KR101276338B1 - 파장 가변 광원 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적은 소모 전력으로 넓고 빠른 파장 가변 특성을 얻을 수 있는 파장 가변 광원에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 가변 광원은 광파를 발생시키는 광 이득 영역부, 상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터, 상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징 및 상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유를 포함한다. 그리고, 상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함한다.
파장 가변 광원, 유전체 박막 필터, 반도체 광증폭기, 전계 흡수 변조기

Description

파장 가변 광원{WAVELENGTH TUNABLE LIGHT SOURCE}
본 발명은 파장 가변 광원에 관한 것으로, 보다 상세하게는 빠른 파장 가변이 가능하고 출력 파장의 안정성이 향상된 파장 가변 광원에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT 성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-014-03, 과제명: 메트로-엑세스 전광 통합망 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-PON이라고 한다.
WDM-PON은 중앙 기지국(Center Office, CO)과 가입자 간의 통신이 각 가입자에게 정해진 각각의 파장을 사용하여 통신이 이루어지는 방식이다. 가입자별로 전용 파장이 사용되므로 보안이 우수하고, 대용량의 통신서비스가 가능하며, 가입자별 혹은 서비스별로 다른 전송규격(protocol)에 상관 없이 전송이 가능하다는 장점을 갖는다.
그러나 WDM-PON망은 WDM 기술을 사용하여 단일 광 섬유에 여러 파장을 다중화하여 각각의 가입자에게 신호를 전송하는 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 대표적인 예로써, 반도체 레이저 다이오드 또는 반도체 광증폭기, 평판형 광도파로(Planar Lightwave Circuit, PLC) 및 광섬유와 같은 개별 광부품들을 수동 혹은 능동 정렬하여 광결합부를 구성하는 평판형 광도파로 기반 외부 공진 레이저(PLC-External Cavity Laser, PLC-ECL) 형태의 파장 가변 광원을 들 수 있다. 이하, 평판형 광도파로 기반 외부 공진 레이저를 PLC-ECL이라고 한다.
도 8a는 종래 기술에 따른 PLC-ECL 형태의 파장 가변 광원에 대한 기능별 블록도로서, 도 8a를 참조하면 종래 기술에 따른 PLC-ECL 파장 가변 광원(10)은 이득영역(11), 파장 가변 영역(12), 위상 조절 영역(13) 및 광섬유(14)로 구성된다.
이득영역(11)으로는 반도체 광증폭기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier, RSOA) 또는 반도체 레이저 다이오드(Laser Diode, LD) 등이 사용되고, 이는 광파의 발진을 위한 공진기 형성을 위해서 전면 출사면은 무반사막으로, 후면 출사면은 고반사막으로 코팅되어, 자체 발진은 억제되고 광이득 매질(10)의 기능을 수행하게 된다. 이하에서는 편의상 이득영역(11)으로 반도체 광증폭기를 사용하는 경우를 설명하기로 한다.
파장 가변 영역(12)은 PLC 소자로 형성되는데, PLC 소자는 광도파로 코아층을 구비하고 광도파로 코아층의 일부 구간에는 브라그형 회절 격자가 형성되어 있으며, 회절 격자에 인접하여 박막 금속 히터가 배치된다. 이득영역(11)인 반도체 광증폭기와 브라그형 회절 격자가 형성된 PLC 소자의 광도파로 코아층을 능동 혹은 수동 정렬방법을 통해 광결합시킨 후 반도체 광증폭기에 구동 전류를 인가하면, 반도체 광증폭기의 후면 출사면의 고반사막과 PLC 소자 내의 브라그형 회절 격자 사이에 외부 공진기가 형성되고 회절 격자의 유효 주기에 일치하는 파장의 광파가 발진한다. 부가적으로 PLC 소자의 광출력을 단일 모드 광섬유 등의 광섬유(14)와 결합시키면 외부 광통신망에 적용 가능한 광원이 된다.
이와 같은 PLC-ECL 파장 가변 광원(10)은 발진 파장의 가변을 위해 열광학계수가 비교적 큰 유기화합물(폴리머) 등을 사용해 PLC형 광도파로를 제작하며 전술한 박막 금속 히터 양단의 전극을 통해 전류를 주입하면 박막 금속 히터에서 발생한 열이 인접한 광도파로 코아층의 온도를 상승시킨다. 그에 따라, 열광학 효과에 의해 광도파로 코아층의 굴절률이 감소하게 되고, 이는 브라그형 회절 격자의 유효 주기를 짧게 변화시킴으로써 PLC-ECL의 출력 광파장을 단파장 쪽으로 가변시킨다.
박막 금속 히터와 양단의 전극 및 브라그형 회절 격자는 파장 가변 영역(12)을 구성하며, 회절 격자가 형성되지 않은 광도파로 코아층 쪽에 배치된 박막 금속 히터와 양단의 전극은 위상 조절 영역(13)을 구성한다. 위상 조절 영역(13)은 파 장 가변 영역(12)에 의해 선택된 PLC-ECL의 출력 광파장의 라운드 트립(round trip) 위상을 조정한다.
전술한 PLC-ECL 파장 가변 광원(10)은 그 구조가 단순하여 구현이 쉽고 제어 요소의 수가 적어 운용이 간편하며, 동시에 중요한 기능 블록 각각을 분리해서 확인 가능하여 개별 부품에 문제가 발생하는 경우 결함에 대한 수정이 신속하고 용이하게 할 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 다른 파장 가변 광원과 비교하여 비교적 저가로 구현이 가능하다는 장점도 갖는다.
하지만, PLC-ECL(10) 파장 가변 광원(10)은 파장 가변을 위하여 열광학 효과를 사용하기 때문에 이를 위해 소모되는 전력량이 크고, 파장 가변 필터로 폴리머 도파로를 사용하는 경우 폴리머 자체의 열전달 특성이 좋지 않아 주변 온도 변화에 따른 특성 변화가 매우 심해 가변된 파장의 안정성에 문제가 있게 되며, 반복적인 파장 가변을 수행할 경우 폴리머 재료 자체의 높은 피로도 특성으로 인해 원하는 파장으로의 가변이 어렵게 된다.
또한, 직접 변조를 수행할 경우 파장이 스텝 모양으로 변환되는 모드 호핑(mode hopping) 특성으로 인해 데이터 송신 성능이 저하되며, 변조 대역폭이 사용된 이득영역 자체의 주파수 응답 특성에 의존하므로, 일반적인 직접 변조형 반도체 레이저 다이오드 및 반도체 광증폭기의 기본 특성상 최대 2.5Gbps까지 변조 주파수가 제한되고, 그 이상의 변조는 불가능하게 된다.
그리고, 파장 가변 광원을 구성하는 각 구성요소들의 크기가 비교적 커서, 소형 광 트랜시버(transceiver) 제작에 적용하는 것이 어려울 수 있고, 각 구성요 소들의 광결합 및 부품 정렬 등을 포함한 패키징 공정이 다른 파장 가변 광원에 비해 복잡하여 비용이 상승할 수 있으며, 다수의 구성요소들의 광결합으로 인해 광원 자체의 경사 효율이 단일 기판 위에 집적된 파장 가변 광원에 비해 떨어지는 단점이 있다.
도 8b는 전술한 PLC-ECL 파장 가변 광원(10)이 갖는 단점을 보완한, 종래 기술에 따른 추출 격자 분포형 브라그 반사기(Sampled Grating Distributed Bragg Reflector, SG-DBR) 레이저 다이오드로서, 종래 기술에 따른 SG-DBR 레이저 다이오드(20)는 두 개의 SG-DBR 영역(21, 24), 이득영역(22) 및 위상 조절 영역(23)으로 구성된다. 그리고, SG-DBR 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저의 파장을 가변시키기 위하여 SG-DBR 레이저 다이오드(20)는 연속적인 파장 가변을 위한 버니어 제어 회로(Vernier Control Circuit)(27), 불연속적인 파장 이동을 위한 오프셋 제어 회로(Offset Control Circuit)(28), 위상 영역의 위상 제어 회로(Phase Control Circuit)(26) 및 이득 제어 회로(Gain Control Circuit)(25) 등의 외부 제어 회로를 더 필요로 한다.
도 8b를 참조하면, 이득영역(22)에 전류를 인가시키면 자발 방출에 의해서 넓은 파장에 걸쳐 분포된 광파가 생성되는데, 이러한 광파를 양단의 SG-DBR 영역에 의해서 특정한 파장의 광파만이 레이저 다이오드 내에서 공진이 가능하게 하여 그 파장에서 레이저 다이오드가 발진하도록 한다.
SG-DBR 영역(21, 24)에는 추출 격자 구조가 형성되어 있는데, 이러한 추출 격자에 의해 특정 파장에 해당되는 광파만이 반사되고, 나머지 파장에 해당되는 광 파 성분은 투과되는 특성을 갖게 된다. 반사 스펙트럼 상의 중심 피크의 파장은 회절 격자 주기에 의해서 결정되는 브라그 파장이고, 각 피크를 갖는 파장 사이의 간격은 추출 격자들의 주기에 의해서 결정된다. 즉, 서로 다른 주기를 갖는 추출 격자의 SG-DBR 영역을 레이저 다이오드의 양 종단에 집적시켜 SG-DBR 영역의 반사 스펙트럼의 피크들 중 일치하는 피크의 파장에서 레이저 다이오드가 발진하게 된다.
그리고, SG-DBR 영역의 굴절률을 전류 등에 의해 변화시키면, 반사 스펙트럼의 각 피크는 파장 사이의 간격을 유지한 채 이동하게 된다. 이러한 반사 피크의 이동으로 인해 일치하는 반사 피크의 파장이 바뀌게 되어 발진 파장을 가변할 수 있게 된다.
위상 조절 영역(23)은 SG-DBR 영역에 의해 생성된 이득영역(22)의 종축 모드(Longitudinal Mode) 사이의 간격을 조절하여 연속적인 파장 가변이나 반사 피크에 종축 모드를 일치시켜 발진 파장의 파워를 극대화시키는 역할을 한다. 이러한 원리로 양단의 SG-DBR 영역(21, 24)과 위상 조절 영역(23)의 굴절률을 전류에 의해 적절히 조절함으로써 연속적/불연속적인 파장 가변이 가능하게 된다.
그러나, 이러한 SG-DBR 레이저 다이오드는 파장 가변을 위하여 양단의 SG-DBR 영역의 굴절률과 위상 영역의 굴절률을 변화시켜야 하므로, 이 소자를 제어하기 위한 외부 회로가 복잡해지고 파장 가변을 위해 양단에 집적된 SG-DBR 영역에서 발생하는 손실에 의해 출력 광결합 효율이 낮아지는 구조적인 한계가 있다.
본 발명의 목적은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 적은 소모 전력으로 넓고 빠른 파장 가변 특성을 얻을 수 있으며 동시에 수십 Gbps급의 변조가 가능한 파장 가변 광원을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 광원은 광파를 발생시키는 광 이득 영역부, 상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터, 상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징 및 상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유를 포함한다. 그리고, 상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함한다.
상기 제1 유전체 박막과 상기 제2 유전체 박막의 열광학계수가 상이하게 형성될 수 있고, 상기 제1 유전체 박막은 수소화 처리된 비정질 실리콘 계열의 물질로 형성될 수 있으며, 상기 제2 유전체 박막은 질산화 실리콘 계열의 물질 또는 질화 실리콘 계열의 물질로 형성될 수 있다.
상기 파장 가변 필터는, 상기 유전체 박막 필터를 투과한 상기 광파를 상기 광 이득 영역부로 반사시키는 반사판을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 유전체 박막 필터는 상기 파장 가변 필터로 입사하는 상기 광파의 입사방향에 대하여 기울어지도록 형성될 수 있고, 상기 반사판은 임의의 반사율을 갖는 반사막으로 코팅될 수 있다.
상기 광 이득 영역부는 반도체 광증폭기 또는 반도체 레이저 다이오드를 포함하거나 반도체 광증폭기 또는 반도체 레이저 다이오드와, 전계 흡수 변조기를 집적하여 형성될 수 있으며, 상기 광 이득 영역부의 전면 출사면의 반사율은 0.1% 이하이고 후면 출사면의 반사율은 90% 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 광원은 상기 제1 하우징에 의해 지지되고, 상기 파장 가변 필터를 투과하거나 상기 파장 가변 필터로부터 반사된 특정 파장의 광파를 상기 광섬유에 광결합시키도록 상기 광파의 이송 경로 상에 위치하는 광결합 렌즈를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 파장 가변 광원은 상기 제1 하우징 내에 실장되는 온도 검출 장치 및 열전 냉각기를 더 포함할 수 있고, 이 때 상기 광 이득 영역부, 상기 파장 가변 필터 및 상기 온도 검출 장치는 상기 열전 냉각기 상에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 파장 가변 광원은 상기 제1 하우징 내에 실장되어 상기 파장 가변 필터를 투과하거나 상기 파장 가변 필터로부터 반사된 특정 파장의 광파의 진행 방향을 전환시키는 광파 분배기, 및 상기 제1 하우징 내에 실장되어 상기 광파 분배기에 의하여 굴절되는 광파를 검출하여 광원의 성능을 감시하는 광검출기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 광원은 상기 제1 하우징과 상기 광섬유 사이에 외부 변조기를 더 포함할 수 있다.
상기 외부 변조기는 전계 흡수 변조기를 포함할 수 있고, 전계 흡수 변조기와 반도체 광증폭기를 집적하여 형성될 수도 있다.
상기 파장 가변 광원은 상기 외부 변조기를 실장하는 제2 하우징 및 상기 광섬유를 실장하는 광섬유 페룰을 더 포함할 수 있고, 이 때 제1 하우징은 TO 패키지로 형성되고, 제2 하우징은 박스(box) 형태의 패키지로 형성될 수 있다.
또한, 상기 파장 가변 광원은 상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터와, 상기 외부 변조기를 광결합하는 제1 광결합 렌즈 및 상기 외부 변조기와 상기 광섬유를 광결합하는 제2 광결합 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파장 가변 필터로서 유전체 박막 필터를 이용함으로써 빠른 파장 가변이 가능하고 출력 파장의 제어의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 소형 광트랜시버 제작에 적용이 가능하고, 제작 공정을 단순화시켜 비용을 절감시킬 수 있으며, 우수한 경사 효율을 얻을 수 있다.
또한, 유전체 박막 필터에서 열전달 특성이 우수한 수소화 처리된 비정질 실리콘 계열의 물질을 사용함으로써, 주변 온도 변화에 따른 특성 변화를 최소화시켜 파장 가변 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 파장 가변 광원에 외부 변조기를 결합시킴으로써, 빠른 파장 가변과 동시에 고속 변조가 가능하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께 등은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원을 나타내는 개략 단면도로서, 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원(100)은 파장 가변 필터(110), 광 이득 영역부(120), 광결합 렌즈(130) 및 광섬유(140)를 포함한다.
파장 가변 광원(100)은 광 이득 영역부(120)과 파장 가변 필터(110)를 이용하여 특정 파장 성분에 해당하는 광파를 공진시켜 발진시키고, 이를 광결합 렌즈(130)와 광섬유(140)를 이용하여 외부로 유도한다.
상기 파장 가변 광원(100)은 열전 냉각기(190)와 온도 검출 장치(170)를 더 포함할 수 있다. 또한, 파장 가변 광원(100)은 발진 광파의 방향을 전환시켜주는 광파 분배기(150) 및 광검출기(160)를 더 포함할 수 있고, 상기 각 구성요소를 배치하는 서브 마운트들(119, 129, 159, 169, 179)이 열전 냉각기(190) 상에 배치될 수 있으며, 캡(182), 베이스(181) 및 리드(lead)(183)를 포함하는 하우징(180)을 더 포함할 수 있다. 이들에 대하여는 후술하기로 한다.
상기 파장 가변 광원(100)은 파장 가변 필터(110)로서 유전체 박막 필터(111)를 이용하는데, 이를 도 3 내지 도 4c를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원에서 파장 가변 필터로 사용되는 유전체 박막 필터를 나타내는 개략도이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 가변 필터의 작용을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 유전체 박막 필터(111)는 제1 유전체 박막(112) 및 제2 유전체 박막(113)을 포함하고, 그 일면에 히팅 박막(114)과 투명 기판(115)이 배치된다.
본 실시예에 따르면, 유전체 박박 필터(111)의 제1 유전체 박막(112)과 제2 유전체 박막(113)은 굴절률이 서로 다른 물질로 이루어지고, 교대로 적층되어 형성된다. 구체적으로, 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막(112)과 제2 유전체 박막(113)를 광파의 특정 파장(λ)의 1/4에 해당되는 두께로 교대로 적층하여, 특정 파장에 해당되는 광파는 투과시키고 나머지 파장의 광파는 반사시키는 원리가 이용된다.
이 때, 적층된 제1 유전체 박막(112) 및 제2 유전체 박막(113)의 굴절률을 변화시킬 경우 유전체 박막 필터(111)를 투과하거나 반사되는 파장이 변화하게 되는데, 열을 인가하여 각 박막의 굴절률 변화를 유도해 유전체 박막 필터(111)를 투과하는 광파의 파장을 변화시키는 원리를 이용할 수 있다. 이 때, 제1 유전체 박막(112)과 제2 유전체 박막(113) 중 굴절률이 상대적으로 높은 박막은 열광학계수가 폴리머와 유사할 정도로 크고 열전달 특성이 우수한 수소화 처리된 비정질 실리 콘 계열의 물질을 사용하고, 굴절률이 상대적으로 낮은 박막은 질산화 실리콘 또는 질화 실리콘 계열의 물질을 사용할 수 있다. 또한, 굴절률 변화에 따른 파장 제어를 위해 글라스 투명기판(115) 상에 산화 아연 계열의 산화 금속 박막 또는 다결정 실리콘 등을 코팅하여 히팅 박막(114)으로 사용할 수 있다.
전술한 유전체 박막 필터(111)의 재질로 사용되는 물질들은 열전달 특성이 우수하여, 파장 가변 시 필요한 스위칭 속도의 개선을 기대할 수 있다. 예를 들어, 폴리머의 경우 열전달 특성이 낮아 파장 가변 시 필요한 스위칭 속도가 1s 이상이 소요되지만, 비정질 실리콘 계열의 물질 등을 사용한 경우 스위칭 속도를 수 ㎳ 정도로 개선시킬 수 있다.
도 3a를 참조하면, 서브 마운트(119) 상에 유전체 박막 필터(111)를 배치하고 유전체 박막 필터(111)의 수직 방향으로 광파를 입사(i)시키는 경우, 전술한 유전체 박막 필터(111)의 특성에 의하여, 특정 파장을 포함하는 광파는 유전체 박막 필터(111)를 투과(t)하는 데 반하여, 특정 파장을 제외한 광파는 유전체 박막 필터(111)에 반사(r)된다.
한편, 파장 가변 필터와 광 이득 영역부를 주요 구성요소로 하는 일반적인 외부 공진 레이저의 경우, 배경기술에서 설명한 바와 같이, 파장 가변 필터와 광 이득 영역부 각각의 한 쪽 단면을 반사면으로 사용하여 광파의 레이징을 위한 공진기를 형성하게 되고, 광 이득 영역부로부터 발생된 자발 방출광은 상기 두 개의 반사면 사이에서 순방향과 역방향의 진행을 반복하다가 공진기 자체의 손실보다 더 큰 이득을 얻을 경우, 외부로 방출되는 레이저의 발진 원리를 따른다. 따라서, 이 와 같은 발진이 일어나기 위해서는 파장 가변 필터가 특정 파장에 해당하는 광파를 반사하는 구조이어야 하고, 두 반사면 중 하나의 반사면은 100%에 가까운 반사율을 가지며, 다른 하나의 반사면은 이보다 낮은 반사율을 가져야 한다.
하지만, 전술한 유전체 박막 필터(111)의 경우에는 특정 파장에 해당되는 광파를 투과시키는 특징을 갖게 되어, 상기 레이저의 발진 원리를 이용하기 위하여 유전체 박막 필터를 지나 투과되는 광파의 반사를 유도하는 반사판을 추가로 구비해야 한다.
도 3b를 참조하면, 서브 마운트(119) 상에 유전체 박막 필터(111) 및 반사판(117)을 배치하는 경우, 유전체 박막 필터(111)의 수직 방향으로 광파를 입사(i)시키면, 특정 파장을 포함하는 광파는 유전체 박막 필터(111)를 투과(t)하고, 특정 파장을 제외한 광파는 유전체 박막 필터(111)에 반사(r)되며, 유전체 박막 필터(111)를 투과한 특정 파장의 광파는 반사판(117)에 의하여 입사 방향으로 반사(tr)된다.
하지만, 도 3b에 도시한 것과 같은 유전체 박막 필터(111) 및 반사판(117)의 조합에 의하면, 특정 파장을 제외한 광파도 광파의 입사 방향으로 반사되는 결과, 이 역시 순방향과 역방향으로의 진행을 반복하게 된다.
따라서, 도 3c를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원(100)은 유전체 박막 필터(111)와 반사판(117)을 포함하고, 특정 파장을 제외한 광파가 광파의 입사 방향으로 반사되는 것을 방지하기 위하여 유전체 박막 필터(111)를 입사 또는 반사 방향에 대하여 적절한 각도를 갖도록 배치시킨다. 이에 따라, 특정 파장을 제외한 광파는 광파의 입사 방향에 소정의 각도를 갖고 반사(r)되고, 따라서 특정 파장을 포함한 광파만이 유전체 박막 필터(111)를 투과(t)한 후 반사판(117)에 의해 반사(tr)되어 순방향과 역방향으로의 진행을 반복함으로써 외부 공진기 레이저의 발진 원리를 이용할 수 있게 된다.
한편, 유전체 박막의 적층 수를 조절하는 등 유전체 박막의 적층 방법을 적절히 조정하여 선택된 특정 파장의 광파를 반사시키는 반사형 필터의 유전체 박막 필터(미도시)를 구성할 수 있고, 이를 파장 가변 필터(미도시)로 사용할 수도 있다. 이 경우에는 유전체 박막 필터 이외의 반사판의 추가 없이도 파장 가변 필터를 구성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 이득 영역부와 파장 가변 필터의 작용을 나타내는 도면으로, 이하 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 파장 가변 광원이 동작하는 원리를 구체적으로 설명한다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따르는 파장 가변 필터(110) 및 광 이득 영역부(120)는 베이스먼트(190) 상에 형성된 각각의 서브 마운트(119, 129) 상에서 대향하여 배치된다.
광 이득 영역부(120)는 이득 매질(121)로 반도체 광증폭기가 사용되고, 광 이득 영역부(120) 내부에서 광파의 공진이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 자발 방출광이 방출되는 방향으로의 단면, 즉 전면 출사면은 반사율이 0.1% 이하의 반사 방지막(123)이 코팅되며, 반대쪽의 후면 출사면은 광 이득 영역부(120)와 파장 가변 필터(110) 사이에서의 광파의 공진을 위하여 반사율이 90% 이상의 고반사 막(122)이 코팅된다. 이득 매질(121)로는 반도체 광증폭기 이외에 반도체 레이저 다이오드가 사용될 수 있으나, 이하에서는 편의상 이득 매질(121)로 반도체 광증폭기가 사용되는 경우를 설명하기로 한다.
이와 같은 구조에 따라, 광 이득 영역부(120) 로부터 발생된 자발 방출광이 광 이득 영역부(120)의 후면 출사면의 고반사막(122) 및 파장 가변 필터(110)의 반사판(117) 사이에서 순방향과 역방향의 진행을 반복하다가, 공진기의 손실보다 더 큰 이득을 얻을 경우 반사판(117)의 외부로 방출되는 원리에 따라 파장 가변 광원이 동작되게 된다. 한편, 본 발명의 제1 실시예에서 반사판(117)은, 후면 출사면의 고반사막(122)의 반사율보다 작은 반사율을 갖도록 임의의 부분 반사막으로 코팅된다.
공진 과정을 거친 후 발진된 광파는 광결합용 수단과 광섬유를 통해 외부로 방사된다. 이 때, 반도체 광증폭기의 구동을 위한 전류 인가 시 2.5Gbps 이하의 변조 신호를 함께 주입해 줄 경우 직접 변조가 가능한 파장 가변 광원으로의 응용이 가능하다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원(100)은 일정한 바이어스 전류만 인가하여 사용할 경우 연속 광파(Continuous Lightwave) 발진이 가능한 파장 가변 광원으로의 응용이 가능하며, 또한 이러한 연속 광파 발진 광원의 동작 상태를 유지하며 동시에 전계 흡수 변조기 또는 마흐-젠더 간섭계형 리튬 니오베이트 변조기 등의 외부 변조기 모듈과 외부에서 광학적으로 결합하여 사용할 경우 10Gbps 이상의 속도로 고속 외부 변조 가능한 광원 모듈로의 응용도 가능하게 된다. 이에 대하여는 뒤에서 다른 실시예로 자세히 설명하기로 한다.
한편, 본 실시예에서는 파장 가변 필터(110)의 유전체 박막 필터(111)가 입사하는 광파의 방향에 소정의 각도로 기울어져 있는 투과형 필터를 사용하는 경우 및 광 이득 영역부(120)가 이득 매질로 반도체 광증폭기를 사용하는 경우를 설명하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다양한 변형예를 가질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제1 변형예에서는 도 4a에서와 동일하게 파장 가변 필터(110')와, 이득 매질(121) 및 후면 출사면의 고반사막(122)과 전면 출사면의 반사 방지막(123)을 포함하는 광 이득 영역부(120)가 각각 서브 마운트(119, 129) 상에서 대향하여 배치되는 구성에서, 파장 가변 필터(110')를 반사형의 유전체 박막 필터로 형성할 수 있다. 즉, 유전체 박막 필터 내의 박막의 적층 수를 조절하여 반사율이 약 50%의 반사형 필터로 형성함으로써, 본 실시예의 파장 가변 필터(110)와 동일한 역할을 수행할 수 있게 된다. 제1 변형예에 따르는 경우에는 파장 가변 필터(110')에서 별도의 반사판이 필요하지 않아 보다 간단하게 구성할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제2 변형예에서는 도 4a에서와 동일하게 파장 가변 필터(110)가 투과형의 유전체 박막 필터(111) 및 반사판(117)을 포함하고, 광 이득 영역부(120')는 이득 매질(121')의 전면 출사면이 0.1% 이하의 반사 방지막(123)으로 코팅되며, 이득 매질(121')의 후면 출사면은 광 이득 영역부(120')와 파장 가변 필터(110) 사이에서의 광파의 공진을 위하여 90% 이상의 고반사막(122)이 코팅된다. 이 때, 광 이득 영역부(120')는 이득 매질(121')을 반도체 광증폭기(125)와 전계 흡수 변조기(124)를 집적하여 형성한다.
이와 같은 구조에서는 반도체 광증폭기(125)로부터 발생한 자발 방출광이 전 면 출사면의 반사 방지막(123)을 거쳐 반사판(117)을 포함하는 파장 가변 필터(110)로 입사되고, 파장 가변 필터(110)에서 특정 파장만 선택되어 반도체 광증폭기(125)로 반사되면, 인가된 전류양에 따라 적절한 이득을 얻을 수 있고, 이후 전계 흡수 변조기(124)로 입력된 후 외부에서 걸어준 고속 전기 신호로 변조되며, 변조된 광파는 후면 출사면의 고반사막(122)에서 반사되어 다시 파장 가변 필터(110) 방향으로 진행하게 된다. 이 때, 공진기 자체의 손실 값보다 큰 이득을 얻는 경우 발진하게 되고, 발진된 광파는 광결합용 수단과 광섬유를 통해 외부로 방사된다.
이와 같은 제2 변형예의 구성에 따르면, 고속 변조가 가능한 광원으로 기능할 수 있게 된다.
도 4d를 참조하면, 제3 변형예에서는 광파를 발진하려는 쪽에 광 이득 영역부(120")가 배치되고, 그 반대쪽에 파장 가변 필터(110")가 배치된다. 이 때, 광 이득 영역부(120")에서 이득 매질(121)로 반도체 광증폭기가 사용되고, 안정된 광파 발진 동작 특성을 확보하기 위하여 이득 매질에서 후면 출사면에는 반사 특성을 위한 어떠한 처리도 되지 않거나 특정 비율로 반사막이 코팅 처리되며, 전면 출사면은 반사방지막(123)이 코팅된다. 한편, 파장 가변 필터(110")는 유전체 박막 필터(111)와 90% 이상의 고반사율을 갖는 반사판(117")을 포함한다.
제3 변형예에 따르면, 고반사율을 갖는 반사판(117")을 포함하는 파장 가변 필터(110")와 광 이득 영역부(120")의 후면 출사면을 반사막으로 사용하여 광파의 발진을 위한 공진기를 형성하게 되며, 이득 매질(121)로부터 발생된 자발 방출광은 상기 두 개의 반사막 사이에서 순방향과 역방향의 진행을 반복하다, 공진기의 손실보다 더 큰 이득을 얻을 경우 외부로 방출되는 원리에 의해 동작한다.
이 밖에도 유전체 박막 필터를 포함하는 파장 가변 필터와 반도체 광증폭기를 사용하는 이득 매질을 포함하는 광 이득 영역부로 구성되는 파장 가변 광원의 다양한 변형예가 존재할 수 있음을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
이하에서는, 전술한 파장 가변 광원(100)을 구성하는 나머지 구성요소들을, 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 파장 가변 광원(100)은, 전술한 바와 같이, 광 이득 영역부(120)와 파장 가변 필터(110)를 이용하여 특정 파장 성분에 해당하는 광파를 공진시켜 발진시키고, 이를 광결합 렌즈(130)와 광섬유(140)를 이용하여 외부로 유도하는데, 광결합 렌즈(130)는 비구면 렌즈 또는 볼 렌즈 등으로 형성될 수 있고, 출력 광신호를 추출해주는 광섬유(140)는 금속 광섬유 페룰(ferrule)(141)에 열경화 에폭시 수지에 의하여 고정되어 그 안에 실장될 수 있으며, 슬리브(142)를 통하여 후술하는 하우징(180)과 접합할 수 있게 된다.
상기 파장 가변 광원(100)은 광 이득 영역부(120)와 파장 가변 필터(110)로부터 출력된 광파의 방향을 90도 전환시켜 수직 방향으로 방사시키고 있는데, 이를 위하여 광파 분배기(150)를 추가로 포함한다. 도 2를 참조하면, 거울을 적절한 각도로 배치시켜 광파 분배기(150)로 사용할 수 있다.
또한, 상기 파장 가변 광원(100)은 광검출기(160)를 더 포함할 수 있다. 전 술한 바와 같이, 광 이득 영역부(120)에서 한 쪽 단면이 고반사막(122)으로 형성되므로 광원의 광학적 성능 검사를 위한 직접적인 광 검출이 용이하지 않게 된다. 하지만, 본 발명의 제1 실시예에서와 같이 광파 분배기(150)를 이용하여 광파의 진행 방향을 전환시켜 주는 경우에는 광검출기(160)를 적절한 위치에 배치시킴으로써 광원의 광학적 성능 검사가 가능하게 된다.
한편, 반도체 광증폭기 또는 반도체 레이저 다이오드는 동작을 위해 전류가 주입될 경우 내부에서 열이 발생하고 발생된 열로 인해 광원 자체의 경사 효율이 떨어져, 시간이 지나면서 출력 광파워가 감소될 수 있다. 또한, 높은 외부 온도를 갖는 환경에서 광원을 동작시키는 경우에는 열누적 현상이 더욱 심해져, 상온에서 동작할 때와 비교하여 경사 효율이 급격히 감소할 수 있다.
이와 같이 파장 가변 광원의 동작은 온도에 의존하는 특성을 지니는데, 이러한 특성을 보완하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따르는 파장 가변 광원(100)은 온도 검출 장치(thermistor)(170)와 열전 냉각기(Thermo-Electric Cooler, TEC)(190)를 더 포함할 수 있다.
온도 검출 장치(170)는, 도 1을 참조하면, 열전 냉각기(190) 상의 우측 끝단에 위치하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 각 구성요소의 온도를 검출할 수 있도록 베이스먼트로 사용된 열전 냉각기(190) 상의 임의의 위치에 배치될 수 있다.
열전 냉각기(190)는 누적된 열의 원활한 방출을 위하여 파장 가변 광원(100)을 구성하는 모든 구성요소의 베이스먼트로 사용하고, 열전 냉각기(190) 상에는 서 브 마운트들(119, 129, 159, 169, 179)을 활용하여 각각의 구성요소를 배치하여 사용한다.
종래의 PLC-ECL 파장 가변 광원은 광 이득 영역부의 온도 안정화를 위한 열전 냉각기와 파장 가변 필터로 사용되는 폴리머 도파로형 브라그 격자의 온도 안정화를 위한 열전 냉각기가 필요하여, 2개의 열전 냉각기를 동시에 사용해야 하나, 본 발명의 제1 실시예에서는 베이스먼트로 열전 냉각기 1개만을 사용함으로써, 광 이득 영역부와 파장 가변 필터의 온도 안정화를 동시에 달성하여, 비용을 절감하고 동시에 제어 요소를 단순화할 수 있다.
본 실시예에 따른 파장 가변 광원(100)은 전술한 각 구성요소를 수납하는 하우징(180)을 더 포함할 수 있다. 상기 파장 가변 광원(100)에서는 하우징(180)을 트랜지스터 형상(Transistor-Outline, TO)을 갖도록 형성한다. 이하 설명의 편의를 위하여 트랜지스터 형상을 TO로 통칭한다. 이와 같이, 파장 가변 광원을 TO 패키지로 형성하는 경우 비교적 저가로 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1을 참조하면, 하우징(180)은 베이스(181), 캡(182) 및 리드(183)를 포함하는데, 베이스(181)는 전술한 열전 냉각기(190)의 하부에 위치하여 지지대 역할을 함과 동시에 방열기(heat sink)의 역할도 수행하여, 파장 가변 광원(100) 자체의 열적 특성을 개선시킬 수 있게 된다. 한편, 베이스(181)와 열전 냉각기(190) 사이에는 양자의 열팽창 계수 차이를 완충시킬 수 있는 텅스텐화구리(CuW) 재질의 열전 냉각기 받침대(미도시)가 삽입될 수 있다.
베이스(181)의 상부에는 파장 가변 광원(100)의 각 구성요소들을 덮을 수 있 는 캡(182)이 위치하고, 하부에는 각 구성요소들의 동작 제어를 위한 리드(183)가 위치한다. 구체적으로, 캡(182)은 광결합 렌즈(130)를 지지하고, 슬리브(142)를 통해 광섬유(140)를 실장하는 금속 광섬유 페롤(141)과 접합하여 광 이득 영역부(120) 및 파장 가변 필터(110)를 통해 출력되는 광파를 외부로 방사할 수 있도록 해준다. 또한, 리드(183)는 광 이득 영역부(120)의 반도체 광증폭기의 제어를 위한 양극 및 음극, 열전 냉각기(190)의 제어를 위한 양극 및 음극, 광원의 동작 상태에 대한 광학적 성능 감시를 위한 광검출기(160)의 양극 및 음극, 온도 검출 장치(170)의 양단자, 및 파장 가변 필터(110)의 파장 가변을 위한 히터용 전극의 양단자 등으로 구성될 수 있다.
하우징(180)은 파장 가변 광원(100)의 구성요소들을 광학적, 전기적, 물리적으로 보호하기 위하여 스테인리스-스틸(Stainless-Steel) 재질로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(180)은 허메틱 실링(hermetic sealing)을 통해 하우징(180) 내에 위치하는 구성요소들의 환경 변화에 따른 성능 열화를 방지해준다.
이상과 같이, 본 실시예에 따른 파장 가변 광원(100)은 파장 가변 필터(110)로 유전체 박막 필터(111)를 이용하여 빠른 파장 가변을 기대할 수 있고 출력 파장의 제어의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 광 이득 영역부(120)의 이득 매질(121')로 반도체 광증폭기(125)와 전계 흡수 변조기(124)를 집적하여 사용하는 경우에는 고속 변조가 가능한 파장 가변 광원을 제공할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명한다. 본 발명의 다른 실시예들에 따른 파장 가변 광원은 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원(100)과 유사한 구조를 가지므로, 다른 실시예들에 있어서 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여는 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파장 가변 광원을 나타내는 개략 단면도로서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 파장 가변 광원(200)은 파장 가변 필터(210), 광 이득 영역부(220), 광결합 렌즈(230), 광섬유(240), 온도 검출 장치(270), 열전 냉각기(290), 서브 마운트들(219, 229, 279) 및 하우징(280)을 포함한다.
본 실시예에 따른 파장 가변 광원(200)은 광 이득 영역부(220) 및 파장 가변 필터(210)에서 출력되는 광파를 방향 전환 없이 광결합 렌즈(230) 및 광섬유(240)을 통해 수평 방향으로 출력시킨다. 또한, 하우징(280)은 베이스(281), 캡(282) 및 리드(283)를 포함하는데, 본 실시예에서는 하우징(280)이 TO가 아닌 박스 형태(box type)로 형성된다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 파장 가변 광원(200)은 하우징의 형태를 변화시키고 구성을 단순화하여, 보다 간단하게 형성할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파장 가변 광원을 나타내는 개략 단면도로서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 파장 가변 광원(300)은 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원 이외에 외부 변조기(320)를 더 포함한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예 따른 파장 가변 광원(300)은, 제1 실시예에서와 같이, 파장 가변 필터(310), 광 이득 영역부(320), 광파 분배기(350), 광검출기(360), 온도 검출 장치(370), 열전 냉각기(390) 및 제1 하우징(380)을 포함하는 TO 패키지를 포함하고, 이러한 TO 패키지를 광결합 렌즈들(331, 332)을 이용하여 외부 변조기(305) 및 광섬유(340)와 결합하는 구조이다.
외부 변조기(305)는 전계 흡수 광변조기(306), 전극 연결용 본딩 와이어(bonding wire)(307), 및 전계 흡수 광변조기(306)를 구동하기 위한 핀(308)을 포함하고, 외부 변조기(305)를 실장하기 위한 제2 하우징(385)이 마련되어 제1 슬리브(342) 및 제2 슬리브(343)를 통해 각각 TO 패키지 및 금속 광섬유 페룰(341)과 접합된다. 이 때, 각 슬리브(342, 343)는 레이저 웰딩용 SUS(Super Used Stainless Steel) 슬리브를 이용함으로써 레이저 웰딩으로 접합할 수 있다. 한편, 본 발명의 제3 실시예에서 제2 하우징(385)은 박스(box) 형태의 패키지, 버터플라이(butterfly) 패키지 또는 미니 딜(mini-DIL(Dual-In-Line)) 패키지 구조로 형성될 수 있다.
외부 변조기(305)는 제1 광결합 렌즈(331) 및 제2 광결합 렌즈(332)를 통하여 각각 TO 패키지 및 광섬유(340)와 광결합되는데, 광결합 렌즈들(331, 332)로는 비구면 렌즈 또는 볼 렌즈 등이 사용될 수 있다. 또한, 출력 광신호를 추출해주는 광섬유(340)는 금속 광섬유 페룰(341)에 열경화 에폭시 수지에 의하여 고정되어, 그 안에 실장될 수 있다.
전술한 바와 같이, TO 패키지에서 출력되는 광파는 파장 가변이 가능한 것으로, 이는 제1 광결합 렌즈(331)를 통하여 전계 흡수 변조기(306)를 포함하는 외부 변조기(305)와 광결합을 이룰 수 있다. TO 패키지로부터 나오는 연속 광파 출력은 상당히 안정된 상태로서, 이 출력을 이용하여 외부 변조기(305)로 고속 변조를 하 는 것에 문제가 없게 된다. 외부 변조기(305)를 통한 광파의 출력은 제2 광결합 렌즈(332)를 통해 광섬유(340)와 결합이 가능하고, 광섬유(340)로부터 출력된 신호는 궁극적으로 파장 가변이 가능하게 되어 20Gbps 이하의 고속 외부 변조된 광신호가 된다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 파장 가변 광원을 나타내는 단면도로서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 파장 가변 광원(400)은 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원 이외에 외부 변조기(405)를 더 포함한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 파장 가변 광원(400)은, 제1 실시예에서와 같이, 파장 가변 필터(410), 광 이득 영역부(420), 광파 분배기(450), 광검출기(460), 온도 검출 장치(470), 열전 냉각기(490) 및 제1 하우징(480)을 포함하는 TO 패키지를 포함하고, 이러한 TO 패키지를 광결합 렌즈(431, 432)를 이용하여 외부 변조기(405) 및 광섬유(440)와 결합하는 구조이다. 외부 변조기(405)는 전계 흡수 광변조기(406)와 반도체 광증폭기(409)를 집적하여 사용하고, 전극 연결용 본딩 와이어(407) 및 전계 흡수 광변조기(406)와 반도체 광증폭기(409)를 구동하기 위한 핀(408)을 포함한다. 이 밖에, 외부 변조기(405)를 실장하기 위한 제2 하우징(485)을 더 포함한다.
제2 하우징(485)은 제1 슬리브(442) 및 제2 슬리브(443)를 통하여 각각 TO 패키지 부분 및 광섬유 부분과 접합되고, 이 때 각 슬리브(442, 443)는 레이저 웰딩용 SUS 슬리브를 이용함으로써 레이저 웰딩으로 접합할 수 있다. 한편, 본 발명의 제4 실시예에서 제2 하우징(485)은 박스 형태의 패키지, 버터플라이 패키지 또 는 미니 딜 패키지 구조로 형성될 수 있다.
외부 변조기(405)는 광결합 렌즈(431, 432)를 통하여 TO 패키지 및 광섬유(440)와 광결합되는데, 광결합 렌즈(431, 432)로는 비구면 렌즈 또는 볼 렌즈 등이 사용될 수 있다. 또한, 출력 광신호를 추출해주는 광섬유(440)는 금속 광섬유 페룰(441) 안에 실장되는데, 이 때 열경화 에폭시 수지에 의하여 금속 광섬유 페룰(441)에 고정될 수 있다.
본 실시예에 따른 파장 가변 광원(400)은 제3 실시예에서와 달리 외부 변조기(405)에 전계 흡수 변조기(406)와 반도체 광증폭기(409)를 집적하여 사용하게 되는데, 이와 같이 반도체 광증폭기(409)를 추가로 집적하여 사용함으로써 손실이 보상된 고출력의 광파가 제공되는 파장 가변이 가능하고, 고속 변조가 가능한 광원의 구현이 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 광원은 파장 가변 필터를 열전달 특성이 우수한 재질의 유전체 박막 필터를 이용하여 구성함으로써 파장 가변 안정성을 확보하고, 경사 효율이 우수하며 손실이 적어 출력 광파워를 크게 할 수 있게 된다. 그리고, 파장 가변 광원의 소형 제작이 가능하게 되고, 제작 공정을 단순화하여 비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 파장 가변 광원은 광 이득 영역부를 반도체 광증폭기와 전계 흡수형 광변조기를 집적하여 구성함으로써 고속 변조가 가능하게 구성할 수 있다. 그리고, 전계 흡수 변조기 등을 포함한 외부 변조기를 결합함으로써 광파 출력의 손실을 보상함과 동시에 고속 변조가 가능한 파장 가변 광원의 구현이 가능하다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예들을 통하여 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되지 않는다. 즉, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 가변 광원을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 유전체 박막 필터의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파장 가변 필터의 작용을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제1 실시예 및 그 변형예에 따른 광 이득 영역부와 파장 가변 필터의 작용을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파장 가변 광원을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파장 가변 광원을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 파장 가변 광원을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 종래 기술에 따른 PLC-ECL형 파장 가변 광원의 기능별 블록도 및 SG-DBR 레이저 다이오드의 개략 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
100, 200, 300, 400: 파장 가변 광원
110, 210, 310, 410: 파장 가변 필터
111: 유전체 박막 필터 114: 히터 박막
115: 투명 기판 117: 반사판
120, 220, 320, 420: 광 이득 영역부
121: 반도체 광증폭기 122: 고반사막
123: 반사방지막 124: 반사형 전계 흡수 변조기
130, 230, 330, 430: 광결합 렌즈
140, 240, 340, 440: 광섬유 141, 241, 341, 441: 금속 광섬유 페룰
142, 242: 슬리브 150, 350, 450: 광파 분배기
160, 360, 460: 광검출기 170, 270, 370, 470: 온도 검출 장치
180, 280: 하우징 181, 281: 베이스
182, 282: 캡 183, 283: 리드
190, 290, 390, 490: 열전 냉각기
119, 129, 159, 169, 179, 219, 229, 279: 서브 마운트
305, 405: 외부 변조기 306, 406: 전계 흡수 변조기
307, 407: 본딩 와이어 308, 408: 핀
342, 442: 제1 슬리브 343, 443: 제2 슬리브
380, 480: 제1 하우징 385, 485: 제2 하우징
409: 반도체 광증폭기

Claims (17)

  1. 광파를 발생시키는 광 이득 영역부;
    상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터;
    상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징; 및
    상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유;
    를 포함하고,
    상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함하며,
    상기 제1 유전체 박막은 수소화 처리된 비정질 실리콘 계열의 물질로 형성되고, 상기 제2 유전체 박막은 질산화 실리콘 계열의 물질 또는 질화 실리콘 계열의 물질로 형성되는, 파장 가변 광원.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 유전체 박막과 상기 제2 유전체 박막의 열광학계수가 상이한, 파장 가변 광원.
  3. 삭제
  4. 광파를 발생시키는 광 이득 영역부;
    상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터;
    상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징; 및
    상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유;
    를 포함하고,
    상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함하며,
    상기 파장 가변 필터는 반사판을 더 포함하고,
    상기 반사판은 상기 유전체 박막 필터를 투과한 상기 광파를 상기 광 이득 영역부로 반사시키는, 파장 가변 광원.
  5. 제4항에서,
    상기 유전체 박막 필터는 상기 파장 가변 필터로 입사하는 상기 광파의 입사방향에 대하여 기울어지도록 형성된, 파장 가변 광원.
  6. 제4항에서,
    상기 반사판은 임의의 반사율을 갖는 반사막으로 코팅된, 파장 가변 광원.
  7. 광파를 발생시키는 광 이득 영역부;
    상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터;
    상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징; 및
    상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유;
    를 포함하고,
    상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함하며,
    상기 광 이득 영역부는 반도체 광증폭기 또는 반도체 레이저 다이오드를 포함하고, 전면 출사면의 반사율이 0.1% 이하이고 후면 출사면의 반사율이 90% 이상인, 파장 가변 광원.
  8. 광파를 발생시키는 광 이득 영역부;
    상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터;
    상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징; 및
    상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유;
    를 포함하고,
    상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함하며,
    상기 광 이득 영역부는 반도체 광증폭기 또는 반도체 레이저 다이오드와, 전계 흡수 변조기를 집적하여 형성되고, 전면 출사면의 반사율이 0.1% 이하이고 후면 출사면의 반사율이 90% 이상인, 파장 가변 광원.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 하우징에 의해 지지되는 광결합 렌즈를 더 포함하고,
    상기 광결합 렌즈는 상기 파장 가변 필터를 투과하거나 상기 파장 가변 필터로부터 반사된 특정 파장의 광파를 상기 광섬유에 광결합시키도록 상기 광파의 이송 경로 상에 위치하는, 파장 가변 광원.
  10. 광파를 발생시키는 광 이득 영역부;
    상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터;
    상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징; 및
    상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유;
    를 포함하고,
    상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함하며,
    상기 제1 하우징 내에 실장되는 온도 검출 장치 및 열전 냉각기를 더 포함하고,
    상기 광 이득 영역부, 상기 파장 가변 필터 및 상기 온도 검출 장치는 상기 열전 냉각기 상에 배치되는, 파장 가변 광원.
  11. 광파를 발생시키는 광 이득 영역부;
    상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터;
    상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징; 및
    상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유;
    를 포함하고,
    상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함하며,
    상기 제1 하우징 내에 실장되고, 상기 파장 가변 필터를 투과하거나 상기 파장 가변 필터로부터 반사된 특정 파장의 광파의 진행 방향을 전환시키는 광파 분배기; 및
    상기 제1 하우징 내에 실장되고, 상기 광파 분배기에 의하여 굴절되는 광파를 검출하여 광원의 성능을 감시하는 광검출기;
    를 더 포함하는 파장 가변 광원.
  12. 광파를 발생시키는 광 이득 영역부;
    상기 광파의 이송 경로 상에 위치하며, 상기 광 이득 영역부에서 발생하여 입사하는 상기 광파 중 특정 파장의 광파만을 투과시키거나 반사시키는 파장 가변 필터;
    상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터를 실장하는 제1 하우징; 및
    상기 파장 가변 필터를 투과한 상기 특정 파장의 광파를 외부로 방사시키는 광섬유;
    를 포함하고,
    상기 파장 가변 필터는 굴절률이 상이한 제1 유전체 박막 및 제2 유전체 박막이 교대로 적층되어 형성된 유전체 박막 필터를 포함하며,
    상기 제1 하우징과 상기 광섬유 사이에 외부 변조기를 더 포함하는 파장 가변 광원.
  13. 제12항에서,
    상기 외부 변조기는 전계 흡수 변조기를 포함하는, 파장 가변 광원.
  14. 제12항에서,
    상기 외부 변조기는 전계 흡수 변조기와 반도체 광증폭기를 집적하여 형성되는, 파장 가변 광원.
  15. 제12항에서,
    상기 외부 변조기를 실장하는 제2 하우징; 및
    상기 광섬유를 실장하는 광섬유 페룰;
    을 더 포함하는 파장 가변 광원.
  16. 제15항에서,
    제1 하우징은 TO 패키지로 형성되고, 제2 하우징은 박스(box) 형태의 패키지로 형성되는, 파장 가변 광원.
  17. 제12항에서,
    상기 광 이득 영역부 및 상기 파장 가변 필터와, 상기 외부 변조기를 광결합하는 제1 광결합 렌즈; 및
    상기 외부 변조기와 상기 광섬유를 광결합하는 제2 광결합 렌즈;
    를 더 포함하는 파장 가변 광원.
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