KR0178795B1 - 집적 광학편광스플리터 - Google Patents

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KR0178795B1 KR1019910001361A KR910001361A KR0178795B1 KR 0178795 B1 KR0178795 B1 KR 0178795B1 KR 1019910001361 A KR1019910001361 A KR 1019910001361A KR 910001361 A KR910001361 A KR 910001361A KR 0178795 B1 KR0178795 B1 KR 0178795B1
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야코부스 게라뒤스 마리아 반 데 톨 요하네스
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요하네스 빌헬무스 마리아 바세르
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Abstract

본 발명은 필요한 도파관의 비대칭성이 광학도파관재료로서 극성화가능 글래스중합체를 사용함에 의해 얻어지는 모드필터원리에 기초하는 집적 광학편광스플리터에 관한 것으로, 상기 재료는 극성화상태에서 편광-감응적 또는 편광-감응적이 아니거나, 실제 비극성화상태로서 편광-감응적이 아니고, 극성화가능 글래스중합체의 Y형상광학도 파관패턴(8)은 중합체가 비극성화상태인 광학도파관부(8.1 ; 유입도파관, 8.1; 유출도파관)와 예각으로 상기 광학도파관에 접속됨과 더불어 테이퍼가 형성되는 한편, 상기 중합체가 극성화상태인 유출광학도파관부(8.3)에 의해 이루어진 연속적인 광학도파관으로 구성되며, 상기 극성화재료는 전-광적이므로 예컨대 전극(2, 10)사이에서 발생된 전계가 비대성의 미소한 변동을 정정할 수 있게 되고, 제조가 간단하면서 비교적 높은 여유 및 구성요소가 짧은 집적길이로 되는 이점이 있다.

Description

집적 광학편광스플리터
제1도는 본 발명에 따른 편광스플리터의 정면도에서 광도파관가이드 패턴의 도식적인 도면.
제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면에서 본 편광스플리터의 도식적인 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기체 2 : 제1전극
3 : 제1버퍼층 4 : 글래스 중합체층
5 : 제2버퍼층 8 : 광도파관패턴
9 : 브랜칭구역 10 : 제2전극
[산업상의 이용분야]
본 발명은 집적광학구성요소에 관한 것으로, 특히 모드필터원리(mode filter 原理)에 기초하는 집적 광학편광스플리터로 구성된 것이다.
[종래의 기술과 그 문제점]
TE-TM모드 스플리터로 칭해지는 광학편광스플리터는 예컨대 코히어런트광검출시스템에 사용되는 바, 이러한 시스템에서 광이 통상 모노모드글래스화이버(monomode glass fiber)에 의해 출현되는 광전승정부의 편광상태가 특히 소외 편광가변(PD)시스템의 사용에 의해 변화되게 된다. 이러한 시스템에 따르면, 수신된 광이 편광스플리터에 의해 상호 직교하는 편광방향을 갖는 2개의 성분으로 분리되고, 이어 이들 2개의 성분이 독립적으로 검출되어 처리된다.
물론, 집적 코히어런트 광검출시스템은 집적인 형태의 광학편광스플리터를 필요로 하는데, 현재까지는 특히 모드필터링원리에 기초한 편광스플리터들이 알려져 있다. 이러한 원리는 상호 근접하는 도파관의 경우 그 도파관들이 함께 제공되는 공동작용영역에서의 광필드분는 상기 도파관들이 상호 유사하게 되는 크기에 의존된다.
만일 그 도파관들이 동일하다면 동일한 강도의 소위 우수모드(evev mode)와 기수모드(odd mode)의 2개의 개별적인 전파가 상기 공동작용 영역에서 생성되지만, 만일 도파관들이 예컨대 폭에 있어서 차이 즉, 비대칭적으로 되면, 우수 및 기수모드가 더 이상 동등하게 강렬하게 개시되지 않고: 예컨대 광이 최저의 전파상수(propagation constant)로 도파관을 경유하여 도래하는 경우 기수모드는 보다 강해지게 되는 한편, 다른 도파관을 경유하는 경우 우수모드가 보다 강력하게 개시되게 한다. 또 도파관사이의 비대칭이 충분히 크다면 단지 하나의 모드만이 개시되지만, 도파관사이의 각을 보다 크게 하는 경우에는 보다 큰 비대칭이 필요하게 된다. 이러한 상반성(相反性)은 공동작용영역으로부터 광을 제거하여 회피시키는 도파관에 대해 적용된다. 만일 비대칭성이 충분하면 우수모드는 거의 최대전파상수를 갖는 유출도파관(outgoing guide)으로 진행하는 한편, 기수모드는 다른 도파관을 경유하여 진행하게 된다.
따라서, 유입도파관사이에 제공된 비대칭성은 공동작용영역에서 우수 또는 기수모드의 선택적인 개시를 생성하게 되고 ; 유출도파관에서의 비대칭성은 각 유출도파관에서 우수 또는 기수모드 이외의 선택적인 결합을 생성하게 된다. 비대칭성의 방향은 도파관에 속하는 모드를 결정하게 되는 바, 편광스플리터에 적용되는 경우, 이는 TE편광에 대한 부호를 그 TE편광과 직각인 TM편광에 대해 다르게 되도록 비대칭성이 선정됨을 의미하고, 이는 압력측이나 출력측에서 발생될 수 있다. 만일 출력측이 상기한 방식으로 설치됨과 더불어 입력측이 기본모드에서 양측 편광을 안내할 수 있는 입력챈널로 구성되는 경우, 이 편광스프리터는 다음과 같이 동작하게 된다. 즉, 유입도파관이 TE 및 TM편광을 포함하는 내용을 주사하게 되고, 상기의 (우수)기본모드에서 이들 각 편광은 그 편광에 대해 최대편광상수를 갖는 도파관을 경유하여 출력측에서 결합되게 되며, 이에 따라 편광의 분리가 달성된다.
상기한 바와 같이 모드필터에 기초하는 편광스플리터는 후술하는 참조 [1]로부터 주지되어 있는 데, 이 통상의 스플리터는 LiNb03기체(基體 ; Zero-degree cut)상에 제공되어 Ti확산에 의해 얻어지는 표준 광도파관과 이 광도파관에 대해 예각(θ)으로 접속된 편광-감응성 광도파사이드 브랜치의 조합에 기초하고 있다. 상기 편광-감응성 광도파관은 PE변환(proton-exchange)처리에 의해 상기 기체내부 또는 그 기체상에 제공되는 데, 이러한 처리는 이상굴절지수(ne)가 도파관의 위치에서 증가되는 반면, 정규굴절지수(no)가 어느정도 감소되는 결과를 얻게 된다. Ti도파관과 PE사이드브랜치는 서로 다른 폭을 갖는 한편, PE브랜티의 접속부는 테이퍼(taper)된다.
그런데, 이러한 통상의 편광스플리터는 매우 임계적인 결합구조를 필요로 하므로 제조기술관점으로부터 상당히 어렵게 된다. 더구나, 편광의 양호한 분리는 매우 예각(20.0 dB까지의 압축을 위해 θ≤0.01rad)으로 할 필요가 있으므로 필요한 길이가 비교적 커지게 되는 결과가 초래된다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 결점을 갖지 않으면서 모드필터원리에 기초하는 집적 광학편광스플리터를 제공함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성과 작용]
본 발명에 따르면, 기체상부 또는 기체내에 제공된 광도파관패턴으로구성되어, 제1채널형 편광-비감응성 광도파관과 사이드브랜치로서의 이 제1 광도파관을 예각으로 결합하는 최소한 1개의 제2채널형 편광-비감응성 광도파관을 포함하여 입사광신호를 상호 직교하는 편광방향을 갖는 2개의 유출광신호를 분리하기 위한 광학적구성요소에 있어서, 상기 광도파관패턴은 상기 제1광도파관에섯 비극성화상태로 됨과 더불어 최소한 상기 제1광도파관에 직접 접속되는 부분에서의 제2광도파관에서 극성화상태로 되는 극성화가능 투명재료로 구성되어 있다.
본 발명은 후술하는 참조 [2]와 [3]으로부터 주지되는 바와 같은 형태의 극성화가능한 투명재질이 극성화상태에섯 편광-감응적인 반면 비극성화상태에서 편광-감응적이 아니거나 실제로는 편광-감응적이 아니다. 참조 [3]으로부터 알 수 있는 바와 같이 이러한 통상적인 형태의 중합체(polymer)는 여자조사(exiting irradiation ; 예컨대 UV광)에 노출되어 상기 재료가 전-광작용(戰-光作用)의 능력이 소실되는 제3형태로 변화될 수도 있는데, 이는 상기 재료가 그 극성을 소실하게 됨을 내포하게 되는 것을 의미한다. 또, 상기한 참조로부터 상기한 조사에 의해서는 동일한 치수로 제공된 재료가 극성화 및 비극성화상태에서 모두 광도파관으로서 기능할 수 있음을 의미하는 비조사된 영역에 대한 굴절지수의 저하가 초래됨을 알 수 있다. 바람직하게 , 본 발명은 상기 광도파관패턴이 선택적인 조사에 의해 극성화 가능한 글래즈중합체의 얇은 층에 제공되는 특성을 갖는다.
본 발명에 따른 광학구성성분은 다음과 같은 이점을 갖게 된다.
-본 발명의 광학구성성분은 광대역 즉, 상당히 넓은 파장범위에 걸쳐 양호한 편광분리작용이 수행되고;
-상기 편광분리는 통상의 TE-TM모드 스플리터에 우수하게 비교되지는 않더라도 매우 양호하게 되며;
-제조가 간단하면서 허용오차가 비교적 크고;
-구성요소의 길이는 현재까지 알려진 구성요소보다 짧아지게 되어 다른 구성요소와의 집적시 상당한 이점이 있으며;
-구성요소는 사이드브랜치의 극성화재료에 있어서의 전-광작용을 이용함으로써 비대칭성의 보정이 가능하게 된다.
[참조]
[1] Nobuo Goto,Gar Lam Yip : 프로톤 변화 및 Ti확산에 의한 LiNbO3의 TE-TM모드스플리터 1989년 10월, J, Lightwave Technology, 제7권제10호 1567∼1574페이지.
[2] EP특허출원 제0290061-A 명칭 ; 과극성화가 가능한 사이드그룹을 갖춘 선형첨가중합체(Linear addition polymer with hyperpolarisable side groups).
[3] EP특허출원 제0344857-A 명칭 ; 전-광구성요소와 그 제조방법(Eletro-optical component and method for making the same).
[실시예]
참조 [3]으로부터는 특히 참조 [2]에 주지된 바와 같은 형태의 극성화가 가능한 글래스중합체등의 투명한 극성화가능재료가 UV광의 조사에 의해 비극성상태의 극성화가능중합체에 대한 굴절지수에서 영속적인 감소가 수행됨을 알 수 있는 바, 적외선에 의해 굴절지수에서의 상기한 감소(대략 1300mm)는 n=0.03 정도이다.
이러한 조사의 결과로서, 중합체는 그 극성을 소실하는 상태 즉, 극성화됨에 의해 전-광작용이 수행될 수 있게 되고, 이러한 2가지 효과는 양극성에 대해 일치되는 것이 인지되어 있다. 극성화가능 글래스중합체는 2가지 상태 즉, 실제 편광-감응적이지 않은 것으로 인지된 비극성화상태와 편광-감응적이지 않은 것으로 인지된 비극성화상태와 편광-감응적인 극성화상태로 될 수 있다. 본 발명에 따른 광학편광플리리터는 이러한 특성에 기초하는 바, 즉, 하나의 상태만이 편광-감응적(즉 극성화가능/극성화상태)으로 되는 3가지 상태(즉, 감소된 굴절지수에 의한 비극성화, 극성화가능/비극성화 및 극성화가능/극성화)를 가정하는 것이 가능하게 된다.
중합체에 대해 상기한 바와 같은 정도로의 방사가 수행되는 굴절지수변화는 스트립형(strip 型) 광도파관이 선택적인 조사에 의해 극성화가능 글래스중합체의 얇은 층에 제공될 수 있음을 의미하고, 이는 본 발명에 따른 편광스플리터가 참조 [3]으로부터 알려진 기술에 의해 완벽하게 제조될 수 있음을 나타낸다.
이하 본 발명에 따른 광학편광스플리터의 구조와 동작에 대해 상세하게 설명한다.
제1도와 제2도는 본 발명에 따른 편광스플리터를 도식적으로 나타낸 도면으로, 제1도는 그 구성요소의 결합구조를 나타내는 반면, 제2도는 제1도의 II-II선을 따른 단면의 구성요소를 나타낸 도면이다.
연속적인 층에서 기체(1)상에는 플레이트형 제1전극(2)과 제1버퍼층(3), 극성화가 가능한 글래스중합체층(4) 및 제2버퍼층(5)이 위치되고, 상기 글래스중합체층(4)은 UV광에 의해 조사된 영역(6)과 융기형태의 Y형상 광도파관패턴(8)이 제공된 형태의 비조사영역(7)으로 구성된다. 상기 광도파관패턴(8)은 유입도파관부(8.1)와 유출도파관부(8.2, 8.3)를 갖추고 있다. 본 발명의 일예적인 실시예에서 상기한 패턴은 간격(D)으로 상시 유입도파관부(8.1)에 대해 나란하게 연속되도록 상기 유입도파관부(8.1)에 대해 반경(R)과 각도(θ)를 갖고서 2개의 대향적으로 연장되면서 매끄럽게 이어지는 만곡부에 의해 후방으로 도출된다. 상기 광도파광패턴(8)에서 분기가 시작되어 유입도파관영역(8.1)에 나란하게 연장되는 영역이 브랜칭구역(9)으로 칭해지는 데, 이 브랜칭구역(9)은 L=2R sinθ길이를 갖게 된다. 여기서 θ는 도파관부(8.2, 8.3)가 브랜칭구역(9)에서 분기되는 유효각의 크기이다. 모든 도파관부는 거의 동일한 폭(d)을 갖게 되고, 도파관부(8.1)가 도파관부(.8.2 8.3)로 분기되기 시작하는 지점에서 제2전극(10)이 상기 제2버퍼층(5)상의 도파관부(8.3)의 상부(최소한 이 도파관부(8.3)의 시작부)에 제공된다. 상기 전극(2, 10)사이에 위치된 최소한 도파관부(8.3)의 중합체재료는 극성화된 상태로 변환된다(예컨대 글래스변이온도 이상으로 중합체재료를 가열하고, 편광전압을 인가하여, 상기 전극(2, 10)을 통해 그 전극(2, 10)사이의 재료에 강력한 전계를 발생시킨 다음, 그 전계를 유지하면서 냉각시킴으로써).
그러므로, 유출도파관부(8.3)의 이러한 부분에서의 재료는 복굴절되어 굴절지수가 광의 편광방향에 의존하는 결과가 얻어지게 된다. 극성화의 결과로서 TM편광에 대한 굴절지수는 비극성화재료에 대해 증가되는 반면, TE편광에 대한 굴절지수는 감소되는데, 이러한 굴절지수의 변화는 광도파관패턴(8)에서의 전파상수에 대해 직접적인 결과로 된다. 유입도파관부(8.11)를 경유하여 입사되는 광신호에서의 TM성분에 대해서는 극성화된 도파관부(8.3)가 최대전파상수를 갖는 반면 비극성화도파관부(8.2)는 TE성분에 대한 최대전파상수를 갖는다. 도파관부(8.2 8.3)가 광학적으로 분리되어야만 되는 위치까지 도파부(8.3)만이 극성화될 필요가 있음이 지적된다.
사용된 중합체는 양측편광을 위한 적외광선(1.3㎛)에 대한 조사형태의 1.56의 굴절지수를 갖음과 더불어, 비조사된 비극성화 형태인 1.590의 굴절지수와, TE편광을 위한 극성화형태인 1.587의 굴절지수 및 TM편광을 위한 1.597의 굴절지수기체로서의 글래스를 구비하고서 2.5㎛ 두께와 1.523 굴절지수의 수동적인 폴리우레탄버퍼층, 금전극, 2.3㎛ 두께(=0.3㎛ 조사된 재료와 2.0㎛ 비조사재료)의 중합체 및 R=40.0mm, d=7㎛, D=50.0㎛인 도파관패턴을 갖춘 상기 중합체를 기초로 생성된 편광스플리터에서는 20dB 편광스플리터비가 달성된다. 이 경우 L은 1,4mm의 정도이고, θ는 0.02rad. 인 반면 유출도파관부는 2D=0.1mm의 공동공간에 존재하게 된다. R이 더욱 감소(2의 계수)될 수 있다는 가능성이 있음에 따라 실제의 스플리터 구성요소는 매우 적은 공간을 점유하게 되어 다른 광학구성소자와의 집적이 효율좋게 된다.
스필리팅효과는 간섭효과에 기초하므로 구성요소는 원칙적으로 광대역이다.
우선, 첫째로 상기한 편광스플리터는 수동적인 구성요소 즉, 극성요소가 사용되는 동안 예컨대 전광효과등에 의해 어떠한 방법으로든 영향받지 않는 도파관패턴에서의 굴절지수가 받지 않는 것처럼 보여진다. 이러한 수동구성소자에서 전극(2, 10)은 실제 여분으로 되므로 중합체의 필요영역이 극성화된 다음 구성요소제조공정시 제거될 수 있다. 또, 중합체는 극성화상태의 전-광성적이고, 전압이 극성화전압의 부호에 따라 공급되는 경우 TM 및 TE편광을 위한 굴절지수등의 증가 또는 감소가 어느정도 강력하게 될 수 있으므로, 조정가능한 전압원에 상기 전극들을 접속함에 의해 구성요소를 활성적인 구성소자로서 설계하는 이점이 있다. 이는 전-광효과에 의해 비대칭에서 발생될 수 있는 어떠한 결점에 대해서도 정정의 가능성을 제공하게 된다.

Claims (10)

  1. 투명하고 일반적으로 원추인 돔에 의해 발생된 광학적 원추 변형(conical deformation)을 교정하기 위한 교정기에 있어서, 돔에 의해 발생된 상기 원추 변형의 실질적으로 역인 반전 원추 변형을 발생하기 위한 하나 이상의 실질적으로 원추인 표면을 갖는 투명한 광 굴절 본체(optical refractive body)를 포함하는 것을 특징으로 하는 교정기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 실질적으로 원추인 표면은 본체상의 한 측사에 형성된 제1 원추 표면 세그먼트 및 상기 본체의 대향 측상에 형성된 제2 원추 표　세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 교정기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및제2 원추 표면 세그먼트는 한 평면내에 있는 회전 축들을 갖는 것을 특징으로 하는 교정기.
  4. 자신을 통해 관측될 때 광학적인 원추 변형을 발생하는 투명하고 일반적으로 원추인 돔, 상기 돔을 통해 관측하기 위한 카메라 및 상기 카메라와 상기 돔 사이에 배치되고, 상기 카메라가 상기 돔을 통해 관측함으로써 발생된 상기 원추 변형의 실질적으로 역인 반전 원추 변형을 발생하기 위한 하나 이상의 실질적으로 원추인 표면을 갖는 투명한 광굴절 본체를 포함하는 교정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 카메라는 영상 렌즈를 포함하고, 상기 교정기는 상기 돔에 대해 상기 영상 렌즈의 전면에 장착되고 상기 영상렌즈와 함께 일체로 이동가능한 것을 특징으로 하는 광학 영상 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 실질적으로 원추인 표면은 상기 본체의 한 측상에 형성된 제1 원추 표면 세그먼트 및 상기 본체의 대향 측상에 형성된 제2 원추 표면 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 영상 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 원추 표면 세그먼트는 한 평면내에 있는 회전 축들을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 영상 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 원추 표면 세그먼트는 상이한 거리 만큼 편심(decenter)되는 것을 특징으로 하는 광학 영상 시스템.
  9. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 실질적으로 원추인 표면은 상기 본체의 한 측상에 형성된 볼록 원추 표면 세그먼트를 포함하고, 상기 본체는 상기 본체의 대향 측상에 플랫 표면(flat surface)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 영상 시스템.
  10. 자신을 통해 관측될 때 광학적인 원추 변형을 발생하는 투명하고 일반적으로 원추인 전면 돔, 상기 돔을 통해 관측하기 위해 상기 돔 내부에 장착된 카메라 및 상기 카메라와 상기 돔사이에 배치되고, 상기 카메라가 상기 돔을 통해 관측함으로써 발생된 상기 원추 변형의 실질적으로 역인 반전 원추 변형을 발생하기 위한 하나 이상의 실질적으로 원추인 표면을 갖는 투명한 광 굴절 본체를 포함하는 교정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 미사일.
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