KR100237187B1 - 편광 독립 가변 광 감쇄기 - Google Patents

편광 독립 가변 광 감쇄기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 띠 도파로서에서 광의 파수 벡터 분산과 전반사 특성을 이용한 편광 독립 가변 광 감쇄기에 관한 것으로, 열광학 계수가 큰 고분자 광 도파로에서, 직선 띠 도파로 및 이와 적절한 각도를 이루고 있는 도파로 상부의 열선으로 구성된 고분자 도파로형 편광 독립 가변 광 감쇄기(polarization independent light attenuator in polymer channel waveguide)에 관하여 기술된다.

Description

편광 독립 가변 광 감쇄기
본 발명은 편광 독립 가변 광 감쇄기에 관한 것으로, 특히 열광학 계수가 큰 고분자 광 도파로에서, 직선 띠 도파로 및 이와 적절한 각도를 이루고 있는 도파로 상부의 열선으로 구성하여, 편광에 독립적이면서 온도에 따라 용이하게 투과량을 조절할 수 있는 고분자 도파로형 편광 독립 가변 광 감쇄기(polarization independent light attenuator in polymer channel waveguide)에 관한 것이다.
일반적으로, 집적 광학 광 도파로 소자(Integrated-Optic Waveguide Devices)에서, 광 세기를 조절하기 위하여 광섬유 벤딩이나 광 섬유 사이의 변이 또는 거리를 조절하여 감쇄를 주는 기계적인 방식들이나, 빛을 자유 공간으로 꺼낸 다음 액정들을 이용하여 감쇄를 주고 다시 광 섬유로 결합시키는 소자들이 사용 되었다. 기계적인 방식들은 소자의 부피가 크고 또한 많은 수의 채널을 조절하기에 용이하지 않다. 액정을 이용한 소자는 빛이 자유 공간으로 빠져나오는 번거로움이 있고, 따라서 많은 수의 채널을 조절하기가 용이하지 않고, 편광 독립 특성 등을 위한 부품들 때문에 가격이 비싼 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 편광 독립 가변 광 감쇄기를 작고 간단한 구조의 고분자 광 도파로 집적 회로에서 구현하여 기존의 광 도파로 소자와 집적이 가능하게 하고, 크기를 줄여 많은 채널의 신호를 동시에 조절 할 수 있는 편광 독립 가변 광 감쇄기를 제공함에그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 편광 독립 가변 광 감쇄기는 기판상에 하부 클래딩층, 광 도파층 및 상부 클래딩층의 다층박막으로 이루어진 고분자 직선 띠 도파로와, 상기 띠 도파로와 임의의 각도 θ를 이루며 고차하는 띠 열선으로 구성되며, 상기 열선으로 가려져 있지 않은 상기 띠 도파로 부분에서부터 상기 열선으로 가려져 있는 상기 띠 도파로 부분으로 빛이 입사할 때 두 부분의 온도 차이에 의해 유기되는 유효 굴절율 차이에 의해 상기 띠 도파로 진행광의 일부가 경계면에서 반사되는 원리를 이용하여 출력광의 세기를 조절하는 것을 특징으로 한다.
제1도는 편광 독립 가변 광 감쇄기의 개략도.
제2(a)도는 광 도파로의 온도가 20℃ 증가 되었을 경우 띠 도파로를 유효 굴절율 법을 이용하여 평면 도파로서 환산하여 나타낸 도파로의 굴절율 분포도.
제2(b)도는 제2(a)도의 굴절율 분포를 갖는 도파로에서 도파광의 반사 및 투과를 2차원 BPM(beam propagation method)전산 시늉으로 계산한 결과를 나타낸 도면.
제3도는 제2도의 계산에 사용된 도파로 상수들과 2차원 BPM(beam propagation method)을 이용하여 온도에 따른 띠 도파로의 출력 특성을 정량적으로 계산한 결과를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 띠 도파로(코아) 2 : 클래딩
3 : 열선 A : 온도가 낮아지지 않은 부분
B : 온도가 낮아진 부분
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 편광 독립 가변 광 감쇄기의 개략도이고, 제2(a)도 및 제2(b)도는 제1도의 광 감쇄기 구조에서 클래딩의 굴절율이 1,5000, 코아의 굴절율 1.502, 광 도파로의 너비 및 높이가 8X8㎛2, 광 도파로와 열선의 각도가 0.5°, 클래딩과 코아의 열광학 계수가 10-4/℃이고 열선 아래 광 도파로의 온도가 20℃ 증가되었을 경우 도파로를 따라 진행하던 빛이 열선과의 경계에서 반사되어 손실되는 경우를 2차원 BPM(beam propagation method)전산 시늉으로 계산한 결과를 나타낸 도면으로, 제2(a)도는 광 도파로의 온도가 20℃ 증가 되었을 경우 띠 도파로를 유효 굴절율 법을 이용하여 평면 도파로서 환산하여 나타낸 도파로의 굴절율 분포도이고, 제2(b)도는 제2(a)도의 굴절율 분포를 갖는 도파로에서 도파광의 반사 및 투과를 2차원 BPM(beam propagation method)전산 시늉으로 계산한 결과를 나타낸 도면이다. 제3도는 제2도의 계산에 사용된 도파로 상수들과 2차원 BPM(beam propagation method)을 이용하여 온도에 따른 띠 도파로의 출력 특성을 정량적으로 계산한 결과를 나타낸 그래프이다.
제1도에 도시된 바와같이, 본 발명의 고분자 도파로형 편광 독립 가변 광 감쇄기는 열광학 계수가 큰 고분자 광 도파로에서, 클래딩(2)내부에 있는 직선 띠 도파로(1)와, 이와 적절한 각도(θ)를 이루고, 도파로(1) 상부의 클래딩(2)표면에 있는 열선(3)으로 구성된다. 여기에서, 띠 도파로(1)는 Si, InP, 유리 등의 기판 위에 하부 클래딩층, 광 도파층 및 상부 클래딩층의 다층박막으로 이루어진다.
평면 광 도파로에서 고분자의 높은 열 광학 효과를 이용한 소자들은 평면 소자에서 빛의 전반사 특성을 이용한 1X2 [1] 와 1X3 [2] 공간 스위치와 띠 도파로에서 모드 진화를 이용한 1X2 공간 스위치등이 있다. 이러한 소자들은 도파로 상부에 소자의 구조에 따라 적절하게 형성된 열선 구조를 가지고 있으며, 열선 아래의 도파로 온도 증가와 이에 따른 굴절율 감소를 이용하여 동작한다. 도파로의 온도 증가는 열선을 따라 흐르는 전류의 제곱에 비례하기 때문에 외부에서 열선에 흐르는 전류의 양을 조절하여 소자의 동작을 조절할 수 있다.
본 발명은 띠 도파로(1)에서 진행 광의 파수 벡터 분산과 전반사 특성을 이용한 편광 독립 가변 광 세기 감쇄기에 관한 것으로, 열선(3)이 없는 띠 도파로(1) 부분에서부터 열선(3)이 있는 띠 도파로(1) 부분으로 빛이 입사할 때 두 부분의 온도 차이에 의해 유기되는 유효 굴절율 차이에 의해서 띠 도파로(1) 진행광의 일부가 경계면에서 반사되는 원리를 이용하여 출력광의 세기를 조절할 수 있게 된다.
보다 자세히 설명하면, 띠 도파로(1)의 경우는 도파광의 파수 벡터 분산 때문에 평면 도파로에서는 전반사를 만족하는 조건에서도 및이 완전히 전반사 되지 않고 진행광이 일부가 띠 도파로(1)를 따라서 계속 진행해 나가게 된다. 따라서 띠 도파로(1)에서 전반사를 이용한 공간 스위치는 상대적으로 평면 도파로 보다 더 높은 온도 변화가 필요하기 때문에 비효율적이다. 그러나 이러한 띠 도파로(1)의 파수 벡터 분산 특징은 진행광의 세기를 조절하는 가변 광 감쇄기로서의 역할을 할 수 있게 한다. 예로서 제1도의 도파로 구조에서 클래딩(2)의 굴절율이 1.500이고, 띠 도파로(코아; 1)의 굴절율이 1.502이며, 띠 도파로(1)의 너비 및 높이가 각각 8㎛, 디 도파로(1)의 열선과의 각도(θ)가 0.5°, 클래딩(2)과 코아(1)의 열광학 계수가 모두 10-4/℃인 경우를 생각한다. 이때 입력 부분 진행광의 유효 굴절율은 1.50125이며, 이 경우 평면 도파로를 가정하면 진행광의 전반사는 열선 아래의 도파로 온도가 약 0.6℃ 이상 증가 하는 경우도 띠 도파로를 따라서 투과되는 광이 있게 된다. 제2도는 온도 증가가 20℃인 경우를 2차원 BPM(beam propagation method)을 사용하여 빛의 진행 과정을 전산 시늉한 결과이다. 제2도에서 볼 수 있듯이 상당한 양의 빛이 띠 도파로를 통하여 투과 됨을 알 수 있다. 제3도는 2차원 BPM(beam propagation method)을 이용하여 온도 증가에 따른 광 투과율을 정량적으로 계산한 결과이다. 제3도에서 볼 수 있듯이 10℃∼25℃ 범위의 비교적 낮은 온도에서 투과량이 선형적으로 감소함을 알 수 있다. 이러한 특성은 고분자의 높은 열광학 계수와 띠 도파로의 파수 벡터 분산 특성을 이용한 것으로 고분자 띠 도파로에서 얻을 수 있는 독특한 특성이다. 따라서, 본 발명의 가변 광 감쇄기는 열광학 효과를 이용하기 때문에 편광에 독립이며, 또한 온도에 따라 선형적으로 감소하기 때문에 투과량 조절이 매우 용이하다.
상술한 바와같이 본 발명은 편광 독립이면서, 종래의 가변 광 감쇄기 보다 작고, 가격이 저렴하기 때문에 광 통신 시스템, 레이저 다이오드, 포토다이오드, 변조기, 스위치등 여러 가지 광소자의 특성을 분석하기 위한 입력 광 세기 조절이나, 여러 파장의 광신호를 하나로 묶고 분리하는 파장 다중화기 및 역 다중화기 등에서 각 채널의 세기를 같게 만들어 주는 용도등에서 사용될 수 있는 편광 독립 가변 광 감쇄기를 고분자광 도파로에서 구현할 수 있다.

Claims (1)

  1. 기판 상에 하부 클래딩층, 광 도파층 및 상부 클래딩층의 다층박막으로 이루어진 고분자 직선 띠 도파로와, 상기 띠 도파로와 임의의 각도 θ를 이루며 교차하는 띠 열선으로 구성되며, 상기 열선으로 가려져 있지 않은 상기 띠 도파로 부분에서부터 상기 열선으로 가려져 있는 상기 띠 도파로 부분으로 빛이 입사할 때 두 부분의 온도 차이에 의해 유기되는 유효 굴절율 차이에 의해 상기 띠 도파로 진행광의 일부가 경계면에서 반사되는 원리를 이용하여 출력광의 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 고분자 도파로형 편광 독립 가변 광 감쇄기.
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