KR20140109783A - Amzi-fp 필터 집적 파장가변 레이저다이오드 장치 - Google Patents

Amzi-fp 필터 집적 파장가변 레이저다이오드 장치 Download PDF

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KR20140109783A
KR20140109783A KR1020130103259A KR20130103259A KR20140109783A KR 20140109783 A KR20140109783 A KR 20140109783A KR 1020130103259 A KR1020130103259 A KR 1020130103259A KR 20130103259 A KR20130103259 A KR 20130103259A KR 20140109783 A KR20140109783 A KR 20140109783A
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laser diode
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tunable laser
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오광룡
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명에서 제안된 파장 가변 광원 구조는 고속 가변성과 광대역 가변성을 동시에 만족하지 못하는 종래 기술의 한계성을 극복하여 수ns 이하의 고속 가변성과 100nm 급의 광대역 가변성을 동시에 만족할 수 있다. 구동 방법 또한 기존의 기술에 비하여 간편하여 안정적인 동작이 수월하여 구동 회로를 포함한 전체 모듈의 제작 단가를 낮출 수 있는 장점을 보유하고 있다. 본 발명의 파장 가변 광원 구조의 핵심 구성 요소인 SLD와 AMZI-FP를 구현함에 있어서 III-V 물질(GaAs, InP 및 GaSb)계 뿐만 아니라 Si 또는 폴리머 광도파로 기반으로도 적용이 가능하다.

Description

AMZI-FP 필터 집적 파장가변 레이저다이오드 장치{Tunable laser diode device with AMZI-FP filter}
본 발명은 광계측 및 광통신 장치 등에 활용되는 고속 파장가변 광원 기술에 관한 것이다.
광계측 및 광통신 장치 등에 활용되는 파장 가변 광원들은 가변 범위에 대하여 상반 관계를 갖는다. 이러한 특성은 집적되는 필터에 의하여 결정된다. 즉, 현재 상용화되고 있는 파장 가변 광원들은 넓은 가변 범위 특성을 보이면서 msec급의 저속 스위칭 특성을 가진다. 반면에, msec ~ nsec급의 고속 스위칭 특성의 광필터의 경우에는 동작 원리상 대부분이 좁은 가변 범위를 특성을 나타낸다. 이러한 특성 제한의 결과들은 집적된 필터의 특성에 의하여 좌우된다.
전형적인 파장 가변 필터의 경우에 msec 이하의 고속 동작과 더불어 광대역 가변, 연속 가변, 및 생산성 등을 모두 만족할 수 있는 구조를 갖기 어렵다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고속 가변의 한계를 극복하고 광대역 가변과 연속 가변을 동시에 달성할 수 있는 파장가변 레이저 다이오드 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 제작 공정과 구동 방법이 비교적 간단한 파장 가변 필터의 제조 및 동작 방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념의 일 양상(an aspect)에 따라, 파장가변 레이저 다이오드 장치는,
입력부;
상기 입력부에 연결되어 제 1 공진 길이를 갖는 제 1 브랜치 공진부;
상기 입력부로부터 상기 제 1 브랜치 공진부와 함께 분기되어 상기 제 1 공진 길이와 다른 제 2 공진 길이를 갖는 제 2 브랜치 공진부; 및
상기 제 1 브랜치 공진부와 상기 제 2 브랜치 공진부에 연결된 출력부를 포함하는 필터를 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념의 다른 양상에 따라, 파장가변 레이저 다이오드 장치는,
입력부;
출력부;
상기 입력부에 설치되어 광증폭을 수행하는 광증폭기;
상기 입력부와 상기 출력부 사이에 연결되며 제 1 공진 길이를 갖는 제 1 브랜치 공진부; 및
상기 입력부와 상기 출력부 사이에서 상기 제 1 브랜치 공진부와는 다른 경로로서 연결되며 상기 제 1 공진 길이와 다른 제 2 공진 길이를 갖는 제 2 브랜치 공진부를 포함하는,
필터를 구비한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념의 또 다른 양상에 따라, 파장가변 레이저 다이오드 장치는,
격자 도파로 필터를 포함하는 레이저 다이오드부; 및
상기 레이저 다이오드부의 단일 파장 광을 렌즈를 통해 수신하며, 입력부와 출력부 사이에 서로 다른 광경로를 가지는 브랜치 공진부를 갖는 FP필터부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 개념의 또 다른 양상에 따라,
격자 도파로 필터를 포함하는 레이저 다이오드부에 렌즈를 통해 연결되는 FP 필터를 동작하는 방법은,
상기 레이저 다이오드부의 단일 파장 광을 렌즈를 통해 입력부를 통해 수신하는 단계;
상기 수신된 단일 파장 광을 증폭하는 단계;
상기 증폭된 단일 파장 광을 제1 공진 길이를 갖는 제 1 브랜치 공진부와 제2 공진 길이를 갖는 제2 브랜치 공진부를 통해 동시에 투과시키는 단계;
상기 동시 투과에 따라 발생되는 2개의 FP 모드가 발생될 때 두 FP 모드들의 간섭 현상을 이용하여 단일 파장을 선택적으로 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 제안된 파장 가변 광원 구조는 고속 가변성과 광대역 가변성을 동시에 만족하지 못하는 종래 기술의 한계성을 극복하여 수ns 이하의 고속 가변성과 100nm 급의 광대역 가변성을 동시에 만족시킬 수 있는 장점을 가진다.
구동 방법 또한 기존의 기술에 비하여 간편하여 안정적인 동작이 수월하여 구동 회로를 포함한 전체 모듈의 제작 단가를 낮출 수 있는 장점을 보유하고 있다.
본 발명의 파장 가변 광원 구조의 핵심 구성 요소인 SLD와 AMZI-FP를 구현함에 있어서 III-V 물질(GaAs, InP 및 GaSb)계 뿐만 아니라 Si 또는 폴리머 광도파로 기반으로도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 AMZI-FP 필터의 구조도.
도 2는 도 1에 따른 AMZI-FP 필터 투과 특성 결과를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 SOA 집적 AMZI-FP 필터의 구조도.
도 4는 도 3에 따른 AMZI-FP 필터 투과 가변 특성 결과를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 필터가 적용된 파장가변 레이저 다이오드의 구성 블록도.
도 6은 도 5에 따른 파장가변 레이저 다이오드의 반사파 제거 원리를 보여주는 도면.
도 7은 도 5에 따른 모드별 가변 출력 파형들을 보여주는 도면.
위와 같은 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은, 이해의 편의를 제공할 의도 이외에는 다른 의도 없이, 개시된 내용이 보다 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 소자 또는 라인들이 대상 소자 블록에 연결된다 라고 언급된 경우에 그것은 직접적인 연결뿐만 아니라 어떤 다른 소자를 통해 대상 소자 블록에 간접적으로 연결된 의미까지도 포함한다.
또한, 각 도면에서 제시된 동일 또는 유사한 참조 부호는 동일 또는 유사한 구성 요소를 가급적 나타내고 있다. 일부 도면들에 있어서, 소자 및 라인들의 연결관계는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 나타나 있을 뿐, 타의 소자나 회로블록들이 더 구비될 수 있다.
여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함될 수 있으며, 레이저 다이오드 장치에 대한 기본적 동작과 물성적 설명의 세부는 본 발명의 요지를 모호하지 않도록 하기 위해 상세히 설명되지 않을 것이다.
본 발명에 대한 보다 철저한 이해를 제공하려는 의도 이외에는 다른 의도 없이, 파장 가변 광원의 구성 요소로 이용되고 있는 종래 기술들에 따른 필터들의 예가 본 발명의 설명 이전에 설명될 것이다.
종래의 대표적인 파장가변 필터 중의 하나인 FP(Fabry-Perot) 필터는 두 개의 거울로 이루어진 선형 공진기의 형태를 취한다.
입사된 빛이 두 개의 거울에서 연속해서 반사되거나 일부가 투과되면서 이루어지는 빛들과의 간섭 현상으로 인해 일정 간격의 파장에서 공명이 일어난다. 결국, 상기 FP 필터는 파장에 따라 주기적인 투과 특성을 가진다.
이러한 FP 필터의 파장 가변을 위해서는 두 거울의 간격을 조절하거나 물질의 굴절률을 변화시켜 조절할 수 있으며 이에 따른 여러 구현 방식들이 제안되어 사용되고 있다.
FP 필터의 공진기를 구성하는 두 거울을 PZT(Pie-Zo electric Transducer)에 부착하여 전압을 걸면 PZT의 팽창에 의해 두 거울 사이의 간격이 변하게 된다.
이와 같이 역학적인 변형을 통하여 파장 가변이 구현되기 때문에 동작 속도는 msec대에 머물게 되는 한계가 있다. 액정에 일정한 세기 이상의 전기장이 걸리면 액정 분자들이 재배열하는 Freedericksz 전이 현상을 보이게 된다. 이에 따라 액정의 굴절률이 변한다. 이러한 액정 FP필터는 공진기 내에 있는 액정의 굴절률을 변화시켜 구현되는 필터이다. 그러므로 액정 FP필터는 편광의 동작 속도가 수십에서 수백 msec에 한정되므로 필터 특성이 문제가 되기도 한다.
Micro machined FP 필터는 전기력(electrostatic force) 또는 열에 의해 미세한 변형이 일어나는 반도체를 이용하여 FP필터의 거울 간격을 조절한다. Micro machined FP 필터는 반도체 소자 기술에 기반하여 집적성과 안정성 향상을 기할 수 있으나, msec 또는 수십 ms대의 속도의 한계성은 여전히 내포되어 있다.
모드 커플링은 광도파로에서 섭동(perturbation)에 의해 모드간 에너지 교환이 일어나는 것을 말한다. 이를 이용한 파장가변 필터로서 편광모드 변환과 공간모드 변환 필터가 있다. 이들의 경우에도 동작 속도가 수십에서 수백 msec에 머물고 있거나 가변 범위가 매우 좁다는 한계를 갖고 있다.
MZ(Mach-Zehnder)간섭계를 이용한 파장 가변 필터는 두 개의 3dB 결합기 사이에 빛이 지나가는 광도파로에 위상 변조기가 있는 구조를 갖는다. MZ(Mach-Zehnder)간섭계를 이용한 파장 가변 필터의 경우에는, 위상 변조 장치로 LiNbO3를 사용하므로 수십 nsec의 고속 동작이 가능하나 구조가 복잡하고 제작이 어렵다는 단점을 가지고 있다.
광섬유를 따라 주기적으로 굴절률이 변화된 광섬유 회절격자에 인장 또는 열을 가하여 격자의 주기를 변화시켜 구현하는 방식도 알려져 있다. 이 경우에도 역학적인 변형을 위해 PZT를 사용하지만 열 반응 속도 제한으로 인해 동작 속도는 msec급에 머물고 있다.
반도체 레이저 다이오드와 유사한 반도체 도파로 형태의 DFB(Distributed Feedback)/DBR(Distributed Bragg Reflector) 및 GACC(Grating Assisted codirectional coupler) 필터는 전류를 주입하여 제어함으로써 수십nm까지도 파장을 가변하는 것이 가능하다. 그러나 전반적으로는 좁은 가변성 및 가변의 불연속성 및 불안정성 등의 제한된 활용 범위를 가지고 있다.
광도파로를 고리 형태로 만들고 방향성 결합기로 여기 혹은 출력시키는 구조는 고리 자체의 고유 광경로가 파장의 정수배가 될 경우 주기적으로 공진이 일어난다. 이 경우에는 위상변조기를 공진기내에 위치시켜 외부 신호에 의해서 전기적으로 파장 가변이 행해진다. 여기서는 사용되는 물질에 따라 수 nsec 대의 빠른 동작이 가능해진다.
3개(또는 2개)의 Y 분지기가 내부에 집적된 반도체 레이저는 전체 공진기 내에 형성되는 3개(또는 2개) FP 공진 모드의 미세한 간격의 차이에서 발생하는 버어니어(Vernier) 효과를 이용하고 있다. 이러한 기술은 파장 가변 영역을 확대하는 면에서는 유리하고 전류 주입에 의한 고속 가변이 가능하다. 그러나, 발진하는 주모드와 측모드와의 필터 투과성이 차이가 크지 않는 선택성의 한계로 말미암아 측모드 억제율(SMSR: side mode suppression ratio)의 성능이 양호하지 못하다.
위에서 언급된 바와 같이 종래의 파장 가변 필터의 경우에 msec 이하의 고속 동작과 더불어 광대역 가변, 연속 가변, 및 생산성 등을 모두 만족할 수 있는 구조가 제안되지 못하고 있다.
본 발명에서는 위와 같은 문제들을 극복하기 위한 필터의 구조로서 도 1과 같은 구조가 마련된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 AMZI-FP 필터의 구조도이다. 또한, 도 2는 도 1에 따른 AMZI-FP 필터 투과 특성 결과를 나타낸다. 그리고 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 SOA 집적 AMZI-FP 필터의 구조도이다.
도 1의 구조는 본 발명에 따른 핵심 구성 중의 하나로서 AMZI-FP(Asymmetric Mach Zehnder Interferometer-Fabry Perot)광 필터 칩의 형태를 보여준다.
도면을 참조하면, 파장가변 레이저 다이오드 장치의 필터는, 입력부(102), 출력부(116), 제 1 브랜치 공진부(104), 및 제 2 브랜치 공진부(106)를 포함한다.
상기 제 1 브랜치 공진부(104)는 상기 입력부(102)에 연결되어 제 1 공진 길이를 갖는다
상기 제 2 브랜치 공진부(106)는 상기 입력부(102)로부터 상기 제 1 브랜치 공진부와 함께 분기되어 상기 제 1 공진 길이와 다른 제 2 공진 길이를 갖는다.
상기 출력부(116)는 상기 제 1 브랜치 공진부(104)와 상기 제 2 브랜치 공진부(106)에 연결되어 광을 출력한다.
도 1의 필터 구조는 두 개의 아암(arms)의 길이에 차이를 갖는 MZI형태의 도파로 구조이다.
일반적으로 MZI의 경우에는 입력단 및 출력단에 무반사(AR) 박막이 형성되어 두 개의 경로차에 의한 간섭 현상이 일어난다. 그러나 본 발명의 실시 예에서는 입출력단에 고반사(HR) 박막을 형성시켜 2개의 FP 모드를 발생시시킨다. 상기 FP 모드들의 간섭 현상이 본 발명의 실시 예에서 이용된다.
1회의 광 두 공진 길이가 L 1 , L 2 로 주어지고 FSR이 서로 다른 두 개의 FP 도파로에서 베니어(Vernier)효과를 이용한 파장가변 필터가 구현될 수 있다. 이 경우의 최대 가변 파장 범위는,
Figure pat00001
로 지렛대 효과 계수, L2 /(L2-L1) 만큼 배가가 된다.
즉, 두 FP 공진기 길이의 차이가 작으면 작을수록 파장 가변 변위는 증가되는 것이다. 또한, 본 MZI-FP 광필터의 투과 특성은 아래의 수학식 2와 같이,
Figure pat00002
로 나타날 수 있다.
상기 수학식 2에서, R은 입출력 단면의 반사율, Lp는 전압 또는 전류 인가에 따라 도파로 유효 굴절률이 변하는 길이, a는 도파로 손실 계수, neff0는 전극이 없어 고정된 도파로의 고정된 유효 귤절률이고, neff1 및 neff2는 전류 또는 전압 인가에 의하여 변한 전극 아래 부분의 도파로 유효 굴절률이다.
예를 들어, neff0=3.32, L1=500um, L2=501um, R=95% 이고, a=0 cm-1인 경우와 a=1 cm-1 경우를 식(2)에 따라 각각이 투과 특성을 계산하여 보면 도 2와 나타낼 수 있다.
도 2에서 가로축은 파장을 세로축은 투과 량을 나타낸다.
도 2에서 상부 도면은 a=0 cm-1인 경우를, 하부 도면은 a=1 cm-1 경우를 나타낸다.
두 FP모드가 일치하는 중심 파장의 영역 조정을 위하여 하부 도파로의 전극 도파로 부분의 굴절률을 0.001만큼 감소시켜 계산한 결과이다.
도 2의 하부 도면에서 보여지는 결과에서 보듯이 약간의 도파로 손실에 의해서도 중심 파장의 투과양이 대폭 감소하게 됨을 알 수 있다.
III-V족 화합물의 도파로 제작에 있어서 극저 손실의 도파로를 얻기가 쉽지 않은 현실을 고려하여 전체 도파로의 손실에 대한 보상을 위하여 도 3과 같이 입력단 부분에 광증폭기(130)가 삽입될 수 있다.
도 3에서는 도 1의 구조에 비해, 광증폭을 수행하는 광증폭기(130)가 입력부(102)에 설치된 필터 구조이다. 도 3의 구조에서는 전체 도파로 손실이 0에 가깝도록 조절하여 동작시키면 중심 파장의 투과양이 1에 가깝도록 동작시킬 수 있게 된다.
도 4는 도 3에 따른 AMZI-FP 필터 투과 가변 특성 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 a=0 cm- 1를 가정하고 도파로 굴절률을 0.002만큼 변화시킬 때 중심 파장이 100nm 이상 이동하는 계산 결과를 보이고 있고, 중심 파장 부분의 투과 특성을 확대하여 보면 그림에서 보는 바와 같이 최대 투과치에 대한 반치폭이 5nm, FP mode 간격이 약0.31nm 정도로 확인된다. 도 4에서 가로축은 파장을 세로축은 투과 량을 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따른 AMZI-FP 필터의 경우에, 입출력단의 고반사 박막의 반사율에 따라 중심 파장의 반치폭이 결정되는데, 이 반치폭 내에 여러 개의 FP 모드가 포함되어 있다. 그러므로 단일 파장의 선택을 위해서는 보조의 필터가 추가적으로 요구될 수 있다. 즉, 도 5와 같이 최대 투과치에 대한 반치폭 만큼의 FSR을 갖는 SGDBR(또는 SSG) 격자 도파로 필터를 중첩시키면 MZI-FP 필터의 중심 파장 영역의 투과 모드 중의 단 하나를 선택할 수 있다. 이에 따라 단일 모드 동작이 가능하여진다.
도 5는 본 발명에 따른 필터가 적용된 파장가변 레이저 다이오드의 구성 블록도 이고, 또한, 도 6은 도 5에 따른 파장가변 레이저 다이오드의 반사파 제거 원리를 보여준다.
도 5를 참조하면, 격자 도파로 필터를 포함하는 레이저 다이오드부(50)와, 상기 레이저 다이오드부(50)의 단일 파장 광을 렌즈(60)를 통해 수신하며, 입력부와 출력부 사이에 서로 다른 광경로를 가지는 브랜치 공진부를 갖는 FP필터부(110)가 보여진다.
결국, 도 5의 전체 구조는 단일 파장 선택을 위한 AMZI-FP 필터(110) 및 SGDBR(또는 SSG) 격자 도파로 필터를 가지는 레이저 다이오드부(50), 및 광증폭을 위한 반도체 광증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)가 포함된 FP필터부(110)의 연결 구성을 나타낸다.
상기 레이저 다이오드부(50)는 superluminescent laser diode (SLD)일 수 있다.
상기 레이저 다이오드부(50)는 파장 가변 레이저로서 기능하기 위해, 코아층에 전류 또는 전압 인가가 가능한 III-V 화합물(InP, GaAs 및 GaSb 등), Si 및 폴리머 등의 물질을 기반으로 구현될 수 있다. 상기 SLD는 선폭이 좁으며 수 nm의 FSR의 반사 스팩트럼 특성을 보이는 SGDBR(Sampled Grating Distributed Bragg Reflector) 또는 SSG(Super Structure Grating) 등의 회절 격자 필터로서 기능한다.
또한, FP필터부(110)를 FSR(Free Spectral Range)이 다른 두 개의 FP(;Fabry Perot) 도파로를 MZI(Mach Zehnder Interferometer) 형태로 단일 칩으로 집적시켜 제작한다. 이에 따라, Vernier효과를 이용한 광대역 가변성을 나타내는 AMZI-FP 광필터칩이 얻어진다.
도 5의 경우에 AMZI-FP 필터(110)는 도 3과는 달리 경사진 입출력단 도파로구조를 적용하고 있다. 만약, 도 1이나 3과 같이 경사지지 않고 단면과 수직으로 만나는 직선 도파로가 적용되게 되면 SLD(50)에서 들어오는 입사파가 AMZI-FP 필터 입력단의 단면에서 반사되어 그대로 SLD(50)로 회귀될 수 있다. 회귀에 따른 공진 모드가 형성되면 발진 현상이 일어나는 문제점이 생긴다. 또한 AMZI-FP 필터(110)를 투과한 광(60)을 렌즈를 통하여 다시 회귀시키는 과정에서도 직선 출력단 도파로를 사용하면 원하지 않는 새로운 모드가 형성될 수 있다.
따라서, 도 5에서와 같이 MZI-FP 필터(110)의 입출력단 도파로를 어느 정도 각도(G)만큼 경사지게 하면 반사파가 렌즈를 통하여 회귀되지 않는다. 즉, 반사파는 산란된다.
일반적으로 III-V 화합물의 무반사 도파로를 설계 제작할 때에 7°경사진 도파로를 사용하는 것과 같이, 도파로가 경사짐에 따라 반사율은 감소하게 되어 있다.
즉, 본 발명의 실시 예의 경우에 외부에서 입사되는 광에 대하여서는 반사파가 산란되어 되돌아 가지 못하는 동시에 좁은 반치폭의 필터 특성을 위해서 입출력단의 반사율이 90% 이상 되는 고반사 특성을 가질 수 있다. 이를 위해, 도파로의 경사도에 대한 최적화 설계가 필요하다.
도 6에서 보여지는 바와 같이, 효과적인 광연결을 위하여서는 우선적으로 AMZI-FP 칩(110)의 광축과 입사되는 빔의 광축과 각도, θTout과 도파로 경사각도 θT와는 스넬 법칙, sinθTout=neff0 x sinθT 에 따라 정렬되어야 한다. 또한, AMZI-FP 단면에서 반사되는 광이 SLD(50)로 회귀되는 것을 최소화 하려면 SLD 방사각의 반치폭, θFW보다 AMZI-FP 칩의 광축과 입사되는 빔의 광축과 각도, θTout가 잘 설정되어야 한다. 결국 스넬 법칙에 따라 정해지는 도파로 경사각 θT의 설정은 단면의 반사율이 90% 이상이 되는 범주로 설정될 수 있다.
예를 들어, 유효 도파로 굴절률, neff0 가 3.32이고, SLD 방사각의 반치폭, θFW가 5°인 경우에, 반사파의 회귀를 최소화하기 위하여 도파로 경사각 θT가 1.5°이상이어햐 하고 90% 반사율을 유지하는 조건으로 2°이하일 수 있다. 즉, 1.5°< θT < 2°의 범위에서 도파로 경사각을 설정하면, SLD로의 최소 회귀로 인한 발진 억제와 동시에 MZI-FP 필터 단면의 고반사율 형성에 필터 특성 유지를 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 따른 구조의 단일 모드 선택과 가변 과정을 도 7을 통해 살펴보면 다음과 같다.
도 7은 도 5에 따른 모드별 가변 출력 파형들을 보여준다.
도 7에서 보여지는 바와 같이 본 구조에서는 위에서 언급한 바와 같은 AMZI-FP 공진 모드, SG-DBR(또는 SSG) 모드, 및 전체 공진기 종축의 FP 모드 등 3가지의 모드가 형성될 수 있다.
AMZI-FP의 최대 투과치의 반치폭 내에서 전체 공진기의 종축 FP 모드와 여러 개가 중첩되어 선택될 수 있으며 SGDBR 모드에 의하여 이들 중 하나의 모드만이 선택된다. 즉, 파장 선택의 가변은 AMZI-FP 모드는 도파로의 전류 또는 전압 인가에 의한 굴절률 변화로써 전체 가변 영역에 대하여 종축 FP 모드를 연속적으로 선택하게 된다.
SGDBR 모드는 자신의 FSR 만큼만 반복적으로 이동하여 AMZI-FP 모드와 중첩된 하나의 종축 FP 모드를 선택하는 단계로써 단일의 종축 FP 모드를 연속으로 선택할 수 있게 되는 것이다. 결국, 이렇게 선택된 단일 모드에 대하여 광증폭기를 통하여 전체 공진기의 손실을 보상하게 되면 단일 종축 FP 모드가 연속적으로 가변하는 레이저 구현이 가능해지는 것이다.
III-V족 화합물의 굴절률 변화 반응 시간은 전류 주입에 의한 반송자의 수명 시간에 의존하여 수ns 이하로 짧아질 수 있는 특징을 갖게 된다. 즉, 100nm 이상의 광대역의 가변과 동시에 수ns 이하의 고속 동작이 필터 구현이 가능해진다.
이상에서와 같이 도면과 명세서를 통해 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
예를 들어, 사안이 다른 경우에 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이, 도면들의 구조나 구성을 변경하거나 가감하여, 파장가변 레이저 다이오드 장치의 세부 구현을 다르게 할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 개념에서는 파장가변 레이저 다이오드 장치를 위주로 설명되었으나, 이에 한정됨이 없이 타의 광원 시스템에도 본 발명이 적용될 수 있을 것이다.
100: 필터
102: 입력부
104: 제 1 브랜치 공진부
106: 제 2 브랜치 공진부
116: 출력부
L1: 제 1 공진 길이
L2: 제 2 공진 길이

Claims (20)

  1. 입력부;
    상기 입력부에 연결되어 제 1 공진 길이를 갖는 제 1 브랜치 공진부;
    상기 입력부로부터 상기 제 1 브랜치 공진부와 함께 분기되어 상기 제 1 공진 길이와 다른 제 2 공진 길이를 갖는 제 2 브랜치 공진부; 및
    상기 제 1 브랜치 공진부와 상기 제 2 브랜치 공진부에 연결된 출력부를 포함하는 필터를 구비하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제 1 브랜치 공진부의 상기 제 1 공진 길이와 상기 제 2 브랜치 공진부의 상기 제 2 공진 길이의 차이는 파장 가변 변위가 증가될 수록 작아지는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터는 MZI 형태의 FP 필터인 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입력부에 광증폭을 수행하는 광증폭기를 더 구비하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 입력부의 전단에는 격자 도파로 필터를 포함하는 레이저 다이오드부를 더 구비하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 입력부와 상기 출력부에는 고반사막이 형성되는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  7. 입력부;
    출력부;
    상기 입력부에 설치되어 광증폭을 수행하는 광증폭기;
    상기 입력부와 상기 출력부 사이에 연결되며 제 1 공진 길이를 갖는 제 1 브랜치 공진부; 및
    상기 입력부와 상기 출력부 사이에서 상기 제 1 브랜치 공진부와는 다른 경로로서 연결되며 상기 제 1 공진 길이와 다른 제 2 공진 길이를 갖는 제 2 브랜치 공진부를 포함하는,
    필터를 구비하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제 1 브랜치 공진부의 상기 제 1 공진 길이은 상기 제 2 브랜치 공진부의 상기 제 2 공진 길이에 비해 짧은 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  9. 제8항에 있어서, 2개의 FP 모드간의 간섭현상을 이용하기 위해 상기 입력부와 상기 출력부에는 고반사막이 형성되는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  10. 제9항에 있어서, 필터는 AMZI 형태의 FP 필터인 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 필터의 전단에는 격자 도파로 필터를 포함하는 레이저 다이오드부가 더 구비되는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  12. 격자 도파로 필터를 포함하는 레이저 다이오드부; 및
    상기 레이저 다이오드부의 단일 파장 광을 렌즈를 통해 수신하며, 입력부와 출력부 사이에 서로 다른 광경로를 가지는 브랜치 공진부를 갖는 FP필터부를 포함하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 격자 도파로 필터는 SGDBR을 포함하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 격자 도파로 필터는 SSG를 포함하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  15. 제12항에 있어서, FP필터부는 MZI 형태의 FP 필터인 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 FP필터부는,
    상기 입력부와 상기 출력부 사이에 연결되며 제 1 공진 길이를 갖는 제 1 브랜치 공진부; 및
    상기 입력부와 상기 출력부 사이에서 상기 제 1 브랜치 공진부와는 다른 경로로서 연결되며 상기 제 1 공진 길이와 다른 제 2 공진 길이를 갖는 제 2 브랜치 공진부를 포함하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 FP필터부는,
    상기 입력부에 설치되어 광증폭을 수행하는 광증폭기를 더 구비하는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 FP필터부는,
    반사파 제거를 위해 상기 렌즈의 중심 수평 선에 대하여 소정 각도로 기울여져 설치되는 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 FP필터부는,
    상기 제 1 공진 길이는 상기 제 2 공진 길이 보다 짧은 파장가변 레이저 다이오드 장치.
  20. 격자 도파로 필터를 포함하는 레이저 다이오드부에 렌즈를 통해 연결되는 FP 필터를 동작하는 방법에 있어서:
    상기 레이저 다이오드부의 단일 파장 광을 렌즈를 통해 입력부를 통해 수신하는 단계;
    상기 수신된 단일 파장 광을 증폭하는 단계;
    상기 증폭된 단일 파장 광을 제1 공진 길이를 갖는 제 1 브랜치 공진부와 제2 공진 길이를 갖는 제2 브랜치 공진부를 통해 동시에 투과시키는 단계;
    상기 동시 투과에 따라 발생되는 2개의 FP 모드가 발생될 때 두 FP 모드들의 간섭 현상을 이용하여 단일 파장을 선택적으로 출력하는 단계를 포함하는 파장가변 레이저 다이오드 장치에서의 FP 필터 동작 방법.
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