[논문]무반사 면을 갖는 DFB 레이저의 발진 모드와 빔 분포 해석

권기영

doi:10.17703/jcct.2020.6.4.727

초록
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본 연구에서는 1.55um의 파장을 갖는 DFB 레이저에서 굴절률 격자와 이득 격자가 동시에 존재할 때, 오른쪽 거울 면에 반사가 일어나지 않도록 유전막 코팅을 하여 𝜌_r=0 이 되도록 하였다. δL > 0인 경우일 때, 문턱에서 발진 모드에 대하여, 발진 이득과 종 방향으로의 발진 모드의 빔 분포와 방사전력비 P_l/P_r를 𝜌_l의 위상=π인 경우와 𝜌_l의 위상=π/2인 경우에 대하여 비교했다. 𝜌_l의 위상=π인 경우, 낮은 문턱 전류와 높은 주파수 안정성을 얻기 위해서는, κL이 8보다 커야 한다. 𝜌_l의 위상=π/2인 경우, κL = 4보다 커지면서 𝜌_l의 위상=π인 경우보다 발진 이득이 낮아지기 시작함을 볼 수 있고, 발진 모드의 문턱 전류를 낮추고 주파수 안정성을 높이기 위해서는, κL이 8보다 커야한다.

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In this paper, when a refractive index grating and a gain grating were simultaneously present in a DFB laser having a wavelength of 1.55 ㎛, a dielectric film coating was applied so that reflection did not occur on the right mirror surface, so that 𝜌r=0. In case of δL > 0, the t...

In this paper, when a refractive index grating and a gain grating were simultaneously present in a DFB laser having a wavelength of 1.55 ㎛, a dielectric film coating was applied so that reflection did not occur on the right mirror surface, so that 𝜌r=0. In case of δL > 0, the threshold gain and the beam distribution in the longitudinal direction and the radiated power ratio Pl/Pr of the oscillation mode were compared for the cases of the phase of 𝜌l=π and π/2. If the phase of 𝜌l=π, in order to obtain a low threshold current and high frequency stability, κL should be greater than 8. In the case of the phase of 𝜌l= π/2, when κL is larger than 4.0, the oscillation gain starts to be lower than when the phase of 𝜌l=π. In order to lower the threshold current of a oscillation mode and enhance the frequency stability, κL should be greater than 8.

주제어

표/그림 (5)

그림 그림 1. ρ_l의 위상=π, ρ_r =0인 경우, κL이 증가할 때 (αL, δL)의 변화 그래프. Figure 1. The graph of (αL, δL) in case of ρ_l phase=π and ρ_r =0, as κL increases.
그림 그림 2. ρ_l의 위상=π, ρ_r = 0인 경우, 발진 모드의 빔 분포 |R(z)| 및 |S(z)|. (a) κL = 0.1, (b) κL = 1.0, (c) κL = 10. Figure 2. The beam profiles of |R(z)| and |S(z)| of a lasing mode in case of ρ_l phase=π and ρ_r = 0. (a) κL = 0.1, (b) κL = 1.0 and (c) κL = 10.
그림 그림 3. ρ_l의 위상=π/2, ρ_r = 0인 경우, κL이 증가할 때 (αL, δL)의 변화 그래프. Figure 3. The graph of (αL, δL) in case of ρ_l phase=π/2 and ρ_r = 0, as κL increases.
그림 그림 4 ρ_l의 위상=π/2, ρ_r = 0인 경우, 발진 모드의 빔 분포 |R(z)| 및 |S(z)|. (a) κL = 0.1, (b) κL = 1.0, (c) κL = 10. Figure 4. The beam profiles of |R(z)| and |S(z)| of a lasing mode in case of ρ_l phase=π/2 and ρ_r =0. (a) κL = 0.1, (b) κL = 1.0 and (c) κL = 10.
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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문제 정의

본 논문에서는 한쪽 거울 면에만 반사가 일어나지 않도록 유전막 코팅을 한 경우, 1.55um의 파장을 갖는 DFB 레이저에서 굴절률 격자와 이득 격자가 동시에 존재할 때, ρl의 위상=Π인 경우와 ρl의 위상=Π/2인 경우에 대하여 발진 주파수와 발진 이득, 장축 방향으로의 빔 분포 특성을 이론적으로 해석한다.

가설 설정

여기서 δ = β - βo이고, |δ|≪ β를 가정하였고, e± j3βoz롤 전파하는 파는 생략하였다.

제안 방법

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.
두 거울 면 중에 오른쪽 거울 면에 무반사 코팅을 한, 1.55um의 파장을 갖는 DFB 레이저에서 굴절률 격자와 이득 격자가 동시에 존재할 때, 굴절률 격자와 이득 격자 사이의 구조에 따라 발진 주파수와 발진 이득, 종 방향으로의 빔 분포 특성을 이론적으로 해석하였다. 편의상 왼쪽 거울 면에서 격자의 위상이 (ρ_l의 위상=Π)일 때와 (ρ_l의 위상=Π/2)일 때, 그리고 δL > 0인 경우에 대하여, kL = 0.
이상과 같은 계산을 (ρl의 위상=0, ρr의 위상=0)인 경우와 (ρl의 위상=0, ρr의 위상=Π)인 경우에 대하여 서로 비교하였다.
편의상 왼쪽 거울 면에서 격자의 위상이 (ρl의 위상=Π)일 때와 (ρl의 위상=Π/2)일 때, 그리고 δL > 0인 경우에 대하여, kL = 0.1, kL = 1.0 및 kL = 10으로 증가시키면서, DFB 레이저의 발진 모드에 대한 발진 이득, 빔의 분포 |R(z)|와 |S(z)|, 그리고 방사전력비 Pl/Pr를 구했다.

성능/효과

두 거울 면을 가진 1.55um의 파장을 갖는 DFB 레이저에서 kL이 0.1에서 10까지 증가할 때, 즉 반사 방지 코팅을 하지 않은 이전 연구 결과와 비교하면[11], 오른쪽 거울 면에 무반사 코팅을 한 경우에 αL이 감소하는 변화폭 크기가 훨씬 증가하였다.

참고문헌 (11)

Seokyoung Kim, Kwangki Ryoo, "Research on information & communication work business in response to the fourth industrial revolution", The Journal of the Convergence on Culture Technology, vol. 5, no. 1, pp.139-146, 2019. http://dx.doi.org/10.17703/JCCT.2019.5.1.139

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M. Okai, S. Tsuji, N. Chinone, "Stability of the longitudinal mode in lambda/4-shifted InGaAsP/InP DFB lasers, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 25, issue 6, pp. 1314-1319, 1989. DOI: 10.1109/3.29262

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T. Yamanaka, S. Seki, K. Yokoyama, "Numerical analysis of static wavelength shift for DFB lasers with longitudinal mode spatial hole burning", IEEE Photonics Technology Letters, vol. 3, issue 7, pp. 610-612, 1991, DOI: 10.1109/68.87929

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Keeyoung Kwon, Janggeun Ki, "Simulation and Examination for Beam Profile of DFB Laser", The Journal of Korea Software Assessment and Valuation Society, vol. 15, no. 1, pp. 71-78, 2019, http://dx.doi.org/10.29056/jsav.2019.06.08

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