KR101191236B1 - Multi-wavelength laser diode, multi-wavelength laser diode module, and wavelength division multiplexing optical communication system - Google Patents
Multi-wavelength laser diode, multi-wavelength laser diode module, and wavelength division multiplexing optical communication system Download PDFInfo
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Abstract
다파장 레이저 다이오드는, 제1 광 증폭기들, 제2 광 증폭기, 파장 선택기, 및 광 검출기를 포함한다. 제1 광 증폭기들은, 제1 내지 제n(상기 n은 2 이상의 자연수) 파장 신호를 각각 발생하고 증폭한다. 제2 광 증폭기는 모니터 파장 신호를 발생하고 증폭한다. 파장 선택기는, 상기 증폭된 제1 내지 제n 파장 신호와 상기 증폭된 모니터 파장 신호를 선택하여 출력한다. 광 검출기는 파장 선택기로부터 출력되는 모니터 파장 신호의 반사 파장 신호를 검출한다.
The multiwavelength laser diode includes first optical amplifiers, a second optical amplifier, a wavelength selector, and a photo detector. The first optical amplifiers generate and amplify the first to n th wavelengths (where n is a natural number of two or more). The second optical amplifier generates and amplifies the monitor wavelength signal. The wavelength selector selects and outputs the amplified first through n-th wavelength signals and the amplified monitor wavelength signal. The photo detector detects the reflected wavelength signal of the monitor wavelength signal output from the wavelength selector.
Description
본 발명은, 반도체 레이저(semiconductor laser)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다파장 레이저 다이오드(다파장 레이저)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제관리번호 : 2006-S-004-03, 과제명 : 실리콘 기반 초고속 광인터커넥션 IC]The present invention is derived from the research conducted as part of the IT source technology development of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Telecommunications Research and Development.
파장 분할 다중(WDM)(Wavelength Division Multiplexing) 방식의 수동형 광 가입자 망(PON)(passive optical network) 통신 시스템은, 각 가입자(subscriber)에게 고유의 파장(특정의 파장 신호)을 부여하고 그 부여된 고유의 파장을 이용하여 초고속 광대역 통신 서비스를 제공한다.A passive optical network (PON) communication system of wavelength division multiplexing (WDM) provides a unique wavelength (a specific wavelength signal) to each subscriber and gives the Inherent wavelength is used to provide high speed broadband communication services.
WDM 광 통신 시스템(optical communication system)은 통신의 비밀을 유지할 수 있다. 그리고 WDM 광 통신 시스템에 새로운 가입자가 추가되는 경우, 그 가입자에게 부여될 고유의 파장만이 WDM 광 통신 시스템에 추가될 수 있다. 따라서 WDM 광 통신 시스템은 가입자의 수를 용이하게 확대할 수 있는 장점이 있다.WDM optical communication systems can keep communications secret. And when a new subscriber is added to the WDM optical communication system, only the unique wavelength to be given to that subscriber can be added to the WDM optical communication system. Therefore, the WDM optical communication system has an advantage of easily expanding the number of subscribers.
WDM 광 통신 시스템은 다파장 광원(multi-wavelength light source)을 포함할 수 있다. 다파장 광원의 예는, 분산 피드백 레이저(distributed feedback laser), 분산 피드백 레이저 어레이(distributed feedback laser array), 다파장 레이저 다이오드(multi-frequency laser diode 또는 multi-wavelength laser diode), 및 극초단 펄스(picosecond pulse) 광원 등이 있을 수 있다.The WDM optical communication system may include a multi-wavelength light source. Examples of multi-wavelength light sources include distributed feedback lasers, distributed feedback laser arrays, multi-frequency laser diodes or multi-wavelength laser diodes, and ultra-short pulses ( picosecond pulse).
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다파장 레이저 다이오드의 출력 파장을 다파장 레이저 다이오드의 외부 기준(reference) 파장(외부 표준(standard) 파장)과 일치(alignment)시키기 위해 사용되는 다파장 레이저 다이오드, 상기 다파장 레이저 다이오드를 포함하는 다파장 레이저 다이오드 모듈, 및 다파장 레이저 다이오드의 출력 파장을 다파장 레이저 다이오드의 외부 기준 파장과 일치시킬 수 있는 파장 분할 다중 광 통신 시스템을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is a multi-wavelength laser diode that is used to align the output wavelength of the multi-wavelength laser diode with an external reference wavelength (external standard wavelength) of the multi-wavelength laser diode. A multi-wavelength laser diode module including the multi-wavelength laser diode, and a wavelength division multiple optical communication system capable of matching the output wavelength of the multi-wavelength laser diode with an external reference wavelength of the multi-wavelength laser diode.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다파장 레이저 다이오드는, 제1 내지 제n(상기 n은 2 이상의 자연수) 파장 신호를 각각 발생하고 증폭하는 제1 광 증폭기들; 모니터 파장 신호를 발생하고 증폭하는 제2 광 증폭기; 상기 증폭된 제1 내지 제n 파장 신호와 상기 증폭된 모니터 파장 신호를 선택하여 출력하는 파장 선택기; 및 상기 파장 선택기로부터 출력되는 모니터 파장 신호의 반사 파장 신호를 검출하는 광 검출기를 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a multi-wavelength laser diode according to an embodiment of the present invention, the first to n-th (where n is a natural number of two or more) wavelength signals, respectively generating and amplifying; A second optical amplifier for generating and amplifying the monitor wavelength signal; A wavelength selector for selecting and outputting the amplified first to nth wavelength signals and the amplified monitor wavelength signal; And a photo detector for detecting a reflected wavelength signal of the monitor wavelength signal output from the wavelength selector.
상기 다파장 레이저 다이오드는, 상기 제2 광 증폭기와 상기 광 검출기와 상기 파장 선택기의 출력 채널을 서로 연결하는 파워 스플리터를 더 포함할 수 있다.The multi-wavelength laser diode may further include a power splitter connecting the second optical amplifier, the photo detector, and an output channel of the wavelength selector to each other.
상기 파장 선택기는, 배열 도파로 격자(arrayed waveguide grating) 또는 평면 에쉘 격자(planar echelle grating)를 포함할 수 있다.The wavelength selector may comprise an arrayed waveguide grating or a planar echelle grating.
상기 파장 선택기는, 실리카(silica) 기판에 형성되고, 상기 제1 광 증폭기들과 상기 제2 광 증폭기와 상기 광 검출기는, 인듐 인(InP) 기판에 형성될 수 있다.The wavelength selector may be formed on a silica substrate, and the first optical amplifiers, the second optical amplifier, and the photo detector may be formed on an indium phosphorus (InP) substrate.
상기 제2 광 증폭기의 광 이득의 중심 파장이 상기 모니터 파장 신호의 중심 파장 보다 짧은 경우, 상기 광 검출기에서 검출되는 광 검출 전류의 전류 값은, 상기 다파장 레이저 다이오드의 온도의 증가에 따라 감소할 수 있다.When the center wavelength of the optical gain of the second optical amplifier is shorter than the center wavelength of the monitor wavelength signal, the current value of the photodetection current detected by the photodetector may decrease with increasing temperature of the multi-wavelength laser diode. Can be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 다파장 레이저 다이오드 모듈은, 제1 내지 제n(상기 n은 2 이상의 자연수) 파장 신호와, 모니터 파장 신호를 선택적으로 출력하는 파장 선택기와, 상기 출력된 모니터 파장 신호의 반사 파장 신호를 검출하는 광 검출기를 포함하는 다파장 레이저 다이오드; 상기 제1 내지 제n 파장 신호를 투과시키고, 상기 모니터 파장 신호의 반사 파장 신호를 상기 다파장 레이저 다이오드로 반사시키는 파장 필터; 상기 광 검출기로부터 광 검출 전류를 수신하고, 상기 수신된 광 검출 전류 중 제어 전류의 값에 대응하는 온도 제어 신호를 발생하는 제어 회로; 및 상기 온도 제어 신호에 응답하여, 상기 다파장 레이저 다이오드의 온도를 조절하는 온도 조절 장치를 포함할 수 있으 며, 상기 제어 전류의 값은 상기 모니터 파장 신호와 상기 모니터 파장 신호의 반사 파장 신호가 일치할 때의 값이고, 인접하는 전류 값 보다 상대적으로 큰 전류 값을 가지고, 상기 온도 조절 장치에 의해, 상기 다파장 레이저 다이오드로부터 출력되는 제1 내지 제n 파장 신호가 상기 다파장 레이저 다이오드의 외부 기준 파장 신호들과 일치될 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a multi-wavelength laser diode module according to an embodiment of the present invention, the first to n (n is a natural number of two or more) wavelength signal and a wavelength selector for selectively outputting a monitor wavelength signal; A multi-wavelength laser diode comprising a photo detector for detecting a reflected wavelength signal of the output monitor wavelength signal; A wavelength filter transmitting the first to n-th wavelength signals and reflecting the reflected wavelength signal of the monitor wavelength signal to the multi-wavelength laser diode; A control circuit for receiving a photodetection current from the photodetector and generating a temperature control signal corresponding to a value of a control current among the received photodetection currents; And a temperature adjusting device configured to adjust a temperature of the multi-wavelength laser diode in response to the temperature control signal, wherein the value of the control current coincides with the reflected wavelength signal of the monitor wavelength signal. The first to nth wavelength signals outputted from the multi-wavelength laser diode by the temperature control device have a current value that is relatively larger than an adjacent current value and are output from the multi-wavelength laser diode. Can be matched to wavelength signals.
상기 파장 필터는, 광 섬유 브래그 격자(FBG)를 포함할 수 있다.The wavelength filter may include an optical fiber Bragg grating (FBG).
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 파장 분할 다중(wavelength division multiplexing) 광 통신 시스템은, 제1 내지 제n(상기 n은 2 이상의 자연수) 파장 신호와, 모니터 파장 신호를 선택적으로 출력하는 파장 선택기와, 상기 출력된 모니터 파장 신호의 반사 파장 신호를 검출하는 광 검출기를 포함하는 다파장 레이저 다이오드를 포함하는 중앙국; 및 상기 출력된 제1 내지 제n 파장 신호와, 상기 출력된 모니터 파장 신호를 광 섬유를 통해 수신하고, 상기 수신된 제1 파장 신호 내지 제n 파장 신호를 대응하는 광 단말기들로 분배하는 파장 분할기와, 상기 수신된 모니터 파장 신호를 반사시켜 상기 광 검출기로 전송하는 반사 터미널을 포함하는 원격 노드를 포함할 수 있으며, 상기 중앙국은, 상기 광 검출기로부터 광 검출 전류를 수신하고, 상기 수신된 광 검출 전류 중 제어 전류의 값에 대응하는 온도 제어 신호를 발생하는 제어 회로; 및 상기 온도 제어 신호에 응답하여, 상기 다파장 레이저 다이오드의 온도를 조절하는 온도 조절 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어 전류의 값은 상기 모니터 파장 신호와 상기 모니터 파장 신호의 반사 파장 신호가 일치할 때의 값이고, 인접하는 전류 값 보다 상 대적으로 큰 전류 값을 가지고, 상기 온도 조절 장치에 의해, 상기 다파장 레이저 다이오드로부터 출력되는 제1 내지 제n 파장 신호가 상기 파장 분할기로부터 출력되는 제1 내지 제n 파장 신호와 일치될 수 있다.In order to achieve the above technical problem, a wavelength division multiplexing optical communication system according to an embodiment of the present invention, the first to n-th (where n is a natural number of two or more) wavelength signal and the monitor wavelength signal selectively A central station including a multi-wavelength laser diode including a wavelength selector for outputting a light beam and a photo detector for detecting a reflected wavelength signal of the output monitor wavelength signal; And a wavelength divider configured to receive the outputted first to nth wavelength signals and the outputted monitor wavelength signal through an optical fiber and to distribute the received first to nth wavelength signals to corresponding optical terminals. And a remote node comprising a reflective terminal for reflecting the received monitor wavelength signal and transmitting it to the photo detector, wherein the central station receives a photo detection current from the photo detector and receives the received light. A control circuit for generating a temperature control signal corresponding to the value of the control current among the detected currents; And a temperature adjusting device for adjusting a temperature of the multi-wavelength laser diode in response to the temperature control signal, wherein the value of the control current coincides with the reflected wavelength signal of the monitor wavelength signal. Is a value at the time of having a current value that is relatively larger than an adjacent current value, and wherein the first to nth wavelength signals output from the multi-wavelength laser diode are output from the wavelength divider by the temperature adjusting device. Can be matched to the 1 th to n th wavelength signals.
본 발명에 따른 다파장 레이저 다이오드는, 상대적으로 간단한 구성 요소들을 가지며, 다파장 레이저 다이오드의 출력 파장을 다파장 레이저 다이오드의 외부의 기준 파장과 일치시키기 위해 사용될 수 있다. 그 결과, 다파장 레이저 다이오드의 외부에 연결되는 WDM 필터(filter)(즉, 원격 노드(remote node)의 파장 분할기(wavelength divider))에서의 광 손실이 감소되어 광 통신 효율이 향상될 수 있다.The multiwavelength laser diode according to the invention has relatively simple components and can be used to match the output wavelength of the multiwavelength laser diode with an external reference wavelength of the multiwavelength laser diode. As a result, the optical loss in the WDM filter (ie, the wavelength divider of the remote node) connected to the outside of the multi-wavelength laser diode can be reduced, thereby improving optical communication efficiency.
또한, 본 발명에 따른 다파장 레이저는 상대적으로 간단한 구성 요소들을 가지므로, 본 발명의 다파장 레이저는 간단한 제작 공정에 의해 제작될 수 있고, DFB(distributed feedback) 레이저와 비교하여 수율이 향상될 수 있다. 그 결과, WDM 시스템을 구성하는 비용이 감소될 수 있다.In addition, since the multi-wavelength laser according to the present invention has relatively simple components, the multi-wavelength laser of the present invention can be manufactured by a simple fabrication process, and the yield can be improved as compared with a distributed feedback laser. have. As a result, the cost of constructing the WDM system can be reduced.
본 발명에 따른 다파장 레이저 다이오드 모듈은, 다파장 레이저의 출력 파장을 다파장 레이저의 외부 기준 파장과 일치시킬 수 있으므로, WDM 광 통신의 효율을 증가시킬 수 있다.The multi-wavelength laser diode module according to the present invention can match the output wavelength of the multi-wavelength laser with an external reference wavelength of the multi-wavelength laser, thereby increasing the efficiency of the WDM optical communication.
본 발명에 따른 파장 분할 다중 광 통신 시스템은, 중앙국에 포함된 다파장 레이저 다이오드의 출력 파장을, 외부 기준 파장인 원격 노드에 포함된 파장 분할기의 출력 파장과 일치시킬 수 있으므로, 광 통신 효율을 증가시킬 수 있다.The wavelength division multiple optical communication system according to the present invention can match the output wavelength of the multi-wavelength laser diode included in the central station with the output wavelength of the wavelength divider included in the remote node, which is an external reference wavelength. Can be increased.
본 발명 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.In order to fully understand the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail by explaining embodiment of this invention with reference to attached drawing. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다파장 레이저 다이오드(100)를 나타내는 도면이다. 다파장 레이저 다이오드(100)는 다파장 반도체 레이저(multi-wavelength semiconductor laser)로도 언급될 수 있다.1 is a diagram illustrating a
도 1을 참조하면, 다파장 레이저 다이오드(100)는, 제1 광 증폭기들(optical amplifiers)(110), 제2 광 증폭기(120), 파워 스플리터(power splitter)(130), 광 검출기(photo detector)(140), 파장 선택기(wavelength selector)(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the
제1 광 증폭기들(110)은, 반도체 광 증폭기 배열(array)이고, 다수의 반도체 광 증폭기들(semiconductor optical amplifiers)(111, 112, 113)을 포함한다. 제1 광 증폭기들(110)은, 제1 내지 제n 파장 신호(n은 2 이상의 자연수)를 각각 발생하고 증폭한다. 제1 내지 제n 파장 신호의 중심 파장들(center wavelengths)은, 각각 λ1 ~ λn이다. 파장 신호는, 파장, 파장의 빛(light of wavelength), 파장 채널(wavelength channel), 또는 광 출력으로도 언급될 수 있다. 설명의 편의상, 본 명세서에서는 상기 제1 내지 제n 파장 신호는 각각 λ1 ~ λn으로 표기된다.The first
제1 광 증폭기들(110)은, 전류원(current source)에 의한 전류 주입(current injection)에 의해 광 이득(optical gain)을 생성한다. 전류원은 다파장 레이저 다이오드(100)의 외부에 배치될 수 있다.The first
제2 광 증폭기(120)는 모니터용(monitor) 반도체 광 증폭기이고, 모니터(monitor) 파장 신호를 발생하고 증폭한다. 상기 모니터 파장 신호의 중심 파장은 λm이다. 설명의 편의상, 본 명세서에서는 상기 모니터 파장 신호는 λm으로 표기된다.The second
제2 광 증폭기(120)는, 전류원에 의한 전류 주입에 의해 광 이득을 생성한다. 전류원은 다파장 레이저 다이오드(100)의 외부에 배치될 수 있다. 모니터 파장 신호(λm)는 파워 스플리터(130)를 진행하는 동안 손실이 발생할 수 있으므로, 제2 광 증폭기(120)에 주입되는 전류량은 제1 광 증폭기들(110) 각각에 주입되는 전류량 보다 클 수 있다. 모니터 파장 신호(λm)는 제1 내지 제n 파장 신호(λ1 ~ λn)와 다른 파장 신호이다.The second
파워 스플리터(130)는 파장 선택기(150)의 출력 도파로(output waveguide)(151)의 하나의 채널(channel)을 분할하여 상기 출력 도파로(151)의 하나의 채널과 제2 광 증폭기(120)와 광 검출기(140)를 서로 연결한다.The
광 검출기(140)는, 모니터용 광 검출기이고, 파장 선택기(150)로부터 출력되는 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λmr 또는 λf)를 검출한다. 광 검출기(140)에서 검출되는 광 검출 전류의 전류 값은, 제2 광 증폭기(120)의 광 이득(optical gain)의 중심 파장(center wavelength)이 모니터 파장 신호의 중심 파장(λm) 보다 짧은 경우, 다파장 레이저 다이오드(100)(또는 파장 선택기(150))의 온도의 증가에 따라 감소할 수 있다. 반사 파장 신호(λmr)는 모니터 파장 신호(λm)가 다파장 레이저 다이오드(100)의 제1 절단면(facet)(160)에서 반사되어 광 검출기(140)에서 검출되는 파장 신호이다. 반사 파장 신호(λf)는 모니터 파장 신호(λm)가 다파장 레이저 다이오드(100)의 외부에 배치된 파장 필터(wavelength filter)에 의해 반사되어 광 검출기(140)에서 검출되는 파장 신호이다.The
광 검출기(140)는, 예를 들어, 광 다이오드(photodiode)로 구현될 수 있다. 상기 광 다이오드는 반도체 광 증폭기와 동일한 공정으로 제작되고, 역방향(backward bias)의 전압을 인가하여 동작시키거나 또는 매우 낮은 순방향(forward bias)의 전압을 인가하여 동작시킬 수 있다.The
제2 광 증폭기(120)와 파워 스플리터(130)와 광 검출기(140)는 다파장 레이저 다이오드(100)의 출력 파장 신호들과 다파장 레이저 다이오드(100)의 외부 기준 파장 신호들을 모니터링하는 파장 모니터링 기능(wavelength monitoring function)을 수행한다.The second
파장 선택기(150)는, 상기 증폭된 제1 내지 제n 파장 신호(λ1 ~ λn)와, 상기 증폭된 모니터 파장 신호(λm)를 선택하여 제1 절단면(160)을 통해 외부로 출력한다. The
파장 선택기(150)는, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 평판 도파로(planar waveguide)인 배열 도파로 격자(AWG)(arrayed waveguide grating)일 수 있다. 이하, 파장 선택기(150)는 배열 도파로 격자(AWG)를 예로 하여 설명한다.
파장 선택기(150)는, 출력 도파로들(output waveguides)(151), 제1 슬랩(slab) 도파로(152), 배열 도파로(arrayed waveguide)(153), 제2 슬랩 도파로(154), 및 입력 도파로(input waveguide)(155)를 포함한다.The
파장 선택기(150)는, 파장 선택 기능을 수행하는 파장 다중화기(multiplxer), 또는 파장 역다중화기(demultiplexer)로서 사용될 수 있다. 파장 선택기(150)가 파장 역다중화기로 사용될 때, 파장 선택기(150)는 입력 도파로(155)로 입력된 광 신호(optical signal)를 파장 신호의 중심 파장에 따라 출력 도파로들(151) 중 하나로 출력하는 파장 분할 소자이고, WDM 광 통신 시스템에서 중요한 소자이다.The
WDM 광 통신 시스템의 채널(channel)의 수가 증가할 때 파장 선택기(150)를 사용하는 경우 삽입 손실(insertion loss)이 작고, 파장 선택기(150)는 대량 생산하기가 쉽고, 파장 선택기(150)는 패키징(packaging) 비용도 낮다. 파장 선택기(150)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 다파장 레이저 다이오드에 사용될 수 있다. 파장 선택기(150)는, 집적형(integrated) 파장 스위치에도 사용될 수 있다.When the
다파장 레이저 다이오드(100)의 동작의 실시예가 다음과 같이 설명된다.An embodiment of the operation of the
제1 광 증폭기들(110)의 반도체 광 증폭기들(111, 112, 113)에서 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)를 각각 발생시킨다. 또한, 제2 광 증폭기(140)도 모니터 파장 신호(λm)를 발생시킨다.The first to nth wavelength signals λ1 to λn are generated by the semiconductor
상기 발생된 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)와 모니터 파장 신호(λm)는 대응하는 출력 도파로들(151)과 대응하는 배열 도파로(153)를 통해 선택되어 제1 절단면(160)에 도달한다. 상기 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)는, 배열 도파로(153)의 길이의 차이에 따라 일정한 파장 간격(spacing)(Δλ)을 가진다.The generated first to nth wavelength signals λ1 to λn and the monitor wavelength signal λm are selected through the
상기 제1 절단면(160)에 도달한 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)와 모니터 파장 신호(λm)는 제1 절단면(160)에서 반사되고 다시 파장 선택기(150)를 통해 제1 광 증폭기들(110)과 제2 광 증폭기(120)로 돌아온다. 파장 선택기(150)에 의해 선택된 제1 광 증폭기들(110)과 제2 광 증폭기(120)로 돌아온 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)와 모니터 파장 신호(λm)는 제1 광 증폭기들(110)과 제2 광 증폭기(120)에서 각각 증폭되고, 제2 절단면(170)들에서 다시 반사된다.The first to n th wavelength signals λ1 to λn and the monitor wavelength signal λm reaching the
제2 절단면(170)들에서 반사된 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)와 모니터 파장 신호(λm)는 다시 제1 광 증폭기들(110)과 제2 광 증폭기(120)에서 증폭되고, 파장 선택기(150)로 입력된다. 전술한 제1 절단면(160)과 제2 절단면들(170) 사이의 빛의 내부 공진에 의해 선택된 파장 신호(예를 들어, λ1)에서만 레이저 발진(oscillation)이 발생한다. 그 결과, 파장 선택기(150)의 입력 도파로(155)에서는 제1 광 증폭기들(110)과 제2 광 증폭기(120)의 개수만큼의 일정한 파장 간격을 가지는 파장 신호들(λ1~λn, λm)이 광 출력으로서 출력된다. 상기 파장 신호들(λ1~λn)은, 파장 신호들(λ1~λn)에 광 신호를 포함시켜 전송하는 WDM 광 통신에 사용될 수 있다. 즉, 파장 신호들(λ1~λn)은 반송파(carrier)로서 사용된다.The first to n th wavelength signals
파장 선택기(150)의 파장 특성은 온도에 따라 매우 민감하게 반응한다. 즉, 각각의 파장 신호들의 사이의 간격은 일정하게 유지되나, 파장 신호들의 중심 파장 들(center wavelengths)은 파장 선택기(150)의 제작에 사용되는 물질의 굴절률의 온도에 따른 변화에 따라 변한다. 반도체로 제작되는 파장 선택기(150)의 경우, 온도가 10C 만큼 변함에 따라 파장 선택기(150)의 중심 파장은 0.1(nm)만큼 변한다. 실리카(silica)(SiO2)로 제작되는 파장 선택기(150)의 경우, 온도가 10C 만큼 변함에 따라 파장 선택기(150)의 중심 파장은 0.01(nm)만큼 변한다.The wavelength characteristic of the
본 발명의 실시예에 따른 다파장 레이저 다이오드(100)는, 파장 모니터링 기능을 수행하는 제2 광 증폭기(120)와 파워 스플리터(130)와 광 검출기(140)가 하나의 다파장 레이저 다이오드 칩(chip)에 집적되므로, 파장 선택기(150)의 출력 파장신호들이 온도에 따라 변할 때, 다파장 레이저의 출력 중심 파장들을, 다파장 레이저의 외부 기준 중심 파장들과 일치시키기 위해 사용될 수 있다. 그 결과, 다파장 레이저 다이오드의 외부에 연결되는 WDM 필터에서의 광 손실이 감소되어 광 통신 효율이 향상될 수 있다.In the
또한, 본 발명의 다파장 레이저는 상대적으로 간단한 구성 요소들(예를 들어, 제2 광 증폭기(120)와 파워 스플리터(130)와 광 검출기(140))을 포함하므로, 본 발명의 다파장 레이저는 간단한 제작 공정에 의해 제작될 수 있고, DFB 레이저와 비교하여 수율이 향상될 수 있다. 그 결과, WDM 시스템을 구성하는 비용이 감소될 수 있다.In addition, the multi-wavelength laser of the present invention includes relatively simple components (eg, the second
본 발명의 실시예에 따른 다파장 레이저 다이오드는 단일 기판(single substrate)(예를 들어, 인듐 인(InP) 기판)에 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실 시예에 따른 다파장 레이저 다이오드에 있어서, 파장 선택기(150)는, 실리카 기판에 형성되고, 제1 광 증폭기들(110)과 제2 광 증폭기(120)와 파워 스플리터(130)와 광 검출기(140)는, InP 기판에 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에서는 도 1에 도시된 선(line)(180)을 경계로 하는 하이브리드(hybrid) 기판이 사용될 수 있다.The multi-wavelength laser diode according to the embodiment of the present invention may be formed on a single substrate (eg, indium phosphorus (InP) substrate). In a multi-wavelength laser diode according to another embodiment of the present invention, the
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 파장 선택기(150)는 평면 에쉘 격자(planar echelle grating)일 수 있다. 평면 에쉘 격자는, 입력 도파로(155)에 대응하는 입력 도파로, 출력 도파로(151)에 대응하는 출력 도파로, 및 상기 입력 도파로와 상기 출력 도파로에 슬랩 도파로를 통해 연결된 반사 회절 격자(reflective diffraction grating)를 포함한다. 상기 입력 도파로와 상기 출력 도파로는 같은 쪽에 배치된다. 평면 에쉘 격자에서 발생되는 파장의 특성은 온도에 따라 변하고, 평면 에쉘 격자는 멀티플렉서(multiplexer) 또는 디멀티플렉서(demultiplexer)로서 사용될 수 있다.In another embodiment of the invention, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다파장 레이저 다이오드 모듈(200)을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a multi-wavelength
도 2를 참조하면, 다파장 레이저 다이오드 모듈(200)은, 다파장 레이저 다이오드(100), 파장 필터(wavelength filter)(220), 제어 회로(240), 및 온도 조절 장치(temperature control unit)(260)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the multi-wavelength
다파장 레이저 다이오드(100)는 도 1에 도시된 다파장 레이저 다이오드에 대응한다. 다파장 레이저 다이오드(100)는 제1 내지 제n 파장 신호(λ1 ~ λn)와, 모 니터 파장 신호(λm)를 선택적으로 출력하는 파장 선택기(150)와, 상기 출력된 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λf)를 검출하는 광 검출기(140)를 포함한다. 파장 선택기(150)는, 예를 들어, 배열 도파로 격자 또는 평면 에쉘 격자일 수 있다.The
파장 필터(220)는 제1 내지 제n 파장 신호(λ1 ~ λn)를 통과(투과)시키고, 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λf)를 다파장 레이저 다이오드(100)로 반사시킨다. 즉, 파장 필터(220)는 특정 파장만을 반사시킨다. 파장 필터(220)는 광 섬유 브래그 격자(FBG)(fiber Brag grating)를 포함할 수 있다. 파장 필터(220)는 광 섬유를 통해 다파장 레이저 다이오드(100)에 연결될 수 있다.The
제어 회로(240)는 광 검출기(140)로부터 광 검출 전류(ID)를 수신하고, 상기 수신된 광 검출 전류(ID) 중 제어 전류의 값에 대응하는 온도 제어 신호(TC)를 발생한다. 상기 제어 전류의 값은 모니터 파장 신호(λm)와 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λf)가 일치할 때의 값이고, 인접하는 전류 값 보다 상대적으로 큰 전류 값을 가진다.The
온도 조절 장치(260)는, 상기 온도 제어 신호(TC)에 응답하여, 다파장 레이저 다이오드(100)(또는 파장 선택기(150))의 온도를 조절(제어)한다. 온도 조절 장치(260)는, 온도를 감지하는 서미스터(thermistor)와 열전 냉각기(TE)(thermoelectric cooler)를 포함한다.The
온도 조절 장치(260)에 의해, 다파장 레이저 다이오드(100)로부터 출력되는 제1 내지 제n 파장 신호(λ1 ~ λn)가 다파장 레이저 다이오드(100)의 외부 기준 파장 신호들(λ1 ~ λn)과 일치될 수 있다. 다파장 레이저 다이오드(100)의 외부 기준 파장 신호들(λ1 ~ λn)은 WDM 광 통신 시스템에서 사용되는 표준 파장 신호들이다.By the
광 검출기(140)와 제어 회로(240)와 온도 조절 장치(260)는 피드백 루프(feedback loop)를 구성한다.The
도 2 및 도 3을 참조하여, 다파장 레이저 다이오드(100)의 출력 파장 신호들과 다파장 레이저 다이오드(100)의 외부 기준 파장 신호들(λ1 ~ λn)을 일치시키는 방법의 실시예가 다음과 같이 설명된다.2 and 3, an embodiment of a method of matching output wavelength signals of the
다파장 레이저 다이오드(100)는, 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)와, 모니터 파장 신호(λm)를 출력한다. 파장 필터(220)는, 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)는 통과시키고, 모니터 파장 신호(λm)는 반사시켜 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λf)를 출력한다. 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λf)는 광 검출기(140)의 입력 포트(input port)로 전송된다.The
광 검출기(140)는 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λf)를 검출한다. 또한, 광 검출기(140)는 파장 선택기(150)의 입력 도파로 쪽의 절단면(도 1의 160)에서 반사되어 입력되는 반사 파장 신호(λmr)도 검출한다.The
광 검출기(140)에서 검출된 파장 신호들에 의해 발생된 광 검출 전류(ID)가 도 3에 도시된다. 즉, 도 3은 도 2에 도시된 다파장 레이저 다이오드(100)의 온도에 따른 광 검출 전류(ID)의 변화를 나타내는 그래프(graph)이다.The light detection current ID generated by the wavelength signals detected at the
도 3에서 점선은 파장 필터(220)가 존재하지 않을 때의 광 검출 전류이고, 도 3에서 실선은 파장 필터(220)가 존재할 때의 광 검출 전류이다. 점선에 해당하는 광 검출 전류는 파장 선택기(150)의 입력 도파로 쪽의 절단면(도 1의 160)에서 반사되어 광 검출기(140)에 입력되는 광 출력(λmr)에 의한 전류이다.In FIG. 3, the dotted line is the light detection current when the
제2 광 증폭기(120)의 광 이득(optical gain)의 중심 파장이 모니터 파장 신호의 중심 파장(λm) 보다 긴 경우, 온도의 증가에 따라 점선에 해당하는 광 검출 전류는 증가한다. 제2 광 증폭기(120)의 광 이득(optical gain)의 중심 파장이 모니터 파장 신호의 중심 파장(λm) 보다 짧은 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 온도의 증가에 따라 점선에 해당하는 광 검출 전류는 감소한다.When the center wavelength of the optical gain of the second
파장 선택기(150)의 온도에 따른 파장 변화에 따라 모니터 파장 신호(λm)가 파장 필터(220)의 선택 파장 신호(λf)와 일치할 때, 실선에 해당하는 광 검출 전류는, 도 3에 도시된 바와 같이, 볼록 모양의 곡선을 형성한다. 모니터 파장 신호(λm)가 선택 파장 신호(λf)와 일치할 때의 온도는 T1이고, 모니터 파장 신호(λm)가 선택 파장 신호(λf)와 일치할 때의 광 검출 전류 값은 제어 전류 값(IC)이다.When the monitor wavelength signal [lambda] m coincides with the selection wavelength signal [lambda] f of the
제어 회로(240)는, 광 검출 전류(ID)에 응답하여, 제어 전류 값(IC)에 대응하는 온도 제어 신호(TC)를 발생한다. 온도 조절 장치(260)는, 온도 제어 신호(TC)에 근거하여, 다파장 레이저 다이오드(100)(또는 파장 선택기(150))의 온도를 T1로 조절한다. 그러면, 모니터 파장 신호(λm)와 파장 필터(220)의 선택 파장 신호(λf)가 일치된다. 따라서 다파장 레이저 다이오드(100)의 출력 파장 신호들(λ1~λn)과 다파장 레이저 다이오드(100)의 외부 기준 파장 신호들(λ1~λn)이 일치될 수 있다.The
본 발명에 따른 다파장 레이저 다이오드 모듈(200)은, 다파장 레이저 다이오드(100)의 파장 선택기(150)의 출력 파장이 온도에 따라 변하더라도, 다파장 레이저의 출력 중심 파장들을, 다파장 레이저의 외부 기준 중심 파장들과 일치시킬 수 있으므로, WDM 광 통신의 효율을 증가시킬 수 있다.The multi-wavelength
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파장 분할 다중 광 통신 시스템(300)을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a wavelength division multiple
도 4를 참조하면, 파장 분할 다중 광 통신 시스템(300)은, 중앙국(CO)(central office)(400), 광섬유(optical fiber)(450), 원격 노드(RN)(remote node)(500), 광 섬유들(531, 532, 533), 및 광 네트워크 단말기들(optical network terminals)(541 ~ 543)을 포함한다. 도 4에 도시된 파장 분할 다중 광 통신 시스템(300)은 하향 전송 부분(downstream part)을 나타낸다. 파장 분할 다중 광 통신 시스템(300)은, 예를 들어, 파장 분할 다중 방식의 수동형 광 가입자 망(WDM PON) 통신 시스템일 수 있다.Referring to FIG. 4, the wavelength division multiplexing
중앙국(400)은, 다파장 레이저 다이오드(100), 제어 회로(240), 및 온도 조절 장치(260)를 포함한다. 다파장 레이저 다이오드(100), 제어 회로(240), 및 온도 조절 장치(260) 각각은, 도 2에 도시된 다파장 레이저 다이오드, 제어 회로, 및 온도 조절 장치에 해당한다.The
중앙국(400)은, 광 검출기(140)와 파장 선택기(150)를 포함하는 다파장 레이저 다이오드(100)를 포함한다. 파장 선택기(150)는 배열 도파로 격자 또는 평면 에 쉘 격자일 수 있다. 배열 도파로 격자 또는 평면 에쉘 격자에서 발생되는 파장의 특성은 온도에 따라 변한다.The
파장 선택기(150)는, 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)와, 모니터 파장 신호(λm)를 선택적으로 출력한다. 광 검출기(140)는 상기 출력된 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λf)를 검출한다.The
중앙국(400)은, 제어 회로(240) 및 온도 조절 장치(260)를 더 포함한다. 제어 회로(240)는, 광 검출기(140)로부터 광 검출 전류(ID)를 수신하고, 수신된 광 검출 전류(ID) 중 제어 전류의 값에 대응하는 온도 제어 신호(TC)를 발생한다. 온도 조절 장치(260)는, 상기 온도 제어 신호(TC)에 응답하여, 다파장 레이저 다이오드(100)의 온도를 조절한다.The
상기 제어 전류의 값은 모니터 파장 신호(λm)와 모니터 파장 신호(λm)의 반사 파장 신호(λf)가 일치할 때의 값이고, 인접하는 전류 값 보다 상대적으로 큰 전류 값을 가진다.The value of the control current is a value when the monitor wavelength signal [lambda] m and the reflection wavelength signal [lambda] f of the monitor wavelength signal [lambda] m coincide with each other and have a current value that is relatively larger than an adjacent current value.
온도 조절 장치(260)에 의해, 다파장 레이저 다이오드(100)로부터 출력되는 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)가 파장 분할기(510)로부터 출력되는 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)와 일치될 수 있다.The first to nth wavelength signals λ1 to λn outputted from the
원격 노드(500)는, 파장 분할기(510) 및 반사 터미널(reflection terminal)(520)을 포함한다. 원격 노드(500)는, 예를 들어, 기지국(BS)(base station)일 수 있다.The
파장 분할기(510)는 다파장 레이저 다이오드(100)로부터 출력되는 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)와, 다파장 레이저 다이오드(100)로부터 출력되는 모니터 파장 신호(λm)를 광 섬유(450)를 통해 수신한다. 파장 분할기(510)는 상기 수신된 제1 내지 제n 파장 신호(λ1~λn)를 대응하는 광 네트워크 단말기들(광 단말기들)(541, 542, 543)로 분배한다. 파장 분할기(510)의 구조는 중앙국(400)에 포함된 파장 선택기(150)의 구조와 동일하고, 파장 분할기(510)에서의 파장 신호들의 간격과 다파장 레이저 다이오드(100)의 파장 선택기(150)에서의 파장 신호들의 간격은 일치한다.The
파장 분할기(510)는 배열 도파로 격자 또는 평면 에쉘 격자를 포함할 수 있다. 배열 도파로 격자 또는 평면 에쉘 격자에서 발생되는 파장의 특성은 온도에 따라 변한다.
반사 터미널(520)은 상기 수신된 모니터 파장 신호(λm)를 반사시켜 다파장 레이저 다이오드의 광 검출기(140)로 전송한다. 반사 터미널(520)은 별도의 전원 공급이 필요 없다.The
각각의 광 단말기들(541, 542, 543)은 수신기(REC)(receiver)(551~552)를 포함한다. 수신기(REC)는 광 가입자에 의해 사용된다.Each of the
중앙국(400)은 광 섬유(450)를 통해 원격 노드(500)에 연결된다. 원격 노드(500)는 다수의 광 섬유들(531, 532, 533)을 통해 다수의 광 단말기들(541, 542, 543)에 연결된다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 다파장 레이저 다이오드(100)(또는 파장 선택기(150))의 출력 파장 신호들과 외부 기준 파장 신호들인 파장 분할기(510)의 출력 파장 신호들을 일치시키는 방법의 실시예가 다음과 같이 설명된다. 상기 외부 기준 파장 신호들(λ1 ~ λn)은 WDM 광 통신 시스템에서 사용되는 표준 파장이다.3 and 4, a method of matching output wavelength signals of the
다파장 레이저 다이오드(100)의 출력 파장 신호들과 파장 분할기(510)의 출력 파장 신호들을 일치시키는 방법은 전술한 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 파장 신호 일치 방법과 유사하다.The method of matching the output wavelength signals of the
다파장 레이저 다이오드(100)는 파장 신호들(λ1~λn, λm)을 광 섬유(450)를 통해 원격 노드(500)의 파장 분할기(510)로 전송한다. 파장 분할기(510)의 하나의 출력 포트(output port)로 출력되는 모니터 파장 신호(λm)는 광 단말기로 전송되지 않고 반사 터미널(520)에 의해 반사된다.The
반사 터미널(520)에서 반사된 파장 신호(λf)는 다파장 레이저 다이오드(100)로 전송되고, 광 검출기(140)에서 검출된다. 제어 회로(240)는, 광 검출 전류(ID)에 응답하여, 제어 전류 값(IC)에 대응하는 온도 제어 신호(TC)를 발생한다.The wavelength signal [lambda] f reflected by the
파장 선택기(150)의 온도 또는 파장 분할기(510)의 온도에 따른 파장 변화에 의해 모니터 파장 신호(λm)가 반사 터미널(520)에서의 반사 파장 신호(λf)와 일치할 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 광 검출 전류는 볼록 모양의 곡선을 형성한다. 모니터 파장 신호(λm)가 반사 터미널(520)에서의 반사 파장 신호(λf)와 일치할 때의 온도는 T1이고, 모니터 파장 신호(λm)가 반사 터미널(520)에서의 반사 파장신호(λf)와 일치할 때의 광 검출 전류 값은 제어 전류 값(IC)이다.When the monitor wavelength signal [lambda] m coincides with the reflected wavelength signal [lambda] f at the
온도 조절 장치(260)는, 온도 제어 신호(TC)에 근거하여, 다파장 레이저 다이오드(100)의 온도를 T1로 조절한다. 그러면, 모니터 파장 신호(λm)와 반사 터미 널(520)에서의 반사 파장 신호(λf)가 일치된다. 따라서 다파장 레이저 다이오드(100)의 파장 선택기(150)의 출력 파장 신호들 또는 원격 노드(500)의 파장 분할기(510)의 출력 파장 신호들이 온도 변화에 따라 변하거나 또는 다파장 레이저 다이오드(100)의 파장 선택기(150)의 특성이 열화되어 파장 선택기(150)의 출력 파장 신호들이 변하더라도, 다파장 레이저 다이오드(100)의 출력 파장 신호들(λ1~λn)과 원격 노드(510)에서의 외부 기준 파장 신호들(λ1~λn)이 일치될 수 있다.The
본 발명에 따른 파장 분할 다중 광 통신 시스템은, 중앙국에 포함된 다파장 레이저 다이오드의 출력 중심 파장들을, 외부 기준 파장인 원격 노드에 포함된 파장 분할기의 출력 중심 파장들과 일치시킬 수 있으므로, 광 통신 효율을 증가시킬 수 있다.The wavelength division multiple optical communication system according to the present invention can match the output center wavelengths of the multi-wavelength laser diode included in the central station with the output center wavelengths of the wavelength divider included in the remote node, which is an external reference wavelength. Communication efficiency can be increased.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments have been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the claims or the claims. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible from the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.In order to more fully understand the drawings used in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다파장 레이저 다이오드(100)를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다파장 레이저 다이오드 모듈(200)을 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a multi-wavelength
도 3은 도 2에 도시된 다파장 레이저 다이오드(100)의 온도에 따른 광 검출 전류(ID)의 변화를 나타내는 그래프(graph)이다.FIG. 3 is a graph showing a change in photodetection current ID according to the temperature of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파장 분할 다중 광 통신 시스템(300)을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a wavelength division multiple
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art
120: 제2 광 증폭기 130: 파워 스플리터120: second optical amplifier 130: power splitter
140: 광 검출기 150: 파장 선택기140: light detector 150: wavelength selector
220: 파장 필터 240: 제어 회로220: wavelength filter 240: control circuit
260: 온도 조절 장치 510: 파장 분할기260: thermostat 510: wavelength divider
520: 반사 터미널520: reflective terminal
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