[논문]고속 통신용 DFB 레이저의 빔 분포 해석

권기영

doi:10.17703/jcct.2020.6.3.419

초록
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본 연구에서는 무반사 코팅을 하지 않은, 두 개의 거울 면을 갖는 1.55um 파장용 DFB(Distributed Feedback) 레이저에서 굴절률 격자와 이득 격자가 동시에 존재할 때, 해석 프로그램을 개발하여 종 방향으로 발진 모드의 빔 분포를 해석하였다. 굴절률 격자와 이득 격자가 거울 면에서 갖는 위상 값의 변화에 따라서, δL<0인 경우에 대하여, DFB 레이저의 발진 모드에 대한 발진 이득, 빔 분포 |R(z)|와 |S(z)|, 그리고 방사전력비 P_l/P_r를 비교 분석하였다. 거울 면에서의 격자 위상 값에 관계없이 발진 모드의 문턱 전류를 낮추고 주파수 안정성을 높이기 위해서는, κL이 8보다 커야한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, when a refractive index grating and a gain grating are simultaneously present in a DFB (Distributed Feedback) laser for a 1.55 um wavelength with two mirror surfaces without an anti-reflective coating, an analysis program was developed to determine the beam distribution of the oscilla...

In this paper, when a refractive index grating and a gain grating are simultaneously present in a DFB (Distributed Feedback) laser for a 1.55 um wavelength with two mirror surfaces without an anti-reflective coating, an analysis program was developed to determine the beam distribution of the oscillation mode in the longitudinal direction. As the phases of the index and gain gratings on the mirror faces are varied, the lasing gain and the beam profiles |R(z)| and |S(z)| of the lasing mode with the emitted power ratio Pl/Pr are analyzed and examined in case of δL<0. In order to reduce the threshold current of a oscillation mode and enhance the frequency stability, κL should be greater than 8, regardless of the grating phase values at the mirror surface.

주제어

표/그림 (5)

그림 그림 1. ρ_l의 위상=0, ρ_r의 위상=0인 경우, κL이 증가할 때 (αL, δL)의 변화 그래프. Figure 1. The graph of (αL, δL) in case of ρ_l phase=0 and ρ_r phase=0, as κL increases.
그림 그림 2. ρ_l의 위상=0, ρ_r의 위상=0인 경우, 발진 모드의 빔 분포 |R(z)| 및 |S(z)|. Figure 2. The beam profiles of |R(z)| and |S(z)| of a lasing mode in case of ρ_l phase=0 and ρ_r phase=0.
그림 그림 3. ρ_l의 위상=0, ρ_r의 위상=π인 경우, κL이 증가할 때 (αL, δL)의 변화 그래프. Figure 3. The graph of (αL, δL) in case of ρ_l phase=0 and ρ_r phase=π, as κL increases.
그림 그림 4 ρ_l의 위상=0, ρ_r의 위상=π인 경우, 발진 모드의 빔 분포 |R(z)| 및 |Z(z)|. Figure 4. The beam profiles of |R(z)| and |Z(z)| of a lasing mode in case of ρ_l phase=0 and ρ_r phase=π.
표 표 1. κL에 따른 P_l/P_r의 값 Table 1. The value of P_l/P_r as κL increases.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 두 거울 면에 무반사 코팅을 하지 않은, 1.55um의 파장을 갖는 DFB 레이저에서 굴절률 격자와 이득 격자가 동시에 존재할 때, 굴절률 격자와 이득 격자 사이의 구조와 배치 방법에 따라 발진 주파수와 발진에 필요한 이득, 그리고 장축 방향으로의 빔 분포 특성을 이론적으로 해석한다. 2장에서는 사용된 이론을 설명하고, 3장에서는 거울 면에서 굴절률 격자 위상값과 이득 격자 위상값이 변화할 경우 DFB 레이저의 발진 모드에 대한 발진 이득, 빔의 분포 |R(z)|와 |S(z)|, 그리고 방사전력비 P_l/P_r를 구했다.

가설 설정

여기서 δ = β -βo이고, |δ|≪ β를 가정하였고, e± j3βoz로 전파하는 파는 생략하였다.

제안 방법

κL = 0.1, κL = 1.0 및 κL = 10으로 증가하면서, DFB 레이저의 발진 모드에 대한 발진 이득, 빔의 분포 |R(z)|와 |S(z)|, 그리고 방사전력비 Pl/Pr를 구했다.
각각에 대하여 δL < 0인 경우에 대하여, 문턱에서 최소 이득을 필요로 하는 제 1모드에 대하여, 발진 이득, 빔의 분포 |R(z)|와 |S(z)|, 그리고 방사전력비 Pl/Pr를 구했다.
거울 면에 무반사 코팅을 하지 않은, 두 거울 면을 가진 1.55um의 파장을 갖는 DFB 레이저에서 굴절률 격자와 이득 격자가 동시에 존재할 때, 굴절률 격자와 이득 격자의 구조에 따라 발진 주파수와 발진 이득, 그리고 종 방향으로의 빔 분포 특성을 이론적으로 해석했다. κL = 0.
이상과 같은 계산을 (ρl의 위상=0, ρr의 위상=0)인 경우와 (ρl의 위상=0, ρr의 위상=π)인 경우에 대하여 서로 비교하였다.
0 및 κL = 10으로 증가하면서, DFB 레이저의 발진 모드에 대한 발진 이득, 빔의 분포 |R(z)|와 |S(z)|, 그리고 방사전력비 P_l/P_r를 구했다. 편의상 다음의 두 가지 경우에 대한 특성을 비교 검증하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	광대역 광통신 시스템에 사용될 레이저 광원은 어떤 사양을 만족해야 하는가?	광대역 광통신 시스템에 사용되는 레이저 광원은 속도를 높이기 위해서, 안정된 주파수 동작을 하면서 주파수 선택성이 우수하고, 고주파로 전류 변조를 할 경우에도 발진하는 파장의 변화가 없어야 한다. 이러한 특성을 만족시켜주는 광원으로 DFB(Distributed Feedback) 레이저가 각광을 받고 있다[3]~[7].
	제4차 산업혁명의 환경적인 변화는 무엇을 더욱 필요하게 만들었는가?	스마트 기기가 폭발적으로 증가하고 있을 뿐 아니라 사물인터넷 단말기도 폭발적으로 증가하는 등 초고속 대용량의 정보 전달을 요구하고 있다. 이러한 제4차 산업혁명의 환경적인 변화는 유무선 네트워크 인프라를 구축하고 정보통신 설비와 소자를 초고속 광대역화해야만 하는 필요성을 가속화시키고 있다[2].
	반사 방지 코팅을 한 4분의 1 파장 위상 천이된 DFB 레이저가 제안된 것은 기존 DFB 레이저의 어떤 문제 때문인가?	DFB 레이저는 활성층에 혹은 클래드 층에 격자구조를 만들어 주고, 그 격자에서 발생하는 브래그(Bragg) 산란을 이용하여 광의 반사가 이루어지도록 한다. 그런데 굴절률 결합 DFB 레이저는 발진 파장이 축퇴되는 현상이 발생하고, 또 발진 특성이 거울면에서 격자의 위상과 거울면의 반사율에 따라 민감한 것이 문제이다. 이 문제를 개선하려고 반사 방지 코팅을 한 4분의 1 파장 위상 천이된 DFB 레이저가 제안되었으며, 이 경우는 잔류 반사율(≪ 0.

참고문헌 (12)

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