KR100958661B1

KR100958661B1 - 평판형 광도파로(ｐｌｃ) 소자, 그 소자를 포함한 파장 가변 광원 및 그 광원을 이용한 ｗｄｍ-ｐｏｎ

Info

Publication number: KR100958661B1
Application number: KR1020090090235A
Authority: KR
Inventors: 김병휘; 박만용; 박경현; 윤현호
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2010-05-20
Also published as: KR20090106382A

Abstract

본 발명은 PLC-ECL형 파장 가변 광원의 제작과 응용에 있어서, 파장 가변 기구의 성능과 안정성 개선, 광원의 패키징 성능과 양산성 개선 및 광원의 WDM-PON 적용에 대한 초기화 및 안정화 기능을 부가할 수 있는 파장 가변 광원 및 그 광원을 이용한 WDM-PON을 제공한다. 그 파장 가변 광원은 반도체 광 이득 매질이 실장된 제1 하우징; 실리콘 기판, 상기 기판 상에 형성되고 상기 기판을 상부층으로부터 열적으로 차단하는 열차단막, 광도파로의 열광학 효과를 이용하기 위해 상기 열차단막 상에 형성된 박막금속히터, 및 상기 박막금속히터 상에 폴리머로 형성된 클래드층 및 코아층을 구비한 광도파로;를 포함하는 평판형 광도파로(Planar Lightwave circuit: PLC) 소자가 실장된 제2 하우징; 및 광섬유가 실장된 제3 하우징;을 포함하고, 상기 제1, 제2, 및 제3 하우징이 광결합 렌즈를 통해 광축 정렬이 이루어지고 레이저 웰딩(laser welding) 방법을 통해 결합되어 있는 PLC-외부 공진기(External Cavity Laser: ECL) 구조를 갖는다.

Description

평판형 광도파로(ＰＬＣ) 소자, 그 소자를 포함한 파장 가변 광원 및 그 광원을 이용한 ＷＤＭ-ＰＯＮ{Planar lightwave circuit(PLC) device, wavelength tunable light source comprising the same device and wavelength division multiplexing-passive optical network(WDM-PON) using the same light source}

본 발명은 광통신에 관한 발명으로서, 특히 열광학 효과를 이용한 평판형 광도파로 소자, 그 소자를 포함한 파장 가변 광원 및 광전송기, 및 그 광전송기를 이용한 WDM-PON에 관한 것이다. 본 발명은 정보통신부의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다 [과제관리번호: 2005-S-401-02, 과제명: 초고속 광가입자망 기술개발].

수년 내로 크게 활성화될 음성, 데이터, 방송 융합서비스를 제공하기 위한 파장분할 다중화(wavelength Division Multiplexing:WDM) 기반 광가입자망(Passive Optical Network:PON)에 관한 연구 개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다. 이하, 파장 분할 다중화 기반 광가입자망을 'WDM-PON'이라고 한다.

WDM-PON은 중앙 기지국(Center Office:CO)과 가입자 간의 통신이 각 가입자에게 정해진 각각의 파장을 사용하여 통신이 이루어지는 방식이다. 가입자별로 전 용 파장이 사용되므로 보안이 우수하고, 대용량의 통신서비스가 가능하며, 가입자별 혹은 서비스별로 다른 전송기술, 예컨대 링크율(link rate), 프레임 포맷(frame format) 등의 적용이 가능한 장점을 갖는다.

그러나 WDM-PON망은 WDM 기술을 사용하여 단일 광 섬유에 여러 파장을 다중화하는 기술이므로 하나의 옥외 노드(Remote Node:RN)에 속하는 가입자 수만큼의 서로 다른 광원을 필요로 하게 된다. 이러한 파장 별 광원의 생산, 설치, 관리는 사용자와 사업자 모두에게 커다란 경제적 부담으로 작용하여 WDM-PON의 상용화에 커다란 걸림돌이 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 광원의 파장을 선택적으로 가변할 수 있는 파장 가변 광원 소자의 적용 방안이 활발히 연구되고 있다.

파장 가변 광원의 예로써, 반도체 LD, 평판형 광도파로(Planar Lightwave circuit: PLC), 및 광섬유와 같은 개별 광부품들을 정렬하여 구성되는 외부 공진 레이저(External Cavity Laser: ECL) 형태의 파장 가변 광원을 들 수 있다. 종래의 외부 공진 레이저 형태의 파장 가변 광원은 개별 광부품들이 기판에 모두 실장되어 있고, 반도체 LD와 평판형 광도파로와의 광결합은 버트 광결합(butt coupling)으로 이루어진다. 그에 따라, 여러 가지 문제점들이 발생하는데, 그에 대한 설명은 도 8a 및 8b에 대한 설명부분에서 좀더 자세히 설명한다.

한편, 파장 가변 광원에는 PLC 소자가 사용되는데, 이러한 PLC 소자는, 실리콘과 같은 기판 상부에 광이 도파할 수 있는 구조를 형성함으로써 제작된다. 일반적으로 광이 도파할 수 있는 구조는 광이 도파되는 영역인 코아층과 코아층을 감싸며, 코아층보다 굴절률이 0.0001 ~ 0.01 정도 낮은 클래드층으로 구성된다. 이러한 평판형 광도파로 소자는, 소자 크기가 작고, 반도체 공정과 호환이 가능하기 때문에 생산성이 우수하며, 다양한 기능을 수행할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어서, 광파워 분배기, 파장 분할/결합 필터, 열광학 효과를 이용한 광스위치, 가변 광감쇄기와 파장 가변필터 등에 다양하게 이용된다.

도 1a 및 1b는 종래 기술에 따른 광도파로형 열광학 소자를 이용한 파장 가변 광원(PLC-ECL)에 대한 구조도 및 기능별 블럭도이다.

도 1a를 참조하면, 기존의 PLC-ECL 방식의 파장 가변 광원은 크게 광 이득 매질로 작용하는 RSOA(150, Reflective Semiconductor Optical Amplifier)와 3차원 광도파로 코아층(101)을 구비한 PLC 소자(100), 및 부착 광섬유(160)로 구성된다. RSOA(150)은 반도체 레이저와 유사하게 공진기(151)가 형성되어 있으며, 전면 출사면(152)은 무반사막으로, 그리고 후면 출사면(153)은 고반사막으로 코팅되어 자체 레이저 발진이 억제되어 광 이득 매질의 기능을 가진다.

광 이득 매질로는 RSOA 뿐만 아니라 R-LD(Reflective Laser Diode)도 사용할 수 있는데, 설명의 편의를 위해 이하 ROSA로 통칭한다. PLC 소자(100)는 광도파로 코아층(101)의 일부 구간에 회절격자(102, Bragg grating)가 형성되어 있으며 회절격자(102)에 인접하여 박막금속히터(103)가 배치되어 있다. RSOA(150)의 공진기(151)와 PLC 소자(100)의 광도파로 코아층(101)을 광결합시킨 후 RSOA(150)를 구동하면 RSOA의 후면 출사면(153)의 고반사막과 회절격자 사이에 외부 공진기(ECL)가 형성되고 회절격자의 유효 주기에 일치하는 파장의 레이저가 발진한다. PLC 소자(100)의 광출력을 부착 광섬유(160)에 결합시키면 외부 광통신망에 적용 가능한 광원이 된다.

한편, 박막금속히터(103) 양단의 전극(105)을 통해 전류를 주입하면 박막금속히터에서 발생한 열이 인접한 광도파로 코아층(101)의 온도를 상승시킨다. 그에 따라, 열광학 효과에 의해 광도파로 코아층(101)의 굴절률이 감소하게 되고 이는 회절격자(102)의 유효 주기를 짧게 변화시킴으로써 PLC-ECL(170)의 출력 광파장을 단파장 쪽으로 가변시킨다. 박막금속히터(103)와 양단의 전극(105) 및 회절격자(102)는 파장 가변 영역(107)을 구성하며, 회절격자가 형성되지 않은 광도파로 코아층(101) 쪽에 배치된 박막금속히터(104)와 양단의 전극(106)은 위상 조절 영역(108)을 구성한다. 위상 조절 영역(108)은 파장 가변 영역(107)에 의해 선택된 PLC-ECL(170)의 출력 광파장의 라운드 트립(round trip) 위상을 조정한다. 이하에서는, 설명의 편의상 위상 조절 영역(108)은 생략되어 도시된다.

도 1b를 참조하면, PLC-ECL(170)이 광 이득 매질의 RSOA(150), 위상 조절 영역(108), 파장 가변 영역(107) 및 부착 광섬유(160)로 기능별로 구성되고 있음을 보여준다.

도 2a는 종래 3차원 광도파로형 열광학 소자, 즉 도 1a의 파장 가변 광원의 파장 가변 영역에 대한 사시도이다.

도 2a를 참조하면, 파장 가변 영역(107)은 실리콘 기판(110) 상부에 하부 클래드층(111), 코아층이 3차원 막대형으로 형성된 광도파로 코아층(101) 및 광도파로 코아층(101) 상부를 덮는 상부 클래드층(112)을 포함한다. 도면상 광도파로에 인접하여 배치되는 박막금속히터는 도시되지 않고 있다.

광도파로 코아층(101) 상부 일부분에는 간섭 노광-식각 방법으로 형성된 두께 변조 회절격자(102)가 있다. 회절격자(102)는 광도파로 코아층(101)을 도파하는 빛에 대해 유효 회절격자 주기의 2배에 해당하는 파장 성분을 반사시킴으로써, 해당 파장에 대한 ECL 공진기를 구성한다. 광도파로 코아층(101)과 클래드층(111, 112)은 반도체, 유전체, 고분자(polymer) 등 다양한 재료로 제작될 수 있다.

도 2b는 도 2a의 광도파로형 열광학 소자의 열광학 효과를 보여주는 그래프로서, 도 2a의 광도파로가 폴리머 재료로 제작된 경우의 열광학 효과를 도식하고 있다.

도 2b를 참조하면, 일반적으로 광도파로로 사용되는 폴리머는 (- 0.7 ~ - 2.2) × 10^-4/℃ 정도의 열광학 계수 또는 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion: CTE)를 갖는데, 실험상 사용된 폴리머의 열광학 계수는 -1.822 × 10^-4/℃ 정도임을 보여주고 있다. 즉, 이러한 폴리머로 형성된 광도파로는 온도가 높아질수록 굴절률이 낮아지고, 그에 따라 회절격자(102)의 유효 주기를 짧게 변화시켜 PLC-ECL(170)의 출력 광파장을 단파장 쪽으로 가변시키게 된다.

도 3a 및 3b는 종래의 평판형 광도파로(PLC) 소자의 박막금속히터 부분에 대한 단면도 및 정면도이다.

도 3a를 참조하면, 종래의 PLC 소자는 실리콘 기판(110), 기판 상부의 하부 클래드층(111), 회절격자(102)가 형성된 광도파로 코아층(101), 코아층(101) 상의 상부 클래드층(112) 및 상부 클래드층(112) 표면에 배치된 박막금속히터(103)를 포 함한다.

이와 같은 PLC 구조에서 박막금속히터(103)에 전류를 인가하면, 박막금속히터(103) 하부에 존재하는 광도파로 코아층(101)의 온도가 국부적으로 증가한다. 이때, 광도파로 물질의 열광학 계수에 따라, 증가한 온도 변화량(이하, DT)에 비례하여 광도파로 코아층(101)의 굴절률이 변하게 된다. 통상적으로 주어진 온도 변화량(DT)에서, 열광학 계수에 따른 굴절률 변화량 dn은 다음 수식에 의하여 표현된다.

dn= CTE x DT ....................................(1)

한편, 기판(110)의 경우, 기판(110)의 온도가 시간에 따라서 변하지 않도록 열전냉각기(Thermo-Electric Cooler: TEC) 소자를 이용하거나, 방열판을 부착시켜 온도를 일정하게 유지시킨다.

박막금속히터(103)는 통상적으로 크롬, 니켈, 니크롬, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드 등이 사용되어 제작되고, 도파로의 상부 클래드층(112) 표면에 형성된다. 기판(110) 표면(A) 온도를 일정하게 유지한 상태에서 박막금속히터(103)에 전류를 인가하여 온도를 증가시킴으로써, 광도파로 코아층(101)의 온도를 증가시키게 된다. 이와 같은 구조의 PLC 구조는 다음과 같은 문제점이 있다.

도 4는 도 3a의 평판형 광도파로 소자의 박막금속히터 부분에 대한 수직 방향의 온도 분포에 대한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 박막금속히터(103)에 전류를 증가시킬수록 박막금속히터(103)의 온도는 증가하지만 기판(110) 온도는 일정하게 유지되기 때문에 코아 층(101)으로의 온도전달이 선형적으로 감소한다. 즉, 종래의 PLC 구조에서는 히터를 통해 광도파로의 온도를 크게 변화시킬 수 없기 때문에 파장 가변의 폭이 좁다는 단점이 있다. 특히, 온도 기울기(이하, 온도 구배)는 박막금속히터(103)로 인가되는 전류가 증가할수록 커지기 되는데, 높은 온도 구배는 광도파로 코아층(101) 주위의 굴절률 분포를 변형시키고, 그에 따라 광이 도파될 때 광산란, 고차 모드 발생, 광손실 등을 발생시켜 광도파로의 특성을 저하시키는 원인이 된다.

도 8a 및 8b는 종래의 파장 가변 광원에 대한 상면도 및 측면도이다.

도 8a 및 8b를 참조하면, 파장 가변 광원은 PLC 소자(100), RSOA(150) 및 부착 광섬유(160)를 포함한다. 이러한 종래의 파장 가변 광원은 PLC 소자(100) 양단으로 RSOA 조립 영역(204)과 V-groove가 형성된 광섬유 조립 영역(203)을 구비한 실리콘 광벤치(201, optical bench)가 버터플라이(butterfly)형 패키지(200) 내에 패키징 되는 구조를 갖는다. 부착 광섬유(160)는 PLC 소자(100)의 광도파로 코아층(101)에 정렬되어 형성된 V-groove를 이용하여 광섬유 조립 영역(203)에 조립된다. RSOA(150)는 PLC 소자(100)의 광도파로 코아층(101)에 정렬되어 형성된 패드, 즉 RSOA 조립 영역(204)에 플립칩 본딩 방법을 이용하여 조립된다. 실리콘 기판, 즉 실리콘 광벤치(201) 하부에는 일정한 온도를 유지하기 위하여 열전냉각기(202, TEC)가 부착되어 있고, 상부로는 실리콘 기판 표면 온도를 감시하기 위하여 써미스터(205, thermistor)가 부착되어 있다. 패키지 내부의 전극 패드는 본딩 와이어(208, bonding wire)를 통하여 패키지 리드(207, package lead)와 전기적으로 접속된다.

이와 같은 종래의 파장 가변 광원은 PLC-ECL 파장 가변 광원에 대한 패키징의 주요 고려 사항인 광결합 효율, 성능 효율 및 양산성 측면에서 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. 첫째, RSOA(150)-광도파로 코아층(101)-광섬유(160) 사이의 광결합이 렌즈를 사용하지 않고, 버트 광결합(butt coupling)되기 때문에 렌즈를 사용한 경우의 광결합 효율보다 최대 1/2까지 감소할 수 있고 여기에 플립칩 본딩과 v-groove의 정렬 오차(1~2um)를 감안하면 광결합 효율은 더욱 나빠진다.

둘째, 상기 파장 가변 광원을 구성하는 여러 부분들이 모두 하나의 기판에 실장되는 구조이므로, 각각의 기능부를 최상의 성능품으로 선별하여 조합할 수 없을 뿐만 아니라 최종 조립된 광원의 일부분의 성능, 예컨대 RSOA와 PLC 소자 사이의 광결합 효율이 낮을 경우 전체 광원의 성능이 나빠지게 되어 성능 수율 확보가 어렵다는 문제가 있다.

셋째, 상기 파장 가변 광원을 구성하는 여러 부분들이 모두 한 기판에 실장되는 구조이기 때문에, 종합 성능 수율 낮을 뿐만 아니라 공정 진행시 문제가 발생하면 수리, 복구가 불가능하다. 이는 개별 부분의 품질 관리와 개별 공정 관리 프로시져(procedure)에 상당한 부담을 유발시키고, 궁극적으로 광모듈 소자의 수율을 저하시켜 저가격화를 극히 어렵게 한다.

한편, WDM-PON에서 각 가입자 노드에 할당되는 파장은 연결된 AWG(Arrayed Wavelength Grating)의 통과 파장에 의해 결정되고, 그에 따라 WDM-PON 시스템은 가입자 노드의 망 접속시 파장을 할당된 고유한 파장으로 정렬하기 위한 일련의 초기화 기능을 지원해야한다. 이러한 초기화 방식 중 OLT에서 ONT로 전달되는 광신호 를 기반으로 ONT의 파장을 결정하는 방식이 가장 선호되고 있다.

이 경우에, ONT에 사용되는 광송신기는 자체 발진되는 독립된 광원을 사용할 수 없고, OLT에서 제공하는 별도의 씨드(seed) 광원을 사용하여 광원 잠김(locking) 혹은 반사(reflection)형 광원을 사용하게 된다. 이와 같은 광원의 경우 입력되는 광파장을 그대로 사용하기 때문에 별도의 파장 초기화 기능이 필요 없다. 그러나, 이러한 방식은 잠김(locking) 혹은 반사(reflection) 메커니즘을 이용하는 주입 잠김 기반 파브리 페롯 레이저(Injection locking based FP-LD) 혹은 RSOA에만 적용이 가능하고, 자체 발진 기능을 가지는 파장 가변 광원에 대해서는 초기화 기능을 부가할 수 없는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 PLC-ECL형 파장 가변 광원의 제작과 응용에 있어서, 파장 가변 기구의 성능과 안정성 개선, 광원의 패키징 성능과 양산성 개선 및 광원의 WDM-PON 적용에 대한 초기화 및 안정화 기능을 부가하는 데에 있다. 좀더 상세히 기술하면, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는,

첫째, 파장 가변 기구의 성능과 안정성 개선과 관련해서, 광도파로 코아층 상하 영역 간의 온도 구배를 줄이고 박막금속히터의 기계적 안정성 향상 및 소비 전력 감소시킬 수 있는 PLC 소자 구조를 제공하는 데 있다.

둘째, 파장 가변 광원의 패키징 성능과 양산성 개선과 관련해서, 파장 가변 광원을 구성하는 개별 구성 부분을 개별 제작 및 모듈화함으로써, 개별 공정 관리가 가능하고, 개별 부분 간의 광결합 효율을 안정적으로 향상시킬 수 있으며, 또한 외부 환경 변화에 대하여 소자의 동작 안정성을 향상시킬 수 있는 파장 가변 광원 구조를 제공하는 데에 있다.

셋째, 파장 가변 광원의 WDM-PON 적용에 대한 초기화 및 안정화 기능 부가와 관련해서, 파장 가변 광원을 탑재한 광송신기에서, 입력되는 광신호의 파장만을 이용하여 선택된 파장으로 사용자 개입 없이 발진 파장이 자동으로 동조할 수 있고, 망 운영중 실시간으로 광 품질을 보장할 수 있는 WDM-PON을 제공하는 데에 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘 기판; 상기 기판 상 에 형성되고 상기 기판을 상부층으로부터 열적으로 차단하는 열차단막; 상기 열차단막 상에 형성된 박막금속히터; 및 상기 박막금속히터 상에 폴리머로 형성된 클래드층 및 코아층을 구비한 광도파로;를 포함하는 평판형 광도파로(Planar Lightwave circuit: PLC) 소자를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 코아층의 폴리머의 열광학(또는 열팽창) 계수(Coefficient of Thermal Expansion: CTE)는 (-0.7 ~ -3.4)× 10^-4/K 이고, 상기 코아층은 두께와 너비가 각각 3 ~ 8 ㎛이고, 상기 클래드층은 상기 코아층을 감싸며 10 ~ 25 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 박막금속히터가 형성된 부분 상부의 상기 코아층 부분에 브라그 격자가 형성되어 있고 상기 박막금속히터를 구동하여 열광학 효과를 이용함으로써, 상기 브라그 격자의 반사 파장을 조절할 수 있다. 이러한 박막금속히터는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니크롬(Ni-Cr), 텅스텐(W), 텅스텐실리사이드(WSi_x) 중 어느 하나의 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 한편, 상기 열차단막은 저마늄(Ge), 붕소(B) 및 인(P) 중 적어도 하나의 물질이 첨가된 실리카, 다공성 실리콘, 스핀온글래스(Spin-On Glass: SOG), 및 폴리머 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있는데, 상기 열차단막이 상기 실리카 또는 SOG 물질로 형성된 경우는 열차단막의 두께는 10 ~ 30 ㎛의 두께를 가지며, 상기 열차단막이 상기 다공성 실리콘 또는 폴리머 물질로 형성된 경우는 5 ~ 20 ㎛의 두께를 가질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 박막금속히터 하부의 상기 기판의 일부분에는 트렌치가 형성되어 있는데, 상기 트렌치의 너비는 상기 박막금속히터 너비의 2배 이상 이고, 깊이는 5 ~ 20 ㎛ 일 수 있다.

본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 반도체 광 이득 매질이 실장된 제1 하우징; 제1 항의 PLC 소자가 실장된 제2 하우징; 및 광섬유가 실장된 제3 하우징;을 포함하고, 상기 제1, 제2, 및 제3 하우징이 광결합 렌즈를 통해 광축 정렬이 이루어지고 레이저 웰딩(laser welding) 방법을 통해 결합되어 있는 PLC-외부 공진기(External Cavity Laser: ECL) 구조의 파장 가변 광원(wavelength tunable light source)을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 반도체 광 이득 매질은 전면 출력면의 반사율이 0.1 % 이하이고, 후면 출력면의 반사율이 30 % 이상인 반사형 반도체 광 증폭기(Reflective Semconductor Optical Amplifier: RSOA) 또는 반사형 레이저 다이오드(Reflective Laser Diode: R-LD)일 수 있다. 또한, 상기 반도체 광 이득 매질의 광축과 상기 광결합 렌즈의 광축이 2.5 ~ 4.5 도 사이의 각도를 이루도록 상기 반도체 광 이득 매질은 2.5 ~ 4.5 도 사이의 경사면을 가진 페데스탈(pedestal)에 부착되어 있는데, 이러한 상기 페데스탈은 세라믹 또는 텅스텐화구리(CuW)로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 하우징은 내부로 열전냉각기(Thermo-Electric Cooler: TEC) 및 써미스터(thermistor)가 내장되고, 상기 반도체 광 이득 매질은 TO 패키지(package) 구조를 가지며, 상기 TEC와 상기 TO package 사이에는 상기 TEC와 10 % 이내의 열팽창 계수(CTE) 차이를 갖는 텅스텐화구리(CuW) 재질의 직육면체 TEC 받침대가 삽입될 수 있다.

상기 PLC 소자는 써미스터와 함께 리드-프레임(lead-frame)에 실장되어 열경화 수지 또는 에폭시 수지로 몰딩되며, 상기 PLC 소자의 양끝 단면은 5 ~ 10 도 사이의 각도로 연마되어 상기 광도파로의 입출력면이 노출되어 있다. 상기 제2 하우징은 소형 버터플라이(butterfly) 패키지 구조의 완전 밀폐형 하우징 구조를 가지며, 상기 PLC 소자는 상기 제2 하우징에 TEC 및 써미스터와 함께 실장되고, 상기 PLC 소자가 상기 반도체 광 이득 매질 및 상기 광섬유와 각각 광결합하기 위해서 상기 제2 하우징의 양단으로 투명 윈도우(transparent window) 및 레이저 웰딩 조립용 써스 플랜지(SUS flange)가 부착될 수 있다.

본 발명은 또한 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 상기 파장 가변 광원; 2 × 2 광 커플러(optical coupler); 광출력을 감시하는 광파워 모니터(Optical Power Monitor); 및 상기 파장 가변 광원의 출력 광신호 파장을 제어하는 파장 가변 제어부(wavelength tuning control unit);를 포함하고, 외부로부터 입력된 광신호 파장에 자동 동조되어 광신호 파장을 가변하여 출력할 수 있는 파장 가변 광송신기(wavelength tunable transmitter)를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 파장 가변 제어부는 상기 MPD로부터 광전류 신호를 입력받아 상기 파장 가변 광원의 상기 반도체 광 이득 매질, 브라그 격자 영역, 및 위상 전류 영역을 구동하는 전류를 제어할 수 있다. 상기 파장 가변 광송신기는 상기 광 커플러의 출력 포트(port) 중 어느 한쪽에 광수신기가 부착되어 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing: WDM)-수동 광가입자망(Passive Optical Network: PON)에 이용될 수 있다.

더 나아가, 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 기준 광파장 광원(seed 광원), 광 써큘레이터(optical circulator), 파장 다중화 및 역다중화기, 및 광송신기 및 광수신기를 구비한 기지국 송신단(Optical Line Terminal: OLT); 파장 다중화 및 역다중화기를 구비한 옥외 노드(Remote Node: RN); 광 커플러, 및 광송신기 및 광수신기를 구비한 가입자단(Optical Network Unit or Terminal: ONU/ONT);를 포함하고, 상기 파장 가변 광전송기가 상기 OLT의 광송신기 및 상기 ONU/ONT의 광송신기에 이용되어 상하향 동일 광신호 파장을 전송하는 파장분할다중화 수동 광가입자망(WDM-PON)을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 기준 광파장 광원은 WDM 파장 대역을 포함하는 광 대역의 광을 출력하는 발광 다이오드(Luminescent Diode: LED), 증폭된 자발방출(Amplified Spontaneous Emission: ASE) 소스(source), 상기 WDM 파장에 대응하는 단일 파장 광원이 다수 집적된 분포 궤환형-레이저다이오드(Distributed Feedback-Laser Diode: DFB-LD) 모듈 어레이, 피버 링 레이저(fiber ring laser) 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 ONU/ONT는 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing: TDM) 방식을 통해 광신호를 처리함으로써, 네트워크를 통해 광신호를 다수의 저속 데이터 가입자에게 분배할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 파장 가변 광전송기를 이용하여 발진파장을 정렬하는 방법에 있어서, 상기 파장 가변 광원의 전원을 차단하는 단계; 상기 브라그 격자 영역의 구동 전류를 스캔(scan)하여 상기 광파워 모니터의 광전류 신호가 최대가 되는 브라그 격자 영역의 구동 전류를 찾는 단계; 외부로부터 입력된 광신호 파장과 상기 브라그 격자의 반사 파장을 일치시킴으로써 외부 광신호 파장에 상기 파장 가변 광원의 파장을 동조시켜 초기화하는 단계; 상기 광 이득 매질에 구동 전류를 투입하여 상기 파장 가변 광원을 동작시키는 단계; 상기 파장 가변 광원의 광출력을 상기 광파워 모니터를 통해 검출하여 상기 광파워 모니터의 광전류 신호가 최대로 유지되도록 상기 위상 조절 영역을 구동하는 전류를 지속적으로 조정하는 단계;를 포함하여, 상기 파장 가변 광원의 광출력 및 광파장의 품질을 안정화시키는 방법을 제공한다.

본 발명에서 제시한 PLC-ECL형 파장 가변 광원의 제작과 응용에 있어서, 파장 가변 기구의 성능과 안정성 개선, 광원의 패키징 성능과 양산성 개선 및 광원의 WDM-PON 적용에 대한 초기화 및 안정화 기능 부가의 효과는 다음과 같다.

첫째, 박막금속히터와 결합력이 우수한 열차단막을 하부 클래드층과 실리콘 기판 사이에 적층시킴으로써, 박막금속히터의 기계적 안정성을 확보할 수 있고, 또한, 열전도율이 낮은 열차단막을 사용과 함께, 기판에 트렌치를 형성함으로써 박막금속히터의 소모 전력을 줄일 수 있어 PLC-ECL의 저소비 전력과 신뢰성을 확보할 수 있다.

둘째, 박막금속히터가 도파로의 상부 클래드층 표면에 존재하지 않고 도파로의 하부 클래드층 하부에 존재하기 때문에 광도파로 코아층 주위 영역의 온도 구배를 줄여서 광손실, 고차 모드 발생, 도파로 물질 변형 등을 줄일 수 있어 PLC-ECL 의 성능뿐만 아니라 신뢰성도 제고할 수 있다.

셋째, 파장 가변 광원을 구성하는 개별 부분을 기능별로 모듈화함으로써 모듈별 제작 및 모듈별 성능 관리가 가능하여 광원의 성능 개선과 수율을 증가시킬 수 있다. 또한, 모듈화 부분 간의 능동 광축 정렬이 가능하기 때문에, 각 모듈 간의 광결합 효율을 안정적 높여 광원의 성능을 개선시킬 수 있다. 한편, 모듈 간 조립 결합에 레이저 웰딩 방법을 사용함으로써, 양산성을 높일 수도 있다.

넷째, 상기 개별 모듈을 허메틱 실링(hermetic sealing) 또는 에폭시 혹은 수지 등의 물질로 밀봉시킴으로써 외부 환경 변화에 대하여 PLC-ECL 광원의 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

다섯째, 외부 입력 광신호의 파장에 대해 PLC-ECL 광원의 파장이 자동 동조됨으로써, 상하향 신호 전송에 동일 파장을 사용하는 가장 간단한 구조의 WDM-PON의 구현이 가능하다. 그에 따라, 복잡한 WDM 파장 관리 기구나 고가의 단일 파장 광원에 대한 인벤터리(inventory) 관리 또는 복수의 BLS가 불필요하여 간단하고 경제적인 FTTH 실현을 가능케 한다.

여섯째, PLC-ECL 광원의 파장 초기화(외부 파장 동조화) 및 동작 파장 안정화에 있어서 파장 조정 과정이 간단하고 자동으로 동작하므로 OLT 및 ONU의 광송신기 설치 및 운용, 관리 등이 매우 용이하며 저가화가 가능하다.

WDM 광통신은 각각의 WDM 파장 채널에 동작하는 단일 파장 광원을 채널 수만큼 사용하거나 임의의 WDM 파장 채널로 가변하여 동작하는 파장 가변 광원을 사용 할 수 있다. 파장 가변 광원의 사용은 WDM 시스템 구성과 유지에 있어서 간단하고 경제적인 것으로 인식되고 있다. 파장 선택성 회절격자가 형성된 광도파로에 열광학 효과를 이용하는 PLC와 RSOA를 외부 공진기 구조로 구성한 파장 가변 광원(PLC-ECL)은 파장 가변 방식이 간단하고 자체 광신호 변조 특성이 우수하며 저가화 가능성이 높은 장점을 가지고 있다.

PLC-ECL 방식의 파장 가변 광원의 파장 가변 성능은 열광학 효과를 이용한 PLC의 회절격자 주기 조정 특성에 의해 좌우되며, 변조 특성과 광원의 저가격화는 패키징 구조와 양산성에 의해 좌우된다. 또한 PLC-ECL 파장 가변 광원의 동작 파장을 외부 입력 광파장에 동조시킬 수 있다면 기존 WDM 광통신용 광원으로서 뿐만 아니라 WDM-PON 방식의 가입자용 광원으로 사용이 가능하여 그 활용 범위가 획기적으로 확대될 수 있다.

본 발명은 PLC-ECL 방식의 파장 가변 광원을 구현함에 있어서, 파장 가변 기구의 성능과 안정성을 높이고, 광섬유 부착 광원으로 제작할 때 광원의 성능과 생산성을 제고하며, 제작된 파장 가변 광원이 WDM 광통신에 적용될 수 있도록 외부 입력 광파장과 동일한 파장으로 동작시키는 파장 동조 방법을 제공한다.

PLC 파장 가변 기구는, 실리콘 기판 상부에 형성된 광도파로 코아층과 코아층을 둘러 싸고 있는 클래드층으로 구성되어 있으며 광도파로에 인접하여 박막금속히터가 배치된다. 박막금속히터를 사용하여 광도파로의 온도를 조정하면 열광학 효과에 의하여 광도파로의 일부 구간에 형성된 회절격자의 주기가 조정됨으로써 ECL 파장이 가변되는 원리를 이용한다.

본 발명에서는 파장 가변 폭을 넓히고 가변된 파장의 안정도와 PLC의 신뢰도를 높이기 위해 온도 조정폭이 크면서 동시에 온도 안정도와 신뢰성이 높은 박막금속히터의 구조와 배치를 제공한다.

PLC-ECL 파장 가변 광원의 성능은 단위 기능 부품인 RSOA, PLC의 성능에도 좌우되지만 RSOA와 PLC, PLC와 부착 광섬유(pigtail fiber) 사이의 광결합 특성에도 크게 좌우된다. 특히 이들 3개 부분을 광결합-조립하는 패키징 과정의 양산성은 파장 가변 광원의 가격을 결정한다. 본 발명에서는 파장 가변 광원의 성능을 높이면서 동시에 양산성을 높여 저가화가 가능한 패키지 구조를 제시한다.

WDM-PON과 같이 대량의 수요가 예상되는 FTTH에서는 가입자측(ONU/ONT; Optical Network Unit or Terminal) 광원의 발진 파장이 연결된 물리적 링크에 의하여 동적으로 동작할 수 있도록 구성되어야 한다. 본 발명에서는 별도의 고가 광소자 장치, 예컨대 파장 감시기, 파장 잠금기(wavelength locker) 등이 없이 기지국(OLT; Optical Line Terminal)의 하향 광신호 파장에 자동 동조되고 안정화되어 상향 광신호 파장을 출력할 수 있는 파장 가변 광송신기의 구조 및 알고리즘을 제시하고, 이를 이용한 WDM-PON 구조를 제시한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 상부 또는 하부에 존재한다거나 다른 구성요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 그 구성요소가 다른 구성 요소의 바로 위 또는 아래에 존재하거나 다른 구성요소에 바로 연결될 수도 있지만, 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있다. 또한, 도면에서 각 구성 요소 의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 과장되었고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 한편, 사용되는 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

도 5a 및 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평판형 광도파로(PLC) 소자의 박막금속히터 부분에 대한 단면도 및 정면도이다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 평판형 광도파로 소자는 실리콘 기판(110), 실리콘 기판 상의 열차단막(113), 열차단막(113) 표면에 박막금속히터(103), 및 하부 클래드층(111), 광도파로 코아층(101) 및 상부 클래드층(112)을 구비한 광도파로를 포함한다. 본 실시예의 PLC 소자는 종래와 달리 박막금속히터(103)가 하부 클래드층(111) 하부면으로 형성되고 또한, 하부 클래드층(111)과 기판(110) 사이에 열차단막(113)이 형성된다.

광도파로, 특히 코아층(101) 물질은 열광학 계수 값이 큰 물질이 바람직하다. 통상적으로 폴리머 계열 물질이 사용되고, 불순물 첨가량과 조성에 따라서 열광학 계수값은 (-0.7 ~ -3.4)× 10^-4/K 범위를 갖는 물질을 사용함이 바람직하다.

본 도면 상으로는 도시되지 않았지만 실리콘 기판(110) 표면(A) 온도를 일정하게 유지시켜 주기 위해 실리콘 기판(110) 하부 또는 클래드층(112) 상부에 열전냉각기(TEC) 소자가 놓일 수 있다.

열차단막(113)의 역할은 첫째, 박막금속히터(103)를 물리적으로 지지해주고, 둘째로 박막금속히터(103)로부터 실리콘 기판(110)으로 소비되는 열전력을 차단시킨다. 따라서, 열차단막(113)의 물질은, 박막금속히터(103)와의 결합력이 좋아야 하고, 박막금속히터(103)로부터 실리콘 기판(110)으로의 열 손실을 줄이기 위하여 열전도율이 충분히 낮아야 한다. 박막금속히터(103)의 재질은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니크롬(Ni-Cr), 텅스텐(W), 텅스텐실리사이드(WSi_x) 등을 통상적으로 사용한다. 상기 재질의 금속들은 유리 재질과의 결합력이 뛰어나다. 따라서, 상기 두 조건을 충족시켜주는 물질로서, Ge/P/B등이 첨가된 실리카, SOG(spin-on glass), 다공성 실리콘, 폴리머 등이 바람직하다. 열차단막의 두께 T_layer는 열차단막의 열전도율에 반비례한다. 실리카 혹은 SOG 물질을 열차단막(113)으로 사용하는 경우 10 ~ 30 um, 다공성 실리콘 물질을 사용하는 경우 5 ~ 20 um, 폴리머 물질을 사용하는 경우 5 ~ 20 um 범위의 두께가 바람직하다.

도 6은 도 5a의 평판형 광도파로 소자의 박막금속히터 부분에 대한 수직 방향의 온도 분포에 대한 그래프로서, 열차단막(113)을 사용하는 경우의 박막금속히터(103) 상하 영역의 온도 분포를 예시하고 있다. 여기서, 실리콘 기판(110) 온도는 TEC 냉각 장치를 통하여 일정한 온도로 유지된다.

도 6을 참조하면, 광도파로 코아층(101) 영역 근처에서의 온도 구배는 도 4에 예시된 종래 기술의 PLC의 경우에 비하여 무시할 만큼 작다. 이에 따라, 본 실시예의 PLC 소자는 열광학 효과에 의한 광도파로 코아층 영역의 굴절률 변화 분포를 균일하게 할 수 있고, 그에 따라 열광학 소자로서의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한 박막금속히터에 동일 주입 전류를 통해서도 종래의 PLC보다 더 큰 온도 변화를 유발할 수 있어 소비전력 면에서도 유리하다. 여기서, Ts는 기판의 온도, Th는 히터의 온도, 그리고 Tc는 상부 클래드층 표면의 온도를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 평판형 광도파로 소자의 박막금속히터 부분에 대한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 PLC 소자는 박막금속히터(103)의 소모 전력을 도 5의 구조에 비해서 더욱 낮추기 위하여 기판으로 트렌치(114, trench)를 도입한다. 박막금속히터(103)와 실리콘 트렌치 표면까지의 거리는 열차단막(113)의 두께 T_layer+ 트렌치(114)의 두께 D_trench로서 트렌치(114)가 없는 경우에 비하여 트렌치(114)의 두께 D_trench만큼 거리가 증가하기 때문에 열손실을 줄일 수 있고, 그에 따라 박막금속히터(103)의 소모 전력을 줄일 수 있다.

트렌치(114)는 실리콘 기판(110)을 KOH 용액을 이용한 습식 식각, 혹은 플라즈마 이온을 이용한 건식 식각 방법 등을 통하여 형성될 수 있다. 트렌치(114)의 너비 W_trench는 히터(103) 너비 W_heater 보다 커야 하고, 통상 2배 이상이 바람직하다. 트렌치(114)의 두께 D_trench는 열차단막(113) 평탄화 공정에서 허용하는 범위 이내이어야 하고, 5 ~ 20 um 범위가 바람직하다.

도 9는 본 발명의 파장 가변 광원에 적용되는 광축 정렬 구성도로서, PLC-ECL형 파장 가변 광원의 광축 정렬 방법을 보여준다.

도 9를 참조하면, PLC-ECL형 파장 가변 광원은 RSOA(150)와 광결합 렌 즈(409)로 구성된 RSOA 부분(400), 광도파로 회절격자가 내장된 PLC 소자(100)와 광결합 렌즈(341)로 구성되는 PLC 소자 부분(300), 및 부착 광섬유(160)로 구성되는 광섬유 부분(600)의 세 부분으로 구성된다. 본 도면은 광축 정렬 설명을 목적으로 하고 있는바, 광축 정렬과 무관한 회절격자, 위상 조정 영역 등은 도시되지 않았다.

파장 가변 광원에 대한 패키징의 요구 조건인 각 광 기능 부품 사이의 높은 광결합 효율 확보와 각 광 기능 부품 사이의 미세 광 반사 억제를 위하여, 도 9의 파장 가변 광원의 각 광 기능 부품의 단면은 일정한 각도로 폴리싱(연마)되거나, ROSA의 경우 경사 배치되는 특징을 갖는다.

RSOA(150)의 경사 배치 각도 θ1은 2.5 ~ 4.5 도 사이의 값이 바람직하다. 광결합 렌즈(409)에 의하여 결합되는 광도파로 코아층(101)의 입력면(308)의 각도 θ2는 5 ~ 10 도 범위의 값이 바람직하다. 입력면(308)의 반대에 위치하는 광도파로 코아층의 출력면 (309)의 각도 θ3과 광섬유 단면(601)의 각도 θ4 역시 5 ~ 10 도 범위의 값이 바람직하다.

RSOA(150)의 전면 출사면(152)은 반사를 줄이기 위하여 무반사(Anti-Reflection: AR) 코팅된다. 상기 AR 코팅 값은 0.1% 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.01% 이하일 수 있다. 또한, 전면 출사면(152)과 반대되는 후면 출사면(153)은 고반사(High-Reflection: HR) 코팅된다. 상기 HR 코팅 값은 30% 이상이 바람직하다. RSOA(150)의 전면 출사면(152) 쪽 공진기(미도시)에는 PLC의 광도파로 코아층(101)과의 효율적인 광결합을 위하여 모드 크기 변환기가 집적될 수 있다. 또한, 전면 출사면(152)의 잔류 반사율을 낮추기 위해 공진기가 전면 출사면(152)에 대해 수직으로부터 5 ~ 8 도 기울어질 수 있다. PLC-ECL형 파장 가변 광원에서의 RSOA(150)의 기능은 반도체 광 이득 매질이므로 이는 통상의 R-LD로 대체 가능함은 물론이다. RSOA와 R-LD의 차이는 편광에 대한 이득차가 작은 것과 큰 것의 차이에 불과하므로, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 RSOA와 R-LD를 RSOA로 통칭한다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파장 가변 광원에 대한 도면으로서, 도 9에서 제시한 광축 정렬 방법을 사용한 파장 가변 광원의 구조를 나타낸다. 여기서, PLC 몰딩 조립체(320)는 도면의 이해를 돕기 위해 도 9의 광축을 기준으로 90도 회전하여 도시되고 있다.

도 10을 참조하면, 본 실시예의 파장 가변 광원은 RSOA 부분(400), PLC 소자 부분(300), 및 광섬유 부분(600)을 포함한다. 이러한 파장 가변 광원의 각 부분은 개별적으로 패키징되어 각각의 하우징에 실장되며, 도 9에서 설명한 바와 같이 각 하우징이 광축 정렬을 통해 결합되는 구조로 구성된다. 이하, 도 11a ~ 14d를 통해 RSOA 부분(400)과 PLC 소자 부분(300)을 좀더 상세히 설명한다.

도 11a 및 11b는 도 10의 파장 가변 광원의 RSOA 부분에 대한 측면도 및 정면도이다. 이해의 편의를 위해 도 10을 함께 참조하여 설명한다.

도 11a를 참조하면, ROSA 부분(400)은 먼저 TO 패키지(401)에 TEC(202)와 써미스터(205)가 부착되어 있고, TEC(202) 상부에는 RSOA(150)와 모니터링 광검출기(406)가 부착될 수 있도록 페데스탈(404, pedestal)이 부착된다. 페데스탈(404) 의 재질은 세라믹, 텅스텐화구리(CuW) 등 열전도율이 좋은 물질로 제작될 수 있다.

TO 패키지(401)와 TEC(202) 사이에는 양자의 열팽창 계수 차이를 완충시킬 수 있는 CuW 재질의 TEC 받침대(미도시)가 삽입될 수 있다. 상기 페데스탈(404)의 각도 θ5는 도 9의 θ1 값과 같고, 2.5 ~ 4.5도 사이의 값이 바람직하다. 각도 θ6은 반사를 방지하기 위하여 12 ~ 15 도 범위의 값이 바람직하다.

RSOA(150)와 모니터링 광검출기(406)는 각각 서브마운트(405, 407, submount)에 부착되어 페데스탈(404)에 부착된다. TO 패키지(401)는 리드 핀(410, lead pin)이 구비되어 있어서, RSOA(150), 써미스터(205), TEC(202), 및 모니터링 광검출기(406)가 본딩 와이어(208)를 통해 리드 핀(410)으로 연결되고, 이러한 TO 패키지(401)는 캡(402, cap)과 광결합 렌즈(409)에 의하여 허메틱 실링(hermetic sealing)된다.

RSOA 부분(400)은 PLC 소자 부분(300)의 SUS(Super Used Stainless Steel) 하우징(330)과 레이저 웰딩용 SUS 슬리브(sleeve)(403)을 이용하여 레이저 웰딩되어 접합된다. 광결합 렌즈(409)는 볼(ball) 렌즈, 비구면(aspheric) 렌즈 등이 사용될 수 있다.

PLC 소자 부분(300)은 RSOA 부분(400)과 광결합 렌즈(409)에 의하여 광결합되고, 다시 광결합 렌즈(341)에 의하여 부착 광섬유(160)와도 광결합된다. PLC 소자 부분(300)은 렌즈홀더(340)와 SUS 슬리브(603)를 통해 레이저 웰딩 방법을 사용하여 광섬유 부분(600)과 접합된다. 부착 광섬유(160)는 금속 광섬유 페룰(602, ferrule) 안에 실장되어 열경화 에폭시 수지에 의하여 고정된다. 각 부분의 광정렬 및 접합 순서는 PLC SUS 하우징(330)과 부착 광섬유(160) 쪽 렌즈 홀더(340) 결합, SUS 슬리브(603)를 사용한 렌즈 홀더(340)와 광섬유(160) 결합, 그리고 SUS 슬리브(403)를 사용한 PLC SUS 하우징(330)과 캡(402) 결합 순으로 진행된다.

도 11b를 참조하면, TO 패키지(401)의 리드 핀(410, lead pin)이 본딩 와이어(208)를 통해 각각의 RSOA(150), 써미스터(205), TEC(202), 및 모니터링 광검출기(406)에 연결되고 있음을 알 수 있다.

도 12a ~ 12c는 도 10의 파장 가변 광원의 PLC 소자 부분에 대한 상면도 및 단면도로서, PLC 몰딩 조립체(320) 부분을 좀더 상세히 보여준다. 여기서, 도 12b 및 도 12c는 도 12a의 Ⅰ-Ⅰ'(도 12 c) 및 Ⅱ-Ⅱ'(도 12b)에 대한 단면도들이다.

도 12a ~ 12c를 참조하면, PLC 몰딩 조립체(320)는 파장 가변 영역, 즉 회절격자(102)가 형성된 광도파로 코아층(101)을 포함하는 PLC 소자(100) 및 PLC 소자(100) 표면에 배치된 써미스터(205)가 높이 조정용 블록(303)을 가운데 두고 리드 프레임(301, lead frame) 상에 조립되어 있으며, 각 부품의 패드와 리드 사이는 본딩 와이어(208)를 통해 연결된 후에 열경화 수지 혹은 에폭시(302)에 의하여 몰딩되어 있는 구조이다.

본 도면에 도시된 몰딩 형태는 설명의 편의를 위한 예시적인 형태에 불과하며, 다양한 몰딩 형태가 가능함은 물론이다. 도 12의 PLC 몰딩 조립체(320)의 입력 및 출력면(도 9의 308, 309)은 θ2, θ3 각도를 가지는 경사 연마면(310)을 따라 광도파로 코아층(101)이 노출될 때까지 연마함으로써 얻어진다. 상기 연마 각도 θ2와 θ3은 5 ~ 10 도 범위의 값이 바람직하다. 여기서, 도 12a의 B 점선은 연마면 의 상부 및 하부의 수평 간격 차를 보여준다. 몰딩 및 연마가 완료된 후 리드 프레임(301)의 양단 금속 연결부를 절단하여 제거하면 최종 PLC 몰딩 조립체(320)가 완성된다.

도 13은 도 12a의 PLC 몰딩 조립체가 SUS 하우징에 장착되는 모습을 보여주는 사시도이다.

도 13을 참조하면, PLC 소자 부분(300)은 PLC 몰딩 조립체(320)가 TEC(202) 및 히트 씽크(331, heat sink)과 함께 SUS 하우징(330)에 삽입된 형태를 가진다. 히트 씽크(331)는 Cu 또는 CuW 재질로 제작될 수 있으며 반원 형태의 단면을 가짐으로써 TEC(202)에서 발생하는 열을 SUS 하우징(330)에 전달하는 기능을 가진다. PLC 몰딩 조립체(320), TEC(202) 및 히트 씽크(331)는 솔더(solder) 또는 열도전성 에폭시로 조립되며 TEC(202)의 리드는 리드 프레임(301)의 미사용(unused) 리드로 연결된다.

도 14a ~ 14d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 도 10의 파장 가변 광원에 적용될 수 있는 다른 구조의 PLC 소자에 대한 상면도 및 단면도들이다. 여기서, 도 14b ~ 14d는 도 14a의 PLC 소자의 Ⅲ-Ⅲ'(도 14c), Ⅳ-Ⅳ'(도 14d), 및 Ⅴ-Ⅴ'(14b)에 대한 단면도들이다.

도 14a를 참조하면, 본 실시예의 PLC 소자는 도 12와 도 13의 PLC 소자(100)가 열경화 수지에 의하여 몰딩된 구조와 달리, PLC 소자(100)가 미니 딜(mini-DIL(Dual-In-Line)) 또는 버터플라이(butterfly)형과 같은 완전밀폐형 미니 버터플라이 패키지(500) 구조 내부에 TEC(202)와 써미스터(205) 함께 본딩 와이어(208)를 통해 리드(505)에 본딩되어 내장된 구조를 갖는다. RSOA(150), 부착 광섬유(160)와 광결합 되기 위하여 투명 윈도우(501, 502)가 미니 버터플라이 패키지(500)에 부착되어 있고, 이러한 투명 윈도우(501, 502)는 반사를 줄이기 위하여 AR 코팅이 될 수도 있다. RSOA(150), 광섬유(160)와의 레이저 웰딩에 의한 조립을 위해서 투명 윈도우(501, 502)가 있는 양단에 원통형 플랜지(504, flange)가 구비되어 있으며 플랜지(504)의 재질은 코바(kovar) 또는 SUS가 될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 ONU에 외부 입력 광파장에 자동 동조되는 파장 가변 광전송기를 탑재한 WDM-PON 시스템과 그 파장 가변 광전송기 구조 및 그 파장 가변 광전송기에서 입력 파장에 따른 초기화 및 안정화 동작 절차를 설명한다.

도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 ONU에 파장 가변 광전송기를 탑재한, 상하향 동일 파장 전송 WDM-PON에 대한 구조도이다.

도 15를 참조하면, WDM-PON 링크 구조는 크게 중앙 기지국(central office) 측에 놓이는 기지국 송신단(700, Optical Line Terminal; OLT), 가입자측의 가입자망(900, Optical Network Unit or Terminal: ONU/ONT), 및 옥외 노드(800, Remote Node: RN)를 포함한다. OLT(700)와 RN(800) 사이는 단심의 피더(feeder) 광섬유(716)로 연결되고 RN(800)과 ONU/ONT(900) 사이는 분배(distribution) 광섬유(817)로 연결된다.

하향 광신호는 OLT(700) 내의 기준 광파장 광원 즉, 광대역 광원(713, Broadband Source; BLS)으로부터 광 써큘레이터(714, optical circulator), WDM 다 중화/역다중화 기능의 AWG(715), OLT용 광송신기(711), AWG(715), 및 광 써큘레이터(714)를 거쳐 피더 광섬유(716)를 통해 RN(800)의 AWG(815)로 전달되고, 다시 분배 광섬유(817)를 통해 ONU/ONT(900) 내의 1 x 2 광 커플러(920, optical coupler) 거쳐 최종적으로 ONU용 광송신기(921) 및 광수신기(922)로 전달되게 된다.

여기서 하향 및 상향 광신호를 동작 파장의 개념을 가지고 간단히 설명하면, OLT용 광송신기(711)가 WDM 역다중화된 BLS(713) 파장에 자동 동조된 동작 파장을 가지고 하향 신호를 송신하면, ONU용 광수신기(922)가 하향 광신호 수신을 함과 동시에 하향 광신호의 일부가 ONU용 광송신기(921)의 동작 파장을 자동 동조시키고, 그에 따라 ONU용 광송신기(921)가 하향 광신호에 자동 동조된 동작 파장을 가지고 상향 광신호를 송신하게 된다.

상향 광신호는 앞서 하향 광신호와 반대 방향으로 전달되게 된다. 즉 OLT용 광송신기(711)의 하향 광신호 파장에 자동 동조된 동작 파장을 갖는 상향 광신호는 ONU용 광송신기(921)로부터 1 x 2 광커플러(920), 분배 광섬유(817), RN(800)의 AWG(815), 피더 광섬유(716), 광 써큘레이터(714), AWG(715)를 거쳐 OLT용 광수신기(712)로 전달된다.

따라서, 본 실시예에 따른 WDM-PON 링크 구조는 외부 입력 광파장에 자동 동조되는 파장 가변 광전송기를 OLT, ONU의 광송신기에 적용함으로써 상하향 동일 파장 전송의 WDM-PON 구현을 가능하게 하며, 그에 따라 복잡한 WDM 파장 관리 기구나 고가의 단일 파장 광원에 대한 inventory 관리가 불필요하여, 간단하고 경제적인 FTTH 실현을 가능케 한다.

한편, OLT(700)의 BLS(713)는 통신 파장 대역을 포함하는 광 대역의 빛을 출력하는 광원(source)로서, LED(Luminescent Diode), ASE(amplified spontaneous emission) source, 고휘도 발광 LED 등이 주로 사용되나, 분포 궤환형-레이저다이오드(Distributed Feedback-Laser Diode: DFB-LD) array, 피버 링 레이저(fiber ring laser) 등과 같이 단일 파장이 다수 집적된 광원도 사용할 수 있다.

또한, 상기 옥외 노드(RN)는 광파워 스플리터(splitter)를 더 포함하여, 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing: TDM) 방식을 통해 각각의 광파장이 다수의 ONU/ONT(900)에 공유되도록 할 수 있다. 즉, TDM 방식을 적용하여 광신호를 처리하여 ONU/OLT(900)으로 분배함으로써, 각각의 광신호를 다수의 저속 데이터 가입자에게 분배할 수 있다.

도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 도 15의 WDM-PON에 탑재되는, 외부 입력 광파장에 발진 파장이 자동 동조되는 파장 가변 광전송기에 대한 구조도이다.

도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 외부 입력 광파장에 자동 동조되는 파장 가변 광전송기는 도 10에서 설명한 파장 가변 광원(170, PLC-ECL), 2 x 2 광 커플러(732), 광파워 모니터(731, optical power monitor) 및 파장 가변 제어부(740, wavelength tuning control unit)를 포함한다. 여기서, 광파워 모니터(731)는 상향 및 하향 광신호의 출력 광파워를 검출하며, 파장 가변 제어부(740)는 광파워 모니터(731)의 신호를 입력받아 PLC-ECL(170)의 각 기능 영역에 공급되는 전류를 제어한다.

이와 같은 파장 가변 광전송기가 WDM-PON에 사용되는 경우, 도 15의 ONU/ONT(900) 구성에서 1 x 2 광 커플러(920)를 2 x 2 광 커플러(732)로 대체하고 2 x 2 광 커플러(732)의 상향 쪽 추가 포트(port)에 광파워 모니터(731, optical power monitor)를 부가하며, 하향 쪽 여분 포트에 광수신기(922)를 접속하여 이용할 수 있고, 그에 따라, 도 16의 파장 가변 광전송기의 전체 구조가 ONU/ONT(900)의 광송수신기로서 기능을 할 수 있다.

한편, 이러한 파장 가변 광전송기는 ONU/ONT(900) 뿐만 아니라 OLT의 광송신기에 이용할 수 있음은 물론이다. 그러나 이때의 파장 가변 전송기의 송신 광파장은 BLS(713)의 광파장에 동조되어야 함으로써, 그에 맞는 광 커플러가 채용되어야 함은 물론이다.

전술한 바와 같이 PLC-ECL(170)의 동작 원리는 PLC 소자(100)의 회절격자(102, Bragg-grating)를 이용하여 반사 파장 대역을 형성하고, 외부 공진(ECL) 모드들 중에서 회절격자의 반사 파장 대역과 일치하는 파장만을 발진시킨다. 발진 파장을 선택하는 회절격자(102)의 주기는 온도에 대한 광도파로 물질의 굴절률 변화(열광학 효과)를 이용하여 조절이 가능하므로, 회절격자 제어전류(grating control current) I _G를 통하여 온도 제어를 함으로써, 발진 파장이 가변되는 광송신기를 구현할 수 있다. 한편, 위상 조절 영역(108)으로 인가되는 위상 제어 전류(Phase control current) I _PC를 통하여 온도 제어를 함으로써, 외부 공진 모드들을 미세하게 조절할 수 있고, 그에 따라, 발진 스펙트럼(spectrum)의 SMSR(Side-Mode Suppression Ratio), 출력 파워 등을 조절할 수 있다. 즉 I _G를 통한 회절격 자(102)의 반사 파장 조정 기능 및 파장 반사 특성이 PLC(100)의 광도파로 코아층(101) 양단으로 대칭적으로 나타나는 특성을 이용하여 외부 입력 광파장에 자동 동조되는 파장 가변 광 송신기를 구현할 수 있다.

도면을 참조하여 간단히 설명하면, 외부로부터 입력되는 광신호는 2 x 2 광 커플러(732)를 통하여 파장 가변 기능 영역(107)에 입력되며, 회절격자(102)는 I _G의 값에 의하여 입력된 광신호를 선택적으로 반사시킨다. 이때, 회절격자(102)의 반사 파장 대역이 입력된 광파장과 일치하면 입력된 광신호의 대부분이 반사되어 2 x 2 광 커플러(732)를 거쳐 광파워 모니터(731)에 입력된다. 광파워 모니터(731)는 입력된 광신호의 크기에 대응되는 광파워 모니터링 전류(Power monitoring current) I _M를 파장 가변 제어부(740)에 전달한다.

발진 파장 초기화 과정에서 파장 가변 제어부(740)는 회절격자(102)의 반사 파장 대역을 가변시켜서 I _M이 최고값을 갖는 I _G값을 결정할 수 있다. 이때, 결정된 I _G값에 의한 회절격자(102)의 반사 파장 대역에 의하여 PLC-ECL(170)의 발진 파장이 결정되므로, PLC-ECL(170)의 출력 광파장은 자동으로 입력 광파장과 일치하게 된다. 또한, 자동 동조되어 고정된 I _G값에 의한 PLC-ECL(170)의 광 출력은 2 x 2 광 커플러(732)에 의하여 일부가 광파워 모니터(731)에 입력되어, I _M이 파장 가변 제어부(740)로 입력된다. 파장 가변 제어부(740)는 계속적으로 I _M을 감시하며 PLC-ECL(170)의 광 출력이 최대가 되도록, 즉 I _M이 최대가 되도록 I _PC를 제어함으로써 발진되는 광파장을 안정적으로 유지시킬 수 있다.

도 17은 도 16의 파장 가변 광전송기에서 외부 입력 파장에 대해 발진 파장을 동조시키는 과정을 보여주는 흐름도이다. 이하, 이해의 편의를 위해 도 16을 참조하여 파장 가변 제어부(740)를 통해 파장 초기화 및 안정화 기능을 수행하는 동작 절차를 간략히 설명한다.

도 17을 참조하면, 먼저, 파장 가변 제어부(740)는 입력된 광 파장에 일치하는 I _G를 결정하기 위하여 RSOA 제어 전류(RSOA control current) I _RSOA을 차단(Off)한다(S110). 전원이 차단된 상태에서 I _G를 scan하고(S120), I _M이 최대인지를 판단한다(S130). I _M이 최대인 경우의 I _G값을 고정함으로써(S140), 입력 광파장에 대해 회절격자(102)의 반사 파장을 조정하는 초기화가 완료된다(S100).

파장 초기화 단계(S100)가 완료되며, 파장 안정화 단계(S200)로 진행하게 된다. 파장 안정화 단계(S200)는 I _RSOA을 투입, 즉 I _RSOA을 ON하여 PLC-ECL(170)을 동작시킨다(S210), 그 후 I _M이 최대가 되는 값으로 I _PC를 제어한다(S220). 이때 I _PC 제어는 디더링(dithering) 방식으로 수행될 있으며, I _PC 제어를 통해 I _M이 최대가 되는지 판단한(S230) 후, I _M가 최대가 된 경우의 I _PC를 고정함으로써(S240), 파장 안정화를 달성한다. 한편, 파장 안정화를 위한 I _PC가 설정되더라도 일정 시간 후에는 파장 안정화 제어 루프(loop)를 재시작하여 지속적으로 파장 안정화 과정을 수행함으로써, 고품질의 출력 및 파장의 광신호를 유지하여 광신호 전송의 신뢰성을 확보할 수 있 다.

지금까지, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 2a는 종래 3차원 광도파로형 열광학 소자에 대한 사시도이다.

도 2b는 도 2a의 광도파로형 열광학 소자의 열광학 효과를 보여주는 그래프이다.

도 6은 도 5a의 평판형 광도파로 소자의 박막금속히터 부분에 대한 수직 방향의 온도 분포에 대한 그래프이다.

도 9는 본 발명의 파장 가변 광원에 적용되는 광축 정렬 구성도이다.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파장 가변 광원에 대한 도면이다.

도 11a 및 11b는 도 10의 파장 가변 광원의 RSOA 부분에 대한 측면도 및 정 면도이다.

도 12a는 도 10의 파장 가변 광원의 PLC 소자 부분에 대한 상면도이다.

도 12b 및 도 12c는 도 12a의 Ⅰ-Ⅰ'(도 12 c) 및 Ⅱ-Ⅱ'(도 12b)에 대한 단면도들이다.

도 14a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 도 10의 파장 가변 광원에 적용될 수 있는 다른 PLC 소자에 대한 상면도이다.

도 14b ~ 14d는 도 14a의 PLC 소자의 Ⅲ-Ⅲ'(도 14c), Ⅳ-Ⅳ'(도 14d), 및 Ⅴ-Ⅴ'(14b)에 대한 단면도들이다.

도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 외부 입력 광파장에 발진 파장이 자동 동조되는 파장 가변 광전송기에 대한 구조도이다.

도 17은 도 16의 파장 가변 광전송기에서 외부 입력 파장에 대해 발진 파장을 동조시키는 과정을 보여주는 흐름도이다.

< 도면에 주요부분에 대한 설명>

100: 평판형 광도파로(PLC) 소자 101: 광도파로 코아층

102: 회절 격자(Bragg grating) 103, 104: 박막금속히터

105, 106: 전극 107: 파장 가변 영역

108: 위상 조절 영역 110: 실리콘 기판

111, 112: 하부, 상부 클래드층 113: 열차단층

114: 트렌치 150:광 이득 매질(RSOA)

151: 공진기 152: 전면 출사면

153: 후면 출사면 160: 부착 광섬유

170: PLC-ECL 파장 가변 광원 200:버터플라이 패키지

201: PLC가 집적된 광 벤치(optical bench) 202: 열전냉각기(TEC)

203 : 광섬유 조립 영역 204: RSOA 조립 영역

205: 써미스터(thermistor) 207, 505: 패키지 리드

208: 본딩 와이어 300: PLC 소자 부분

301: 리드 프레임 302: 몰딩용 수지

303: 높이 조정용 블록

308, 309: 광도파로 입력면 및 출력면 310: 경사 연마면

320: PLC 몰딩 조립체 330: SUS 하우징

331: 히트 씽크(heat sink) 340: 렌즈 홀더

341, 409: 렌즈 400: RSOA 부분

401: TO 패키지 402: 캡

403, 603: 광축 정렬/고정용 SUS 슬리브(sleeve)

404: 페데스탈(pedestal) 405, 407: 서브마운트(submount)

406: 모니터링 광검출기 410: 리드 핀

500: 미니 버터플라이 패키지 501, 502: 투명 윈도우

504: 플랜지(flage) 600: 광섬유 부분

601: 광섬유 단면 602: 광섬유 페룰(ferrule)

700: OLT(Optical Line Teminal) 711: OLT용 광송신기

712: OLT용 광수신기 713: 기준 광파장 광원(BLS)

714: 광 써큘레이터(optical circulator)

715, 815: 파장 다중화 및 역다중화기(AWG) 716: 피더(feeder) 광섬유

731: 광파워 모니터(Optical Power Monitor) 732: 2 × 2 커플러

740: 파장 가변 제어부 800: PN(Remote Node)

817:분배(distribution) 광섬유 900: ONU/OLT

920: 1 × 2 커플러 921:ONU용 광송신기

922: ONU용 광수신기

Claims

반도체 광 이득 매질이 실장된 제1 하우징;

PLC 소자가 실장된 제2 하우징; 및

광섬유가 실장된 제3 하우징;을 포함하고,

상기 제1, 제2, 및 제3 하우징이 광결합 렌즈를 통해 광축 정렬이 이루어지고 레이저 웰딩(laser welding) 방법을 통해 결합되어 있는 PLC-외부 공진기(External Cavity Laser: ECL) 구조를 가지며,

상기 PLC 소자가 실리콘 기판, 상기 기판 상에 형성된 열차단막, 상기 열차단막 상에 형성된 박막금속히터, 및 상기 박막금속히터 상에 폴리머로 형성된 클래드층 및 코아층을 구비한 광도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원(wavelength tunable light source).
제1 항에 있어서,

상기 반도체 광 이득 매질은 전면 출사면의 반사율이 0.1 % 이하이고, 후면 출사면의 반사율이 30 % 이상인 반사형 반도체 광 증폭기(Reflective Semconductor Optical Amplifier: RSOA) 또는 반사형 레이저 다이오드(Reflective Laser Diode: R-LD)인 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
제1 항에 있어서,

상기 반도체 광 이득 매질의 광축과 상기 광결합 렌즈의 광축이 2.5 ~ 4.5 도 사이의 각도를 이루도록 상기 반도체 광 이득 매질은 2.5 ~ 4.5 도 사이의 경사면을 가진 페데스탈(pedestal)에 부착되어 있고,

상기 페데스탈은 세라믹 또는 텅스텐화구리(CuW)로 이루어진 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
제1 항에 있어서,

상기 제1 하우징은 내부로 열전냉각기(Thermo-Electric Cooler: TEC) 및 써미스터(thermistor)가 내장되고, 상기 반도체 광 이득 매질은 TO 패키지(package) 구조를 가지며,

상기 TEC와 상기 TO package 사이에는 상기 TEC와 10 % 이내의 열팽창 계수(CTE) 차이를 갖는 텅스텐화구리(CuW) 재질의 직육면체 TEC 받침대가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
제1 항에 있어서,

상기 코아층의 폴리머의 열광학 계수(Coefficient of Thermal Expansion: CTE)는 (-0.7 ~ -3.4)× 10^-4/K 이고,

상기 박막금속히터가 형성된 부분 상부의 상기 광도파로 부분에 브라그 격자가 형성되어 있으며,

상기 박막금속히터를 구동하여 열광학 효과를 이용함으로써 상기 브라그 격자의 반사 파장을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
제1 항에 있어서,

상기 PLC 소자는 써미스터(thermistor) 와 함께 리드-프레임(lead-frame)에 실장되어 열경화 수지 또는 에폭시 수지로 몰딩되며,

상기 PLC 소자의 양끝 단면은 5 ~ 10 도 사이의 각도로 연마되어 상기 PLC 소자 내의 광도파로의 입력 및 출력면이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
제1 항에 있어서,

상기 제2 하우징은 소형(mini) 버터플라이(butterfly) 패키지 구조의 완전 밀폐형 하우징 구조를 가지며,

상기 PLC 소자는 상기 제2 하우징에 TEC 및 써미스터와 함께 실장되고,

상기 PLC 소자가 상기 반도체 광 이득 매질 및 상기 광섬유와 각각 광결합하기 위해서 상기 제2 하우징의 양단으로 투명 윈도우(transparent window) 및 레이저 웰딩 조립용 써스 플랜지(SUS flange)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광원.
제1 항 내지 제7 항의 파장 가변 광원 중 어느 하나의 파장 가변 광원;

2 × 2 광 커플러(optical coupler);

광출력을 감시하는 광파워 모니터(Optical Power Monitor); 및

상기 파장 가변 광원의 출력 광신호 파장을 제어하는 파장 가변 제어부(wavelength tuning control unit);를 포함하고,

외부로부터 입력된 광신호 파장에 자동 동조되어 광신호 파장을 가변하여 출력할 수 있는 파장 가변 광전송기(wavelength tunable transmitter).
제8 항에 있어서,

상기 파장 가변 광원은 반도체 광 이득 매질, 브라그 격자 영역, 및 위상 전류 영역을 포함하고,

상기 파장 가변 제어부는 상기 광파워 모니터로부터 광전류 신호를 입력받아 상기 파장 가변 광원의 상기 반도체 광 이득 매질, 브라그 격자 영역, 및 위상 전류 영역을 구동하는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광전송기.
제8 항에 있어서,

상기 파장 가변 광전송기는 상기 광 커플러의 출력 포트(port) 중 어느 한쪽에 광수신기가 부착되어 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexing: WDM)-수동 광가입자망(Passive Optical Network: PON)에 이용되는 것을 특징으로 하는 파장 가변 광전송기.
기준 광파장 광원(seed 광원), 광 써큘레이터(optical circulator), 파장 다 중화와 역다중화기, 및 광송신기와 광수신기를 구비한 기지국 송신단(Optical Line Terminal: OLT);

파장 다중화 및 역다중화기를 구비한 옥외 노드(Remote Node: RN);

광 커플러, 및 광송신기 및 광수신기를 구비한 가입자단(Optical Network Unit or Terminal: ONU/ONT);를 포함하고,

제1 항 내지 제7 항의 파장 가변 광원 중 어느 하나의 파장 가변 광원을 구비하여, 외부로부터 입력된 광신호 파장에 자동 동조되어 광신호 파장을 가변하여 출력할 수 있는 파장 가변 광전송기가 상기 OLT의 광송신기 및 상기 ONU/ONT의 광송신기에 이용되어 상하향 동일 광신호 파장을 전송하는 파장분할다중화 수동 광가입자망(WDM-PON).
제11 항에 있어서,

상기 기준 광파장 광원은 WDM 파장 대역을 포함하는 광 대역의 광을 출력하는 발광 다이오드(Luminescent Diode: LED), 증폭된 자발방출(Amplified Spontaneous Emission: ASE) 소스(source), 상기 WDM 파장에 대응하는 단일 파장 광원이 다수 집적된 분포 궤환형-레이저 다이오드(Distributed Feedback-Laser Diode: DFB-LD) 모듈 어레이, 파이버 링 레이저(fiber ring laser) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 WDM-PON.
제11 항에 있어서,

상기 옥외 노드(RN)는 광파워 스플리터(splitter)를 더 포함하여, 시간 분할 다중화(Time Division Multiplexing: TDM) 방식을 통해 각각의 광파장이 다수의 ONU/ONT에 공유될 수 있는 것을 특징으로 하는 WDM-PON.
반도체 광 이득 매질, 브라그 격자 영역, 및 위상 전류 영역을 구비한 제1 항 내지 제7 항의 파장 가변 광원 중 어느 하나의 파장 가변 광원, 2 × 2 광 커플러, 광출력을 감시하는 광파워 모니터, 및 출력 광신호 파장을 제어하는 파장 가변 제어부를 포함하는 파장 가변 광전송기를 이용하여 발진파장을 정렬하는 방법에 있어서,

상기 파장 가변 광원의 전원을 차단하는 단계;

상기 브라그 격자 영역의 구동 전류를 스캔(scan)하여 상기 광파워 모니터의 광전류 신호가 최대가 되는 브라그 격자 영역의 구동 전류를 찾는 단계;

외부로부터 입력된 광신호 파장과 상기 브라그 격자의 반사 파장을 일치시킴으로써 외부 광신호 파장에 상기 파장 가변 광원의 파장을 동조시켜 초기화하는 단계;

상기 광 이득 매질에 구동 전류를 투입하여 상기 파장 가변 광원을 동작시키는 단계;

상기 파장 가변 광원의 광출력을 상기 광파워 모니터를 통해 검출하여 상기 광파워 모니터의 광전류 신호가 최대로 유지되도록 상기 위상 조절 영역을 구동하는 전류를 지속적으로 조정하는 단계;를 포함하고,

상기 파장 가변 광원의 광출력 및 광파장의 품질을 안정화되게 하는 것을 특징으로 하는 발진 파장 정렬 방법.