KR20200139608A - Method for controlling tunable light source - Google Patents

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KR20200139608A
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최병석
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한국전자통신연구원
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Abstract

The present invention may provide a method of constantly controlling a tunable light source with a change in a detuning state according to a change in the external temperature and the driving of a heater. According to an embodiment of the present invention, a tunable light source may comprise a gain medium and a phase controller. According to an embodiment of the present invention, a method of controlling the tunable light source may comprise the steps of: monitoring a first power of a first optical signal output from the gain medium at a first time and a second power of a second optical signal output from the gain medium at a second time; comparing the first power with the second power; and when the first power and the second power are different, adjusting a phase control current applied to the phase controller.

Description

파장가변 광원을 제어하는 방법{METHOD FOR CONTROLLING TUNABLE LIGHT SOURCE}How to control a variable wavelength light source{METHOD FOR CONTROLLING TUNABLE LIGHT SOURCE}

본 발명은 파장가변 광원을 제어하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 외부 기온 변화 및 히터 구동에 따른 디튜닝(detuning) 상태의 변화를 일정하게 파장가변 광원을 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling a variable-wavelength light source, and more particularly, to a method for controlling a variable-wavelength light source to constantly change a detuning state due to a change in external temperature and driving a heater.

파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing; WDM) 기반의 광가입자망(Passive Optical Network; PON)(이하, 'WDM-PON'이라 칭함)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. WDM-PON에서는 각 가입자에게 정해진 각각의 파장을 사용하여 중앙 기지국과 가입자 간의 통신이 이루어진다. 그리고 WDM-PON은 가입자별 전용 파장을 사용하므로, 보안이 우수하고, 대용량의 통신서비스가 가능하며, 가입자별 혹은 서비스별로 링크율(Link Rate) 및 프레임 포맷(Frame Format) 등이 다른 전송 기술의 적용이 가능하다는 장점을 가진다.Research on a Wavelength Division Multiplexing (WDM)-based Passive Optical Network (PON) (hereinafter referred to as'WDM-PON') is actively being conducted. In WDM-PON, communication between the central base station and the subscriber is performed using each wavelength specified for each subscriber. And since WDM-PON uses a dedicated wavelength for each subscriber, it has excellent security, enables large-capacity communication services, and has different transmission technologies such as link rate and frame format for each subscriber or service. It has the advantage that it can be applied.

하지만, WDM-PON은 하나의 옥외 노드(Remote Node; RN)에 속하는 가입자 수만큼 서로 다른 광원을 필요로 하여 파장별 광원의 생산, 설치 및 관리에 있어 사용자와 사업자 모두에게 커다란 경제적 부담을 안긴다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광원의 파장을 선택적으로 가변할 수 있는 파장가변 광원 소자의 적용 방안이 활발히 연구되고 있다.However, WDM-PON requires different light sources as many as the number of subscribers belonging to one remote node (RN), which places great economic burden on both users and operators in the production, installation, and management of light sources for each wavelength. In order to solve this problem, a method of applying a variable wavelength light source device capable of selectively changing the wavelength of a light source has been actively studied.

본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 외부 기온 변화 및 히터 구동에 따른 디튜닝 상태의 변화를 일정하게 파장가변 광원을 제어하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention is to solve the above-described technical problem, the present invention can provide a method of constantly controlling a variable wavelength light source with a change in a detuning state due to a change in external temperature and driving a heater.

본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 광원은 이득 매질 및 위상 제어기를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 광원을 제어하는 방법은 제 1 시간에서 이득 매질로부터 출력되는 제 1 광 신호의 제 1 파워, 및 제 2 시간에서 이득 매질로부터 출력되는 제 2 광 신호의 제 2 파워를 모니터링 하는 단계, 제 1 파워를 제 2 파워와 비교하는 단계, 및 제 1 파워 및 제 2 파워가 상이한 경우, 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.A variable wavelength light source according to an embodiment of the present invention may include a gain medium and a phase controller. A method of controlling a variable wavelength light source according to an embodiment of the present invention includes a first power of a first optical signal output from a gain medium at a first time and a second power of a second optical signal output from the gain medium at a second time. Monitoring the power, comparing the first power with the second power, and when the first power and the second power are different, adjusting the phase control current applied to the phase controller.

일 실시 예에서, 파장가변 광원은 모니터 포토다이오드를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 파장가변 광원을 제어하는 방법은 제 1 시간에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 제 1 모니터 전류, 및 제 2 시간에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 제 2 모니터 전류를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the tunable light source may further include a monitor photodiode. In one embodiment, the method of controlling the tunable light source may further include detecting a first monitor current flowing through the monitor photodiode at a first time and a second monitor current flowing through the monitor photodiode at a second time. have.

본 발명의 일 실시 예에 따른 파장가변 광원은, 인가되는 바이어스 전류에 따라 광 신호를 생성 및 증폭하는 이득 매질, 이득 매질과 직접적으로 결합하여 외부 공진기를 형성하는 외부 반사경, 및 외부 반사경의 반사율이 최대가 되는 파장 이상의 장파장 영역에서 발진하도록 위상을 조절하는 위상 조절기, 및 디튜닝 상태를 모니터링 하는 모니터 포토다이오드를 포함한다.The variable wavelength light source according to an embodiment of the present invention has a gain medium that generates and amplifies an optical signal according to an applied bias current, an external reflector that directly combines with the gain medium to form an external resonator, and reflectance of the external reflector It includes a phase adjuster that adjusts the phase to oscillate in a long wavelength region above the maximum wavelength, and a monitor photodiode that monitors a detuning state.

일 실시 예에서, 외부 반사경은 브래그 격자를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the external reflector is characterized in that it comprises a Bragg grating.

일 실시 예에서, 외부 반사경은 파장 가변 반사경일 수 있다.In one embodiment, the external reflector may be a tunable reflector.

일 실시 예에서, 위상 조절기는 이득 매질에 접합될 수 있다.In one embodiment, the phase adjuster may be bonded to the gain medium.

일 실시 예에서, 위상 조절기는 외부 반사경에 접합될 수 있다.In one embodiment, the phase adjuster may be bonded to an external reflector.

일 실시 예에서, 본 발명에 따른 파장가변 광원은, 이득 매질에 고주파 신호를 인가하여 광 신호의 동작 속도를 제어하는 고주파 전송매질을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the variable-wavelength light source according to the present invention may further include a high-frequency transmission medium for controlling an operation speed of an optical signal by applying a high-frequency signal to a gain medium.

일 실시 예에서, 모니터 포토다이오드는 이득 매질의 고반사 코팅면의 출력 파워를 읽을 수 있는 부분에 위치할 수 있다.In an embodiment, the monitor photodiode may be located in a portion where the output power of the highly reflective coating surface of the gain medium can be read.

본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 광원은 최적의 동작 조건에서의 동작 상태를 일정하게 유지함으로써 외부 온도를 포함한 환경 변화에 의한 디튜닝 상태 변화를 방지할 수 있다. 따라서, 모드 호핑을 포함한 성능 변화를 방지함으로써 파장가변 광원의 성능이 일정하게 유지될 수 있다.The variable-wavelength light source according to an exemplary embodiment of the present invention can prevent a change in a detuning state due to environmental changes including external temperature by constantly maintaining an operating state under an optimal operating condition. Accordingly, by preventing a change in performance including mode hopping, the performance of the variable wavelength light source can be kept constant.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 파장가변 광원을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 광대역 광원을 사용하는 파장분할 다중화 기반의 광 가입자 망 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 파장가변 광원을 이용한 파장분할 다중화 기반의 광 가입자 망 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 파장가변 광원의 동작 특성 및 위상 제어 전극의 위치를 나타낸 개념도이다.
도 5는 파장가변 광원에서 제어되어야 할 소자 변수들을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 파장가변 광원에서 디튠드 로딩 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 직접 변조를 하는 파장가변 광원에서 첩을 줄여 주는 디튠드 로딩 효과에 대해 설명하는 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는 파장가변 광원에서 출력 파워가 결정되는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 파장가변 광원의 양단에 출력되는 파워를 측정한 그래프이다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d는 파장가변 광원에서 각 수동 영역의 위상들에서 디튠드 주파수에 따른 출력 파워들을 나타내는 그래프들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예에 따라 일정한 온도에서 외부 반사경의 히터 전류를 변화시키면서 디튜닝 스윕을 진행하는 경우 나타나는 출력 파워의 변화에 따른 전송 페널티를 나타낸 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따라 일정한 파장을 유지하기 위해 온도와 외부 반사경 히터 전류를 동시에 변화시켜 주면서 디튜닝 스윕을 하는 경우 나타나는 후면 출력 파워의 변화와 이에 따른 전송 페널티의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13은 주위 온도-이득 매질의 온도 간의 관계를 도시하는 그래프 및 주위 온도-레이저의 발진 파장 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 14는 주위 온도-발진 파장 간의 관계들을 도시하는 그래프들이다.
도 15는 위상 제어부의 출력-모니터 포토다이오드의 전류 간의 관계를 도시하는 그래프들이다.
1 is a flowchart illustrating a method of controlling a variable wavelength light source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an optical subscriber network system based on wavelength division multiplexing using a broadband light source.
3 is a diagram showing the configuration of an optical subscriber network system based on wavelength division multiplexing using a variable wavelength light source.
4A and 4B are conceptual diagrams showing operating characteristics of a variable wavelength light source and a position of a phase control electrode.
5 is a diagram showing device variables to be controlled in a variable wavelength light source.
6A and 6B are diagrams for explaining a detune loading effect in a variable wavelength light source.
7A, 7B, 7C, and 7D are views for explaining a detune loading effect that reduces chirps in a variable wavelength light source that directly modulates.
8A and 8B are diagrams for explaining a method of determining output power in a variable wavelength light source.
9A and 9B are graphs measuring power output to both ends of a variable wavelength light source.
10A, 10B, 10C, and 10D are graphs showing output powers according to a detune frequency in phases of each passive region in a variable wavelength light source.
11A and 11B are graphs showing a transmission penalty according to a change in output power when a detuning sweep is performed while changing a heater current of an external reflector at a constant temperature according to an embodiment of the present invention.
12A and 12B illustrate a change in rear output power and a corresponding change in transmission penalty when a detuning sweep is performed while simultaneously changing temperature and external reflector heater current to maintain a constant wavelength according to an embodiment of the present invention. This is the graph shown.
13 is a graph showing the relationship between the ambient temperature and the temperature of the gain medium and the graph showing the relationship between the ambient temperature and the oscillation wavelength of the laser.
14 are graphs showing relationships between ambient temperature and oscillation wavelength.
15 are graphs showing a relationship between an output of a phase control unit and a current of a monitor photodiode.

아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.In the following, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail to the extent that those skilled in the art can easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 파장가변 광원을 제어하는 방법을 도시하는 순서도이다. 도 1에서 설명되는 파장가변 광원은 이득 매질, 위장 제어기, 및 모니터 포토다이오드를 포함할 수 있다(파장가변 광원 및 그것의 각 구성요소들은 도 4a, 도 4b, 및 도 5에서 구체적으로 후술될 것이다). 일 예에서, 파장가변 광원은 파장가변 레이저일 수 있다. 다른 예에서, 파장가변 광원은 외부 공진기형 파장가변 레이저일 수 있다.1 is a flowchart illustrating a method of controlling a variable wavelength light source according to an embodiment of the present invention. The tunable light source described in FIG. 1 may include a gain medium, a camouflage controller, and a monitor photodiode (the tunable light source and its respective components will be described later in detail in FIGS. 4A, 4B, and 5. ). In one example, the tunable light source may be a tunable laser. In another example, the tunable light source may be an external resonator type tunable laser.

S110 단계에서, 파장가변 광원은 서로 다른 시간들에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 모니터 전류들(또는 모니터링 전류들, 모니터 전압들, 모니터링 전압들)을 검출, 감지, 센싱(sensing), 판독, 리드(read), 또는 모니터링 할 수 있다. 일 예에서, 파장가변 광원은, 제 1 시간에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 제 1 모니터 전류를 검출할 수 있고 그리고 제 2 시간에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 제 2 모니터 전류를 검출할 수 있다. 파장가변 광원은 실시간으로 모니터 포토다이오드에 흐르는 모니터 전류를 검출할 수 있다.In step S110, the variable wavelength light source detects, senses, senses, reads, reads monitor currents (or monitoring currents, monitor voltages, monitoring voltages) flowing through the monitor photodiode at different times. ), or can be monitored. In one example, the tunable light source may detect a first monitor current flowing through the monitor photodiode at a first time and a second monitor current flowing through the monitor photodiode at a second time. The tunable light source can detect the monitor current flowing through the monitor photodiode in real time.

S120 단계에서, 파장가변 광원은 검출된 모니터 전류들에 기초하여 이득 매질로부터 출력되는 광 신호들의 파워들(출력들, 전력들, 출력 전력들)을 모니터링, 판독, 리드, 또는 계산할 수 있다. 일 예에서, 파장가변 광원은, 제 1 시간에서 모니터 포토다이오드에서 검출된 제 1 모니터 전류에 기초하여 제 1 시간에 이득매질로부터 출력되는 제 1 광 신호의 제 1 파워를 모니터링 할 수 있고 그리고 제 2 시간에서 모니터 포토다이오드에서 검출된 제 2 모니터 전류에 기초하여 제 2 시간에 이득매질로부터 출력되는 제 2 광 신호의 제 2 파워를 모니터링 할 수 있다. 다른 예에서, 파장가변 광원은 실시간으로 이득매질로부터 출력되는 광 신호들의 파워들을 모니터링 할 수 있다.In step S120, the tunable light source may monitor, read, read, or calculate powers (outputs, powers, output powers) of the optical signals output from the gain medium based on the detected monitor currents. In one example, the tunable light source may monitor a first power of the first optical signal output from the gain medium at a first time based on a first monitor current detected by the monitor photodiode at a first time and The second power of the second optical signal output from the gain medium at the second time may be monitored based on the second monitor current detected by the monitor photodiode at 2 hours. In another example, the tunable light source may monitor the powers of optical signals output from the gain medium in real time.

S130 단계에서, 파장가변 광원은 서로 다른 시간들에서 모니터링 된 파워들을 비교할 수 있다. 예를 들어, 파장가변 광원은 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워를 제 2 시간에서 모니터링 된 제 1 파워와 비교할 수 있다. 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워가 제 2 시간에서 모니터링 된 제 2 파워와 동일한 경우, 시간에 따라 파워가 일정할 수 있다. 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워가 제 2 시간에서 모니터링 된 제 2 파워와 상이한 경우, 시간에 따라 파워가 일정하지 않을 수 있다. 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워가 제 2 시간에서 모니터링 된 제 2 파워와 동일한 경우(시간에 따른 파워가 일정한 경우), 파장가변 광원을 제어하는 단계는 종료될 수 있다. 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워가 제 2 시간에서 모니터링 된 제 2 파워와 상이한 경우(시간에 따라 파워가 일정하지 않은 경우), S140 단계가 진행될 수 있고 그리고 S110, S120, 및 S130 단계들은 반복될 수 있다.In step S130, the tunable light source may compare the monitored powers at different times. For example, the tunable light source may compare a first power monitored at a first time with a first power monitored at a second time. When the first power monitored at the first time is the same as the second power monitored at the second time, the power may be constant over time. When the first power monitored at the first time is different from the second power monitored at the second time, the power may not be constant over time. When the first power monitored at the first time is the same as the second power monitored at the second time (if the power over time is constant), the step of controlling the variable wavelength light source may be terminated. When the first power monitored at the first time is different from the second power monitored at the second time (if the power is not constant according to time), step S140 may proceed, and steps S110, S120, and S130 are repeated. Can be.

S140 단계에서, 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절할 수 있다. 파장가변 광원은 디튜닝 스윕(detuning sweep)에 의해 획득된 최적 동작 지점들을 포함하는 제 1 및 제 2 디튜닝 곡선들에 기초하여 동작할 수 있다. 여기서, 제 1 디튜닝 곡선은 제 1 주위 온도에서 동작하는 파장가변 광원으로부터 획득될 수 있고 그리고 제 2 디튜닝 곡선은 제 2 주위 온도에서 동작하는 파장가변 광원으로부터 획득될 수 있다. 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절함으로써 제 1 또는 제 2 디튜닝 곡선 상의 제 1 지점에서 제 2 지점으로 동작 상태를 시프트(shift), 변경, 변화, 천이(transit) 시킬 수 있다. 주위 온도(또는 외부 온도)의 변화에 따라 파장가변 광원은 복수의 디튜닝 곡선들을 획득할 수 있다. 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절함으로써 복수의 디튜닝 곡선들 상의 최적 동작 지점으로 동작 상태를 시프트 시킬 수 있다. S140 단계는 도 13 내지 도 15에서 좀 더 구체적으로 설명될 것이다.In step S140, the variable-wavelength light source may adjust the phase control current applied to the phase controller. The tunable light source may operate based on first and second detuning curves including optimal operating points obtained by a detuning sweep. Here, the first detuning curve may be obtained from a tunable light source operating at a first ambient temperature, and a second detuning curve may be obtained from a tunable light source operating at a second ambient temperature. The variable-wavelength light source can shift, change, change, or transition the operating state from the first point on the first or second detuning curve to the second point by adjusting the phase control current applied to the phase controller. have. The variable wavelength light source may acquire a plurality of detuning curves according to a change in ambient temperature (or external temperature). The variable-wavelength light source can shift the operating state to an optimal operating point on a plurality of detuning curves by adjusting the phase control current applied to the phase controller. Step S140 will be described in more detail in FIGS. 13 to 15.

일 실시 예에 따른 S140 단계에서, 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류의 레벨을 증가(또는 감소)시킴으로써 위상 제어 전류를 조절할 수 있다. 다른 예에서, 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류의 듀티(duty) 값을 증가(또는 감소)시킴으로써 위상 제어 전류를 조절할 수 있다. 또 다른 예에서, 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류의 파형, 주파수, 파장, 또는 DC(direct current) 레벨을 증가(또는 감소)시킴으로써 위상 제어 전류를 조절할 수 있다. 상술된 위상 제어 전류를 조절하는 예시들은 본 발명의 범위를 제한하지는 않을 것이다. 이득 매질로부터 출력되는 파워가 일정해지는 경우, 도 1에서 설명된 파장가변 광원을 제어하는 방법은 종료될 수 있다. In step S140 according to an embodiment, the variable-wavelength light source may adjust the phase control current by increasing (or decreasing) the level of the phase control current applied to the phase controller. In another example, the tunable light source may adjust the phase control current by increasing (or decreasing) a duty value of the phase control current applied to the phase controller. In another example, the tunable light source may adjust the phase control current by increasing (or decreasing) the waveform, frequency, wavelength, or direct current (DC) level of the phase control current applied to the phase controller. Examples of adjusting the phase control current described above will not limit the scope of the present invention. When the power output from the gain medium becomes constant, the method of controlling the tunable light source described in FIG. 1 may be terminated.

도 2는 광대역 광원을 사용하는 파장분할 다중화 기반의 광 가입자 망 시스템(Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network; WDM-PON)을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2를 참조하면, WDM-PON(100)은 음성, 데이터, 및 방송의 융합 서비스를 제공할 수 있다. WDM-PON(100)은 중앙 기지국(Center Office; CO)과 가입자 간의 통신이 각 가입자에게 정해진 파장을 사용한다. WDM-PON(100)은 중앙 기지국(CO) 측에 놓이는 기지국 송수신 장치(Optical Line Terminal; OLT)(110), 가입자 측에 놓이는 가입자 단말 장치(Optical Network Unit; ONU 또는 Optical Network Terminal; ONT)(130) 및 옥외 노드(Remote Node; RN)(120)를 포함할 수 있다. 기지국 송수신 장치(110)와 옥외 노드(120)는 단심의 피더(Feeder) 광섬유(117)로 연결되고, 옥외 노드(120)와 가입자 단말 장치(130)는 분배(Distribution) 광섬유(125)로 연결될 수 있다.FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network (WDM-PON) based on a wavelength division multiplexing using a broadband light source. Referring to FIG. 2, the WDM-PON 100 may provide a convergence service of voice, data, and broadcast. The WDM-PON 100 uses a wavelength determined for each subscriber for communication between a center office (CO) and a subscriber. WDM-PON (100) is a base station transceiver (Optical Line Terminal; OLT) 110 placed on the side of the central base station (CO), a subscriber terminal device (Optical Network Unit; ONU or Optical Network Terminal; ONT) placed on the subscriber side ( 130) and an outdoor node (Remote Node; RN) 120. The base station transmitting/receiving device 110 and the outdoor node 120 are connected by a single-core feeder optical fiber 117, and the outdoor node 120 and the subscriber terminal device 130 are connected by a distribution optical fiber 125. I can.

기지국 송수신 장치(110)로부터 가입자 단말 장치(130)로 전송되는 하향 광은 기지국 송수신 장치(110)의 광대역 광원(Broadband Light Source; BLS)(112)으로부터 제 1 써큘레이터(Circulator 또는 Optical Circulator)(114) 및 파장 분할 다중화 및 역다중화 기능을 수행하는 배열 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating; AWG)(113)를 통해 기지국 송수신 장치(110)의 광 송신기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier; RSOA)(111)로 전달될 수 있다.Downlink light transmitted from the base station transceiver 110 to the subscriber terminal device 130 is from a broadband light source (BLS) 112 of the base station transceiver 110 to a first circulator (circulator or optical circulator) ( 114) and an Arrayed Waveguide Grating (AWG) 113 that performs wavelength division multiplexing and demultiplexing to the Reflective Semiconductor Optical Amplifier (RSOA) 111 of the base station transceiver 110 Can be.

기지국 송수신 장치(110)의 광 송신기(111)로 전달된 하향 광은 다시 배열 도파로 격자(113), 제 1 써큘레이터(114) 및 제 2 써큘레이터(115)를 거쳐 피더 광섬유(117)를 통해 옥외 노드(RN)(120)의 배열 도파로 격자(123)로 전달되고, 다시 분배 광섬유를 통해 가입자 단말 장치(130) 내의 광 커플러(Optical Coupler)(133)에 전달된다. 여기서 광 커플러(133)는 다양한 실시 예에서 써큘레이터일 수 있다. 광 커플러(133)에 입력된 하향 광은 가입자 단말 장치의 광 송신기(131) 및 광 수신기(132)로 전달될 수 있다.The downlink light transmitted to the optical transmitter 111 of the base station transceiver 110 is again passed through the array waveguide grating 113, the first circulator 114, and the second circulator 115 through the feeder optical fiber 117. It is transmitted to the array waveguide grating 123 of the outdoor node (RN) 120, and is transmitted to an optical coupler 133 in the subscriber terminal device 130 through a distribution optical fiber. Here, the optical coupler 133 may be a circulator in various embodiments. Downlink light input to the optical coupler 133 may be transmitted to the optical transmitter 131 and the optical receiver 132 of the subscriber terminal device.

가입자 단말 장치(130)로부터 기지국 송수신 장치(110)로 전달되는 상향 광은 하향 광과 반대 방향으로 전달될 수 있다. 상향 광은 가입자 단말 장치의 광 송신기(131)로부터 광 커플러(133), 분배 광섬유(125)를 통해 옥외 노드(120)으로 전달된다. 상향 광은 옥외 노드(120)의 배열 도파로 격자(AWG)(123), 피더 광섬유(117)를 통해 기지국 송수신 장치(110)로 전달된다. 전달된 상향 광은 제 2 써큘레이터(115) 및 기지국 송수신 장치의 배열 도차로 격자(118)를 거쳐 기지국 송수신 장치(110)의 광 수신기(116)로 전달될 수 있다.Uplink light transmitted from the subscriber station device 130 to the base station transceiver 110 may be transmitted in a direction opposite to the downlink light. The uplink light is transmitted from the optical transmitter 131 of the subscriber terminal device to the outdoor node 120 through the optical coupler 133 and the distribution optical fiber 125. The uplink light is transmitted to the base station transceiver 110 through the array waveguide grating (AWG) 123 of the outdoor node 120 and the feeder optical fiber 117. The transmitted uplink light may be transmitted to the optical receiver 116 of the base station transceiver 110 through the second circulator 115 and the grid 118 through the arrangement of the base station transceiver.

도 2의 실시 예와 같이 광대역 광원을 이용한 WDM-PON(100)은 기지국 송수진 장치(110)의 광원을 가입자 단말 장치(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 10Gbps(Giga bit per second) 급 시스템에서는 사용하기 힘든 방식으로 인식되고 있다. 이를 보완하기 위해 반사형 전계흡수 변조기를 집적한 소자가 대안으로 제시되고 있다.As in the embodiment of FIG. 2, the WDM-PON 100 using a broadband light source does not need to secure a separate light source at the subscriber end because the light source of the base station transmission and reception device 110 is also used in the subscriber terminal device 130. Thus, a color-independent system can be implemented. However, since the WDM-PON (100) using a broadband light source injects a seed light source using a separate broadband light source, and amplifies and modulates it by the RSOA (111), there is a speed limitation and thus a 10Gbps (Giga bit per second) class It is recognized in a way that is difficult to use in the system. To compensate for this, a device incorporating a reflective field absorption modulator has been proposed as an alternative.

도 3은 파장가변 광원을 이용한 파장분할 다중화 기반의 광 가입자 망 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, WDM-PON(200)은 중앙 기지국(CO) 측에 놓이는 기지국 송수신 장치(OLT)(210), 가입자 측에 놓이는 가입자 단말 장치(ONU 또는 ONT)(230) 및 옥외 노드(RN)(220)를 포함할 수 있다. 기지국 송수신 장치(210)와 옥외 노드(220)는 단심의 피더 광섬유(217)로 연결되고 옥외 노드(220)와 가입자 단말 장치(230)는 분배 광섬유로 연결될 수 있다.3 is a diagram showing the configuration of an optical subscriber network system based on wavelength division multiplexing using a variable wavelength light source. 3, the WDM-PON 200 includes a base station transceiver (OLT) 210 placed on the central base station (CO) side, a subscriber terminal device (ONU or ONT) 230 placed on the subscriber side, and an outdoor node ( RN) 220 may be included. The base station transceiver 210 and the outdoor node 220 may be connected by a single-core feeder optical fiber 217, and the outdoor node 220 and the subscriber terminal device 230 may be connected by a distribution optical fiber.

하향 광은 기지국 송수신 장치(210)의 파장가변 광원(Tunable Laser Diode; TLD)(211)으로부터 파장분할 다중화(WDM) 필터(213)를 통해 기지국 송수신 장치(210)의 배열 도파로 격자(AWG)(214)로 전달된다. 전달된 하향 광은 피더 광섬유(217)를 통해 옥외 노드(220)으로 전달되며, 하향 광은 옥외 노드(220)의 배열 도파로 격자(AWG)(223)를 거쳐 분배 광섬유(225)를 통해 가입자 단말 장치(230)의 파장분할 다중화(WDM) 필터(233)로 전달된다. 전달된 하향 광은 파장분할 다중화(WDM) 필터(233)를 거쳐 가입자 단말 장치(230)의 수광부(PD)(232)에 전달될 수 있다. 상향 광은 가입자 단말 장치(230)의 기지국 송수신 장치(210)의 파장 가변 광원(TLD)(231)으로부터 하향 광과 반대 방향으로 진행하여 기지국 송수신 장치(210)의 수광부(PD)(212)에 전달될 수 있다.The downlink light is transmitted from a Tunable Laser Diode (TLD) 211 of the base station transceiver 210 through a wavelength division multiplexing (WDM) filter 213 to the array waveguide grating (AWG) of the base station transceiver 210 ( 214). The transmitted downlink light is transmitted to the outdoor node 220 through the feeder optical fiber 217, and the downlink light passes through the array waveguide grating (AWG) 223 of the outdoor node 220 and the subscriber terminal through the distribution optical fiber 225. It is passed to a wavelength division multiplexing (WDM) filter 233 of the device 230. The transmitted downlink light may be transmitted to the light receiving unit (PD) 232 of the subscriber terminal device 230 through a wavelength division multiplexing (WDM) filter 233. The uplink light proceeds from the variable wavelength light source (TLD) 231 of the base station transceiver 210 of the subscriber terminal device 230 in the opposite direction to the downlink light and is transmitted to the light receiving unit (PD) 212 of the base station transceiver 210. Can be delivered.

도 3의 실시 예는 도 2의 실시 예와는 달리, 특정 파장에 대한 의존성이 없는 시스템을 구성하기 위하여 파장 가변 광원(TLD)(211, 231)을 기지국 송수신 장치(210)와 가입자 단말 장치(230) 각각에 포함한다. 도 3의 파장가변 광원을 이용한 WDM-PON은 기지국 송수신 장치(210)와 가입자 단말 장치(230)가 모두 광원을 보유해야 한다는 제한이 있으나 레이저를 사용하는 구조이므로 도 2의 실시 예와 비교하여 속도 측면에서 높은 성능을 구현할 수 있다. 따라서, 파장 가변 광원을 이용한 WDM-PON은 저비용으로 신뢰성 있고 높은 성능의 파장 가변 광원을 만드는 것이 중요하다.In the embodiment of FIG. 3, unlike the embodiment of FIG. 2, in order to configure a system that does not depend on a specific wavelength, a tunable light source (TLD) 211 and 231 is provided with a base station transceiver 210 and a subscriber terminal device ( 230) included in each. The WDM-PON using the variable wavelength light source of FIG. 3 has a limitation that both the base station transmitting and receiving device 210 and the subscriber terminal device 230 must have a light source, but since it is a structure using a laser, speed compared to the embodiment of FIG. High performance can be achieved from the side. Therefore, it is important to make a reliable and high-performance wavelength tunable light source at low cost for WDM-PON using a tunable light source.

외부 공진기형 파장가변 레이저는 외부 공진기를 통해 발진 광이 필터링 되기 때문에 이에 의해 단일 모드 발진(lasing)에 유리하다. 그러나, 외부 공진기가 특정 조건에서 안정된 발진 조건을 갖고 있다고 하더라도 인가되는 전류나 외부 기온 등이 변화하게 되면 발진 모드가 이동할 수 있다. 이 경우, 외부 공진기형 파장 가변 레이저에서 인접 모드로의 모드 호핑(hopping) 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 에러율이 높아질 수 있다.The external resonator-type tunable laser is advantageous in single mode lasing by filtering the oscillation light through the external resonator. However, even if the external resonator has a stable oscillation condition under a specific condition, the oscillation mode may shift when the applied current or external temperature changes. In this case, mode hopping to an adjacent mode may occur in the external resonator-type wavelength tunable laser, and in some cases, a phenomenon such as multi-mode lasing may be seen. When a phenomenon such as mode hopping or multi-mode lazing occurs, an error rate of transmission data may increase in an optical communication field using a constant wavelength in a single mode.

따라서, 외부 공진기형 파장 가변 레이저를 사용하는데 있어서 주어진 조건 하에서 안정된 파장 영역을 결정하거나 주어진 파장 영역에서 안정된 조건을 결정하는 것이 중요하다.Therefore, in using an external resonator type tunable laser, it is important to determine a stable wavelength region under a given condition or a stable condition in a given wavelength region.

이하, 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의상 주로 열광학(thermo-optic; TO) 효과를 이용한 외부 공진기형 파장가변 레이저를 기준으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 본 발명의 실시 예에 따른 외부 공진기형 레이저를 제어하는 방법은 일반적인 외부 공진기형 레이저에 동일하게 적용되어 개별 소자 방식에 맞게 적용될 수 있다.Hereinafter, in an embodiment of the present invention, for convenience of explanation, an external resonator type wavelength tunable laser mainly using a thermo-optic (TO) effect will be described. However, this is for convenience of description, and the method of controlling an external resonator-type laser according to an embodiment of the present invention is applied in the same manner to a general external resonator-type laser and can be applied according to an individual device method.

파장가변 광원은 광 통신, 스펙트로스코피(spectroscopy), 센서 등의 분야에서 사용되는 핵심 소자로써, 파장 가변 광원을 구현하기 위해 다양한 기술이 제안되고 있다. 파장 가변 광원은 SG-DBR(sampled grating distributed Bragg Reflector)을 비롯한 반도체 소자를 이용해 버니어(Vernier) 효과를 사용하는 단일 집적 레이저, 외부 그레이팅 반사경을 이용한 외부 공진기 레이저, 여러 단일 파장 광원을 어레이(array) 형태로 만들어 다파장을 구현하는 어레이 레이저 등이 대표적이다.A tunable light source is a key device used in fields such as optical communication, spectroscopy, and sensors, and various technologies have been proposed to implement a tunable light source. The tunable light source is a single integrated laser using the Vernier effect using semiconductor devices including SG-DBR (sampled grating distributed Bragg Reflector), an external resonator laser using an external grating reflector, and an array of multiple single wavelength light sources. Typical examples are array lasers that are made into a shape and realize multiple wavelengths.

외부 공진형 파장가변 레이저에서 사용되는 파장가변 기술은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용해 회절 각도로 파장을 분리해 주는 기술, 열광학 효과를 이용한 기술, 액정(liquid crystal)과 같은 전압 또는 전류에 의해 파장을 가변하는 기술 등으로 분류될 수 있다.The tunable technology used in the external resonance type tunable laser is a technology that separates wavelengths by diffraction angles using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, technology using thermo-optical effects, voltage or current such as liquid crystal. It can be classified as a technology that changes the wavelength by.

단일 집적에 의한 파장 가변 방식은 많은 발전이 있었으나, 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.Although there have been many developments in the wavelength tunable method by single integration, it has a problem due to high price due to a yield problem. In the case of an array laser, its application is also limited due to its size and yield. In the case of the external resonator laser, stable laser driving is possible to some extent, but there are limitations due to the large size and high-speed operation that the external resonator laser has.

도 4a 및 도 4b는 파장가변 광원의 동작 특성 및 위상 제어 전극의 위치를 나타낸 개념도이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 파장가변 광원들(300a, 300b)는 이득 매질(301; gain medium 또는 반도체 이득 매질), 외부 반사경(303; 또는 폴리머 브래그 반사경(polymer bragg reflector; PBR)), 위상 제어기(305), 및 모니터 포토다이오드(307)를 포함할 수 있다. 이득 매질(301)은 광원의 발진에 필요한 이득을 제공해주기 위해 구현될 수 있다. 이득 매질(301)은 반도체 재료나 결정 또는 기체 분자 등으로 이루어지며, 외부 광에 의한 펌핑 또는 전류 주입에 의해 이득을 얻을 수 있다. 반도체 레이저 등에서는 외부 반사경(303)과의 광 결합을 향상시키기 위해 모드 변환기 등을 집적할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서, 예로서, 이득 매질(301)의 길이(Lin1, Lin2) 또는 이득 매질(301) 내에서 고반사 코팅면(HR) 및 저반사 코팅면(AR) 사이의 거리는 500 마이크로미터(um)일 수 있다.4A and 4B are conceptual diagrams showing operating characteristics of a variable wavelength light source and a position of a phase control electrode. 4A and 4B, the variable wavelength light sources 300a and 300b include a gain medium 301 (a gain medium or semiconductor gain medium), an external reflector 303 (or a polymer bragg reflector (PBR)), A phase controller 305, and a monitor photodiode 307 may be included. The gain medium 301 may be implemented to provide a gain required for oscillation of the light source. The gain medium 301 is made of a semiconductor material, crystal, or gas molecules, and can obtain a gain by pumping by external light or injection of current. In a semiconductor laser or the like, a mode converter or the like may be integrated to improve optical coupling with the external reflector 303. In FIGS. 4A and 4B, as an example, the length of the gain medium 301 (L in1 , L in2 ) or the distance between the high reflection coating surface HR and the low reflection coating surface AR in the gain medium 301 is It may be 500 micrometers (um).

외부 반사경(303)은 파장가변 광원들(300a, 300b)으로부터 출력되는 빛의 파장을 가변시킬 수 있다. 외부 반사경(303)은 반사되는 중심 파장을 변화시켜 주기 위해 구현된 것으로, 예를 들어, 열광학 효과나 플라즈마 효과 등에 의해 파장을 가변해줄 수 있다. 외부 반사경(303)은 이득 매질의 외부에 파장 선택성이 없는 거울이나 또는 파장 선택성이 있는 브래그 그레이팅 거울(Bragg Grating Reflector) 등을 이용해 구현될 수 있다.The external reflector 303 may vary the wavelength of light output from the variable wavelength light sources 300a and 300b. The external reflector 303 is implemented to change the reflected center wavelength, and may change the wavelength by, for example, a thermo-optical effect or a plasma effect. The external reflector 303 may be implemented using a mirror having no wavelength selectivity or a Bragg Grating Reflector having wavelength selectivity outside the gain medium.

파장가변 광원들(300a, 300b)은 외부 반사경(303)을 기반으로 파장 가변 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 파장가변 광원들(300a, 300b)은 외부의 전류 주입, 온도 변화 또는 각도 조절 등을 기반으로 이득 매질(301)에서 생성된 광 신호가 통과 또는 반사되는 대역의 변화가 발생하는 파장가변 필터를 이용해 구현될 수 있다. 파장가변 광원들(300a, 300b)은 폴리머 재료 또는 반도체 재료 등을 사용하여 구현될 수 있다. 파장가변 광원들(300a, 300b)은 플라즈마 효과나 열광학 효과에 의한 굴절률 변화를 일으키거나 회절 각도의 변화에 의한 파장 변화를 이용해 파장 가변이 가능하도록 구현될 수 있다.The variable wavelength light sources 300a and 300b may perform a wavelength variable function based on the external reflector 303. For example, the variable wavelength light sources 300a and 300b are wavelengths at which a change in the band through which the optical signal generated by the gain medium 301 passes or reflects is generated based on external current injection, temperature change, or angle control. It can be implemented using variable filters. The tunable light sources 300a and 300b may be implemented using a polymer material or a semiconductor material. The variable-wavelength light sources 300a and 300b may cause a change in refractive index due to a plasma effect or a thermo-optical effect, or may be implemented to enable a wavelength change by using a wavelength change due to a change in a diffraction angle.

파장가변 광원들(300a, 300b)이 열광학 효과를 기반으로 한 파장가변 레이저로 구현되는 경우, 수퍼루미네슨트 다이오드(superluminescent diode; SLD)로 구현되는 이득 매질(301)과 열광학 효과가 큰 폴리머나 반도체 재료에 분산 브래그 그레이팅을 형성한 외부 반사경을 광 결합할 수 있다.When the tunable light sources 300a and 300b are implemented as a tunable laser based on the thermo-optical effect, the gain medium 301 implemented with a superluminescent diode (SLD) and the thermo-optical effect are large. It is possible to optically couple an external reflector formed with dispersion Bragg grating on a polymer or semiconductor material.

파장가변 광원들(300a, 300b)은 열 광학 효과를 이용해 파장을 조절할 수 있다. 구체적으로, 파장가변 광원들(300a, 300b)은 히터 전극을 형성하여 소자의 굴절률을 조절할 수 있다. 즉, 광원의 구동 파장이 히터 전극의 발열에 의한 온도 변화에 의해 가변 되므로 파장을 변화시키기 위한 제어 방식이 용이할 수 있다. 다만, 파장가변 광원들(300a, 300b)의 재료 자체가 온도에 민감하게 파장이 변화할 수 있으므로, 외부의 환경 변화에 쉽게 발진 특성이 변화될 수도 있다.The tunable light sources 300a and 300b may adjust the wavelength using a thermo-optical effect. Specifically, the variable wavelength light sources 300a and 300b may form a heater electrode to adjust the refractive index of the device. That is, since the driving wavelength of the light source is varied by temperature change due to heat generation of the heater electrode, a control method for changing the wavelength may be easily performed. However, since the material of the tunable light sources 300a and 300b itself can change its wavelength sensitively to temperature, the oscillation characteristics may easily change due to changes in the external environment.

따라서 이득 매질(301)과 외부 반사경(303)만을 가진 외부 공진기형 파장가변 광원은 외부의 환경 변화에 따른 발진 모드가 불안정할 수 있으며, 이를 해결하기 위해 위상 제어기(phase controller)(305)가 필요하다. Therefore, the external resonator type variable wavelength light source having only the gain medium 301 and the external reflector 303 may have unstable oscillation mode due to changes in the external environment, and a phase controller 305 is required to solve this. Do.

위상 제어기(305)는 도 4a와 같이 외부 반사경(303)에 집적되어 구현될 수도 있고(파장가변 광원(300)), 그리고 도 4b와 같이 이득 매질(301)에 집적되어 구현될 수 있다(파장가변 광원(300b)). 도 4a 및 도 4b 두 경우 모두 기능상으로는 동일하나 실제 소자를 구현했을 때의 특성 제어 측면에서 차이가 있다.The phase controller 305 may be implemented by being integrated into the external reflector 303 as shown in FIG. 4A (wavelength variable light source 300), and may be implemented by being integrated in the gain medium 301 as shown in FIG. 4B (wavelength Variable light source 300b). Both cases of FIGS. 4A and 4B are functionally the same, but differ in terms of characteristic control when an actual device is implemented.

구체적으로, 파장가변 광원들(300a, 300b)을 구현하기 위해서는 이득 매질(301)과 외부 반사경(303) 사이에 특성을 저해하는 기생 반사가 생겨서는 안 되는데, 이득 매질(301)에서는 상대적으로 저반사 코팅이나 틸트(tilt) 구조의 불완전성으로 인해 저반사 코팅면(AR)에 잔류 반사율(r2)을 가질 수 있다. 이득 매질(301)이 바라보는 반사율은 잔류 반사율(r2)와 외부 반사경(303)에 의한 반사가 복합적으로 작용해 발생하는 캐비티 미러(cavity mirror)의 반사율(rR)이 되게 된다. 이득 매질(301)의 고반사 코팅면(HR)은 반사율(r1)을 가질 수 있다.Specifically, in order to implement the variable wavelength light sources 300a and 300b, parasitic reflection that impairs characteristics should not occur between the gain medium 301 and the external reflector 303, but the gain medium 301 is relatively low. Due to the imperfections of the reflective coating or the tilt structure, the low-reflective coating surface AR may have a residual reflectance r 2 . The reflectance viewed by the gain medium 301 becomes the reflectance r R of the cavity mirror generated by a combination of residual reflectance r 2 and reflection by the external reflector 303. The highly reflective coating surface HR of the gain medium 301 may have a reflectance r 1 .

도 4a와 같이 위상 제어기(305)가 외부 반사경(303)에 집적되어 구현된 경우에는 잔류 반사가 일어나는 부분이 외부 반사경(303)을 기준으로 위상 제어기(305)의 바깥 쪽에 놓이기 때문에 발진 모드의 위상을 변화시켜 주기 위해 위상 제어기(305)를 동작시키면 캐비티 미러의 내부 위상도 변화하여 반사율의 형상 자체가 바뀔 수 있다. 예로서, 도 4a의 이득 매질(301) 및 위상 제어기(305) 간의 거리(Lext1)는 3미리미터(mm)보다 작을 수 있다.In the case where the phase controller 305 is integrated and implemented in the external reflector 303 as shown in FIG. 4A, the phase of the oscillation mode is formed because the part where residual reflection occurs is located outside the phase controller 305 based on the external reflector 303. When the phase controller 305 is operated to change the value, the internal phase of the cavity mirror is also changed, so that the shape of the reflectance itself may be changed. As an example, the distance L ext1 between the gain medium 301 and the phase controller 305 of FIG. 4A may be less than 3 mm (mm).

도 4b와 같은 경우에는 잔류 반사가 위상 제어기(305)의 안쪽에 놓이기 때문에 캐비티 미러의 반사율의 변화 없이 모드만 이동한다. 따라서 도 4b와 같은 경우, 반사율 특성의 제어 측면에서는 유리하나 발열에 의한 이득 매질(301)의 특성 저하나 전기적인 분리(isolation), 공진기 길이의 증가 문제가 있다. 예로서, 도 4b의 위상 제어기(305) 및 외부 반사경(303) 간의 거리(Lext2)는 3미리미터(mm)보다 작을 수 있다.In the case of Fig. 4B, since the residual reflection is placed inside the phase controller 305, only the mode moves without changing the reflectance of the cavity mirror. Accordingly, in the case of FIG. 4B, although it is advantageous in terms of controlling the reflectance characteristic, there are problems of deteriorating the characteristics of the gain medium 301 due to heat generation, electrical isolation, and an increase in the length of the resonator. For example, the distance L ext2 between the phase controller 305 and the external reflector 303 of FIG. 4B may be less than 3 mm (mm).

모니터 포토다이오드(309)에는, 이득 매질(301)로부터 출력되는 파워에 따라 결정되는 모니터 전류가 흐를 수 있다. 모니터 포토다이오드(309)는 모니터 전류에 기초하여 이득 매질(301)로부터 출력되는 파워를 모니터링 할 수 있다. 모니터 포토다이오드(309)는 파장가변 광원들(300a, 300b)의 후면에 위치할 수 있다. 모니터 포토다이오드(309)는 이득 매질(301)의 고반사 코팅면(HR)의 출력 파워를 읽을 수 있는 부분에 위치할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 모니터 포토다이오드(309)의 위치는 예시적인 것이며, 본 발명의 범위를 제한하지는 않는다.A monitor current determined according to the power output from the gain medium 301 may flow through the monitor photodiode 309. The monitor photodiode 309 may monitor the power output from the gain medium 301 based on the monitor current. The monitor photodiode 309 may be located on the rear surface of the tunable light sources 300a and 300b. The monitor photodiode 309 may be located at a portion where the output power of the highly reflective coating surface HR of the gain medium 301 can be read. The location of the monitor photodiode 309 shown in FIGS. 4A and 4B is exemplary and does not limit the scope of the present invention.

도 5는 파장가변 광원에서 제어해야 할 소자 변수들을 나타내는 도면이다. 파장가변 광원(400)은 이득 매질(401), 외부 반사경(403), 위상 제어기(405), 모드 변환기(407), 모니터 포토다이오드(409), 및 모듈(또는 열전 냉각기로 지칭; thermoelectric cooler; TEC)를 포함할 수 있다. 이득 매질(401), 외부 반사경(403), 위상 제어기(405), 및 모니터 포토다이오드(409)는 도 4a의 이득 매질(301), 외부 반사경(303), 위상 제어기(305), 및 모니터 포토다이오드(309)와 실질적으로 동일할 수 있다. 이득 매질(401), 외부 반사경(403), 위상 제어기(405), 모드 변환기(407), 및 모니터 포토다이오드(409)는 모듈(TEC) 상에 위치할 수 있다.5 is a diagram showing device variables to be controlled in a variable wavelength light source. The tunable light source 400 includes a gain medium 401, an external reflector 403, a phase controller 405, a mode converter 407, a monitor photodiode 409, and a module (or referred to as a thermoelectric cooler; thermoelectric cooler; TEC). The gain medium 401, the external reflector 403, the phase controller 405, and the monitor photodiode 409 are the gain medium 301, the external reflector 303, the phase controller 305, and the monitor photodiode 409 of FIG. 4A. It may be substantially the same as the diode 309. A gain medium 401, an external reflector 403, a phase controller 405, a mode converter 407, and a monitor photodiode 409 may be located on the module TEC.

도 5를 참조하면, 위상 제어기(405)가 외부 반사경(403)에 위치하며 이득 매질(401)에는 모드 변환기(407)가 달릴 수 있다. 일 예로서, 모드 변환기(407) 및 위상 제어기(405) 간의 거리(Lext3)는 3미리미터(mm)보다 작을 수 있다. 일 예로서, 이득 매질(401)의 길이(Lin3) 또는 이득 매질(401) 내에서 고반사 코팅면(HR) 및 저반사 코팅면(AR) 사이의 거리는 500 마이크로미터(um)일 수 있다.Referring to FIG. 5, a phase controller 405 is located on an external reflector 403, and a mode converter 407 may run on the gain medium 401. As an example, the distance L ext3 between the mode converter 407 and the phase controller 405 may be less than 3 mm (mm). As an example, the length (L in3 ) of the gain medium 401 or the distance between the high reflection coating surface HR and the low reflection coating surface AR in the gain medium 401 may be 500 micrometers (um). .

파장가변 광원(400)의 파장을 맞추기 위해서는 전체 모듈(TEC)의 온도(Tmodule)를 고정한 채, 브래그 격자상에 형성된 히터 전극에 전류를 가해 파장을 원하는 파장 근처로 보내고 위상 제어기(405)를 제어한다. 이 경우, 원하는 파장을 만들어 낼 수는 있으나, 디튠드 로딩 효과(detuned loading effect)에 의한 첩(chirp) 저감을 일부 파장에 대해서만 얻을 수 있다. 즉, 원하는 파장에서 원하는 디튜닝(detuning) 정도를 얻기 위해서는 수동영역의 위상(Ф1), 능동 영역의 위상(Ф2) 및 발진 파장(λPBR)을 동시에 조절해 주어야 한다. 따라서, 제어 가능한 변수인 위상 제어기(405), 외부 반사경(403)으로 인가되는 전류 및 전체 모듈(TEC)의 온도를 동시에 제어하여야 한다.In order to match the wavelength of the wavelength variable light source 400, the entire module (TEC) temperature (T module) phase controller 405 is applied to a current to the heating elements having a wavelength near the desired wavelength is formed on the fixed image while Bragg grating of Control. In this case, the desired wavelength can be produced, but chirp reduction due to the detuned loading effect can be obtained only for some wavelengths. That is, in order to obtain a desired degree of detuning at a desired wavelength, the phase (Ф1) of the passive region, the phase (Ф2) of the active region, and the oscillation wavelength (λ PBR ) must be simultaneously adjusted. Accordingly, the phase controller 405, which is a controllable variable, the current applied to the external reflector 403, and the temperature of the entire module TEC must be simultaneously controlled.

도 6a 및 도 6b는 파장가변 광원에서 디튠드 로딩 효과를 설명하기 위한 도면들이다. 각각의 도면에 대해서 이하에서 보다 상세하게 설명한다.6A and 6B are diagrams for explaining a detune loading effect in a variable wavelength light source. Each of the drawings will be described in more detail below.

도 6a는 브래그 격자로 구현된 외부 반사경의 파장(Wavelength of PBR)에 따른 반사율(REFLECTIVITY)을 변화를 표시한 그래프와 장파장 디튜닝을 한 발진 모드를 표시한 그래프이다. 도 6a를 참조하면, 외부 공진기형 파장 가변 레이저의 발진 모드가 안정화 영역 바깥으로 이동하지 않는 조건하에서는 장파장으로 보낼수록 유효 미분 이득의 증가 등으로 유효 선폭 증가 계수가 감소하여 전송 페널티가 감소하게 된다.6A is a graph showing a change in reflectivity (REFLECTIVITY) according to a wavelength of PBR of an external reflector implemented as a Bragg grating and a graph showing an oscillation mode in which long wavelength detuning is performed. Referring to FIG. 6A, under the condition that the oscillation mode of the external resonator type tunable laser does not move outside the stabilization region, the effective line width increase coefficient decreases due to an increase in the effective differential gain as the wavelength increases as the wavelength increases, thereby reducing the transmission penalty.

도 6b는 디튜닝에 따른 비트 에러율(bit-error rate; BER)을 나타내는 그래프이다. 도 6b 를 참조하면, 네모 모양을 점선으로 연결한 선들은 1545 nm 파장에서 10 Gbps로 직접 변조한 신호의 전송 전(before transmitted) 비트 에러율(BER)이고, 원 모양을 실선으로 연결한 선들은 20km 전송하였을 때(after transmitted)의 비트 에러율이다. 동일 무늬들(1~6)은 동일 조건들(예컨대, 디튜닝되는 파장 값들)을 표시하는 것이며 화살표는 장파장 디튜닝 방향을 표시한 것으로 장파장으로 디튜닝 될수록 페널티는 감소하는 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 전송 전(before transmitted) 및 전송 후(after transmitted)에서 그래프 1에서 그래프 6으로 갈수록 디튜닝 되는 파장은 길어질 수 있다.6B is a graph showing a bit-error rate (BER) according to detuning. Referring to FIG. 6B, the lines connected with a dotted line in a square shape are before transmitted bit error rate (BER) of a signal directly modulated at 10 Gbps at a wavelength of 1545 nm, and the lines connected with a solid line are 20 km. This is the bit error rate after transmitted. The same patterns 1 to 6 indicate the same conditions (eg, wavelength values to be detuned), and the arrows indicate the long wavelength detuning direction, and it can be seen that the penalty decreases as the detuning to the long wavelength increases. For example, a wavelength to be detuned may be longer as it goes from graph 1 to graph 6 in before transmitted and after transmitted.

도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 직접 변조를 하는 파장가변 광원에서 첩을 줄여 주는 디튠드 로딩 효과에 대해 설명하는 도면들이다. 도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d를 참조하면, 도 5의 실시 예를 통해 설명된 수동 영역의 위상(Ф1)의 변화에 따라 소자에서 얻을 수 있는 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 변화가 도시된다. 도 6a, 6b, 6c 및 6d의 각 도면들 상에 표시한 각도가 수동 영역의 위상(Ф1)에 해당하는데, 외부 반사경의 반사율 곡선(Reflectivity of PBR; rPBR)은 수동 영역의 위상(Ф1)에 따라 곡선(Refectivity of rR)으로 변화된다. 이러한 반사율 변화에 따라 얻을 수 있는 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 곡선이 도시되었다. 즉, 도 7a는 수동 영역의 위상(Ф1)이 40도인 경우, 7b는 수동영역의 위상(Ф1)이 160도인 경우, 7c는 수동 영역의 위상(Ф1)이 280도인 경우 그리고 7d는 수동 영역의 위상(Ф1)이 340도인 경우의 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 변화를 나타낸다.7A, 7B, 7C, and 7D are views for explaining a detune loading effect that reduces chirps in a variable wavelength light source that directly modulates. 7A, 7B, 7C, and 7D, the effective line width enhancement coefficient α transient that can be obtained from the device according to the change in the phase φ1 of the passive region described through the embodiment of FIG. 5 The change is shown. 6A, 6B, 6C, and 6D correspond to the phase of the passive region (Ф1), and the reflectivity of the external reflector (Reflectivity of PBR; r PBR ) is the phase of the passive region (Ф1). Depending on the curve (Refectivity of r R ) changes. A curve of the effective line width enhancement factor (α transient ) that can be obtained according to this reflectance change is shown. That is, FIG. 7A shows a case where the phase (Ф1) of the passive area is 40 degrees, 7b shows a case where the phase (Ф1) of the passive area is 160 degrees, 7c is a case where the phase (Ф1) of the passive area is 280 degrees, and 7d is It shows the change of the effective line width enhancement factor (α transient ) when the phase (Ф1) is 340 degrees.

도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d를 참조하면, 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 곡선 상의 점이 모드 안정화 영역을 계산해 얻은 장파장쪽 안정화 영역의 끝으로 진행할 수록, 재료의 유효 선폭 향상 계수(αtransient)가 5를 갖는 소자에서 위상 변화에 따라 얻을 수 있는 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 차이가 크다. 즉, 원하는 파장에서 가장 좋은 첩 특성을 얻기 위해서는 수동 영역의 위상이 160도인 상황(도 7b)에서 발진 모드가 장파장 끝에 놓여야 함을 알 수 있고, 따라서 이를 위해 추가적인 소자 변수의 조절이 필요하게 된다.7A, 7B, 7C, and 7D, as the point on the curve of the effective line width enhancement factor α transient proceeds to the end of the long wavelength side stabilization region obtained by calculating the mode stabilization region, the effective line width enhancement factor of the material In a device with (α transient ) of 5, the difference in the effective line width enhancement factor (α transient ) that can be obtained according to the phase change is large. That is, in order to obtain the best chirp characteristics at a desired wavelength, it can be seen that the oscillation mode must be placed at the end of the long wavelength in a situation where the phase of the passive region is 160 degrees (Fig. 7b), and therefore additional element parameters need to be adjusted for this. .

장거리 전송에 적합한 장파장 디튜닝 설정에 사용할 수 있는 방법으로는 간접적으로 OSA를 통한 파장 변화를 모니터링 하는 방법과, 전송 아이 다이어그램(eye diagram) 또는 에러율 페널티(BER penalty)의 측정을 통한 전송 특성을 직접적으로 확인하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법들은 별도의 측정 장비를 사용하여야 하기 때문에 실제 소자를 사용하는 환경에서는 적용하기 어렵다. 뿐만 아니라 소자의 제어 변수가 세 가지인 경우 조건을 찾기 위한 조합이 너무 많아 이러한 측정 방법으로는 너무 오랜 시간이 걸리게 된다. 반면에 광 파워 또는 전압은 별도의 측정 또는 제어 장비 없이도 간단하게 모니터링 할 수 있으며 빠르게 데이터의 수집도 가능하다. 따라서, 디튜닝 상태와 이들 값의 변화의 상관 관계를 이용해 실용적인 디튜닝 제어가 가능하다. 본 발명에서는 광 파워의 모니터링을 통해 디튜닝 제어를 할 수 있는 방법을 개시 한다.The method that can be used to set long wavelength detuning suitable for long-distance transmission is a method of indirectly monitoring the wavelength change through OSA, and direct transmission characteristics through measurement of a transmission eye diagram or error rate penalty. There is a way to check. However, these methods are difficult to apply in an environment in which an actual device is used because a separate measuring device must be used. In addition, when the device has three control variables, there are too many combinations to find the condition, and this measurement method takes too long. On the other hand, optical power or voltage can be monitored simply without separate measurement or control equipment, and data can be quickly collected. Therefore, practical detuning control is possible using the correlation between the detuning state and changes in these values. The present invention discloses a method for performing detuning control through monitoring of optical power.

도 8a 및 도 8b는 파장가변 광원에서 출력 파워가 결정되는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8a 및 도 8b는 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 파장 가변 레이저(400)는 외부 반사경(403)을 통과해 나오는 출력과 이득 매질(401)의 고반사 코팅면(HR; 반사율 r1)을 통해 나오는 출력을 가질 수 있다. 이 중, 외부 반사경(403)을 통과해 나오는 출력을 POWERPBR, 이득 매질(401)의 고반사 코팅면(HR)을 통해 나오는 출력을 POWERHR, 그리고 이득 매질(401)의 저반사 코팅면(AR)을 통해 나오는 출력을 POWERAR로 명명한다.8A and 8B are diagrams for explaining a method of determining output power in a variable wavelength light source. 8A and 8B will be described with reference to FIG. 5. The tunable laser 400 may have an output that passes through the external reflector 403 and an output that comes out through the highly reflective coating surface (HR; reflectance r1) of the gain medium 401. Among them, the output through the external reflector 403 is POWER PBR , the output through the high reflection coating surface (HR) of the gain medium 401 is POWER HR , and the low reflection coating surface of the gain medium 401 ( AR) is named as POWER AR .

또한, 도 8a의 POWERAR은 이득 매질(401)의 잔류 반사율(r2)을 가지는 면에서 외부 반사경(403)으로 출력되는 파워를 나타낸 것이다. 도 6a와 같은 반사율 곡선을 갖는 외부 반사경(403)의 영향으로 POWERAR은 도 8a에서와 같이 반사율이 큰 0 디튠드 주파수(detuned frequency) 부근에서 가장 높다. 도 8b를 참조하면, 파장에 따른 특성이 동일하게 적용되는 고반사 코팅면(HR)으로의 출력 파워 POWERHR는 POWERAR과 비슷한 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 도 8a의 투과되는 비율(transmitted ratio)은 POWERAR중에 외부 반사경(403)을 통과해 나가는 광의 비율을 나타낸다. 이는 반사율의 영향으로 0 디튠드 주파수 부근에서 가장 작고 반사율이 낮아 지는 양쪽 주파수 영역으로 올라갈수록 커지는 것을 볼 수 있다. 결과적으로 POWERPBR은 이득 매질(401)을 빠져 나가는 파워(POWERAR)와 투과되는 비율에 의해 결정이 되기 때문에 도 8b에 도시된 그래프의 형태를 가질 수 있다. POWERPBR, POWERHR를 비교해 보면 무엇보다 디튜닝에 따른 파워 변화의 정도가 차이가 많이 나는 것을 알 수 있다. 즉, 반사율의 파장 의존성 영향을 서로 다른 방향으로 받는 POWERPBR에 비해 한 방향으로만 받는 POWERHR이 훨씬 큰 파워 변화를 보이는 것을 알 수 있고 이러한 큰 변화는 특성을 모니터링 하는데 유리하다.In addition, POWER AR of FIG. 8A represents the power output to the external reflector 403 on the surface having the residual reflectance r2 of the gain medium 401. Due to the influence of the external reflector 403 having the reflectance curve as shown in FIG. 6A, the POWER AR is highest near the 0 detuned frequency where the reflectance is large as in FIG. 8A. Referring to FIG. 8B, it can be seen that the output power POWER HR to the highly reflective coating surface HR to which the characteristics according to the wavelength are applied equally shows a similar tendency to that of the POWER AR . The transmitted ratio of FIG. 8A represents the ratio of light passing through the external reflector 403 in the POWER AR . It can be seen that this is the smallest near the 0 detune frequency due to the influence of the reflectance and increases as the reflectance goes up to both frequency domains where the reflectance decreases. As a result, since the POWER PBR is determined by the power (POWER AR ) exiting the gain medium 401 and the transmission ratio, it may have the form of a graph shown in FIG. 8B. When comparing the POWER PBR and POWER HR , it can be seen that the degree of power change according to the detuning differs greatly. In other words, it can be seen that the power HR received only in one direction shows a much larger change in power than the POWER PBR affected by the wavelength dependence of the reflectance in different directions, and such a large change is advantageous for monitoring characteristics.

도 9a 및 도 9b는 파장가변 광원의 양단에 출력되는 파워를 측정한 그래프이다. 도 9a 및 도 9b에서는, 위상 제어 전류(PC current)가 증가 또는 감소하는 경우들에 대해서 그래프들이 도시되었다. 구체적으로, 도 9a 및 9b는 디튜닝에 따른 파워 변화를 측정한 것으로 동일한 동작 조건에서 두 파워를 비교해 보면 도 8a 및 도 8b의 결과들과 마찬가지로 POWERHR을 모니터 포토다이오드(409)로 받아 측정된 모니터 전류(m-PD current)가 POWERPBR에 비해 훨씬 큰 비율도 변화되는 것을 볼 수 있다. 또한, 장파장 디튜닝 끝에서 훨씬 명확한 파워 변화를 보인다는 것이다. 이 두 가지 특성으로부터 본 발명에서는 파장가변 광원(400)의 파워 모니터링을 통한 디튜닝 제어는 POWERHR을 이용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.9A and 9B are graphs measuring power output to both ends of a variable wavelength light source. In FIGS. 9A and 9B, graphs are shown for cases in which the phase control current PC current increases or decreases. Specifically, Figures 9a and 9b are measurements of power change due to detuning. When comparing two powers under the same operating conditions, as in the results of Figures 8a and 8b, the power HR is received as the monitor photodiode 409 and measured. It can be seen that the ratio of the monitor current (m-PD current) to that of the POWER PBR is also changed. In addition, it shows a much clearer power change at the end of the long wavelength detuning. From these two characteristics, it can be seen that in the present invention, it is preferable to use POWER HR for detuning control through power monitoring of the variable wavelength light source 400.

도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d는 파장가변 광원에서 각 수동 영역의 위상들에서 디튠드 주파수에 따른 출력 파워들(POWERPBR, POWERHR)을 나타내는 그래프들이다. 구체적으로 도 10a는 수동 영역의 위상(Ф1)이 40도인 경우, 10b는 수동영역의 위상(Ф1)이 160도인 경우, 10c는 수동 영역의 위상(Ф1)이 280도인 경우 그리고 10d는 수동 영역의 위상(Ф1)이 340도인 경우의 출력 파워의 변화를 나타낸다. 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d를 참조하면, 첩 특성이 좋지 않은 위상 조건을 갖는 도 10d가 디튜닝에 따라 나타날 수 있는 최대 파워가 가장 작은 것을 볼 수 있다. 파워를 이용한 디튜닝 제어 방법을 도 3a 및 도 3b에서 언급한 두 가지 소자 구조에 대해 각각 상세히 설명한다.10A, 10B, 10C, and 10D are graphs illustrating output powers (POWER PBR and POWER HR ) according to a detuned frequency in phases of each passive region in a variable wavelength light source. Specifically, FIG. 10A shows when the phase (Ф1) of the passive region is 40 degrees, 10b is when the phase (Ф1) of the passive region is 160 degrees, 10c is when the phase (Ф1) of the passive region is 280 degrees, and 10d is the passive region. It shows the change in the output power when the phase [phi]1 is 340 degrees. Referring to FIGS. 10A, 10B, 10C, and 10D, it can be seen that the maximum power that can appear due to detuning is the smallest in FIG. 10D having a phase condition with poor chirp characteristics. The detuning control method using power will be described in detail for the two device structures mentioned in FIGS. 3A and 3B, respectively.

도 3b와 같은 위상 제어기(305)의 구조를 갖는 소자는 위상 제어기(305)에 전류를 인가하여 디튜닝이 일어나게 하면(디튜닝 스윕(detuning sweep)), 일정한 수동 영역의 위상(Ф1)을 갖기 때문에 외부 반사율 곡선의 변화 없이 발진 모드만 디튜닝이 된다. 따라서, 이 경우, 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d와 같은 형태의 곡선을 획득할 수 있다. 이를 여러 다른 모듈 온도 및 외부 반사경(303)에 인가되는 히터 전류에서 측정하게 되면 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d의 곡선들 중 하나를 획득 하게 되며, 이들 중 가장 좋은 첩 조건에 해당하는 도 10b와 같은 조건을 선택하여 소자 조건을 설정해 주면 된다.The device having the structure of the phase controller 305 as shown in FIG. 3B has a phase (Ф1) of a constant passive region when detuning occurs by applying a current to the phase controller 305 (detuning sweep). Therefore, only the oscillation mode is detuned without changing the external reflectance curve. Accordingly, in this case, it is possible to obtain curves in the shape of FIGS. 10A, 10B, 10C, and 10D. If this is measured at different module temperatures and the heater current applied to the external reflector 303, one of the curves of Figs. 10A, 10B, 10C, and 10D is obtained, and the best chirp condition is applied. The device conditions can be set by selecting the conditions shown in Fig. 10B.

도 3a와 같은 소자 구조에서는 위상 제어기(305)를 동작 시키면 수동 수동 영역의 위상(Ф1)이 계속 바뀌어 이 값을 고정하고 계산한 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d의 POWERHR 곡선과 같은 결과를 얻을 수 없다. 그러나, 장파장 안정화 영역 끝에서 모드가 동작하기 위해서는 대략적으로 180도의 위상 차이가 나는 디튠드 주파수(detuned frequency)가 0인 지점을 통과하는 성질을 이용해 최소 첩 조건을 설정해 줄 수 있다. 즉, 여러 조건의 모듈 온도 및 외부 반사경 히터 전류에 대해서 위상 제어기(305)의 전류를 변화시켜 가면서 디튜닝 스윕을 해 주면 여러 곡선을 얻게 되는데 이 중 최대값이 가장 작은 곡선이 최소 첩 특성을 얻을 수 있는 모듈 온도 및 외부 반사경(303)에 인가되는 히터 전류 조건에 해당하고, 이 조건에서 장파장 디튜닝을 해서 안정화 영역 끝으로 보내면 원하는 최소 첩 조건을 얻을 수 있다.In the device structure as shown in FIG. 3A, when the phase controller 305 is operated, the phase (Ф1) of the passive passive region is continuously changed to fix this value and calculate the POWER HR curves of FIGS. 10A, 10B, 10C, and 10D. You can't get the same result. However, in order to operate the mode at the end of the long-wavelength stabilization region, the minimum chipping condition may be set using the property of passing through a point where the detuned frequency of approximately 180 degrees is zero. That is, if the detuning sweep is performed while changing the current of the phase controller 305 for the module temperature under various conditions and the external reflector heater current, several curves are obtained. Among them, the curve with the smallest maximum value obtains the minimum overlapping characteristic. It corresponds to the possible module temperature and the condition of the heater current applied to the external reflector 303, and under this condition, long wavelength detuning is performed and sent to the end of the stabilization region to obtain the desired minimum overlapping condition.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예에 따라 일정한 온도에서 외부 반사경의 히터 전류를 변화시키면서 디튜닝 스윕을 진행하는 경우 나타나는 출력 파워의 변화에 따른 전송 페널티를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 11a 및 도 11b는 모듈(TEC)의 온도를 일정하게 유지한 상태에서 외부 반사경(303)의 히터 전류(heater current)만을 변화시켜 파장을 바꾸어 가면서 디튜닝 스윕을 수행했을 때 얻은 모니터 포토다이오드(309)의 출력 전류(모니터 전류)로 나타낸 POWERHR와 각각의 모듈 온도(Tmodule) 및 히터 전류 하에 최적화된 첩 조건에서 10Gbps 속도로 직접 변조한 신호를 20km 전송한 파워 패널티를 나타내는 그래프이다.11A and 11B are graphs showing a transmission penalty according to a change in output power when a detuning sweep is performed while changing a heater current of an external reflector at a constant temperature according to an embodiment of the present invention. That is, FIGS. 11A and 11B are monitor photos obtained when the detuning sweep is performed while changing the wavelength by changing only the heater current of the external reflector 303 while maintaining the temperature of the module (TEC). This is a graph showing the power penalty of transmitting a signal modulated directly at 10Gbps speed under the optimized chirp condition under the POWER HR expressed as the output current (monitor current) of the diode 309 and each module temperature (T module ) and heater current for 20km. .

도 11a 및 11b를 참조하면, 디튜닝 스윕 곡선 상의 최대값이 제일 작은 조건이 전송 페널티가 제일 작은 값을 갖는다. 이러한 조건은 도 11a 및 도 11b의 측정 결과에서 보이는 것처럼 온도를 일정하게 유지한 상태에서는 특정한 파장에 대해서만 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 한편 최소 첩 조건에 해당하는 모듈 온도 및 히터 전류하에서 장파장 디튜닝의 지점은 디튜닝 스윕 시의 최소 파워 지점에서 일정한 오프셋을 주어 설정한다. 이는 최소값 부근에서는 첩에 의한 외부 공진기 레이저 모드의 호핑이 발생하기 때문이다.Referring to FIGS. 11A and 11B, a condition in which the maximum value on the detuning sweep curve is the smallest has a transmission penalty value. As shown in the measurement results of FIGS. 11A and 11B, it can be seen that these conditions can be obtained only for a specific wavelength in a state where the temperature is kept constant. On the other hand, the point of long-wavelength detuning under the module temperature and heater current corresponding to the minimum chirping condition is set by giving a constant offset from the minimum power point during the detuning sweep. This is because hopping of the external resonator laser mode occurs due to the chirp around the minimum value.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따라 일정한 파장(λ=1545.32nm)을 유지하기 위해 온도와 외부 반사경의 히터 전류를 동시에 변화시켜 주면서 디튜닝 스윕을 하는 경우 나타나는 후면 출력 파워의 변화와 이에 따른 전송 페널티의 변화를 나타낸 그래프이다.12A and 12B illustrate changes in rear output power that appear when a detuning sweep is performed while simultaneously changing the temperature and the heater current of the external reflector in order to maintain a constant wavelength (λ=1545.32nm) according to an embodiment of the present invention. This is a graph showing the change in transmission penalty accordingly.

구체적으로 도 12a 및 도 12b는 파장을 일정하게 하기 위해 모듈 온도(Tmodule)와 외부 반사경의 히터 전류를 동시에 변화시켜 가면서 측정한 디튜닝 곡선(또는 디튜닝 스윕 곡선)과 각 조건에서 얻은 전송 페널티를 측정한 결과이다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 어떤 파장에서라도 모듈 온도(Tmodule)를 포함한 조건을 최적 값으로 설정하면 최소 첩 조건의 동작이 가능하다.Specifically, FIGS. 12A and 12B show the detuning curve (or detuning sweep curve) measured by simultaneously changing the module temperature (T module ) and the heater current of the external reflector to keep the wavelength constant, and the transmission penalty obtained under each condition. Is the result of measuring. Referring to FIGS. 12A and 12B, if the condition including the module temperature (T module ) is set to an optimum value at any wavelength, the operation of the minimum chirp condition is possible.

도 13은 주위 온도-이득 매질의 온도 간의 관계를 도시하는 그래프 및 주위 온도-레이저의 발진 파장 간의 관계를 도시하는 그래프이다. 많은 광 모듈은 온도에 따라 특성이 많이 변화하기 때문에 써미스터(thermistor)와 열전소자를 이용해 일정한 온도를 유지시켜 주게 된다. 하지만 이를 통한 온도제어가 완벽한 것은 아니어서 실제로는 도 13에 표시한 것과 같이 외부 기온 변화에 의해 내부 부품의 온도가 변화하게 되게 이에 의해 출력 광 특성이 변화하게 된다. 즉, 외부 기온이 변하게 되면 외부 공진기 레이저의 패키지 내부 온도 분포가 변화하게 되고 이에 따라 써미스터로 온도를 모니터링 해 주는 부분의 온도는 일정하게 유지된다고 하더라도 레이저의 다른 부분 온도가 올라가게 된다. 이렇게 되면 레이저에 인가되는 모든 조건이 동일하게 유지된 상태에서도 도 11a나 도 12a의 디튜닝 곡선과 같은 경로를 따라 소자의 동작 상태(또는 디튜닝 상태)가 변화하게 된다. 13 is a graph showing the relationship between the ambient temperature and the temperature of the gain medium and the graph showing the relationship between the ambient temperature and the oscillation wavelength of the laser. Since many optical modules have a lot of change in characteristics according to temperature, a thermistor and a thermoelectric element are used to maintain a constant temperature. However, since the temperature control through this is not perfect, the temperature of the internal parts changes due to the external temperature change, as shown in FIG. 13, thereby changing the output light characteristics. That is, when the external temperature changes, the temperature distribution inside the package of the external resonator laser changes, and accordingly, the temperature of the other part of the laser increases even though the temperature of the part monitoring the temperature with the thermistor is kept constant. In this case, even when all conditions applied to the laser are maintained the same, the operating state (or detuning state) of the device is changed along the same path as the detuning curve of FIG. 11A or 12A.

도 13은 파장가변 광원(예컨대, 외부 공진기형 레이저)의 파장가변 필터의 온도를 일정하게 유지시키는 형태로 모듈의 온도를 조절한 채, 주위 온도(또는 외부 환경 온도)가 변화될 때 이득 매질(SLD; 301 또는 401)의 서브마운트(submount)의 온도(SLD Temperature)의 변화와 외부 반사경(303 또는 403)의 발진 파장(PBR Peak Wavelength)의 변화를 측정한 한 예이다. 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 모듈의 온도가 25도(℃)로 일정하게 유지하여도 이득 매질(SLD; 301 또는 401) 부근의 온도가 변화되는 것을 볼 수 있고 이와 함께 레이저의 파장도 변화되는 것을 볼 수 있다. 13 shows a gain medium when the ambient temperature (or external environment temperature) changes while the temperature of the module is controlled in a form in which the temperature of the tunable filter of the tunable light source (eg, external resonator type laser) is kept constant. This is an example of measuring the change of the SLD Temperature of the submount of the SLD: 301 or 401 and the change of the PBR Peak Wavelength of the external reflector (303 or 403). As can be seen from the results, even if the temperature of the module is kept constant at 25 degrees (℃), it can be seen that the temperature near the gain medium (SLD; 301 or 401) changes, and the wavelength of the laser also changes. can see.

이 경우 모듈 내의 온도 변화에 의한 특성 변화는 두 가지로 나타날 수 있는데 하나는 온도 변화에 따른 파장가변 필터의 중심 파장 변화이고 다른 하나는 온도 변화에 따른 발진 모드의 위상 변화 즉, 파장 이동의 형태로 나타나게 된다. 도 13rhk 같은 측정의 경우, 파장가변 필터의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 형태로 온도 제어가 이루어 지고 있기 때문에 중심 파장의 변화는 거의 일어나지 않을 것이기 때문에 발진 파장의 변화는 대부분 온도 변화가 유발한 위상 변화에 따른 파장 변화가 될 것이다. In this case, the characteristic change due to the temperature change in the module can appear in two ways. One is the change in the center wavelength of the wavelength variable filter according to the temperature change, and the other is the phase change of the oscillation mode according to the temperature change, that is, in the form of wavelength shift. Will appear. In the case of the measurement like Fig. 13rhk, since temperature control is performed in a form that keeps the temperature of the variable-wavelength filter constant, the change in the center wavelength will hardly occur, so the change in the oscillation wavelength is mostly the phase change caused by the temperature change. It will be the wavelength change according to.

도 11a나 도 12a에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 위상 변화는 후면 모니터 포토다이오드(309 또는 409)에 흐르는 전류로 모니터링이 가능하다. 따라서 초기에 최적 값으로 설정된 모듈의 동작 조건이 시간이 지나면서 주위 온도(또는 외부 온도)의 변화에 의해 특성 변화가 발생할 경우는 모니터 전류의 값을 일정하게 유지시켜 주는 형태로 제어를 해 주면 특성 유지가 가능하게 된다. 이러한 외부 공진기 레이저의 디튜닝 상태 유지 방법은 소자를 연속 발진 형태로 동작시키는 소자나 고속 데이터 변조를 통해 동작시키는 소자에도 공통적으로 적용이 가능한 방법으로 실제 모듈의 사용 조건에서 장시간 특성을 유지시켜 주는데 필수적인 방법이 된다. As can be seen in FIG. 11A or 12A, such a phase change can be monitored by a current flowing through the rear monitor photodiode 309 or 409. Therefore, if the operating conditions of the module initially set to the optimum value change over time due to changes in the ambient temperature (or external temperature), the characteristics of the monitor current can be kept constant. Maintenance becomes possible. This method of maintaining the detuning state of the external resonator laser is a method that can be commonly applied to devices that operate devices in a continuous oscillation form or devices that operate through high-speed data modulation, and is essential for maintaining long-term characteristics under actual module usage conditions. It becomes the way.

도 14는 주위 온도(Ambient temperature)-발진 파장(peak wavelength) 간의 관계들을 도시하는 그래프들이다. 구체적으로, 도 14는 파장가변 레이저(예컨대, 외부 공진기형 레이저; external cavity laser; ECL) 및 외부 반사경(예컨대, 폴리머 브래그 반사경; polymer bragg reflector; PBR)의 온도들이 25도(℃)인 경우에서의 주위 온도(Ambient temperature)-발진 파장(peak wavelength) 간의 관계들을 도시하는 그래프들이다.14 are graphs showing relationships between ambient temperature and peak wavelength. Specifically, FIG. 14 is a case in which the temperatures of the tunable laser (eg, external cavity laser; ECL) and the external reflector (eg, polymer bragg reflector; PBR) are 25 degrees (℃). These are graphs showing the relationship between the ambient temperature and the peak wavelength of.

이득 매질(301 또는 401)이 올라간 서브마운트에서 온도를 측정해 모듈의 온도를 제어해 주는 경우에도 동일한 방법이 적용 가능한데 이는 도 14에서 보는 바와 같이 외부 온도 변화에 의한 내부 파장 변화가 상대적으로 커지게 되지만 대부분 위상 변화에 따른 디튜닝 상태의 변화가 대부분이어서 역시 모니터 포토다이오드(301 또는 401)에 흐르는 전류(예컨대, 모니터 전류)의 제어만으로 디튜닝의 변화를 막아 줄 수 있기 때문이다.The same method can be applied to the case of controlling the temperature of the module by measuring the temperature at the submount where the gain medium (301 or 401) has risen. This makes the internal wavelength change due to the external temperature change relatively large, as shown in FIG. However, since most of the detuning state changes according to the phase change, the change in detuning can be prevented only by controlling the current flowing through the monitor photodiode 301 or 401 (eg, the monitor current).

도 15는 위상 제어부의 출력-모니터 포토다이오드의 전류 간의 관계를 도시하는 그래프들이다. 도 15는 도 13 및 도 14를 참조하여 설명될 것이다. 도 11a나 도 12a에 보여준 디튜닝 스윕을 통해 찾은 최적 동작 상태를 가지는 지점을 제 1 주위 온도 곡선(TA1; Ambient Temperature 1) 상의 점 A라 가정한다. 15 are graphs showing a relationship between an output of a phase control unit and a current of a monitor photodiode. 15 will be described with reference to FIGS. 13 and 14. It is assumed that a point having an optimum operating state found through the detuning sweep shown in FIG. 11A or 12A is a point A on the first ambient temperature curve T A1 .

최적 동작 상태를 유지시켜 주는 조건으로 소자를 동작시키면, 외부 온도 변화에 의해 디튜닝 곡선이 도면 상의 제 2 주위 온도 곡선(TA2; Ambient Temperature 2)으로 이동할 수 있다. 따라서 동작 지점이 최적의 지점이 아닌 점 B로 이동할 수 있다. 이는 외부 온도 변화에 의한 내부의 온도 변화는 위상을 변화시켜 주는 정도의 변화이기 실제로는 곡선의 형태는 거의 변함이 없이 평행 이동이 일어나기 때문이다. When the device is operated under conditions that maintain the optimum operating state, the detuning curve may shift to the second ambient temperature curve (T A2 ; Ambient Temperature 2) on the drawing due to external temperature changes. Therefore, the operating point can move to point B, which is not the optimal point. This is because the internal temperature change caused by the external temperature change is a change in the degree to which the phase is changed, and in reality, the shape of the curve is almost unchanged and the parallel movement occurs.

제 2 주위 온도 곡선(TA2; Ambient Temperature 2) 상의 최적 동작 지점은 점 C이기 때문에 피드백 제어를 통해 점 A와 동일한 후면 모니터 포토다이오드(301 또는 401)에 흐르는 모니터 전류의 값(또는 레벨)에 해당하는 점 C로 이동시킴으로써 소자의 최적 동작 지점을 유지할 수 있다. 이 때, 디튜닝 곡선은 평행 이동만 일어난 상태이기 때문에 위상 제어 전류만을 조절해 점 A에 해당하는 모니터 포토다이오드(301 또는 401)에 흐르는 모니터 전류의 값(즉, 일정한 파워를 가지는 값)이 출력되도록 할 수 있다.Since the optimal operating point on the second ambient temperature curve (T A2 ; Ambient Temperature 2) is point C, the value (or level) of the monitor current flowing through the rear monitor photodiode (301 or 401) identical to the point A through feedback control By moving to the corresponding point C, the optimum operating point of the device can be maintained. At this time, since the detuning curve only moves in parallel, the value of the monitor current flowing through the monitor photodiode (301 or 401) corresponding to point A (that is, the value with constant power) is output by adjusting only the phase control current. You can do it.

위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.The contents described above are specific examples for carrying out the present invention. The present invention will include not only the embodiments described above, but also embodiments that can be changed in design or easily changed. In addition, the present invention will also include techniques that can be easily modified and implemented in the future using the above-described embodiments.

100, 200: WDM-PON
300, 400: 파장가변 광원
100, 200: WDM-PON
300, 400: variable wavelength light source

Claims (1)

이득 매질 및 위상 제어기를 포함하는 파장가변 광원을 제어하는 방법에 있어서,
제 1 시간에서 상기 이득 매질로부터 출력되는 제 1 광 신호의 제 1 파워, 및 제 2 시간에서 상기 이득 매질로부터 출력되는 제 2 광 신호의 제 2 파워를 모니터링 하는 단계;
상기 제 1 파워를 상기 제 2 파워와 비교하는 단계; 및
상기 제 1 파워 및 상기 제 2 파워가 상이한 경우, 상기 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절하는 단계를 포함하는 파장가변 광원을 제어하는 방법.
In a method for controlling a variable wavelength light source comprising a gain medium and a phase controller,
Monitoring a first power of a first optical signal output from the gain medium at a first time and a second power of a second optical signal output from the gain medium at a second time;
Comparing the first power with the second power; And
And when the first power and the second power are different, adjusting a phase control current applied to the phase controller.
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