Korean Journal of Optics and Photonics (한국광학회지)

Optical Society of Korea (한국광학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Fabrication and performance analysis of cost-effective fiber grating lasers for WDM-PON systems

WDM-PON 시스템용 저가형 Fiber Grating Laser의 제작 및 성능 분석

  • 조승현 (한국전자통신연구원 WPON 기술팀) ;
  • 이우람 (한국전자통신연구원 WPON 기술팀) ;
  • 이지현 (한국전자통신연구원 WPON 기술팀) ;
  • 박재동 (한국전자통신연구원 WPON 기술팀) ;
  • 김병휘 (한국전자통신연구원 WPON 기술팀) ;
  • 강민호 (한국정보통신대학원대학교 공학부) ;
  • 신동욱 (한양대학교 세라믹공학과)
  • Published : 2005.02.01
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

Fiber-Bragg-grating external cavity laser(FGL) modules were fabricated and experimentally analyzed. Proposed as a cost-effective solution for optical sources in the WDM-PON access network, FGL modules were packaged to TO-CAN type. We obtained a low threshold current of 13 mA, and an optical output power of 3.6 mW with a bias current of 60 mA at $25^{\circ}C$. The lasing wavelength dependencies on current and temperature were as small as 5.2 pm/mA and 30 pm/$^{\circ}C$, respectively. These change rates of the wavelength with the temperature and current are smaller than those of the DFB laser. Single-mode oscillations with the side-mode suppression ratio(SMSR) over 30 dB are maintained above the threshold current level. The FGL modules can be directly modulated at 155 Mbps, PRBS(2$^{23}$ -1) NRZ signal. Through the BER plots, we did not see the significant degradations before and after the transmission over 20km of the SMF at 155 Mb/s.

광섬유 브라그 격자를 외부 공진기로 사용하는 레이저 다이오드(이하 FGL : fiber grating laser 이라 약칭함)를 제작한 후 그 성능을 실험적으로 측정하고 분석하였다. FGL을 WDM기반의 수동형 광 가입자망 시스템에 적용하기 위해서는 저가 구현이 필수적이며, 이를 위해, TO-CAN 형태의 모듈로 패키징하였다. 제작된 FGL의 동작 전류 대 광 출력 특성을 측정한 결과, $25^{\circ}C$에서 60 mA일때 약 3.6 mW를 얻을 수 있었고 주입 전류 변화에 따른 발진 파장의 변화율은 5.2 pm/mA이었다. 또한, FGL의 온도 변화에 따른 발진 파장의 변화율은 30 pm/$^{\circ}C$로 주변 온도 변화에 대한 발진 파장의 안정도가 매우 우수함을 확인하였다. 문턱 전류 이상의 동작전류 영역에서 각각 30 dB 이상의 양호한 주변 모드 억압비(SMSR)를 얻을 수 있었고, 단일 종 모드 발진 특성을 유지함을 확인하였다. 제작된 FGL의 전송 성능을 분석하기 위하여 155 Mb/s의 NRZ 신호로 직접 변조 실험을 수행하였다. BER 성능을 측정한 결과. 단일 모드 광섬유 20 km를 통과하더라도 광경로 파워 페널티가 발생하지 않았고 수신파워가 -37.5 dBm 이상에서 BER<$10^{-9}$ 을 얻을 수 있었다.

Keywords

References

  1. B. W. Kim, H. H. Lee, and J. W. Yang, 'Access network technologies for broadband subscriber services in Korea: Present and Future,' IEICE TRANS. COMMUN., vol. E86-B, no. 8, pp. 2273-2286, 2003
  2. N. J. Frigo, P. P. Iannone, P. D. Magill, T. E. Darcie, M. M. Downs, B. N. Deasi, U. Koren, T. L. Koch, C. Dragone, H. M. Presby, and G. E. Bodeep, 'A wavelength -division multiplexed passive optical network with cost-shared components', IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 6, no. 11, pp. 1365-1367, 1994 https://doi.org/10.1109/68.334841
  3. 김봉규, 연영희, 김병휘, 박상조, '초고속 광 가입자망 구축을 위한PN 부호와 FBG를 이용한 광 CDMA의 특성분석,' 한국광학회지, 제 13권, 6호, pp. 501-505, 2002
  4. G. Maier, M. Martinelli, A. Pattavina, and E. Salvadori, 'Design and cost performance of the multistage WDMPON access networks,' IEEE J. Lightwave Tech., vol. 18, no. 2, pp. 125-143, 2000 https://doi.org/10.1109/50.822785
  5. 조승현, 정의석, 박재동, 김병휘, 강민호, 신동욱, 'WDM 기반의 광통신망을 위한 저가형 광신호 삽입/추출 모듈,' 한국광학회지, 제14권, 6호, pp. 578-582, 2003 https://doi.org/10.3807/KJOP.2003.14.6.578
  6. J. Hashimoto, T. Tahagi, T. Kato, G. Sasaki, M. Shigehara, K. Murashima, M. Shiozaki, and T. Iwashimal, 'Fiber Bragg grating external cavity laser(FGL) module for DWDM transmission,' IEEE J. Lightwave Tech., vol. 21, no. 9, pp. 2002-2009, 2003 https://doi.org/10.1109/JLT.2003.815498
  7. T. Kato, T. Takagi, A. Hamakawa, K. Iwai, and G. Sasaki, 'Fiber-Grating Semiconductor Laser Modules for Dense-WDM Systems,' IEICE TRANS. ELECTRON., vol. E82-C, no. 2, pp. 357-359, 1999
  8. J. Hashimoto, T. Kato, H. Nakanishi, K. Yoshida, G. Sasaki, A. Yamaguchi, T. Katsuyama, and N.Yamabayashi, 'Eight-channel wavelength multiplexing with 200-GHz spacing using uncooled coaxial fiber Bragg grating external cavity semiconductor laser module,' IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 14, no. 11, pp. 1617-1619, 2002 https://doi.org/10.1109/LPT.2002.803874
  9. M. Shigematsu, M. Tanaka, T. Okuno, J. Hashimoto, Y. Kawabata, S. Takahashi, H. Nakanishi, A. Yamaguchi, T. Shibata, A. Inoue, T. Katsuyama, M. Nishimura, and H. Hayashi, 'Amplified coarse WDM systems employing un-cooled fiber Bragg grating lasers with 600GHz channel spacing,' in Optical Fiber Communication Conference '2003, Optical Society of America, Atlanta, USA, pp. 96-97, 2003
  10. T. S. Lay, H. M. Yabg, C. W. Lee, and W. H. Cheng, 'Fiber Grating Laser: a performance study on coupling efficiency of fiber microlens and the Bragg reflectivity,' Opt. Com., 233, pp. 89-96, 2004 https://doi.org/10.1016/j.optcom.2004.01.023
  11. T. Takagi, T. Kato, G. Sasaki, A. Miki, S. Inano, K. Iwai, A. Hamakawa, and M. Shigehara, 'Fiber grating external cavity laser diode module for 2.5 Gb/s dense WDM transmission,' in European Conference on Optical Communication '98, Madrid, Spain, pp. 81-82, 1998
  12. J. Hashimoto, T. Kato, H. Nakanishi, K. Yoshida, G. Sasaki, A. Yamaguchi, T. Katsuyama, and N. Yamabayashi, 'Coaxial fiber-Bragg grating external cavity semiconductor laser module without temperature control,' in European Conference on Optical Communication '2001, Amsterdam, Holland, pp. 130-131, 2001
  13. G. D. Maxwell, R. Kashyap, G. Sherlock, J. V. Collins, and B. J. Ainslie, 'Demonstration of semiconductor external cavity laser using a UV written grating in a planar silica waveguide,' IEE Electron. Lett., vol. 30, no. 18, pp. 1486-1487, 1994 https://doi.org/10.1049/el:19941030
  14. T. Tanaka, H. Takahashi, Y. Hibino, T. Hashimoto, A. Himeno, Y. Yamada, and Y. Tohmori, 'Hybrid external cavity lasers composed of spot-size converter integrated LDs and UV written Bragg gratings in a planar lightwave circuit on Si,' IEICE TRANS. ELECTRON., vol. E83-C, no. 6, pp. 875-883, 2000
  15. T. Tanaka, Y. Hibino, T. Hashimoto, R. Kasahara, Y. Inoue, A. Himeno, M Itoh, M. Abe, H. Oohashi, and Y. Tohmori, 'PLC-type hybrid external cavity laser integrated with front-monitor photodiode on Si platform,' IEE Electron. Lett., vol. 37, no. 2, pp. 95-96, 2001 https://doi.org/10.1049/el:20010052
  16. J. V. Collins, I. F. Lealman, A. Kelly, and C. W. Ford, 'Passive alignment of second generation optoelectronic devices', IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron., vol. 3, no. 6, pp. 1441-1444, 1997 https://doi.org/10.1109/2944.658799
  17. F. N. Timofeev, P. Bayvel, J. E. Midwinter, R. Wyatt, R. Kashyap, and M. Robertson, '2.6 Gb/s dense WDM transmission in standard fiber using directly-modulated fiber grating lasers,' IEE Electron. Lett., vol. 33, no. 19, pp. 1632-1633, 1997 https://doi.org/10.1049/el:19971084
  18. R. H. QU, et al, 'Analysis of High Frequency Modulated Fiber Bragg Grating External Cavity Laser,' Lasers and Electro-Optics, 2001. CLEO/Pacific Rim 2001. The 4th Pacific Rim Conference on, Volume: 2, 94-95 July 2001
  19. Jean-Luc Archambault and Stephen G. Grubb, 'Fiber Gratings in Lasers and Amplifiers,' IEEE J. Lightwave Tech., vol. 15, no. 8, pp. 1378-1390, 1998 https://doi.org/10.1109/50.618351