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  19. 청구항 1에 있어서,
    주입 비율(PMASTER/PSLAVE) 및 공간적 그리고 스펙트럼적 결합이 50GHz를 초과하는 공진 주파수 및 30GHz를 초과하는 3dB 대역폭을 달성하기 위해 콘트롤되는 것을 특징으로 하는 레이저 소스 동작방법.
  20. 단일 모드 마스터 레이저 및 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저를 포함하는 레이저 소스에 있어서,
    마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력은 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 광학 공진기를 안정하게 주입 잠그는데 충분한 주입 비율(PMASTER/PSLAVE)로 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 광학 공진기에 공간적으로 그리고 스펙트럼적으로 결합되고,
    단일 모드 마스터 레이저는 레이저 소스가 레이저 소스에서 광학적으로 주입된 모드 잠금을 촉진하기 위해 상대적으로 모드-일치된 스펙트럼적 결합과 상대적으로 불일치된 스펙트럼적 결합간 진행할 수 있도록 파장 튜닝 신호에 따라 VCSEL 슬레이브 레이저의 다중 모드 광학 공진기의 타겟 모드 및 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 스펙트럼적 결합을 콘트롤하도록 구성된 파장 튜닝 요소를 포함하며,
    단일 모드 마스터 레이저는 레이저 소스가 레이저 소스에서 광학적으로 주입된 모드 잠금을 더 촉진하기 위해 상대적으로 모드-일치된 공간적 결합과 상대적으로 불일치된 공간적 결합간 진행할 수 있도록 공간적 튜닝 신호에 따라 VCSEL 슬레이브 레이저의 다중 모드 광학 공진기의 타겟 모드 및 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 공간적 결합을 콘트롤하도록 구성된 공간적 튜닝 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소스.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 레이저 소스는 다중 모드 VCSEL 슬레이브 레이저의 타겟 모드 및 마스터 레이저의 단일 모드 광학 출력의 각각의 편광을 일치시키도록 구성된 편광 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소스.
  22. 상기 레이저 소스는 30GHz를 초과하는 레이저 소스 공진 주파수를 달성하기 위해 주입 비율(PMASTER/PSLAVE)을 달성하도록 구성된 파워 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소스.
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