KR20140089925A - 공진기, 파장 가변 필터 및 파장 가변 레이저 다이오드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장 가변 다이오드에 관한 것이다. 본 발명의 파장 가변 다이오드는 서로 다른 공진 길이의 슬랩 도파로들이 하나의 평면광파회로(PLC) 상에 구현된 공진기와 복수개의 원통 렌즈들을 이용하여 빔의 고속 가변과 연속 가변을 동시에 구현한다.
Description
본 발명은 광 통신 시스템에 관한 것으로, 파장 가변 특성이 우수하고, 고속 동작을 지원하는 슬랩 도파로, 파장 가변 필터, 및 레이저 다이오드에 관한 것이다.
파장 가변 광필터는 다양한 구동 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 파장 가변 광필터에서 가변 속도와 가변 파장 범위는 상호 간에 상반되는 관계를 갖는다. 현재 상용화된 파장 가변 광필터들은 충분히 넓은 가변 파장 범위를 가지고 있으나, 속도에서는 저속에 해당하는 일예로 밀리초(msec)급 스위칭 속도를 제공한다. 이와 반대로, 마이크로초(usec) 내지 나노초(nsec)급의 스위칭 속도를 갖는 파장 가변 광 필터들은 좁은 가변 파장 범위를 갖는다.
대표적인 파장 가변 필터의 하나로 파브리-페로(Fabry-Perot, 이하 'FP'라 칭하기로 함) 필터는 두 개의 거울로 이루어진 선형 공진기의 형태를 갖는다. FP 필터에서 입사된 빛이 두 개의 거울에서 연속해서 반사되거나, 일부가 투과되면서 이루어지는 빛들과의 간섭 현상이 발생한다. 이러한 간섭 현상으로 인해 FP 필터는 일정 간격의 파장에서 공명이 일어나 파장에 따라 주기적인 투과 특성을 갖는다. FP 필터는 파장 가변을 위해서 두 개의 거울들 간의 간격을 조절하거나 물질의 굴절률을 변화시켜 조절한다.
FP 필터에서 공진하는 두 개의 거울들을 압전 변환기(PZT: Piezoelectric transducer)에 부착하고, 전압을 걸어 압전 변환기의 팽창에 의해 두 개의 거울들 사이의 간격이 변하게 되어 파장 가변을 구현할 수 있다. 이와 같이, FP 필터에서 역학적인 변형을 통해 파장 가변을 구현하기 때문에 동작 속도가 밀리초(msec)급까지만 지원하는 가변 속도의 한계를 갖는다.
액정 FP 필터는 공진기 내부에 위치한 액정의 굴절률을 변화시킬 수 있는 필터이다. 액정 FP 필터는 액정에 일정한 세기 이상의 전기장이 걸리면 액정 분자들이 재배열되는 프레데릭츠(Freedericksz) 전이 현상을 보인다. 이로 인해, 액정 FP 필터에서 액정의 굴절률이 변화하게 된다. 액정 FP 필터는 동작 속도가 수십에서 수백 초(sec)에 머물고 있는 편광에 따른 가변 속도의 한계가 있었다.
마이크로 머신(micro machined) FP 필터는 전기력 또는 열에 의해 미세한 변형이 일어나는 반도체를 이용하여 FP 필터의 거울 간격을 조절하는 필터이다. 마이크로 머신드 필터는 반도체 소자를 이용함에 따라 집적성과 안정성을 향상시킬 수 있으나, 밀리초(msec) 또는 마이크로초(usec)를 지원하기 위한 가변 속도의 한계를 갖는다.
편광 모드 변환 필터와 공간 모드 변환 필터는 광도파로에서 섭동(perturbation)에 의해 모드 간 에너지 교환을 통한 모드 커플링을 이용한 필터이다. 이와 같은 필터들도 가변 속도가 수백 마이크로초(usec)에 머물거나 가변 파장 범위가 매우 좁다.
마하 젠더(Mach-Zender) 간섭계를 이용한 필터는 두 개의 결합기 사이에 빛이 지나가는 광도파로에 위상 변조기가 위치한 구조를 갖는다. 마하 젠더 간섭계를 이용한 필터는 위상 변조 장치로 리튬나이오베이트(LiNbO3)를 이용하여 수십 나노초(nsec)의 고속 동작이 가능하지만 구조가 복잡하고 제작이 용이하지 못하다.
회절 격자를 이용한 필터는 광섬유 회절 격자를 인장하거나 열을 가하여 격자의 주기를 변화시킨 필터이다. 역학적인 변형을 위해서 압전 변환기를 사용하게 되므로 밀리초(msec)급까지만 지원하는 가변 속도의 한계를 갖는다.
반도체 다이오드와 유사한 반도체 도파로 형태의 분배 피드백(DFB: Distributed feedback)/분배 브래그 리플렉터(DBR: Distributed Bragg Reflector),및 격자 보조 동방향 결합기(GACC: Grating Assisted Codirectional Coupler) 필터는 전류를 주입하여 제어한다. 이와 같은 필터는 수십 나노 미터까지도 파장 가변이 가능하지만, 좁은 가변성 및 가변의 불연속성, 불안정성으로 인해 활용에 제한이 있다.
상술한 바와 같이 기존의 파장 가변 필터들을 살펴보면, 파장 가변 범위가 넓고, usec 이하의 가변 속도를 모두 만족하는 구조를 제안하고 있지 못하다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 파장 가변 범위가 넓고, 고속의 가변 속도를 모두 지원하는 공진기, 파장 가변 필터 및 파장 가변 레이저 다이오드를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 공진기는 제 1 슬랩 도파로, 상기 제 1 슬랩 도파로와 이격된 제 2 슬랩 도파로, 및 상기 제 1 슬랩 도파로와 제 2 슬랩 도파로가 연결된 기판을 포함하고, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 상호 간에 서로 다른 공진 길이를 갖고, 전기적 및 광학적으로 독립된다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔을 각각 분기하여 출력한다.
이 실시예에 있어서, 상기 공진기는 전류 주입을 위한 피/엔 접합 구조를 갖는다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔의 입사면을 기준으로 상기 기판에서 미리 설정된 각도의 기울기를 갖도록 위치한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 3족과 5족의 화합물로 구성된다.
본 발명에 따른 파장 가변 필터는 빔을 입력받고, 상기 빔의 입사면에 평행한 중심축을 갖는 제 1 원통 렌즈, 상기 제 1 원통 렌즈의 중심축과 직교하는 중심축을 갖고, 상기 제 1 원통 렌즈로부터 출력된 빔을 입력받는 제 2 원통 렌즈, 상기 제 2 원통 렌즈로부터 출력되는 빔을 공진시켜 출력하는 공진기, 상기 공진기에서 출력되는 빔을 입력받고, 상기 제 2 원통 렌즈의 중심축과 평행한 중심축을 갖는 제 3 원통 렌즈, 및 상기 제 3 원통 렌즈의 중심축과 직교하는 중심축을 갖고, 상기 제 3 원통 렌즈로부터 출력되는 빔을 입력받는 제 4 원통 렌즈를 포함힌다.
이 실시예에 있어서, 제 1 광선로가 연결되고, 상기 제 1 광선로로부터의 빔을 상기 제 1 원통 렌즈로 입력하는 광선로 입력단, 및 제 2 광선로가 연결되고, 상기 제 4 원통 렌즈로부터의 빔을 상기 제 2 광선로로 출력하는 광선로 출력단을 더 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 공진기는 제 1 슬랩 도파로, 상기 제 1 슬랩 도파로와 이격된 제 2 슬랩 도파로, 및 상기 제 1 슬랩 도파로와 제 2 슬랩 도파로가 연결된 기판을 포함하고, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 상호 간에 서로 다른 공진 길이를 갖고, 전기적 및 광학적으로 독립된다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔을 각각 분기하여 출력한다.
이 실시예에 있어서, 상기 공진기는 전류 주입을 위한 피/엔 접합 구조를 갖는다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔의 입사면을 기준으로 상기 기판에서 미리 설정된 각도의 기울기를 갖도록 위치한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 3족과 5족의 화합물로 구성된다.
본 발명에 따른 파장 가변 레이저 다이오드는 빔이 입출력되는 슈퍼발광다이오드, 상기 슈퍼 발광 다이오드로부터 출력되는 빔의 입사면에 평행한 중심축을 갖고, 상기 슈퍼발광 다이오드로부터 빔을 입력받는 제 1 원통 렌즈, 상기 제 1 원통 렌즈의 중심축과 직교하는 중심축을 갖고, 상기 제 1 원통 렌즈로부터 출력된 빔을 입력받는 제 2 원통 렌즈, 상기 제 2 원통 렌즈의 중심축과 평행하는 중심축을 갖고, 원통 렌즈의 일부에 고반사 박막으로 코팅되어 입력된 빔을 반사시키는 제 3 원통 렌즈, 및 상기 제 2 원통 렌즈와 상기 제 3 원통 렌즈 사이에 위치하고, 상기 제 2 원통 렌즈로부터의 빔을 상기 제 3 원통 렌즈로 출력하고, 상기 제 3 원통 렌즈로부터의 빔을 상기 제 2 원통 렌즈로 출력하는 공진기를 포함하고, 상기 제 1 원통 렌즈는 상기 제 2 원통 렌즈에 의해 출력되는 빔을 상기 슈퍼발광 다이오드로 출력한다.
이 실시예에 있어서, 상기 슈퍼발광 다이오드에서 제 1 원통 렌즈에 인접한 단면은 내부 공진을 위해 무반사 박막으로 코팅되고, 입출력단면은 고반사 박막으로 코팅되어 있다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 3 원통 렌즈로 빔이 입출력되는 반대면에 상기 고반사 박막이 위치한다.
이 실시예에 있어서, 상기 공진기는 제 1 슬랩 도파로, 상기 제 1 슬랩 도파로와 이격된 제 2 슬랩 도파로, 및 상기 제 1 슬랩 도파로와 제 2 슬랩 도파로가 연결된 기판을 포함하고, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 상호 간에 서로 다른 공진 길이를 갖고, 전기적 및 광학적으로 독립된다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔을 각각 분기하여 출력한다.
이 실시예에 있어서, 상기 공진기는 전류 주입을 위한 피/엔 접합 구조를 갖는다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔의 입사면을 기준으로 상기 기판에서 미리 설정된 각도의 기울기를 갖도록 위치한다.
이 실시예에 있어서, 상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 3족과 5족의 화합물로 구성된다.
본 발명의 파장 가변 필터는 서로 다른 공진 길이의 슬랩 도파로들이 하나의 평면광파회로(PLC) 상에 구현된 공진기와 복수개의 원통 렌즈들을 이용하여 구현됨에 따라 파장 가변 범위가 넓고, 고속의 가변 속도를 모두 지원할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공진기를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 공진기의 측면을 도시한 도면,
도 3은 도 1의 공진기의 평면을 도시한 도면,
도 4는 도 1의 공진기의 제작 공정을 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공진기를 이용한 파장 가변 필터를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 파장 가변 필터의 측면을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공진기를 이용한 파장 가변 레이저 다이오드를 도시한 도면, 및
도 8은 도 7의 파장 가변 레이저 다이오드의 측면을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 공진기의 측면을 도시한 도면,
도 3은 도 1의 공진기의 평면을 도시한 도면,
도 4는 도 1의 공진기의 제작 공정을 개략적으로 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공진기를 이용한 파장 가변 필터를 도시한 도면,
도 6은 도 5의 파장 가변 필터의 측면을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공진기를 이용한 파장 가변 레이저 다이오드를 도시한 도면, 및
도 8은 도 7의 파장 가변 레이저 다이오드의 측면을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 광 통신 시스템에 관한 것으로 파장 가변 범위가 넓고, 고속의 가변 속도를 동시에 지원할 수 있는 파장 가변 필터를 제공한다. 또한, 이와 같은 파장 가변 필터 구현을 위한 공진기의 구조를 제안하고, 공진기를 활용한 파장 가변 레이저 다이오드를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공진기를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 공진기(100)는 기판(110), 제 1 슬랩 도파로(120), 제 2 슬랩 도파로(130)를 포함한다.
기판(110) 상에 제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)가 위치한다. 기판(100) 상에서 제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)는 전기적, 물리적으로 독립되기 위해 이격된다.
제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)는 상호 간에 이격되어 있다. 제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)는 입력빔의 입사면을 기준으로 미리 설정된 두께를 갖도록 설정된다.
제 1 슬랩 도파로(120)는 d1의 두께를 가질 수 있고, 제 2 슬랩 도파로(130)는 d2의 두께를 가질 수 있다. 이때, d1과 d2의 두께는 서로 다른 값을 가지고, 예를 들어, d1이 d2보다 작은값을 가질 수 있다.
제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)는 상호 간에 광학적 및 전기적으로 독립된다. 이를 위해, 제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130) 사이를 기판까지 식각한다.
제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)에 전류를 주입하면 코어층의 굴절률이 변화하고, 굴절률의 변화에 따른 투과 스팩트럼의 이동이 발생한다.
제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)의 중앙에 수평 방향으로 평행화된 입력빔(10)이 입사되도록 정렬한다. 그리하면, 입력빔(10)은 제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)에 1/2씩 분기되어 입력된다. 이를 통해, 서로 다른 자유스팩트럼영역(Free Spectral Range, 이하 'FSR'라 칭하기로 함)을 갖는 두 개의 출력빔들(20, 30)이 출력된다. 제 1 출력빔(20)은 제 1 슬랩 도파로(110)를 통해 출력되고, 제 2 출력빔(120)은 제 2 슬랩 도파로를 통해서 출력된다.
도 2는 도 1의 공진기의 측면을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 공진기(100)의 측면을 살펴보면, n형 인듐인(n-Indium Phosphide, 이하 'n-InP'라 칭하기로 함) 기판층(111), n-InP층(112), u형 인듐갈륨비소인(u-Indium Gallium Arsenide Phosphide, 이하 'u-InGaAsP'라 칭하기로 함)층(113), p형 인듐인(p-Indium-Phosphide, 이하 'p-InP'라 칭하기로 함)층(114), p형 인듐갈륨비소(p-Indium Gallium Arsenide, 이하 'p-InGaAs'라 칭하기로 함)(115), p 전극(116), n 전극(117), 고반사(Hard Reflection, 이하 'HR'라 칭하기로 함) 박막(118)으로 구성될 수 있다.
기판(110)은 n-InP 기판층과, n 전극(117)을 포함한다.
제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)는 n-InP층(112), u-InGaAsP층(113), p-InP층(114), p-InGaAs층(115), p-전극(116), 및 HR 박막(118)으로 구성될 수 있다.
이와 같이, 공진기는 3족-5족 화합물(일예로, 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨안티모니(Gallium antimonide, 이하 'GaSb'라 칭하기로 함))전류 주입이 가능한 PN접합의 더블 헤테로 접합(double heterostructure)의 형태로 구현된다.
도 3은 도 1의 공진기의 평면을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 공진기(100)의 제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)는 빛(빔)이 입력되는 입사면(50)을 기준으로 미리 설정된 
각도(일예로, 0도 < 
< 90도)만큼 이격되어 경사면(40)에 위치하게 된다.
이와 같이 슬랩 도파로들(120, 130)은 빔이 입사되는 입사면에 비스듬히 정렬된다. 이를 통해, 공진기(100)를 이용하여 구현된 파장 가변 필터 등은 공진기의 단면에서 반사된 빔이 입력단으로 되돌아 집속되지 않도록 하는 기능을 가질 수 있다.
또한, 제 1 슬랩 도파로(120)의 두께(d1)가 제 2 슬랩 도파로(130)의 두께(d2)보다 얇게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 제안된 공진기(100)는 이중 FSR 슬랩 도파로 FP 공진기라 칭할 수 있다.
한편, d1, d2 공진 길이의 FSR이 다른 두 개의 공진기들로 베니에르(Vernier) 효과를 이용한 파장 가변 필터를 구현할 때, 최대 가변 파장 범위는 하기의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, n은 도파로의 유효 굴절률을 나태내고, d는 슬랩 도파로(즉, 공진기)의 길이를 나타내고, m은 차수를 나타낸다. 이때, 파장 각변 범위를 키우기 위해서는 FSR을 넓게 확장하여야 하므로 공진 길이를 짧게 설계할 필요가 있다.
예를 들어, 유효 굴절률(n)이 3.342인 도파로에 대하여 1060nm의 중심 파장(
)에서 
를 3.9nm로 설정하고, 
를 3.77nm로 설정한다. 그리하면, 수학식 1에 따라 d1은 42.29um의 길이로 계산되고, d2는 43.75um의 도파로 길이가 도출된다. 또한, 이러한 두 개의 공진기들 간의 베니에를 효과를 이용한 최대 파장 가변 영역이 약 110nm에 이르게 된다.
이와 같은, 본 발명의 공진기(100)에서 파장에 의한 선택성을 빔의 입사면(또는, 공진기(100)의 평면의 수직방향)을 기준으로하는 입사각도(
)에 따라 수학식 1을 하기의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, n은 도파로의 유효 굴절률을 나타내고, d는 슬랩 도파로(즉, 공진기)의 길이를 나타내고, m은 차수를 나타낸다.
이러한, 공진기(100)는 짧은 공진 길이를 갖고, 전류 주입에 의해 수 나노초(nsec) 이하의 고속으로 FSR을 변화시키는 두 개의 슬랩 도파로들(120, 130)을 하나의 평면광파회로(Planer Lightwave Circuit, 이하 'PLC'라 칭하기로 함) 상에 구현할 수 있다.
본 발명에서 제안된 공진기는 사용하고자 하는 파장 대역보다 짧은 파장 대역을 갖는 밴드갭을 갖는 이중 슬랩 도파로들을 사용한다. 이와 같은, 공진기를 이용한 파장 가변 필터 또는 파장 가변 레이저 다이오드는 넓은 파장 가변 범위와 고속의 가변 속도(마이크로초(usec) 이하의 가변 속도)를 지원할 수 있다.
도 4는 도 1의 공진기의 제작 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 공진기(100)의 제작 공정은 4단계로 구분될 수 있다.
첫 번째 단계로, 사용하고자 하는 파장 대역보다는 짧은 파장대의 밴드갭을 갖는 3족-5족계 화합물(InP, GaAs, 및 GaSb)을 이용한 에피레이어 성장(EPI Growth: Epitaxial Growth)을 한다. 성장된 층을 살펴보면, 하단부터 상단으로 순차적으로 n-InP층(111), n-InP층(112), u-InGaAsP층(113), p-InP층(114), 및 p-InGaAs층(115)이 형성된다.
두 번째 단계로, 리소그래피(Lithography) 공정에 의한 파브리-페로(Fabry-Perot, 이하 'FP'라 칭하기로 함) 패터닝을 수행한다. 이를 통해, 두 개의 슬랩 도파로들의 패턴 형성을 위한 미세 가공을 통해 기판 부분까지 식각한다.
세 번째 단계로, 전극 형성(Electrode formation)을 한다. 이를 위해, 슬랩 도파로의 p-InGaAs층(115) 상단에 p형 전극(116)과 기판인 n-InP층(111) 하단에 n형 전극(117)을 형성한다.
네 번째 단계로, HR 코팅을 한다. 슬랩 도파로에 HR 코팅을 통해 HR 박막(118)이 형성된다.
이와 같은 공정을 통해서 공진기(100)를 제작할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공진기를 이용한 파장 가변 필터를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 파장 가변 필터(200)는 도 1 내지 3에서 설명된 공진기(100)를 이용하여 구현될 수 있다. 그러므로, 파장 가변 필터(200)는 공진기(100)를 포함한다. 또한, 파장 가변 필터(200)는 광섬유 입력단(210), 원통렌즈들(220, 230, 240, 250, 260), 및 광섬유 출력단(260)을 포함한다.
광섬유 입력단(210)은 일예로, 단일 모드 광섬유(Single Mode Fiber, 이하 'SMF'라 칭하기로 함)가 인입될 수 있다. 광섬유 입력단(210)을 통해 입력된 빔은 제 1 원통 렌즈로 출력된다.
제 1 원통 렌즈(220)는 광섬유 입력단(210)을 통해 출력된 빔을 제 2 원통 렌즈(230)로 출력한다. 제 1 원통 렌즈(220)의 중심축(221)은 입사되는 빔(또는 빔의 입사면)에 수직 방향으로 위치한다.
제 2 원통 렌즈(230)는 제 1 원통 렌즈(210)를 통해 출력된 빔을 공진기(100)로 출력한다. 제 2 원통 렌즈(230)의 중심축(221)은 입사되는 빔에 평행 방향으로 위치한다.
이를 통해, 제 1 원통 렌즈(220)와 제 2 원통 렌즈(230)는 입력되는 빔을 공진기(100)의 수평 방향으로 평행화하고, 빔을 수직 방향으로 공진기(100)의 슬랩 도파로들(120, 130)에 집속되도록 한다.
공진기(100)는 제 2 원통 렌즈(230)로부터 입력된 빔을 공진시켜 제 3 원통 렌즈(240)로 공진된 빔을 출력한다. 공진기(100)의 제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)를 각각을 통해 두 개의 출력빔이 생성된다. 여기서, 공진기(100)의 슬랩 도파로들(120, 130)은 빔의 입사면으로부터 미리 설정된 기울기를 가짐에 따라 반사된 빔이 광섬유 입력단(210)으로 되돌아가 집속되지 않도록 한다.
제 3 원통 렌즈(240)는 공진기(100)를 통해 출력된 빔을 제 4 원통 렌즈(250)로 출력한다. 제 3 원통 렌즈(240)의 중심축(241)은 공진기를 통해 출력되는 빔에 평행 방향으로 위치하고, 제 4 원통 렌즈(250)의 중심축(251)과 직교한다. 또한, 제 3 원통 렌즈(240)의 중심축(241)은 제 2 원통 렌즈(230)의 중심축(231)과 평행하다.
제 4 원통 렌즈(250)는 제 3 원통 렌즈(240)를 통해 출력된 빔을 광섬유 출력단(260)으로 출력한다. 또한, 제 4 원통 렌즈(250)의 중심축(251)은 제 1 원통 렌즈(220)의 중심축(221)과 평행하다.
이를 통해, 제 3 원통 렌즈(240)와 제 4 원통 렌즈(250)는 입력되는 빔을 공진기(100)의 수평 방향으로 평행화하고, 빔을 광섬유 출력단(260)에 집속되도록 한다.
광섬유 출력단(260)은 일예로, SMF가 인입될 수 있다. 광섬유 출력단(210)으로 집속된 빔은 SMF를 통해 출력된다.
도 6은 도 5의 파장 가변 필터의 측면을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 파장 가변 필터(200)는 공진기(100), 광섬유 입력단(210), 원통렌즈들(220, 230, 240, 250, 260), 및 광섬유 출력단(260)을 포함한다.
광섬유 입력단(210)과 공진기(100) 사이에 제 1 원통 렌즈(220)와 제 2 원통 렌즈(230)의 중심축들(221, 231) 간에 직교하여 위치한다. 또한, 공진기(100)와 광섬유 출력단(260) 사이에 제 3 원통 렌즈(240)와 제 4 원통 렌즈(250)의 중심축들(241, 251) 간에 직교하여 위치한다.
파장 가변 필터(200)의 측면도를 통해 제 1 원통 렌즈(220)와 제 4 원통 렌즈(250)의 중심축들(221, 251)이 평행하고, 제 2 원통 렌즈(230)와 제 3 원통 렌즈(240)의 중심축들(231, 241)이 평행한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공진기를 이용한 파장 가변 레이저 다이오드를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 파장 가변 레이저 다이오드(LD: Laser Diode)(300)는 도 1 내지 3에서 설명된 공진기(100)를 이용하여 구현될 수 있다. 그러므로, 파장 가변 레이저 다이오드(300)는 공진기(100)를 포함한다. 또한, 파장 가변 레이저 다이오드(300)는 슈퍼발광다이오드(Superluminescence Diode, 이하 'SLD'라 칭하기로 함)칩(310), 및 원통렌즈들(320, 330, 340)을 포함한다.
SLD칩(310)은 일예로, InP 또는 GaAs 등으로 구성될 수 있다. SLD칩(310)의 빔이 입출력되는 입출력부(312)의 단면은 고반사 박막(미도시)으로 형성되고, 제 1 원통 렌즈(320)에 인접한 부분은 무반사(AR: anti-reflection) 코팅을 통한 무반사 박막(311)으로 형성된다.
제 1 원통 렌즈(320)는 SLD칩(310)을 통해 출력된 빔을 제 2 원통 렌즈(330)로 출력한다. 제 1 원통 렌즈(320)의 중심축(321)은 입사되는 빔(또는 빔의 입사면)에 수직 방향으로 위치한다. 또한, 제 1 원통 렌즈(320)는 제 2 원통 렌즈로부터 출력되는 빔을 집속하여 SLD 칩(310)으로 출력한다.
제 2 원통 렌즈(330)는 제 1 원통 렌즈(310)를 통해 출력된 빔을 공진기(100)로 출력한다. 제 2 원통 렌즈(330)의 중심축(321)은 입사되는 빔에 평행 방향으로 위치한다. 또한, 제 2 원통 렌즈(330)는 공진기로부터 출력되는 빔을 제 1 원통 렌즈(320)로 출력한다.
이를 통해, 제 1 원통 렌즈(320)와 제 2 원통 렌즈(330)는 입력되는 빔을 공진기(100)의 수평 방향으로 평행화하고, 빔을 수직 방향으로 공진기(100)의 슬랩 도파로들(120, 130)에 집속되도록 한다.
공진기(100)는 제 2 원통 렌즈(230)로부터 입력된 빔을 공진시켜 제 3 원통 렌즈(340)로 공진된 빔을 출력한다. 공진기(100)의 제 1 슬랩 도파로(120)와 제 2 슬랩 도파로(130)를 각각을 통해 두 개의 출력빔이 생성된다. 또한, 공진기(100)는 제 3 원통 렌즈(340)로부터 반사되는 빔을 제 2 원통 렌즈(330)로 출력한다. 여기서, 공진기는 도 5와 6의 공진기(100)와 다른 반사형 필터의 기능을 갖지 않는다. 즉, 도 5와 도 6의 공진기(100)와 같이 투과형 필터의 기능을 갖는다. 이는, HD 코딩 처리된 제 3 원통 렌즈(340)에 의해 반사된 신호를 다시 입력단, 즉 SLD 칩(310)으로 회귀시키기 때문이다.
제 3 원통 렌즈(340)는 빔이 입력되는 반대면에 HR 코팅을 통해 HR 박막(342)을 포함한다. 제 3 원통 렌즈(340)는 입력된 빔을 반사시켜 SLD 칩(310) 방향으로 회귀시킨다. 제 3 원통 렌즈(340)는 반사된 빔을 공진기(100)로 출력한다. 제 3 원통 렌즈(240)의 중심축(241)은 공진기를 통해 출력되는 빔에 평행 방향으로 위치하고, 제 2 원통 렌즈(330)의 중심축(331)과 평행한다. 또한, 제 3 원통 렌즈(340)의 중심축(341)은 제 1 원통 렌즈(320)의 중심축(321)과 직교한다.
도 8은 도 7의 파장 가변 레이저 다이오드의 측면을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 파장 가변 레이저 다이오드(300)는 공진기(100), SLD칩(310), 원통렌즈들(320, 330, 340)을 포함한다.
SLD칩(310)과 공진기(100) 사이에 제 1 원통 렌즈(320)와 제 2 원통 렌즈(330)의 중심축들(321, 331) 간에 직교하여 위치한다. 또한, 공진기(100)의 출력에 HR 코팅된 제 3 원통 렌즈(240)가 위치한다. 제 3 원통 렌즈(320)의 중심축(321)은 제 2 원통 렌즈(330)의 중심축(331)과 평행한다.
파장 가변 레이저 다이오드(300)에서 내부의 공진은 SLD칩(310)의 무반사 박막(311)과 제 3 원통 렌즈(340)의 HR 박막(342) 사이에서 발생된다.
본 발명에서 제안된 파장 가변 필터(200)의 가변 속도는 P/N 접합의 슬랩 도파로들을 포함한 공진기(100)에서 전류 주입에 따른 전자와 홀의 수명 시간에 따라 결정된다. 또한, 파장 가변 필터(200)의 파장 가변 범위는 입력빔의 입사각, 도파로 굴절률, 공진기의 길이, 및 두 개의 슬랩 도파로들 간의 길이 차이 등에 의해 결정된다. 이는 시스템 특성을 고려하여 설정될 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 파장 가변 필터 또는 파장 가변 레이저 다이오드는 전류 주입이 가능한 두 개의 슬랩 도파로들을 갖는 공진기를 이용하여 구현할 수 있다. 이를 통해, 파장 가변 필터 또는 파장 가변 레이저 다이오드는 넓고 안정적인 파장 가변 범위, 고속의 가변 속도, 및 광대역을 지원할 수 있다. 이와 같은 파장 가변 필터와 레이저 다이오드를 구현하기 위한 제작 공정의 간소화 및 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 공진기 110: 기판
120, 130: 슬랩 도파로들 200: 파장 가변 필터
210: 광섬유 입력단
220, 230, 240, 250: 원통 렌즈들
260: 광섬유 출력단 300: 파장 가변 레이저 다이오드
310: 슈퍼발광 다이오드 320, 330, 340: 원통 렌즈들
120, 130: 슬랩 도파로들 200: 파장 가변 필터
210: 광섬유 입력단
220, 230, 240, 250: 원통 렌즈들
260: 광섬유 출력단 300: 파장 가변 레이저 다이오드
310: 슈퍼발광 다이오드 320, 330, 340: 원통 렌즈들
Claims (20)
- 제 1 슬랩 도파로;
상기 제 1 슬랩 도파로와 이격된 제 2 슬랩 도파로; 및
상기 제 1 슬랩 도파로와 제 2 슬랩 도파로가 연결된 기판을 포함하고,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 상호 간에 서로 다른 공진 길이를 갖고, 전기적 및 광학적으로 독립되는 공진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔을 각각 분기하여 출력하는 공진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 공진기는 전류 주입을 위한 피/엔 접합 구조를 갖는 공진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔의 입사면을 기준으로 상기 기판에서 미리 설정된 각도의 기울기를 갖도록 위치하는 공진기. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 3족과 5족의 화합물로 구성되는 공진기. - 빔을 입력받고, 상기 빔의 입사면에 평행한 중심축을 갖는 제 1 원통 렌즈;
상기 제 1 원통 렌즈의 중심축과 직교하는 중심축을 갖고, 상기 제 1 원통 렌즈로부터 출력된 빔을 입력받는 제 2 원통 렌즈;
상기 제 2 원통 렌즈로부터 출력되는 빔을 공진시켜 출력하는 공진기;
상기 공진기에서 출력되는 빔을 입력받고, 상기 제 2 원통 렌즈의 중심축과 평행한 중심축을 갖는 제 3 원통 렌즈; 및
상기 제 3 원통 렌즈의 중심축과 직교하는 중심축을 갖고, 상기 제 3 원통 렌즈로부터 출력되는 빔을 입력받는 제 4 원통 렌즈를 포함하는 파장 가변 필터. - 제 6 항에 있어서,
제 1 광선로가 연결되고, 상기 제 1 광선로로부터의 빔을 상기 제 1 원통 렌즈로 입력하는 광선로 입력단; 및
제 2 광선로가 연결되고, 상기 제 4 원통 렌즈로부터의 빔을 상기 제 2 광선로로 출력하는 광선로 출력단을 더 포함하는 파장 가변 필터. - 제 6 항에 있어서,
상기 공진기는
제 1 슬랩 도파로;
상기 제 1 슬랩 도파로와 이격된 제 2 슬랩 도파로; 및
상기 제 1 슬랩 도파로와 제 2 슬랩 도파로가 연결된 기판을 포함하고,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 상호 간에 서로 다른 공진 길이를 갖고, 전기적 및 광학적으로 독립되는 파장 가변 필터. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔을 각각 분기하여 출력하는 파장 가변 필터. - 제 8 항에 있어서,
상기 공진기는 전류 주입을 위한 피/엔 접합 구조를 갖는 파장 가변 필터. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔의 입사면을 기준으로 상기 기판에서 미리 설정된 각도의 기울기를 갖도록 위치하는 파장 가변 필터. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 3족과 5족의 화합물로 구성되는 파장 가변 필터. - 빔이 입출력되는 슈퍼발광다이오드;
상기 슈퍼 발광 다이오드로부터 출력되는 빔의 입사면에 평행한 중심축을 갖고, 상기 슈퍼발광 다이오드로부터 빔을 입력받는 제 1 원통 렌즈;
상기 제 1 원통 렌즈의 중심축과 직교하는 중심축을 갖고, 상기 제 1 원통 렌즈로부터 출력된 빔을 입력받는 제 2 원통 렌즈;
상기 제 2 원통 렌즈의 중심축과 평행하는 중심축을 갖고, 원통 렌즈의 일부에 고반사 박막으로 코팅되어 입력된 빔을 반사시키는 제 3 원통 렌즈; 및
상기 제 2 원통 렌즈와 상기 제 3 원통 렌즈 사이에 위치하고, 상기 제 2 원통 렌즈로부터의 빔을 상기 제 3 원통 렌즈로 출력하고, 상기 제 3 원통 렌즈로부터의 빔을 상기 제 2 원통 렌즈로 출력하는 공진기를 포함하고,
상기 제 1 원통 렌즈는 상기 제 2 원통 렌즈에 의해 출력되는 빔을 상기 슈퍼발광 다이오드로 출력하는 파장 가변 레이저 다이오드. - 제 13 항에 있어서,
상기 슈퍼발광 다이오드에서 제 1 원통 렌즈에 인접한 단면은 내부 공진을 위해 무반사 박막으로 코팅되고, 입출력단면은 고반사 박막으로 코팅되어 있는 파장 가변 레이저 다이오드. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 3 원통 렌즈로 빔이 입출력되는 반대면에 상기 고반사 박막이 위치하는 파장 가변 레이저 다이오드. - 제 13 항에 있어서,
상기 공진기는
제 1 슬랩 도파로;
상기 제 1 슬랩 도파로와 이격된 제 2 슬랩 도파로; 및
상기 제 1 슬랩 도파로와 제 2 슬랩 도파로가 연결된 기판을 포함하고,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 상호 간에 서로 다른 공진 길이를 갖고, 전기적 및 광학적으로 독립되는 파장 가변 레이저 다이오드. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔을 각각 분기하여 출력하는 파장 가변 레이저 다이오드. - 제 16 항에 있어서,
상기 공진기는 전류 주입을 위한 피/엔 접합 구조를 갖는 파장 가변 레이저 다이오드. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 입력빔의 입사면을 기준으로 상기 기판에서 미리 설정된 각도의 기울기를 갖도록 위치하는 파장 가변 레이저 다이오드. - 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 슬랩 도파로와 상기 제 2 슬랩 도파로는 3족과 5족의 화합물로 구성되는 파장 가변 레이저 다이오드.
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