KR100367095B1 - 파장 분할 다중 광통신망용 전기 광학 폴리머와 멀티그레이팅을 이용한 고속 가변 파장 선택 필터와 그 운용방법 - Google Patents

파장 분할 다중 광통신망용 전기 광학 폴리머와 멀티그레이팅을 이용한 고속 가변 파장 선택 필터와 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광통신망의 테라 비트급 초고속, 대용량의 정보 통신망의 구축을 위한 초고속 광신호 처리를 위하여, 폴리머의 전기 광학 효과, 열광학 효과 및 멀티 그레이팅을 이용한 고속 가변 파장 선택 필터와 그 운용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 입사되는 다수의 광들을 단일 모드로 진입시켜 주는 기능을 수행하는 광도파로와; 상기 광도파로를 따라 입사되는 다수의 광 중에서 원하는 파장의 광만 통과시키고, 나머지 광들은 상기 광도파로를 따라 반사시켜 외부로 방출시키는 기능을 수행하는 적어도 하나의 브래그 그레이팅(Bragg Grating)과; 전기 광학 효과에 의하여 고속으로 브래그 그레이팅 반사파의 영역을 변화시켜 특정한 파장을 투과 또는 반사시켜 선택하는 기능을 수행하는 진행파형 전극 및; 폴리머의 열광학 효과를 이용하여 전체의 브래그 반사파의 파장을 튜닝하는 기능을 수행하는 온도 일정 장치(TEC)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고속 가변 파장 선택 필터가 제공된다.

Description

파장 분할 다중 광통신망용 전기 광학 폴리머와 멀티 그레이팅을 이용한 고속 가변 파장 선택 필터와 그 운용 방법 {High speed tunable wavelength selective filter using EO polymer and multi gratings for WDM applications and method thereof}
본 발명은 고속 가변 파장 선택 필터 및 그 운용 방법에 관한 것이며, 특히, 파장 분할 다중 광통신망용 전기 광학 폴리머와 멀티 그레이팅을 이용한 고속 가변 파장 선택 필터 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
고밀도 파장 분할 다중 방식(DWDM : Dense Wavelength DivisionMultiplexing) 기반의 광통신망에 있어서, 테라 비트급의 초고속, 대용량의 정보 통신망의 구축을 위하여는 초고속 광신호 처리 소자가 필요하다. 이러한 초고속 광신호 처리 소자에는 여러 가지가 있지만, 가변 파장 필터에 대한 연구가 현재 진행되고 있으며, 특히, 고속 가변 파장 선택 필터에 대한 요구가 증대되고 있는 실정이다.
비록, 고속 선택 필터는 아니지만, 종래의 가변 파장 필터로는 Micromechanical 소자, 폴리머의 열광학 효과를 이용한 Bragg 그레이팅 필터, AWG(Arrayed Waveguide Gratings, 배열 도파로 격자)를 기반으로 하는 가변 파장 필터(AWG based tunable filter), 그레이팅의 도움을 받는 양방향성 결합기(Grating assisted codirectional coupler) 및 불균형 마하 젠더 간섭계(Unbalanced Mach - Zehnder Interferometer)를 이용하여 제작하는 방법들이 있으나, 고속 가변 파장 선택 필터의 제작은 아직까지 제안된 바 없다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 파장 분할 다중 광통신망용 전기 광학 폴리머와 멀티 그레이팅을 이용한 고속 가변 파장 선택 필터 및 그 운용 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 가변 파장 선택 필터의 평단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 가변 파장 선택 필터의 내부를 나타낸 개략도이다.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 입사되는다수의 광들을 단일 모드로 진입시켜 주는 기능을 수행하는 광도파로와; 상기 광도파로를 따라 입사되는 다수의 광 중에서 원하는 파장의 광만 통과시키고, 나머지 광들은 상기 광도파로를 따라 반사시켜 외부로 방출시키는 기능을 수행하는 적어도 하나의 브래그 그레이팅(Bragg Grating)과; 전기 광학 효과에 의하여 고속으로 브래그 그레이팅 반사파의 영역을 변화시켜 특정한 파장을 투과 또는 반사시켜 선택하는 기능을 수행하는 진행파형 전극 및; 폴리머의 열광학 효과를 이용하여 전체의 브래그 반사파의 파장을 튜닝하는 기능을 수행하는 온도 일정 장치(TEC)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고속 가변 파장 선택 필터가 제공된다.
또한, 입사되는 다수의 광들을 단일 모드로 진입시키는 제 1 단계와; 상기 제 1 단계에서 입사되는 다수의 광 중에서 선택된 파장의 광을 전기 광학 효과에 의하여 고속으로, 브래그 그레이팅 반사파의 영역을 변화시킴으로써, 특정한 파장을 투과 또는 반사시켜 선택하는 제 2 단계와; 폴리머의 열광학 효과를 이용하여 전체의 브래그 반사파의 파장의 튜닝을 수행하는 제 3 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고속 가변 파장 선택 방법이 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 양호한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 가변 파장 선택 필터의 평단면도로서, 상기 고속 가변 파장 선택 필터는 광도파로(103), 네 개의 브래그 그레이팅(104), 상기 네 개의 브래그 그레이팅에 대한 각각의 전극(105), 폴리머의열광학 효과를 이용한 전체 네 파장의 동시 튜닝(106)으로 구성되어 있다.
그 작동 원리를 살펴보면 다음과 같다.
네 개의 파장을 가진 광(101, 예 : λ1= 1550.0 nm, λ2= 1550.8 nm, λ3= 1551.6 nm, λ4= 1552.4 nm)이 본 고속 가변 파장 선택 필터로 입사되면, 상기 입사광은 상기 광도파로(103)를 따라 본 필터의 내부로 단일 모드로 진입하고, 각각 다른 주기를 가진 상기 네 개의 브래그 그레이팅(104)에서 모두 반사되나, 세 번째 그레이팅(λ3= 1551.6 nm이 반사되도록 설계)의 전극에 전압을 가해 주면 λ3의 파장을 가진 광은 투과하여 선택되며 선택된 광을 제외한 나머지 광들은 반사되게 된다. 이 때, 상기 브래그 그레이팅 전극(105) 각각에 가하여진 전압에 따라 원하는 파장의 광(107)만 통과되게 된다.
또한, 원하지 아니하는 광들은 상기 브래그 그레이팅에서 반사되어 상기 광도파로(103)를 따라 외부로 방출된다.(102)
한편 상기 파장 튜닝(106)은 폴리머의 열광학 효과에 의한, 전체의 파장을 5 ~ 10 nm 파장 범위 정도를 튜닝하는 기능을 수행한다. 예를 들면 네 개의 파장을 가진 광그룹(예 : λ1= 1540.0 nm, λ2= 1540.8 nm, λ3= 1541.6 nm, λ4= 1542.4 nm)을 사용할 때 온도 일정 장치를 100oC 정도 올려서 사용하면, 브래그 그레이팅 반사 파장이 상기에 언급된 네 파장 그룹으로 옮겨가 작동하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 가변 파장 선택 필터의 내부 구조를 보다 상세히 나타낸 개략도로서, 하부 클래딩 층(201), 코아 층(202), 상부 클래딩 층(203), 폴리머 광 도파로 층(204), 주기 Λ1을 가진 브래그 그레이팅(205), 주기 Λ2을 가진 브래그 그레이팅(206), 주기 Λ3을 가진 브래그 그레이팅(207) 및 주기 Λ4를 가진 브래그 그레이팅(208)으로 구성되어 있다.
각 주기가 다른 브래그 그레이팅에서 브래그 반사파(λB)는 아래의 [수학식 1]에 의하여 계산된다.
여기서 Λg는 브래그 그레이팅의 주기이고, m은 그레이팅 차수(order, 보통 1 또는 2를 사용)이며, neff는 유효 굴절률이다.
그리고, 전기 광학 효과에 의한 브래그 반사파의 변화는 걸린 전기장에 선형으로 비례하게 되며, 아래의 [수학식 2]와 같이 주어진다.
여기서 r은 전기 광학 계수로서, r33을 의미하고, ΔE는 가한 전기장의 변화량이다.
한 예로 Λg= 500 nm, m = 1, r33= 25 pm/V, neff= 1.65, 총두께(하부 및 상부 클래딩 층과 코아층을 합한 두께)를 6 μm로 가정하였을 때, 브래그 반사파의 변화는 ΔλB= - 0.01ΔV[nm]이다. 여기서, ΔV는 가한 전기장의 변화량이다.
한편 위에서 설명한 일 실시예에서는 브래그 그레이팅을 4개 설치하였지만, 사용자가 원하는 바에 따라, 필요한 수만큼 설치할 수도 있다.
위에서 서술한 고속 가변 파장 선택 필터의 제작 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 브래그 그레이팅의 제작 기법을 살펴보면, 브래그 그레이팅의 길이를 줄이면서 반사되는 브래그 파장의 선폭을 좁고 미세하게 하기 위하여는 브래그 그레이팅 내의 큰 굴절률(Δn ＞ 0.01)을 필요로 한다. 이를 위하여는 위상 마스크 또는 두 빔의 간섭 현상을 이용한 전기 광학 폴리머의 광표백, 그리고 순차적인 폴링을 수행함으로써, 큰 굴절률 차이를 가진 단일 및 멀티 그레이팅을 형성시킬 수 있다. 현재 사용되고 있는 브래그 그레이팅에서의 굴절률차 Δn은 10-4정도에서 변하고 있다.
그러나, 전기 광학 폴리머의 광표백, 그리고 순차적인 폴링을 수행하는 경우, 광표백에 의하여 전기 광학 폴리머 내에 있는 비선형 크로모포가 산화에 의하여 파괴되어 극성을 잃어버려 강한 DC 전압에 의한 폴링시 굴절률의 변화를 나타내지 못하나, 광표백되지 아니한 영역은 폴링에 대한 비선형 크로모포의 회전이나 배열에 의하여 큰 굴절률의 변화를 나타낸다.
한 예로 PMMA - DANS 전기 광학 폴리머의 경우, 광표백을 하지 아니하고 폴링을 수행한 경우와 광표백을 하고 폴링을 한 경우와의 굴절률 차이는 약 0.05 정도였다.
한편, 상기 브래그 그레이팅의 전극을 제조하기 위하여는 각각의 그레이팅에 Coplanar Pad와 Microstrip Line이 복합된 전극 구조를 채택함으로서, 해결할 수 있다.
또한, 폴리머의 열광학 효과에 의한 변화량은 ΔλB= - 0.1ΔT[nm]이며, 여기서 T는 온도이다. 이러한 폴리머의 큰 열광학 효과를 이용하기 위한 온도 일정 장치(TEC)를 부착하여 전체 브래그 파장을 튜닝한다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 테라 비트급 초고속, 대용량의 정보 통신망의 구축을 위한 초고속 광신호 처리 소자들 중 이제까지 구현이 힘들었던 고속의 가변 파장 선택 필터를 제작, 공급할 수 있게 하여, 고밀도 파장 분할 다중 방식 기반의 광통신 구현을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명으로 수반되는 전기 광학 폴리머를 이용한 브래그 그레이팅 형성 기술은 광굴절 등을 이용하는 광 정보 저장 소자 기술 등에 이용될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (5)

  1. 입사되는 다수의 광들을 단일 모드로 진입시키기 위한 광도파로;
    상기 광도파로를 따라 입사되는 다수의 광들 중에서 원하는 파장의 광만을 통과시키고 나머지 광들은 상기 광도파로를 따라 반사시켜 외부로 방출시키기 위한, 적어도 하나의 브래그 그레이팅(Bragg Grating); 및
    폴리머의 열광학 효과를 이용하여 전체의 브래그 반사파의 파장을 튜닝하는 기능을 수행하는 온도 일정 장치(TEC)를 포함하며,
    상기 브래그 그레이팅은,
    전기 광학 효과에 의하여 고속으로 상기 브래그 그레이팅 반사파의 영역을 변화시켜 특정한 파장을 투과 또는 반사시켜 선택하는 진행파형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 가변 파장 선택 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진행파형 전극은 Quasi - Coplanar 및 Microstrip Line을 복합화한 시킨 것을 특징으로 하는 고속 가변 파장 선택 필터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 브래그 그레이팅은,
    전기 광학 폴리머를 포함하여 이루어져 있고,
    위상 마스크를 이용하여 상기 전기 광학 폴리머의 광표백(Photobleaching) 및 순차적인 폴링(Poling)을 차례로 수행하여 큰 굴절률 차를 가지도록 제조된 것을 특징으로 하는 고속 가변 파장 선택 필터.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 브래그 그레이팅은,
    전기 광학 폴리머를 포함하여 이루어져 있고,
    두 빔의 간섭 현상을 이용하여 상기 전기 광학 폴리머의 광표백 및 순차적인 폴링을 차례로 수행하여 큰 굴절률 차를 가지도록 제조된 것을 특징으로 하는 고속 가변 파장 선택 필터.
  5. 입사되는 다수의 광들을 단일 모드로 진입시키는 단계;
    상기 단일 모드로 진입된 광 중에서 원하는 파장의 광만 통과시키고, 나머지 광들은 광도파로를 따라 반사시켜 외부로 방출시키는 단계;
    상기 선택된 파장의 광을 전기 광학 효과에 의하여 고속으로 브래그 그레이팅 반사파의 영역을 변화시킴으로써, 특정한 파장을 투과 또는 반사시켜 선택하는 단계; 및
    폴리머의 열광학 효과를 이용하여 전체의 브래그 반사파의 파장 튜닝을 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 가변 파장 선택 방법.
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KR20010002707A (ko) * 1999-06-17 2001-01-15 윤덕용 전기광학 폴리머를 이용한 격자 보조 결합기용 파장 가변 광필터

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KR20010002707A (ko) * 1999-06-17 2001-01-15 윤덕용 전기광학 폴리머를 이용한 격자 보조 결합기용 파장 가변 광필터

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