[논문]DWDM용 다채널 파장 가변 레이저 다이오드 모듈을 위한 다수개의 광 수신 소자를 갖는 50 GHz 내장형 파장 안정화 모듈의 파장 미세 조정

박흥우; 윤호경; 최병석; 이종현; 최광성; 엄용성; 문종태

doi:10.3807/kjop.2002.13.5.384

초록
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본 논문은 DWDM 응용을 위한 새로운 개념의 파장안정화 모듈을 제안한다. 일반적으로 내장형/외장형 파장안정화기에서는 LD의 파워를 모니터링 하는 모니터 PD 이외에 파장을 모니터링하는 하나의 에탈론 PD가 사용된다. 50 GHz응용에서 에탈론의 각도를 미세 조정하는 방법이 일반적이다. 그러나, 에탈론의 미세 각도 튜닝으로 인한 파장안정화기 성능에 미치는 영향은 대단히 크며 미세 각도로 정렬하는 공정은 매우 어렵다. 에탈론 PD 배열 블록을 사용함으로써 파장안정화 모듈의 기계적인 에탈론 정렬 오차를 낮출 수 있으며 미세 파장 조정이 가능하다. 파장안정화 모듈의 에탈론 각도 조정에 따른 FSR과 최대 투과 파장의 위치 변화 정도를 계산하였으며 본 실험에 사용된 파장안정화 모듈의 최적화된 초기 에탈론 회전 각도를 보고한다.

Abstract ▼ AI-Helper

A new idea of the wavelength locking module for DWDM application was investigated in the present research. Only one etalon photo-diode is generally used in the internal/external wavelength locking system. For the internal wavelength locking module with 50 GHz applications, an algle tuning method of ...

A new idea of the wavelength locking module for DWDM application was investigated in the present research. Only one etalon photo-diode is generally used in the internal/external wavelength locking system. For the internal wavelength locking module with 50 GHz applications, an algle tuning method of the etalon commonly applied. However, the alignment process of the etalon with the angle tuning method is limited because the lock performance is extremely sensitive accoriding to the change of the tilting angle. In an optical viewpoint, the alignment tolerance of the locker module with the etalon PD array block was good, and the precise tuning of the wavelength was possible. The characteristics of free spectral range (FSR) and peak shift of wavelength according to the tilting angle with the locker module was investigated. For the present module, the optimized initial tilting angle was experimentally obtained.

주제어

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문제 정의

그러나, 내장형 파장 안정화 시스템에서 이와 같은 온도 변화를 통한 파장의 tuning 기능을 수행하게 되면 LD 동작 조건에 영향을 주게 되어 소자 구동 조건에 상당한 제약을 받게 된다. 이에 본 연구에서는 시스템의 온도를 일정하게 유지하면서 에탈론을 tilting 함으로써 빔의 반사 잡음 (reflection noise)을 줄이고 파장 안정화를 이룰 수 있는 모듈에 대해 보고한다. 에탈론을 tilting 함으로써 파장을 안정화 하려는 노력은 전에도 있었으며 여러 자료로부터 유추할 수 있는 바와 같이 미세 tilting 각도에 대한 감도는 상당히 높다.
여기서、etalon과 etalon PD는 하나의 서브마운트 위에 정렬하여 블록화 한 뒤, 이를 레이저 빔에 대하여 8。가 되도록 정렬하였다. 하나의 etalon PD 를 사용하는 것이 일반적이나 본 논문에서는 4개의 array 형태로 일렬로 배열된 etalon PD 를 사용하였을 경우에 대하여 연구하였다.

제안 방법

시스템의 온도를 일정하게 유지하면서 에탈론을 tilting 함으로써 빔의 반사 잡음을 줄이고 파장안정화를 이룰 수 있는 모듈을 설계하였다. 반사 잡음을 줄이기 위해 파장안정화 모듈을 초기 각도 8。로 회전시킨 상태에서 약 0.
01° 단위로 에탈론을 tilting 해야 하는 어려움을 multi-PD를 이용함으로써 극복 가능한 것이다. 실제 응용에 있어서는 multi-PD 블록을 배열한 후 레이저 다이오드 모듈의 전방으로 나오는 빔을 wavelength meter로 모니터링 하면서 레이저 다이오드 후방의 파장안정화기의 파장 모니터링 PD 배열의 각각을 동작시키면서 원하는 파장에서 안정화 특성을 갖는 PD 만을 사용하면 된다. 이는 각각의 모니터링 PD 4개를 이용하여 하는 작업이 아니라 4개 배열 형태로 제작되어진 소자를 이용함으로 추가적인 비용 상승이나 장치 없이 이용 가능한 장점이 있다.
그러나, 실제 모듈 제작시 이와 같은 정확도로 파장 안정화기를 정렬하는 것은 상당히 어려우며 수율도 낮고 공정비용도 상당히 높다. 이러한 문제의 해결 방안으로서 4개 파장 모니터링 PD array 블록 개념을 새롭게 창안하여 각각의 PD 가 FSR/4 만큼씩 파장 변이 하도록 설계하여 미세 각도 튜닝을 구현하였다. Multi-PD를 이용함으로써 전 대역에서 파장 안정화가 가능하며 파장 안정화 모듈 정렬의 어려움을 극복할 수 있다.
실제 모듈 제작시이와 같은 정확도로 파장 안정화기를 정렬하는 것은 상당히 어려우며 수율도 낮고 공정비용도 상당히 높다. 이러한 문제의 해결 방안으로서 PD(photo-diode) array 블록 개념을 새롭게 창안하여 미세 각도 튜닝을 구현하였으며 그 결과를 정리하였다.

대상 데이터

splitter! 거친 후 에탈론을 통과하게 된다. 이때 본 논문에서 사용한 collimating 렌즈의 초점거리와 렌즈, beam spUtter 의 크기 및 간격 등을 고려하여 계산하면 colHmating 렌즈로부터 에탈론 표면까지의 거리는 3.6mm이다. 에탈론을빔에 대해 수직으로 놓았을 경우에는 에탈론으로부터 반사된 빔이 레이저 다이오드로 반사되어 반사 손실이 발생한다.

성능/효과

3 nm 정도의 파장 변이 효과를 나타낸다. 4개의 PD를 배열함으로써 0.4 nm 파장 간격의 50 GHz FSR을 갖도록 전 대역에서 파장 안정화를 이룰 수 있다. 즉, 0.
이상의 수식으로부터 결국 F-P 필터의 transmittance는 굴절율, 두께와 빔의 입사각에 대한 정보만 있으면 파장에 따른 spectral response 특성을 정확하게 예측할 수 있음을 알 수 있다.

참고문헌 (8)

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Frenkel, A., Lin, C.. Angle-tuned etalon filters for optical channel selection in high density wavelength division multiplexed systems. Journal of lightwave technology : a joint IEEE/OSA publication, vol.7, no.4, 615-624.

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Heismann, F., Buhl, L.L., Alferness, R.C.. Electro-optically tunable, narrowband Ti:LiNbO3 wavelength filter. Electronics letters, vol.23, no.11, 572-574.

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Chen, Po-Lun, Lin, Kuen-Cherng, Chuang, Wei-Ching, Tzeng, Yen-Chang, Lee, Kun-Yi, Lee, Wei-Yu. Analysis of a liquid crystal Fabry-Perot etalon filter: a novel model. IEEE photonics technology letters : a publication of the IEEE Laser and Electro-optics Society, vol.9, no.4, 467-469.

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Jang, J.H., Shin, S.K., Kim, H., Lee, K.S., Park, K.J., Chung, Y.C.. A cold-start WDM system using a synchronized etalon filter. IEEE photonics technology letters : a publication of the IEEE Laser and Electro-optics Society, vol.9, no.3, 383-385.

상세보기
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