KR100377389B1 - Reflective optical wavelength multiplexer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광파장 다중화기에 관한 것으로서, 개시된 다중화기는 스타 커플러; 상기 스타 커플러로부터 입력된 광신호들이 서로 다른 위상차를 가지도록 도파하는 다수개의 광 도파로 열 격자; 상기 스타 커플러의 출력단과 상기 광 도파로 열 격자의 입력단사이에 구비되며, 상기 스타 커플러측으로 확장되는 방향으로 테이퍼져 일단은 상기 스타 커플러 출력단에 연결되고, 타단은 상기 광 도파로 열 격자의 입력단과 동일한 크기로 연결된 테이퍼 도파로로 구성된 광파장 다중화기에 있어서, 상기 광 도파로 열 격자의 출력단으로부터 입사된 광신호를 반사시켜 상기 스타 커플러측으로 재입사시키는 미러를 구비한다. 따라서, 본 발명의 광파장 다중화기는 손실 특성 및 누화 특성을 개선시킴과 아울러 광도파로 열 격자의 개수를 줄일 수 있게 되었다.The present invention relates to an optical wavelength multiplexer, the disclosed multiplexer comprising: a star coupler; A plurality of optical waveguide column gratings for guiding optical signals inputted from the star coupler to have different phase differences; It is provided between the output end of the star coupler and the input end of the optical waveguide thermal lattice, tapered in a direction extending toward the star coupler, one end is connected to the star coupler output terminal, the other end is the same size as the input end of the optical waveguide thermal lattice An optical wavelength multiplexer composed of tapered waveguides connected to each other includes: a mirror for reflecting an optical signal incident from an output end of the optical waveguide thermal grating and reincident to the star coupler side. Accordingly, the optical wavelength multiplexer of the present invention can improve the loss characteristics and the crosstalk characteristics, and also reduce the number of optical waveguide thermal gratings.

Description

반사형 광파장 다중화기{REFLECTIVE OPTICAL WAVELENGTH MULTIPLEXER}Reflective Optical Wavelength Multiplexer {REFLECTIVE OPTICAL WAVELENGTH MULTIPLEXER}

본 발명은 파장 분할 다중화 시스템(WDM system:wavelength division multiplexing system)에서 사용하는 광파장 분할기/다중화기(optical wavelength multiplexer/demultiplexer)에 관한 것으로서, 특히 손실 특성 및 누화특성을 개선시킨 반사형 광파장 다중화기(multiplexer)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical wavelength multiplexer / demultiplexer for use in a wavelength division multiplexing system (WDM system), and more particularly to a reflective optical wavelength multiplexer having improved loss characteristics and crosstalk characteristics. multiplexer).

통상적으로 광 도파로 열 격자를(Arrayed Waveguide Grating, 이하 'AWG'라 약함) 이용한 파장 분할기/다중화기의 동작은 광도파로 열을 회절 격자(diffraction grating)로 간주하고, 입사하는 광의 회절에 따른 분산특성(dispersion characteristic)을 기술한 격자 방정식(grating equation)으로 설명할 수 있다. 이러한 AWG 광파장 분할기/다중화기는 WDM 시스템에서 서로 다른 파장의 광신호를 합파하거나 분할하기 위한 광학 장치이다.In general, the operation of a wavelength splitter / multiplexer using an arrayed waveguide grating (hereinafter, referred to as 'AWG') is regarded as a diffraction grating, and dispersion characteristics due to diffraction of incident light This can be explained by the grating equation describing the dispersion characteristic. Such AWG optical splitters / multiplexers are optical devices for combining or splitting optical signals of different wavelengths in a WDM system.

상기한 광파장 분할기/다중화기의 일례로 미국특허 제5,450,511호(EFFICIENT REFLECTIVE MULTIPLEXER ARRANGEMENT)에 반사형 다중화기가 개시되었다. 상기 미국특허 제5,450,511호에 개시된 반사형 다중화기는 스타 커플러와, 스타 커플러에 연결된 다수개의 도파로와, 도파로의 단에 위치한 반사형 소자(BRACE REFLECTOR)로 구성된다.As an example of the optical wavelength divider / multiplexer, a reflective multiplexer is disclosed in US Patent No. 5,450,511 (EFFICIENT REFLECTIVE MULTIPLEXER ARRANGEMENT). The reflective multiplexer disclosed in U.S. Patent No. 5,450,511 is composed of a star coupler, a plurality of waveguides connected to the star coupler, and a reflection element positioned at a stage of the waveguide.

그러나, 상기 미국특허 제5,450,511호에 개시된 반사형 광파장 다중화기는 다음과 같은 문제점이 발생한다. 입력 도파로를 통해 스타 커플러에서 회절된 빔 파워를 도파로 열 격자(AWG)가 받아들이는데 있어서 많은 도파로를 도파로 열 격자에 포함시켜야 하며, 도파로 열 격자를 구성하는 도파로 수가 많다는 것은 소자의 누화 특성이 공정 및 막의 제작오류에 훨씬 민감하게 반응할 수 있는 여지를 제공하는 것이다. 뿐만 아니라, 빔이 스타 커플러로 입사될 때도 스타 커플러와 도파로 열 격자의 경계면에 0차수가 아닌 (-)1 및 (+)1 차수로 파워를 분산되어 짐으로서, 손실 특성 및 누화 특성의 저하를 초래하게 되었다.However, the reflective optical wavelength multiplexer disclosed in US Patent No. 5,450, 511 has the following problems. In order for the waveguide thermal grating (AWG) to receive beam power diffracted by the star coupler through the input waveguide, many waveguides must be included in the waveguide thermal grating, and the large number of waveguides constituting the waveguide thermal grating means that the crosstalk characteristics of the device This provides more room to react more sensitively to membrane fabrication errors. In addition, even when the beam is incident on the star coupler, power is distributed in the (-) 1 and (+) 1 order rather than the zero order at the interface between the star coupler and the waveguide thermal lattice, thereby reducing loss and crosstalk characteristics. Brought about.

더욱이, 일반적인 광파장 분할기의 경우, 간섭 패턴과 출력 도파로 모드의 모양이 가우시안(Gausian) 형태를 가지고 있으므로, 주파수 응답 역시 가우시안 형태를 가지고 있다. 이와 같은 가우시안 주파수 응답을 가진 광파장 다중화기가 시스템에 적용되었을 경우, 시스템의 소스 역할을 하는 레이져 다이오드(LD:LaserDiode)의 주파수 변화를 정확히 제어해야 하고, 직렬로 연달아 연결하여 사용할 경우, 주파수 응답의 밴드 폭을 점점 감소시킴으로서, 시스템의 설치 및 유지비용을 상승시키는 단점을 가지고 있다.Moreover, in the case of a general optical wavelength divider, since the interference pattern and the output waveguide mode have a Gaussian shape, the frequency response also has a Gaussian shape. When such a wavelength multiplexer with Gaussian frequency response is applied to the system, it is necessary to precisely control the frequency change of the laser diode (LD) that acts as the source of the system, and when used in series, the band of the frequency response By decreasing the width gradually, it has the disadvantage of increasing the installation and maintenance costs of the system.

따라서, 본 발명의 목적은 손실 및 누화 특성을 개선시킬 수 있는 광파장 다중화기를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical wavelength multiplexer capable of improving loss and crosstalk characteristics.

본 발명의 다른 목적은 테이퍼 도파로를 이용하여 도파로 열 격자를 구성하는데 필요한 도파로의 개수를 줄일 수 있는 반사형 광파장 다중화기를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a reflective optical wavelength multiplexer capable of reducing the number of waveguides required to construct a waveguide thermal lattice using a tapered waveguide.

상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 스타 커플러;The present invention to achieve the above object is a star coupler;

상기 스타 커플러로부터 입력된 광신호들이 서로 다른 위상차를 가지도록 도파하는 다수개의 광 도파로 열 격자;A plurality of optical waveguide column gratings for guiding optical signals inputted from the star coupler to have different phase differences;

상기 스타 커플러의 출력단과 상기 광 도파로 열 격자의 입력단사이에 구비되며, 상기 스타 커플러측으로 확장되는 방향으로 테이퍼져 일단은 상기 스타 커플러 출력단에 연결되고, 타단은 상기 광 도파로 열 격자의 입력단과 동일한 크기로 연결된 테이퍼 도파로로 구성된 광파장 다중화기에 있어서,It is provided between the output end of the star coupler and the input end of the optical waveguide thermal lattice, tapered in a direction extending toward the star coupler, one end is connected to the star coupler output terminal, the other end is the same size as the input end of the optical waveguide thermal lattice In an optical multiplexer composed of tapered waveguides connected by

상기 광 도파로 열 격자의 출력단으로부터 입사된 광신호를 반사시켜 상기 스타 커플러측으로 재입사시키는 미러를 구비한다.And a mirror for reflecting the light signal incident from the output end of the optical waveguide column grating and reincident to the star coupler side.

도 1은 본 발명에 따른 테이퍼 도파로가 적용된 반사형 광파장 다중화기의 구성을 나타내는 도면.1 is a view showing the configuration of a reflective optical wavelength multiplexer to which a tapered waveguide according to the present invention is applied.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 테이퍼 도파로를 적용한 반사형 광파장 다중화기의 이미지 플레인상에 맺힌 입사광의 특성을 나타내는 그래프.2 and 3 are graphs showing characteristics of incident light formed on an image plane of a reflective optical wavelength multiplexer using a tapered waveguide according to the present invention.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 광파장 다중화기의 구성을 나타내는 도면이다. 통상적으로 "광 도파로 열 격자 광파장 다중화기"란 파장 변화에 따라 파두면(wavefront)의 방향이 바뀌는 역할을 하는 격자를 평면 도파로 기술을 사용하여 구현한 광학 소자를 칭한다. 이러한 광파장 다중화기는 기판상에 여러 공정을 거쳐서 도파로 패턴을 형성하여 제작된다. 여기서 의미하는 도파로 패턴이란 광신호가 경유하는 도파로를 말한다.1 is a view showing the configuration of an optical wavelength multiplexer in a preferred embodiment of the present invention. In general, an "optical waveguide thermal lattice optical wavelength multiplexer" refers to an optical device in which a lattice that serves to change the direction of a wavefront according to a wavelength change is implemented using a planar waveguide technique. Such an optical wavelength multiplexer is manufactured by forming a waveguide pattern through various processes on a substrate. The waveguide pattern herein means a waveguide through which an optical signal passes.

도 1에 도시된 바와 같이, 광파장 다중화기는 다수의 입력단과 출력단을 구비하는 스타 커플러(S)를 포함한다. 또한, 도파로는 상기 스타 커플러의 입력단과 출력단에 연결된다. 더욱이, 상기 스타 커플러(S)의 입력단에 연결된 도파로(W)는 광신호의 진행하는 도파로를 의미하며, 출력단에 연결된 도파로는 진행된 광신의 위상을 변화시키는 도파로(AWG)를 의미함과 아울러 출력단에 연결된 도파로의 단에 반사형 소자(M)가 각각 구비된다.As shown in FIG. 1, the optical wavelength multiplexer includes a star coupler S having a plurality of input terminals and an output terminal. In addition, the waveguide is connected to the input terminal and the output terminal of the star coupler. Further, the waveguide (W) connected to the input terminal of the star coupler (S) refers to the waveguide proceeding of the optical signal, the waveguide connected to the output terminal means a waveguide (AWG) for changing the phase of the advanced optical wave and at the output terminal Reflective elements M are respectively provided at ends of the connected waveguides.

구체적으로 본 발명에 따른 광파장 다중화기의 구성을 보면, 서로 다른 파장을 갖는 광신호가 입력되거나 출력되는 도파로(W)와, 상기 도파로(W)로 부터 입력되는 광파워를 분리하는 스타 커플러(S)와, 상기 스타 커플러(S)의 출력단에 연결되어 입력된 광신호들이 서로 다른 위상차를 갖도록 도파하는 광도파로 열격자(AWG)와, 상기 도파로 열 격자(AWG)의 출력단에 연결되어 입력되는 광신호를 반사시키는 반사형 소자(reflective element)로 구성된다. 상기 반사형 소자는 바람직하게 미러(M)를 의미한다. 그러나, 상기 반사형 소자는 미러(M)로 한정될 필요는 없으며, 공지의 브레이스 반사 소자(Brace Reflector)로 대체될 수 있다. 이때, 본 발명에 다른 광파장 다중화기는 상기 스타 커플러(S)의 경계면과 광 도파로 열 격자(AWG)사이에 도파 모드 조절부가 설치된다. 상기 도파 모드 조절부는 테이퍼 도파로(T)이다. 상기 테이퍼 도파로(T)는 일단이 상기 스타 커플러(S)쪽으로 확장된 테이퍼형상으로 연결되고, 타단이 광 도파로 열 격자(AWG)쪽으로 동일한 폭으로 연결된다. 상기 테이퍼 도파로(T)는 상기 스타 커플러(S)에 입사된 광신호를 0차수에 집중시키는 역할을 담당한다.Specifically, in the configuration of the optical wavelength multiplexer according to the present invention, a star coupler (S) for separating optical waveguides (W) from which optical signals having different wavelengths are input or output, and optical power input from the waveguides (W) And an optical waveguide thermal grating AWG and an optical signal coupled to an output terminal of the star coupler S to guide the optical signals inputted to have different phase differences, and an optical signal connected to an output terminal of the waveguide thermal grating AWG. It consists of a reflective element (reflective element) that reflects. The reflective element preferably means a mirror (M). However, the reflective element need not be limited to the mirror M, and may be replaced with a known brace reflector. At this time, the optical wavelength multiplexer according to the present invention is provided with a waveguide mode control unit between the interface of the star coupler (S) and the optical waveguide thermal grating (AWG). The waveguide mode adjusting unit is a tapered waveguide (T). The tapered waveguide T is connected in a tapered shape, one end of which is extended toward the star coupler S, and the other end of the taper waveguide T is connected to the optical waveguide column grating AWG in the same width. The tapered waveguide T plays a role of concentrating the optical signal incident on the star coupler S to the zeroth order.

도파로(W)로 입력된 광신호는 스타 커플러(S)를 통과하여 서로 길이가 다른 복수의 도파로를 구비한 광도파로 열 격자(AWG)로 입사된다. 이때, 입력 광신호는 각각의 테이퍼 도파로(T)를 통과하여 다수개의 도파로 열 격자(AWG) 중, 상이 맺히는 도파로 열 격자쪽으로 진행한다. 상기 테이퍼 도파로(T)에 의해 도파 모드가 변경되며, 스타 커플러(S)의 이미지 플레인(P)에 상이 맺힐 때, (-)1차 및 (+)1차에 파워를 분산시키기 보다는 0차수에 파워를 집중시키게 된다. 이러한 결과가 도 2 및 도 3에 보여진다.The optical signal input to the waveguide W passes through the star coupler S and is incident to the optical waveguide thermal grating AWG having a plurality of waveguides having different lengths. At this time, the input optical signal passes through each tapered waveguide T and travels toward the waveguide thermal lattice in which phases are formed among the plurality of waveguide thermal lattice AWG. When the waveguide mode is changed by the tapered waveguide T, and the image plane P of the star coupler S forms a phase, the zero wave is distributed to the zero order rather than to distribute power to the (-) first and (+) first order. The power is concentrated. These results are shown in FIGS. 2 and 3.

이이서, 상기 테이퍼 도파로(T)를 통과한 광신호는 광 도파로 격자(AWG)를 통과하면서, 위상차가 발생하고, 미러(M)에 의해 반사되어 스타 커플러(S)쪽으로 재입사된다. 위상차가 발생한 광신호는 스타 커플러(S)에서 각각의 선택된도파로(W)로 진행하게 된다. 결과적으로, 상기 테이퍼 도파로(T)를 이용하여 입사된 광을 0차수에 집중시켜 출력함으로서, 광학 소자의 손실 특성이 개선되며, 누화 특성을 향상시키게 된다.Here, the optical signal passing through the tapered waveguide T passes through the optical waveguide grating AWG, whereby a phase difference is generated, reflected by the mirror M, and re-entered toward the star coupler S. The optical signal having the phase difference progresses to each selected waveguide W in the star coupler S. FIG. As a result, by concentrating and outputting the incident light using the tapered waveguide T in the 0th order, the loss characteristic of the optical element is improved and the crosstalk characteristic is improved.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but it will be apparent to those skilled in the art that various modifications are possible without departing from the scope of the present invention.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 반사형 광파자 분할기/다중화기 또는 광파장 다중화기에 테이퍼 도파로를 적용하여 광 파워를 0차수에 집중시키게 되어 손실 특성과 누화 특성을 개선시키는 효과를 달성하였다. 아울러, 기존에 비하여 광 도파로 열 격자의 갯수를 줄일 수 있게 되었다.As described above, the present invention applies a tapered waveguide to the reflective optical wave splitter / multiplexer or the optical wavelength multiplexer to concentrate the optical power at zero order, thereby achieving an effect of improving loss characteristics and crosstalk characteristics. In addition, it is possible to reduce the number of optical waveguide thermal lattice compared to the conventional.

Claims (1)

스타 커플러; 상기 스타 커플러로부터 입력된 광신호들이 서로 다른 위상차를 가지도록 도파하는 다수개의 광 도파로 열 격자; 상기 스타 커플러의 출력단과 상기 광 도파로 열 격자의 입력단사이에 구비되며, 상기 스타 커플러측으로 확장되는 방향으로 테이퍼져 일단은 상기 스타 커플러 출력단에 연결되고, 타단은 상기 광 도파로 열 격자의 입력단과 동일한 크기로 연결된 테이퍼 도파로로 구성된 광파장 다중화기에 있어서,Star coupler; A plurality of optical waveguide column gratings for guiding optical signals inputted from the star coupler to have different phase differences; It is provided between the output end of the star coupler and the input end of the optical waveguide thermal lattice, tapered in a direction extending toward the star coupler, one end is connected to the star coupler output terminal, the other end is the same size as the input end of the optical waveguide thermal lattice In an optical multiplexer composed of tapered waveguides connected by 상기 광 도파로 열 격자의 출력단으로부터 입사된 광신호를 반사시켜 상기 스타 커플러측으로 재입사시키는 미러를 구비함을 특징으로 하는 반사형 광파장 다중화기.And a mirror for reflecting the optical signal incident from the output end of the optical waveguide column grating and re-incident to the star coupler side.
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