KR100701153B1

KR100701153B1 - 파장 가변 광원 소자

Info

Publication number: KR100701153B1
Application number: KR1020060012026A
Authority: KR
Inventors: 권오기; 김강호; 김종회; 심은덕; 오광룡
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-03-28

Abstract

본 발명은 광 증폭기(optical amplifier), 빔 조종기(beam steering unit) 또는 빔 편향기 (beam deflection unit), 오목 회절 격자 (Concave diffraction grating)가 집적된 파장 가변 광원 소자(Wavelength tunable light source)에 관한 것으로, 오목 회절격자에서 회절 되어 각각의 파장의 보강 간섭이 생기는 단면이 로랜드 원 구조가 아닌 직선 구조를 가져 구현이 쉽고, 파장가변 특성 및 광 결합 특성이 우수하고, 단일집적 또는 하이브리드 집적 모두 가능케 함으로써 우수한 동작특성과 높은 신뢰성을 가진 소자를 제공하는데 있다.

오목 회절 격자, 파장 가변 레이저, 빔 조종기, 빔 편향기

Description

파장 가변 광원 소자{Wavelength tunable light source}

도 1은 종래의 파장 가변 광원 소자중 리트로(Littrow) 형태의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 파장 가변 광원 소자중 리트먼(Littman) 형태의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 3은 로랜드 원 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 4는 도 3의 파장가변 레이저의 가변 특성을 설명하기 위한 구조도이다.

도 5는 로랜드 원 회절격자를 포함한 빔 조종기 집적 파장가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 6은 도 5의 파장가변 레이저의 가변 특성을 설명하기 위한 구조도이다.

도 7은 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 빔 조종기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 8은 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자 구조의 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자가 실리콘 또는 폴리머로 제작되고 광증폭기와 빔 조종기의 단일 집적된 물질,인듐인과 하이브리드 집적된 구조의 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 10는 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 11은 본 발명에 따른 리트먼 조건을 만족시키고 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 빔 조종기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 12는 도 11의 본 발명에 따른 회절격자가 실리콘 또는 폴리머로 제작되고 광증폭기와 빔 조종기의 단일 집적된 물질,인듐인과 하이브리드 집적된 구조의 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 13은 본 발명에 따른 리트먼 조건을 만족시키고 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 14는 도 7의 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 동작 원리를 보여주는 흐름도이다.

도 15는 도 11의 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 동작 원리를 보여주는 흐름도이다.

본 발명은 파장 가변 광원 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 증폭기(optical amplifier),빔 조종기(beam steering unit) 또는 빔 편향기 (beam deflection unit), 오목 회절 격자 (Concave diffraction grating)가 집적된 파장 가변 광원 소자(Wavelength tunable light source)에 관한 것이다.

일반적으로, 파장 가변 반도체 레이저(파장 가변 광원 소자)는 파장 분할 다중 방식(wavelength division multiplexing)과 같은 광 전송 방식을 사용하게 됨에 따라 그 중요성이 증대되고 있다. 상기 파장 가변 반도체 레이저는 각기 다른 파장을 방사하는 여러 개의 파장 고정 반도체 레이저들을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, reconfigurable optical add/drop multiplexer(ROADM), 전광통신망(all optical network)에서의 고속 패킷 스위칭(fast packet switching), 파장 변환기(wavelength converter), 파장 라우터(wavelength routing) 등에도 적극 활용되고 있다. 이외에도, 광 검침 및 센서, 의료용, 측정용 등 그 응용 범위가 매우 넓고 다양하다. 이에 따라 세계 선진 업체들은 매우 다양한 형태의 파장 가변 반도체 레이저들을 발표하고 있다. 여기서, 후술되는 본 발명의 구조와 명확한 비교를 위하여 종래의 파장 가변 반도체 레이저중 외부 공진기형 파장 가변 반도체 레이저를 설명한다.

구체적으로, 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 무반사막(anti-reflection film, 115)이 코팅된 반도체 레이저(레이저 다이오드(LD), 110)와 외부 회절 격자(external diffraction grating, 120) 및 렌즈(130)로 구성되어 있다. 반도체 레이저(110)에는 전류(ILD)를 인가하여 빔(140)을 발생시킬 수 있다. 반도체 레이저(110)에 발생된 빔(140)은 렌즈(130)를 거쳐 회절 격자(120)에 도달하면, 회절격자 면의 수직선(100)에 대한 입사각(θ)에 대해 다음 수학식 1의 리트로(Littrow) 회절 격자 공식에 따라 회절되는 빔(150)의 파장이 결정되고, 특정 파장의 회절빔(150)만 반도체 레이저(110)로 궤환되어 광(Pout)이 출력된다.

여기서, m은 회절 차수, λ는 파장, d는 회절 격자의 주기이고, θ는 입사각이다.

반도체 레이저(110)의 왼쪽 끝과 회절격자(120) 면이 만나는 가상의 점인 피봇점(105, Pivot point)에 대해 회절 격자(120)를 움직이게 되면, 회절 격자(120)는 회전(rotation, 160)하게 되어 상기 입사각(θ)은 변화하게 되고 수학식 1에 의해 파장은 변화하게 된다.

입사각(θ)만 변화시키게 되면, 파장 가변 특성은 계단식으로 나타나는 문제점이 있기 때문에, 연속적인 파장가변 특성을 얻기 위해 회절 격자의 평행이동(translation, 170)도 병행하여 움직이게 한다.

다시 말해, 도 1의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 피봇점(105)에 대해 회절 격자의 공간적 변이(displacement), 즉 회전(rotation), 이동 (translation, 평행 이동)으로 회절 조건(diffraction condition)을 변화시켜 연속적인(continuous) 파장 가변 특성을 얻을 수 있는 구조이다.

도 1의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 높은 광출력(high output power), 좁은 선폭(narrow linewidth), 넓은 파장 가변 특성(wide tunability)의 장점을 가져 계측장비에 많이 활용되고 있다.

그런데, 도 1의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 반도체 레이저(110)와 회절 격자(120) 간에 정렬이 어렵고, 파장 가변시 회절 격자(120)의 공간적 이동으로 인한 기계적 진동, 피봇점(105) 위치의 노화(aging)에 따른 파장 이동(wavelength shift) 문제가 발생한다. 특히, 도 1의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 파장 가변을 위한 속도가 매우 느리기 때문에 광통신 및 다양한 응용 시스템에 활용되는 데 다소 무리가 따른다.

도 2는 종래의 파장 가변 광원 소자중 리트먼(Littman)형태의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

구체적으로, 파장 가변 광원 소자는 무반사막(anti-reflection film, 12)이 코팅된 반도체 레이저(레이저 다이오드(LD), 210)와 외부 회절 격자(external diffraction grating, 220), 렌즈(230), 반사거울(260)로 구성되어 있다.

반도체 레이저(210)에는 전류를 인가하여 빔(250)을 발생시키며, 반도체 레이저(210)에 발생된 빔(250)은 렌즈(230)와 회절 격자(220)를 거쳐 반사거울(260)에 도달되고, 반사거울(260)에 수직으로 입사된 빔(250)만 회절격자(220)로 다시 반사된다.

반사된 빔(240)은 회절격자(220)와 렌즈(230)를 거쳐 다시 반도체 레이저(210)로 궤환되어 광(Pout)이 출력된다. 도 2의 구조에서 회절격자 면의 수직선(200)에 대한 입사각(α)과 회절각(β)에 대해 다음 수학식 2의 리트먼(Littman) 회절 격자 공식에 따라 빔의 파장이 결정된다.

여기서, m은 회절 차수, λ는 파장, d는 회절 격자의 주기이고, α는 입사각, β는 회절각이다.

상술한 구조에 대해 피봇점(Pivot point, 205)에 대해 반사거울(260)을 움직이게 되면 회전(rotation, 275)하게 되어, 상기 동일한 입사각(α)에 대해 회절각(β)은 변화하게 되고, 수학식 2에 의해 파장은 변화하게 된다.

상술한 구조에서 회절각(β)만 변화시키게 되면, 파장 가변 특성은 계단식으로 나타나는 문제점이 있기 때문에, 연속적인 파장 가변 특성을 얻기 위해 반사 거울(260)의 평행이동(translation, 275)도 병행하여 움직이게 한다.

다시 말해, 도 2의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 피봇점(205)에 대해 반사 거울(260)의 공간적 변이(displacement), 즉 회전(rotation, 275), 이동(translation, 평행 이동, 270)으로 회절 조건(diffraction condition)을 변화시켜 연속적인(continuous) 파장 가변 특성을 얻을 수 있는 구조이다.

도 2의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자는 파장 가변시 회절 격자(220)는 고정시키고 반사 거울(260)만을 움직이기 때문에, 도 1의 구조에 비해 구조적으로 안정적인 장점을 가지고 있다.

그런데, 도 2의 구조 또한, 도 1의 구조와 마찬가지로 반도체 레이저(210)와 회절 격자(220) 간에 정렬이 어렵고, 파장 가변시 반사 거울(260)의 공간적 이동으로 인한 기계적 진동, 피봇점(205) 위치의 노화(aging)에 따른 파장 이동(wavelength shift) 문제를 가지고 있으며, 파장 가변을 위한 속도가 매우 느리기 때문에 광통신 및 다양한 응용 시스템에 활용되는 데 다소 무리가 따른다.

상술한 도 1과 2의 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자의 느린 파장 가변 속도를 해결하기 위해 지금까지 전기적인 조절로 파장을 가변시키는 구조들이 제안되었다. 예컨대, M. Kourogi외 4인은 "continuous tuning of an electrically tunable external-cavity semiconductor laser"라는 명칭으로 "Optics Letters, vol. 25, No. 16, pp.1165-1167, Aug. 15, 2000"에 파장 가변을 위해 회절격자를 이동시키는 대신 AOM(Acouto-optic modulator)를 레이저 다이오드와 회절 격자 사이에 삽입하여 외부 전기 신호의 주파수 변화 따른 빔 편향 특성을 이용하여 파장 가변이 이루어지는 것을 제안하였다.

그러나, 상기 M. Kourogi외 4인이 제안한 구조는 AOM의 부피가 크고, 삽입 손실이 크며, 게다가 파장 가변량이 고작 2nm 정도로 매우 작은 단점이 있다.

이상을 요약해 보면, 회절 격자의 공간적 변이를 통해 파장을 가변시키는 종래의 파장 가변 광원 소자는 신뢰성 및 속도 면에서 많은 문제점을 가지고 있다.

그리고, 전기적으로 파장 가변시키는 종래의 벌크 타입 구조의 파장 가변 광 원 소자는 회절 격자와 레이저 다이오드간의 정렬이 까다롭고, 상기 AOM의 삽입으로 인해 소자의 부피가 큰 단점을 가지고 있다.

본 발명의 기술적 과제는 벌크 타입 구조의 광 부품들을 단일 집적시켜 추가적인 광학 부품이나 광 정렬이 필요 없는 파장 가변 광원 소자를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 인듐인 물질로 제작된 회절격자 외에도 안정적으로 제작될 수 있는 물질(실리콘, 폴리머등)로 구현된 회절격자를 쉽게 하이브리드 집적을 할 수 있어 두 물질간 광 결합 손실을 최소화 하고, 소자의 신뢰성을 높일 수 있는 파장 가변 광원 소자를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 일 실시 예는,소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 광 증폭기; 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 출력 경로를 이동시키는 빔 조종기; 및 일단은 상기 빔 조종기와 연결되어 상기 파장 대역을 갖는 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 일단에 상기 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 하는 오목 회절 격자로 형성된 도파로;를 포함하여 상기 보강 간섭된 단일 파장이 직선 궤적을 가지며 상기 빔 조종기를 거쳐 상기 광 증폭기로 궤환 되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 일 실시 예는,소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 광 증폭기; 일단은 상기 광 증폭기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 일단에 상기 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 및 상기 도파로의 상부 클래딩층에 위치하고 입사된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 편향기;를 포함하여 상기 보강 간섭된 단일 파장이 직선 궤적을 가지며 상기 편향기를 거쳐 상기 광 증폭기로 궤환되는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 일 실시 예는, 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 제1 및 제2 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 제 1 광 증폭기; 상기 파장 대역 광신호의 출력 경로를 이동시키는 빔 조종기; 일단은 상기 빔 조종기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 제1단일 파장 광신호는 상기 일단의 제1부분에 보강간섭이 생기도록 하고 상기 제2단일 파장 광신호는 상기 일단의 제2부분에 보강간섭이 생기도록 하는 리트만 조건을 만족하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 및 상기 제2단일 파장 광신호를 상기 도파로의 오목 회절 격자로 재입사 시켜 상기 제 1 광 증폭기로 궤환하게 하는 제 2 광 증폭기;를 포함한다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 일 실시 예는,소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 제1 및 제2 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 제 1 광 증폭기; 일단은 상기 제 1 광 증폭기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 제1 단일 파장 광신호는 상기 일단의 제1부분에 보강간섭이 생기도록 하고 상기 제2단일 파장 광신호는 상기 일단의 제2부분에 보강간섭이 생기도록 하는 리트만 조건을 만족하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 상기 도파로의 상부 클래딩층에 위치하고 입사된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 편향기;및 상기 제2 단일 파장 광신호를 상기 도파로의 오목 회절 격자로 재입사 시켜 상기 제 1 광 증폭기로 궤환하게 하는 제 2 광 증폭기;를 포함한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.

상기 구조는 광 증폭기(optical amplifier;310),위상 조정기(phase control unit,320), 광 편향기(optical deflector; 330), 오목 회절격자(concave grating;340)가 단일 집적되어, 외부 공진형 파장 가변 레이저로 동작하는 소자이다.

상기 구조에서 광 증폭기(Semiconductor optical amplifier), 위상 조정기(Phase control unit), 편향기 (Deflection unit), 오목 회절격자 (Concave grating)는 단일기판(인듐인, InP)내에 모두 집적되어, 편향기에 주입되는 전류의 양에 따른 도파 빔의 편향특성으로 회절격자에 입사되는 각이 바뀌어 파장 가변이 이루어지는 구조를 가지고 있다.

광 증폭기(310)의 일측 단면에서 출사되는 빔은 위상 조정기(320)를 지나 광 편향기(330)를 거쳐 오목 회절 격자(340)에 입사된다.

오목 회절격자(340)에 도달된 빔들은 반도체 물질과 공기간의 굴절율 차에 의해 각각의 회절 격자(grating)면에서 반사(reflection)되며, 동시에 오목 회절격자의 회절(diffraction)특성으로 파장별로 다른 위치에 모이게 된다. 이때 파장에 따라 모인 빔들의 궤적은 가상의 원(350)상에 존재하게 되는데, 이를 로랜드 원(Rowland circle;350)이라 한다.

일반적으로 오목 회절 격자의 반지름이 로랜드 원의 반지름의 두배가 되면 상술한 효과가 나타난다.

따라서 상기 구조에서 도파로 끝단을 로랜드 원 상에 위치하게 되면 빔은 오목회절격자에서 회절되어 특정 파장에 해당되는 빔만 다시 광 증폭기(310)로 궤환(feedback)되며, 광증폭기의 좌측 단면과 오목 회절격자 면이 반사면이 되어, 공진현상으로 외부 공진형 레이저로 동작하게 된다.

한편, 위상 조종기(320)는 광 증폭기와 광 편향기 사이에 삽입될 수 있다. 위상 조종기는 광 증폭기로부터 방출된 빔과 회절격자로부터 광 증폭기로 들어오는 빔 사이의 위상을 정합(matching)시키는 역할을 수행하며, 위상 조정 전류(IPCS)에 의해 매질의 굴절율을 변화시켜 공진빔의 위상을 조정하게 된다.

광 편향기(330)에 전기신호가 인가되지 않은 경우의 빔 특성을 나타내고 있고, 광 증폭기(310)에서 광 이득이 생성된 빔들은 λ1 의 파장으로 광 편향기(330)를 지나가게 되고, 광 편향기(330) 패턴과 주변영역의 유효 굴절율이 동일하므로, 빔 굴절은 나타나지 않게 된다. 오목 회절격자(340)로 입사된 빔들은 수학식 3에 의해 입사각 α에 따라 특정 파장(λ1)만 광 증폭기(310)로 궤환(feedback) 된다.

여기서, m은 회절차수, λ는 파장, n1는 도파층의 굴절율, d는 회절격자의 주기이다.

따라서 광 증폭기(310)에서 생성된 빔들은 오목 회절격자로부터 특정파장( λ1)만 궤환되며, 상기 프로세스에 의한 궤환 특성이 소자 전체의 손실과 동일할때 공진(resonanace)이 발생하여 레이저로 동작하게 되며, 특정 파장의 빔( λ1)만 광 증폭기(310)의 좌측 단면으로 출사된다.

편향기내 전류를 주입하게 되면, 반송자 유도 굴절율 변화( carrier-induced reflecrtive index variation) 특성으로 인해, 편향 패턴내 코어 물질의 굴절율이 변화하게 된다.

이 경우 빔은 상기 편향패턴으로 형성된 영역을 지나갈 때 굴절율이 변화된 영역과 변화되지 않은 영역의 경계면에서 스넬법칙(Snell's Law)에 의거해서 굴절(reflection)이 발생하게 된다.

굴절현상으로 인해 빔의 방향은 바뀌게 된다. 따라서, 상기 편향된 빔은 오목회절격자에 대한 입사각을 변화시키며 수학식3에 의거 증폭기로 궤환되는 파장을 변화시키게 된다.

상술한 설명에 대해 도 4(b)를 참조하면, 광 편향기 패턴(330)에 전기신호가 인가되어 패턴내 도파층의 굴절율이 n1에서 n2로 변화된 경우의 빔 특성을 나타내고 있다.

광 증폭기에서 생성된 빔들은 편향기 패턴을 지나게 되고, 편향기내 코어층의 굴절율 변화에 따라 빔들은 굴절을 겪는다. 굴절된 빔들의 광원(source point)은 도면에서와 같이 가상적으로 Rowland circle을 지나게 되고, 굴절된 빔들의 입사각은 α 각에서 등가적으로 α' 각으로 변하게 된다.

변화된 입사각으로 회절 빔의 파장은 λ1에서 λ2로 변하게 된다. 광 편향기(330)는 제1유효 굴절율(n1)을 가지는 물질로 구성시켜 소정 형상의 편향 패턴 영역에만 전류가 주입되도록 제작하거나, 제1 유효 굴절율(n1)을 가지는 소정 형상의 편향 패턴의 주변 물질과 편향 패턴 영역 내부는 제2유효 굴절율(n2)을 가지는 물질로 경계를 이루도록 구성시키고, 편향 패턴 영역으로만 전류가 주입되어 패턴내 도파층의 굴절율이 n2 에서 n3이 되도록 제작할 수 있다.

따라서 외부 전기신호(전류)에 의해 소정 형상의 편향 패턴내 코어 물질의 굴절율을 변화시켜 주변영역과 소정 형상의 편향 패턴 영역 간의 경계면에서 입사각에 대한 굴절 특성(스넬의 법칙)에 따라 빔이 편향되는 특성을 가지고 있다.

광편향기(330)는 편향기 내 전기 신호 증가에 따라 광 증폭기(310)에서 방사하는 빔의 점 광원(point source)의 위치가 로랜드 원(Rowland circle)을 따라 가상적으로 움직이도록 설계된다.

상기 광 편향기 패턴의 모양은 로렌드 원의 구조에 맞도록 선-광(ray-optics)의 관점에 따라 설계되거나 파동-광(wave-point)의 관점으로 설계될 수 있다.

단일집적 회절격자 공동 파장가변 레이저는 전기적인 조절로 인해 파장 가변을 위한 속도가 빠르고, 안정적이며, 단일 집적되어 소자의 크기도 작은 장점을 가지고 있다. 또한, 로랜드 원상에 도파로가 정확히 위치하기 때문에 로랜드 원에서 회절격자로 퍼지는 빔과 회절격자에서 로랜드 원으로 궤환되는 빔간의 광 결합특성이 우수하여 광출력이 높은 장점을 가지고 있다.

그러나, 빔이 지나가는 경로에 편향기를 삽입하기 때문에 편향기내 전류 주입시 광 손실 증가로 광 출력이 감소하여 광 출력 변화가 큰 단점을 가지고 있다. 또한, 편향기 패턴 구조의 설계가 까다롭고 구현하기도 어려운 단점을 가지고 있다.

도 5는 로랜드 원 회절격자를 포함한 빔조종기 집적 파장가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

빔조종기 집적 외부 공진기형 파장 가변 광원 소자(500)는 반도체 광 증폭기 (Semiconductor optical amplifier,510), 빔 조종기 (beam steering unit,520), 오목 회절격자 (Concave grating,530)가 단일기판(인듐인, InP)내에 모두 집적되어, 빔 조종기내 두 전극에 주입되는 전류량의 차에 따른 도파빔의 위치 조종으로 회절격자에 입사되는 각이 바뀌어 파장가변이 이루어지는 구조를 가지고 있다.

IBS1 전류 및 IBS2 전류의 인가량에 따라 굴절률이 바뀌고 굴절률의 변화는 빔의 입사각에 영향을 준다. 즉,빔 조종기는 프리즘과 같은 역할은 수행한다.

도 5에 표시된 것과 같이 전류의 인가량이 높아질수록 코어층의 유효굴절률은 낮아지고 빔은 굴절률이 높은 쪽으로 휘어지는 특성상 광 증폭기(510)에서 출력되는 빔은 상대적으로 낮은 전류를 인가하는 쪽으로 휘게 된다.

구체적으로, 도 6(a) 및 도 6(b)의 파장 가변 광원 소자(파장 가변 레이저, 500)는 수학식 3의 리트로(Littrow) 조건을 만족시키는 구조이다.

도 6(a)에 도시한 파장 가변 광원 소자(500)는 반도체 기판(501), 예컨대 InP에 반도체 광증폭기(SOA, semiconductor optical amplifier, 510), 빔 조종기(520, beam steering unit), 및 오목 회절 격자(530)가 단일 집적되어 구현된다.

반도체 광증폭기(510)는 반도체 레이저 다이오드로 구성할 수 있고, ISOA 전류가 인가될 수 있다.

빔 조종기(520)에는 두 개의 전극이 구성되며, 두 개의 전극에는 전기 신호, 예컨대 IBS1 전류 및 IBS2 전류가 인가될 수 있다.

오목 회절 격자(530)는 기판(501)의 일측에 위치하고, 반도체 기판(501)의 일측에 회절격자를 만들어 구현한다.

오목 회절 격자(530)는 특정 구조에 국한되지 않지만, 설명을 위해 로렌드 원(Rowland circle, 540) 형태로 나타내었고, 로렌드 원(540) 기반의 오목 회절 격자(535) 구조는 도 6(b)에 나타내었다.

오목 회절 격자 원(535)과 로렌드 원(540)이 만나는 점을 폴(pole, P)이라 하며, 기준선(610)은 오목 회절 격자 원(535)의 중심(C)에서 폴(P)까지의 선이 된다. 로렌드 원(540)의 일측은 빔 조종기(520)에 접하여 위치한다.

도 6(a)의 구조에서 광증폭기(510)의 좌측 단면과 오목 회절 격자(530)는 각각 반사면을 가지므로 공진기(resonator)로 형성이 되어 레이저 다이오드 형태로 동작하게 된다.

광증폭기(510)에서 회절 격자(530) 방향으로 출사되는 빔(620)은 빔 조종기(520)를 거쳐 오목 회절 격자(530)의 폴(P)에 입사된다. 오목 회절 격자에 입사된 빔(520)은 오목 회절 격자(530)의 회절(diffraction) 특성에 의거해서 특정 파장만 입사각(α)과 동일한 각으로 다시 광증폭기(510)로 궤환(feedback)되어 특정 파장의 빔(600)만 출력(Pout1)된다. 출력되는 특정 파장은 수학식 3의 리트로우(Littrow) 회절 격자 공식에 따른다.

입사각(α)은 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시한 바와 같이 기준선(610)과 입사하는 빔 경로간의 각도를 나타낸다.

빔 조종기(520)는 내부에 두 개의 전극을 구비하고, 두 개의 전극에 인가되는 전류량의 차를 조절하여 빔 경로를 조종할 수 있고, 이에 따라 경로가 이동된 빔(620)들은 오목 회절 격자(630)에 입사되는 입사각(α)이 변하게 된다.

입사각(α)의 변화에 따라 수학식 3에 의거 회절되는 빔(620)의 파장이 바뀌게 된다.

빔 조종기가 집적된 오목회절격자 파장가변 광원은 전기적인 조절로 인해 파장 가변을 위한 속도가 빠르고, 안정적이며, 단일 집적되어 소자의 크기도 작은 장점을 가지고 있다. 또한, 상술한 구조는 빔이 지나가는 경로의 주변에 전류를 주입하기 때문에 파장가변 시 광 손실이 적으므로 광 출력 변화가 적은 장점을 가지고 있다.

빔의 위치가 조종되는 위치는 로랜드 원상에 위치해야 되며, 빔 조종기의 폭은 넓기 때문에 빔 조종기내 전극이 비대칭적이게 된다. 이는 빔 조종기내 조종된 빔의 형태를 왜곡(distortion)시키며, 동시에 빔의 위치를 로랜드 원상에 명확하게 만들지 못하게 되며, 이로 인해 로랜드 원에서 회절격자로 퍼지는 빔과 회절격자에서 로랜드 원으로 궤환되는 빔간의 광 결합특성이 저하되어 광 출력이 낮은 단점을 가지고 있다.

이상을 요약해 보면, 도 3 및 도 4 에서 상술한 로랜드 원 구조의 편향기 집적 파장가변 광원은 광출력은 큰 반면 빔이 지나가는 경로에 편향기가 놓여져 있어, 파장가변시 광 손실 증가로 광 출력이 낮아 광 출력 변동이 큰 단점을 가지고 있고, 도 5 및 도 6에서 상술한 로랜드 원 구조의 빔 조종기 집적 파장가변 광원은 빔 조종기내 전극이 빔 경로 주변에 놓여져 있어 광 출력 변동은 적지만, 빔 조종기내 전극의 비대칭성으로 인해 결합효율 감소로 광 출력이 낮은 단점을 가지고 있다.

추가적으로, 상술한 로랜드 원 기반의 오목 회절격자 집적 파장가변 광원은 모든 기능부가 단일 집적되어 있기 때문에 인듐인 기판에 제작하게 된다.

그러나, 상술한 인듐인 물질의 회절격자 구현에 있어 식각(etching) 특성이 다소 불균일하며, 회절격자 패턴이 정밀하지 못해 높은 손실이 문제가 되고 있다.

따라서 회절 격자를 균일한 식각 특성과 정밀한 패턴이 가능한 물질인 실리콘, 폴리머 등으로 제작하고 오목 회절 격자를 인듐인 물질과 하이브리드 집적을 할 수 있다.

그러나 경계면이 로랜드 원으로 되어 있어 사실상 하이브리드 집적을 하기 어렵게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 빔 조종기 직접 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

도 7에 도시한 파장 가변 광원 소자(700)는 반도체 기판(S), 예컨대 InP에 반도체 광 증폭기(SOA, semiconductor optical amplifier, 710), 빔 조종기(720), 및 오목 회절 격자(730)가 단일 집적되어 구현된다.

반도체 광증폭기(710)는 반도체 레이저 다이오드로 구성할 수 있고, ISOA 전류가 인가될 수 있다.

빔 조종기(720)에는 두 개의 전극이 구성되며, IBS1 및 IBS2 전류가 인가될 수 있다.

오목 회절 격자(730)는 기판(701)의 일측에 위치한다. 기본적으로 도 5에서 제안된 구조와 비슷하나, 본 발명에 따른 파장 가변 소자(700)는 로랜드 원 기반의 오목 회절 격자 구조가 아닌 격자(730)에서 회절되어 모이는 빔의 위치가 직선이 되도록 하는 구조를 가진다.

빔의 위치가 직선이므로 빔 조종기 내 전극이 대칭적이게 되며, 각 전극에 주입된 전류량의 차에 따라 빔의 위치는 직선을 따라 이동하게 된다.

도 4에 표현된 구조변수 θN, θN+1 이외에 표현을 간단히 하기 위해 다음의 수학식 4로 변수를 정의한다.

도 8의 회절격자는 점 A에 대해 점 PN과 PN+1간에 특정 파장 λ0 에 대해 보강간섭 (constructive interference)이 성립하게 되며, 다음의 수학식 5와 같이 표현된다.

여기서, neff는 도파로내 유효 굴절율(effective refractive index)이고, m은 정수이다. 상기 수학식 5는 RN+1과 RN의 관계를 나타내며 다음의 수학식 6으로 표현할 수 있다.

한편, 점 A, PN, B를 잇는 삼각형에 대해, 코사인 2법칙에 의거 다음의 수학식 7의 첫 번째 라인으로 표현된다.

상기 수학식 7는 SN과 (RN, θN)관계를 나타내며, 두 번째 라인에서 루트안의 두 번째 항은 매우 작은 값이므로 무시가능하고, 루트를 테일러 확장(Taylor expansion)후 Binominal 근사를 사용하게 되면 세 번째 라인과 같이 표현할 수도 있다.

비슷하게 점 B에 관해서는, 수학식 5와 같은 방법으로 파장 λ0+△λ(△λ : 파장 변화량)에 대해, 다음의 수학식 8의 첫 번째 라인과 같이 보강간섭 조건 성립 한다.

수학식 8는 SN+1과 SN의 관계 또는 수학식 7의 결과를 고려하면, SN+1과 (RN, θN) 관계를 나타내며, 상기 수학식 8의 첫 번째 라인은 수학식 7의 결과를 대입하면, 두 번째 라인과 같이 근사 시킬 수 있다.

수학식 7에서와 비슷하게 점 A, PN+1, B에 대해 대해서도 적용하게 되면 다음의 수학식 9과 같이 나타난다.

상기 수학식 9은 SN+1과 (RN+1, θN+1)관계를 나타내며, 앞의 수학식 6의 결과를 고려하면 SN+1과 (RN, θN+1) 관계를 나타낸다. 상술한 수학식 9은 수학식 7와 같은 근사법을 사용하여, 세 번째 라인으로 표현할 수 있고, 수학식 6의 결과에 의거 네 번째 라인으로 표현할 수 있다.

종합하면, 상술한 구조적 관계들에 의거해서 구조변수 (RN, RN+1, SN, SN+1, θN, θN+1)에 대해 4개의 수학식들 (수학식 6, 7, 8, 9)들이 나타나며, neff는 도파로가 결정되면 정해지는 값이고, d, R0, θ0(= 0, m, λ0, △λ) 들은 설계변수 (이미 알고 있는 값)이다.

상술한 관계들에 의해 회절격자 순서(N)를 0부터 증가시키게 되면, RN, θN는 이미 알고 있고, RN+1, SN, SN+1,θN+1는 상술한 4개의 수학식들 (6, 7, 8, 9)로 부터 각각 얻을 수 있게 된다.

한편, 수학식 8의 두 번째 라인과 수학식 9의 네 번째 라인과의 관계에 의해 다음의 수학식 10의 첫 번째 라인으로 표현될 수 있다.

여기서, θN, θN+1은 비교적 작은 각 (최대 15도)이므로 사인함수에서 선형근사를 하면 두 번째 라인으로 표현할 수 있고, g는 회절격자 주기 (설계변수임, PN과 PN+1간 거리)를 나타난다. 상술한 수학식 10의 두 번째 라인의 식으로부터 파장가변량 △λ과 설계변수간의 관계가 다음의 수학식 11로 표현될 수 있다.

수학식 11으로 부터 d 의 증가에 따라 파장 가변량이 구조변수에 따라 선형적으로 증가함을 쉽게 알 수 있다.

수학식 6 ~ 9를 포함해서 상술한 수학식 10, 11은 설명을 용이하게 하기 위해 유도 했을 뿐 실제 설계 시는 근사식을 사용하지 않기 때문에 수식이 다소 복잡할 수 있다.

또한, 일정한 설계변수에 대해 실제 d 와 파장 가변량 △λ의 관계는 선형적이 아니므로, d와 파장 가변량 과의 관계가 선형적이 되도록 g (회절격자 주기)를 인위적으로 변경시킬 수 있다.

인듐인 물질의 회절격자 구현에 있어 식각(etching) 특성이 다소 불균일하며, 회절격자 패턴이 정밀하지 못해 높은 손실이 문제가 되고 있다.

도 3 이나 도 5에서 제안된 구조는 경계면이 로랜드 원으로 되어 있어 사실상 하이브리드 집적을 하기 어렵게 된다.

그러나 본 발명에 따른 파장 가변 소자는 오목 회절 격자에서 회절된 빔의 궤적이 직선이므로 하이브리드 집적이 가능하다.

또한, 인듐인 물질은 광출력 방향에 수직되도록 압력을 가할 경우 그 선을 따라 깨끗이 절단(scribing)되며, 반사율은 약 30% 정도를 가진다.

따라서, 인듐인 물질의 단면에 무반사막 코팅 (930)(Anti-reflection coating)이 필요하며, 경우에 따라 회절격자에도 무반사막 코팅이 필요하고, 원활한 광 결합 특성을 위해 임피던스 매칭 오일(impedance matching oil)등도 추가할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 편향기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절격자를 포함한 파장 가변 광원 소자는 도 3에서와 같이 편향기(1020)가 집적 형태로도 적용할 수 있다.

일반적으로 로렌드 원 구조의 회절격자는 수차 (Aberration)을 가지고 있으므로, 회절격자 주기를 조정해서 수차를 제거하는 방법을 쓰고 있다.

회절 격자 주기를 조정해서 수차를 제거하는 방법은 설계시 회절 격자 구조를 복잡하게 하는 문제가 있다. 또한 5차 이상의 고차에 대해서는 수차를 제거할 수 없으며, 원형 패턴 설계 및 제작이 쉽지 않다.

그러나 본 발명에 따른 직선 궤적을 갖는 회절격자 구조를 채택한다면, 설계 시 회절격자 주기를 조정할 수 있을 뿐만 아니라 수차를 완전히 제거할 수 있고, 직선 패턴으로 패턴 설계 및 제작이 상대적으로 쉽게 되는 장점을 가지고 있다.

도 11의 파장 가변 광원 소자(파장 가변 레이저, 1100)는 수학식 12의 리트먼(Littman) 조건을 만족시키는 구조이며, 빔 조종기의 전류주입에 따른 빔의 위치이동으로 인해 회절격자에 입사되는 각이 변하므로 파장가변이 된다.

여기서, m은 회절 차수, λ는 파장, n1은 도파층의 굴절률, d는 회절 격자의 주기이고, α는 입사각, β는 회절각이고, 상기 입사각(α)은 오목 회절 격자 원의 중심에서 상기 폴(P)까지의 기준선(1160)과 입사하는 빔(1180)의 경로간의 각도이고, 회절각(β)은 기준선(1160)과 상기 제2 광증폭기(1140) 또는 광도파로(1140)로 반사되는 빔(1190)간의 각도이다.

도 11의 구조에서도 파장 가변 빔들이 직선궤적(1150)을 따라 모이도록 설계된 회절격자가 적용된다.

도 11에서, 고정된 회절각(β)에 대해 빔 조종기의 전류 주입에 따른 빔의 경로 이동으로 인해 입사각(α)이 변하게 되어 파장이 가변된다.

제1 광증폭기(SOA1)에서 출사되는 빔(1180)이 빔 조종기(1120)를 거쳐 오목 회절 격자(1130)에 입사되며, 입사된 빔(1180)은 오목 회절 격자(1130)의 회절 특성에 따라 특정 파장에 해당되는 빔(1190)만 β의 각으로 추가적인 제2 광증폭기(SOA2, 1140)나 광도파로(1140)로 궤환되어 출력(Pout2, 1170)된다.

도 11의 구조에서 제1 광증폭기(SOA1, 1110)의 좌측 단면과 제2 광증폭기(SOA2)의 좌측 단면이 각각 반사면을 가지므로 공진기(resonator)로 형성이 되어 레이저 다이오드로 동작하게 된다.

오목 회절 격자(1130)에서 β의 회절각으로 회절된 빔(1190)을 도파시키거나 증폭시키기 위한 광도파로(1140) 또는 제2 광증폭기(SOA2, 1140)가 추가적으로 필요한 반면, 파장 가변 특성이 도 7의 구조에 비해 좀 더 안정적인 동작이 가능하며 설계에 있어 선택의 폭을 넓힐 수 있다. 도 7의 구조에서는 광출력 단자가 하나인 반면에, 도 11에서는 제1 광증폭기(1110)와 광도파로(1140) 또는 제2 광증폭기(1140) 단면에서 광출력을 얻을 수 있으므로 광출력 단자가 두 개 이상이 된다.

추가적인 광증폭기들(1140)에서는 채널 수만큼의 다른 파장의 빔을 공진시켜 방출하게 된다. 광도파로나 광증폭기(1140)에 따른 각 채널의 파장들은 빔 조종기(1120)의 전류주입으로 파장 가변된다.

광도파로나 광증폭기(1140)에 따른 각 채널간의 파장 간격을 일정하게 지정할 경우 전체적인 파장 가변량은 빔 조종기(1120)의 전류주입에 따른 한 채널의 파장 가변량과 채널수의 곱이 되므로, 채널수만큼 파장 가변량을 증가시킬 수 있다.

도파로(1140) 또는 제2 광증폭기(1140) 단면에서는 각 채널의 파장 영역(빔 조종기에 의한 파장 가변량)만큼 광출력 (Pout2, Poutn(1170))을 얻을 수 있고, 제1 광증폭기(1110)에서는 모든 채널의 파장을 얻을 수 있다.

따라서, 인듐인 물질의 단면에 무반사막 코팅 (1230)(Anti-reflection coating)이 필요하며, 경우에 따라 회절격자에도 무반사막 코팅이 필요하고, 원활한 광 결합 특성을 위해 임피던스 매칭 오일(impedance matching oil)등도 추가할 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 리트먼 조건을 만족시키고 파장 가변 빔의 궤적이 직선이 되도록 하는 회절 격자를 포함한 편향기 집적 파장 가변 광원 소자의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명은 도 11의 발명인 회절 격자가 리트먼 조건을 만족시키고 빔 조종기 집적 파장 가변 광원 소자와 동작 원리가 동일하나, 빔의 편향을 시키는 부분이 빔 조종기가 아닌 편향기(1320)에 의하여 구현됨에 차이가 있다.

광 증폭기에서 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 출력한다(S1400).

빔 조종기의 편향부에서 인가된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 출력 경로를 편향시킨다(S1410).

소정의 격자 주기를 가진 오목 회절격자는 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 편향부에 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 한다(S1420).

편향부에 보강간섭된 소정의 단일 파장 광신호를 광증폭기로 궤환시킨다(S1430).

상기 광증폭기로 궤환된 단일 파장 광신호를 증폭하여 출력한다(S1440). 단일 파장 광신호의 증폭은 증폭되는 광신호의 이득이 광증폭기내의 광손실과 동일할때 발진(lasing)이 일어난다.

도 15는 도11의 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자의 동작 원리를 보여주는 흐름도이다.

제 1광 증폭기에서 소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 출력한다(S1500).

빔 조종기의 편향부에서 인가된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신 호의 출력 경로를 편향시킨다(S1510).

소정의 격자 주기를 가진 오목 회절격자는 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 파장별로 직선 구조의 도파로 일단의 각각 다른 위치에 보강간섭이 생기도록 한다(S1520).

복수개의 제2광증폭기에서 상기 파장에 따라 분리된 단일 파장 광신호 중 적어도 하나의 단일 파장 광신호를 오목 회절 격자로 재입사 시킨다(S1530).

오목 회절 격자에서 상기 적어도 하나의 단일 파장 광신호를 제 1 광증폭기로 궤환시켜 증폭하여 출력한다.(S1540).

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정 되는 것은 아니며, 특허 청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 파장 가변 광원 소자는 광증폭기, 빔 조종기, 오목 회절 격자가 집적되어, 오목 회절 격자에서 회절된 빔은 직선궤적으로 모여 빔 조종기의 두 전극이 대칭적으로 되어 빔의 왜곡을 제거하며, 동시에 빔의 위치를 직선상에 명확하게 만들어, 회절격자로 퍼지는 빔과 회절격자에서 단면으로 궤환되는 빔간의 광 결합특성이 우수하여 높은 광출력을 가지게 된다.

또한, 인듐인 물질로 제작된 회절격자 외에도 안정적으로 제작될 수 있는 물질(실리콘, 폴리머등)로 구현된 회절격자를 쉽게 하이브리드 집적을 할 수 있어 두 물질 간 광 결합 손실을 최소화 하고, 소자의 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

Claims

소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 광 증폭기;

상기 파장 대역을 갖는 광신호의 출력 경로를 이동시키는 빔 조종기; 및

일단은 상기 빔 조종기와 연결되어 상기 파장 대역을 갖는 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 일단에 상기 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 하는 오목 회절 격자로 형성된 도파로;를 포함하여 상기 보강 간섭된 단일 파장이 직선 궤적을 가지며 상기 빔 조종기를 거쳐 상기 광 증폭기로 궤환 되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 빔 조종기는 하부 클래딩층,코어 및 상부 클래딩층으로 구성된 도파로 구조를 가지며 상기 상부 클래딩층에 일정 간격을 두고 배치된 두개의 전극판에 인가된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 광 증폭기, 상기 빔 조종기 및 상기 도파로는 하나의 기판에 단일 집적 되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 1 항에 있어서,

상기 광 증폭기와 상기 빔 조종기는 인듐인 계열의 제 1 기판에 집적되고, 상기 도파로는 실리콘계열 및 폴리머 계열 중 어느 하나 물질의 제 2 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 소정의 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 광 증폭기;

일단은 상기 광 증폭기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 일단에 상기 단일 파장의 보강간섭이 생기도록 하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 및

상기 도파로의 상부 클래딩층에 위치하고 입사된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 편향기;를 포함하여 상기 보강 간섭된 단일 파장이 직선 궤적을 가지며 상기 편향기를 거쳐 상기 광 증폭기로 궤환되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 5 항에 있어서,

상기 광 증폭기와 상기 도파로의 중간단에 위치하고 상기 오목 회절 격자로 부터 상기 광 증폭기로 되돌아오는 단일 파장의 광신호와 상기 광 증폭기로부터 출력되는 광신호의 위상을 정합하는 위상 조종기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 5 항에 있어서,

상기 광 증폭기 및 상기 도파로는 하나의 기판에 단일 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 5 항에 있어서,

상기 광 증폭기는 인듐인 계열의 제 1 기판에 집적되고, 상기 도파로는 실리콘계열 및 폴리머 계열 중 어느 하나 물질의 제 2 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 오목 회절 격자는 리트로 회절 격자 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 오목 회절 격자는 리트먼 회절 격자 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 1항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 오목 회절 격자는 리트먼 회절 격자 조건을 만족하고, 상기 오목 회절 격자로부터 반사 및 회절되어 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 파장별로 상기 도파로 일단의 각각 다른 위치에 보강 간섭이 생긴 복수개의 단일 파장 광신호를 출력하는 복수개의 단일 모드 도파로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 제1 및 제2 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 제 1 광 증폭기;

상기 파장 대역 광신호의 출력 경로를 이동시키는 빔 조종기;

일단은 상기 빔 조종기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 제1단일 파장 광신호는 상기 일단의 제1부분에 보강간섭이 생기도록 하고 상기 제2단일 파장 광신호는 상기 일단의 제2부분에 보강간섭이 생기도록 하는 리트만 조건을 만족하는 오목 회절격자로 형성된 도파로; 및

상기 제2단일 파장 광신호를 상기 도파로의 오목 회절 격자로 재입사 시켜 상기 제 1 광 증폭기로 궤환하게 하는 제 2 광 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 12 항에 있어서,

상기 제 1 광 증폭기, 상기 제 2 광 증폭기 및 상기 빔 조종기는 인듐인 계열의 제 1 기판에 집적되고, 상기 도파로는 실리콘 계열 및 폴리머 계열중 어느 하나 물질의 제 2 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
소정의 파장 대역을 갖는 광신호를 일방향으로 전송하고, 상기 파장 대역중 제1 및 제2 단일 파장의 광신호를 증폭시켜 타방향으로 출력하는 제 1 광 증폭기;

일단은 상기 제 1 광 증폭기와 연결되어 상기 파장 대역 광신호가 평면적으로 퍼져 전송되도록 하는 직선 구조로 형성되고, 타단은 상기 파장 대역을 갖는 광신호를 반사 및 회절시켜 상기 제1 단일 파장 광신호는 상기 일단의 제1부분에 보강간섭이 생기도록 하고 상기 제2단일 파장 광신호는 상기 일단의 제2부분에 보강간섭이 생기도록 하는 리트만 조건을 만족하는 오목 회절격자로 형성된 도파로;

상기 도파로의 상부 클래딩층에 위치하고 입사된 전류량에 따라 상기 파장 대역을 갖는 광신호의 편향 정도를 달리하는 편향기;및

상기 제2 단일 파장 광신호를 상기 도파로의 오목 회절 격자로 재입사 시켜 상기 제 1 광 증폭기로 궤환하게 하는 제 2 광 증폭기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.
제 14 항에 있어서,

상기 제 1 광 증폭기 및 상기 제 2 광 증폭기는 인듐인 계열의 제 1 기판에 집적되고, 상기 도파로는 실리콘 계열 및 폴리머 계열 중 어느 하나 물질의 제 2 기판에 집적되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원 소자.