KR20160010803A - 파장 가변 광원 - Google Patents

파장 가변 광원 Download PDF

Info

Publication number
KR20160010803A
KR20160010803A KR1020140091084A KR20140091084A KR20160010803A KR 20160010803 A KR20160010803 A KR 20160010803A KR 1020140091084 A KR1020140091084 A KR 1020140091084A KR 20140091084 A KR20140091084 A KR 20140091084A KR 20160010803 A KR20160010803 A KR 20160010803A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wavelength
external
light source
thermistor
gain medium
Prior art date
Application number
KR1020140091084A
Other languages
English (en)
Inventor
최병석
윤기홍
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020140091084A priority Critical patent/KR20160010803A/ko
Priority to US14/802,431 priority patent/US9407061B2/en
Publication of KR20160010803A publication Critical patent/KR20160010803A/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02438Characterized by cooling of elements other than the laser chip, e.g. an optical element being part of an external cavity or a collimating lens
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14External cavity lasers
    • H01S5/141External cavity lasers using a wavelength selective device, e.g. a grating or etalon
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00Optical multiplex systems
    • H04J14/02Wavelength-division multiplex systems
    • H04J14/0278WDM optical network architectures
    • H04J14/0282WDM tree architectures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/023Mount members, e.g. sub-mount members
    • H01S5/02325Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02407Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
    • H01S5/02415Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06804Stabilisation of laser output parameters by monitoring an external parameter, e.g. temperature

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

외부 공진기형 파장 가변 광원은 이득 매질, 외부 반사경, 제 1 서미스터, 제 2 서미스터 및 열전 소자를 포함한다. 상기 이득 매질은 인가되는 바이어스 전류에 기초하여 광 신호를 생성하고 증폭한다. 상기 외부 반사경은 상기 이득 매질과 광학계를 통해 또는 버트 결합한다. 제 2 서미스터는 상기 이득 매질 상에 구비되어 상기 이득 매질의 온도를 측정한다. 상기 제 1 서미스터는 상기 외부 반사경 상에 구비되어 상기 외부 반사경의 온도를 측정한다. 상기 열전 소자는 상기 제 1 및 제 2 서미스터에 의해 측정되는 온도에 기초하여 방열 동작을 수행한다. 따라서, 외부 공진기형 파장 가변 광원의 출력을 안정적으로 제어할 수 있다.

Description

파장 가변 광원 {TUNABLE LIGHT SOURCE}
본 발명은 광 통신에 관한 것으로써 보다 상세하게는 광 통신에 사용하는 파장 가변 광원에 관한 것이다.
LASER는 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation의 약어이며, 레이저를 구성하는데 필요한 가장 기본적인 요소는 이득 매질과 에너지를 공급해줄 펌프를 포함한 공진기이다. 방사(radiation)된 빛이 유도 방출(stimulated emission) 과정을 통해 증폭되기 위해서는 적절한 이득 매질이 반드시 필요하며, 이득 매질 종류에 따라서 레이저의 발진 파장 대역이 결정된다. 상대적으로 파장 가변이 용이한 레이저로는 이득 매질의 종류에 따라서 기체(gas) 레이저, 색소(dye) 레이저 및 고체(solid-state) 레이저 등을 그 대표적인 예로 들 수 있다.
하지만 이러한 일반적인 공진기 기반의 레이저의 경우 동작하는 파장 대역이 이득 매질이 지니고 있는 방출 대역폭(emission bandwidth) 이내로 제한되기 때문에 이를 극복할 수 있는 방안으로 비선형 주파수 변환 기법이 자주 사용된다. 레이저로부터 방출된 빛을 위상 정합 조건에 맞추어 적합한 비선형 단 결정에 투과시켜 비선형 단 결정 내에서의 합 주파수 생성(SFG; sum frequency generation), 차 주파수 생성(DFG; difference frequency generation), 그리고 광 매개 방출 및 증폭(OPG & OPA; optical parametric generation & amplification) 방법 등을 이용하면 별도의 공진기를 제작하지 않고도 파장 가변 영역을 자외선에서부터 적외선 영역까지 넓힐 수가 있다. 그 이외에도 광 매개 공진기(OPO; optical parametric oscillator)와 같이 비선형 단 결정이 포함된 추가적인 공진기를 구성하여 공진기 내에서 광 매개 효과에 의해 생성된 빛을 공진시킴으로써 파장 조절 범위를 넓힐 수도 있다.
이러한 파장 조절을 기반으로 한 네트워크로 파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 기반의 광 가입자 망(Passive Optical Network: PON)(이하, 'WDM-PON'이라고 함)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. WDM-PON은 음성, 데이터 및 방송 융합 서비스를 제공할 수 있다.
WDM-PON에서는 각 가입자에게 정해진 각각의 파장을 사용하여 중앙 기지국(Center Office, CO)과 가입자 간의 통신이 이루어진다. 그리고 WDM-PON은 가입자 별로 전용 파장을 사용하므로, 보안이 우수하고, 대용량의 통신 서비스가 가능하며, 가입자 별 또는 서비스 별로 링크율(Link Rate) 및 프레임 포맷(Frame Format) 등이 다른 전송 기술의 적용이 가능하다는 장점을 가진다.
하지만, WDM-PON은 WDM 기술을 사용하여 단일 광섬유에 여러 파장을 다중화하는 기술이므로 하나의 옥외 노드(Remote Node: RN)에 속하는 가입자 수만큼 서로 다른 광원을 필요로 한다. 이러한 파장 별 광원의 생산, 설치 및 관리는 사용자와 사업자 모두에게 커다란 경제적 부담으로 작용하여 WDM-PON의 상용화에 커다란 걸림돌이 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광원의 파장을 선택적으로 가변할 수 있는 파장 가변 광원 소자의 적용 방안이 활발히 연구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 외부 기온 변화에 대해 안정적으로 출력을 제어할 수 있는 외부 공진기형 파장 가변 광원을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원은 이득 매질, 외부 반사경, 제 1 서미스터, 제 2 서미스터 및 열전 소자를 포함한다. 상기 이득 매질은 인가되는 바이어스 전류에 기초하여 광 신호를 생성하고 증폭한다. 상기 외부 반사경은 상기 이득 매질과 직접 결합한다. 상기 제 1 서미스터는 상기 이득 매질 상에 구비되어 상기 이득 매질의 온도를 측정한다. 상기 제 2 서미스터는 상기 외부 반사경 상에 구비되어 상기 외부 반사경의 온도를 측정한다. 상기 열전 소자는 상기 제 1 및 제 2 서미스터에 의해 측정되는 온도에 기초하여 방열 동작을 수행한다.
일 실시예에 있어서, 상기 이득 매질 및 상기 외부 반사경은 버트 결합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 외부 반사경은 폴리머 분산 브래그 격자일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 외부 반사경은 파장 조절을 위한 히터 전극 및 위상 제어를 위한 위상 제어 전극을 포함하고, 상기 외부 반사경은 상기 제 1 서미스터에 의해 측정되는 온도 및 상기 히터 전극에 입력되는 전력 사이의 관계에 기초하여 출력 파장을 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 외부 반사경은 파장 조절을 위한 히터 전극 및 위상 제어를 위한 위상 제어 전극을 포함하고, 상기 외부 반사경은 상기 제 1 서미스터에 의해 측정되는 온도 및 상기 제 2 서미스터에 의해 측정되는 온도에 기초하여, 상기 위상 제어 전극을 통해 위상 변화를 보상할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이득 매질 및 상기 제 2 서미스터는 실리콘 블록에 실장되고, 상기 외부 반사경 및 상기 제 1 서미스터는 실리콘 기판 상에 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 블록 및 상기 실리콘 기판은 능동 또는 수동 정렬 방식에 의해 광정렬될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 실리콘 블록 및 상기 실리콘 기판은 자외선 경화 접착제(UV curable adhesive)에 의해 서로 고정될 수 있다.
본 기술은 외부 기온 변화에 대해 영향을 적게 받을 수 있도록 외부 반사경의 온도를 기준으로 외부 공진기형 파장 가변 광원의 온도를 제어하도록 한다. 또한, 외부 기온 변화 및 히터 구동에 따라 미세하게 발생하는 위상 변화에 따른 파장 변화를 이득 매질 상에 구비된 서미스터를 이용하여 모니터링하고, 이를 기초로 파장을 제어한다. 따라서, 외부 공진기형 파장 가변 광원의 출력을 안정적으로 제어할 수 있다.
도 1은 광대역 광원을 이용한 기존의 WDM-PON의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 파장가변 광원을 이용한 기존의 WDM-PON의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 외부 공진기형 파장 가변 광원의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 4는 외부 공진기형 파장 가변 광원의 발진 파장의 배치를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에서 위상 조절기를 동작시켰을 때 나타나는 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에 있어서 이득 매질의 측면에서 온도를 제어하는 경우의 파장 및 출력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에서 외부 공진기의 온도를 제어하는 경우의 파장 및 출력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에서의 열 전달 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원의 외부 온도를 변화시키는 경우에 이득 매질 측면의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 레이저에서 외부 온도 변화에 따른 이득 매질 측면의 온도와 출력 파장의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 레이저에서 히터 파워를 변화시켜 주었을 때 이득 매질의 측면 온도를 측정한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 WDM(wavelength division multiplexing)-PON(passive optical network)을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, WDM-PON은 중앙 기지국(Center Office: CO)에 놓이는 기지국 송신 장치인 OLT(Optical Line Terminal)(110), 가입자 측에 놓이는 가입자 단말 장치인 ONU 또는 ONT(Optical Network Unit 또는 Optical Network Terminal)(130) 및 RN(remote node)(120)을 포함할 수 있다. OLT(110)와 RN(120)은 단심의 피더(Feeder) 광섬유(117)로 연결되고, RN(120)과 ONU/ONT(130)는 분배(Distribution) 광섬유(125)로 연결될 수 있다.
OLT(110)로부터 ONU/ONT(130)로 전송되는 하향 광은 OLT(110) 내의 광대역 광원(Broadband Light Source, BLS)(112)으로부터 제1 써큘레이터(Optical Circulator)(114) 및 WDM 다중화/역다중화 기능을 수행하는 AWG(Arrayed Waveguide Grating)(113)를 통해 OLT용 광 송신기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier, RSOA)(111)로 전달될 수 있다.
RSOA(111)로 전달된 하향 광은 OLT 용 광 송신기(111)로부터 다시 AWG(113), 제1 써큘레이터(114) 및 제2 써큘레이터(115)를 거쳐 피더 광섬유(117)를 통해 RN(120)의 AWG(123)로 전달되고, 다시 분배 광섬유를 통해 ONU/ONT(130) 내의 1x2 광 커플러(Optical Coupler)(또는 써큘레이터)(133)를 거쳐 최종적으로 ONU용 광 송신기(131) 및 광 수신기(132)로 전달될 수 있다.
ONU/ONT(130)로부터 OLT(110)로 전달되는 상향 광은 앞선 하향 광과 반대 방향으로 전달될 수 있다. 즉, 상향 광은 ONU용 광 송신기(131)로부터 1x2 광 커플러(133), 분배 광섬유(125), RN(120)의 AWG(123), 피더 광섬유(117), 제2 써큘레이터(115) 및 AWG(118)를 거쳐 OLT용 광수신기(116)로 전달될 수 있다.
도 1과 같은 광대역 광원을 이용한 WDM-PON은 OLT(110) 쪽의 광원을 ONU(130)에서도 사용하기 때문에 가입자 단에서 별도의 광원을 확보할 필요가 없다. 따라서, 색 무의존도(colorless)의 시스템을 구현할 수 있다. 하지만, 광대역 광원을 이용한 WDM-PON(100)은 별도의 광대역 광원을 이용하여 씨앗 광원을 주입하고, 이를 RSOA(111)에서 증폭 및 변조하기 때문에 속도의 제한이 생겨 10 Gbps 급 시스템에서는 사용하기 힘든 방식으로 인식되고 있다. 이를 보완하기 위해 반사형 전계흡수 변조기를 집적한 소자가 대안으로 제시되고 있다.
도 2는 파장 가변 광원을 이용한 기존의 WDM-PON의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, WDM-PON(200)은 중앙 기지국(CO) 측에 놓이는 OLT(210), 가입자 측에 놓이는 ONU/ONT(230) 및 RN(220)을 포함한다. OLT(210)와 RN(220)은 단심의 피더 광섬유(217)로 연결되고 RN(220)과 ONU/ONT(230)는 분배 광섬유로 연결될 수 있다.
하향 광은 OLT(210)의 파장 가변 광원(Tunable Laser Diode: TLD)(211)으로부터 WDM 필터(213)를 통해 AWG(214), 피더 광섬유(217), AWG(223), 분배 광섬유(225) 및 WDM 필터(233)를 거쳐 ONU/ONT(230)의 수광부(232)에 전달될 수 있다. 상향 광은 앞선 하향 광과 반대 방향으로 진행하여 기지국 송신 장치(210)의 수광부(Photodiode: PD)(212)에 전달될 수 있다.
도 2의 WDM-PON은 도 1의 WDM-PON과 달리, 파장에 대한 의존성이 없는 시스템을 구성하기 위하여 파장 가변 광원(211, 231)을 OLT(210)와 ONU/ONT(230) 각각에 사용할 수 있다. 도 2의 파장 가변 광원을 이용한 WDM-PON은 OLT(210)와 ONU/ONT(230)가 각각 광원을 보유해야 한다는 제한이 있으나 레이저를 사용하는 구조이므로 도 1의 WDM-PON과 비교하여 속도 측면에서 높은 성능을 구현할 수 있는 장점이 있다. 이러한 시스템을 구현하는 데 중요한 열쇠는 저비용으로 신뢰성 있고 높은 성능의 파장 가변 광원을 만들 수 있는지 여부에 달려있다.
본 발명의 실시예에서는 WDM-PON에서 저비용으로 신뢰성 있고 높은 성능의 파장 가변 광원을 구현하기 위한 방법에 대해 개시한다.
외부 공진기형 파장 가변 광원은 외부 공진기를 통해 발진 광이 필터링되는 효과를 가지고 있기 때문에 이에 의해 단일 모드 레이징(lasing)이 훨씬 유리하게 된다. 하지만 외부 공진기가 특정 조건에서 안정된 발진 조건을 갖고 있다고 하더라도 인가되는 전류나 외부 기온 등이 변화하게 되면 발진 모드가 불안한 영역으로 이동할 수 있다. 이러한 경우, 외부 공진기형 파장 가변 광원에서 인접 모드로의 모드 호핑 현상이 발생하기도 하고 경우에 따라서는 멀티 모드 레이징 등의 현상이 보이기도 한다. 모드 호핑 또는 멀티 모드 레이징과 같은 현상이 발생하는 경우, 단일 모드로 일정한 파장을 사용하는 광통신 분야에서 전송 데이터의 에러율을 높일 수 있다.
따라서, 외부 공진기형 파장 가변 광원을 사용하는데 있어서 주어진 조건 하에서 안정된 파장 영역을 결정하거나 주어진 파장 영역에서 안정된 조건을 결정하는 것은 소자를 사용에 함에 있어 필수 불가결한 부분이다.
이하, 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의상 주로 열광학 효과(TO;thermo-optic)를 이용한 외부 공진기형 파장 가변 광원을 기준으로 설명을 한다. 하지만, 이하, 본 발명의 실시예에 따른 파장 조절 방법은 일반적인 외부 공진기형 광원에 동일하게 적용되어 개별 소자 방식에 맞게 적용될 수 있다.
파장 가변 광원은 광 통신, 스펙트로스코피(spectroscopy), 센서 등 다양한 분야에서 사용되는 핵심 소자로써 파장 가변 광원을 구현하기 위해 다양한 기술이 제안되었다. 파장 가변 광원은 SG-DBR(sampled grating distributed Bragg reflector)을 비롯한 반도체 소자를 이용해 Vernier 효과를 사용하는 단일 집적 레이저, 외부 그레이팅 반사경을 이용한 외부 공진기 레이저, 여러 단일 파장 광원을 어레이 형태로 만들어 다파장을 구현하는 어레이 레이저 등이 대표적이다.
외부 공진형 파장 가변 광원에서 사용되는 파장 가변 기술은 MEMS(Micro electro mechanical systems) 기술을 이용해 회절 각도로 파장을 분리해 주는 기술, 열광학 효과(TO;thermo-optic)를 이용한 기술, 액정(liquid crystal)과 같은 전압 또는 전류에 의해 파장을 가변하는 기술 등으로 분류될 수 있다.
현재까지의 기술 수준을 보면 단일 집적에 의한 파장 가변 방식이 가장 발전하였으나, 수율 문제로 인한 고가격으로 인해 문제점을 가지고 있다. 어레이 레이저의 경우 그 크기 및 수율로 인해 역시 적용에 한계를 가지고 있다. 외부 공진기 레이저의 경우 안정적인 레이저 구동은 어느 정도 가능하나, 외부 공진기 레이저가 가질 수 밖에 없는 큰 크기에 의한 제약과 고속 동작의 제한이 존재하게 된다.
도 3은 외부 공진기형 파장 가변 광원의 동작을 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, 외부 공진기형 파장 가변 광원은 이득 매질과 외부 공진기를 포함할 수 있다.
이득 매질은 광원의 발진에 필요한 이득을 제공해주기 위해 구현될 수 있다.
외부 공진기는 파장을 가변해주기 위해 구현된 것으로 예를 들어, 열광학 방식에 의해 파장을 가변해줄 수 있다.
이득 매질은 반도체 재료나 결정 또는 기체 분자 등으로 이루어지며, 외부 광에 의한 펌핑 또는 전류 주입에 의해 이득을 얻을 수 있다. 반도체 레이저 등에서는 외부 공진기와의 광 결합을 향상시키기 위해 모드 변환기 등을 집적할 수 있다.
외부 공진기는 이득 매질의 외부에 파장 선택성이 없는 거울이나 또는 파장 선택성이 있는 브래그 그레이팅 거울(Bragg Grating Reflector) 등을 이용해 구현될 수 있다.
외부 공진기형 파장 가변 광원은 외부 공진기를 기반으로 파장 가변 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 외부 공진기형 파장 가변 광원은 외부의 전류 주입, 온도 변화 또는 각도 조절 등을 기반으로 광원에서 생성된 광 신호가 통과 또는 반사되는 대역의 변화가 발생하도록 구현될 수 있다. 외부 공진기형 파장 가변 광원은 폴리머 재료 또는 반도체 재료 등을 사용하여 구현될 수 있다. 외부 공진기형 파장 가변 광원은 플라즈마 효과나 열광학 효과에 의한 굴절률 변화를 일으키거나 회절 각도의 변화에 의한 파장 변화를 이용해 파장 가변이 가능하도록 구현될 수 있다.
외부 공진기형 파장 가변 광원 중에 열광학 효과를 기반으로 한 파장 가변 레이저를 구현하는 경우, 수퍼루미네슨트 다이오드(superluminescent diode)라 불리는 반도체 이득 매질과 열광학 효과가 큰 폴리머 재료에 분산 브래그 그레이팅을 형성한 외부 공진기를 광 결합할 수 있다.
외부 공진기형 파장 가변 광원은 열광학 효과를 이용해 파장을 조절하기 위해 히터 전극을 형성하여 소자의 굴절률을 조절할 수 있다. 레이저의 구동 파장이 온도 조절에 의해 가변되므로 파장을 변화시키기 위한 제어 방식이 단순해 지는 장점이 있지만, 재료 자체가 온도에 민감하게 파장이 변화하는 소자이기 때문에 외부의 환경 변화에 의해 쉽게 출력이 변화될 수도 있다.
도 4는 외부 공진기형 파장 가변 광원의 발진 모드를 외부 공진기의 반사율(또는 투과형의 경우 투과율) 곡선상에 나타낸 그래프이다.
도 4에서는 외부 공진기의 반사 대역폭 또는 투과 대역폭 또는 투과 대역폭 내에 복수개의 모드가 배치되는 경우, 피크 위치를 중심으로 복수개의 모드가 배치될 수 있는 극단적인 두 가지 경우에 대해 개시한다. 일반적인 발진 모드는 이러한 두 가지 극단적 배치 형태의 사이의 어떤 형태를 띄게 된다.
비선형 이득 현상에 의한 영향을 제외하고 도 4(a)와 같은 발진 모드의 배열에 대해 설명하면 중심부의 모드가 반사율이 제일 높기 때문에 거울면 손실이 가장 작아 발진을 하는 발진 모드가 되고 이 외의 모드는 주변 모드가 되는 모드 배치를 이룬다. 발진 모드와 주변 모드 사이의 손실 차이가 크기 때문에, 도 4(a)와 같이 모드 배열이 수행된 경우, 높은 SMSR(side mode suppression ratio)을 갖는 출력 특성을 획득할 수 있다.
도 4(b)와 같은 모드의 배열은 두 모드의 손실 차이가 거의 없기 때문에, 약간의 섭동에 의해서도 모드 호핑이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 발진 특성이 불안해지게 된다.
따라서 외부 공진기형 파장 가변 광원에서 모드 간의 배치를 도 4(a)와 같이 수행하여 모드를 안정화 시켜주는 것이 소자를 안정적으로 사용해 주는데 필수적이다. 이는 소자의 안정적 동작만을 기준으로 이야기한 것으로 만약 낮은 처핑 상태를 유지하기 위한 방법이 될 경우에는 도 4(a)의 가장 장파장 모드가 동작하도록 해 주어야 하기도 한다. 어떤 경우가 되었건 이러한 모드 배치를 위해서는 기준 위치를 잡고 이를 기준으로 특정 영역으로 모드를 이동시켜 주는 동작이 필요하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원은 위상 제어부를 포함할 수 있다. 외부 공진기형 파장 가변 광원은 기본적으로 좁은 대역폭을 갖는 필터 구조에 의해 파장이 결정될 수 있다. 따라서, 필터의 반사 대역폭 또는 통과 대역폭 내의 피크 값을 기준으로 어떤 위치에서 발진하는냐에 따라 발진 모드의 안정성이 결정될 수 있다.
따라서, 위상 제어부는 위상 제어 전극을 기반으로 발진 모드의 파장이 필터의 반사 대역폭 또는 통과 대역폭 내에서 안정적인 위치에 위치되도록 구현될 수 있다. 이러한 발진 모드의 파장이 필터의 통과 대역폭 또는 반사 대역폭내의 특정 위치에 놓이도록 하는 것을 디튜닝(detuning)이라는 용어로 표현할 수 있는데 이러한 반사율 또는 투과율의 최대값을 기준으로 장파장 또는 단파장으로 이동시켜 주는 것을 의미한다.
예를 들어, 위상 제어부는 굴절률의 변화를 주거나 전체 공진기 길이를 미세하게 변화시켜 발진 모드의 위치를 조정하여 도 4(a)와 같이 외부 공진기형 파장 가변 광원이 안정적으로 동작하도록 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원의 동작 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5에서는 위상 제어부를 이용해 발진 모드의 파장을 디튜닝한 경우, 발진 모드의 파장 및 파워를 측정한 결과와 이때 외부 공진기 반사율과의 관계를 나타낸다. 이러한 그래프를 디튜닝 곡선이라고 할 수 있다. 도 5의 그래프는 위상 조절부 입력 파워를 높은 값에서 낮은 값으로 보내는 동작 두 번과 두 번의 낮춰 주는 동작 사이에 낮은 값에서 높은 값으로 보내는 동작 한 번을 해주어 총 세 번 측정한 결과를 도시하였다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원은 대략 -0.3nm/℃의 열광학 계수를 갖는 폴리머 재료를 기반으로 구현될 수 있고, 위상 제어부를 포함할 수 있다.
위상 제어부는, 예를 들어, 분산 브래그 그레이팅이 없는 광 도파로 부분에 히터 전극을 형성해 구현될 수 있다. 위상 제어부에 전류를 주입하여 열을 발생시키는 경우, 열광학 효과에 의한 미세한 굴절률 변화를 일으키게 되고 외부공진기 레이저의 전체 공진기 길이가 미세하게 바뀌는 위상의 변화를 야기할 수 있다.
도 5에는 발진 파장(Peak Wavelength)을 측정한 결과 및 측정된 파장에 따른 피크 파워(Peak Power)를 측정한 결과가 도시되어 있다.
피크 파장의 측정 결과를 나타낸 곡선(Peak Wavelength)을 참조하면, 음의 열광학 계수를 갖고 있기 때문에 위상 제어부 입력 파워가 낮아질수록 발진 모드가 장파장으로 이동하는 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 도 4(a)의 가운데에 위치하는 모드를 기준으로 설명하면 이 모드가 가장 반사율이 높기 때문에 레이징을 하게 되고 이 상태에서 위상 제어부의 입력 파워를 낮춰 주면, 이 모드는 장파장으로 이동하다 어느 순간 모드 간의 배치가 도 4(b)와 같은 형태로 변화 되게 되고 이 순간을 넘어가게 되면 발진하던 모드의 손실이 도 4(b)의 단파장 모드보다 커지게 되어 이 모드로 모드 호핑 현상이 나타나게 된다.
반대로 위상 제어부의 입력 파워가 높아지는 경우, 발진 모드가 단파장으로 이동할 수 있다. 이 경우 위상 조절부의 입력 파워가 낮아지는 경우와 반대 상황이 발생하면서 마찬가지의 이유로 이번에는 단파장 모드에서 장파장 모드로 호핑이 발생하고 파워의 변화에 따라 계속해서 반복되는 것을 볼 수 있다.
한편, 위상 제어부의 입력 파워가 동일한 값인 경우에도 이전에 이 값에 도달하게 된 이력에 따라 두 가지의 다른 모드가 발생하는 바이스테이블한(bistable) 영역이 발생할 수 있다. 이는 앞선 설명으로는 해석이 되지 않는 것으로, 이는 비선형 이득 현상에 의해 발생하게 되는데 일단 발진을 하고 있는 모드는 주변 모드의 발진을 방해하기 때문에 앞선 설명에서 4(b)와 같은 모드 배치가 이루어 져도 바로 모드 호핑이 발생하지 않고 더 디튜닝이 된 후에 모드 호핑이 발생한다는 이론이다. 따라서 발진하는 모드의 안정화 영역 자체가 늘어나게 된다. 또다른 비선형 이득 현상에 의한 효과는 단파장 모드에 비해 장파장 쪽의 모드가 발진 모드로 더 선호되어 전체적인 반사율 대비 디튜닝 곡선 자체가 장파장쪽으로 이동된 형태로 나타나게 된다는 것이다. 도 5에도 이를 반영하여 파장 대비 반사율 곡선의 중심 파장이 측정치 전체 범위에서 단파장쪽으로 이동되어 도시되어 있는 것을 볼 수 있다.
측정된 파장에 따른 피크 파워를 측정한 결과를 나타낸 곡선(Peak Power)을 참조하면, 광 파워도 발진 모드의 이동에 따라 변화되는 것을 볼 수 있는데 저반사 코팅면의 반사율(도 3의 r2), 반사 손실의 변화에 따라 변화하게 된다. 도 5의 측정 결과의 경우에는 반사율의 피크 위치에서 출력 파워가 가장 작고 장파장 또는 단파장으로 이동할수록 커지게 된다. 장파장의 발진 영역이 더 넓기 때문에 장파장 끝에서 가장 큰 출력 파워를 나타낼 수 있다. 지금까지 설명한 발진 파장의 변화는 외부 공진기형 파장 가변 광원에서 공통적으로 나타나게 되는데 반해, 출력 파워의 변화 추이는 이득 매질 및 외부 공진기의 내부 손실, 공진기 내의 내부 반사 등 다양한 요소에 의해 영향을 받아 앞서 설명한 것과는 다른 경향성을 나타낼 수도 있다.
하지만 동일한 외부 공진기형 파장 가변 광원에서는 파장 가변 등의 동작 변화에 대해서도 동일한 경향성을 나타내기 때문에, 외부 공진기형 파장 가변 광원의 동일한 경향성을 기반으로 외부 공진기형 파장 가변 광원 제작 후의 캘리브레이션을 수행하여 실제 환경에서 동작하는 외부 공진기형 파장 가변 광원의 파장이 안정적으로 설정되도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에 있어서 이득 매질의 측면에서 온도를 제어하는 경우의 파장 및 출력 변화를 나타낸 그래프이다.
온도 제어는 이득 매질 (711)을 올려 놓은 실리콘 블락 (710)에 써미스터 (713)를 장착하여 이득 매질의 발열에 의한 온도 변화를 감지하여 일정한 온도를 유지시켜 주는 방법으로 하였다. 레이저 모듈은 seam sealing을 하여 습도 변화에 의한 영향은 배제하였다. +25℃에서 +50℃의 구간에서 모듈 외부 온도를 변화시켜 주었을 때 파장은 0.4nm 이상, 출력 파워는 1.5dB 이상 변화되는 것을 볼 수 있다. 상술한 +25℃에서 +50℃의 온도 범위가 광통신 소자의 일반적인 동작 범위보다 상대적으로 좁은 범위임에도 불구하고 파장 및 파워 변화가 상당히 큰 값을 갖는 것을 볼 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원(700)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원(700)의 평면도이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원(700)의 측면도이다.
도 7a 및 7b를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원(700)은 실리콘 블록(710), 실리콘 기판(720) 및 열전 소자(730)를 포함한다. 실리콘 블록(710)에는 이득 매질(711)이 실장된다. 실리콘 기판(720)에는 폴리머 브래그 그레이팅 반사경(Polymer Bragg Grating Reflector; PBR; 721)가 형성될 수 있다. 폴리머 브래그 그레이팅 반사경(740)은 이득 매질(711)이 실장되는 실리콘 블록의 외부에 존재하고, 이득 매질과 직접 결합하는 외부 반사경으로서의 역할을 할 수 있다.
또한, 이득 매질(711)이 실장되는 실리콘 블록(710) 상에는 제 2 서미스터(713)가 구비되고, 실리콘 기판(720)의 PBR(740) 상에는 제 1 서미스터(743)가 구비된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(720)에는 PBR(740)이 형성되고, PBR(740)의 위상 및 파장 조절을 위한 제 1 전극(744), 제 2 전극(745) 및 두 전극의 공통 접지로 사용될 수 있는 제 3 전극(746)이 형성된다. PBR(740)의 파장을 조절하기 위한 히터 전극은 제 2 전극(745) 및 제 3 전극(746)으로 구성된다. 제 2 전극(745) 및 제 3 전극(746)은 PBR(740)의 브래그 그레이팅이 형성된 근처에 형성되어 열을 가함으로써 중심 파장을 이동시키도록 구성된다. 또한, PBR(740)의 위상을 조정하기 위한 위상 제어 전극은 제 1 전극(744) 및 제 3 전극(746)으로 구성된다. 제 1 전극(744) 및 제 3 전극(746)은 브래그 그레이팅이 형성되지 않은 광 도파로 상에서 형성되어 열을 발생시킴으로써 굴절률 변화를 일으킨다. 이로 인해 미세 파장 변화 즉 발진 모드의 위상 변화가 일어나도록 한다. 제 3 전극(746)은 상기 히터 전극 및 상기 위상 제어 전극에서 공통적으로 접지 전극 역할을 수행하도록 구성된다.
외부 공진기 파장 가변 레이저(700)를 구현하는데 있어 이득 매질(711)과 파장 가변 필터인 PBR(740)의 광결합은 두 소자의 광도파로(741) 사이에 렌즈와 같은 광결합 부품이 들어가지 않는 버트 결합 (but coupling) 형태를 가지고 있다. 이는 전체 공진기 길이를 줄여 소자가 고속 동작이 가능하게 하기 위한 것이 가장 큰 목적이며, 여기에 부가적 효과로 필요한 광부품의 수를 줄일 수 있어 저가화에도 유리한 구조이다. 이득 매질(711)이 실장되는 실리콘 블락 (710)은 폴리머 분산 브래그 격자 (PBR; Polymer Bragg grating Reflector, 740)가 형성된 실리콘 기판 (720)과 능동 또는 수동 정렬 방식에 의해 광정렬 되며, 자외선에 의해 경화되는 접착제(UV curable adhesive)를 통해 고정될 수 있다. 또한, 추가적으로 모니터링 수광 소자(715)를 이득 매질(711)의 후면에 구비하여 외부 공진기 파장 가변 레이저(700)가 일정한 파워 값으로 동작이 가능하도록 할 수 있다.
통상적인 외부 공진기 파장 가변 레이저의 경우 인가 전류에 따라 발생하는 이득 매질의 온도 변화를 일정하게 제어해 주기 위해 서미스터(thermister)를 이득 매질의 측면에 위치하게 하고, 상기 서미스터로부터의 출력을 기초로 열전소자를 일정한 온도로 제어하도록 한다. 이와 같이 외부 공진기 파장 가변 레이저를 구성하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같은 큰 특성 변화가 발생하게 된다.
본 발명에 따른 외부 공진기 파장 가변 레이저(700)는, 이득 매질(711) 상에 위치하는 제 2 서미스터(713) 이외에, PBR(740) 상에 위치하는 제 1 서미스터(743)를 포함한다. 따라서, 제 1 서미스터(743)를 온도 제어용 서미스터로 사용해 외부 공진기 파장 가변 레이저(700)의 특성 변화를 최소화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에서 외부 공진기의 온도를 제어하는 경우의 파장 및 출력 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에 있어서, 외부 온도 변화에 따른 광원의 출력 파장 및 파워 변화를 측정한 결과가 도시되어 있다. 도 8을 도 6과 함께 참조하면, 도 8의 경우 도 6의 경우에 비해 더 넓은 온도 범위 (-25℃에서 +60℃) 변화에 대해서도 더 작은 파장 변화 (0.29nm) 및 파워 변화 (0.9dB)를 보이는 것을 알 수 있다. 그림에서 60℃에서는 모드 호핑이 일어난 것을 볼 수 있다. 이는 버트 커플링된 외부 공진기형 파장 가변 광원의 고유한 특성에서 기인한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에서의 열 전달 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 통상적인 외부 공진기형 파장 가변 광원에서의 온도 제어를 위한 구성을 도시하고 있다. 통상적인 외부 공진기형 파장 가변 광원의 경우, 이득 매질(711)의 온도를 기준으로 제 2 서미스터(713)를 통해 온도 제어를 수행하므로, 외부 기온 변화에 대해 이득 매질의 온도는 일정하게 유지될 수 있다. 그러나 통상적인 외부 공진기형 파장 가변 광원의 경우 외부 파장 가변 필터 (740)의 온도는 그렇지 않다. 즉, 이득 매질의 온도를 일정하게 유지해 주기 위해 TEC에서 방열을 수행할 때, 이득 매질 부분과 동일한 단위 면적당 열을 외부 파장 가변 필터 부분에서도 뽑아 주게 되는데 이때 외부 기온이 일정하게 유지되면 상관없으나 만약 변한다면 이득 매질의 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위해 방열시키는 양이 변화하게 되어 PBR(740)의 온도는 변화될 가능성이 크다. 만약 TEC 상에 올라가는 실리콘 블락 및 기판의 면적 비율을 최적화하여 항상 동일한 온도 변화가 양쪽에 발생하도록 하는 것도 가능할 수 있으나 실제 제작 측면에서는 용이하지가 않다. 따라서 이러한 외부 파장 가변 필터의 온도 변화에 따라 동작 파장이 이동되고 이러한 파장 변화와 함께 앞서 그림 5에서 나타난 위상 제어 전극의 입력 파워에 따른 출력 파워의 변화와 같은 현상이 동시에 발생해 좁은 범위의 외부 기온 변화에 대해서도 특성 변화가 쉽게 일어 나게 된다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에서의 온도 제어를 위한 구성을 도시하고 있다. 도 9b와 같이 추가적인 제 1 서미스터(743)를 외부 파장 가변 필터에 장착하여 이를 기준으로 온도를 제어하게 되면 외부 기온 변화에 대해서도 파장 가변 필터의 동작 온도가 고정되게 되어 외부 공진기 레이저의 동작 파장이 일정하게 유지되게 된다. 반면 이득 매질 부분은 제 1 서미스터를 통해 제어되는 단위 면적당 방열량에 의해 외부 기온 변화에 따라 변화될 수 있다. 외부 공진기형 파장 가변 광원의 출력 파워의 경우, 본 발명에 의한 제어 방식에 의해 생기는 이득 매질 부분의 온도 변화 (도 10을 참조하면 약 5oC 정도의 변화)에 따른 특성 변화가 크지 않으므로, 도 8에 도시된 피크 파워 변화 결과와 같이 동작 모드의 디튜닝에 의한 파워 변화 정도의 낮은 변화폭을 갖게 된다.
한편, 이와 같은 방식으로 온도를 제어하더라도 모듈의 특성 변화를 외부 기온 변화에 대해 완벽하게 분리시켜 줄 수는 없다. 도 8의 피크 파장의 변화 결과에서와 같이 외부 파장 가변 필터에 대해서 온도를 제어해 주더라도 파장 및 파워가 변화되는 것을 볼 수 있는데 이는 도 5를 참조하면 설명할 수 있다. 외부 파장 가변 필터에 대해 온도 제어를 수행하여 파장을 일정하게 유지시켜 주더라도 소자를 둘러싼 패키지 내의 자유 공간에서의 기온 변화에 따라 미세한 위상 변화가 생길 수 있다. 즉 자유 공간의 기온 변화가 위상 제어부 파워를 변화시키는 것과 비슷하게 작용해 이득 매질 또는 외부 파장 가변 필터의 길이 또는 굴절률 변화에 의해 디튜닝이 생기는 것으로, 도 5의 피크 파워 변화와 같이 1dB 이상의 변화와 한 모드 간격 정도의 파장 변화를 유발할 수 있다. 도 5를 기준으로 할 때, 상술한 파장 변화는 0.2nm 이상이 되어 100GHz나 50GHz의 파장 간격을 갖는 ITU grid의 허용 범위를 넘게 된다. 이를 보정해 주기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원에서는 이득 매질의 측면 서미스터를 이용하게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 광원의 외부 온도를 변화시키는 경우에 이득 매질의 측면 제 2 서미스터를 이용해 온도의 변화 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 외부 파장 가변 필터 상의 제 1 서미스터를 이용해 모듈의 온도를 25℃로 제어해 주면서 외부 기온 변화에 대해 제 2 서미스터에서 읽히는 온도를 측정한 결과이다. 제어용 서미스터의 역할을 하는 제 1 서미스터 (743)의 경우 외부 온도에 관계 없이 온도를 제어하고 있기 때문에 일정한 온도를 나타내고 있는 것을 볼 수 있지만 이득 매질의 측면 서미스터인 제 2 서미스터(713) 의 경우 외부 온도 변화에 따라 온도가 변화되는 것을 볼 수 있고 이를 통해 외부 기온이 변화되면 디튜닝이 일어나고 있는 것을 알 수 있다. 이를 파장 변화와 함께 도시한 것이 도 11이다.
도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 레이저에서 외부 온도 변화에 따른 이득 매질 측면의 온도와 출력 파장의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11을 참조하면, 이득 매질의 측면 서미스터인 제 2 서미스터(713)의 온도 변화와 피크 파장 변화가 거의 선형성을 가지고 변화하는 것을 볼 수 있으며 마지막 60℃에서는 모드 호핑이 발생한 것을 볼 수 있다. 제 2 서미스터(713) 및 제 1 서미스터(743)의 온도 변화를 나타내는 두 곡선이 선형적으로 변화하므로, 이들을 간단한 1차 또는 2차 함수 등으로 함수화하여 외부 기온 변화를 이득 매질의 측면 서미스터인 제 2 서미스터(713)를 이용해 감지하여 위상 제어 전극을 조절하여 위상 변화를 보상해 결과적으로 출력 파장을 일정하게 조절해 줄 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진기형 파장 가변 레이저에서 히터 파워를 변화시켜 주었을 때 이득 매질의 측면 온도를 제 2 서미스터로 측정한 그래프이다. 도 12를 참조하면, 파장 가변 필터의 동작 파장을 변화시켜 주기 위하여 히터에 전력을 가하였을 때, 히터 파워 변화에 따라 이득 매질 측면의 제 2 서미스터(713)에 읽히는 온도 변화를 측정한 결과 및 제 1 서미스터(743)에 읽히는 온도 변화가 도 12에 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 온도 제어용으로 사용되는 제 1 서미스터(743)의 온도는 변화가 없고, 제 2 서미스터(713)의 온도는 히터 파워에 대해 거의 선형적으로 변화하는 것을 볼 수 있다. 따라서 외부 기온과 히터 파워가 결정이 되면 이러한 함수화 된 수식에 의해 외부 공진기 파장 가변 레이저의 출력 파장을 제어 할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: WDM-PON 110: OLT
120: RN 200: WDM-PON
210: OLT 220: RN
700: 외부 공진기형 파장 가변 광원 711: 이득 매질
713: 제 2 서미스터 721: PBR
743: 제 1 서미스터

Claims (8)

  1. 인가되는 바이어스 전류에 기초하여 광 신호를 생성하고 증폭하는 이득 매질;
    상기 이득 매질과 광결합하는 외부 반사경;
    상기 이득 매질 상에 구비되어 상기 이득 매질의 온도를 측정하는 제 2 서미스터;
    상기 외부 반사경 상에 구비되어 상기 외부 반사경의 온도를 측정하는 제 1 서미스터; 및
    상기 제 1 및 제 2 서미스터에 의해 측정되는 온도에 기초하여 방열 동작을 수행하는 열전 소자를 포함하는, 외부 공진기형 파장 가변 광원.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이득 매질 및 상기 외부 반사경은 버트 결합되는 것을 특징으로 하는, 외부 공진기형 파장 가변 광원.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 반사경은 폴리머 분산 브래그 격자인 것을 특징으로 하는, 외부 공진기형 파장 가변 광원.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 반사경은 파장 조절을 위한 히터 전극 및 위상 제어를 위한 위상 제어 전극을 포함하고,
    상기 외부 반사경은 상기 제 2 서미스터에 의해 측정되는 온도 및 상기 히터 전극에 입력되는 전력 사이의 관계에 기초하여 출력 파장을 제어하는 것을 특징으로 하는, 외부 공진기형 파장 가변 광원.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 반사경은 파장 조절을 위한 히터 전극 및 위상 제어를 위한 위상 제어 전극을 포함하고,
    상기 외부 반사경은 상기 제 2 서미스터에 의해 측정되는 온도 및 상기 제 1 서미스터에 의해 측정되는 온도에 기초하여, 상기 위상 제어 전극을 통해 위상 변화를 보상하는 것을 특징으로 하는, 외부 공진기형 파장 가변 광원.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 매질 및 상기 제 2 서미스터는 실리콘 블록에 실장되고, 상기 외부 반사경 및 상기 제 1 서미스터는 실리콘 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 외부 공진기형 파장 가변 광원.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 실리콘 블록 및 상기 실리콘 기판은 능동 또는 수동 정렬 방식에 의해 광정렬되는 것을 특징으로 하는, 외부 공진기형 파장 가변 광원.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 실리콘 블록 및 상기 실리콘 기판은 자외선 경화 접착제(UV curable adhesive)에 의해 서로 고정되는 것을 특징으로 하는, 외부 공진기형 파장 가변 광원.
KR1020140091084A 2014-07-18 2014-07-18 파장 가변 광원 KR20160010803A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140091084A KR20160010803A (ko) 2014-07-18 2014-07-18 파장 가변 광원
US14/802,431 US9407061B2 (en) 2014-07-18 2015-07-17 Tunable light source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140091084A KR20160010803A (ko) 2014-07-18 2014-07-18 파장 가변 광원

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160010803A true KR20160010803A (ko) 2016-01-28

Family

ID=55075357

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140091084A KR20160010803A (ko) 2014-07-18 2014-07-18 파장 가변 광원

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9407061B2 (ko)
KR (1) KR20160010803A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200022126A (ko) 2018-08-22 2020-03-03 주식회사 도원엔바이로 질소와 인의 흡착형 세라믹 미생물 담체 및 이의 제조방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10876900B1 (en) * 2018-08-02 2020-12-29 Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force Systems and methods for high-speed, spectroscopic, gas-phase thermometry

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100299662B1 (ko) 1998-09-07 2001-10-27 오길록 열광학가변파장필터제작방법
KR100910979B1 (ko) 2007-07-27 2009-08-05 (주)켐옵틱스 폴리머 광 도파로형 파장가변 레이저 모듈
KR101124171B1 (ko) 2010-03-05 2012-03-27 주식회사 포벨 파장 가변 레이저 장치
KR101461158B1 (ko) 2010-07-16 2014-11-13 한국전자통신연구원 파장 가변 외부 공진 레이저 모듈
KR101208109B1 (ko) 2010-11-04 2012-12-05 주식회사 포벨 파장 가변 필터 및 이를 이용한 파장 가변 외부 공진 레이저

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200022126A (ko) 2018-08-22 2020-03-03 주식회사 도원엔바이로 질소와 인의 흡착형 세라믹 미생물 담체 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20160020575A1 (en) 2016-01-21
US9407061B2 (en) 2016-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12119616B2 (en) Method for wavelength control of silicon photonic external cavity tunable laser
US7962045B2 (en) Optical transmitter having a widely tunable directly modulated laser and periodic optical spectrum reshaping element
JP5029364B2 (ja) 波長可変フィルタおよび波長可変レーザ
KR101038264B1 (ko) 외부공진형 파장가변 레이저 모듈
EP2575220B1 (en) Tunable laser with integrated wavelength reference
KR101276338B1 (ko) 파장 가변 광원
US20050213618A1 (en) Semi-integrated designs for external cavity tunable lasers
US20150355482A1 (en) Modulated light source
KR102193981B1 (ko) 외부 공진기형 레이저의 제어 방법 및 제어 장치
WO2008097928A1 (en) Temperature stabilizing packaging for optoelectronic components in a transmitter module
US9817190B2 (en) Tunable wavelength filter with embedded metal temperature sensor and its application to external-cavity type tunable wavelength laser
JP2018085475A (ja) 多波長レーザ装置及び波長多重通信システム
KR20140144131A (ko) 파장 안정화 장치가 구비된 레이저 장치
KR20130072697A (ko) 외부공진 파장가변 레이저 모듈
KR20160010803A (ko) 파장 가변 광원
KR101885782B1 (ko) 파장가변 광송신기
KR101781411B1 (ko) 파장 가변 광원 구현 방법 및 장치
JP2015060944A (ja) 波長制御フィルタおよび波長可変レーザ
JP6735666B2 (ja) 光学ソース
US9368941B1 (en) Temperature compensation in an optical transmitter
US20130163993A1 (en) Directly-coupled wavelength-tunable external cavity laser
KR20150114823A (ko) 파장가변 외부 공진 레이저
KR20200139608A (ko) 파장가변 광원을 제어하는 방법
JP2012231186A (ja) 波長可変光送信器および光送受信器

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid