KR20200139608A - 파장가변 광원을 제어하는 방법 - Google Patents

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KR20200139608A
KR20200139608A KR1020190117281A KR20190117281A KR20200139608A KR 20200139608 A KR20200139608 A KR 20200139608A KR 1020190117281 A KR1020190117281 A KR 1020190117281A KR 20190117281 A KR20190117281 A KR 20190117281A KR 20200139608 A KR20200139608 A KR 20200139608A
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최병석
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 광원은 이득 매질 및 위상 제어기를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 광원을 제어하는 방법은 제 1 시간에서 이득 매질로부터 출력되는 제 1 광 신호의 제 1 파워, 및 제 2 시간에서 이득 매질로부터 출력되는 제 2 광 신호의 제 2 파워를 모니터링 하는 단계, 제 1 파워를 제 2 파워와 비교하는 단계, 및 제 1 파워 및 제 2 파워가 상이한 경우, 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

파장가변 광원을 제어하는 방법{METHOD FOR CONTROLLING TUNABLE LIGHT SOURCE}
본 발명은 파장가변 광원을 제어하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 외부 기온 변화 및 히터 구동에 따른 디튜닝(detuning) 상태의 변화를 일정하게 파장가변 광원을 제어하는 방법에 관한 것이다.
파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing; WDM) 기반의 광가입자망(Passive Optical Network; PON)(이하, 'WDM-PON'이라 칭함)에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. WDM-PON에서는 각 가입자에게 정해진 각각의 파장을 사용하여 중앙 기지국과 가입자 간의 통신이 이루어진다. 그리고 WDM-PON은 가입자별 전용 파장을 사용하므로, 보안이 우수하고, 대용량의 통신서비스가 가능하며, 가입자별 혹은 서비스별로 링크율(Link Rate) 및 프레임 포맷(Frame Format) 등이 다른 전송 기술의 적용이 가능하다는 장점을 가진다.
하지만, WDM-PON은 하나의 옥외 노드(Remote Node; RN)에 속하는 가입자 수만큼 서로 다른 광원을 필요로 하여 파장별 광원의 생산, 설치 및 관리에 있어 사용자와 사업자 모두에게 커다란 경제적 부담을 안긴다. 이러한 문제를 해결하기 위해 광원의 파장을 선택적으로 가변할 수 있는 파장가변 광원 소자의 적용 방안이 활발히 연구되고 있다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 외부 기온 변화 및 히터 구동에 따른 디튜닝 상태의 변화를 일정하게 파장가변 광원을 제어하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 광원은 이득 매질 및 위상 제어기를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 광원을 제어하는 방법은 제 1 시간에서 이득 매질로부터 출력되는 제 1 광 신호의 제 1 파워, 및 제 2 시간에서 이득 매질로부터 출력되는 제 2 광 신호의 제 2 파워를 모니터링 하는 단계, 제 1 파워를 제 2 파워와 비교하는 단계, 및 제 1 파워 및 제 2 파워가 상이한 경우, 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 파장가변 광원은 모니터 포토다이오드를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 파장가변 광원을 제어하는 방법은 제 1 시간에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 제 1 모니터 전류, 및 제 2 시간에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 제 2 모니터 전류를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 파장가변 광원은, 인가되는 바이어스 전류에 따라 광 신호를 생성 및 증폭하는 이득 매질, 이득 매질과 직접적으로 결합하여 외부 공진기를 형성하는 외부 반사경, 및 외부 반사경의 반사율이 최대가 되는 파장 이상의 장파장 영역에서 발진하도록 위상을 조절하는 위상 조절기, 및 디튜닝 상태를 모니터링 하는 모니터 포토다이오드를 포함한다.
일 실시 예에서, 외부 반사경은 브래그 격자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에서, 외부 반사경은 파장 가변 반사경일 수 있다.
일 실시 예에서, 위상 조절기는 이득 매질에 접합될 수 있다.
일 실시 예에서, 위상 조절기는 외부 반사경에 접합될 수 있다.
일 실시 예에서, 본 발명에 따른 파장가변 광원은, 이득 매질에 고주파 신호를 인가하여 광 신호의 동작 속도를 제어하는 고주파 전송매질을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 모니터 포토다이오드는 이득 매질의 고반사 코팅면의 출력 파워를 읽을 수 있는 부분에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 파장가변 광원은 최적의 동작 조건에서의 동작 상태를 일정하게 유지함으로써 외부 온도를 포함한 환경 변화에 의한 디튜닝 상태 변화를 방지할 수 있다. 따라서, 모드 호핑을 포함한 성능 변화를 방지함으로써 파장가변 광원의 성능이 일정하게 유지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 파장가변 광원을 제어하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 광대역 광원을 사용하는 파장분할 다중화 기반의 광 가입자 망 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 파장가변 광원을 이용한 파장분할 다중화 기반의 광 가입자 망 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 파장가변 광원의 동작 특성 및 위상 제어 전극의 위치를 나타낸 개념도이다.
도 5는 파장가변 광원에서 제어되어야 할 소자 변수들을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 파장가변 광원에서 디튠드 로딩 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 직접 변조를 하는 파장가변 광원에서 첩을 줄여 주는 디튠드 로딩 효과에 대해 설명하는 도면들이다.
도 8a 및 도 8b는 파장가변 광원에서 출력 파워가 결정되는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 파장가변 광원의 양단에 출력되는 파워를 측정한 그래프이다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d는 파장가변 광원에서 각 수동 영역의 위상들에서 디튠드 주파수에 따른 출력 파워들을 나타내는 그래프들이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예에 따라 일정한 온도에서 외부 반사경의 히터 전류를 변화시키면서 디튜닝 스윕을 진행하는 경우 나타나는 출력 파워의 변화에 따른 전송 페널티를 나타낸 그래프이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따라 일정한 파장을 유지하기 위해 온도와 외부 반사경 히터 전류를 동시에 변화시켜 주면서 디튜닝 스윕을 하는 경우 나타나는 후면 출력 파워의 변화와 이에 따른 전송 페널티의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 13은 주위 온도-이득 매질의 온도 간의 관계를 도시하는 그래프 및 주위 온도-레이저의 발진 파장 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 14는 주위 온도-발진 파장 간의 관계들을 도시하는 그래프들이다.
도 15는 위상 제어부의 출력-모니터 포토다이오드의 전류 간의 관계를 도시하는 그래프들이다.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따라 파장가변 광원을 제어하는 방법을 도시하는 순서도이다. 도 1에서 설명되는 파장가변 광원은 이득 매질, 위장 제어기, 및 모니터 포토다이오드를 포함할 수 있다(파장가변 광원 및 그것의 각 구성요소들은 도 4a, 도 4b, 및 도 5에서 구체적으로 후술될 것이다). 일 예에서, 파장가변 광원은 파장가변 레이저일 수 있다. 다른 예에서, 파장가변 광원은 외부 공진기형 파장가변 레이저일 수 있다.
S110 단계에서, 파장가변 광원은 서로 다른 시간들에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 모니터 전류들(또는 모니터링 전류들, 모니터 전압들, 모니터링 전압들)을 검출, 감지, 센싱(sensing), 판독, 리드(read), 또는 모니터링 할 수 있다. 일 예에서, 파장가변 광원은, 제 1 시간에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 제 1 모니터 전류를 검출할 수 있고 그리고 제 2 시간에서 모니터 포토다이오드에 흐르는 제 2 모니터 전류를 검출할 수 있다. 파장가변 광원은 실시간으로 모니터 포토다이오드에 흐르는 모니터 전류를 검출할 수 있다.
S120 단계에서, 파장가변 광원은 검출된 모니터 전류들에 기초하여 이득 매질로부터 출력되는 광 신호들의 파워들(출력들, 전력들, 출력 전력들)을 모니터링, 판독, 리드, 또는 계산할 수 있다. 일 예에서, 파장가변 광원은, 제 1 시간에서 모니터 포토다이오드에서 검출된 제 1 모니터 전류에 기초하여 제 1 시간에 이득매질로부터 출력되는 제 1 광 신호의 제 1 파워를 모니터링 할 수 있고 그리고 제 2 시간에서 모니터 포토다이오드에서 검출된 제 2 모니터 전류에 기초하여 제 2 시간에 이득매질로부터 출력되는 제 2 광 신호의 제 2 파워를 모니터링 할 수 있다. 다른 예에서, 파장가변 광원은 실시간으로 이득매질로부터 출력되는 광 신호들의 파워들을 모니터링 할 수 있다.
S130 단계에서, 파장가변 광원은 서로 다른 시간들에서 모니터링 된 파워들을 비교할 수 있다. 예를 들어, 파장가변 광원은 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워를 제 2 시간에서 모니터링 된 제 1 파워와 비교할 수 있다. 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워가 제 2 시간에서 모니터링 된 제 2 파워와 동일한 경우, 시간에 따라 파워가 일정할 수 있다. 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워가 제 2 시간에서 모니터링 된 제 2 파워와 상이한 경우, 시간에 따라 파워가 일정하지 않을 수 있다. 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워가 제 2 시간에서 모니터링 된 제 2 파워와 동일한 경우(시간에 따른 파워가 일정한 경우), 파장가변 광원을 제어하는 단계는 종료될 수 있다. 제 1 시간에서 모니터링 된 제 1 파워가 제 2 시간에서 모니터링 된 제 2 파워와 상이한 경우(시간에 따라 파워가 일정하지 않은 경우), S140 단계가 진행될 수 있고 그리고 S110, S120, 및 S130 단계들은 반복될 수 있다.
S140 단계에서, 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절할 수 있다. 파장가변 광원은 디튜닝 스윕(detuning sweep)에 의해 획득된 최적 동작 지점들을 포함하는 제 1 및 제 2 디튜닝 곡선들에 기초하여 동작할 수 있다. 여기서, 제 1 디튜닝 곡선은 제 1 주위 온도에서 동작하는 파장가변 광원으로부터 획득될 수 있고 그리고 제 2 디튜닝 곡선은 제 2 주위 온도에서 동작하는 파장가변 광원으로부터 획득될 수 있다. 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절함으로써 제 1 또는 제 2 디튜닝 곡선 상의 제 1 지점에서 제 2 지점으로 동작 상태를 시프트(shift), 변경, 변화, 천이(transit) 시킬 수 있다. 주위 온도(또는 외부 온도)의 변화에 따라 파장가변 광원은 복수의 디튜닝 곡선들을 획득할 수 있다. 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절함으로써 복수의 디튜닝 곡선들 상의 최적 동작 지점으로 동작 상태를 시프트 시킬 수 있다. S140 단계는 도 13 내지 도 15에서 좀 더 구체적으로 설명될 것이다.
일 실시 예에 따른 S140 단계에서, 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류의 레벨을 증가(또는 감소)시킴으로써 위상 제어 전류를 조절할 수 있다. 다른 예에서, 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류의 듀티(duty) 값을 증가(또는 감소)시킴으로써 위상 제어 전류를 조절할 수 있다. 또 다른 예에서, 파장가변 광원은 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류의 파형, 주파수, 파장, 또는 DC(direct current) 레벨을 증가(또는 감소)시킴으로써 위상 제어 전류를 조절할 수 있다. 상술된 위상 제어 전류를 조절하는 예시들은 본 발명의 범위를 제한하지는 않을 것이다. 이득 매질로부터 출력되는 파워가 일정해지는 경우, 도 1에서 설명된 파장가변 광원을 제어하는 방법은 종료될 수 있다.
도 2는 광대역 광원을 사용하는 파장분할 다중화 기반의 광 가입자 망 시스템(Wavelength Division Multiplexing-Passive Optical Network; WDM-PON)을 설명하기 위한 개념도이다. 도 2를 참조하면, WDM-PON(100)은 음성, 데이터, 및 방송의 융합 서비스를 제공할 수 있다. WDM-PON(100)은 중앙 기지국(Center Office; CO)과 가입자 간의 통신이 각 가입자에게 정해진 파장을 사용한다. WDM-PON(100)은 중앙 기지국(CO) 측에 놓이는 기지국 송수신 장치(Optical Line Terminal; OLT)(110), 가입자 측에 놓이는 가입자 단말 장치(Optical Network Unit; ONU 또는 Optical Network Terminal; ONT)(130) 및 옥외 노드(Remote Node; RN)(120)를 포함할 수 있다. 기지국 송수신 장치(110)와 옥외 노드(120)는 단심의 피더(Feeder) 광섬유(117)로 연결되고, 옥외 노드(120)와 가입자 단말 장치(130)는 분배(Distribution) 광섬유(125)로 연결될 수 있다.
기지국 송수신 장치(110)로부터 가입자 단말 장치(130)로 전송되는 하향 광은 기지국 송수신 장치(110)의 광대역 광원(Broadband Light Source; BLS)(112)으로부터 제 1 써큘레이터(Circulator 또는 Optical Circulator)(114) 및 파장 분할 다중화 및 역다중화 기능을 수행하는 배열 도파로 격자(Arrayed Waveguide Grating; AWG)(113)를 통해 기지국 송수신 장치(110)의 광 송신기(Reflective Semiconductor Optical Amplifier; RSOA)(111)로 전달될 수 있다.
기지국 송수신 장치(110)의 광 송신기(111)로 전달된 하향 광은 다시 배열 도파로 격자(113), 제 1 써큘레이터(114) 및 제 2 써큘레이터(115)를 거쳐 피더 광섬유(117)를 통해 옥외 노드(RN)(120)의 배열 도파로 격자(123)로 전달되고, 다시 분배 광섬유를 통해 가입자 단말 장치(130) 내의 광 커플러(Optical Coupler)(133)에 전달된다. 여기서 광 커플러(133)는 다양한 실시 예에서 써큘레이터일 수 있다. 광 커플러(133)에 입력된 하향 광은 가입자 단말 장치의 광 송신기(131) 및 광 수신기(132)로 전달될 수 있다.
가입자 단말 장치(130)로부터 기지국 송수신 장치(110)로 전달되는 상향 광은 하향 광과 반대 방향으로 전달될 수 있다. 상향 광은 가입자 단말 장치의 광 송신기(131)로부터 광 커플러(133), 분배 광섬유(125)를 통해 옥외 노드(120)으로 전달된다. 상향 광은 옥외 노드(120)의 배열 도파로 격자(AWG)(123), 피더 광섬유(117)를 통해 기지국 송수신 장치(110)로 전달된다. 전달된 상향 광은 제 2 써큘레이터(115) 및 기지국 송수신 장치의 배열 도차로 격자(118)를 거쳐 기지국 송수신 장치(110)의 광 수신기(116)로 전달될 수 있다.
도 2의 실시 예와 같이 광대역 광원을 이용한 WDM-PON(100)은 기지국 송수진 장치(110)의 광원을 가입자 단말 장치(130)에서도 사용하기 때문에 가입자 단에서 별도의 광원을 확보할 필요가 없다. 따라서, 색-무의존도(colorless)의 시스템을 구현할 수 있다. 하지만, 광대역 광원을 이용한 WDM-PON(100)은 별도의 광대역 광원을 이용하여 씨앗 광원을 주입하고, 이를 RSOA(111)에서 증폭 및 변조하기 때문에 속도의 제한이 생겨 10Gbps(Giga bit per second) 급 시스템에서는 사용하기 힘든 방식으로 인식되고 있다. 이를 보완하기 위해 반사형 전계흡수 변조기를 집적한 소자가 대안으로 제시되고 있다.
도 3은 파장가변 광원을 이용한 파장분할 다중화 기반의 광 가입자 망 시스템의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, WDM-PON(200)은 중앙 기지국(CO) 측에 놓이는 기지국 송수신 장치(OLT)(210), 가입자 측에 놓이는 가입자 단말 장치(ONU 또는 ONT)(230) 및 옥외 노드(RN)(220)를 포함할 수 있다. 기지국 송수신 장치(210)와 옥외 노드(220)는 단심의 피더 광섬유(217)로 연결되고 옥외 노드(220)와 가입자 단말 장치(230)는 분배 광섬유로 연결될 수 있다.
하향 광은 기지국 송수신 장치(210)의 파장가변 광원(Tunable Laser Diode; TLD)(211)으로부터 파장분할 다중화(WDM) 필터(213)를 통해 기지국 송수신 장치(210)의 배열 도파로 격자(AWG)(214)로 전달된다. 전달된 하향 광은 피더 광섬유(217)를 통해 옥외 노드(220)으로 전달되며, 하향 광은 옥외 노드(220)의 배열 도파로 격자(AWG)(223)를 거쳐 분배 광섬유(225)를 통해 가입자 단말 장치(230)의 파장분할 다중화(WDM) 필터(233)로 전달된다. 전달된 하향 광은 파장분할 다중화(WDM) 필터(233)를 거쳐 가입자 단말 장치(230)의 수광부(PD)(232)에 전달될 수 있다. 상향 광은 가입자 단말 장치(230)의 기지국 송수신 장치(210)의 파장 가변 광원(TLD)(231)으로부터 하향 광과 반대 방향으로 진행하여 기지국 송수신 장치(210)의 수광부(PD)(212)에 전달될 수 있다.
도 3의 실시 예는 도 2의 실시 예와는 달리, 특정 파장에 대한 의존성이 없는 시스템을 구성하기 위하여 파장 가변 광원(TLD)(211, 231)을 기지국 송수신 장치(210)와 가입자 단말 장치(230) 각각에 포함한다. 도 3의 파장가변 광원을 이용한 WDM-PON은 기지국 송수신 장치(210)와 가입자 단말 장치(230)가 모두 광원을 보유해야 한다는 제한이 있으나 레이저를 사용하는 구조이므로 도 2의 실시 예와 비교하여 속도 측면에서 높은 성능을 구현할 수 있다. 따라서, 파장 가변 광원을 이용한 WDM-PON은 저비용으로 신뢰성 있고 높은 성능의 파장 가변 광원을 만드는 것이 중요하다.
외부 공진기형 파장가변 레이저는 외부 공진기를 통해 발진 광이 필터링 되기 때문에 이에 의해 단일 모드 발진(lasing)에 유리하다. 그러나, 외부 공진기가 특정 조건에서 안정된 발진 조건을 갖고 있다고 하더라도 인가되는 전류나 외부 기온 등이 변화하게 되면 발진 모드가 이동할 수 있다. 이 경우, 외부 공진기형 파장 가변 레이저에서 인접 모드로의 모드 호핑(hopping) 현상이 발생하기도 하고, 경우에 따라서는 멀티 모드 레이징 등의 현상이 보이기도 한다. 모드 호핑 또는 멀티 모드 레이징과 같은 현상이 발생하는 경우, 단일 모드로 일정한 파장을 사용하는 광통신 분야에서 전송 데이터의 에러율이 높아질 수 있다.
따라서, 외부 공진기형 파장 가변 레이저를 사용하는데 있어서 주어진 조건 하에서 안정된 파장 영역을 결정하거나 주어진 파장 영역에서 안정된 조건을 결정하는 것이 중요하다.
이하, 본 발명의 실시 예에서는 설명의 편의상 주로 열광학(thermo-optic; TO) 효과를 이용한 외부 공진기형 파장가변 레이저를 기준으로 설명한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 본 발명의 실시 예에 따른 외부 공진기형 레이저를 제어하는 방법은 일반적인 외부 공진기형 레이저에 동일하게 적용되어 개별 소자 방식에 맞게 적용될 수 있다.
파장가변 광원은 광 통신, 스펙트로스코피(spectroscopy), 센서 등의 분야에서 사용되는 핵심 소자로써, 파장 가변 광원을 구현하기 위해 다양한 기술이 제안되고 있다. 파장 가변 광원은 SG-DBR(sampled grating distributed Bragg Reflector)을 비롯한 반도체 소자를 이용해 버니어(Vernier) 효과를 사용하는 단일 집적 레이저, 외부 그레이팅 반사경을 이용한 외부 공진기 레이저, 여러 단일 파장 광원을 어레이(array) 형태로 만들어 다파장을 구현하는 어레이 레이저 등이 대표적이다.
외부 공진형 파장가변 레이저에서 사용되는 파장가변 기술은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술을 이용해 회절 각도로 파장을 분리해 주는 기술, 열광학 효과를 이용한 기술, 액정(liquid crystal)과 같은 전압 또는 전류에 의해 파장을 가변하는 기술 등으로 분류될 수 있다.
단일 집적에 의한 파장 가변 방식은 많은 발전이 있었으나, 수율 문제로 인한 고가격으로 인해 문제점을 가지고 있다. 어레이 레이저의 경우 그 크기 및 수율로 인해 역시 적용에 한계를 가지고 있다. 외부 공진기 레이저의 경우 안정적인 레이저 구동은 어느 정도 가능하나, 외부 공진기 레이저가 가질 수 밖에 없는 큰 크기에 의한 제약과 고속 동작의 제한이 존재하게 된다.
도 4a 및 도 4b는 파장가변 광원의 동작 특성 및 위상 제어 전극의 위치를 나타낸 개념도이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 파장가변 광원들(300a, 300b)는 이득 매질(301; gain medium 또는 반도체 이득 매질), 외부 반사경(303; 또는 폴리머 브래그 반사경(polymer bragg reflector; PBR)), 위상 제어기(305), 및 모니터 포토다이오드(307)를 포함할 수 있다. 이득 매질(301)은 광원의 발진에 필요한 이득을 제공해주기 위해 구현될 수 있다. 이득 매질(301)은 반도체 재료나 결정 또는 기체 분자 등으로 이루어지며, 외부 광에 의한 펌핑 또는 전류 주입에 의해 이득을 얻을 수 있다. 반도체 레이저 등에서는 외부 반사경(303)과의 광 결합을 향상시키기 위해 모드 변환기 등을 집적할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서, 예로서, 이득 매질(301)의 길이(Lin1, Lin2) 또는 이득 매질(301) 내에서 고반사 코팅면(HR) 및 저반사 코팅면(AR) 사이의 거리는 500 마이크로미터(um)일 수 있다.
외부 반사경(303)은 파장가변 광원들(300a, 300b)으로부터 출력되는 빛의 파장을 가변시킬 수 있다. 외부 반사경(303)은 반사되는 중심 파장을 변화시켜 주기 위해 구현된 것으로, 예를 들어, 열광학 효과나 플라즈마 효과 등에 의해 파장을 가변해줄 수 있다. 외부 반사경(303)은 이득 매질의 외부에 파장 선택성이 없는 거울이나 또는 파장 선택성이 있는 브래그 그레이팅 거울(Bragg Grating Reflector) 등을 이용해 구현될 수 있다.
파장가변 광원들(300a, 300b)은 외부 반사경(303)을 기반으로 파장 가변 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 파장가변 광원들(300a, 300b)은 외부의 전류 주입, 온도 변화 또는 각도 조절 등을 기반으로 이득 매질(301)에서 생성된 광 신호가 통과 또는 반사되는 대역의 변화가 발생하는 파장가변 필터를 이용해 구현될 수 있다. 파장가변 광원들(300a, 300b)은 폴리머 재료 또는 반도체 재료 등을 사용하여 구현될 수 있다. 파장가변 광원들(300a, 300b)은 플라즈마 효과나 열광학 효과에 의한 굴절률 변화를 일으키거나 회절 각도의 변화에 의한 파장 변화를 이용해 파장 가변이 가능하도록 구현될 수 있다.
파장가변 광원들(300a, 300b)이 열광학 효과를 기반으로 한 파장가변 레이저로 구현되는 경우, 수퍼루미네슨트 다이오드(superluminescent diode; SLD)로 구현되는 이득 매질(301)과 열광학 효과가 큰 폴리머나 반도체 재료에 분산 브래그 그레이팅을 형성한 외부 반사경을 광 결합할 수 있다.
파장가변 광원들(300a, 300b)은 열 광학 효과를 이용해 파장을 조절할 수 있다. 구체적으로, 파장가변 광원들(300a, 300b)은 히터 전극을 형성하여 소자의 굴절률을 조절할 수 있다. 즉, 광원의 구동 파장이 히터 전극의 발열에 의한 온도 변화에 의해 가변 되므로 파장을 변화시키기 위한 제어 방식이 용이할 수 있다. 다만, 파장가변 광원들(300a, 300b)의 재료 자체가 온도에 민감하게 파장이 변화할 수 있으므로, 외부의 환경 변화에 쉽게 발진 특성이 변화될 수도 있다.
따라서 이득 매질(301)과 외부 반사경(303)만을 가진 외부 공진기형 파장가변 광원은 외부의 환경 변화에 따른 발진 모드가 불안정할 수 있으며, 이를 해결하기 위해 위상 제어기(phase controller)(305)가 필요하다.
위상 제어기(305)는 도 4a와 같이 외부 반사경(303)에 집적되어 구현될 수도 있고(파장가변 광원(300)), 그리고 도 4b와 같이 이득 매질(301)에 집적되어 구현될 수 있다(파장가변 광원(300b)). 도 4a 및 도 4b 두 경우 모두 기능상으로는 동일하나 실제 소자를 구현했을 때의 특성 제어 측면에서 차이가 있다.
구체적으로, 파장가변 광원들(300a, 300b)을 구현하기 위해서는 이득 매질(301)과 외부 반사경(303) 사이에 특성을 저해하는 기생 반사가 생겨서는 안 되는데, 이득 매질(301)에서는 상대적으로 저반사 코팅이나 틸트(tilt) 구조의 불완전성으로 인해 저반사 코팅면(AR)에 잔류 반사율(r2)을 가질 수 있다. 이득 매질(301)이 바라보는 반사율은 잔류 반사율(r2)와 외부 반사경(303)에 의한 반사가 복합적으로 작용해 발생하는 캐비티 미러(cavity mirror)의 반사율(rR)이 되게 된다. 이득 매질(301)의 고반사 코팅면(HR)은 반사율(r1)을 가질 수 있다.
도 4a와 같이 위상 제어기(305)가 외부 반사경(303)에 집적되어 구현된 경우에는 잔류 반사가 일어나는 부분이 외부 반사경(303)을 기준으로 위상 제어기(305)의 바깥 쪽에 놓이기 때문에 발진 모드의 위상을 변화시켜 주기 위해 위상 제어기(305)를 동작시키면 캐비티 미러의 내부 위상도 변화하여 반사율의 형상 자체가 바뀔 수 있다. 예로서, 도 4a의 이득 매질(301) 및 위상 제어기(305) 간의 거리(Lext1)는 3미리미터(mm)보다 작을 수 있다.
도 4b와 같은 경우에는 잔류 반사가 위상 제어기(305)의 안쪽에 놓이기 때문에 캐비티 미러의 반사율의 변화 없이 모드만 이동한다. 따라서 도 4b와 같은 경우, 반사율 특성의 제어 측면에서는 유리하나 발열에 의한 이득 매질(301)의 특성 저하나 전기적인 분리(isolation), 공진기 길이의 증가 문제가 있다. 예로서, 도 4b의 위상 제어기(305) 및 외부 반사경(303) 간의 거리(Lext2)는 3미리미터(mm)보다 작을 수 있다.
모니터 포토다이오드(309)에는, 이득 매질(301)로부터 출력되는 파워에 따라 결정되는 모니터 전류가 흐를 수 있다. 모니터 포토다이오드(309)는 모니터 전류에 기초하여 이득 매질(301)로부터 출력되는 파워를 모니터링 할 수 있다. 모니터 포토다이오드(309)는 파장가변 광원들(300a, 300b)의 후면에 위치할 수 있다. 모니터 포토다이오드(309)는 이득 매질(301)의 고반사 코팅면(HR)의 출력 파워를 읽을 수 있는 부분에 위치할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 모니터 포토다이오드(309)의 위치는 예시적인 것이며, 본 발명의 범위를 제한하지는 않는다.
도 5는 파장가변 광원에서 제어해야 할 소자 변수들을 나타내는 도면이다. 파장가변 광원(400)은 이득 매질(401), 외부 반사경(403), 위상 제어기(405), 모드 변환기(407), 모니터 포토다이오드(409), 및 모듈(또는 열전 냉각기로 지칭; thermoelectric cooler; TEC)를 포함할 수 있다. 이득 매질(401), 외부 반사경(403), 위상 제어기(405), 및 모니터 포토다이오드(409)는 도 4a의 이득 매질(301), 외부 반사경(303), 위상 제어기(305), 및 모니터 포토다이오드(309)와 실질적으로 동일할 수 있다. 이득 매질(401), 외부 반사경(403), 위상 제어기(405), 모드 변환기(407), 및 모니터 포토다이오드(409)는 모듈(TEC) 상에 위치할 수 있다.
도 5를 참조하면, 위상 제어기(405)가 외부 반사경(403)에 위치하며 이득 매질(401)에는 모드 변환기(407)가 달릴 수 있다. 일 예로서, 모드 변환기(407) 및 위상 제어기(405) 간의 거리(Lext3)는 3미리미터(mm)보다 작을 수 있다. 일 예로서, 이득 매질(401)의 길이(Lin3) 또는 이득 매질(401) 내에서 고반사 코팅면(HR) 및 저반사 코팅면(AR) 사이의 거리는 500 마이크로미터(um)일 수 있다.
파장가변 광원(400)의 파장을 맞추기 위해서는 전체 모듈(TEC)의 온도(Tmodule)를 고정한 채, 브래그 격자상에 형성된 히터 전극에 전류를 가해 파장을 원하는 파장 근처로 보내고 위상 제어기(405)를 제어한다. 이 경우, 원하는 파장을 만들어 낼 수는 있으나, 디튠드 로딩 효과(detuned loading effect)에 의한 첩(chirp) 저감을 일부 파장에 대해서만 얻을 수 있다. 즉, 원하는 파장에서 원하는 디튜닝(detuning) 정도를 얻기 위해서는 수동영역의 위상(Ф1), 능동 영역의 위상(Ф2) 및 발진 파장(λPBR)을 동시에 조절해 주어야 한다. 따라서, 제어 가능한 변수인 위상 제어기(405), 외부 반사경(403)으로 인가되는 전류 및 전체 모듈(TEC)의 온도를 동시에 제어하여야 한다.
도 6a 및 도 6b는 파장가변 광원에서 디튠드 로딩 효과를 설명하기 위한 도면들이다. 각각의 도면에 대해서 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
도 6a는 브래그 격자로 구현된 외부 반사경의 파장(Wavelength of PBR)에 따른 반사율(REFLECTIVITY)을 변화를 표시한 그래프와 장파장 디튜닝을 한 발진 모드를 표시한 그래프이다. 도 6a를 참조하면, 외부 공진기형 파장 가변 레이저의 발진 모드가 안정화 영역 바깥으로 이동하지 않는 조건하에서는 장파장으로 보낼수록 유효 미분 이득의 증가 등으로 유효 선폭 증가 계수가 감소하여 전송 페널티가 감소하게 된다.
도 6b는 디튜닝에 따른 비트 에러율(bit-error rate; BER)을 나타내는 그래프이다. 도 6b 를 참조하면, 네모 모양을 점선으로 연결한 선들은 1545 nm 파장에서 10 Gbps로 직접 변조한 신호의 전송 전(before transmitted) 비트 에러율(BER)이고, 원 모양을 실선으로 연결한 선들은 20km 전송하였을 때(after transmitted)의 비트 에러율이다. 동일 무늬들(1~6)은 동일 조건들(예컨대, 디튜닝되는 파장 값들)을 표시하는 것이며 화살표는 장파장 디튜닝 방향을 표시한 것으로 장파장으로 디튜닝 될수록 페널티는 감소하는 것을 볼 수 있다. 예를 들어, 전송 전(before transmitted) 및 전송 후(after transmitted)에서 그래프 1에서 그래프 6으로 갈수록 디튜닝 되는 파장은 길어질 수 있다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d는 직접 변조를 하는 파장가변 광원에서 첩을 줄여 주는 디튠드 로딩 효과에 대해 설명하는 도면들이다. 도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d를 참조하면, 도 5의 실시 예를 통해 설명된 수동 영역의 위상(Ф1)의 변화에 따라 소자에서 얻을 수 있는 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 변화가 도시된다. 도 6a, 6b, 6c 및 6d의 각 도면들 상에 표시한 각도가 수동 영역의 위상(Ф1)에 해당하는데, 외부 반사경의 반사율 곡선(Reflectivity of PBR; rPBR)은 수동 영역의 위상(Ф1)에 따라 곡선(Refectivity of rR)으로 변화된다. 이러한 반사율 변화에 따라 얻을 수 있는 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 곡선이 도시되었다. 즉, 도 7a는 수동 영역의 위상(Ф1)이 40도인 경우, 7b는 수동영역의 위상(Ф1)이 160도인 경우, 7c는 수동 영역의 위상(Ф1)이 280도인 경우 그리고 7d는 수동 영역의 위상(Ф1)이 340도인 경우의 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 변화를 나타낸다.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 및 도 7d를 참조하면, 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 곡선 상의 점이 모드 안정화 영역을 계산해 얻은 장파장쪽 안정화 영역의 끝으로 진행할 수록, 재료의 유효 선폭 향상 계수(αtransient)가 5를 갖는 소자에서 위상 변화에 따라 얻을 수 있는 유효 선폭 향상 계수(αtransient)의 차이가 크다. 즉, 원하는 파장에서 가장 좋은 첩 특성을 얻기 위해서는 수동 영역의 위상이 160도인 상황(도 7b)에서 발진 모드가 장파장 끝에 놓여야 함을 알 수 있고, 따라서 이를 위해 추가적인 소자 변수의 조절이 필요하게 된다.
장거리 전송에 적합한 장파장 디튜닝 설정에 사용할 수 있는 방법으로는 간접적으로 OSA를 통한 파장 변화를 모니터링 하는 방법과, 전송 아이 다이어그램(eye diagram) 또는 에러율 페널티(BER penalty)의 측정을 통한 전송 특성을 직접적으로 확인하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법들은 별도의 측정 장비를 사용하여야 하기 때문에 실제 소자를 사용하는 환경에서는 적용하기 어렵다. 뿐만 아니라 소자의 제어 변수가 세 가지인 경우 조건을 찾기 위한 조합이 너무 많아 이러한 측정 방법으로는 너무 오랜 시간이 걸리게 된다. 반면에 광 파워 또는 전압은 별도의 측정 또는 제어 장비 없이도 간단하게 모니터링 할 수 있으며 빠르게 데이터의 수집도 가능하다. 따라서, 디튜닝 상태와 이들 값의 변화의 상관 관계를 이용해 실용적인 디튜닝 제어가 가능하다. 본 발명에서는 광 파워의 모니터링을 통해 디튜닝 제어를 할 수 있는 방법을 개시 한다.
도 8a 및 도 8b는 파장가변 광원에서 출력 파워가 결정되는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8a 및 도 8b는 도 5를 참조하여 설명될 것이다. 파장 가변 레이저(400)는 외부 반사경(403)을 통과해 나오는 출력과 이득 매질(401)의 고반사 코팅면(HR; 반사율 r1)을 통해 나오는 출력을 가질 수 있다. 이 중, 외부 반사경(403)을 통과해 나오는 출력을 POWERPBR, 이득 매질(401)의 고반사 코팅면(HR)을 통해 나오는 출력을 POWERHR, 그리고 이득 매질(401)의 저반사 코팅면(AR)을 통해 나오는 출력을 POWERAR로 명명한다.
또한, 도 8a의 POWERAR은 이득 매질(401)의 잔류 반사율(r2)을 가지는 면에서 외부 반사경(403)으로 출력되는 파워를 나타낸 것이다. 도 6a와 같은 반사율 곡선을 갖는 외부 반사경(403)의 영향으로 POWERAR은 도 8a에서와 같이 반사율이 큰 0 디튠드 주파수(detuned frequency) 부근에서 가장 높다. 도 8b를 참조하면, 파장에 따른 특성이 동일하게 적용되는 고반사 코팅면(HR)으로의 출력 파워 POWERHR는 POWERAR과 비슷한 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 도 8a의 투과되는 비율(transmitted ratio)은 POWERAR중에 외부 반사경(403)을 통과해 나가는 광의 비율을 나타낸다. 이는 반사율의 영향으로 0 디튠드 주파수 부근에서 가장 작고 반사율이 낮아 지는 양쪽 주파수 영역으로 올라갈수록 커지는 것을 볼 수 있다. 결과적으로 POWERPBR은 이득 매질(401)을 빠져 나가는 파워(POWERAR)와 투과되는 비율에 의해 결정이 되기 때문에 도 8b에 도시된 그래프의 형태를 가질 수 있다. POWERPBR, POWERHR를 비교해 보면 무엇보다 디튜닝에 따른 파워 변화의 정도가 차이가 많이 나는 것을 알 수 있다. 즉, 반사율의 파장 의존성 영향을 서로 다른 방향으로 받는 POWERPBR에 비해 한 방향으로만 받는 POWERHR이 훨씬 큰 파워 변화를 보이는 것을 알 수 있고 이러한 큰 변화는 특성을 모니터링 하는데 유리하다.
도 9a 및 도 9b는 파장가변 광원의 양단에 출력되는 파워를 측정한 그래프이다. 도 9a 및 도 9b에서는, 위상 제어 전류(PC current)가 증가 또는 감소하는 경우들에 대해서 그래프들이 도시되었다. 구체적으로, 도 9a 및 9b는 디튜닝에 따른 파워 변화를 측정한 것으로 동일한 동작 조건에서 두 파워를 비교해 보면 도 8a 및 도 8b의 결과들과 마찬가지로 POWERHR을 모니터 포토다이오드(409)로 받아 측정된 모니터 전류(m-PD current)가 POWERPBR에 비해 훨씬 큰 비율도 변화되는 것을 볼 수 있다. 또한, 장파장 디튜닝 끝에서 훨씬 명확한 파워 변화를 보인다는 것이다. 이 두 가지 특성으로부터 본 발명에서는 파장가변 광원(400)의 파워 모니터링을 통한 디튜닝 제어는 POWERHR을 이용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d는 파장가변 광원에서 각 수동 영역의 위상들에서 디튠드 주파수에 따른 출력 파워들(POWERPBR, POWERHR)을 나타내는 그래프들이다. 구체적으로 도 10a는 수동 영역의 위상(Ф1)이 40도인 경우, 10b는 수동영역의 위상(Ф1)이 160도인 경우, 10c는 수동 영역의 위상(Ф1)이 280도인 경우 그리고 10d는 수동 영역의 위상(Ф1)이 340도인 경우의 출력 파워의 변화를 나타낸다. 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d를 참조하면, 첩 특성이 좋지 않은 위상 조건을 갖는 도 10d가 디튜닝에 따라 나타날 수 있는 최대 파워가 가장 작은 것을 볼 수 있다. 파워를 이용한 디튜닝 제어 방법을 도 3a 및 도 3b에서 언급한 두 가지 소자 구조에 대해 각각 상세히 설명한다.
도 3b와 같은 위상 제어기(305)의 구조를 갖는 소자는 위상 제어기(305)에 전류를 인가하여 디튜닝이 일어나게 하면(디튜닝 스윕(detuning sweep)), 일정한 수동 영역의 위상(Ф1)을 갖기 때문에 외부 반사율 곡선의 변화 없이 발진 모드만 디튜닝이 된다. 따라서, 이 경우, 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d와 같은 형태의 곡선을 획득할 수 있다. 이를 여러 다른 모듈 온도 및 외부 반사경(303)에 인가되는 히터 전류에서 측정하게 되면 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d의 곡선들 중 하나를 획득 하게 되며, 이들 중 가장 좋은 첩 조건에 해당하는 도 10b와 같은 조건을 선택하여 소자 조건을 설정해 주면 된다.
도 3a와 같은 소자 구조에서는 위상 제어기(305)를 동작 시키면 수동 수동 영역의 위상(Ф1)이 계속 바뀌어 이 값을 고정하고 계산한 도 10a, 도 10b, 도 10c, 및 도 10d의 POWERHR 곡선과 같은 결과를 얻을 수 없다. 그러나, 장파장 안정화 영역 끝에서 모드가 동작하기 위해서는 대략적으로 180도의 위상 차이가 나는 디튠드 주파수(detuned frequency)가 0인 지점을 통과하는 성질을 이용해 최소 첩 조건을 설정해 줄 수 있다. 즉, 여러 조건의 모듈 온도 및 외부 반사경 히터 전류에 대해서 위상 제어기(305)의 전류를 변화시켜 가면서 디튜닝 스윕을 해 주면 여러 곡선을 얻게 되는데 이 중 최대값이 가장 작은 곡선이 최소 첩 특성을 얻을 수 있는 모듈 온도 및 외부 반사경(303)에 인가되는 히터 전류 조건에 해당하고, 이 조건에서 장파장 디튜닝을 해서 안정화 영역 끝으로 보내면 원하는 최소 첩 조건을 얻을 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예에 따라 일정한 온도에서 외부 반사경의 히터 전류를 변화시키면서 디튜닝 스윕을 진행하는 경우 나타나는 출력 파워의 변화에 따른 전송 페널티를 나타낸 그래프이다. 즉, 도 11a 및 도 11b는 모듈(TEC)의 온도를 일정하게 유지한 상태에서 외부 반사경(303)의 히터 전류(heater current)만을 변화시켜 파장을 바꾸어 가면서 디튜닝 스윕을 수행했을 때 얻은 모니터 포토다이오드(309)의 출력 전류(모니터 전류)로 나타낸 POWERHR와 각각의 모듈 온도(Tmodule) 및 히터 전류 하에 최적화된 첩 조건에서 10Gbps 속도로 직접 변조한 신호를 20km 전송한 파워 패널티를 나타내는 그래프이다.
도 11a 및 11b를 참조하면, 디튜닝 스윕 곡선 상의 최대값이 제일 작은 조건이 전송 페널티가 제일 작은 값을 갖는다. 이러한 조건은 도 11a 및 도 11b의 측정 결과에서 보이는 것처럼 온도를 일정하게 유지한 상태에서는 특정한 파장에 대해서만 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 한편 최소 첩 조건에 해당하는 모듈 온도 및 히터 전류하에서 장파장 디튜닝의 지점은 디튜닝 스윕 시의 최소 파워 지점에서 일정한 오프셋을 주어 설정한다. 이는 최소값 부근에서는 첩에 의한 외부 공진기 레이저 모드의 호핑이 발생하기 때문이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시 예에 따라 일정한 파장(λ=1545.32nm)을 유지하기 위해 온도와 외부 반사경의 히터 전류를 동시에 변화시켜 주면서 디튜닝 스윕을 하는 경우 나타나는 후면 출력 파워의 변화와 이에 따른 전송 페널티의 변화를 나타낸 그래프이다.
구체적으로 도 12a 및 도 12b는 파장을 일정하게 하기 위해 모듈 온도(Tmodule)와 외부 반사경의 히터 전류를 동시에 변화시켜 가면서 측정한 디튜닝 곡선(또는 디튜닝 스윕 곡선)과 각 조건에서 얻은 전송 페널티를 측정한 결과이다. 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 어떤 파장에서라도 모듈 온도(Tmodule)를 포함한 조건을 최적 값으로 설정하면 최소 첩 조건의 동작이 가능하다.
도 13은 주위 온도-이득 매질의 온도 간의 관계를 도시하는 그래프 및 주위 온도-레이저의 발진 파장 간의 관계를 도시하는 그래프이다. 많은 광 모듈은 온도에 따라 특성이 많이 변화하기 때문에 써미스터(thermistor)와 열전소자를 이용해 일정한 온도를 유지시켜 주게 된다. 하지만 이를 통한 온도제어가 완벽한 것은 아니어서 실제로는 도 13에 표시한 것과 같이 외부 기온 변화에 의해 내부 부품의 온도가 변화하게 되게 이에 의해 출력 광 특성이 변화하게 된다. 즉, 외부 기온이 변하게 되면 외부 공진기 레이저의 패키지 내부 온도 분포가 변화하게 되고 이에 따라 써미스터로 온도를 모니터링 해 주는 부분의 온도는 일정하게 유지된다고 하더라도 레이저의 다른 부분 온도가 올라가게 된다. 이렇게 되면 레이저에 인가되는 모든 조건이 동일하게 유지된 상태에서도 도 11a나 도 12a의 디튜닝 곡선과 같은 경로를 따라 소자의 동작 상태(또는 디튜닝 상태)가 변화하게 된다.
도 13은 파장가변 광원(예컨대, 외부 공진기형 레이저)의 파장가변 필터의 온도를 일정하게 유지시키는 형태로 모듈의 온도를 조절한 채, 주위 온도(또는 외부 환경 온도)가 변화될 때 이득 매질(SLD; 301 또는 401)의 서브마운트(submount)의 온도(SLD Temperature)의 변화와 외부 반사경(303 또는 403)의 발진 파장(PBR Peak Wavelength)의 변화를 측정한 한 예이다. 결과에서 볼 수 있는 바와 같이 모듈의 온도가 25도(℃)로 일정하게 유지하여도 이득 매질(SLD; 301 또는 401) 부근의 온도가 변화되는 것을 볼 수 있고 이와 함께 레이저의 파장도 변화되는 것을 볼 수 있다.
이 경우 모듈 내의 온도 변화에 의한 특성 변화는 두 가지로 나타날 수 있는데 하나는 온도 변화에 따른 파장가변 필터의 중심 파장 변화이고 다른 하나는 온도 변화에 따른 발진 모드의 위상 변화 즉, 파장 이동의 형태로 나타나게 된다. 도 13rhk 같은 측정의 경우, 파장가변 필터의 온도를 일정하게 유지시켜 주는 형태로 온도 제어가 이루어 지고 있기 때문에 중심 파장의 변화는 거의 일어나지 않을 것이기 때문에 발진 파장의 변화는 대부분 온도 변화가 유발한 위상 변화에 따른 파장 변화가 될 것이다.
도 11a나 도 12a에서 볼 수 있는 바와 같이, 이러한 위상 변화는 후면 모니터 포토다이오드(309 또는 409)에 흐르는 전류로 모니터링이 가능하다. 따라서 초기에 최적 값으로 설정된 모듈의 동작 조건이 시간이 지나면서 주위 온도(또는 외부 온도)의 변화에 의해 특성 변화가 발생할 경우는 모니터 전류의 값을 일정하게 유지시켜 주는 형태로 제어를 해 주면 특성 유지가 가능하게 된다. 이러한 외부 공진기 레이저의 디튜닝 상태 유지 방법은 소자를 연속 발진 형태로 동작시키는 소자나 고속 데이터 변조를 통해 동작시키는 소자에도 공통적으로 적용이 가능한 방법으로 실제 모듈의 사용 조건에서 장시간 특성을 유지시켜 주는데 필수적인 방법이 된다.
도 14는 주위 온도(Ambient temperature)-발진 파장(peak wavelength) 간의 관계들을 도시하는 그래프들이다. 구체적으로, 도 14는 파장가변 레이저(예컨대, 외부 공진기형 레이저; external cavity laser; ECL) 및 외부 반사경(예컨대, 폴리머 브래그 반사경; polymer bragg reflector; PBR)의 온도들이 25도(℃)인 경우에서의 주위 온도(Ambient temperature)-발진 파장(peak wavelength) 간의 관계들을 도시하는 그래프들이다.
이득 매질(301 또는 401)이 올라간 서브마운트에서 온도를 측정해 모듈의 온도를 제어해 주는 경우에도 동일한 방법이 적용 가능한데 이는 도 14에서 보는 바와 같이 외부 온도 변화에 의한 내부 파장 변화가 상대적으로 커지게 되지만 대부분 위상 변화에 따른 디튜닝 상태의 변화가 대부분이어서 역시 모니터 포토다이오드(301 또는 401)에 흐르는 전류(예컨대, 모니터 전류)의 제어만으로 디튜닝의 변화를 막아 줄 수 있기 때문이다.
도 15는 위상 제어부의 출력-모니터 포토다이오드의 전류 간의 관계를 도시하는 그래프들이다. 도 15는 도 13 및 도 14를 참조하여 설명될 것이다. 도 11a나 도 12a에 보여준 디튜닝 스윕을 통해 찾은 최적 동작 상태를 가지는 지점을 제 1 주위 온도 곡선(TA1; Ambient Temperature 1) 상의 점 A라 가정한다.
최적 동작 상태를 유지시켜 주는 조건으로 소자를 동작시키면, 외부 온도 변화에 의해 디튜닝 곡선이 도면 상의 제 2 주위 온도 곡선(TA2; Ambient Temperature 2)으로 이동할 수 있다. 따라서 동작 지점이 최적의 지점이 아닌 점 B로 이동할 수 있다. 이는 외부 온도 변화에 의한 내부의 온도 변화는 위상을 변화시켜 주는 정도의 변화이기 실제로는 곡선의 형태는 거의 변함이 없이 평행 이동이 일어나기 때문이다.
제 2 주위 온도 곡선(TA2; Ambient Temperature 2) 상의 최적 동작 지점은 점 C이기 때문에 피드백 제어를 통해 점 A와 동일한 후면 모니터 포토다이오드(301 또는 401)에 흐르는 모니터 전류의 값(또는 레벨)에 해당하는 점 C로 이동시킴으로써 소자의 최적 동작 지점을 유지할 수 있다. 이 때, 디튜닝 곡선은 평행 이동만 일어난 상태이기 때문에 위상 제어 전류만을 조절해 점 A에 해당하는 모니터 포토다이오드(301 또는 401)에 흐르는 모니터 전류의 값(즉, 일정한 파워를 가지는 값)이 출력되도록 할 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.
100, 200: WDM-PON
300, 400: 파장가변 광원

Claims (1)

  1. 이득 매질 및 위상 제어기를 포함하는 파장가변 광원을 제어하는 방법에 있어서,
    제 1 시간에서 상기 이득 매질로부터 출력되는 제 1 광 신호의 제 1 파워, 및 제 2 시간에서 상기 이득 매질로부터 출력되는 제 2 광 신호의 제 2 파워를 모니터링 하는 단계;
    상기 제 1 파워를 상기 제 2 파워와 비교하는 단계; 및
    상기 제 1 파워 및 상기 제 2 파워가 상이한 경우, 상기 위상 제어기에 인가되는 위상 제어 전류를 조절하는 단계를 포함하는 파장가변 광원을 제어하는 방법.
KR1020190117281A 2019-06-04 2019-09-24 파장가변 광원을 제어하는 방법 KR20200139608A (ko)

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