KR950015079B1 - 광 통신 레이저 - Google Patents

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KR950015079B1
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이. 블론더 그레그
하워드 헨리 챨스
에프. 카자리노프 루돌프
앤더스 올슨 닐스
제프리 오로우스키 케니드
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아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니
엘리 와이스
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Abstract

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Description

광 통신 레이저
제1도는 본 발명의 양호한 실시예인 분산-브래그-반사기-레이저 어셈블리를 개략적으로 확대한 측면도.
제2도는 제1도에 도시된 레이저 어셈블리의 브래그-반사기 부분에 대한 개략적인 횡단면도.
제3도는 제1도의 분산-브래그-반사기-레이저 어셈블리의 또다른 실시예를 개략적으로 확대한 도면.
제4도는 제3도에 도시된 레이저 어셈블리의 활성층의 개략적인 횡단면도.
제5도는 V-홈(grooved) 기판위에 정렬된 레이저 활성부의 개략적인 횡단면도.
제6도는 본 발명에 따른 광 통신용 송신기의 개략도.
제7도는 본 발명에 따른 광 통신용 시스템의 개략도.
제8도는 본 발명의 양호한 제1실시예에 적용 가능한 이득 대 광 주파수의 다이어그램.
제9도는 본 발명의 양호한 제2실시예에 적용 가능한 이득 대 광 주파수 다이어그램.
제10도는 본 발명의 양호한 제1실시예에 따라 양호한 레이저 파라미터를 결정하는데 도음이 되며, 레이저 온도의 함수로서 임계 전류에 대응하는 곡선을 개략적으로 도시하는 다이어그램.
제11도는 레이저 동작 파라미터를 제어하기 위한 추가 재료 및 가열 수단을 포함하는 본 발명 실시예의 브래그-반사기부의 개략적인 횡단면도.
제12도는 레이저 동작 파라미터의 연속적인 설정을 위해 사용될 수 있는 광 탭(optical taps)을 포함하는 브래그-반사기부의 개략적인 평면도.
제13도는 본 발명에 따른 장치에 합체될 수 있는 브래그-반사기 칩에 대해 실행된 측정을 기반으로 하여, 그러한 반사기 칩에 대한 전송 및 반사 곡선을 도시하는 다이어그램.
제14도는 본 발명에 따른 레이저에 대해 실험적으로 결정된 레이징(lasing) 스펙트럼을 브래그-반사기격자(grating)가 없는 레이저의 레이징 스펙트럼과 비교하여 도시한 것으로서, 직류 동작 조건하에서 상이한 레이저 구동 전류에 대한 레이저 주파수의 함수로서 레이저 출력 전력을 도시하는 다이어그램.
제15도는 본 발명에 따른 레이저에 대해 실험적으로 결정된 레이징 스펙트럼을 브래그-반사기 격자가 없는 레이저의 레이징 스펙트럼과 비교하여 도시한 것으로서, 1-G㎐ 신호의 변조 조건하에서 레이저 주파수의 함수로서 레이저 출력 전력을 도시하는 다이어그램.
제16도는 10미터 및 82.5킬로미터의 거리동안 산개(dispersive) 섬유를 통해 초당 1.7기가비트로 전송하는 본 발명에 따른 송신기를 이용하여 실험적으로 결정된 수신 전력의 함수로서 비트 오차율(error rate)을 나타낸 도면으로서, 상기 전송은 약 1.52마이크로미터의 파장에서 이루어지며, 상기 섬유의 제로-산개 점(zero-dispersion point)은 약 1.3마이크로미터에 있다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10,20 : 서브 마운트 12 : 레이저 활성층
21 : 기판 22,24 : 피복층
52 : 실리콘 기판 64,711,712 및 713 : 광 섬유
72 : 멀티플렉서 74 : 디멀티플렉서
123,124 : 도파관 125,126 : 검출기
701,702 및 703 : 송신기 761,762 및 763 : 수신기
본 발명은 광 통신에 관한 것으로, 특히, 레이저 광원을 포함하는 광 통신에 관한 것이다.
정보 운반 매체로서 광 방사선을 사용하는 통신 기술은 대규모로 상업화 되어 있으며, 와이어 또는 마이크로파에 기초한 보다 전형적인 접근법을 대신하고 있다. 광 통신의 상업적 생존 가능성은 저 손실의 광 섬유, 반도체 발광 다이오드 및 레이저의 형태로된 광원 및 고속 광 검출기 등의 다수의 품질 개선에 달려 있다. 레이저 광원 및 이를 광 통신 시스템에서 사용하는 데에 특히 관심이 주어진다.
통신 레이저중에서 우수한 레이저는 활성 매체의 광 특성의 주기적 변화에 의해 유도된 피드백에 대해 분산 피드백(DFB) 레이저로서 주로 지적된다. 이러한 점은 1973년 9월 18일 에이취.더블유.코겔니크 등에게 허여된 미국특허 제3,760,292호 및 1975년 2월 25일 에스.왕에게 허여된 미국특허 제3,868,589호를 참조하라. 또다른 레이저 디지안에 있어서, 광 특성의 주기적 변화 구조(예로, 격자모양)는 활성 매체와 나란히 배치되기 보다는 다소 벗어나서 배치되며, 브래그 반사기로서 기능한다. 예를 들어, 1981년 9월 1일 제이.피.휴나드에게 허여된 미국특허 제4,386,838호에서 기술된 것으로서, 장치는 중합 반사기부에 광학적으로 결합되는 반도체 활성부를 포함할 수도 있다. 또는, 1984년 8월 7일 케이.푸루야에게 허여된 미국특허 제4,464,762호에서 기술된 것으로서, 실리콘 유전체 합성물은 반도체 활성 매체에 결합된 분산 브래그 반사기(DBR)의 조립에 적합하다.
또한, 전자공학 논문, 제17권(1981년), 945 내지 947페이지에 "버트-조인티드 빌트-인 브래그-반사 도파관을 갖는 GaInAsP/InP 집적 레이저"인 명칭으로 와이.애비 등에 의해 기술된 것으로서, 활성부 및 반사기부의 필드 프로파일 및 굴절율은 우수한 결합 및 낮은 경계면 반사도를 제공하도록 매칭된다.
통신을 목적으로 하는 레이저 유효성은 상당한 제한이 있는 논레이징(nonlasing) 모드 등의 다수의 특성에 의존한다. 이러한 면에서, 응용 물리학 논문, 제47권(1985년), 183 내지 185페이지에, 제이.엠.헤머 등에 의한 "다이나믹 조건하에서 하이브리드-외부-브래그-반사기-도파관 레이저의 단일-도파관 동작"인 명칭을 갖는 논문을 참조하라.
제조면에서 볼때, 개별적으로 제조된 반사기부를 활성 증폭부와 결합함으로써 레이저를 조합하는데에 있어 뚜렷한 장점이 있다. 하이브리드 분산-브래그-반사기 레이저로서 설계된 레이저는 단일 기판상에 레이저 용착(deposition)에 의해 제조될때, 모놀리식 분산-브래그-반사기 및 분산-피드백 레이저와 대조된다. 따라서, 하이브리드 분산-브래그-반사기 레이저는 통신 사용시에 특별히 고려되어야 한다.
본 발명에 따라서, 하이브리드 분산-브래그-반사기 레이저는 모드가 불안정할 수 있는데, 이 불안정은 손상이 없도록 방지되지 않는한, 전송 오차율에 악 영향을 줄 수 있다. 본 발명의 양호한 제1실시예에 따라서, 모드의 불안정은 레이저 온도와 같은 레이저 동작 파라미터를 적절히 설정함으로써 방지된다. 본 발명의 양호한 제2실시예에 따라서, 모드 불안정은 광 대역 브래그 반사기를 이용함으로써 무해하게 된다.
후자의 방법에 있어서, 레이저 활성점은 한 모드에서 근처에 있는 모드로 변할 수 있다. 이 방법은 모드산개(dispersion)가 단거리 전송(예로, 근거리 통신망 응용) 또는 제로-산개 점 부근의 광 섬유 도파관에 의한 전송에서와 같이 제한된 관련이 있는 경우에 특히 주목된다. 전자의 경우, 단일 모드 방법은 협소한 선폭 및 낮은 처프(chirp)를 제공하는 또다른 장점이 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 분산-브래그-반사기 레이저는 실리콘 기판의 실리카-실리콘 질화물 도파관과 같은 유전적 반사기 성분을 이용하여 구현될 수 있다.
제1도는 레이저 활성층(12)을 지지하는 기판(11)을 도시한 것이며, 이러한 기판은 전형적으로 버퍼층을 포함한다. 제1도는 또한 상부 피복층(cladding : 13) 및 솔더(solder) 전기 와이어 접속된 접촉 층(14 및 15)을 도시한 것이다. 접촉 층(15)은 또한 서브마운트(10)에 물리적으로 접촉되며 이 서브마운트(10)는 다시 열전기 냉각기(30)에 부착된다.
또한, 기판(21), 피복층(22 및 24) 및 도파관 층(23)으로 구성된 브래그 반사기가 도시되어 있다. 피복층(24)의 자유 표면은 회절 격자를 포함하고 있으며, 이것은 레이저 동작중에, 브래그-반사 소자로서 기능한다. 또다른 방법으로서, 회절 격자는 층(23 및 24)의 경계면에서, 또는 층(23 및 22)의 경계면에서 존재될 수 있다. 다른 매립된 격자 배열도 배제되지 않는다. 브래그 반사기 및 레이저 활성부는 대면 관계의 면(29 및 19)을 각기 가지고 있는 것으로 도시된다.
기판(21)은 서브마운트(10)에 부착되어 있는 서브마운트(20)에 부착된다. 냉각기(또는 히터)(30)는 레이저 온도를 제어하도록 작용하며, 그리하여 레이저 동작점에 영향을 미치게 되며, 이 영향은 하이브리드 어셈블리의 브래그-반사기 요소와 레이저 활성 요소의 재료의 차이가 클수록 더욱 강해진다. 예를 들어, 레이저 활성 요소에 Ⅲ-Ⅴ족 재료를 사용하고 브래그 반사기 요소에 실리콘 베이스 유전 재료를 사용하는 경우, 우수한 제어가 가능하다. 레이저 어셈블리 전체의 온도를 제어하는 대안으로서, 레이저 활성부에만, 또는 브래그 반사부에만 선택적으로 가열 또는 냉각할 수 있다.
양호하게, 파브리-페로트(Fabry-Perot) 모드 및 경계면 반사를 최소화하기 위하여, 레이저 활성부의 면(19)에 반사 방지 코팅을 한다. 이러한 코팅은 브래그-반사기부의 면(29)에도 적용될 수 있다.
전형적인 재료 구성은 기판(11)에 대해 n-도우프된 인듐 인화물을, 활성층(12)에 대해 n-도우프된 인듐 갈륨 아제나이드 인화물을, 상부 피복층(13)에 대해 P-도우프된 인듐 갈륨 아제나이드 인화물을 사용한다. 반사기 기판(21)은 실리콘으로 이루어지며, 피복층(22)은 산화 실리콘으로 이루어진다. 층(22)의 두께는 광학 필드의 실리콘 기판으로의 누설을 실질적으로 방지하기에 충분해야 한다. 약 6마이크로미터의 두께가 적합하다. 반사기 도파관 층(23)에 대한 전형적인 재료는 실리콘 질화물 또는 포스포실리케이트 유리이며, 피복층(24)에 대한 재료는 실리카 유리이다. 서브마운트(10 및 20)는 높은 열 전도도를 가지고 있는 재료로 이루어진다. 이 관점에서 특히 적합한 재료로는 실리콘 및 베릴륨 산화물이 있다.
제2도는 제1도와 관련하여 상기 기술된 층(21,22,23 및 24)이 도시된다. 도파관 층(23)은 리브(rib) 구조를 가진 것으로 도시된다. 전형적인 도파관 층 두께는 리브를 포함하여 측정한 경우는 약 120나노미터이며, 리브의 양쪽에서는 약 110나노미터이다. 리브의 폭은 약 3마이크로미터이다(이러한 리브 구조는 리브를 덮는 광규정(photodefined) 마스크의 존재시에 메사(mesa)의 에칭후에 120나노미터 층의 용착에 의해 용이하게 만들어진다). 층(22)은 대략 5마이크로미터의 두께를 가지며, 층(24) 두께는 0.3 내지 0.8마이크로미터이다.
제3도 및 4도는 제1도 및 2도에 관하여 상기 기술된 바와 같은 반사기부 및 레이저 활성부를 가지고 있는 분산-브래그-반사기를 도시한다. 그러나, 지금 레이저-활성부는 실리콘 기판(21)에 부착되며, 이 기판은 솔더(25)를 거쳐서, 높은 열 전도도에 기인하여 히트 싱크(heat sink)로서 기능한다.
코어부(41) 및 피복층(42)을 가지고 있는 광 섬유는 브래그-반사기부와 정렬되어 도시되어 있으며, 광섬유와 레이저사이의 정렬은 기판에서 선택적으로 에칭된 V-홈에 섬유를 배치하여 간편해진다. 선택적인 표면 에칭은 또한 레이저 활성부의 반사기부와의 정렬을 편리하게 한다. 여기에서, 기판(21)위의 레일(211 및 212) 및 레이저 기판(11)내의 홈(111 및 112)사이에 매칭이 이루어진다. 도시된 바와 같이, 수직 및 측면 정렬은 선택적으로 에칭된 레일 및 홈 표면 형태의 의해 달성되며, 남은 자유도는 브래그-반사기부에 대해 레이저 활성부를 맞부딪치게 하는데 사용된다. 적용 가능한 실리콘 에칭 기술을 관찰하기 위해서(1982년) IEEE지, 제70권, 420 내지 457페이지에서, 케이.이.피터슨에 의한 명칭이 "기계적 재료로서의 실리콘"인 문헌을 참조하라.
매칭되고, 선택적으로 에칭된 형태의 결과적인 정렬은 레이저 활성부가 먼저 실리콘 서브마운트에 부착되고서, 뒤이어 브래그-반사기부에 관련하는 서브마운트가 위치 설정될 때 또한 적용 가능하다. 이러한 방법은 레이저-활성부에 대한 "정크션-다운(junction-down)"과 함께 사용될 수 있다. 이러한 관점에서, 예를 들어, (1987년)응용물리학지, 제61권, 440내지 442페이지, 와이.세이와 등에 의한 명칭이 "새로운 정크션-다운 장착법에 의해 조립된 5선 위상 고정 레이저 배열에서 400㎽ 이상의 고전력 CW 동작"인 문헌을 참조하라.
도파관(23)은 반사기 격자를 지나 연장하는 옵션의 테이퍼부를 가진 것으로 도시되어 있다. 이러한 테이퍼부는 광 섬유에 결합시키기 위한 광 모드를 넓히기 위해 작용할 수 있다. 또한 레이저-섬유 경계면에서 최소화된 반사 및 양호한 결합을 위하여, 반사기면(28)과 섬유면(28)사이의 간극은 에폭시와 같은 인덱스-매칭 매체(50) 등으로 채워지는데, 상기 에폭시의 굴절율은 레이저 및 섬유 도파관 재료의 굴절율에 아주 가깝게 매칭된다. 이러한 매체를 사용하는 것은 에칭된 반사기 표면(28)에서의 회피할 수 없는 거친 표면의 광 영향을 최소화 하는데 특히 유용하다. 이러한 매체의 효율은 레이저 도파관 재료와 실리카 섬유 재료의 굴절율간의 친밀한 매칭에 좌우되기 때문에, 브래그 반사기용 실리콘 베이스 유전 재료의 선택이 특히 유리하다.
제5도는 실리콘 기판(52)의 V-홈 표면 형태에 의해, 접촉용으로 사용된 솔더(53)가 레이저-활성부(51)와 정렬됨을 도시한 것이다. 이것은 제4도의 홈-및-레일 방법의 대안을 나타낸 것이며, 수직 정렬뿐만 아니라 측면 정렬을 제공한다.
제6도는 본 발명에 따른 송신기를 나타낸 것으로, 분산-브래그-반사기-레이저 활성부(61), 반사기부(61) 및 상기 레이저 활성부(61)에 접속된 전자 유니트(63)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저는 직접적인 전기 변조에 특히 적합하다. 그러나, 레이저 외부에서의 광 변조기의 사용은 배제되지 않는다. 도시된 바와 같이 레이저-활성부에서, 또는 제3도에 도시된 반사기부에서 광 섬유(64)에 대한 결합이 있을 수 있다.
제7도는 각 파장 λ1,λ2및 λ3에서 동작하는 송신기(701,702 및 703)를 도시한 것이다. 광 섬유(711,712 및 713)는 광 전송선(73)이 접속되는 멀티플렉서(72)에 송신기(701,702 및 703)를 접속시킨다. 광 전송선(73)은 또한 디멀티플렉서(74)에 접속되며, 이 디멀티플렉서(74)는 동작 조건하에서, 광 섬유(751,752 및 753)를 통한 각 수신기(761,762 및 763)로의 또다른 전송을 위해 파장 λ1,λ2및 λ3으로 신호를 분리한다. 하이브리드 분산-브래그-반사기 레이저는 작은 파장 공차까지 용이하게 제조되기 때문에, 특히, 특정 파장에서 밀집된(closed-spaced) 채널이 요구되는 파장-멀티플렉서 시스템에서 사용하기 적합하다.
제8도는 본 발명의 양호한 제1실시예에서 이득=손실에 해당하는 곡선(81)을 도시한 것이다(곡선(81)에서 현저하게 침하된 부분은 브래그 반사기의 존재에 의해 야기된 것이며 반사기가 없을 때는 곡선이 평탄해진다. 브래그 폭 ΔλB은 격자의 결합 세기에 직접 관련된다). 또한 2πN, 2π(N+1) 및 2π(N+2)의 왕복(round trip)위상에 대응하는 위상 곡선(82,83 및 84)이 도시된다. 여기에서, N은 정수이다(레이저 활성 영역이 길어질수록, 이들 곡선의 간격은 더 가깝게 된다).
고려중인 하이브리드 레이저에 있어서, 레이저 활성 매체의 굴절율은 반사기 매체의 굴절율 보다 온도 의존도가 더 높기 때문에, 온도 변화로 인하여 곡선(81)에 대한 곡선(82,83 및 84)의 상대 위치를 변동시켜, 결과적으로 동작점을 변화시킨다. 만일, 온도가 크게 변하면(하기 실시예 1 및 2의 레이저의 경우에 약 14℃ 정도), 레이저 동작점은 곡선(82,83 및 84)중의 한 곡선에서 다른 곡선으로 점프하며 모드 불안정이 관찰된다. 또한, 이 동작점은 레이저 요소의 기계적 정합의 변동에 의해 영향을 받게되며, 장기간 동작시에 다른 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 양호한 제1실시예에 따라서, 브래그 폭 ΔλB은 레이저 활성부의 모드 간격 Δλm보다 적으며, 레이저 동작 파라미터는 모드 불안정에 대응하는 점(86)으로부터 멀어진 양호한 레이저 동작점(85)에 의해 한번 또는 반복하여 선택된다. 이 경우에, 모드 간격은 브래그 폭의 90퍼센트 보다 작다.
제9도는 본 발명의 양호한 제2실시예에서 이득=손실에 대응하는 곡선(91)을 도시한 것으로 2πN, 2π(N+1) 및 2π(N+2)의 왕복 위상에 대응하는 위상 곡선(92,93 및 94)을 도시하고 있다. 본 발명의 상기 실시예에 따라서, 브래그 폭 ΔλB은 모드 간격 Δλm보다 더 크며, 모드 전이는 큰 이득 변동을 일으키지는 않는다. 양호한 브래그 폭은 모드 간격의 최소한 1.1배이지만, 바람직하게는 최소한 2배(4배 이하)여야 한다.
본 발명의 양호한 제2실시예는 특히 통신 응용에 관련되며, 좁은 선폭 및 주파수 안정성이 덜 중요하다. 브래그 반사기 격자가 넓은 반사 스펙트렘을 갖도록 구성되면, 레이저 동작 모드가 불안정할지라도, 낮은 전송 오차율이 실현된다.
제10도는 본 발명의 제1실시예의 온도의 함수로서 임계 전류의 측정에 기초하여, 바람직한 레이저 온도를 결정하는 방법을 설명한 것이다. 제10도의 곡선은 모드 불안정 점에 대응하는 첨두부(cusp)를 가지고 있다. 이러한 곡선을 토대로 하여, 레이저 동작 온도는 불안정 점에서 떨어져서 선택되거나 즉, 예로, 첨두부 사이의 중간점 근방에서 선택될 수 있다(대안적으로, 모드 불안정은 레이저 출력의 스펙트럼 분석에 의해 판단될 수 있다). 전반적으로 레이저 온도를 제어하는 대신에, 레이저 활성 매체 또는 브래그 반사기 도파관 등의 선택된 레이저부의 온도를 제어할 수도 있다.
브래그-반사기 격자와 접촉하고 있는 액정 재료, 또는 가능하다면 전기-광(dlectro-optic) 재료의 굴절율에 영향을 미치는 전압이 독립적으로 변화 가능할 때, 유사한 곡선이 얻어질 수 있다. 레이저의 동작점은 레이저-활성부 및 브래그-반사기부 사이의 거리에 의해서도 역시 영향받을 수 있다. 이러한 관점에서, 또다른 관심사는 굴절율이 전류 주입에 의해 영향받을 때, 캐리어 밀도에 좌우되는 반도체 재료를 포함하는 브래그-반사기 소자이다.
제11도는 도시된 바와 같이, 레이저 동작 파라미터의 제어는 브래그-반사기 격자에 접하고 있는 보조 매체의 온도 제어를 수반할 수도 있다. 제11도에 도시된 단면 구조는 층(24)의 재료가 온도의 함수로서 굴절율의 강한 변화를 나타내도록 선택된 것을 제외하고는 제2도의 구조와 유사하다. 크롬 히터 스트립(chromium heater strips ; 26)은 매체(24)의 온도를 제어하며, 레이저 동작점에 영향을 주도록 사용된다. Dow-Corning 684와 같은 투명한 실리콘 러버(rubber)는 층(24)에 대해 특히 효과적으로 선택된 재료층이다. 제11도에 도시된 구조를 대신하여, 히터를 개별적인 기판상에 층(23)과 분리하여 장치하고, 층(23)과 히터간의 간격을 재료(24)로 채운다.
더우기, 재료(24)은 도파관 층(23)의 재료와 조합하여, 브래그-반사기 격자의 광학 특성 및 브래그 공진의 파장이 본질적으로 온도에 민감하게 되도록 선택되므로, 온도 변동은 레이저 동작점의 변동을 초래하지 않는다. 이러한 양상은 특히 코히어런트(coherent) 통신 시스템에서 특히 유용하다.
제10도에 관련하여 상기 기술된 레이저 온도와 같은 레이저 파라미터를 결정하는 방법은 레이저 설치전에 특히 유효하며, 실질적은 레이저 동작중에 레이저 파라미터를 제어하기 위해 사용될 수도 있다. 이것은 연속적이거나 또는 주기적인 모니터링을 수반할 수 있으며, 브래그 반사기로 인입되어 전송된 방사 전력을 측정하기 위한 광학 탭(optical taps)의 사용을 수반할 수 있다. 이러한 탭은 제12도에서 도시되는데, 여기에서 반사 영역(127 및 126)이 있는 도파관(123 및 124)은 브래그-반사기 도파관(23)으로부터의 광을 검출기(125 및 126)에 결합시킨다. 전력비를 본질적으로 일정하게 유지하기 위하여 레이저 동작 파라미터를 제어함으로써, 레이저는 모드의 불안정없이 동작할 수 있다. 브래그-반사기에 의해 반사된 전력에도 모니터링이 적용될 수 있다. 상기 기술된 바와 같이 모드 불안정에서 멀어지는 방향으로 동작점을 선택하여 얻어진 단일 모드 레이저는, 협소한 선폭 및 낮은 처프(chirp) 때문에 산개 도파관을 통한 전송 및 코히어런트 시스템에 특히 적합하다.
[실시예 1]
브래그 반사기는 제1도 및 2도에 도시된 브래그 반사기와 같은 리브 도파관의 광규정 에칭 및 표준 화학-증기-용착(CVD) 처리에 의해 실리콘 칩상에 제조된다. 반사기의 길이는 약 5㎜이다. 제1차 브래그 반사에 대하여 약 0.5마이크로미터의 주기를 가지고 있는 반사기 격자는 홀로그래픽 리소그래피에 의해 형성되어 실리카 유리 피복층내로 에칭된다. 실리콘-칩 브래그 반사기의 스펙트럼 특성은 백색광의 전송 및 동조 가능한 F-중심 레이저 광의 반사 및 전송에 의해 측정된다. 전형적인 전송-및-반사 스펙트럼은 제13도에 도시된다. 브래그 선은 약 0.6나노미터 폭을 가지며, 1518.2나노미터에서 집중된다.
전자 공학 논문, 제22권, 869 내지 870페이지에 디.피.월트 등에 의해 명칭이 "반절연 OMVPE 베이스구조 및 LPE 재성장을 갖는 채널-기판 매립-헤테로 구조의 InGaAsP/InP 레이저"인 문헌에 기술된 표준채널-기판 매립-헤테로 구조 레이저는 실리콘-칩 브래그 반사기에 버트(butt) 결합된다. 반사 방지 코팅을 하지 않는다. 레이저의 임계 전류는 약 21㎃이다(외부적인 피드백이 없으면, 임계 전류는 약 25㎃이며, 레이저와 반사 도파관간의 전력 결합 효율은 대략 20퍼센트임이 추정된다). 레이저의 연속파 스펙트럼은 약 100㎃의 레이저 전류로 기록되며, 모드 억압율(mode suppression)은 5000 대 1보다 더 크게 됨을 알게된다.
레이저와 파장 처핑(chirping) 특성은 외부 피드백의 존재 및 부재시에 관찰된다. 이러한 목적을 위해, 레이저 구동 전류를 5㎃씩 단계적으로 증가시켜 스펙트럼이 기록된다. 제14도에서 스펙트럼의 하단부는 외부 피드백의 존재하에서 얻어진 스펙트럼이며, 상단부는 외부 피드백의 부재시에 얻어진 스펙트럼이다. 제14도의 상단부에서 알 수 있는 바와 같이, 각 레이징 모드의 레이징 파장은 약 0.005㎜/㎃ 또는 0.65G㎐/㎃를 시프트한다. 이와 반대로, 제14도의 하단부에서 알 수 있는 바와 같이 외부 피드백의 존재시에 0.03G㎐/㎃ 이하로 시프트한다.
45㎃의 피크-투-피크(peak-to-peak) 신호로 변조될 때, 레이저의 1G㎐ 처프가 제15도에 도시된다. 다이나믹 선폭이 외부 반사기의 부착에 의해 약 0.075나노미터(제15도의 상단부)로부터 약 0.02나노미터(제15도의 하단부)보다 적게 감소됨을 알 수 있다.
레이저의 안정된 단일-세로-모드 동작 및 낮은 처프 성능을 입증하기 위하여, 10m 및 82.5km의 광섬유 길이에 걸쳐 1.7Gbit/s의 비트율로 전송 실험이 행해진다. 고속 증폭기의 50옴 입력에 직접 결합된, InGaAs 애벌런치 발광 다이오드로 구성된 수신기가 사용된다. 레이저는 45㎃의 피크-투-피크 논-리턴-투-제로 215-1 슈도-랜덤(pseudo-random) 데이타 신호로 변조된다. 제16도에 도시된 바와 같이, 82.5km에 걸친 전송의 경우에 10-9비트 오차율을 초과하지 않도록 약 -25.2㏈m의 수신 전력이 요구된다. 동일한 변조 조건하에서 10m의 섬유에 걸친 전송의 경우, 동일 비트 오차율에 대해 약 -25.6㏈m의 전력이 요구된다. 이것은 대략 0.4㏈를 초과하지 않은 산개 불리조건(dispersion penalty)을 나타낸다.
[실시예]
실시예 1의 0.6나노미터의 반사기폭에 대해, 약 2.5나노미터의 폭인 것을 제외하고는 상기 기술한 바와 같이 제조된다. 레이저 동작은 넓은 온도 범위에 걸쳐 보통 단일 모드이며, 경우에 따라서 이중 모드일 수도 있다. 레이저 진폭은 단일 모드와 이중 모드간의 전이중에 기껏해야 10퍼센트 진폭 변화로 전이를 통해 부드럽게 변하는 것으로 관찰된다. 오차율 실험이 행해지며, 모드 전이중에 전력 불리조건은 약 0.5㏈를 초과하지 않는 것으로 관찰된다.

Claims (9)

  1. 제1요소 및 제2요소로 구성된 광 통신 레이저에 있어서, 상기 제1요소는 활성층(12)과 상기 활성층에 인접한 피복층(13) 및 상기 활성층에 전류를 공급하기 위한 전극 수단(14,15)을 구비하며 상기 활성층(12) 및 상기 피복층(13)은 제1기판(11)에 의해 지지되며, 상기 제2요소는 제2기판(21)상에 격자 구조체(23,24)를 구비하며, 상기 제2요소는 상기 활성층에 의해 방출된 광이 상기 격자 구조체의 격자에 의해 회절되도록 상기 제1소자에 대해 정렬되고 이것에 의해 상기 격자 구조는 광학 캐비티(cavity)를 형성하며, 상기 레이저는 레이저 파라미터에 따라 소정의 동작점에서 동작하며, 상기 레이저 파라미터의 설정값은 제1값 및 제2값과는 상당히 다른데, 상기 제1값 및 상기 제2값은 레이저의 모드가 불안정한 값이며, 상기 제1값은 상기 레이저의 모드가 불안정한 상기 설정값보다 작은 매우 근사한 값이며, 상기 제2값은 상기 레이저의 모드가 불안정한 상기 설정값보다 큰 매우 근사한 값인 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설정값은 상기 제1값과 상기 제2값의 중간값인 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파라미터는 레이저 온도이며, 상기 레이저는 최소한 상기 레이저의 일부에 대한 온도를 제어하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파라미터는 제1요소의 온도이며, 상기 레이저는 상기 제1요소의 온도를 제어하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
  5. 제1항에 있어서, 상기 파라미터는 상기 제2요소의 온도이며, 상기 레이저는 상기 제2요소의 온도를 제어하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2요소는 상기 제2요소의 동작점에서 광 전력을 모니터링하는 방사선 모니터링 수단(30)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모니터링 수단은 광학 탭(123,124)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
  8. 제6항에 있어서, 상기 모니터링 수단은 상기 제2요소에 입력되는 광 전력을 모니터링하고 상기 제2요소에 의해 전송된 광 전력을 모니터링 하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
  9. 제6항에 있어서, 상기 모니터링 수단은 상기 제2요소에 의해 반사된 광 전력을 모니터링 하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 통신 레이저.
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