문턱 전류 이상에서 Complex-Coupled DFB 레이저 다이오드의 여러 가지 결합 계수 비와 양 단면 반사율 조합에 따른 단일 모드 수율 해석 Single mode yield analysis of complex-coupled DFB lasers above threshold for various coupling coefficient ratios and facet reflectivity combinations원문보기
Complex-coupled(CC) DFB 레이저의 경우 문턱 전류에서 spatial hole burning (SHB)현상을 나타내는 f 계수를 고려하여 구한 단일 모드 수율과 문턱 전류 이상에서의 단일 모드 수율과의 연관성이 존재하지 않음을 알 수 있었다. 문턱 전류에서 f 계수를 고려하여 구한 in-phase (IP) CC DFB 레이저와 anti-phase (AP) CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 일치하였으나 문턱 전류 이상에서는 큰 차이를 보였다. 문턱 전류 이상에서 IP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 결합 계수 비가 증가할수록 증가하였다 반면에 AP CC DFB 레이저의 경우 결합 계수 비에 관계없이 주입 전류가 증가하면 단일 모드 수율은 급격히 감소함을 알 수 있었다. 양 단면 반사율 조합이 AR-HR인 경우 결합 세기가 작을수록 AR 단면의 반사율이 단일 모드 수율에 미치는 영향이 크게 나타났다. 결합 세기가 작을수록 단일 모드 수율의 증가율이 완만해지기 시작하는 결합 계수 비가 커졌고 또한 최대 단일 모드 수율이 증가하였다 양 단면 반사율 조합이 AR-HR과 AR-AR의 경우가 AR-CL과 CL-CL인 경우에 비하여 단일 모드 수율이 크게 나타났다.
Complex-coupled(CC) DFB 레이저의 경우 문턱 전류에서 spatial hole burning (SHB)현상을 나타내는 f 계수를 고려하여 구한 단일 모드 수율과 문턱 전류 이상에서의 단일 모드 수율과의 연관성이 존재하지 않음을 알 수 있었다. 문턱 전류에서 f 계수를 고려하여 구한 in-phase (IP) CC DFB 레이저와 anti-phase (AP) CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 일치하였으나 문턱 전류 이상에서는 큰 차이를 보였다. 문턱 전류 이상에서 IP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 결합 계수 비가 증가할수록 증가하였다 반면에 AP CC DFB 레이저의 경우 결합 계수 비에 관계없이 주입 전류가 증가하면 단일 모드 수율은 급격히 감소함을 알 수 있었다. 양 단면 반사율 조합이 AR-HR인 경우 결합 세기가 작을수록 AR 단면의 반사율이 단일 모드 수율에 미치는 영향이 크게 나타났다. 결합 세기가 작을수록 단일 모드 수율의 증가율이 완만해지기 시작하는 결합 계수 비가 커졌고 또한 최대 단일 모드 수율이 증가하였다 양 단면 반사율 조합이 AR-HR과 AR-AR의 경우가 AR-CL과 CL-CL인 경우에 비하여 단일 모드 수율이 크게 나타났다.
For complex-coupled (CC) DFB lasers, we found that there might be little correlation between the single mode yields at threshold and above threshold. At threshold, the single mode yield considering f number of in-phase (IP) CC DFB lasers is the same as that of anti-phase (AP) CC DFB lasers. However,...
For complex-coupled (CC) DFB lasers, we found that there might be little correlation between the single mode yields at threshold and above threshold. At threshold, the single mode yield considering f number of in-phase (IP) CC DFB lasers is the same as that of anti-phase (AP) CC DFB lasers. However, the single mode yield as a function of injection current above threshold of IP CC DFB lasers is much different from that of AP CC DFB lasers. In the case of IP CC DFB lasers, the single mode yield increases as the coupling coefficient ratio (CR) increases, while, in the case of AP CC DFB lasers, the single mode yield decreases rapidly regardless of CR as the injection current increases. In the case of AR-HR combinations, the effect of AR ref1ectivity on the single mode yield increases as the coupling strength decreases. As the coupling strength decreases, the CR at which the increase rate of the single mode yield starts to decrease, increases, and the maximum single mode yield increases. Single mode yields of AR-HR and AR-AR combinations are larger than those of AR-CL and CL-CL combinations.
For complex-coupled (CC) DFB lasers, we found that there might be little correlation between the single mode yields at threshold and above threshold. At threshold, the single mode yield considering f number of in-phase (IP) CC DFB lasers is the same as that of anti-phase (AP) CC DFB lasers. However, the single mode yield as a function of injection current above threshold of IP CC DFB lasers is much different from that of AP CC DFB lasers. In the case of IP CC DFB lasers, the single mode yield increases as the coupling coefficient ratio (CR) increases, while, in the case of AP CC DFB lasers, the single mode yield decreases rapidly regardless of CR as the injection current increases. In the case of AR-HR combinations, the effect of AR ref1ectivity on the single mode yield increases as the coupling strength decreases. As the coupling strength decreases, the CR at which the increase rate of the single mode yield starts to decrease, increases, and the maximum single mode yield increases. Single mode yields of AR-HR and AR-AR combinations are larger than those of AR-CL and CL-CL combinations.
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문제 정의
본 논문에서는 CC DFB 레이지 의 단일 모드 수율을 여러가지 결합 계수 비와 양 단면 반 사율 조합에 대하여 문턱 전류에서 #계수를 고려하여 단일 모드 수율을 구하였고 그 결과를 문턱 전류 이상에서의 단일 모드 수율과 어떠한 연관성이 있는지에 대하여 검토하였다. 도 한 결합 세기와 결합 계수 비에 따라 단일 모드 수율이 어떻게 달라지는지에 관하여 살펴보았다. 본 논문에서는 인덱스 회 절 격자와 이득 회절 격자가 동 위상인 in-phase(IP) CC DF]- 레이저와 인덱스 회절 격자와 이득 회절 격자의 위상이 180' 차이가 나는 anti-phase(AP) CC DFB 레이저에 대하여 단# 모드 수율을 계산하였다.
3장에서는 문턱 전류에서 IP와 AP 회절 격자를 가지는 CC DFB 레이저에 대하여 /계수를 고려하여 단일 모드 수율을 구하였고, 그 결과를 문턱 전류 이상에서 구한 단일 모 드 수율 결과와의 연관성에 대하여 검토하였다. 또한 결합 세 기와 결합 계수 비가 단일 모드 수율에 미치는 영향에 대하여 살펴보았다. 마지막으로 4장에서는 본 논문의 결론을 맺는다.
David 등은 문턱 전류에서 DFB 레이저와 CC DFB 레이저의 단일 모드 수율을 구 하였고 실험결과와 비교하였다」기 Hong 등은 DFB 레이저의 양 단면 반사율과 격자 위상이 단일 모드 수율, 발진 파장. 문턱 전류, 부 모드 억제 비 등에 미치는 영향에 대하여 살펴 보았다. Susa는 문턱 전류에서 양 단면 반사율 조합에 따른 CC DFB 레이저의 단일 모드 수율과 발진 파장의 분포 등어 대하여 살펴보았다3 Nakano는 문턱 전류에서 양 단면 반#율 조합에 대하여 CC DFB 레이저의 파워 추출 효율을 구호였다.
본 논문에서는 CC DFB 레이저의 여러가지 결합 계수 비 와 양 단면 반사율 조합에 대하여 문턱 전류에서 f 계수를 고려하여 단일 모드 수율을 구하였고 그 결과를 문턱 전류 이싱 에서 주입 전류에 따른 단일 모드 수율과 어떠한 연관성이 5; 는지에 대하여 살펴보았다. 문턱 전류 이상에서 IP CC DI# 레이저와 AP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율을 구하였다.
주입 전류가 증가하면 레이저의 종축 방향으로의 불균일한 광자 밀도 분포에 의해 SHB 현상이 더욱 심하게 발생되어 단일 모드 수율이 감소한다. 본 논문에서는 CC DFB 레이지 의 단일 모드 수율을 여러가지 결합 계수 비와 양 단면 반 사율 조합에 대하여 문턱 전류에서 #계수를 고려하여 단일 모드 수율을 구하였고 그 결과를 문턱 전류 이상에서의 단일 모드 수율과 어떠한 연관성이 있는지에 대하여 검토하였다. 도 한 결합 세기와 결합 계수 비에 따라 단일 모드 수율이 어떻게 달라지는지에 관하여 살펴보았다.
가설 설정
2인 CC DFB 레이 저의 경우이고 그림 6(b)는 CR이 0인 IC DFB 레이저의 경 우이다. 두 DFB 레이저의 단일 모드 수율을 비교하기 위해 #>0.3으로 가정하였다. 그림 6(a)에서 IP CC DFB 레이저 의 경우 결합 세기 1#이 2와 3인 경우 주입 전류가 문턱 전류 보다 약간 커지게 되면 수율이 문턱 전류 수율에 비해 증가하나 그 후 더 증가하면 두 배의 문턱 전류 때까지는 급격히 감소하다가 그 이후에는 거의 변화가 없이 수율이 약 50% 이상을 유지함을 볼 수 있다.
n grating 구조를 가지는 CC DFB 레이저의 경우 낮은 주입 류에서 self-pulsation 등과 같은 불안정한 동적 특성이 나타닛 다. 본 논문에서 문턱 전류 이상에서 단일 모드 수율의 하 석은 위와 같은 동적 특성을 포함하지 않았으며 결합 계수는 상수로 가정하였다.
이미 발표된 연구 결과들에서 문턱 전류 이상에서 단일 모 드 수율을 문턱 전류에서 SHB 현상을 나타내는 f 계수를 고려한 단일 모드 수율로부터 예측할 수 있다고 가정하였다. 기 주입 전류에 따른 단일 모드 수율을 나타내는 그림 4와 5를 문턱 전류에서 #의 함수로 구한 단일 모드 수율 그림 3과 비교하면 두 수율간의 연관성은 나타나지 않았다.
제안 방법
25, 2와 3이다. CC DFB 레이저의 단 일 모드 수율을 해석하기 위하여 문턱 전류 이상에서는 SHB 효과를 고려하기 위하여 레이저를 종축 방향으로 여러 개의 섹션으로 분할하고 각 섹션에서는 소자 파라미터를 상수로 가 정하여 계산하는 전달행렬방법을 사용하였다.
또한 문턱 전류에서 식 (1)을 사용하 그한 CC DFB 레이저의 단일 모드 수율과 문턱 전류 이 ' 에서 주입 전류에 따른 단일 모드 수율과의 연관성에 대하여 #검하였다. CC DFB 레이저의 회절 격자가 IP와 AP인 - 우어 대하여 단일 모드 수율을 구하여 서로 비교하였다. 문턱 전류 이상에서 단일 모드 수율을 계산하기 전에 본 논문에서 사용된 모델로 구한 단일 모드 수율과, 실험결과와 교힌 해석적인 방법으로 구한 단일 모드 수율기과 비교하였 : .
문턱 전류 이상에서 IP CC DI# 레이저와 AP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율을 구하였다. 그 결과를 서로 비교하였다. 또한 결합 세기와 결합 계수 t' 에 따라 단일 모드 수율이 어떻게 달라지는지 살펴보았다.
특히 CC DFB 레이저에서는 회절 격자가 IP와 AP 인 경우 문턱 전류 이상에서의 수율이 문턱 전류에서 식 (1) 을 사용하여 구한 단일 모드 수율과 다르리라 예상된다. 따라서 다음 절에서는 문턱 전류 이상에서 CC DFB 레이저의 단 일 모드 수율을 구하여 문턱 전류에서 식 (1)을 사용하여 구 한 단일 모드 수율과 비교 검토하고 그 연관성에 대하여 살펴 보겠다.
그 결과를 서로 비교하였다. 또한 결합 세기와 결합 계수 t' 에 따라 단일 모드 수율이 어떻게 달라지는지 살펴보았다. IP CC DFB 레이저와 AP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 문턱 전류에서는 일치하였으나 문턱 전류 이상에서는 큰 차이를 보였다.
본 논문에서는 CC DFB 레이저의 여러가지 결합 계수 비 와 양 단면 반사율 조합에 대하여 문턱 전류에서 f 계수를 고려하여 단일 모드 수율을 구하였고 그 결과를 문턱 전류 이싱 에서 주입 전류에 따른 단일 모드 수율과 어떠한 연관성이 5; 는지에 대하여 살펴보았다. 문턱 전류 이상에서 IP CC DI# 레이저와 AP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율을 구하였다. 그 결과를 서로 비교하였다.
CC DFB 레이저의 회절 격자가 IP와 AP인 - 우어 대하여 단일 모드 수율을 구하여 서로 비교하였다. 문턱 전류 이상에서 단일 모드 수율을 계산하기 전에 본 논문에서 사용된 모델로 구한 단일 모드 수율과, 실험결과와 교힌 해석적인 방법으로 구한 단일 모드 수율기과 비교하였 : . 그림 2는 문턱 전류에서 정규화된 이득 마진에 대하여 도 한 CC DFB 레이저의 단일 모드 수율을 나티내는 그림이다.
도 한 결합 세기와 결합 계수 비에 따라 단일 모드 수율이 어떻게 달라지는지에 관하여 살펴보았다. 본 논문에서는 인덱스 회 절 격자와 이득 회절 격자가 동 위상인 in-phase(IP) CC DF]- 레이저와 인덱스 회절 격자와 이득 회절 격자의 위상이 180' 차이가 나는 anti-phase(AP) CC DFB 레이저에 대하여 단# 모드 수율을 계산하였다. 단면 반사율은 HR(high-reflection)« 90%, AR(anti-reflection)은 1%, CL(cleaved facet)은 32% c 고 결합 세기 IkZJe 1.
여러가지 결합 계수 비, 양 단면 반사율 조합과 결합 세기 : 대하여 CC DFB 레이저의 단일 모드 수율을 구하였다. 여기서 CC DFB 레이저의 결합 계수 비(Coupling coefficient ■::tio, CR)는 인덱스 결합 계수 (#와 이득 결합 계수 #)의 1 인 #로 정의된다.
성능/효과
25, 2와 3 모두 주입 전류에 따른 단 일 모드 수율이 급격하게 감소하였다. 그림 6(b)의 CR 값이 0인 IC DFB 레이저의 경우 10이 커질수록 문턱 전류 이상 에서 단일 모드 수율은 급격하게 감소하였다. 10# 3인 경우 문턱 전류에서 정규화된 이득 마진 0.
Gain grating 구조를 가지는 CC DFB 레이저의 경우 주입 전류가 증가하게 되면 SHB 현상에 의해 종축 방향으로 결합 계수가 변하게 된다. AP grating 구조를 가지는 C(: DFB 레이저의 경우 문턱 전류 이상에서 불안정한 동적 특성이 나타났다.반면에 loss grating 구조를 가지는 CC DFB 레이저의 경우 주입 전류가 증가하게 되면 loss grating 층의 손실 포화 현상이 발생하여 결합 계수가 변화한다.
3인 경우 문턱 전류 이상에서 80% 이상의 높은 단일 모드 수율이 유지되었다. CR 값이 0.3 보다 큰 경우에는 90% 이상의 높은 단일 모드 수율을 주입 전류에 관계없이 일정하게 유지함을 볼 수 있었다.
CR 값이 증가할수록 문턱 전류 이상에서의 단일 모드 수율은 증가 하였다. CR 값이 작을수록 주입 전류에 따른 단일 수율 의 감소는 크게 발생하였고 CR 값이 0.6과 1인 경우는 주입 전류에 관계없이 문턱 전류에서의 단일 모드 수율로 유지함을 볼 수 있다. CR 값이 0.
또한 결합 세기와 결합 계수 t' 에 따라 단일 모드 수율이 어떻게 달라지는지 살펴보았다. IP CC DFB 레이저와 AP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 문턱 전류에서는 일치하였으나 문턱 전류 이상에서는 큰 차이를 보였다. 문턱 전류 이상에서 주입 전류의 함수M 구한 IP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 CR 값이 즈 가할수록 단일 모드 수율이 증가하였다.
반면에 AP CC DFB 레이저의 경우 단일 모드 수율의 변화가 크게 발생되지 않았다. 결합 세기가 작을수E IP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율의 증가율이 완만해지 ; 시작하는 CR 값이 커졌고 또한 최대 단일 모드 수율이 증; 하였다. 양 단면 반사율 조합이 AR-HR인 경우 AR 단면£ 반사율이 단일 모드 수율에 미치는 영향은 예상대로 결합, 기가 작을수록 크게 나타났다.
즉 그림 3의 문턱 전류에서 #의 함수로 구한 단일 모드 수율로부터 문 턱 전류 이상에서 주입 전류에 따른 단일 모드 수율을 예측할 수 없었다. 따라서 CC DFB 레이저의 경우 문턱 전류에서 SHB 현상을 나타내는 f 계수를 고려한 단일 모드 수율과 문 턱 전류 이상에서 주입 전류에 따른 단일 모드 수율과의 연관 성은 나타나지 않음을 알 수 있었다.
문턱 전류 이상에서는 IP CC DFB 레이저의 경우와 다르게 CR 값에 상관없이 주입 전류가 증가하면 단일 모드 수율이 급격하게 감소함을 볼 수 있었다. 문턱 전류 이상에서 AP CC DFB 레이저의 단일 모 드 수율은 CR 값이 0인 IC DFB 레이저 보다 단일 모드 수 율이 작았다.
IP CC DFB 레이저와 AP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 문턱 전류에서는 일치하였으나 문턱 전류 이상에서는 큰 차이를 보였다. 문턱 전류 이상에서 주입 전류의 함수M 구한 IP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율은 CR 값이 즈 가할수록 단일 모드 수율이 증가하였다. 반면에 AP CC DFE 레이저의 경우 CR 값에 관계없이 주입 전류가 증가하면 단 모드 수율은 급격히 감소함을 알 수 있었다.
그림 5는 그림 4와 같은 조건일 때 여러가지 CR 값에 대하여 주입 전류의 함수로 도시한 AP CC DFB 레이저의 단 일 모드 수율을 나타내는 그림이다. 문턱 전류 이상에서는 IP CC DFB 레이저의 경우와 다르게 CR 값에 상관없이 주입 전류가 증가하면 단일 모드 수율이 급격하게 감소함을 볼 수 있었다. 문턱 전류 이상에서 AP CC DFB 레이저의 단일 모 드 수율은 CR 값이 0인 IC DFB 레이저 보다 단일 모드 수 율이 작았다.
IC DFB 레이저에 비하여 complex < ipled(CC) DFB 레이저는 단일 모드 수율이 크고, 선폭이 1 # 주파수 첩이 적고, 온도에 대한 영향이 작으며, 양 단면 # 반사율과 격자 위상이 레이저 동작 특성에 미치는 영향이 , #는 많은 장점을 가지고 있다・긔 Makino 그룹의 경우 양 : 우믈을 주기적으로 식각한 CC DFB 레이저 대한 연구에 . 변조 주파수를 향상시켰고 단일 모드 수율이 높고 넓은 온 변화에 따른 단일 모드의 안정성이 향상됨을 보였다. # DFB 레이저 구현을 위한 다른 방법으로 주기적인 손실 F 역을 주는 방법# 주기적으로 전류를 차단시키는 방법(3) 등 : 있다.
며 양 단면 반사율은 3%이다. 본 논문에서 사용된 모 "I을 사용하여 구한 단일 모드 수율과 참고 문헌 [2]의 : 2 DFB 레이저의 수율 결과와 매우 잘 일치함을 알 수 있 I . 그림 2에서 단일 모드 조건을 /#>0.1과 /20#=0으로 "IB 현상을 고려하지 않은 경우)인 경우로 가정하면 단일 모 수울은 약 98%이다. 그러나 SHB 현상을 고려하여 단일 드 조건을 #>0.
문턱 전류 이상에서 단일 모드 #은 AR-H#과 AR-AR과 비슷한 경향을 나타냈으나 단일 드 수율은 다른 반사율 조합에 비해 작게 나타났다. 양 단 : 반사율 조합이 AR-CL의 경우도 다른 반사율 조합과 비슷 j 경향을 보였고 CL-CL의 경우보다는 단일 모드 수율이 크게 나타났다.
결합 세기가 작을수E IP CC DFB 레이저의 단일 모드 수율의 증가율이 완만해지 ; 시작하는 CR 값이 커졌고 또한 최대 단일 모드 수율이 증; 하였다. 양 단면 반사율 조합이 AR-HR인 경우 AR 단면£ 반사율이 단일 모드 수율에 미치는 영향은 예상대로 결합, 기가 작을수록 크게 나타났다.
양 단면 반사율 조합이 AR-HR과 CL-CL인 경우는 문턱 전류가 거의 비슷#였다. 양 단면 반사율 조합이 AR-HR일 때 CR 값이 0.2% 경우 CR 값이 0인 IC DFB 레이저에 비해 14%, CR 값이 1인 경우는 36% 정도 문턱 전류가 증가하였다. 반면에 양면 반사율 조합이 AR-AR일 때 CR 값이 0.
결합 세기가 2인 경우는 결합기가 3인 경우에 비하여 AR 단면의 반사율의 영향이 커 A1 단면의 반사율에 따른 단일 모드 수율의 변화가 결합 세기7 3인 경우에 비하여 약간 큼을 볼 수 있었다. 즉 결합 세기:, 작아질수록 AR 단면의 반사율의 영향이 커 AR 단면의 반, ' 율에 따른 단일 모드 수율의 변화가 큼을 볼 수 있었다.
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