KR20110052496A - 파장분할다중 광통신용 ａｒ 코팅된 양자점 공진기 - Google Patents

파장분할다중 광통신용 ａｒ 코팅된 양자점 공진기 Download PDF

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KR20110052496A
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Abstract

좁은 선폭으로 필터링된 LED 또는 파장 잠김형 광원의 AR 코팅으로 인해 고온 광출력 특성이 나빠지는 단점을 해결하여 파장 무의존성 광원을 구현하는 AR 코팅된 양자점 공진기가 개시된다. 본 발명에 의하면, 적어도 하나의 양자점이 형성된 이득매질과, 이득매질의 전, 후면 중 어느 하나에 AR(Anti-Reflection) 코팅된 반사면을 포함한다. 여기서 이득매질은 넓은 선폭을 갖도록 다수의 양자점이 서로 다른 크기 및 분포를 갖고, 이때 선폭은 WDM 또는 WDM-PON의 전 파장 채널을 포함한다. 또한 AR 코팅된 반사면은, 후면 반사면에 비해 낮은 반사율(예컨대 0.001~1% 사이의 값)을 갖는 전면 반사면이다.

Description

파장분할다중 광통신용 ＡＲ 코팅된 양자점 공진기{ANTI-REFLECTION COATED QUANTUM DOT RESONATOR FOR WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING OPTICAL COMMUNICATION}
본 발명은 파장분할다중방식 수동형 광가입자망(WDM-PON: Wavelength Division Multiplexing Passive Optical Network)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파장 무의존성 광원을 구현하기 위한 AR(Anti-Reflection) 코팅된 양자점 공진기에 관한 것이다. 또한, 파장 무의존성 광원을 광 송/수신기 및 광전송 시스템에 이용한다.
파장분할다중 수동형 광가입자망(WDM-PON)을 구성하기 위한 파장 무의존성(color-free operation, i.e., wavelength independent operation) 광원을 구현하는 방법으로는, 파장 잠김형 광원을 사용하는 방법과 LED(Light Emitting Diode) 광원을 좁은 선폭으로 필터링하는 방법 등이 있다.
파장 잠김형 광원을 사용하는 방법을 살펴보면 다음과 같다. 사용하고자 하는 파장 대역을 충분히 포함하는 발진 파장 대역(넓은 발진 대역폭)을 갖는 FP-LD(Fabry Perot Laser Diode)는 발진하는 모든 스펙트럼을 사용하여 송신기로서 사용하면 통신이 가능하다. 파장 잠김된(wavelength locked) FP-LD는 비간섭성 광원을 다중모드로 발진하는 FP-LD에 주입하여, 비간섭성 광원의 파장에 FP-LD의 발진파장을 고정시키는 방법이다. 이때 주입되는 광대역 비간섭성 광원(BLS: Broadband Light Source)으로는 고출력 발광 다이오드(LED), 자연 방출광(ASE)을 내는 어븀 첨가 광증폭기(EDFA), 초발광 다이오드(SLD) 등이 이용될 수 있다. 하지만 FP-LD를 WDM 또는 WMD-PON에 사용하기 위해서는 Mux와 같은 좁은 선폭을 갖는 필터를 구비하여 광대역 광원 중 일부 파장 채널 영역만 선택해야 하는데, 이 경우 넓은 발진 대역폭 상의 다수의 FP-LD 공진 모드 사이의 beating noise 또는 mode partition noise 등으로 인하여 충분한 전송 품질을 갖지 못하게 된다. 이때 필터를 통과한 광대역 광원이 FP-LD에 주입되면 해당하는 파장 채널의 좁은 선폭에 포함된 소수의 FP-LD 공진 모드만 선택적으로 발진되고 나머지 모드들은 억압되어 충분한 전송 품질을 갖는 좁은 선폭의 전송용 광원으로 역할을 할 수 있게 된다.
또한 좁은 선폭으로 필터링되는 LED의 동작 원리는 다음과 같다. 넓은 대역폭을 갖는 LED의 경우 레이징되는 조건이 아니므로 mode partition noise 등이 매우 작아 Mux와 같은 좁은 선폭을 갖는 필터를 통과시켜서 나온 빛이 전송이 가능한 잡음 특성을 갖는다.
그러나 파장 잠김형 광원으로 충분한 전송 품질을 얻기 위해서는, 외부 광원이 주입되는 방향의 FP-LD 전면에 1% 이하의 AR 코팅을 해야 한다. 잡음 특성 등을 고려하여 125 Mbps 전송을 위해서는 0.5% 이하, 1 Gbps의 전송을 위해서는 0.1% 이하의 AR 코팅이 필요하다.
일반적으로 AR 코팅이 되지 않은 통상의 FP-LD의 광 출력 특성은 도1a와 같다. 동작 온도가 올라가게 되면 일반적으로 임계전류가 증가하게 되고 slope efficiency가 작아지게 된다. 하지만 고온에서의 광출력 특성 저하가 비교적 작아서 국사 환경 조건(0 ~ 70oC) 및 옥외 환경 조건(-40 ~ 85oC)에서 무리없이 동작이 가능한 광송신기 제작이 가능하다. 그러나 파장 잠김형 광원으로 사용하기 위해서 FP-LD의 전면에 AR 코팅을 하게 되면, 도1b와 같이 같은 온도의 통상의 FP-LD에 비하여 임계전류가 커지고 slope efficiency가 작아지게 된다. 이렇게 FP-LD의 전면에 AR 코팅을 하여 반사율을 낮추게 되면, 도1b의 점선이 예시한 바와 같이 고온 광출력 특성이 상당히 저하되며, 옥외 환경 조건(-40 ~ 85oC)에서 사용하기 위해서는 열전소자를 추가로 사용해야만 광송신기의 제작이 가능해져서 소자 비용이 증가되는 단점이 있다.
또한 좁은 선폭으로 필터링되는 LED로 파장 무의존성 광원을 구현하는 경우, 자발 방출 광원이 가지는 특성상 광원의 출력이 임의의 무작위 방향을 가지기 때문에 광섬유에 들어가는 coupling efficiency가 떨어져서 광원의 입력 대비 출력 효율이 나쁜 단점이 있다. LED의 입력 대비 출력 효율을 개선하는 방법으로, 전면에 AR 코팅을 하고 레이징 조건에 가깝게 동작시켜서 사용할 수 있다. 그러나 이 경우에도 상기 AR 코팅된 FP-LD의 경우와 마찬가지로, 고온 출력 특성이 나빠져서(도1b 참조) 열전소자를 추가로 사용해야만 광송신기의 제작이 가능하기 때문에 소자 비용이 증가되는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 좁은 선폭으로 필터링된 LED 또는 파장 잠김형 광원의 AR 코팅으로 인해 고온 광출력 특성이 나빠지는 단점을 해결하여 파장 무의존성 광원을 구현하는 AR 코팅된 양자점 공진기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 파장 무의존성 광원을 구현하는 AR 코팅된 양자점 공진기를 광 송/수신기 및 광전송 시스템 등에 적용하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 좁은 선폭으로 필터링된 LED 또는 파장 잠김형 광원의 AR 코팅으로 인해 고온 광출력 특성이 나빠지는 단점을 해결하여 파장 무의존성 광원을 구현하는 AR 코팅된 양자점 공진기가 개시된다. 본 발명에 의하면, 적어도 하나의 양자점이 형성된 이득매질과, 이득매질의 전, 후면 중 어느 하나에 AR(Anti-Reflection) 코팅된 반사면을 포함한다. 여기서 이득매질은 넓은 선폭을 갖도록 다수의 양자점이 서로 다른 크기 및 분포를 갖고, 이때 선폭은 WDM 또는 WDM-PON의 전 파장 채널을 포함한다. 또한 AR 코팅된 반사면은, 후면 반사면에 비해 낮은 반사율(예컨대 0.001~1% 사이의 값)을 갖는 전면 반사면이다.
본 발명에 의하면, 좁은 선폭으로 필터링된 LED 또는 파장 잠김형 광원의 반사면에 AR 코팅함으로써 고온 광출력 특성이 나빠지는 단점을 해결할 수 있는 이점이 있다. 즉 상온에서 고온으로 변하더라도 광출력 특성의 변화가 작아서 고온에서도 열전소자의 추가 없이 광 송신기의 제작이 가능하여 저가화에 유리하다. 또한 양자점 공진기를 사용하여 광대역 광원을 구성하는 경우 양자점 이득매질이 갖는 저잡음 특성(low relative intensity noise)으로 인하여 전송품질이 좋아지는 추가적인 장점도 있다. 특히 WDM 또는 WDM-PON 전 파장 채널에 대하여 동일한 광 송신기를 사용하여 파장 무의존성 광원을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도1a는 FP-LD의 광출력 특성을 그래프로 도시한 도면.
도1b는 AR 코팅된 FP-LD의 광출력 특성을 그래프로 도시한 도면.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 AR 코팅된 양자점 공진기가 적용될 수 있는 광 송/수신기의 구성을 도시한 도면.
도3은 이득매질의 구조와 그에 따른 에너지 준위 동작 특성을 보여주는 도면.
도4a는 본 발명의 실시예에 따라 양자점을 사용한 FP-LD의 광출력 특성을 그래프로 도시한 도면.
도4b는 본 발명의 실시예에 따라 AR 코팅된 양자점 공진기의 광출력 특성을 그래프로 도시한 도면.
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 도2의 광 송신기를 이용하여 파장 무의존성 광원을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따라 도2의 광 송신기를 이용하여 파장 무의존성 광원을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도7은 본 발명에 따른 양자점 공진기를 이용하여 Bidirectional 모듈을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도8은 본 발명에 따른 양자점 공진기를 이용하여 다파장 WDM 광원 배열을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도9는 본 발명의 실시예에 따라 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 다채널 WDM 송수신 배열을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도10은 본 발명의 실시예에 따라 도2의 광 송/수신기를 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도11은 본 발명의 제1 실시예에 따라 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도12는 본 발명의 제2 실시예에 따라 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도13은 본 발명의 제1 실시예에 따라 도2의 광 송/수신기와 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도14는 본 발명의 제3 실시예에 따라 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면.
도15는 본 발명의 제2 실시예에 따라 도2의 광 송/수신기와 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
도2는 본 발명의 실시예에 따라 AR 코팅된 양자점 공진기가 적용될 수 있는 광 송/수신기의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 AR 코팅된 양자점 공진기(14)는 파장 무의존성 광원을 구현하여 광 송신기(또는 광 수신기(10))에 적용될 수 있다.
파장 무의존성 광원을 구현하기 위한 AR 코팅된 양자점 공진기(14)는 적어도 하나의 양자점을 포함하는 이득매질(13)과, 이득매질(13)의 전/후면 중 어느 하나에 AR 코팅된 반사면(12,15)을 포함한다. AR 코팅된 양자점 공진기(14)는 FP-LD, QD-LD(Quantum Dot Laser Diode)일 수 있다. 광원을 구동시키기 위한 구동회로(Operating Circuit)(11)를 송신회로(또는 수신회로)로 구성하여 양자점 공진기(14)와 연결하면 광통신용 송신기(또는 수신기)로 사용할 수 있다.
일반적으로 반도체 레이저의 이득매질의 성능 및 특성은, 이득매질을 공간적으로 구성하는 방법에 따라 도3에 도시된 바와 같이 벌크(bulk)(a), 양자우물(quantum well)(b), 양자선(quantum wire)(c), 양자점(quantum dot)(d) 등으로 분류할 수 있으며, 반도체 이득매질에서 빛을 생성하는 전자와 홀(Hole)의 에너지 준위가 공간적 제한(confinement) 수준에 따라 양자화 정도가 결정된다. 현재 광통신 분야에서 많이 사용되고 있는 양자우물 구조는 도1a 및 도1b에서 전술한 바와 같이 고온의 출력 전압(output power) 동작 특성이 나쁜 단점이 있다. 이에 반하여 양자점 구조(d)에서는 전자 또는 홀 등의 캐리어들이 굉장히 좁은 분포를 갖는 최저 에너지에만 머무를 수 있어서 열적으로 상위 에너지 준위로의 이동을 막는다.
따라서 양자점 구조를 갖는 이득매질(13)은 열적으로 상당히 안정적인 동작 특성을 보인다. 이처럼 열적으로 우수한 동작 특성은, 양자우물을 갖는 FP-LD(도1a 참조)와 AR 코팅된 FP-LD(도1b 참조)의 온도에 대한 출력 특성에 대비되어, 도4a 및 도4b에 도시된 바와 같이 양자점을 사용한 FP-LD와 AR 코팅된 양자점 공진기의 온도에 대한 출력 특성에 예시되어 있다.
일실시예에 있어서, 이득매질(13)은 자가 결집(self-assembled) 방법에 의하여 다수의 양자점을 형성할 수 있다. 양자점 형성 과정은 공지의 방식을 준용한다. 양자점을 형성하게 되면 열적으로 우수한 동작 특성을 갖게 되지만, 좁은 선폭을 갖게 된다. 양자점이 형성된 이득매질(13)을 갖는 양자점 공진기(14)를 WDM 또는 WDM-PON에 사용하기 위해서는 사용하고자 하는 파장의 개수 만큼의 이득 선폭을 가져야 한다. 양자점은 굉장히 좁은 선폭을 가지고 있으나, 양자점의 파장은 양자점 구조의 크기 및 분포에 의해 결정되므로 이득매질(13)을 구성하는 다수의 양자점들에 대하여 서로 다른 크기 및 분포를 갖도록 디자인하면 이득매질(13)이 넓은 선폭을 갖게 된다. 즉 이득매질(13)을 구성하는 양자점들의 크기 및 분포를 달리하여 선폭을 넓힌다. 예컨대 양자점의 크기가 균일한 경우 1310nm~1480nm의 좁은 선폭을 갖는다고 가정하면, 양자점의 크기 및 분포를 달리하여 980nm~1660nm의 넓은 선폭으로 확장할 수 있다. 그러나 양자점의 에너지 준위 특성상(도3의 d) 하나의 파장으로 결집될 수 있으므로, 이를 방지하기 위해(이는 다파장의 송/수신기를 구현하기 위한 것임) 양자점이 형성된 이득매질(13)의 전면 또는 후면 중 어느 하나의 반사면(12,15)에 낮은 반사율을 갖도록 AR 코팅을 한다. AR 코팅을 하면 하나의 파장으로 결집되는, 즉 peak가 사라지게 된다. 일실시예에 있어서, 양자점 이득매질(13) 전면의 반사면(15)에 AR 코팅을 한다. AR 코팅된 전면 반사면(15)은 AR 코팅되지 않은 후면 반사면(12) 보다 낮은 반사율을 갖는다. 일실시예에 있어서 전면 반사면(15)의 반사율은 0.001~1% 사이의 값을 갖는다.
이처럼 WDM 또는 WDM-PON에서 사용하기에 적합하도록 양자점의 크기 및 분포를 달리하여 이득 선폭을 넓히고 파장의 결집을 방지하기 위해 AR 코팅된 양자점 공진기(14)가, 광통신용 소자로 사용되기 위해서는 전극 및 광 패키징이 필요하다. 광원을 동작시키기 위한 구동회로(11)는 광통신용 송신기에 사용될 수 있도록 광통신용 송신회로로 구성될 수 있고, 광통신용 수신기에 사용될 수 있도록 광통신용 수신회로로 구성될 수도 있다.
도4a에 도시된 바와 같이, 양자점을 사용한 FP-LD는 상온(25oC)에서 고온(70oC)으로 변하더라도 통상의 FP-LD(도1a 참조)와 다르게 임계전류 및 slope efficiency의 변화가 매우 작다. 따라서 AR 코팅된 양자점 공진기(14)는 AR 코팅된 FP-LD(도1b 참조)의 광출력 특성과 다르게 도4b에 도시된 바와 같이 상온(25oC)에서 고온(70oC)으로 변하더라도 광출력 특성의 변화가 작아서 고온에서도 열전소자의 추가 없이 광 송신기의 제작이 가능하여 저가화에 유리하다. AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 사용하여 광대역 광원을 구성하는 경우, 양자점 이득매질(13)이 갖는 저잡음 특성(low relative intensity noise)으로 인하여 전송품질이 좋아지는 추가적인 장점도 있다.
도2의 AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함하는 광 송신기(10)를 이용하여 WDM용 파장 무의존성 광원을 구현할 수 있다. 광원은 레이징 조건이거나 레이징 조건에 근접한 조건에서 구동된다. 일실시예에 있어서, 레이징 조건에 해당하는 임계전류의 1/2 보다 높은 전류로 구동된다.
도5는 광 송신기(10)의 광원을 좁은 선폭으로 필터링하여 파장 무의존성 광원을 구현하는 예를 보여준다. 도5에서 필터(3)는 일부 파장 채널 영역만 선택하는 좁은 선폭을 갖는다.
좁은 선폭을 갖는 필터(3)는 광통신용 송신기로 사용될 AR 코팅된 양자점 공진기(14)의 넓은 선폭을 갖는 출력 중에서 특정 파장 채널을 선택하여 WDM 또는 WDM-PON 시스템의 하나의 파장 채널을 제공할 수 있다. AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함한 광 송신기(10)는 WDM 또는 WDM-PON 시스템 전 파장 채널에 대하여 동일하게 사용 가능하므로 파장 무의존성 광원으로서 사용될 수 있다. 광 송신기(10)는 양자점들의 크기 및 분포를 달리한 이득매질(13)을 구비함으로 인해 넓은 선폭을 갖기 때문에 해당 선폭의 모든 파장 채널에 대해서 사용 가능하다. 따라서 파장 채널별로 다른 광 송신기(10)를 사용할 필요없이 동일한 광 송신기(10)를 사용할 수 있다.
도6은 AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 이용해 파장 잠김형 광원을 구성하여 파장 무의존성 광원을 구현하는 예를 보여준다. 양자점 공진기(14)를 포함한 광 송신기(10)에 광대역 광원(4)과, 좁은 선폭을 갖는 필터(3)와, 광 회전기(2)가 추가로 포함된다.
사용하고자 하는 파장 대역을 충분히 포함하는 광대역 광원(4), 좁은 선폭을 갖는 필터(3)와, 광 회전기(2)는 광통신용 송신기로 사용될 AR 코팅된 양자점 공진기(14)에 특정 파장 채널에서 좁은 선폭을 갖는 광대역 광원을 인가하여, 특정 파장 채널에서 증폭되도록 함으로써 WDM 또는 WDM-PON용 파장 잠김형 광원으로 사용될 수 있게 한다. AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함한 광 송신기(10)는 WDM 또는 WDM-PON 시스템 전 파장 채널에 대하여 동일하게 사용 가능하므로 파장 무의존성 광원으로서 사용될 수 있다. 광 송신기(10)는 양자점들의 크기 및 분포를 달리한 이득매질(13)을 구비함으로 인해 넓은 선폭을 갖기 때문에 해당 선폭의 모든 파장 채널에 대해서 사용 가능하다. 따라서 파장 채널별로 다른 광 송신기(10)를 사용할 필요없이 동일한 광 송신기(10)를 사용할 수 있다.
도7은 본 발명에 따른 양자점 공진기를 이용하여 Bidirectional 모듈을 구현하는 구성을 도시한 도면이다.
AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함하는 광 송신기(10)에, 추가로 수광소자(PD: Photo Diode)(18)와, 이 수광소자(18)를 동작시키기 위한 구동회로(17)를 추가하고, 광 송신기(10), 수광소자(18) 및 광섬유(20) 간에 광경로를 형성 및 분리하기 위한 필터 또는 splitter(16)와, 렌즈계(19) 등을 포함하는 coupling 광학계를 포함하여 광통신용 Bidirectional 모듈(40)을 구성할 수 있다. 이 광통신용 Bidirectional 모듈(40)에 도5와 같이 좁은 선폭을 갖는 필터(3)를 추가하면, 좁은 선폭에 필터링되는 광대역 광원을 이용하는 파장 무의존성 Bidirectional 광 송수신기를 구성할 수 있다. 또한 이 광통신용 Bidirectional 모듈(40)에 도6과 같이 광대역 광원(4), 좁은 선폭을 갖는 필터(3), 광 회전기(2)를 추가하면 파장 잠김형 파장 무의존성 Bidirectional 광 송수신기를 구성할 수 있다.
AR 코팅된 양자점 공진기(14)는 추가된 구동회로(11)를 통상의 광통신용 송신회로로 구성하여 광 송신기(10)로 구동할 수 있다. 수광소자(18)를 동작시키기 위한 구동회로(17)를 광통신용 수신회로로 구성하면, 수광소자(18)와 구동회로(17)가 광 수신기로 동작될 수 있다. 또한 광 송신기(10)와 광 수신기(17,18)의 사용 파장 대역을 달리하고 필터 또는 splitter(16)를 사용하면, 광 송신기(10)에서 나온 파장 대역의 광신호는 필터 또는 splitter(16)와 렌즈계(19)를 통하여 광섬유(20)에 결합되어 상위 WDM 또는 WDM-PON 시스템에 전달되고, 광 송신기(10)와 서로 다른 파장 대역을 사용하는 상위 WDM 또는 WDM-PON 시스템의 광신호는 광섬유(20)로부터 렌즈계(19)와 필터 또는 splitter(16)를 통하여 광 수신기(17,18)에 전달된다.
도8은 본 발명에 따른 양자점 공진기를 이용하여 다파장 WDM 광원 배열을 구현하는 구성을 도시한 도면이다.
AR 코팅된 다수의 양자점 공진기(14)를 다수(14a,14b,14c)로 병렬 구성하고, 다수의 양자점 공진기(14a,14b,14c)와 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux 등으로 구성된 파장다중화기(51)의 광경로를 연결하여 다파장 WDM 광원 배열(Array)(50)을 구성할 수 있다. 또한 도면에는 도시되지 않았지만, AR 코팅된 양자점 공진기들(14a,14b,14c) 각각에 광통신용 송신회로를 추가하고(다수의 광 송신기(10)가 됨), 다수의 광 송신기(10)와 파장다중화기(51)의 광 경로를 연결하여 다채널 WDM 광송신기를 구성할 수도 있다. 또한 각 양자점 공진기들(14a,14b,14c)의 파장을 파장다중화기(51)의 파장 채널에 고정시키기 위해서 추가로 반사체(52)를 구성할 수 있다. 또한 다파장 WDM 광원 배열(50)이 사용되는 시스템의 환경 조건상 되반사에 의한 성능 저하를 막기 위하여 광 고립기(53)를 추가하여 구성할 수 있다.
다파장 WDM 광원 배열(50)은 PLC(Planar lightwave circuit) 기술을 이용하여 소형화할 수 있다.
도9는 본 발명의 실시예에 따라 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 다채널 WDM 송수신 배열을 구현하는 구성을 도시한 도면이다.
도7의 Bidirectional 모듈(40)을 다수(40a,40b,40c)로 병렬 구성하고, 다수의 Bidirectional 모듈(40a,40b,40c)과 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux 등으로 구성된 파장다중화/역다중화기(51)의 광경로를 연결하여 다채널 WDM 송수신 배열(Array)(60)을 구성할 수 있다. 다채널 WDM 송수신 배열(60)이 사용되는 시스템의 환경 조건상 되반사에 의한 성능 저하를 막기 위하여 파장다중화/역다중화기(51) 뒤에 광고립기(63)와 Bidirectional 모듈(40a,40b,40c)의 파장을 분할하는 파장분기 결합기(62,64)로 구성된 파장 선택형 광 고립기(61)를 추가하여 구성할 수도 있다. 또한 PLC 기술을 이용하여 다채널 WDM 송수신 배열(60)을 소형화할 수도 있다.
Bidirectional 모듈 다수(40a,40b,40c)에서는, 이들에 포함된 AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함한 광 송신기(10)가 각 파장 채널에 해당하는 광신호를 출력하며, 각 파장 채널의 광신호 출력들은 파장다중화/역다중화기(51)에 의하여 다중화되어 WDM 또는 WDM-PON의 상위 시스템으로 전달된다. 또한 Bidirectional 모듈 다수(40a,40b,40c)에 포함된 광 송신기들(10)과 다른 파장 대역을 사용하고 시스템으로부터 전달되는 다채널 파장 광신호는 파장다중화/역다중화기(51)에 의하여 역다중화되며, 각각의 역다중화된 채널 파장은 해당하는 Bidirectional 모듈(40a,40b,40c)로 전달된다. 각각의 Bidirectional 모듈(40a,40b,40c)에서는 필터 또는 splitter(16)에 의하여 광 수신기(17,18)에 전달된다. 이때 시스템으로부터의 되반사 영향을 없애기 위해서 파장분기 결합기(62,64)와 광고립기(63)를 추가로 구성할 수 있다. 즉 추가로 구성된 파장분기 결합기(62,64) 및 광고립기(63)에 의하면, 시스템으로 전달되는 파장 다중화된 광신호 출력은 파장 필터(62), 광 고립기(63) 및 파장 필터(64)를 순서대로 통과하여 전달되며, Bidirectional 모듈 다수(40a,40b,40c)에 포함된 광 송신기들(10)과 다른 파장 대역을 사용하고 시스템으로부터 전달되는 다채널 파장 광신호는 파장 필터(64)와 파장 필터(62)를 순서대로 통과하여 전달된다. 이때 전달되는 광 경로가 다르므로 광 고립기(63)를 통과하지 않는다.
WDM 또는 WDM-PON 시스템에 익숙한 광통신 분야의 당업자라면 AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함하는 다수의 광 송신기(또는 광 수신기)(10)나, 광 송/수신기(10)를 포함하는 다수의 Bidirectional 모듈(40)을 단독 또는 조합하여 다양한 광 전송 시스템을 구성할 수 있다.
도10은 본 발명의 실시예에 따라 도2의 광 송/수신기를 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면이다.
도10에 도시된 바와 같이, AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함하는 광 송신기 다수(10a,10b,10c)와, 추가로 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux/DeMux 등으로 구성된 파장다중화/역다중화기(51,53)와, AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함하는 광 수신기 다수(10d,10e,10f)를 포함하여 WDM 광전송 시스템을 구성할 수 있다. 또한 되반사에 의한 광전송 시스템의 성능 저하가 발생할 경우 일측 송/수신부에 광 고립기(52)를 추가로 포함하여 구성할 수도 있다.
도11은 본 발명의 제1 실시예에 따라 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면이다.
일측 송/수신부의 구성은 도9의 다채널 WDM 송수신 배열(60)의 구성과 동일하다. 타측 수/송신부의 구성을 살펴보면, Bidirectional 모듈(40)을 다수(40d,40e,40f)로 병렬 구성하고, 다수의 Bidirectional 모듈(40d,40e,40f)과 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux 등으로 구성된 파장다중화/역다중화기(53)의 광경로를 연결하여 다채널 WDM 송수신 배열(Array)(70)을 구성할 수 있다. 다채널 WDM 송수신 배열(70)이 사용되는 시스템의 환경 조건상 되반사에 의한 성능 저하를 막기 위하여 파장다중화/역다중화기(53) 뒤에 광고립기(73)와 Bidirectional 모듈(40d,40e,40f)의 파장을 분할하는 파장분기 결합기(72,74)로 구성된 파장 선택형 광 고립기(71)를 추가하여 구성할 수도 있다. 또한 PLC 기술을 이용하여 다채널 WDM 송수신 배열(70)을 소형화할 수도 있다.
도12는 본 발명의 제2 실시예에 따라 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면이다. 예컨대 일측 송/수신부는 국사용 장치(100)이고 타측 송/수신부는 RN(Remote Node)측 장비이다.
도12에 도시된 바와 같이 광 송수신기(10)를 포함하는 다수의 Bidirectional 모듈 다수(40a,40b,40c)와, 추가로 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux/DeMux 등으로 구성된 파장다중화/역다중화기(51)를 포함하고, 파장분기 결합기 다수(62,64)와, 광회전기 다수(67,68)와, 광대역 광원 다수(65,66)로 일측 송/수신부인 국사용 장치(100)를 구성할 수 있다. 타측 송/수신부는 Bidirectional 모듈(40)을 다수(40d,40e,40f)로 병렬 구성하고, 다수의 Bidirectional 모듈(40d,40e,40f)과 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux 등으로 구성된 파장다중화/역다중화기(53)의 광경로를 연결하여 구성할 수 있다. 도12에서는 파장 잠김형 양방향 WDM 전송 시스템을 구성한 예를 보여준다.
다른 실시예에 있어서, 파장 잠김형 양방향 WDM 전송 시스템을 하기 도13 내지 도15와 같이 구성할 수도 있다.
도13은 본 발명의 제1 실시예에 따라 도2의 광 송/수신기와 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면이다. 예컨대 일측 송/수신부는 국사용 장치(200)이고 타측 송/수신부는 RN(Remote Node)측 장비이다.
도13에 도시된 바와 같이 AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함하는 광 송신기 다수(10a,10b,10c,10d,10e,10f)와, 추가로 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux/DeMux 등으로 구성된 파장다중화/역다중화기 다수(51,54)를 포함하고, 파장분기 결합기(64)와, 광회전기 다수(67,68)와, 광대역 광원 다수(65,66)로 일측 송/수신부인 국사용 장치(200)를 구성할 수 있다. 타측 송/수신부의 구성은 도12의 타측 송/수신부의 구성과 동일하다.
도14는 본 발명의 제3 실시예에 따라 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면이다.
도14에 도시된 바와 같이 광 송수신기(10)를 포함하는 다수의 Bidirectional 모듈 다수(40a,40b,40c)와, 추가로 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux/DeMux 등으로 구성된 파장다중화/역다중화기(51)를 포함하고, 파장분기 결합기 다수(62,64)와, 광회전기(68)와, 광대역 광원(65)으로 일측 송/수신부인 국사용 장치(300)를 구성할 수 있다. 시스템의 되반사를 줄이기 위하여 광 고립기(63)를 추가로 구성할 수도 있다. 타측 송/수신부의 구성은 도12 및 도13의 타측 송/수신부의 구성과 동일하다.
도15는 본 발명의 제2 실시예에 따라 도2의 광 송/수신기와 도7의 Bidirectional 모듈을 이용하여 WDM 전송 시스템을 구현하는 구성을 도시한 도면이다.
도15에 도시된 바와 같이 AR 코팅된 양자점 공진기(14)를 포함하는 광 송신기 다수(10a,10b,10c,10d,10e,10f)와, 추가로 Arrayed Waveguide Grating 또는 박막 필터형 Mux/DeMux 등으로 구성된 파장다중화/역다중화기 다수(51,54)를 포함하고, 파장분기 결합기(64)와, 광회전기(68)와, 광대역 광원(65)으로 일측 송/수신부인 국사용 장치(400)를 구성할 수 있다. 타측 송/수신부의 구성은 도12 내지 도14의 타측 송/수신부의 구성과 동일하다. 도15에서는 광대역 광원 필터링 방법과 파장 잠김형 방법을 사용한 양방향 WDM 광전송 시스템을 구성할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
11: 구동회로 12: 후면 반사면
13: 이득매질 14: 양자점 공진기
15: 전면 반사면

Claims (17)

  1. 공진기로서,
    적어도 하나의 양자점이 형성된 이득매질; 및
    상기 이득매질의 전, 후면 중 어느 하나에 AR(Anti-Reflection) 코팅된 반사면을 포함하는 양자점 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이득매질은, 넓은 선폭을 갖도록 다수의 양자점이 서로 다른 크기 및 분포를 갖는, 양자점 공진기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선폭은, WDM 또는 WDM-PON의 전 파장 채널을 포함하는, 양자점 공진기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 AR 코팅된 반사면은, 후면 반사면에 비해 낮은 반사율을 갖는 전면 반사면인, 양자점 공진기.
  5. 제4항에 있어서,
    광원을 동작시키기 위한 구동회로를 더 포함하는 양자점 공진기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동회로를 광통신용 송신회로로 구성하여, 광 송신기에 사용하는, 양자점 공진기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광 송신기의 광원을 좁은 선폭으로 필터링하는 필터를 더 포함하여, WDM 또는 WDM-PON 전 파장 채널에 대하여 동일한 광 송신기를 사용할 수 있어 파장 무의존 광원을 구현하는, 양자점 공진기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광 송신기의 이득매질에 주입하기 위한 광대역 광원와, 상기 광대역 광원 중 일부 파장 채널 영역만 선택하는 좁은 선폭을 갖는 필터와, 좁은 선폭을 갖는 광대역 광원을 상기 광 송신기에 인가하여 특정 파장 채널에서 증폭될 수 있도록 광 경로를 형성하는 광 회전기를 더 포함하여, 파장 잠김형 광원으로 사용될 수 있도록 하고, WDM 또는 WDM-PON 전 파장 채널에 대하여 동일한 광 송신기를 사용할 수 있어 파장 무의존 광원을 구현하는, 양자점 공진기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 광 송신기에, 광 수신기와, 상기 광 송신기와 상기 수신기 및 광섬유 간에 광 경로를 형성 및 분리하는 장치를 추가하여 양방향 광 모듈을 구성하는, 양자점 공진기.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 양자점 공진기를 병렬로 다수 구성하고, 각 양자점 공진기의 파장을 다중화하기 위한 파장 다중화기를 추가하여 다파장 광 송신 모듈을 구성하는, 양자점 공진기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 각 양자점 공진기의 파장을 상기 파장 다중화기의 파장에 고정시키기 위한 반사체를 더 포함하는, 양자점 공진기.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 광 송신기를 병렬로 다수 구성하고, 각 광 송신기의 파장 채널을 다중화하기 위한 파장 다중화기를 추가하여 다채널 광 송신 모듈을 구성하는, 양자점 공진기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 양방향 광 모듈을 병렬로 다수 구성하고, 각 양방향 광 모듈의 파장 채널을 다중화/역다중화하기 위한 파장 다중화/역다중화기를 추가하여 다채널 광 송/수신 모듈을 구성하는, 양자점 공진기.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 구동회로를 광통신용 수신회로로 구성하여, 광 수신기에 사용하는, 양자점 공진기.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 전면 반사면의 반사율은, 0.001~1% 사이의 값을 갖는, 양자점 공진기.
  16. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 광원은, 레이징 조건에 해당하는 임계전류의 1/2 보다 높은 전류로 구동되는, 양자점 공진기.
  17. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    되반사의 영향을 줄이기 위한 광 고립기를 더 포함하는 양자점 공진기.
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