KR20160047171A - 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈 - Google Patents

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서준규
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Abstract

본 발명은 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 기판(120)의 상부에 형성되어, 광대역 광을 발생하는 반도체 레이저 칩(100), 상기 반도체 레이저 칩(100)과 일정거리 이격되어 상기 실리콘 기판(120)의 상부에 형성되어, 상기 반도체 레이저 칩(100)과 광결합되는 광 도파로(200), 상기 광 도파로(200) 상에 형성되어, 처핑(chirping)된 브래그 격자(Bragg grating)(500), 상기 광 도파로(200)의 상부에 구비되어, 열광학 효과에 의해 상기 브래그 격자(500)의 반사 대역을 조절하는 파장가변용 박막히터(400), 상기 광 도파로(200)의 상부에 상기 파장가변용 박막히터(400)와 길이 방향으로 일정거리 이격되어 형성되는 위상조절용 박막히터(300) 및 온도 센서(600)와 열전냉각기(700)를 포함하는 온도조절장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈에 관한 것이다.

Description

외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈 {Direct modulation external cavity tunable laser module}
본 발명은 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접 변조를 이용하여 파장가변 레이저의 출력광의 처핑(chirping)을 조절함으로써, 10 기가급 이상의 장거리 전송이 가능한 고속광원용으로 적용 가능한 외부 공진기형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈에 관한 것이다.
파장 분할 다중화(WDM, Wavelength Division Multiplexing) 광통신 기술은 현재 대부분 기간망 및 메트로망에 적용되는 기술로 하나의 광섬유로 구성된 광선로에 파장분할 다중화하여 다수의 고속신호를 전송하는 기술이다. 최근 이러한 파장 분할 다중화 방식의 전송망에는 파장가변 레이저를 사용하여 전송망의 유연성을 높이면서도 재고 부담과 운용 비용을 낮추려는 노력이 대두되고 있다.
파장가변 레이저에 있어서, DFB(Distributed FeedBack) 구조를 활용한 레이저가 개발되어 활용되고 있으나, DFB 레이저의 파장가변 범위가 10 nm 이하로 좁아 C-밴드(1535 nm ~1565 nm) 내의 모든 파장을 지원하기 위하여 3-4 세트의 파장가변 DFB 레이저 모듈을 사용해야 하는 단점이 있다.
또한, DFB 레이저를 이용한 파장가변 트랜스폰더는 광원이 고가이기 때문에 다채널 트랜스폰더를 백업용으로 구비해야 하기 때문에 망 운영자에게 재고 부담을 줄이는데 효율적인 해결책을 제공하지 못하고 있다.
파장 분할 다중화 파장가변 레이저는 파장가변 기능 외에도 10 Gbps급 상의 고속신호를 송,수신 할 수 있어야 한다.
이를 위하여, 종래의 파장가변 레이저는 별도의 전기광학 변환 변조기(electro-optics modulator 또는 electro-absorption modulator)를 공진기 외부에 위치하여 10 Gbps 급 이상의 신호를 송, 수신할 수 있다. 하지만 이러한 고속 변조기는 가격이 고가일 뿐만 아니라 삽입 손실이 커서 저가용 시장에는 적용하기 어려운 단점이 있다.
도 1은 종래의 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈의 평면도, 측면도 및 포함되어 잇는 브래그 격자(Bragg grating)를 나타낸 도면이다.
이러한 종래의 외부 공진형 파장가변 레이저는 공진기의 길이가 길어서 일반적으로 고속 동작의 직접 변조에는 적합지 않은 것으로 알려져 있다.
공진기 길이를 줄여서 10 Gbps 급의 동작이 가능케 하더라도 반도체 레이저 칩 자체의 처핑(chirping)이 커서 레이저 출력 후에도 광섬유 등의 전송로를 거치게 되면 그 처핑에 의한 색분산 효과로 인하여 전송거리가 크게 제한 받게 되는 문제점이 있다.
한편, 국내등록특허 제10-1038264호("외부공진형 파장가변 렐이저 모듈", 이하 선행문헌 1)에서는 파장 가변시 발진 파장의 안정성 및 재현성이 매우 높고, 열적/광학적/기계적 안정성 및 내구성이 높은 외부공진형 파장가변 레이저 모듈을 개시하고 있다.
국내등록특허 제10-1038264호(등록일 2011.05.25.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 직접 변조를 이용하여 파장가변 레이저의 출력광의 처핑(chirping)을 조절함으로써, 10 기가급 이상의 장거리 전송이 가능한 고속광원용으로 적용 가능한 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈는, 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈로서, 실리콘 기판(120)의 상부에 형성되어, 광대역 광을 발생하는 반도체 레이저 칩(100), 상기 반도체 레이저 칩(100)과 일정거리 이격되어 상기 실리콘 기판(120)의 상부에 형성되어, 상기 반도체 레이저 칩(100)과 광결합되는 광 도파로(200), 상기 광 도파로(200) 상에 형성되어, 처핑(chirping)된 브래그 격자(Bragg grating)(500), 상기 광 도파로(200)의 상부에 구비되어, 열광학 효과에 의해 상기 브래그 격자(500)의 반사 대역을 조절하는 파장가변용 박막히터(400), 상기 광 도파로(200)의 상부에 상기 파장가변용 박막히터(400)와 길이 방향으로 일정거리 이격되어 형성되는 위상조절용 박막히터(300) 및 온도 센서(600)와 열전냉각기(700)를 포함하는 온도조절장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 브래그 격자(500)는 일정한 주기는 갖는 브래그 격자로서, 발진하는 광원의 처핑을 광섬유의 색분산 방향과 반대 방향으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 위상조절용 박막히터(300)는 상기 파장가변용 박막히터(400)에 의해서 형성된 상기 브래그 격자(500)의 반사 파형 내에서 중심 파장보다 적색 부분으로 디튜닝(Detuning)시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파장가변용 박막히터(400)는 열광학 효과에 의하여 상기 파장가변용 박막히터(400)의 하부에 위치한 상기 브래그 격자(500)의 반사 대역폭을 이동 제어하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 광 도파로(200)는 립(rib)형, 리지(ridge)형, 인버티드 립(inverted rib)형, 인버티드 리지(inverted ridge)형, 채널(channel)형 중 선택되는 어느 하나의 광 도파로인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈은 처핑(chirping)된 브래그 격자(Bragg grating)를 포함함으로써, 출력광의 처핑을 최소화할 수 있으며, 10 기가급 이상의 장거리 전송이 가능한 장점이 있다.
더불어, 별도의 외부 변조기 없이도 레이저를 직접 변조하기 때문에 저가형 고속변조 파장가변 레이저 모듈이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래의 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈의 평면도 및 측면도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈의 처핑된 격자 주기를 갖는 브래그 격자(Bragg grating)의 예시도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈의 평면도와 측면도이다.
도 2 및 도 3을 참고로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈을 상세히 설명한다.
본 발명의 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 레이저 칩(100), 광 도파로(200), 위상조절용 박막히터(300), 파장가변용 박막히터(400), 브래그 격자(Bragg grating)(500), 온도 센서(600) 및 열전냉각기(TEC, Thermo-Electric Cooler)(700)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 반도체 레이저 칩(100)은 실리콘 기판(120)의 상부에 형성되어 광대역 광을 발생하게 된다.
상기 광 도파로(200)는 상기 반도체 레이저 칩(100)과 일정거리 이격되도록 상기 실리콘 기판(120)의 상부에 형성되며, 상기 반도체 레이저 칩(100)과 광결합된다.
상세하게는, 상기 반도체 레이저 칩(100)과 상기 광 도파로(200)는 버트 커플링(butt coupling)에 의하여 결합되며, 이를 통해서 공진기 길이를 최대한 줄여서 고속 동작이 가능한 이점이 있다.
상기 브래그 격자(500)는 상기 광 도파로(200) 상에 처핑된 형태로 형성된다. 상세하게는, 상기 브래그 격자(500)는 도 4에 도시된 바와 같이, 발진하는 레이저 출력의 처핑을 최소화하기 위하여, 인위적으로 상기 브래그 격자(500)의 주기를 길이 방향에 따라서 선형적으로 변화시켜 형성된다.
이러한 상기 브래그 격자(500)는 일정한 주기를 갖고 있으며, 발진하는 광원의 처핑을 광섬유의 색분산 방향과 반대 방향으로 제어하게 된다.
다시 말하자면, 상기 브래그 격자(500)는 상기 광 도파로(200)에서의 광의 진행방향에 대해 주기가 선형적으로 커지는 홈이 형성되도록 처핑되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광 도파로(200)는 폴리머 물질을 이용하여 형성될 수 있으며,
상기 브래그 격자(500) 역시 폴리머 물질을 이용하여 형성될 수 있으며, 상기 광 도파로(200)와 브래그 격자(500)를 형성하는 폴리머 물질로는, 할로rps 원소를 포함하여 자외선 또는 열에 의해 경화되는 관능기를 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 또다른 일 실시예에 따라, 상기 광 도파로(200)는 코어 및 클래드로 구성될 수 있으며, 상기 브래그 격자(500) 또한 코어 및 클래드로 구성될 수 있다.
코어를 구성하는 물질의 굴절률이 클래드를 구성하는 물질의 굴절률보다 높으며, 이에 따라 상기 브래그 격자(500)의 굴절률은 코어를 구성하는 물질의 굴절률 내지 클래드를 구성하는 물질의 굴절률과 동일하게 나타날 수 있다.
상기 파장가변용 박막히터(400)는 상기 광 도파로(200)의 상부에 구비되어, 열광학 효과에 의해 상기 브래그 격자(500)의 반사 대역을 조절할 수 있다.
상세하게는, 상기 파장가변용 박막히터(400)는 상기 브래그 격자(500)가 구비된 상기 광 도파로(200)의 상부에 구비되며, 열광학 효과에 의하여 상기 파장가변용 박막히터(400)의 하부에 위치한 상기 브래그 격자(500)의 반사 대역폭을 조절하여 이동 제어하게 된다.
상기 위상조절용 박막히터(300)는 상기 광 도파로(200)의 상부에 상기 파장가변용 박막히터(400)와 길이 방향으로 일정거리 이격되어 형성되며,
상기 위상조절용 박막히터(300)는 상기 파장가변용 박막히터(400)에 의해서 형성된 상기 브래그 격자(500)의 반사 파형 내에서 중심 파장보다 적색 부분으로 디튜닝(Detuning)시킬 수 있다.
즉, 상기 위상조절용 박막히터(400)는 공진하는 광의 파장의 위상을 조절하여, 파장이 상기 브래그 격자(500)의 반사 파형의 적색 부근으로 위치시킬 수 있다. 이를 통해서 발진하는 광의 처핑을 최소화할 수 있다.
아울러, 상기 온도 센서(600)와 열전냉각기(700)를 포함하는 온도조절장치을 통해서 정밀하고 안정적인 파장 잠김(wave length locking) 기능 실현이 가능하다.
상기 온도 센서(600)는 상기 광 도파로(200)의 온도를 실시간으로 측정하여 상기 파장가변용 박막히터(400)에 인가되는 전류를 조절도록 상기 광 도파로(200)의 상부에 구비하는 것이 바람직하며,
상기 열전냉각기(700)는 외부 환경 온도에 독립적으로 상기 파장가변용 박막히터(400)에 인가된 전력에 대한 발열량을 제어하여 정밀한 열광학 효과를 낼 수 있도록 상기 광 도파로(200)의 하부에 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈은, 상기 반도체 레이저 칩(100)에서 출사된 광대역 광은 광결합에 의해 상기 광 도파로(200)의 코어에 입력되고, 상기 광 도파로(200)에 형성된 상기 브래그 격자(500)에서 반사되는 파장의 광이 상기 반도체 레이저 칩(100)의 출사면으로 재입력되는 공진에 의해, 상기 브래그 격자(500)의 반사 대역 내에 중심파장을 갖는 발진 파장을 얻게 된다. 이러한 반사 대역 내에 실제 발진하는 파장의 위치는 상기 위상조절용 박막히터(300)에 의해서 결정된다.
다시 말하자면, 상기 위상조절용 박막히터(300)는 발진 파장의 위치를 상기 브래그 격자(500)의 반사 파형 내에 적절히 위치시킴으로써, 발진 광의 처핑을 조절할 수 있다.
이에 대해서 자세히 알아보자면,
발진 파장의 위치가 상기 브래그 격자(500)의 반사 파형의 중심보다 짧은 파장(청색 부분)에 위치할 경우, 광섬유의 색분산과 같은 방향으로 처핑되어 전송 선로에 입사 이후 광의 펄스 폭이 급격히 늘어나게 된다.
이와 반대로, 본 발명과 같이, 발진 파장의 위치가 상기 브래그 격자(500)의 반사 파형의 중심보다 긴 파장(적색 부분)에 위치할 경우, 광섬유의 색분산과 반대 방향으로 처핑되어 전송 선로에 입사 이후 어느 정도의 거리를 진행함에 따라, 광섬유의 색분산과 상쇄되어 펄스의 폭이 커지지 않고 진행하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈에서 광섬유의 색분산과 반대 방향으로 처핑된 상기 브래그 격자(500)를 구비함으로써, 상기 위상조절용 박막히터(300)에 의한 적색 디튜닝 효과를 보완하여 보다 장거리를 펄스 폭의 확장없는 진행이 가능하여 장거리 전송이 가능한 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한 정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 반도체 레이저 칩
120 : 실리콘 기판
200 : 광 도파로
300 : 위상조절용 박막히터
400 : 파장가변용 박막히터
500 : 브래그 격자(Bragg grating)
600 : 온도 센서
700 : 열전냉각기(TEC, Thermo-Electric Cooler)

Claims (5)

  1. 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈로서,
    실리콘 기판(120)의 상부에 형성되어, 광대역 광을 발생하는 반도체 레이저 칩(100);
    상기 반도체 레이저 칩(100)과 일정거리 이격되어 상기 실리콘 기판(120)의 상부에 형성되어, 상기 반도체 레이저 칩(100)과 광결합되는 광 도파로(200);
    상기 광 도파로(200) 상에 형성되어, 처핑(chirping)된 브래그 격자(Bragg grating)(500);
    상기 광 도파로(200)의 상부에 구비되어, 열광학 효과에 의해 상기 브래그 격자(500)의 반사 대역을 조절하는 파장가변용 박막히터(400);
    상기 광 도파로(200)의 상부에 상기 파장가변용 박막히터(400)와 길이 방향으로 일정거리 이격되어 형성되는 위상조절용 박막히터(300); 및
    온도 센서(600)와 열전냉각기(700)를 포함하는 온도조절장치;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 브래그 격자(500)는
    일정한 주기는 갖는 브래그 격자로서,
    발진하는 광원의 처핑을 광섬유의 색분산 방향과 반대 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위상조절용 박막히터(300)는
    상기 파장가변용 박막히터(400)에 의해서 형성된 상기 브래그 격자(500)의 반사 파형 내에서 중심 파장보다 적색 부분으로 디튜닝(Detuning)시키는 것을 특징으로 하는 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 파장가변용 박막히터(400)는
    열광학 효과에 의하여 상기 파장가변용 박막히터(400)의 하부에 위치한 상기 브래그 격자(500)의 반사 대역폭을 이동 제어하는 것을 특징으로 하는 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 광 도파로(200)는
    립(rib)형, 리지(ridge)형, 인버티드 립(inverted rib)형, 인버티드 리지(inverted ridge)형, 채널(channel)형 중 선택되는 어느 하나의 광 도파로인 것을 특징으로 하는 외부 공진형 직접 변조 파장가변 레이저 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230065394A (ko) * 2021-11-04 2023-05-12 주식회사 오이솔루션 전계 흡수형 변조기 집적 레이저

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230065394A (ko) * 2021-11-04 2023-05-12 주식회사 오이솔루션 전계 흡수형 변조기 집적 레이저

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