KR20130104353A - 초소형으로 제작 가능한 외부 공진기형 레이저 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 환경 온도 변화에 무관하게 일정한 파장의 레이저 빛을 내면서 최소형으로 제작 가능한 외부 공진기형 레이저 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 레이저 장치는 외부 환경과 무관하게 일정한 발진 파장을 갖는 레이저 장치에 있어서, 레이저 빛을 발산하는 레이저 다이오드 칩(100)과; 상기 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산된 빛을 일부 반사하여 다시 레이저 다이오드 칩(100)으로 궤환시키는 광 궤환용 부분 반사 거울(500)과; 상기 레이저 다이오드 칩(100)과 광 궤환용 부분 반사 거울(500) 사이의 광 경로 상에 설치되어, 레이저 다이오드 칩(100)으로부터 발산된 빛을 시준화시키는 시준화 렌즈(200)와, 선택된 특정 파장의 빛을 투과시키는 파장 선택성 필터(300)와, 패키지 바닥면에 대해 수평으로 진행하는 레이저 빛을 패키지 바닥면에 대해 수직으로 진행하는 레이저 빛으로 방향을 전환하는 45도 반사 거울(400);을 포함하여 이루어져, 레이저 다이오드 칩과 광 궤환용 부분 반사 거울 사이에 형성되는 레이저 공진기의 수평 축 길이와 유효 광학적 길이를 독립적으로 최적화하여 소형의 레이저 장치를 제작할 수 있도록 제공한다.

Description

초소형으로 제작 가능한 외부 공진기형 레이저 장치 {Micro Semiconductor Laser Device with External Cavity}

본 발명은 외부 공진기형 레이저 장치에 관한 것으로, 특히 외부 환경 온도 변화에 무관하게 일정한 파장의 레이저 빛을 내면서 초소형으로 제작 가능한 외부 공진기형 레이저 장치에 관한 것이다.

근래에 들어 스마트폰 등의 동영상 서비스를 비롯하여 통신 용량이 매우 큰 통신 서비스들이 출시되고 있다. 이에 따라 종래의 통신 용량을 대폭적으로 증가시킬 필요가 대두 되고 있으며, 이미 종래에 포설되어 있는 광섬유를 이용하여 통신 용량을 증대시키는 방법으로 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식의 통신 방식을 채택하고 있다. 상기 DWDM은 파장이 서로 다른 레이저 빛들은 서로 간섭하지 않아 하나의 광섬유를 통하여 동시에 여러 가지 파장의 빛 신호를 전송하여도 신호 간에 간섭이 없는 현상을 이용하여, 하나의 광섬유로 여러 파장의 빛을 동시에 전송하는 방식을 말한다. 근래 광통신에서 사용되는 DWDM 방법은 빛의 주파수 간격을 100GHz 또는 50GHZ 간격이 되도록 적용하고 있으며, 이러한 주파수 간격은 1.55um 파장 대역에서 0.8nm 또는 0.4nm 정도의 파장 간격을 가진다.

이에 비해 광통신에 주로 사용되는 반도체 레이저 다이오드인 DFB-LD(Distributed Feedback Laser Diode)의 경우 반도체 레이저 다이오드 칩의 온도가 1℃ 정도 바뀔 때 반도체 레이저에서 발진하는 레이저 빛은 대략 0.1nm 정도 바뀌게 된다. 그러므로 일반적인 DFB-LD의 온도를 8℃(100GHz 간격) 또는 4℃(50GHz 간격)정도 바꾸면 이 레이저에서 발진하는 파장이 DWDM의 다른 채널에 해당되어 통신의 혼신을 가져오게 된다.

또한, 기존의 반도체 레이저 다이오드 칩은 레이저 다이오드 칩을 구동하는 주입전류의 양에 따라 대략 5pm/mA∼10pm/mA 정도로 파장이 바뀌게 되며, 나아가 레이저 다이오드 칩의 자체 특성 변화에 의해서도 발진 파장이 달라지게 된다. 특히 50GHz 파장 간격 DWDM 방식에서는 파장 안정도가 50pm 정도를 요구하고 있다. 이러한 50pm의 파장 안정성을 위해서는 DFB-LD 칩의 온도를 0.5℃ 이내로 안정화 시키고, 또한 동시에 레이저 다이오드 칩의 동작 전류를 mA 수준에서 안정화시켜야 한다.

따라서, 종래에는 레이저 다이오드 패키지에 열전소자를 내장하여 온도를 안정화시키도록 하였는데, 하지만 이러한 열전소자(thermo-electric cooler)가 내장된 형태의 레이저 다이오드 패키지에서 실제로 온도가 안정되는 부분은 레이저 다이오드 칩이 아니라 열전소자의 온도를 측정하는 써미스터(thermistor) 부분이며, 써미스터와 레이저 다이오드 칩의 사이 거리 때문에 써미스터가 레이저 다이오드 칩의 온도를 정확히 읽지 못하는 문제점이 발생하였다. 특히 레이저 다이오드 칩 패키지 외부의 환경 온도 변화는 써미스터와 레이저 다이오드 칩 사이의 온도 편차를 바꾸어주게 되어 패키지 외부의 환경 온도 변화는 레이저 다이오드 칩의 발진 파장의 변화를 유발하게 된다. 본 출원인의 실험에 의하면 이러한 열전소자를 일정한 온도로 유지하고 레이저 다이오드 패키지 외부 환경을 40℃ 바꾸게 되면 레이저 다이오드 칩은 대략 2℃의 파장 변화가 생기게 된다. 또한 통신을 위해서는 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 빛의 세기가 통신 시스템에서 요구하는 수준이 되어야 하는데, 이러한 요구 조건은 시시각각으로 달라질 수 있어, 이에 따라 레이저 다이오드 칩의 구동 전류는 수십mA 범위에서 바뀔 수 있게 된다. 그러므로 레이저 다이오드 칩의 구동 전류가 10mA 정도 변화하게 되면 레이저 다이오드 칩의 파장은 50~100pm의 파장 변화를 유발할 수 있다. 따라서 기존의 DFB-LD의 온도만을 단순히 일정하게 유지하는 방법으로는 레이저의 파장을 일정하게 유지하기 어려운 문제점이 있다.

현재 세계적으로 주목받고 있는 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식에서는 빛의 파장 간격이 800pm 인 40∼80 채널의 서론 다른 파장을 가지는 레이저 광원이 필요하다.

DFB-LD는 온도가 1℃ 바뀜에 따라 파장이 약 100pm 정도 바뀌므로 DFB-LD의 온도를 변화시켜 파장을 변화시킬 수 있지만, 어떠한 외부 환경 조건에서도 특정한 온도를 유지하기 위해서는 DFB-LD를 온도를 조절할 수 있는 열전소자 위에 배치하여야 한다. 이 열전소자는 외부 환경 온도에 노출되게 되는데 어떠한 외부 환경온도에 대해서도 DFB-LD의 온도를 일정하게 유지하기 위해서는 열전소자가 유지할 수 있는 온도가 10℃ 내지 20℃ 정도의 폭으로 제한되어 DFB-LD의 온도 변화 폭이 크지 않다. 그러므로 파장 별로 40∼80 채널에 해당하는 DFB-LD 칩을 확보하려면 최소한 20∼40개의 서로 다른 파장을 가지는 DFB-LD 칩 세트(set)가 갖춰져야 DWDM 시스템을 구성할 수 있게 된다. 이러한 DFB-LD는 제작이 매우 어려워 20∼40 종류의 서로 다른 파장을 가지는 DFB-LD 칩 세트(set)를 확보하는 것은 현실적으로 상당히 어려운 일이다.

한편, 외부 공진기형의 레이저가 있는데 이러한 레이저는 반도체 레이저 다이오드 칩 외부에서 반도체 레이저의 발진 파장을 결정하는 방법으로써 외부에서 파장을 결정하는 방법에 따라 반도체 레이저가 여러 가지 파장을 가지게 할 수 있고, 또는 특정한 파장으로만 발진하도록 할 수 있다. 그러나 현재 외부 공진기형 레이저는 버터플라이라는 패키지로 구현되고 있는데 버터플라이 패키지는 가격이 매우 고가이며, 부피가 매우 큰 문제점이 있다.

또한, 현재 광통신 모듈은 SFP(small form factor pluggable) 트랜시버라는 세계적으로 표준화된 규격을 많이 사용하고 있다. 이러한 SFP 트랜시버는 내부 허용 공간이 최대 7mm에 불과해 크기가 큰 버터플라이 패키지는 SFP 트랜시버로 제작 될 수 없어 사용에 큰 불편이 있어 왔다.

본 발명은 상기 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부 환경 온도 변화에 따라 레이저 다이오드 칩의 발진 파장이 변화하는 것을 최소화시키는 외부 공진기형 레이저 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 하나의 레이저 다이오드 칩으로 DWDM에 사용되는 다양한 파장의 레이저를 만들어 낼 수 있으며, 종래 버터플라이형 패키지에 비해 제작 비용이 저렴한 TO(Transistor Outline)형 패키지 형태로 제작 가능한 외부 공진기형 레이저 장치를 제공하는 데 있다.

특히, 본 발명은 저가의 TO형 패키지를 사용하되 레이저 장치의 배치를 통하여 TO형 패키지의 크기를 종래에 비해 소형으로 제작 가능하도록 하여 종래 규격화된 SFP 트랜시버 케이스에 장착 가능한 크기로 제작할 수 있는 초소형 제작이 가능한 외부 공진기형 레이저 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 장치는 외부 환경과 무관하게 일정한 발진 파장을 갖는 레이저 장치에 있어서, 레이저 빛을 발산하는 레이저 다이오드 칩과; 상기 레이저 다이오드 칩에서 발산된 빛을 일부 반사하여 다시 레이저 다이오드 칩으로 궤환시키는 광 궤환용 부분 반사 거울과; 상기 레이저 다이오드 칩과 광 궤환용 부분 반사 거울 사이의 광 경로 상에 설치되어, 레이저 다이오드 칩으로부터 발산된 빛을 시준화시키는 시준화 렌즈와, 선택된 특정 파장의 빛을 투과시키는 파장 선택성 필터와, 패키지 바닥면에 대해 수평으로 진행하는 레이저 빛을 패키지 바닥면에 대해 수직으로 진행하는 레이저 빛으로 방향을 전환하는 45도 반사 거울;을 포함하여 이루어진다.

여기에서 상기 광 궤환용 부분 반사 거울은 45도 반사 거울의 상부에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 45도 반사 거울은 부분 반사/부분 투과 특성을 갖는 부분 반사 거울로 이루어지고, 상기 45도 반사 거울의 일측에는 상기 45도 반사 거울을 투과하는 성분의 레이저 빛을 수신하여 레이저 빛의 광 세기를 감시하는 광 감시용 포토 다이오드가 더 배치되는 것이 바람직하다.

상기 레이저 다이오드 칩과 광 궤환용 부분 반사 거울 사이에 형성되는 레이저 공진기의 광 경로 상에 레이저 공진기의 온도 변화에 따라 발생하는 위상 변화를 상쇄하여 보상하는 위상 보상자가 더 배치되며, 상기 파장 선택성 필터는 히터(heater)에 의해 온도가 조절되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 레이저 다이오드 칩과 시준화 렌즈, 파장 선택성 필터, 45도 반사 거울 및 상기 광 궤환용 부분 반사 거울은 열전소자 상부에 고정 부착되어, TO(transistor outline)형 패키지 내부에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 45도 반사 거울의 반사율은 80％ 내지 98％로 형성되고, 상기 광 궤환용 부분 반사 거울의 반사율은 30％ 내지 80％로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 파장 선택성 필터는 레이저 빛이 투과하는 어느 한 면이 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성되고, 상기 파장 선택성 필터의 투과 파장 대역의 반가폭은 0.25nm 내지 2nm로 형성된다.

상기 레이저 다이오드 칩, 시준화 렌즈, 파장선택성 필터, 45도 반사 거울 및 광 궤환용 부분 반사 거울이 배치되는 패키지 하우징은 내부가 0.2 기압 이하의 진공상태로 유지되는 것이 바람직하며, 상기 시준화 렌즈는 패키지 바닥으로부터 이격되어 상기 레이저 다이오드 칩을 고정하는 레이저 다이오드 칩용 서브마운트의 측면에 고정되어 부착되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 광 궤환용 부분반사 거울과 45도 반사 거울은 일체화된 프리즘 형태로 이루어질 수 있는데, 여기에서 프리즘의 레이저 다이오드 칩을 향한 전면은 무반사 코팅되고 상부면은 광 궤환을 위하여 반사율이 30％ 내지 80％로 형성되거나, 전면은 광 궤환을 위하여 반사율이 30％ 내지 80％로 형성되고 상부면은 무반사 코팅될 수 있다.

또한, 상기 광 궤환용 부분반사 거울과 45도 반사 거울이 일체화된 프리즘의 경사면에 다른 프리즘의 경사면이 맞붙어 일체로 제작되되, 상기 레이저 다이오드 칩을 향한 프리즘의 전면은 30％ 내지 80％의 반사율이 형성되고, 프리즘 접합 경사면은 80％ 내지 98％의 반사율이 형성되며, 상기 프리즘의 상부면은 무반사 코팅되도록 할 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 광 궤환용 부분반사 거울과 45도 반사 거울이 일체화된 프리즘의 경사면에 다른 프리즘의 경사면이 맞붙어 일체로 제작되되, 상기 레이저 다이오드 칩을 향한 프리즘의 전면은 무반사 코팅되고, 프리즘 접합 경사면은 80％ 내지 98％의 반사율이 형성되며, 상기 프리즘의 상부면은 30％ 내지 80％의 반사율이 형성될 수 있다.

여기에서, 상기 두 개의 프리즘을 관통하는 레이저 빛의 경로 상에 레이저 다이오드 칩의 동작 상태를 감시하기 위한 포토 다이오드가 더 배치된다.

파장 선택성 필터는 유리 기판 위에 SiO2 또는 TiO2 등의 굴절률이 서로 다른 유전체 물질을 교대로 증착하여 제작되는데 이러한 파장 선택성 필터의 투과 파장의 온도 의존성은 대략 10pm/℃이다. 본 발명에서 제안하는 방식의 레이저는 발진 파장이 이러한 파장 선택성 필터를 투과하는 파장으로 잠금되므로 이러한 구조에서의 레이저는 온도 변화에 따라 10pm/℃의 파장 변화를 보이게 된다. 이러한 본발명에서의 10pm/℃의 파장 변화는 종래의 DFB-LD에서 가지는 100pm/℃의 파장 변화의 1/10에 불과하여 파장이 매우 안정화된다는 장점이 있다.

또한, 파장 선택성 필터는 매우 어려운 기술로 제작되는 반도체 레이저 다이오드 칩에 비해 단순히 유리 기판에 굴절률이 높고 낮은 복수의 유전체 박막을 증착시켜 제작함으로 투과 파장 대역별 파장 선택성 필터를 제작하기가 매우 용이하다. 그러므로 파장이 다른 DWDM 용 레이저를 제작하기 위해 파장 채널별로 서로 다른 DFB-LD를 제작하는 것보다 하나의 반도체 레이저 다이오드 칩에 다양한 투과 파장을 가지는 파장 선택성 필터를 부가하여 DWDM용 레이저를 제작하는 것이 매우 용이한데, 본 발명에서 이러한 DWDM 파장용 DFB-LD 레이저 세트(set)를 제작하는 대신 하나의 반도체 칩을 사용하고 투과 파장이 다른 파장 선택성 필터를 이용하여 DWDM용 레이저 세트(set)를 제작함으로써 가격적으로 저렴하게 제작할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에서는 레이저 다이오드 칩과 궤환용 부분 반사 거울로 이루어지는 공진기가 폴더형으로 제작되며, 궤환용 부분 반사 거울이 45도 반사 거울 상부에 배치되어 레이저 다이오드 칩에서 수평으로 발산된 레이저 빛이 수직으로 방향 전환되므로 TO형 패키지의 수직면에 레이저 빛이 탈출하는 관통공을 가진 TO형 패키지에 적합하게 빛의 경로가 조절되어 저가의 TO 형 패키지를 사용하게 함으로써 고가의 버터플라이형 패키지를 사용하는 종래 레이저 장치에 비해 제작 단가가 저렴해지는 장점이 있다.

또한, 본 발명에서는 레이저 다이오드 칩과 광 궤환용 부분 반사 거울이 폴더형으로 제작되고 광 궤환용 부분 반사 거울이 45도 반사 거울의 상부에 배치되므로 공진기의 바닥 면적이 최소화될 수 있으며, 이에 따라 바닥 면적을 최소로 줄여 직경 7mm 이하의 소형 TO 패키지에 장착이 가능하여 TO 패키지를 이용한 SFP 트랜시버의 제작을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 TO 형 패키지의 개략적인 모습을 나타낸 외형도,
도 2는 본 발명에 따른 확장 공진기형 레이저 다이오드 패키지의 동작 원리를 나타내는 개념도,
도 3은 확장 공진기형 레이저형에서 발진 파장 결정을 나타내는 개념도로서, 도 3의 (a)는 파장 선택성 필터의 투과도 곡선 일례, 도 3의 (b)는 확장 공진기에서 결정되는 Fabry-Perot 모드의 일례, 도 3의 (c)는 확장 공진기와 파장 선택성 필터에 의해 발진하는 레이저 빛의 파장 특성 일례,
도 4는 본 발명에 따른 폴더형의 공진기 구조를 갖는 레이저 장치의 설치 개념도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 TO형 패키지에 장착 가능한 외부 공진기 구조를 갖는 레이저 장치의 설치 개념도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TO형 패키지에 장착 가능한 외부 공진기 구조를 갖는 레이저 장치의 설치 개념도,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 TO형 패키지에 장착 가능한 외부 공진기 구조를 갖는 레이저 장치의 설치 개념도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광 감시용 포토 다이오드가 배치된 레이저 장치의 설치 개념도,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 TO형 패키지에 장착 가능한 외부 공진기 구조를 갖는 레이저 장치의 설치 개념도,
도 10은 상기 도 9의 프리즘 코팅 특성이 변경된 레이저 장치의 설치 개념도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 프리즘의 일측에 포토 다이오드가 배치된 레이저 장치의 설치 개념도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 위상 보상자가 배치된 레이저 장치의 설치 개념도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 TO형 패키지에 레이저 장치가 설치되는 일례,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 시준화 렌즈의 설치 개념도를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 한정하지 않는 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 적용되는 TO 형 패키지의 개략적인 모습을 나타낸 외형도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, TO형 패키지는 크게 스템(1)과 캡(cap)(2)으로 구성되며, 스템(1)의 바닥면에 부품들을 배치하고 캡(2)으로 밀봉하는 형태로 제작된다. 이러한 구조에서 레이저 빛은 캡(2)의 상부에 뚫려있는 관통공을 통하여 TO형 패키지 외부로 방출된다. 통상적으로 캡(2)의 관통공에는 렌즈가 형성되거나 평면형 유리창으로 밀봉되게 된다. 도 1에서 이후 본 발명의 설명에 사용될 수평 방향과 수직 방향을 화살표 방향으로 정의하였다.

도 2는 본 발명에 따른 확장 공진기형 레이저 다이오드 패키지의 동작 원리를 나타내는 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지는 레이저 다이오드 칩용 서브마운트(11)에 설치되는 레이저 다이오드 칩(100)과, 상기 레이저 다이오드 칩(100)에서 방출되는 레이저 빛을 평행광으로 시준화하는 시준화 렌즈(200)와, 상기 시준화 렌즈(200)를 통하여 시준화된 레이저 빛 중 특정 파장의 빛을 선택적으로 투과시키는 파장 선택성 필터(300)와, 상기 파장 선택성 필터(300)를 투과하는 레이저 빛 중 일부 레이저 빛은 반사하고 나머지 빛은 투과시키는 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 포함하여 이루어진다.

상기 레이저 다이오드 칩(100)은 edge emitting 형(type)의 레이저 다이오드 칩으로, 이 edge emitting 형의 레이저 다이오드 칩(100)은 양 절개면에서 레이저 빛이 방출된다. 양 절개면 중 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 향한 레이저 다이오드 칩(100)의 절개면은 1％ 이하의 반사율을 가지는 무반사 코팅면(무반사면)이 된다. 이 무반사면은 1％ 이하의 반사율, 바람직하게는 0.1％ 이하의 반사율을 갖는데, 더욱 바람직하게는 0.01％ 이하의 반사율을 가는 것이 바람직하다. 레이저 다이오드 칩(100)의 무반사면 반대쪽의 절개면은 통상적으로 1％ 이상의 반사율을 가지는데 바람직하게는 10％ 이상의 반사율, 더욱 바람직하게는 80％ 이상의 반사율을 가지는 것이 바람직하다. 이렇게 절개면의 한쪽이 무반사 코팅된 레이저 다이오드 칩(100)은 레이저 다이오드 칩(100) 자체에서 빛이 궤환되지 못하기 때문에 레이저 다이오드 칩(100) 자체를 공진기로 하는 Fabry-Perot 모드가 형성되지 않는다. 이러한 레이저 다이오드 칩(100)에서 방출되는 빛은 매우 넓은 파장 대역(통상적으로 반가폭이 20nm 이상)을 가지는 빛의 파장을 보인다. 레이저 다이오드 칩(100)의 무반사면을 통하여 방출된 넓은 파장 대역의 빛은 시준화 렌즈(200)에 의해 평행광으로 시준화 된다. 시준화 렌즈(200)에 의해 시준화된 넓은 파장 대역의 빛은 좁은 파장 선택성 필터(300)로 입사하는데, 파장 선택성 필터(300)로 입사하는 빛 중 파장 선택성 필터(300)를 투과하는 빛을 제외하고 나머지는 파장 선택성 필터(300)에 의해 반사되어 레이저 다이오드 칩(100)으로 궤환되지 못하는 다른 경로로 보내진다. 레이저 다이오드 칩(100)에서 시준화 렌즈(200)를 거쳐 파장 선택성 필터(300)를 투과한 성분의 빛은 광 궤환용 부분 반사 거울(500)에 도착한다. 광 궤환용 부분 반사 거울(500)에 도달한 빛 중에서 광 궤환용 부분 반사 거울(500)에서 반사하는 빛은 다시 파장 선택성 필터(300)를 거친 후 시준화 렌즈(200)를 거쳐 레이저 다이오드 칩(100)으로 궤환된다. 그러므로 레이저 다이오드 칩(100)과 시준화 렌즈(200), 파장 선택성 필터(300), 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 포함하는 외부 확장 공진기형 레이저가 완성된다.

상기 파장 선택성 필터(300)의 투과 대역폭이 너무 좁으면 파장 선택성 필터(300)를 투과하는 빛의 삽입 손실이 커지게 되며, 파장 선택성 필터(300)의 투과 대역폭이 너무 넓으면 효과적으로 하나의 Fabry-Perot 모드를 선택하기가 어렵다. 그러므로 파장 선택성 필터(300)의 투과 대역폭은 빛의 삽입 손실 및 효과적인 Fabry-Perot 모드 선택을 위하여 적절히 설정되는 것이 바람직한데, 본 발명의 실시예에서 상기 파장 선택성 필터(300)의 투과 대역폭은 0.25nm 내지 2nm 정도로 설정된다.

상기 광 궤환용 부분 반사 거울(500)의 경우에도 반사율이 너무 낮으면 파장 잠금을 위하여 레이저 다이오드 칩(100)으로 궤환되는 빛이 양이 너무 작아 레이저의 파장 잠금이 잘 일어나지 않게 되고, 상기 광 궤환용 부분 반사(500) 거울의 반사율이 너무 높으면 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 투과하여 광 전송에 사용될 신호가 너무 약해지는 문제가 발생하게 된다. 그러므로 광 궤환용 부분 반사 거울(500)의 반사율 또한 적절하게 설정되는 것이 바람직한데, 본 발명의 실시예에서 상기 광 궤환용 부분 반사 거울(500)의 반사율은 약 20％ 내지 80％ 정도로 설정된다.

도 3은 이러한 확장 공진기형 레이저에서 발진 파장 결정을 나타내는 개념도로서, 도 3의 (a)는 파장 선택성 필터의 투과도 곡선 일례이고, 도 3의 (b)는 확장 공진기에서 결정되는 Fabry-Perot 모드의 일례이며, 도 3의 (c)는 확장 공진기와 파장 선택성 필터에 의해 발진하는 레이저 빛의 파장 특성 일례를 나타낸 것이다. 상기 확장 공진기형 레이저에서 결정되는 파장은, 도 3(a)에서와 같이 고려되는 파장 대역에서 하나의 투과 파장 대역을 가지는 파장 선택성 필터의 투과 대역과, 도 3(b)에서와 같이 확장 공진기 길이에 의해 결정되는 주기적이며 불연속적인 Fabry-Perot 모드의 두 가지 요소에 의해 결정되어, 도 3의 (c)와 같이 결정된 특정 파장이 발진하게 된다.

상기 도 3의 (b)는 도 2의 공진기 구조에서 발진하는 레이저의 가능한 발진 파장 대역을 의미하는 것으로, 도 2의 공진기 구조에서 발진하는 파장은 도 3(b)에 보이는 허용 파장 대역중 한 개 또는 몇 개가 선정되어 발진하게 된다. 도 2의 공진기 구조에서는 도 3(b)의 확장 공진기에 의한 레이저 발진 가능한 불연속적인 Fabry-Perot 허용 모드중에서, 도 3(a)의 파장 선택성 필터의 투과 대역 내에 있는 모드만이 확장 공진기를 공진하여 레이저 발진에 이르게 되어, 도 3(c)와 같이 특정한 파장을 가지는 레이저 빛이 발생하게 되는 것이다.

일반적으로 SFP 트랜시버에 장착되는 TO형 패키지는 도 1에서 캡(cqp)의 내경에 모든 부품이 장착되어야 하며, TO형 패키지를 탈출하는 빛은 TO형 패키지의 중심 부위에서 방출되어야 한다. 따라서, 도 2에서 수평으로 이동하는 레이저 빛을 상부에 위치한 TO 패키지 캡 외부로 방출하기 위해서는 수평 방향의 레이저 빛을 수직 방향의 레이저 빛으로 바꾸어주는 45도 반사 거울이 필요한데, 이러한 45도 반사 거울은 TO형 패키지의 캡 수직 하부에 위치하여야 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폴더형의 공진기 구조를 갖는 레이저 장치의 설치 개념도로서, 광 궤환용 부분 반사 거울(500)의 일측에 레이저 빛의 방향을 수직으로 전환하는 45도 반사 거울이 배치되는 구조를 나타낸다.

일반적으로 SFP 트랜시버에 장착되는 TO형 패키지의 캡(cap) 내경은 최대 4.4mm 정도이고, 빛이 TO형 패키지의 캡(cap) 중심에서 탈출하기 위해서는 레이저 다이오드 칩(100)과 45도 반사 거울(400)의 중심까지의 길이가 물리적으로 2.2mm 이내여야 한다.

현재 사용되는 외부 공진기형 레이저의 레이저 다이오드 칩(100)은 최소 400um 정도이며, 레이저 다이오드 칩(100)의 열 발산을 고려할 때 레이저 다이오드 칩(100)의 서브마운트(110)의 길이는 700um 정도이다. 현재 적절한 크기의 빔 사이즈를 제공하는 시준화 렌즈(200)의 두께는 400um 정도이며, 파장 선택성 필터(300)의 두께는 파장 선택성 필터(300)에 증착되는 유전체 박막에 의한 스트레스를 고려할 때 최소 500um 정도 된다. 광 궤환용 부분 반사 거울(500)은 두께가 통상적으로 300um에서 500um 정도이며, 45도 반사 거울(400)의 크기는 1000um 정도가 된다. 각 부품들의 정렬을 위해서는 각 부품 사이에 최소 150um 정도의 여유 공간이 필요하다. 그러므로 도 4에서와 같이 이러한 부품들을 TO형 패키지 스템(910) 상부에 모두 일렬로 배치할 경우 레이저 다이오드 칩(100)에서 45도 반사 거울(400)의 중심점까지의 길이는 각 부품 사이의 필요 공간을 고려할 때 약 2.7mm 정도로 길어지게 되어 TO형 패키지의 중앙 부위에서 빛이 탈출하지 못하는 일이 발생하게 된다.

또한, 레이저 다이오드 칩(100)의 굴절률을 3.5 정도로 고려하고, 유리 재질의 시준화 렌즈(200), 파장 선택성 필터(300), 광 궤환용 부분 반사 거울(500)의 굴절률을 1.5로 고려할 때, 레이저 다이오드 칩(100)과 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 포함한 확장 공진기의 유효 광학적 공진기 길이(굴절률 1로 환산)는 4mm 정도가 된다. 광학적 공진기 길이가 4mm일 때 도 3 (b)의 공진기 Fabry-Perot 모드 사이 간격이 300pm 정도가 된다. 레이저가 동작이 불안하여 인접 Fabry-Perot 모드로 발진 파장이 뛰어 넘는 경우가 발생하는데 이를 모드 호핑(mode hopping)이라 한다. DWDM에서는 이러한 모드 호핑을 포함하여 파장이 국제 기구에서 미리 정하여진 파장으로부터 +/-100pm 이내에 있을 것을 권고하고 있다. 그러므로 모드 호핑시에도 파장이 정해진 파장에서 100pm 범위내에 있기 위해서는 확장 공진기의 광학적 유효 공진기 길이가 6mm 정도로 길어지는 것이 바람직하다. 그러나 도 4의 구조에서 확장 공진기의 유효 공진기 길이를 증가시키는 것은 필연적으로 공진기의 수평 방향 길이를 증가시키므로 레이저 빛이 TO 패키지로부터 탈출하는 지점이 점점 더 TO 패키지 중심부에서 멀어지게 되는 문제점이 발생하게 된다.

도 5는 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 본 발명의 일 실시예에 따른 TO형 패키지에 장착 가능한 외부 공진기 구조를 갖는 레이저 장치의 설치 개념도를 나타낸 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 광학적 공진기 길이를 증가시키는 방법으로 파장 선택성 필터(300)와 45도 반사 거울(400)을 순차적으로 패키지의 바닥에 배치하고, 상기 45도 반사 거울(400)의 상부에는 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 배치하였다. 즉, 광 궤환용 부분 반사 거울(500)이 45도 반사 거울(400)의 상부에 배치되는 구조로서, 이러한 구조에서 45도 반사 거울(400)과 광 궤환용 부분 반사 거울(500) 사이의 거리는 공진기의 수평 방향 길이에 영향을 미치지 않으므로 공진기의 수평 방향 길이와 공진기의 광학적 길이는 독립적으로 최적화될 수 있게 된다.

이와 같이 배치하는 경우, 전술한 바와 같은 각 부품의 크기와 각 부품 사이의 간격을 고려할 때 공진기의 수평 방향 길이는 2.2mm 정도가 되며, 공진기의 유효 광학적 길이는 6mm 정도가 된다. 일반적으로 SFP 트랜시버에 장착 가능한 TO형 패키지에 있어서 패키지 스템(910)에 수직 방향으로의 길이 제한은 없다. 그러므로 45도 반사 거울(400)과 45도 반사 거울(400) 상부에 배치된 광 궤환용 부분 반사 거울(500) 사이의 거리는 제한받지 않고 임의로 설정 가능하므로, 도 5의 구조에서는 공진기의 수평 방향 길이와 공진기의 유효 광학적 길이가 독립적으로 최적화될 수 있는 장점이 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 설치 개념도를 나타낸 것으로서, 도 6에서는 도 5에서와 같이 45도 반사 거울(400)로 입사하는 레이저 빛 방향으로의 면을 사용하여 빛을 반사시키지 않고, 45도 반사 거울(400)을 투과하는 빛을 45도 반사 거울(400)의 후면에서 반사하는 구조로 이루어진다. 이러한 경우 공진기의 수평 방향 길이 증가는 최소화하면서 효율적으로 광학적인 공진기 길이를 증가시킬 수 있는 방법이 된다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 설치 개념도를 나타낸 것으로서, 45도 반사 거울(400) 상부에 파장 선택성 필터(300)와 광 궤환용 부분 반사 거울(500)이 배치되는 구조를 나타내고 있다. 이러한 배치에서는 공진기의 수평 방향 길이는 1.5mm 이며 공진기의 광학적 길이는 6mm가 가능해진다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광 감시용 포토 다이오드가 배치된 레이저 장치의 설치 개념도를 나타낸 것이다.

도 8에서는 45도 반사 거울(400)을 부분 반사 거울로 제작하고 이 45도 반사 거울(400)의 후단에 포토 다이오드용 서브마운트(610)에 부착된 광 감시용 포토 다이오드(600)를 배치하여, 45도 반사 거울(400)에 입사하는 빛의 일부를 45도 반사 거울(400)을 투과시켜 광 감시용 포토 다이오드(600)로 입사하도록 함으로써 레이저 빛의 세기를 감시할 수 있도록 하고 있다.

이러한 배치에서는 광 세기 감시용 포토 다이오드(600)가 TO 패키지의 중심점을 기준으로 레이저 공진기 반대 편에 배치되므로 TO형 패키지의 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 된다. 현재 통신용으로 사용되는 대부분의 레이저 장치는 출력 광 세기를 측정할 수 있는 장치를 필수적으로 가지고 있는데, 초소형의 TO형 패키지의 내부에 TO형 패키지의 중심축 부근에 광의 진행 방향을 전환하기 위한 45도 반사 거울(400)을 배치하고 45도 반사 거울(400)을 중심으로 한쪽 방향에 반도체 레이저 다이오드 칩(100)과 시준화 렌즈(200) 및 파장 선택성 필터(300)를 배치하고, 45도 반사 거울(400)을 기준으로 레이저 다이오드 칩(100)의 반대쪽에 광 감시용 포토 다이오드(600)를 배치하며, 45도 반사 거울(400)의 상부에 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 배치하는 방법은 초소형의 TO형 패키지의 내부 공간을 최대한 잘 활용할 수 있는 방법이 된다.

상기 도 8에서와 같이 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산되어 45도 반사 거울(400)로 입사하는 빛의 일부를 투과시켜 측면의 광 감시용 포토 다이오드(600)로 진입시켜 광 세기 감시할 수도 있지만, 45도 반사 거울(400)의 하부에 광 감시용 포토 다이오드(600)를 설치하여 광 세기를 감시하도록 할 수도 있다. 즉, 45도 반사 거울(400)이 부분 반사 거울의 기능을 가질 때, 45도 반사 거울(400)에 의해 반사되어 상부의 광 궤환용 부분 반사 거울(500)로 입사하는 빛 중, 광 궤환용 부분 반사 거울(500)에 의해 반사되어 레이저 다이오드 칩(100)으로 돌아가는 경로의 빛이 45도 반사 거울(400)에 도달할 때에도 45도 반사 거울(400)을 통과하는 빛의 투과가 일어나게 된다. 이렇게 광 궤환용 부분 반사 거울(500)로부터 45도 반사 거울(400)로 진행하여 45도 반사 거울(400)을 투과하는 빛은 45도 반사 거울(400) 하부면으로 도달하게 되므로, 도 8에서의 광 감시용 포토 다이오드(600)를 45도 반사 거울(400) 하부에 배치하여도 동일하게 광 세기 감시 기능을 수행할 수 있게 된다. 이러한 광 감시용 포토 다이오드(600)의 45도 반사 거울(400) 하부 배치는 확장 공진기의 수평 축 길이를 증가시키지 않으므로 역시 TO 형 패키지의 내부 면적을 최대한 활용할 수 있는 하나의 방법이 된다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 장치의 설치 개념도로서, 45도 반사 거울(400)과 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 프리즘(700)의 형태로 일체화시킨 경우를 나타낸 것이다.

도 9에 도시된 45도 프리즘(700)에서 레이저 다이오드 칩(100) 방향의 프리즘 전면(710)은 1％ 이하의 무반사 코팅 처리되며, 프리즘 상부면(730)은 미리 정하여진 비율로 빛을 투과시키거나 반사시키는 반사막이 코팅된다. 상기 45도 프리즘(700)의 프리즘 전면(710)을 통과한 수평 방향의 레이저 빛은 45도 프리즘(700)의 프리즘 경사면(720)에서 전반사가 일어나 수직 방향으로 방향이 절환된다. 수직 방향으로 절환된 빛은 프리즘(700)의 상부면(730)에서 일부 반사/일부 투과를 하는데, 이 프리즘(700)의 상부면(730)을 투과한 빛은 TO 패키지 외부로 추출되어 신호의 전송에 사용되게 된다. 상기 프리즘(700)의 상부면(730)에서 반사된 나머지 빛은 빛의 진행 방향이 수직 하방으로 바뀌어 프리즘(700)의 경사면(720)에서 전반사되어 수평 방향으로 절환된 후 프리즘(700)의 전면(710)을 통과하여 레이저 다이오드 칩(100) 방향으로 진행하게 된다. 이러한 프리즘(700)의 구성은 프리즘 전면(710) 및 경사면(720)이 45도 반사 거울의 기능을 수행하고, 상부면(730)이 광 궤환용 부분 반사 거울 기능을 수행하는 것으로서, 이러한 구성에서는 45도 반사 거울과 부분 반사 거울이 하나로 일체화되므로 레이저 장치의 조립이 간편해지는 장점이 있다.

상기 도 9에서는 프리즘(700)의 전면(710)이 무반사 코팅되고 경사면(720)이 전반사 코팅되며 상부면(730)이 부분 반사 코팅되는 것으로 설명하였지만, 이러한 프리즘(700)의 코팅 특성을 변화시켜도 본 발명에서 요구하는 초소형의 외부 공진기형 레이저를 제작할 수 있다.

도 10은 상기 도 9의 프리즘 코팅 특성이 변경된 일례를 나타낸 것으로, 프리즘(700)의 전면(710)은 미리 정해진 비율로 빛을 투과하거나 반사하도록 부분 반사 코팅되고, 프리즘 경사면(720)은 전반사 코팅되며, 프리즘 상부면(730)이 무반사 코팅된다. 따라서, 파장 선택성 필터(300)를 투과하여 프리즘(700)으로 진행하는 빛은 프리즘 전면(710)에서 부분 반사되어 일부 빛은 파장 선택성 필터(300)로 궤환되고 나머지 빛은 프리즘(700)을 투과한 후 경사면(720)에서 전반사되어 상부면(730)을 통하여 외부로 진행하게 된다. 이러한 프리즘(700)의 구성은 프리즘 전면(710)이 레이저 다이오드 칩(100)으로 광 궤환을 목적으로 하는 광 궤환용 부분 반사 거울 기능을 수행하고, 경사면(720) 및 상부면(730)이 45도 반사 거울의 역할을 수행하게 되는 것이다.

한편, 상기 도 9와 도 10의 프리즘(700)을 이용하여 45도 반사 거울을 제작할 경우 프리즘의 경사면(720)에 도달하는 빛은 전반사되기 때문에 경사면을 투과하지 못하게 된다. 하지만, 이러한 프리즘(700)의 경사면(720)을 부분 반사/부분 투과의 특성을 갖도록 형성하면 프리즘(700)의 측부로 일부 빛이 투과하므로 이러한 프리즘(700)을 투과하는 빛을 이용하여 레이저 빛의 세기를 감시할 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따라 프리즘의 일측에 포토 다이오드가 배치된 레이저 장치의 설치 개념도이다. 본 발명의 실시예에서는 두 개의 프리즘(700)(701)을 맞붙여 직육면체 형상의 프리즘을 제작하되 두 개의 프리즘(700)(701)이 맞붙는 경사면(720)을 부분 반사/부분 투과의 특성을 갖도록 하고, 두 개가 결합된 프리즘(700)(701)의 측면에 광 감시용 포토 다이오드(600)를 배치하였다.

광 감시를 위하여 두 개의 프리즘(710)(701) 중 레이저 다이오드 칩(100)을 향한 전면에 위치되는 프리즘(700)은 전면(710)이 부분 반사 또는 무반사 코팅될 수 있고, 이에 대응하여 상부면(730)이 무반사 또는 부분 반사 코팅되며, 경사면(720)은 부분 반사 코팅된다. 한편, 후면에 위치하는 프리즘(701)은 경사면 및 후면이 무반사 코팅되는데, 이러한 프리즘(700)(701) 사이의 접합 경사면(720)은 광 감시용 레이저 빛의 투과를 위해 80％에서 98％의 반사율을 가지며, 프리즘(700)의 전면(710) 또는 상부면(730)에 형성되는 부분 반사율은 약 30％ 내지 80％인 것이 바람직하다. 이러한 구성에서는 전면에 위치한 프리즘(700)으로 입사하는 빛은 일부가 프리즘(700)의 경사면(720)을 투과하여 후면으로 탈출하게 되며, 이러한 프리즘(700)(701)을 투과하는 빛을 이용하여 포토 다이오드(600)에서 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산하는 레이저 빛의 세기를 감시할 수 있게 된다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따라 레이저 공진기 내에 온도에 따른 위상 변화를 상쇄하기 위한 위상 보상자가 포함된 경우의 레이저 장치의 설치 개념도를 나타낸 것이다.

일반적으로 레이저 공진기는 온도의 변화에 따라 반도체 레이저 다이오드 칩(100)의 굴절률 변화가 발생하게 되며, 이에 따라 레이저 공진기의 유효 광학적 길이가 바뀌게 된다. 레이저 공진기의 유효 광학적 길이 변화는 공진기의 Fabry-Perot 모드 파장을 변화시킴으로써, 일정한 온도로 유지되는 파장 선택성 필터(300)라 하더라도 공진기에서 발진하는 레이저 빛의 파장은 공진기의 온도에 따라 변화하게 된다. 통상적으로 반도체 레이저 다이오드 칩(100)은 온도의 증가에 따라 굴절률이 +로 증가하게 되어 공진기의 Fabry-Perot 모드를 적색 편이 시키게 된다. 반도체 레이저 다이오드 칩과 달리 온도의 증가에 따라 굴절률이 감소하는 물질이 있는데 이러한 물질의 대표적인 예로써 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리비닐 등의 고분자 재료 물질이 있다. 본 발명에서는 반도체 레이저 다이오드 칩과 반대 방향의 온도 굴절률 변화를 보이는 물질의 판으로 구성되어, 공진기의 온도에 따른 공진 Fabry-Perot 모드 파장 변화를 상쇄하는 부품을 위상 보상자(800)로 명칭하기로 한다. 적절한 두께의 고분자 물질로 이루어진 위상 보상자(800)를 레이저 공진기의 광 경로 상에 배치하면 레이저 다이오드 칩(100)의 온도 변화에 따른 공진기 Fabry-Perot 모드 변화를 효과적으로 상쇄할 수 있게 되는데, 이러한 위상 보상자(800)는 평판형으로 제작되는 것이 바람직하며, 위상 보상자(800)의 빛이 투과하는 면은 무반사 코팅되는 것이 바람직하다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 TO형 패키지에 레이저 장치가 설치되는 일례를 나타낸 것이다.

도 13에 도시된 바와 같이, TO형 패키지의 스템(910) 바닥면에 배치된 열전소자(900) 위에 도 4 내지 도 12에서 상술한 레이저 공진기의 각 부품을 고정하여 배치시킴으로써, 공진기의 온도를 일정하게 유지하여 공진기의 Fabry-Perot 모드 파장이 변화하지 않도록 하게 된다.

이때, 45도 반사 거울(400)의 상부에 배치되는 부품들은 적절한 지지대로 지지되어야 함은 자명하다. 또한, 상기 파장 선택성 필터(300)는 일정한 온도로 유지되는 것이 바람직한데, 이러한 방법으로 파장 선택성 필터(300)에 히터(Heater)와 같이 열을 가할 수 있는 가열의 기능을 부가하는 물체와 접촉시킴으로써 파장 선택성 필터(300)의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

TO형 패키지의 외부 환경 온도가 다양하게 변화하게 되면 TO형 패키지의 외주면과 TO형 패키지의 내부 부품들 사이에 열 교환이 일어나게 된다. TO형 패키지의 각각의 내부 부품과 TO형 패키지의 외주면 사이의 거리는 다양하게 변화할 수 있으므로 TO형 패키지의 외부 환경 온도 변화는 TO형 패키지의 내부 부품의 온도를 불균일하게 변화시킬 수 있다. 이러한 공진기 구성 물질의 독립적인 온도 변화는 공진기의 유효 광학적 길이에 불균일한 변화를 가져오게 되므로 공진기 구성 부품과 TO형 패키지의 외주면 사이에 열 교환이 최소화되는 것이 바람직하다. 따라서 TO형 패키지의 내부를 진공으로 유지하는 것이 바람직하며, 진공도는 0.2기압 이하인 것이 바람직하다.

한편, 상기 TO형 패키지의 열전소자(900) 상부에 배치되는 레이저 공진기의 각 부품 중 시준화 렌즈(200)는 매우 정밀하게 위치가 정렬되어 고정되어야 하는데, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 시준화 렌즈의 설치 개념도를 나타낸 것이다.

도 14에서 레이저 다이오드 칩(100)으로부터 방출되는 빛의 광축 방향을 y축이라 하면, 시준화 렌즈(200)의 y축 상으로의 위치 정밀도 10um 정도에 이르나 x-z 평면 상에서의 위치 정밀도는 1um 정도의 매우 정밀하게 정렬되어 고정되어야 한다. 그러므로 일정한 규격을 가지는 시준화 렌즈(200)는 바닥면에 부착되어 고정 될 경우에 z축 방향으로의 정밀한 정렬이 매우 어렵다. 그러므로 시준화 렌즈(200)는 바닥면에서 이격시켜 레이저 다이오드 칩(100)의 서브마운트(110)의 옆면을 이용하여 부착하는 것이 x-z 평면상에서 시준화 렌즈(200)의 정밀 정렬을 용이하게 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 시준화 렌즈(200)를 레이저 다이오드 칩(100)의 서브마운트(110)의 옆면에 부착하게 되는데, 시준화 렌즈(200)와 레이저 다이오드 칩 서브마운트(110)는 에폭시 등의 접착제로 고정되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지 장치는 레이저 다이오드 칩(100)의 수평 방향에 설치되는 45도 반사 거울(500)의 상부에 광 궤환용 부분 반사 거울(500)을 배치함으로써 레이저 공진기의 수평 방향 길이는 최소화하면서 광학적인 공진기 길이를 증가시켜 TO 형 패키지의 내부 면적을 최대한 활용할 수 있게 된다.

이러한 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구 범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

100 : 레이저 다이오드 칩 110 : 레이저 다이오드 칩용 서브마운트
200 : 시준화 렌즈 300 : 파장 선택성 필터
400 : 45도 반사 거울 500 : 광 궤환용 부분 반사 거울
600 : 포토 다이오드 610: 포토 다이오드용 서브마운트
700 : 프리즘 710 : 프리즘 전면
720 : 프리즘 경사면 730 : 프리즘 상부면
800 : 위상 보상자 900 : 열전소자
910 : 패키지 스템 960 : 에폭시

Claims (18)

1. 외부 환경과 무관하게 일정한 발진 파장을 갖는 레이저 장치에 있어서,
   레이저 빛을 발산하는 레이저 다이오드 칩(100)과;
   상기 레이저 다이오드 칩(100)에서 발산된 빛을 일부 반사하여 다시 레이저 다이오드 칩(100)으로 궤환시키는 광 궤환용 부분 반사 거울(500)과;
   상기 레이저 다이오드 칩(100)과 광 궤환용 부분 반사 거울(500) 사이의 광 경로 상에 설치되어, 레이저 다이오드 칩(100)으로부터 발산된 빛을 시준화시키는 시준화 렌즈(200)와, 선택된 특정 파장의 빛을 투과시키는 파장 선택성 필터(300)와, 패키지 바닥면에 대해 수평으로 진행하는 레이저 빛을 패키지 바닥면에 대해 수직으로 진행하는 레이저 빛으로 방향을 전환하는 45도 반사 거울(400);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 광 궤환용 부분 반사 거울(500)은 45도 반사 거울(400)의 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 45도 반사 거울(400)은 부분 반사/부분 투과 특성을 갖는 부분 반사 거울로 이루어지고, 상기 45도 반사 거울(400)의 일측에는 상기 45도 반사 거울(400)을 투과하는 성분의 레이저 빛을 수신하여 레이저 빛의 광 세기를 감시하는 광 감시용 포토 다이오드(600)가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 다이오드 칩(100)과 광 궤환용 부분 반사 거울(500) 사이에 형성되는 레이저 공진기의 광 경로 상에 레이저 공진기의 온도 변화에 따라 발생하는 위상 변화를 상쇄하여 보상하는 위상 보상자(800)가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 파장 선택성 필터(300)는 히터(heater)에 의해 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 다이오드 칩(100)과 시준화 렌즈(200), 파장 선택성 필터(300), 45도 반사 거울(400) 및 상기 광 궤환용 부분 반사 거울(500)은 열전소자(900) 상부에 고정되어 부착되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 레이저 다이오드 칩(100)과 시준화 렌즈(200), 파장 선택성 필터(300), 45도 반사 거울(400) 및 광 궤환용 부분 반사 거울(500)은 TO(transistor outline)형 패키지 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 45도 반사 거울(400)의 반사율은 80％ 내지 98％로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 광 궤환용 부분 반사 거울(500)의 반사율은 30％ 내지 80％로 형성되는 것을 특징으로 레이저 장치.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 파장 선택성 필터(300)는 레이저 빛이 투과하는 어느 한 면이 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성되고, 상기 파장 선택성 필터(300)의 투과 파장 대역의 반가폭은 0.25nm 내지 2nm로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 다이오드 칩(100), 시준화 렌즈(200), 파장선택성 필터(300), 45도 반사 거울(400) 및 광 궤환용 부분 반사 거울(500)이 배치되는 패키지 하우징은 내부가 0.2 기압 이하의 진공상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 시준화 렌즈(200)는 패키지 바닥으로부터 이격되어, 상기 레이저 다이오드 칩(100)을 고정하는 레이저 다이오드 칩용 서브마운트(110)의 측면에 고정되어 부착되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
13. 제 1항에 있어서,
    상기 광 궤환용 부분반사 거울(500)과 45도 반사 거울(400)은 일체화된 프리즘(700) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
14. 제 13항에 있어서,
    상기 프리즘(700)의 레이저 다이오드 칩(100)을 향한 전면(710)은 무반사 코팅되고, 상부면(730)은 광 궤환을 위하여 반사율이 30％ 내지 80％로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
15. 제 13항에 있어서,
    상기 프리즘(700)의 레이저 다이오드 칩(100)을 향한 전면(710)은 광 궤환을 위하여 반사율이 30％ 내지 80％로 형성되고, 상부면(730)은 무반사 코팅되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
16. 제 13항에 있어서,
    상기 광 궤환용 부분반사 거울(500)과 45도 반사 거울(400)이 일체화된 프리즘(700)의 경사면(720)에 다른 프리즘(701)의 경사면이 맞붙어 일체로 제작되되,
    상기 레이저 다이오드 칩(100)을 향한 프리즘(700)의 전면(710)은 30％ 내지 80％의 반사율이 형성되고, 프리즘 접합 경사면(720)은 80％ 내지 98％의 반사율이 형성되며, 상기 프리즘의 상부면(730)은 무반사 코팅되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
17. 제 13항에 있어서,
    상기 광 궤환용 부분반사 거울(500)과 45도 반사 거울(400)이 일체화된 프리즘(700)의 경사면(720)에 다른 프리즘(701)의 경사면이 맞붙어 일체로 제작되되,
    상기 레이저 다이오드 칩(100)을 향한 프리즘(700)의 전면(710)은 무반사 코팅되고, 프리즘 접합 경사면(720)은 80％ 내지 98％의 반사율이 형성되며, 상기 프리즘의 상부면(730)은 30％ 내지 80％의 반사율이 형성되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서,
    상기 두 개의 프리즘(700)(701)을 관통하는 레이저 빛의 경로 상에 레이저 다이오드 칩(100)의 동작 상태를 감시하기 위한 포토 다이오드(600)가 더 배치되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.

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