KR100239484B1 - 레이저 다이오드 패키지 - Google Patents

Abstract

레이저 다이오드의 파장을 안정화 시키는 레이저 다이오드 패키지에 관한 것으로, 히트 싱크상에 부착된 서브마운트상에 형성되어 외부로 광을 발산시키는 레이저 다이오드 칩과, 레이저 다이오드 칩 상부에 형성되어 반사율이 90% 이상이고 편평도가 두께의 1% 이내이며 특정 파장만을 투과시키는 창과, 창에 연결되어 레이저 다이오드 칩을 포함한 전면을 보호하는 캡으로 구성됨으로써, 저가로 간단하게 파장을 안정화 시키며 레이저의 노이즈를 크게 줄일 수 있다.

Description

레이저 다이오드 패키지

본 발명은 레이저 다이오드 패키지(laser diode package)에 관한 것으로, 특히 레이저 다이오드의 파장을 안정화 시키는 레이저 다이오드 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 레이저 다이오드는 광저장 시스템의 광원으로 사용되는데, 그 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 레이저 다이오드 패키지를 보여주는 구조단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드 패키지는 스템(stem)(1)과, 스템(1)상에 부착된 히트 싱크(2)와, 히트 싱크(2)상에 차례로 형성되는 서브마운트(3) 및 레이저 다이오드 칩(4)과, 레이저 다이오드 칩(4) 상부에 형성되는 캡(5) 및 창(6)으로 구성된다.

여기서, 창(6)의 재질은 유리이며 창(6)의 굴절율이 약 1.51, 창(6)의 두께는 약 0.25mm, 창(6)의 반사율은 0이다.

그리고, 창(6) 표면에는 레이저 광이 잘 통과할 수 있도록 반사방지막(anti-reflection layer)이 입혀져 있다.

도 2는 도 1의 레이저 다이오드 패키지를 이용한 일반적인 광저장 시스템을 보여주는 구성도로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 광저장 시스템에서 사용되는 레이저 다이오드는 레이저 광의 세기와 파장이 일정해야만 한다.

그런데, 디스크에서 반사된 레이저 광의 일부가 레이저 다이오드로 되돌아 가서 레이저 다이오드의 세기와 파장에 영향을 줄 수 있다.

이와 같은 현상을 옵티컬 피드백(optical feedback)이라 한다.

즉, 디스크의 회전에 의한 진동 때문에 디스크와 레이저 다이오드와의 사이가 미세하게 불규칙적으로 바뀌고 디스크에서 반사되는 신호의 세기도 불규칙적으로 바뀌게 된다.

따라서, 레이저 다이오드의 세기와 파장이 불규칙하게 변함으로써 노이즈(noise) 성분이 된다.

그러므로, 이러한 옵티컬 피드백을 없애기 위해 종래에는 레이저 다이오드 앞에 옵티컬 아이솔레이터(optical isolator)를 두어 옵티컬 피드백을 줄여보았지만 옵티컬 아이솔레이터의 가격이 비싸기 때문에 비효율적이었다.

또한, 레이저 다이오드의 노이즈는 레이저가 다종 모드(multi-longitudinal mode)로 발진할 때 특히 크므로 레이저 다이오드의 노이즈를 줄이기 위해 싱글 모드(single mode)로 발진하는 레이저 다이오드를 사용하거나 셀프 펄세이션(self pulsation) 레이저 다이오드와 같이 파장 스펙트럼이 아주 넓은 레이저 다이오드를 사용하였다.

그러나, 싱글 모드 레이저 다이오드도 옵티컬 피드백에 의해 노이즈가 커질 수 있고 셀프 펄세이션 레이저 다이오드는 고가이고 효율이 낮다는 단점이 있다.

또한, 보통의 싱글 레이저 다이오드도 고주파 성분을 합성하여 전류를 인가하면 셀프 펄세이션 레이저 다이오드의 레이저와 같이 파장 스펙트럼이 넓어지지만 고주파 발생 회로를 추가해야 된다는 단점이 있다.

본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

광저장 시스템에서 옵티컬 피드백에 의한 레이저 다이오드의 노이즈를 줄이기 위한 여러 방법이 있었으나 노이즈를 효과적으로 제어하지 못하고 고가의 레이저 다이오드를 사용해야 한다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저가로 간단하게 옵티컬 피드백에 의한 노이즈를 제어할 수 있는 레이저 다이오드 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 - 일반적인 레이저 다이오드 패키지를 보여주는 구조단면도

도 2 - 도 1의 레이저 다이오드 패키지를 이용한 일반적인 광저장 시스템을 보여주는 구성도

도 3 - 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지를 보여주는 구조단면도

도 4a - 일반적인 레이저 다이오드 패키지의 창에서 빛의 파장에 따른 빛의 투과율을 보여주는 그래프

도 4b - 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지의 창에서 빛의 파장에 따른 빛의 투과율을 보여주는 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 스템 12 : 히트 싱크

13 : 서브마운트 14 : 레이저 다이오드 칩

15 : 캡 16 : 창

본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지의 특징은 히트 싱크상에 부착된 서브마운트상에 형성되고, 외부로 광을 발산시키는 레이저 다이오드 칩과, 레이저 다이오드 칩 상부에 형성되고, 반사율이 90% 이상이고 편평도가 두께의 1% 이내이며 특정 파장만을 투과시키는 창과, 창에 연결되어 레이저 다이오드 칩을 포함한 전면을 보호하는 캡으로 구성되는데 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3는 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지를 보여주는 구조단면도로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 일반적인 레이저 다이오드 패키지와 동일한 구조를 갖는다.

즉, 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지는 스템(stem)(11)과, 스템(11)상에 부착된 히트 싱크(12)와, 히트 싱크(12)상에 차례로 형성되는 서브마운트(13) 및 레이저 다이오드 칩(14)과, 레이저 다이오드 칩(14) 상부에 형성되는 캡(15) 및 창(16)으로 구성된다.

여기서, 중요한 점은 창(6)의 굴절율이 약 1.51, 창(6)의 두께는 약 0.1mm, 창(6)의 반사율은 90% 이상, 창(6)의 편평도는 두께의 1% 이내라는 점이다.

이와 같이, 본 발명의 레이저 다이오드 패키지에서 창의 두께와 반사율 및 편평도를 상기와 같은 수치로 만드는 이유는 다음과 같다.

먼저 빛의 원리를 살펴보면, 창(6)과 같은 얇은 판을 빛이 통과할 때, 판 내부에서 빛이 여러번 반사를 일으키면서 투과되는 빛과 간섭을 일으키게 된다.

이러한 간섭 현상은 어떤 조건이 맞으면 투과되는 빛이 소멸 간섭을 일으켜 투과율이 떨어지거나 또는 보강 간섭을 일으켜 투과율이 증가하게 된다.

이와 같은 현상을 패브리-페롯 인터페로메터(Fabry-Perot interferometer)라 한다.

얇은 판의 두께를 d, 판의 굴절율이 n, 판의 면에서의 반사율이 R이라면, 총 투과율은 다음과 같다.

도 1과 같은 일반적인 레이저 다이오드 패키지의 경우, 창의 반사율이 0이므로 상기 수학식 1에 의하여 투과율은 항상 1로 일정하다.

그러나, 반사율이 0이 아니면 투과율은 입사파의 파장에 따라 바뀌게 된다.

즉, 판의 면 반사율이 1에 가까우면 가까울수록 특정 파장에 대해서만 투과율이 높아지게 된다.

마치 파장 필터 역할을 하게 되는 것이다.

이러한 현상을 에탈론(etalon)이라고 하는데, 도 3a 및 도 3b를 살펴보면 더 잘 알 수 있다.

도 4a는 일반적인 레이저 다이오드 패키지의 창에서 빛의 파장에 따른 빛의 투과율을 보여주는 그래프이고, 4b은 본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지의 창에서 빛의 파장에 따른 빛의 투과율을 보여주는 그래프이다.

도 4a 및 도 4b를 비교해 보면, 도 4a는 창의 면 반사율이 0에 가까우므로 빛의 파장 변화에 대한 빛의 투과율은 거의 일정하다.

그러나, 도 4b는 반사율이 90% 이상이고 창의 두께가 약 0.1mm 이내로 얇으므로 빛의 파장에 따라 빛의 투과율은 변하게 된다.

즉, 본 발명은 도 4b에 도시된 바와 같이 특정 파장의 빛만 투과하는 역할을 하게 된다.

인접하는 투과 가능한 파장의 간격을 FSR(Free Spectral Range)이라고 하는데 FSR은 창의 두께가 얇을수록 크다.

또한, 투과되는 파장의 폭은 창의 반사율이 1에 가까울수록 얇다.

이와 같이, 본 발명의 레이저 다이오드 패키지에서 창의 두께를 매우 얇게 하고 반사율을 90% 이상되게 하면 창은 일종의 파장 필터 역할을 하게 된다.

그러므로 본 발명의 레이저 다이오드 패키지를 기존의 광저장 시스템에 적용하면 옵티컬 피드백이 있어도 레이저 다이오드 패키지의 창이 필터 역할을 하므로 항상 일정한 파장의 빛만을 투과되도록 하여 레이저 다이오드의 파장을 일정하게 유지하게 하고 레이저의 노이즈도 크게 개선될 수 있다.

즉, 본 발명은 기존의 광저장 시스템을 전혀 변형시키지 않고도 파장 안정화를 시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.

본 발명에 따른 레이저 다이오드 패키지에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

레이저 다이오드 패키지의 창의 반사율 및 두께 그리고 편평도를 조절하여 특정한 파장의 빛만을 투과하도록 함으로써 저가로 간단하게 파장을 안정화 시키며 레이저의 노이즈를 크게 줄일 수 있다.

Claims (2)

1. 히트 싱크상에 서브마운트를 갖는 레이저 다이오드 패키지에 있어서,

   상기 서브마운트상에 형성되고, 외부로 광을 발산시키는 레이저 다이오드 칩;

   상기 레이저 다이오드 칩 상부에 형성되고, 반사율이 90% 이상이고 편평도가 두께의 1% 이내이며 특정 파장만을 투과시키는 창;

   상기 창에 연결되어 레이저 다이오드 칩을 포함한 전면을 보호하는 캡을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 레이저 다이오드 패키지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 창의 두께는 0.1mm 이내임을 특징으로 하는 레이저 다이오드 패키지.

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