KR20170121596A - Laser Device with optical isolator - Google Patents

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KR20170121596A KR1020160050284A KR20160050284A KR20170121596A KR 20170121596 A KR20170121596 A KR 20170121596A KR 1020160050284 A KR1020160050284 A KR 1020160050284A KR 20160050284 A KR20160050284 A KR 20160050284A KR 20170121596 A KR20170121596 A KR 20170121596A
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Abstract

The present invention relates to a technique which effectively blocks light reflected from a wavelength selectable filter to prevent the light from being fed back to a laser diode chip in a semiconductor laser package which uses an optical filter to adjust a relative strength ratio of signals. According to the present invention, an optical blocking device adjusts a property of a 45-degree reflection mirror and additionally arranges one /4 wave plate in an existing TO-can-type laser device having the 45-degree reflection mirror to effectively block light feedback to a laser diode chip unlike a conventional optical isolator using an existing Faraday rotator. Therefore, the TO-can-type laser device having a small volume is allowed to effectively adjust an excess signal to improve a communication function. Also, a conventional optical isolator includes two polarizing plates, one Faraday rotator, and a permanent magnet enclosing the polarizing plates and the Faraday rotator to have a large size and an expensive price. On the other hand, a function of light feedback blockage in accordance with the present invention is carried out by adding one /4 wave plate. Therefore, space and costs can be reduced.

Description

광 아이솔레이터 기능을 가진 레이저 장치{Laser Device with optical isolator}[0001] The present invention relates to a laser device having an optical isolator function,

본 발명은 TO-can형 레이저 장치에 관한 것으로, 특히 장치의 내부에 레이저 다이오드 칩으로부터 발산된 빛이 다시 레이저 다이오드 칩으로 되돌아가는 것을 차단하는 optical isolator 기능을 가진 TO-can형 레이저 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a TO-can type laser device, and more particularly, to a TO-can type laser device having an optical isolator function for preventing light emitted from a laser diode chip from returning to a laser diode chip again inside the device .

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. Recently, communication services such as a video service of a smart phone and the like have been introduced with a great communication capacity. Accordingly, there is a great need to increase the communication capacity of the related art, and a DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) communication method is adopted as a method of increasing the communication capacity using the optical fiber already installed in the past. Since the laser beams having different wavelengths do not interfere with each other, the DWDM can transmit light of various wavelengths at the same time through one optical fiber. However, by using a phenomenon in which there is no interference between signals, Transmission method.

현재 세계적으로 NG-PON2(Next Generation - Passive Optical Network version 2)라는 규격이 세계적으로 합의되고 있으며, 이러한 NG-PON2 규격에는 가입자에 설치할 광통신 모듈의 규격으로 100GHz 주파수 간격의 레이저가 채택되어 있다. 상기 NG-PON2의 가입자용 광모듈은 SFP(Small Form factor Pluggable)이라는 트랜시버 모듈을 기본 규격으로 하는데, 이 SFP 모듈 패키지의 부피가 작아 레이저 모듈의 크기가 소형화되어야 한다.The NG-PON2 specification has been globally accepted as a worldwide standard for the NG-PON2 (Next Generation-Passive Optical Network version 2), and the NG-PON2 standard adopts a laser having a frequency interval of 100 GHz as a standard of an optical communication module to be installed in a subscriber. The subscriber optical module of the NG-PON2 has a basic specification of a small form factor pluggable (SFP) transceiver module. The size of the SFP module package is small so that the size of the laser module is reduced.

또한, 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 빛의 세기에 따라 ”신호와 ”신호를 구분하는 디지털 광통신에 있어서, ”신호와 ”신호는 반도체 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 빛의 세기에 의해 조절된다. 반도체 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 빛의 세기는 반도체 레이저 다이오드 칩에 주입되는 전류의 세기에 따라 달라지게 되며, 반도체 레이저 다이오드 칩에 주입되는 전류의 세기에 따라 칩레이저 빛의 파장이 달라지는 chirp 현상이 발생하게 된다. 이러한 chirp 현상은 10Gbps급의 고속 동작에서는 레이저 다이오드 칩에서 발산되는 레이저 빛의 스펙트럼이 넓어지는 chirp 현상이 발생하게 되고, 이러한 chirp 현상은 광섬유의 분산 특성과 결부되어 광신호의 전송거리를 짧게 하는 단점이 있다.Also, in digital optical communication, which distinguishes between "signal" and "signal" depending on the intensity of light emitted from the laser diode chip, the "signal" and the signal are controlled by the intensity of light emitted from the semiconductor laser diode chip. The intensity of the light emitted from the semiconductor laser diode chip depends on the intensity of the current injected into the semiconductor laser diode chip, and a chirp phenomenon occurs in which the wavelength of the chip laser light changes according to the intensity of the current injected into the semiconductor laser diode chip. . Such a chirp phenomenon occurs at a high-speed operation of 10 Gbps, a chirp phenomenon occurs in which the spectrum of the laser light emitted from the laser diode chip is widened. Such a chirp phenomenon is accompanied by dispersion characteristics of the optical fiber to shorten the transmission distance of the optical signal .

이러한 chirp 현상은 광섬유의 분산(dispersion) 특성과 맞물려서 고속 광신호의 장거리 전송을 어렵게 한다. Chirp 현상을 줄이기 위해서는 ”신호와 ”신호를 만들어내는 반도체 레이저 다이오드 칩으로 주입되는 전류의 변조폭을 줄이는 방법이 가능한데, 이런 방법을 사용 할 경우 ”신호와 ”신호의 세기의 차가 줄어들어 신호의 판별이 어려워지는 문제가 발생한다.This chirp phenomenon is intertwined with the dispersion characteristic of the optical fiber, which makes it difficult to transmit a high-speed optical signal over a long distance. In order to reduce the chirp phenomenon, it is possible to reduce the modulation width of the current injected into the semiconductor laser diode chip which generates the "signal" and the signal. When this method is used, the difference of the intensity of the "signal" A difficult problem arises.

이러한 문제를 해결하기 위해 레이저 다이오드 칩의 ”신호의 파장에 해당하는 빛을 광학적으로 감소시켜, 전기적으로는 전류의 변조폭이 크지 않게 구동 한 후, 광학적으로 ”신호와 ”신호의 세기의 차이를 강조하는 방법이 사용되었다. In order to solve this problem, it is necessary to optically reduce the light corresponding to the wavelength of the signal of the laser diode chip, electrically drive the modulation width of the current to be small, and then optically change the difference of the intensity of the "signal" An emphasis method was used.

도 1은 미국 등록특허 US 8,199,785로 표시된 chirp managed laser의 구조를 보여준다. chirp managed laser에서는 optical filter를 이용하여 ”신호에 해당하는 빛을 선택적으로 감소시켜 최종 출력 신호의 변조폭을 키우는 방법을 사용한다. 이때 반도체 레이저에서 발진되는 레이저 빛의 파장은 온도에 따라 대략 0.1nm/℃의 파장 변화를 가지며, optical filter는 ”신호만 선택적으로 감소시켜야 하므로 optical filter와 반도체 레이저 다이오드 칩에서 방출된 빛의 파장을 매우 정밀하게 일치시켜야 하는 문제가 있다. 이러한 이유 때문에 chirp managed laser에서는 파장 안정화 장치가 필수적이며, 도 1의 308, 310, 312는 이러한 파장 안정화를 위한 구조이다. 도 2는 optical filter를 사용하지 않은 경우의 "1"신호와 ”신호의 신호 파장 세기의 비를 보여주는 그림(도 2-a)과 ”신호의 세기는 상대적으로 잘 통과시키고 ”신호는 상대적으로 차단하는 optical filter를 이용하여 ”신호와 ”신호의 세기의 차이를 확대시킨 경우의 신호 파장의 세기의 비를 보여주는 그림(도 2-b)이다.FIG. 1 shows the structure of a chirp managed laser labeled US Pat. No. 8,199,785. In chirp managed lasers, an optical filter is used to selectively reduce the light corresponding to the signal to increase the modulation width of the final output signal. At this time, the wavelength of the laser light oscillated from the semiconductor laser has a wavelength change of about 0.1 nm / ° C according to the temperature, and the optical filter has to selectively reduce the signal, so that the wavelength of the light emitted from the optical filter and the semiconductor laser diode chip There is a problem that it must be very precisely matched. For this reason, a wavelength stabilizer is essential for chirp managed laser, and 308, 310, and 312 of FIG. 1 are structures for such wavelength stabilization. FIG. 2 is a graph showing the ratio of the signal intensity of the signal "1" and the signal intensity of the signal (FIG. 2-a) when the optical filter is not used, (Fig. 2-b) showing the ratio of the intensity of the signal wavelength when the difference between the intensity of the "signal" and the intensity of the signal is enlarged by using an optical filter.

도 1의 파장 안정화 장치를 사용하기 위해서는 DFB-LD(도1의 302)로부터 방출된 빛의 일부분이 OSR(도1의 304)에서 반사되어 다시 DFB-LD(도1의 302) 방향으로 진행되는 빛이 있어야 한다. 특히 optical filter가 etalon의 특성을 가질 경우 etalon optical filter는 입사하는 광이 에탈론 필터의 입사면에 수직에 가깝게 배치될 때 에탈론 필터의 특성이 좋아지므로 대부분의 에탈론 필터는 에탈론 필터의 입사면에 수직 +/- 3도 정도의 좁은 각도로 진입하는 빛에 대응하게 설계 된다. 에탈론 필터에서 수직으로 반사하는 빛은 레이저 다이오드 칩으로 궤환되어 레이저 다이오드 칩의 동작을 교란시킬수 있다. 그러나 DFB-LD(도1의 302)는 외부에서 들어온 빛에 매우 민감하게 특성이 변화하므로 OSR(도1의 304)에서 DFB-LD(도1의 302)로 진행하는 빛이 PD(도1의 312)로 진행하게하고, DFB-LD(도1의 302)로는 진행하지 못하게 차단하는 방법이 필요하다. 도 1의 종래 기술에서는 빛을 한쪽 방향으로만 통과시키고 반대 방향으로는 통과시키지 않는 optical isolator(도1의 306)을 배치하고 있다. 1, a part of the light emitted from the DFB-LD (302 in FIG. 1) is reflected by the OSR (304 in FIG. 1) and then travels toward the DFB-LD (302 in FIG. 1) There must be light. Especially, when the optical filter has the property of etalon, the etalon optical filter improves the characteristics of the etalon filter when the incident light is disposed close to the incident surface of the etalon filter. Therefore, most of the etalon filters are incident on the etalon filter It is designed to cope with light entering the plane at a narrow angle of +/- 3 degrees vertically. Light reflected vertically from the etalon filter can be fed back to the laser diode chip, disturbing the operation of the laser diode chip. However, since the characteristic of the DFB-LD (302 in FIG. 1) changes very sensitively to the light coming from the outside, the light traveling from the OSR (304 in FIG. 1) to the DFB- 312) and blocking the DFB-LD (302 in FIG. 1) from proceeding. In the prior art of FIG. 1, an optical isolator (306 in FIG. 1) is disposed which passes light only in one direction and not in the opposite direction.

도 1에서는 2개의 optical isolator가 표시되어 있는데 optical isolator(도1의 306)은 레이저 다이오드 칩에서 방출되어 파장 선택성 필터(도1의 304)에서 반사되는 빛이 레이저 다이오드 칩으로 궤환되지 못하도록 차단하는 기능을 가지며, 다른 optical isolator(도1의 324) 다른 광소자로부터 광섬유를 통하여 도1의 광소자 내부로 유입되는 빛을 차단하기 위한 optical isolator이다. In FIG. 1, two optical isolators are shown. The optical isolator (306 in FIG. 1) has a function of blocking the light reflected from the wavelength selective filter (304 in FIG. 1) emitted from the laser diode chip from being fed back to the laser diode chip And another optical isolator (324 in FIG. 1) is an optical isolator for shielding the light entering the optical element of FIG. 1 from another optical element through the optical fiber.

Optical isolator는 2장의 편광판과 2장의 편광판 사이에 배치되는 Faraday rotator와 faraday rotator에 자기장(magnetic field)를 가하는 영구자석으로 구성되어 복잡하며 가격이 비싼 문제가 있다.The optical isolator is complex and costly because it consists of two polarizers, a Faraday rotator placed between two polarizers and a permanent magnet that applies a magnetic field to a faraday rotator.

도 1에서 반도체 레이저 다이오드 칩(도1의 302)에서 방출되는 레이저 빛은 직진하여 광섬유(도1의 318)로 결합되며, 이러한 형태의 구성은 mini-flat형이라 불리는 종래 발명의 US 8,199,785의 도3으로 구현되는 것이 가장 바람직하다. 그러나 Mini-flat형의 광소자 패키지 하우징은 가격이 비싸, 저렴한 가격을 가지는 TO-can형의 패키지를 이용하여 파장 안정화 장치를 구현하는 방법이 도4의 US20150200730에 도시되어 있다. TO-can형은 직경이 통상적으로 6mm이내의 소형 제품이 광통신용에 주로 적용된다. 직경 6mm 이하의 TO-can형 패키지에서 6mm의 크기가 중요한 것은 현재 통신용 광트랜시버(transceiver)의 가장 중요한 규격인 SFP 형 트랜시버의 패키지 높이가 8mm 정도이고, 이러한 패키지내에 장착되기 위해서는 최대 6mm의 직경을 가지는 TO-can형 패키지만 허용이 가능하기 때문이다.In FIG. 1, the laser light emitted from the semiconductor laser diode chip 302 (FIG. 1) is advanced straight and is coupled to an optical fiber (318 in FIG. 1), and this type of configuration is described in the prior art US 8,199,785 called mini-flat type 3 is most preferable. However, a mini-flat type optical device package housing is disclosed in US20050200730 of Fig. 4 in which a wavelength stabilizing device is implemented using a TO-can type package having a high price and a low cost. The TO-can type is mainly used for optical communication in small-sized products whose diameter is usually within 6 mm. The size of 6mm in the TO-can type package with a diameter of 6mm or less is important because the package height of the SFP type transceiver, which is the most important specification of current optical transceiver, is about 8mm, This is because only TO-can packages can be accepted.

도 4의 US20150200730에서 (도4의 400)을 optical 필터로 사용하면 파장 안정화 장치가 내장된 chirp managed laser를 TO-can형으로 구현 할 수 있다. 그러나 도 4의 경우에서는 도 1의 미국 등록특허 US 8,199,785에서 보이는 광 isolator(도 1의 306)과 같은 광의 궤환을 막아주는 장치가 없으므로 레이저 다이오드 칩(도4의 100)에서 방출되어 optical filter(도4의 400)으로 진입 한 후 optical filter(도4의 400)에서 반사되어 다시 45도 부분 반사 거울(도4의 300)으로 진행 한 빛의 일부분이 부분 반사 거울(도4의 300)에서 반사되어 반도체 레이저 다이오드(도4의 100)으로 진입하여 반도체 레이저 다이오드(도4의 100)의 동작을 교란 할 수 있다. 도4의 경우에 강한 광세기를 얻기 위해서는 45도 부분 반사 거울(도4의 300)이 입사하는 대부분의 빛을 반사시키는 것이 바람직하므로, optical filter(도4의 400)에서 반사되어 45도 부분 반사 거울(도4의 300)에 도달하는 빛의 대부분이 레이저 다이오드 칩(도4의 100)으로 반사되므로 레이저 다이오드 칩(도4의 100)의 동작이 더 쉽게 교란된다. In US20050200730 of FIG. 4 (400 in FIG. 4) is used as an optical filter, a chirp managed laser with a wavelength stabilizer can be implemented as a TO-can type. However, in the case of FIG. 4, since there is no device for blocking the optical feedback like the optical isolator (306 in FIG. 1) shown in US Pat. No. 8,199,785 of FIG. 1, the laser diode chip 4), a part of the light reflected from the optical filter (400 in FIG. 4) and then to the 45-degree partial reflection mirror (300 in FIG. 4) is reflected by the partial reflection mirror (300 in FIG. 4) It may enter the semiconductor laser diode (100 in Fig. 4) and disturb the operation of the semiconductor laser diode (100 in Fig. 4). 4, it is desirable to reflect most of the incident light of the 45-degree partial reflection mirror 300 (FIG. 4) in order to obtain a strong light intensity. Most of the light reaching the mirror (300 in FIG. 4) is reflected by the laser diode chip (100 in FIG. 4), so that the operation of the laser diode chip (100 in FIG.

도 4의 경우에 Optical isolator가 배치 될수 있는 유형으로 도 5의 optical isolator(A)의 위치에 배치시키는 방법이 가능한데 이러한 방법은 실질적으로 직경 6mm의 제한된 크기에 적용하는 것은 매우 어렵다. In the case of FIG. 4, it is possible to arrange the optical isolator at the position of the optical isolator (A) of FIG. 5 in such a manner that the optical isolator can be arranged. It is very difficult to apply this method to a limited size of substantially 6 mm in diameter.

도 6은 실질적으로 직경 6mm의 TO-can형으로 제작된 도4 구조의 TO-can 내부 구조 모습을 보여준다. 직경 6mm의 TO can형 패키지에서 패키지의 외곽 뚜껑 부분을 고려할 경우 실질적으로 TO-can형 패키지에서 부품을 배치 할 수 있는 공간은 4mm 이내로 제한된다. 도 6에서 collimating lens의 크기는 0.7mm이며 이 보다 렌즈 사이즈가 작아질 경우 collimating 된 beam의 size가 너무 작아져서 에탈론 필터에서의 간섭에 의한 투과/차단의 특성이 잘 나타나지 않는다. TO-can형에서는 collimating 된 빛이 TO-can형 패키지의 동심축으로 방출되는 것이 바람직하므로 45도 부분 반사 거울은 TO-can형 패키지의 중심축에 배치되는 것이 바람직하다. 도 6에서 보이듯이 직경 6mm의 TO-can형 패키지는 그 크기가 너무 작아, 통상적으로 크기가 1mm이상인 optical isolator가 장착 될 공간이 부족한 문제가 발생한다. 그러므로 도 5의 (A) 위치에 optical isolator를 배치하는 것은 사실상 불가능하다. TO-can형 패키지에서 45도 부분 반사 거울의 연직 상방 방향으로는 패키지 크기의 제한이 없어 도5의 optical isolator(B)와 같이 optical isolator를 배치하여 optical filter(도5의 400)에서 반사된 빛이 레이저 다이오드 칩(도5의 100)으로 궤환되는 것을 방지 할 수 있지만, 이 경우 Photo diode(도5의 500)로 입사하여야 할 빛도 optical isolator(B)에 의해 차단되어 파장 안정화 장치를 사용하지 못하므로 chirp manage laser의 기능을 구현 할 수 없다.6 shows a TO-can internal structure of the structure shown in Fig. 4, which is manufactured in TO-can type with a diameter of approximately 6 mm. Considering the outer lid portion of the package in a 6 mm diameter TO can type package, the space available for placing components in the TO-can type package is limited to within 4 mm. In FIG. 6, the size of the collimating lens is 0.7 mm, and when the lens size is smaller, the size of the collimated beam becomes too small, so that the characteristics of transmission / blocking due to interference in the etalon filter are not shown. In the TO-can type, it is desirable that the collimated light is emitted to the concentric axis of the TO-can type package, so that the 45 degree partial reflection mirror is preferably disposed on the central axis of the TO-can type package. As shown in FIG. 6, a TO-can type package having a diameter of 6 mm is too small to have a space for mounting an optical isolator having a size of 1 mm or more. Therefore, it is virtually impossible to dispose an optical isolator in the position (A) of Fig. In the TO-can type package, there is no limitation on the package size in the vertical direction of the 45-degree partial reflection mirror. Therefore, the optical isolator is arranged like the optical isolator (B) 5 can be prevented from being fed back to the laser diode chip 100. However, in this case, the light to be incident on the photodiode 500 (FIG. 5) is blocked by the optical isolator (B) It is impossible to implement the function of chirp manage laser.

US 8,199,785US 8,199,785 US 20150200730US 20150200730

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명은 직경 초소형의 TO-can형 반도체 레이저 패키지를 이용하여 고속의 장거리 통신이 가능하게하는 chirp managed laser를 구현하는 방법에 있어서 파장 선택성 필터에 의해 반사된 빛이 레이저 다이오드 칩으로 되돌아가 레이저 다이오드 칩의 동작 특성을 불안정하게 만드는 광 궤환을 없애는 방법을 보여준다. 또한 본 발명에서는 2장의 편광판과, 2장의 편광판 사이에 배치되는 Faraday rotator와 faraday rotator에 자기장(magnetic field)을 가하는 영구자석으로 구성되어, 크기가 크며, 가격이 비싼 optical isolator 대신에 한 장의 광학적 plate로 파장 선택성 필터로 optical isolation의 기능을 효과적으로 발휘하는 방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a method of implementing a chirp managed laser capable of high-speed long distance communication using a miniaturized TO- The light reflected by the selectivity filter returns to the laser diode chip, thereby eliminating the optical feedback that destabilizes the operation characteristics of the laser diode chip. In the present invention, in place of an optical isolator having a large size and a high price, it is composed of two polarizers, a Faraday rotator disposed between the two polarizers, and a permanent magnet applying a magnetic field to the faraday rotator, And to provide a method for efficiently performing the function of optical isolation with a wavelength selective filter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저 장치는, 레이저 빛을 발산하는 레이저 다이오드 칩; 파장 선택성 필터; 상기 레이저 다이오드 칩과 파장 선택성 필터 사이의 광 경로 상에 설치되어, 레이저 다이오드 칩으로부터 발산된 빛을 시준화시키는 시준화 렌즈; 상기 레이저 다이오드 칩과 파장 선택성 필터 사이의 광 경로 상에 설치되어, 패키지 바닥면에 대해 수평으로 진행하는 레이저 빛을 패키지 바닥면에 대해 수직으로 진행하는 레이저 빛으로 방향을 전환하는 45도 반사거울; 상기 45도 반사거울과 상기 파장 선택성 필터 사이의 광 경로상에 배치되는 λ/4 waveplate; 를 포함하여 이루어진다. According to an aspect of the present invention, there is provided a laser device comprising: a laser diode chip for emitting laser light; A wavelength selective filter; A collimating lens provided on the optical path between the laser diode chip and the wavelength selective filter for collimating light emitted from the laser diode chip; A 45-degree reflection mirror installed on the optical path between the laser diode chip and the wavelength selective filter for switching the laser light traveling horizontally with respect to the bottom surface of the package to laser light proceeding perpendicularly to the bottom surface of the package; A? / 4 waveplate disposed on the optical path between said 45 degree reflective mirror and said wavelength selective filter; .

또한 상기 광학적 부품들은 TO-can형 패키지의 바닥에 놓여지는 열전소자위에 배치되는 것을 특징으로한다.And the optical components are arranged on a thermoelectric element placed on the bottom of the TO-can type package.

또한 상기 45도 반사거울은 반도체 레이저 다이오드에서 방출되는 편광의 빛은 일부 반사/ 일부 투과의 특성을 가지되 반사하는 비율이 투과하는 비율보다 더 큰 것을 특징으로 하며, 반도체 레이저 다이오드 칩에서 방출된 빛과 수직인 편광에 대해서는 전부 투과 또는 일부 반사/일부 투과하는 기능을 가지되 투과하는 비율이 반사하는 비율보다 큰 것을 특징으로한다.. Further, the 45-degree reflection mirror is characterized in that the light of the polarized light emitted from the semiconductor laser diode has a characteristic of some reflection / partial transmission, and is larger than a ratio of reflection of the light transmitting from the semiconductor laser diode. And a part of the light is partially transmitted / partially reflected / partially transmitted, and the ratio of transmission is larger than the ratio of reflection.

또한, 상기 파장 선택성 필터는 FP형의 에탈론 필터인 것이 바람직한데, 상기 파장 선택성 필터는 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 제작될 수 있다. It is preferable that the wavelength selective filter is an FP type etalon filter. The wavelength selective filter may be fabricated by stacking a dielectric thin film having a high refractive index and a low dielectric constant.

본 발명에서 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 45도 반사 거울에 대해 S-편광의 빛은 45도 반사거울에서 주로 반사하여 λ/4 waveplate와 파장 선택성 필터를 거쳐 TO-can형 패키지의 외부로 전송되어 광통신의 기능을 한다. 파장 선택성 필터에서 반사된 빛은 다시 λ/4 waveplate를 거치면서 P-편광의 빛이되어 45도 반사거울에 도착하게 된다. 45도 반사거울이 P-편광에 대해 대부분 투과의 특성을 가지게 되면 파장 선택성 필터에서 반사되어 45도 부분 반사 거울에 도달하는 빛은 45도 45도 부분 반사 거울에서 반사하지 못하고 투과하게 되며, 이에따라 파장 선택성 필터에서 반사 된 빛이 레이저 다이오드 칩으로 궤환되는 빛이 양이 차단되어 레이저 다이오드 칩에서 발생하는 교란이 없어지게 된다.In the present invention, the S-polarized light for the 45-degree reflection mirror emitted from the laser diode chip is mainly reflected from the 45-degree reflection mirror, transmitted through the λ / 4 waveplate and the wavelength selective filter to the outside of the TO- . The reflected light from the wavelength-selective filter passes through the λ / 4 waveplate and becomes P-polarized light, arriving at the 45-degree reflection mirror. When a 45-degree reflective mirror has the most transmissive property to P-polarized light, the light that is reflected by the wavelength selective filter and reaches the 45-degree partial reflection mirror is transmitted through the 45-degree partial reflection mirror without being reflected, The amount of light reflected from the selective filter to the laser diode chip is cut off and the disturbance generated in the laser diode chip is eliminated.

그러므로 본 발명에서는 2장의 편광판(polarizer), faraday rotator, 영구자석으로 구성되어 가격이 비싸며, 부피가 큰 optical isolator 대신에 P-편광과 S-편광에 대해 반사율을 달리하는 45도 반사거울과 한 장의 λ/4 waveplate를 이용하여 파장 선택성 필터에서 반사된 빛이 레이저 다이오드 칩으로 궤환되는 것을 효과적으로 차단한다. Therefore, in the present invention, a 45-degree reflection mirror having different reflectivities for P-polarized light and S-polarized light instead of a bulky optical isolator composed of two polarizers, a faraday rotator and a permanent magnet, The λ / 4 waveplate is used to effectively block reflected light from the wavelength selective filter from being fed back to the laser diode chip.

그러므로 이러한 구조의 chirp managed laser구조는 부피가 작고 저가인 T0-can형 레이저 패키지에 적절히 사용 될 수 있다.Therefore, the chirp managed laser structure of this structure can be suitably used in a compact and inexpensive T0-can laser package.

도 1은 TO형 종래의 chirp managed laser의 외형도이다.
도 2는 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 ”신호와 ”신호의 세기 차이가 파장 선택성 필터에 의해 ”신호와 ”신호의 세기 비율이 달라지는 것을 설명하는 개략도이다.
도 3은 종래의 발명에 의한 mini-flat 또는 butterfly형 패키지를 가지는 종래의 chirp managed laser의 외형도이다.
도 4는 종래의 (US20150200730) 파장 선택성 필터가 배치된 TO-can형 레이저 구조의 배치도이다.
도 5는 종래의 (US20150200730) 파장 선택성 필터가 배치된 TO-can형 레이저 구조에 추가적으로 파장 선택성 필터에서 반사되어 레이저 다이오드 칩으로 궤환되는 레이저 빛을 차단하기 위해 optical isolator를 배치하는 방법을 보여주는 배치도이다.
도 6은 직경 6mm이하의 TO-can형 패키지에 레이저 다이오드 칩과 collimating lens와 45도 반사거울이 배치되는 실질예의 조감도(bird eye view)이다.
도 7은 본 발명에 의한 optical isolator가 내장된 TO-can형의 chirp managed laser의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 의한 편광에 따라 투과도가 달라지는 45도 부분 반사 거울과 λ/4 waveplate를 이용하여 파장 선택성 필터에서 반사된 빛이 레이저 다이오드 칩으로 궤환되는 것을 효과적으로 차단하는 방법을 상세히 설명하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 45도 반사거울의 편광에 따른 투과/반사 비율을 보여주는 도표이다.
1 is an external view of a conventional chirp managed laser of the TO type.
Fig. 2 is a schematic diagram for explaining how the intensity difference of the "signal" and the "signal" emitted from the laser diode chip varies in intensity ratio of the "signal" and the signal by the wavelength selective filter.
3 is an external view of a conventional chirp managed laser having a mini-flat or butterfly type package according to the conventional invention.
4 is a layout diagram of a TO-can type laser structure in which a conventional (US20150200730) wavelength selective filter is disposed.
5 is a layout diagram showing a method of disposing an optical isolator in order to block laser light reflected by a wavelength selective filter and fed back to a laser diode chip, in addition to a TO-can type laser structure in which a conventional (US20150200730) wavelength selective filter is disposed .
FIG. 6 is a bird eye view of a practical example in which a laser diode chip, a collimating lens, and a 45-degree reflection mirror are disposed in a TO-can type package having a diameter of 6 mm or less.
7 is a cross-sectional view of a TO-can type chirp managed laser incorporating an optical isolator according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic view for explaining a method for effectively blocking the feedback of the light reflected by the wavelength selective filter to the laser diode chip using a 45-degree partial reflection mirror and a? / 4 waveplate having different transmittances according to the polarization of the present invention to be.
9 is a graph showing the transmission / reflection ratio according to the polarization of a 45-degree reflection mirror according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 한정하지 않는 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명의 일 실시예를 보여준다. 7 shows an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 45도 반사 거울은 레이저 다이오드 칩에서 방출된 빛의 편광에 대해서는 반사의 특성을 가지게 하고, 레이저 다이오드 칩에서 방출된 빛과 수직인 편광에 대해서는 투과의 특성을 가지도록 한다. The 45 degree reflection mirror used in the present invention has a characteristic of reflection for the polarization of light emitted from the laser diode chip and a characteristic for transmission for the polarization perpendicular to the light emitted from the laser diode chip.

통상적으로 반도체 레이저 다이오드 칩(100)에서 방출되는 빛은 하나의 선형 편광(linear polarization)을 가지게 된다. 본 발명의 TO-can형 구조에서 레이저 다이오드 칩(100)에서 방출되는 레이저 빛은 45도 반사거울(300)에 S-편광의 선형 편광을 가지고 입사하게 된다. 여기에서 상기 45도 반사 거울(300)은 레이저 다이오드 칩에서 방출된 편광의 빛은 대부분 반사시켜 파장 선택성 필터(400)으로 보내게 된다. 레이저 다이오드 칩(100)에서 직접 방출되어 45도 반사 거울(300)을 투과한 비율의 빛은 레이저 빛의 세기를 감시하는 포토 다이오드(600)로 입사하게 되어 레이저 다이오드 칩의 광세기를 감시하는 용도로 사용된다. 레이저 다이오드 칩(100)에서 직접 방출되어 45도 반사거울(300)에서 투과하는 비율은 광통신에 사용되지 못하는 에너지이므로 레이저 빛의 세기를 감시하기 위한 정도의 비율이 투과하는 것이 바람직하고 이러한 용도로써 레이저 다이오드 칩(100)에서 직접 방출되는 빛중 90% 이상이 반사되고 10% 이하의 빛이 투과되는 것이 바람직하며, 더 나아가 93~97% 정도의 빛이 반사하고 3~7% 정도의 빛이 투과하는 것이 바람직하다. Generally, light emitted from the semiconductor laser diode chip 100 has a linear polarization. In the TO-can structure of the present invention, the laser light emitted from the laser diode chip 100 is incident on the 45-degree reflection mirror 300 with S-polarized linearly polarized light. The 45-degree reflection mirror 300 reflects most of the polarized light emitted from the laser diode chip and transmits the reflected light to the wavelength selective filter 400. The light emitted directly from the laser diode chip 100 and transmitted through the 45-degree reflection mirror 300 is incident on the photodiode 600 for monitoring the intensity of the laser light, thereby monitoring the light intensity of the laser diode chip . Since the ratio of the laser beam directly emitted from the laser diode chip 100 and transmitted through the 45-degree reflection mirror 300 is an energy that can not be used for optical communication, it is preferable that the laser beam is transmitted at a rate for monitoring the intensity of the laser beam. It is preferable that at least 90% of light directly emitted from the diode chip 100 is reflected and less than 10% of light is transmitted, and furthermore, 93 to 97% of light is reflected, and light of about 3 to 7% .

λ/4 waveplate(450)는 선형 편광을 원편광으로 바꾸는 역할을 한다. 도 8은 이러한 편광의 변화를 상세하게 보여주는 그림이다. 레이저 다이오드 칩에서 S-편광으로 방출되어 45도 반사 거울에서 반사하는 빛은 레이저 다이오드 칩에서 방출될때의 편광특성인 S-편광을 유지한채 λ/4 waveplate에 도달하게 된다. λ/4 waveplate는 선편광을 원편광으로 바꾸는 특성을 가지고 있으며, 이에따라 λ/4 waveplate를 통과하여 파장 선택성 필터로 진행하는 빛은 right-handed circular polarization의 특성을 가지게 된다. Wavelength filter에서 반사되는 빛은 편광의 회전 방향이 거울 반사되어 right-handed circular poarization에서 left-handed circular poarization으로 바뀌어 λ/4 waveplate에 도달하게 된다. λ/4 waveplate는 left-handed circular polarization을 P-polarization의 선편광 빛으로 바꾸어 준다. 그러므로 파장 선택성 필터에서 반사되어 λ/4 waveplate 거쳐 45도 반사 거울에 도달하는 빛은 P-편광의 특징을 가지게 된다. 그러므로 반도체 레이저 다이오드 칩에서 방출되어 직접 45도 반사 거울에 도착하는 빛은 S-편광의 특징을 가지고, 반도체 레이저 다이오드 칩에서 방출되어 45도 반사 거울과 λ/4 waveplate를 거친 후, 파장 선택성 필터에서 반사되어 다시 λ/4 waveplate를 거쳐 45도 반사 거울에 도착하는 빛은 P-편광의 특징을 가지게 된다. 이와 같이 45도 반사거울에 도달하는 빛의 방향에 따라 S-편광과 P-편광으로 빛의 편광 특성이 달라지게 된다. The λ / 4 waveplate (450) serves to convert linear polarization into circular polarization. FIG. 8 is a diagram showing the change of the polarization in detail. The light emitted by the S-polarized light from the laser diode chip and reflected from the 45-degree reflective mirror reaches the λ / 4 waveplate while maintaining the polarization characteristic of S-polarization when it is emitted from the laser diode chip. The λ / 4 waveplate has the property of converting linearly polarized light into circularly polarized light, and the light traveling through the λ / 4 waveplate and traveling to the wavelength selective filter has right-handed circular polarization characteristics. The light reflected from the wavelet filter is mirror-reflected from the right-handed circular polarization to the left-handed circular polarization to reach the λ / 4 waveplate. The λ / 4 waveplate transforms the left-handed circular polarization into linearly polarized light of P-polarization. Therefore, the light that is reflected by the wavelength selective filter and arrives at the 45-degree reflection mirror through the λ / 4 waveplate is characterized by P-polarization. Therefore, the light emitted from the semiconductor laser diode chip and arriving directly at the 45-degree reflection mirror is characterized by S-polarization, emitted from the semiconductor laser diode chip, passed through a 45-degree reflection mirror and a λ / 4 waveplate, The light that is reflected back through the λ / 4 waveplate and arrives at the 45 ° reflection mirror is characterized by P-polarized light. Thus, the polarization characteristics of the light are changed by the S-polarized light and the P-polarized light according to the direction of the light reaching the 45-degree reflection mirror.

도 9는 45도 반사거울이 45도 반사 거울에 입사하는 빛의 편광 특성에 따라 투과율과 반사율을 달리 할 수 있음을 보여주는 simulation 결과이다. 도 9에서 45도 반사 거울은 1535nm의 파장에서 S-편광에 대해 90% 이상의 반사 비율을 가지게 되며, 동일한 45도 반사 거울이 P-편광에 대해서는 대부분의 빛이 투과 할 수 있음을 보여준다. 9 is a simulation result showing that a 45-degree reflection mirror can have different transmittance and reflectance depending on the polarization characteristics of light incident on a 45-degree reflection mirror. In FIG. 9, a 45-degree reflective mirror has a reflection ratio of 90% or more for S-polarized light at a wavelength of 1535 nm, and the same 45-degree reflective mirror can transmit most light for P-polarized light.

그러므로 도 7에서 레이저 다이오드 칩(100)에서 S-편광으로 방출되어 시준화 렌즈(200)를 거쳐 45도 반사 거울(300)에 도착하는 빛의 대부분은 TO-can형 바깥으로 방출되어 광 통신에 참여 할 수 있게 된다. 파장 선택성 필터(400)에서 반사 된 레이저 빛은 λ/4 waveplate(450)을 거치면서 P-편광으로 전환되어 45도 반사 거울(300)에 도착하게 되며, 45도 반사 거울은 P-편광에 대해 S-편광과 달리 대부분의 빛을 투과하므로 파장 선택성 필터(400)에서 반사 된 빛이 레이저 다이오드 칩(100)으로 궤환되는 것이 효과적으로 차단된다. 그러므로 파장 선택성 필터(400)에서 반사 된 빛에 의한 레이저 다이오드 칩(100)의 교란이 줄어드는 효과가 있어, 통신의 품질이 좋아지게 된다. Therefore, in FIG. 7, most of the light emitted from the laser diode chip 100 as S-polarized light and arriving at the 45-degree reflection mirror 300 through the collimating lens 200 is emitted outside the TO- You will be able to participate. The laser light reflected by the wavelength selective filter 400 is converted into P-polarized light through the? / 4 waveplate 450 to reach the 45-degree reflection mirror 300. The 45-degree reflection mirror is converted to P- Unlike the S-polarized light, most of the light is transmitted, so that the light reflected by the wavelength selective filter 400 is effectively blocked from being fed back to the laser diode chip 100. Therefore, disturbance of the laser diode chip 100 due to light reflected by the wavelength selective filter 400 is reduced, and communication quality is improved.

본 설명에서 레이저 다이오드 칩에서 방출되는 빛이 45도 반사 거울에 대해 S-편광을 예로 들었지만, P-편광으로 방출될 경우에도 동일한 효과를 구현 할 수 있다. 본 발명에서는 구체적인 설명을 생략하였지만, 포토 다이오드(500)은 파장 선택성 필터(400)에서 반사되는 빛의 세기를 감시하므로 두 개의 포토 다이오드(500,600)로 흐르는 광전류의 비율을 이용하여 레이저 빛의 파장이 파장 선택성 필터의 투과 파장 대역과 일정한 관계를 가지도록 조절 할 수 있다. In this description, the light emitted from the laser diode chip is S-polarized for a 45-degree reflective mirror, but the same effect can be achieved when the light is emitted as P-polarized light. The photodiode 500 monitors the intensity of the light reflected from the wavelength selective filter 400 so that the wavelength of the laser light is controlled by using the ratio of the photocurrent flowing through the two photodiodes 500 and 600 It can be adjusted to have a constant relationship with the transmission wavelength band of the wavelength selective filter.

본 발명에서 광학적 차단 장치는 기존의 Faraday rotator를 이용하는 종래 기술의 optical isolator와 달리 45도 반사 거울을 가지는 기존의 TO-can형 레이저 장치에서 45도 반사 거울의 특징을 조절하고 추가적으로 하나의 λ/4 waveplate를 배치함으로써 효과적으로 레이저 다이오드 칩으로의 광 궤환을 차단하는 기능을 가지므로 작은 부피를 가지는 TO-can형의 레이저 장치에서 효과적으로 ”과 ”신호의 조절을 할 수 있도록 하여줌으로써 통신의 기능을 높여주는 기능을 가지고 있다. 또한 종래의 optical isolator가 2장의 편광판과, 1장의 Faradya rotator, 그리고 이들을 감싸는 영구자석으로 이루어져 크기가 크고, 가격이 비싼 반면에 본 발명에 의한 광 궤환 차단은 1장의 λ/4 waveplate를 추가함으로써 기 기능을 하므로 공간적, 경제적 절약이 가능하다는 특징을 가진다. Unlike the conventional optical isolator using a conventional Faraday rotator, the optical isolator in the present invention adjusts the characteristics of a 45-degree reflection mirror in a conventional TO-can type laser device having a 45-degree reflection mirror, Since it has a function to effectively block the optical feedback to the laser diode chip by arranging the waveplate, it is possible to effectively control the " and " signal in the TO-can type laser device having a small volume, Function. In addition, the conventional optical isolator is composed of two polarizers, one Faradya rotator, and a permanent magnet surrounding them, which is large in size and expensive. On the other hand, the optical feedback shield according to the present invention adds one λ / 4 waveplate It is possible to save space and economy.

설명된 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The embodiments described may be constructed by selectively combining all or a part of each embodiment so that various modifications can be made.

또한, 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.It should also be noted that the embodiments are for explanation purposes only, and not for the purpose of limitation. In addition, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

100 : 레이저 다이오드 칩
110 : submount for laser diode chip
200 : collimating lens
300 : 45도 부분 반사 거울
400 : 파장 전택성 필터
450 : λ/4 waveplate
500 : 포토 다이오드
510 : 포토 다이오드용 서브마운트
600 : 포토 다이오드
610 : 포토 다이오드용 서브마운트
900 : 열전소자
100: Laser diode chip
110: submount for laser diode chip
200: collimating lens
300: 45 degree partial reflection mirror
400: Wavelength selective filter
450:? / 4 waveplate
500: photodiode
510: Submount for photodiode
600: photodiode
610: Submount for photodiode
900: thermoelectric element

Claims (7)

반도체 레이저 장치에 있어서,
레이저 빛을 발산하는 레이저 다이오드 칩(100);
파장 선택성 필터(400);
상기 레이저 다이오드 칩(100)과 파장 선택성 필터(400) 사이의 광 경로 상에 설치되어, 레이저 다이오드 칩(100)으로부터 발산된 빛을 시준화시키는 시준화 렌즈(200);
상기 시준화 렌즈(200)와 파장 선택성 필터(400) 사이의 광 경로 상에 설치되어, 패키지 바닥면에 대해 수평으로 진행하는 레이저 빛을 패키지 바닥면에 대해 수직으로 진행하는 레이저 빛으로 방향을 전환하는 45도 부분반사거울(300);
상기 45도 부분 반사 거울(300)과 상기 파장 선택성 필터(400) 사이에 배치되어 선편광의 빛을 원편광의 빛으로 만들어주는 λ/4 waveplate(450);로 구성되는 것을 특징으로하는 레이저 장치.
In the semiconductor laser device,
A laser diode chip (100) for emitting laser light;
A wavelength selective filter 400;
A collimating lens 200 provided on the optical path between the laser diode chip 100 and the wavelength selective filter 400 to collimate the light emitted from the laser diode chip 100;
A laser light which is provided on the optical path between the collimating lens 200 and the wavelength selective filter 400 and moves horizontally with respect to the bottom surface of the package, A 45 degree partial reflection mirror 300;
And a λ / 4 waveplate (450) disposed between the 45 ° partial reflection mirror (300) and the wavelength selective filter (400) to convert linearly polarized light into circularly polarized light.
제 1항에 있어서,
상기 45도 부분 반사 거울(400)은 레이저 다이오드 칩에서 직접 방출되는 편광에 대해서는 부분 반사/부분 투과의 특성을 보이되, 반사의 비율이 투과보다 큰 특성을 가지고, 레이저 다이오드 칩에서 직접 방출되는 빛의 편광에 대해 수직인 편광에대해서는 전부 투과 또는 부분 반사/부분 투과의 특성을 보이되 투과의 비율이 반사의 비율보다 큰 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
The method according to claim 1,
The 45 degree partial reflection mirror 400 exhibits partial reflection / partial transmission characteristics for polarized light directly emitted from the laser diode chip, and has a characteristic that the ratio of reflection is larger than transmission, and light emitted directly from the laser diode chip And the ratio of transmission is larger than the ratio of reflection. The laser device according to claim 1,
제 1항에 있어서,
상기 파장 선택성 필터는 FP형의 에탈론 필터(400)인 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the wavelength selective filter is an FP type etalon filter (400).
제 1항에 있어서,
상기 파장 선택성 필터는 굴절률이 높고 낮은 유전체 박막이 적층되어 제작된 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the wavelength selective filter is fabricated by laminating a dielectric thin film having a high refractive index and a low dielectric constant.
제 2항에 있어서,
상기 파장 선택성 필터는 레이저 다이오드 칩에서 직접 방출되는 편광의 빛에 대해 90% 이상의 반사 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the wavelength selective filter has a reflection ratio of 90% or more with respect to light of polarized light directly emitted from the laser diode chip.
제 2항에 있어서,
상기 파장 선택성 필터는 레이저 다이오드 칩에서 직접 방출되는 편광과 수직인 편광의 빛에 90% 이상의 투과 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the wavelength selective filter has a transmittance ratio of 90% or more to polarized light directly emitted from the laser diode chip and perpendicularly polarized light.
제 1항에 있어서,
상기 광파장 감시용 포토 다이오드(500)는 열전소자(900) 위에 부착되는 것을 특징으로 하는 레이저 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the photodiode monitoring photodiode (500) is attached on the thermoelectric element (900).
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