[논문]비트 주파수를 스위칭할 수 있는 듀얼 모드 외부 공진기 레이저

김철섭; 김륜경; 이경식; 송정환; 오윤경

doi:10.3807/kjop.2006.17.6.489

[국내논문] 비트 주파수를 스위칭할 수 있는 듀얼 모드 외부 공진기 레이저
Beat Frequency Switchable Dual-mode External cavity laser 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.17 no.6, 2006년, pp.489 - 492

김철섭 (성균관대학교 정보통신공학부 광통신 연구실) , 김륜경 (성균관대학교 정보통신공학부 광통신 연구실) , 이경식 (성균관대학교 정보통신공학부 광통신 연구실) , 송정환 (삼성전자 정보통신총괄 통신연구소 통신모듈랩) , 오윤경 (삼성전자 정보통신총괄 통신연구소 통신모듈랩)

초록
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평판도파로 상에 FP-LD와 샘플격자를 하이브리드 집적하여 듀얼 모드로 발진하는 외부 공진기 레이저를 구현하였다. 샘플격자에 인가되는 전류를 50mA에서 55mA로 변화시킴으로써 듀얼 모드간의 beat 주파수를 132GHz에서 406GHz로 스위칭할 수 있었다.

We demonstrate a beat frequency-Switchable dual-mode external cavity laser hybrid integrated on planar lightwave circuit with an FP-LD and a sampled grating as external reflector. The dual-mode external avity laser was able to switch its beat frequency from 132GHz to 406GHz by changing LD current fr...

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문제 정의

따라서 기존의 광섬유 형태로 구성되어 있는 외부 공진기레이저를 평판도파로에 하이브리드 집적기술을 이용하여 구현함으로써 집적소자의 장점을 살리기 위한 연구가 활발히 진행 중이다^[7]. 특히, 듀얼 모드 레이저를 평판도파로에 집적하여 안정되고 소형으로 구현하는 경우 광통신 분야 이외에도 테라헤르츠 영상, dual wavelength 간섭계 등 여러 분야에 활용될 수 있기 때문에 본 연구를 하게 되었다.
본 논문에서는 평판도파로상에 FP-LD와 샘플격자를 하이브리드 집적하여 듀얼모드로 발진하는 외부 공진기 레이저를 제안하였다. 사용된 FP-LD의 모드 간격에 의하여 두 개의 발진 모드를 갖게 하기 위하여 샘플격자의 채널 간격이 1.

제안 방법

평판도파로칩의 크기는 가로 18mm, 세로 6rnin로 소자에 FP-LD와 샘플격자를 하이브리드 집적시켜 듀얼모드 외부 공진기레이저를 구현하였다. 도파로 코어의 크기는 가로 65㎛, 세로6.
75%의 차이를 갖는다. 또한 광감성을 증가시키기 위하여 상온에서 수소 처리하여 수소 농도를포화시켰다^[8].
9nm이고, 샘플 격자의 pitch 는 250㎛이다. 또한, Λ_s의 비율이 1:1이 되게 하기 위하여 평판도파로와 진폭 마스크의 거리를 적절하게 조절하였다. 샘플격자는 KrF Eximer(248nm) 레이저를 이용하여 5Hz, 320mJ의 파워로 30분 동안 UV에 노출시켜 평판도파로 코어의 굴절률 변화를 야기시켜 제작하였다.
또한, Λ_s의 비율이 1:1이 되게 하기 위하여 평판도파로와 진폭 마스크의 거리를 적절하게 조절하였다. 샘플격자는 KrF Eximer(248nm) 레이저를 이용하여 5Hz, 320mJ의 파워로 30분 동안 UV에 노출시켜 평판도파로 코어의 굴절률 변화를 야기시켜 제작하였다. 제작된 샘플 격자의 길이는 10mm 이다.
격자를 제작한 후 평판도파로 양쪽 끝에 광섬유 block을 연결하여 격자의 특성을 측정하였다. 광섬유 block의 한 쪽 끝은 측정광원으로 광대역 광원인 LED를 연결하였으며, 다른 한쪽은 ANDO사의 AQ-6310 광스펙트럼 분석기(OSA)를 연결하였다.
격자의 특성을 측정하였다. 광섬유 block의 한 쪽 끝은 측정광원으로 광대역 광원인 LED를 연결하였으며, 다른 한쪽은 ANDO사의 AQ-6310 광스펙트럼 분석기(OSA)를 연결하였다. 이때, 평판도파로와 광섬유 block과의 결합 손실은 〜 0.
듀얼모드로 발진하는 외부 공진기레이저를 구현하기 위하여 앞서 구현한 샘플격자와 같이 FP-LD도 평판도파로에 하이브리드 집적시켰다. 사용한 FP-LD는 평판도파로와의 결합 손실을 줄여줄 수 있도록 spot-size converter가 집적이 된 LD(SS-LD)이며, 길이는 300㎛였다.
78nm의 배수만을 가질 경우 동시에 3개 이상의 모드에서도 발진이 일어날 수 있다. 따라서 그림 2에서와 같이 ~1.2nm의 대역폭을 갖고 있는 3개 피크의 샘플격자를 제작하여 듀얼모드의 외부 공진기레이저를 구현하였다. 그림4는 FP-LD와 샘플격자를 평판도파로에 하이브리드 집적시켜 듀얼모드 외부 공진기 레이저를 구현했을 때의 구성도를 나타낸 것이다.
제안하였다. 사용된 FP-LD의 모드 간격에 의하여 두 개의 발진 모드를 갖게 하기 위하여 샘플격자의 채널 간격이 1.2nm의 대역폭을 갖도록 설계하였고, 이를 구현하기 위하여 샘플 격자 제작 시 진폭 마스크 주기를 500㎛로 하였다. 이와 같이 설계하여 3개 채널의 샘플격자를 제작하였고, 이를 외부 반사경으로 이용하여 외부 공진기레이저를 구현하였으며 인가되는 전류를 변화시킴으로써 beat frequency를 변경 가능한 듀얼모드의 레이저를 구현할 수 있었다.
2nm의 대역폭을 갖도록 설계하였고, 이를 구현하기 위하여 샘플 격자 제작 시 진폭 마스크 주기를 500㎛로 하였다. 이와 같이 설계하여 3개 채널의 샘플격자를 제작하였고, 이를 외부 반사경으로 이용하여 외부 공진기레이저를 구현하였으며 인가되는 전류를 변화시킴으로써 beat frequency를 변경 가능한 듀얼모드의 레이저를 구현할 수 있었다. 본 논문에서 제안하는 외부 공진기레이저는 일반적인 DFB-LD에 비해 높은 온도 안정성, 가격 경쟁력을 가질 뿐만 아니라 샘플 격자를 이용하여 한 시스템으로 듀얼 모드로 발진시키는 장점을 가진다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 평판도파로는 광섬유 형태의 도파로와는 달리 이 차원적 구조의 평판 위에도파로가 있는 형태이다. 평판도파로칩의 크기는 가로 18mm, 세로 6rnin로 소자에 FP-LD와 샘플격자를 하이브리드 집적시켜 듀얼모드 외부 공진기레이저를 구현하였다.
본 논문에서는 외부 공진기레이저의 발진 모드를 듀얼로 하기 위하여 샘플격자를 사용하였다. 일반적으로 샘플 격자에서의 채널 간 격(Δλ)은 격자에 주어지는 sampling 주기(Λ_s) 에 따라 변하게 되는데 그식은 다음과 같다^[9].
그리고 n₁과 n₂는 UV 빔의 조사에 의해 야기된 굴절률 변화를 나타내고, n₃과 n₄는 sampling 주기에 의해 변화된 굴절률을 나타낸다^[10]. 위상마스크는 주기가 901.81nm인 것을 사용하였고, 진폭 마스크의 주기는 500㎛ 였다. 이 때, 격자의 pitch는 405.
샘플격자는 KrF Eximer(248nm) 레이저를 이용하여 5Hz, 320mJ의 파워로 30분 동안 UV에 노출시켜 평판도파로 코어의 굴절률 변화를 야기시켜 제작하였다. 제작된 샘플 격자의 길이는 10mm 이다.
집적시켰다. 사용한 FP-LD는 평판도파로와의 결합 손실을 줄여줄 수 있도록 spot-size converter가 집적이 된 LD(SS-LD)이며, 길이는 300㎛였다. FP-LD의 앞면은 외부 공진기 레이저의 발진 시 불필요한 반사 특성을 억제하도록 하기 위하여 〜1%의 반사율로 AR(anti-reflection) 코팅되어있고, 뒷면의 반사율은 80%로 HR(high-reflection)코팅되어 있다^[8].

성능/효과

이때의 두 발진 모드 간의 주파수는~406GHz이다. 이와 같이, 외부 공진기 레이저의 듀얼 모드간주파수 간격의 가변은 인가되는 전류를 변화 시켜 FP-LD의 종모드들을 전체적으로 이동하게 하는 간단한 방법으로 가능하였다. 그림5(a)에서의 듀얼 모드 레이저의 인접모드억압비(side mode suppression ratio)는 〜 25dB로 비슷하지만 그렴5(b)에서의 듀얼모드 레이저의 인접모드억압비는 각각 〜 17dB, 〜25dB로 약 8dB 정도의 차이를 갖는다.
격자가 외부 반사경으로서 외부 공진기 레이저를 구현하기 위해서는 적어도 3dB의 반사율을 가져야 한다^[7]. 본 실험시 전체 샘플격자의 길이를 3mm로 설계하여 제작하였는데 사전 실험 시 격 자 제작을 위한 UV 노출 시간이 길어짐에 따라 반사 피크가 하나씩 증가하는 경향을 보였다. 샘플격자의 투과 스펙트럼에 있는 1313.
본 실험시 전체 샘플격자의 길이를 3mm로 설계하여 제작하였는데 사전 실험 시 격 자 제작을 위한 UV 노출 시간이 길어짐에 따라 반사 피크가 하나씩 증가하는 경향을 보였다. 샘플격자의 투과 스펙트럼에 있는 1313.26nm, 1314.46nm에서의 반사 피크는 UV빔을 주사하자 빠른 시간 내에 격자가 생성되기 시작하여 〜 16dB 이상의 반사율을 가졌지만, 1312.02nm에서의 반사 피크는 30분 정도 UV빔에 노출되어서야 3dB 이상의 반사율을 가질 수 있었다. 따라서 UV 노출 조건을 향상시키는 경우 1312.
이와 같이 설계하여 3개 채널의 샘플격자를 제작하였고, 이를 외부 반사경으로 이용하여 외부 공진기레이저를 구현하였으며 인가되는 전류를 변화시킴으로써 beat frequency를 변경 가능한 듀얼모드의 레이저를 구현할 수 있었다. 본 논문에서 제안하는 외부 공진기레이저는 일반적인 DFB-LD에 비해 높은 온도 안정성, 가격 경쟁력을 가질 뿐만 아니라 샘플 격자를 이용하여 한 시스템으로 듀얼 모드로 발진시키는 장점을 가진다. 또한, 평판도파로에 하이브리드 집적 기술을 이용하여 본연구에서 구현한 듀얼모드 외부 공진기 레이저는 집적소자가 가지는 소형, 안정성 및 대량생산등의 장점도 가지기 때문에 WDM 광통신 및 테라헤르츠 광원 분야에 적용될 가능성이 높다.

후속연구

02nm에서의 반사율도 균일하게 높여줄 수 있을 것이다. 또한, 샘플격자의 반사 피크가 많이 생기도록 설계하여 제작하면 동시에 3개 이상으로 발진하는 외부 공진기레이저를 구현할 수 있을 것으로 판단된다.
본 논문에서 제안하는 외부 공진기레이저는 일반적인 DFB-LD에 비해 높은 온도 안정성, 가격 경쟁력을 가질 뿐만 아니라 샘플 격자를 이용하여 한 시스템으로 듀얼 모드로 발진시키는 장점을 가진다. 또한, 평판도파로에 하이브리드 집적 기술을 이용하여 본연구에서 구현한 듀얼모드 외부 공진기 레이저는 집적소자가 가지는 소형, 안정성 및 대량생산등의 장점도 가지기 때문에 WDM 광통신 및 테라헤르츠 광원 분야에 적용될 가능성이 높다.

참고문헌 (10)

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R. K. Kim, J. H. Lim, J. H. Song, and K. S. Lee, 'Highly Linear-Polarized External Cavity Lasers Hybrid Integrated on Planar Lightwave Circuit Platform,' IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 18, no. 4, pp. 580-582, 2006

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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