KR100378441B1 - 경사진 격자 소자 및 그 응용 장치 - Google Patents

경사진 격자 소자 및 그 응용 장치 Download PDF

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Abstract

기 제작된 격자의 사용과정에서 격자의 경사각이 가변될 수 있어서 입사되는 광신호에 대한 투과 특성 및 모드 변환 특성이 가변될 수 있으며, 이에 따라 그 기능이 향상되고 다양화될 수 있는 격자 소자를 제공한다. 아울러, 광신호 이득 조절 장치, 광신호 스펙트럼 조절 장치, 광증폭기의 이득평탄화 소자, 광스위치, 투과형 모드 변환기 또는 반사형 모드 변환기와 같은 응용 장치들을 제공한다.
경사진 격자 소자는 광도파로 내에 형성되는 격자와, 상기 격자의 외주면에 결합되어 있으며 상기 격자에 스트레인을 발생시켜 격자의 경사각을 변화시키는 경사각 조절부를 구비한다. 이와 같은 경사진 격자 소자는 광도파로 내에 형성되어 상기 광도파로를 통해 입사되는 빛 중에서 소장의 폭을 가진 소정 파장대역 내의 파장을 가지는 빛 중 적어도 일부를 반사시키거나 투과시켜주는 특성을 갖는 격자의 경사각을 변화시킨다.
광통신에 적용할 경우 신호의 손실을 제어할 수 있고, 스펙트럼 모양을 변화시킬 수 있으므로 이득 특성을 평탄화할 수 있으며, WDM 방식 광통신에서 사용되는 여러 개의 채널에 대해서 각 채널을 스위칭 시킬 수 있는 소자에 적용할 수 있다.

Description

경사진 격자 소자 및 그 응용 장치{Tilted Grating Device and Applications thereof}
본 발명은 광통신 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광도파로 상에 형성되는 격자 소자에 관한 것이다.
광통신이 발전함에 따라 광신호를 다루는 소자들의 발전이 급격하게 이루어지고 있다. 이러한 광소자가 수행하는 기능으로는 광신호를 손실 없이 전송하거나다음 노드로 전송되지 못하게 하는 것, 또는 광신호의 세기를 제어하는 것 등이 있다. 이와 같은 기능 중 광 신호를 차단하거나 그 세기를 제어하며, 때로는 스펙트럼의 모양을 변화시키는 기능을 수행하는 소자로 격자가 있다. 그런데, 격자는 일단 제작된 후에는 입출력 특성이 고정되기 때문에, 원하는 바에 따라 반사 및 투과 기능을 임의로 변경시킬 수 없다는 단점이 있다.
한편, 광섬유 격자는 도파로와 수직인 방향으로 형성되는 것이 일반적인데, 최근에는 격자에 경사각을 부여함으로써 격자의 기능을 다양화하려는 시도도 이루어지고 있다. 이와 같이 경사각이 부여된 광섬유 격자의 예들은 Kyung S. Lee and T. Erdogan, "Transmissive tilted gratings for LP01-to-LP11mode coupling," IEEE Photonics Tech. Lett., Vol.11, No.10, 1999 및 Kyung S. Lee and T. Erdogan, "Fiber Mode Coupling in Tilted Fiber Gratings," Applied Optics., Vol. 39, No. 9, 2000.3.에 기재되어 있다.
다른 한편으로, 최근의 광통신 시스템에서 주된 관심사는 단일 링크에서 단순히 정보 전송 속도를 높이거나 무중계 거리를 늘리는 것에 한정되지 않고, 가급적 많은 수의 파장을 활용하여 하나의 광선로를 통해 보다 많은 정보를 전송하는데 두어지고 있다. 여러 개의 파장에 각각 신호를 인가한 후 하나의 광선로를 통해서 신호를 전달하는 방법을 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing; 이하, 'WDM'이라 함) 방식이라고 한다. 특히 최근에는 채널간의 간격을 좁혀서 보다 많은 수의 파장을 사용하는 DWDM(Dense WDM) 시스템도 상용화되고 있다.
WDM 또는 DWDM 광통신에서는 하나의 광선로 내에 서로 다른 파장을 갖는 여러 개의 신호가 존재하므로, 특정 파장 성분에 대해서만 스위칭 기능을 수행하는 선택적 스위칭 소자나, 여러 개의 신호채널이 혼선(Crosstalk)되는 것을 방지하기 위한 이득 조절 소자가 반드시 필요하다. 이러한 용도에 격자를 사용하는 것을 생각해볼 수 있지만, 종래의 광통신용 격자는 고정된 파장 및 고정된 반사율을 가지고 있기 때문에 광 신호를 임의로 스위칭 하는데 사용하기에는 적합하지 않다.
한편, WDM 방식에서는 넓은 대역폭을 갖는 광증폭기가 필요하며, 현재는 어븀이 도핑된 광섬유 증폭기(Erbium Doped Fiber Amplifier; 이하, 'EDFA'라 함)가 주로 이용되고 있다, 그런데 EDFA의 경우 넓은 대역폭에서 광 신호를 증폭하기는 하지만 평탄한 증폭특성을 가지는 것이 아니라 특정 영역에서는 큰 이득을 가지고 다른 영역에서는 상대적으로 작은 이득을 보일 수 있으므로, 이 소자를 WDM 방식의 광통신 방식에 적용하기 위해서는 이득을 고르게 하는 소자가 부가적으로 필요하게 된다. 종래에는 장주기 격자를 이용하여 이득을 고르게 하는 방법을 주로 사용하였으나, 원하는 손실 및 동작파장을 갖는 장주기 격자를 제작하기 어려우며, 하나의 장주기 격자만을 이용하여 원하는 출력을 얻는 것 또한 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 여러 개의 장주기 격자를 직렬로 연결하여 사용하는 방법이 제시되었지만 근본적인 해결책은 될 수 없다. 이는 제작상의 문제뿐 아니라 온도와 같은 주변 환경에 의해서도 입출력 특성이 쉽게 변하게 되므로 전체 시스템의 안정성이 떨어지는 문제점을 가지고 있기 때문이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 인출된 것으로서, 기 제작된 격자의 사용과정에서 격자의 경사각이 가변될 수 있어서 입사되는 광신호에 대한 투과 특성 및 모드 변환 특성이 가변될 수 있으며, 이에 따라 그 기능이 향상되고 다양화될 수 있는 격자 소자를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
아울러, 본 발명은 이러한 경사각 조절 경자 장치를 활용하는 광신호 이득 조절 장치, 광신호 스펙트럼 조절 장치, 광증폭기, 광스위치, 투과형 모드 변환기 또는 반사형 모드 변환기와 같은 응용 장치들을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 경사진 격자 소자를 나타내는 블럭도.
도 2a 내지 2f는 본 발명에 의한 경사진 격자 소자에 있어서 격자의 경사각이 조절되는 예들을 보여주는 도면.
도 3a 및 3b는 경사각에 따른 반사율 및 투과율 변화를 보여주는 도면.
도 4는 도 1에 도시된 경사각 조절부의 일 실시예를 보여주는 도면.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 경사각 조절부의 구동 방향에 따른 격자의 경사각 변화를 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 1에 도시된 경사각 조절부의 다른 실시예를 보여주는 도면.
도 7a 내지 7d는 본 발명에 따른 경사진 격자 소자를 이용한 스펙트럼 및 이득변환 소자의 응용예들을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 의한 경사진 격자 소자를 이용한 광스위치의 응용예들을 나타내는 도면.
도 9a 내지 9b는 본 발명에 따른 경사진 격자 소자를 이용한 모드변환기의 응용예를 나타내는 도면.
도 10은 경사각에 따른 모드별 결합계수를 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10: 제1 광도파로 30: 제2 광도파로
20, 20a, 20b, 20n: 경사진 격자 소자
22: 격자 24: 경사각 조절부
41: 입사광 42: 반사광
43: 출사광 52, 54: 플레이트
56: 클램프 62, 64: 플레이트 구동부
80: 제1 상부 코팅층 82: 제2 상부 코팅층
84: 제3 상부 코팅층 86: 제1 하부 코팅층
88: 제2 하부 코팅층 90: 제3 하부 코팅층
92: 제1 전원 94: 제2 전원
101, 103, 105, 107: 입력 신호 102, 104, 106, 108: 출력 신호
110a, 110b, 110n: 노드 112a, 112b, 112n: 써큘레이터
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 경사진 격자 소자는 광도파로 내에 형성되는 격자와, 상기 격자의 외주면에 결합되어 있으며 상기 격자에 스트레인을 발생시켜 격자의 경사각을 변화시키는 경사각 조절부를 구비한다. 이와 같은 경사진 격자 소자는 광도파로 내에 형성되어 상기 광도파로를 통해 입사되는 빛 중에서 소장의 폭을 가진 소정 파장대역 내의 파장을 가지는 빛 중 적어도 일부를 반사시키거나 투과시켜주는 특성을 갖는 격자의 경사각을 변화시킨다.
광섬유나 평면도파로와 같은 광도파로 내에 형성되는 격자는 입사되는 빛 중 도파로의 굴절률, 경사각, 모드의 유효굴절률(mode effective index), 격자주기와 관계 있는 특정 파장성분의 빛만을 반사시키고, 나머지 파장의 빛들은 그대로 투과하는 특성이 있다. 이와 같은 특성을 갖는 격자에 특정 각도로 경사각을 조절하는 경우 광도파로 내의 특정 파장 성분의 빛을 광도파로의 외부 도파로로 커플링(결합) 시키거나 다른 모드의 빔으로 변환시킬 수 있다. 모드에는 저차 도파모드, 고차 도파모드, 클래딩 모드, 방사모드(radiation mode)등이 있다. 내부 광도파로에서 외부 광도파로로 커플링되는 빛의 양과 광도파로 내에서 존재 할 수 있는 다른 모드로의 변환은 격자의 각도를 변경함으로써 조절 가능하다.
이와 같이, 격자의 경사각을 변화시킬 경우 특정 파장성분을 갖는 빛에 대해서 원하는 양만큼 외부로 유출시키거나 다른 모드로 변환시킬 수 있으므로, 경사각이 조절된 격자를 광 스위치나, 한 모드에서 다른 모드로 변환시키는 모드 변환기, WDM 광통신과 같은 다파장 신호 중 원하는 신호에 대한 이득조절, 또는 EDFA와 같은 광 증폭기의 파장별 이득을 조절함으로써 이득평탄(gain flattening)을 구현하는 소자 등에 적용할 수 있다. 광섬유 내에 제작되는 격자는 광섬유 격자이며, 평면도파로에 형성되는 격자는 평면도파로 격자이기 때문에 본 발명은 광섬유 형태 또는 평면도파로 형태로 되어있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 부분에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.
도 1은 본 발명에 따른 경사진 격자 소자(20)를 보여준다. 경사진 격자 소자(20)는 광도파로 상에 형성되는 격자(22)와, 상기 격자(22)의 경사각을 조절하기 위한 경사각 조절부(24)를 포함한다. 격자(22)는 일반적인 브라그 격자로서, 초기 경사각을 가질 수도 있고 가지지 않을 수도 있다. 이하의 설명에서는, 편의상 광도파로 중 입사측을 제1 광도파로(10)라 칭하고 출사측을 제2 광도파로(30)라 칭하기로 한다.
격자(22)는 제1 광도파로(10)를 통해 들어오는 입사광(41) 중에서 소정의 폭을 가진 반사 파장대역 내의 파장을 가지는 빛 중 적어도 일부를 제1 광도파로(10)를 통해 반사시키고, 나머지 빛을 그대로 투과시켜 제2 광도파로(30)를 통해 전달한다. 이에 따라, 격자(22)는 광도파로를 통해 전송되는 광신호의 크기 또는 스펙트럼 모양을 변화시키게 된다. 특히, 본 발명에 따르면, 격자(22)의 경사각이 경사각 조절부(24)에 의해 조절될 수 있다. 즉, 경사각 조절부(24)는 격자(22)가 형성된 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 격자(22)의 경사각이 변하도록 할 수 있으며, 이에 따라 격자(22)의 광신호 투과 특성 내지 분산 보상 특성을 변화시킬 수 있다.
도 2a 내지 2f는 본 발명에 따라 격자의 경사각이 조절되는 예들을 보여준다. 격자제작에 있어서 격자는 주기적 구조 또는 비주기적인 구조를 가지도록 제작될 수 있고, 또한 초기 각이 0°이거나 0°가 아닌 임의의 초기각을 가지게 할 수도 있다. 이울러, 격자의 동작특성이 빔을 투과시키면서 동작하는 투과형 경사 격자(Transmissive Tilted Grating, TTG), 반사시키면서 동작하는 반사형 경사 격자(Reflective Tilted Grating, RTG), 또는 두 개의 특성을 모두 가진 경사 격자를 제작 할 수 있다. 이를 자세하게 살펴보면 다음과 같다.
광도파로 내에 형성되는 격자(22)는 도 2a 및 도 2b와 같이 초기 경사각이 0일 수도 있고(θ0=0°), 도 2c 및 도 2d와 같이 초기 경사각이 0이 아닐 수도 있다(θ0≠0°). 본 발명의 경사진 격자 소자(20)에 있어서, 격자(22)의 경사각은 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이 초기 값인 0°에서 각각 θ1및 θ2로 조절할 수 있다. 여기서, θ1및 θ2는 경사각 조절부(24)에 의해 그 크기가 변화될 수 있는 값으로서, 필요에 따라 양의 값이 될 수도 있고 음의 값이 될 수도 있다. 또한, 경사진 격자 소자(20)에서 격자(22)의 경사각은 도 2c 및 2d에 도시된 바와 같이 격자 생성시 부여된 값(θ0)으로부터 θ3또는 θ4로 변경할 수도 있다. 한편, 본 발명에 의해 그 경사각이 조절되는 격자(22)는 도 2a 및 도 2c와 같이 격자 주기가 Λ0로 일정한 형태일 수도 있고, 도 2b 및 도 2d와 같이 격자 주기가 일정하지 않은 형태일 수도 있다. Λ1, Λ2, Λ3, …, ΛN은 서로 다른 값을 가지는 격자주기를 나타낸다.
그리고 두 개 이상의 경사진 격자 소자(20)를 직렬 또는 병렬로 연결하여 다파장 신호에 대해서 원하는 스펙트럼 특성을 얻을 수도 있다. 한편, 이와 같이 두 개 이상의 경사진 격자 소자(20)를 조합하여 시스템을 구성하는 대신에, 하나의 격자 소자(20) 내에서 도 2e나 2f와 같이 다수의 격자를 복합적으로 조합하여 배치할 수도 있다. 도 2e의 격자 소자에 있어서 각 단위 격자에 주어지는 초기 경사각은 도2a 및 2b에서와 같이 0°일 수도 있고(θ0=0°), 도2c 및 2d에서와 같이 0이 아닌 일정한 값을 가질 수도 있다(θ0≠0°). 도 2f는 도 2e와 같이 하나의 경사진 격자 소자(20) 내에서 격자 주기는 일정하지만 각각의 초기 각도가 틀린 여러 개의 격자가 전체적으로 하나의 격자 소자내에 포함되어 있는 형태를 보여준다. 여기서 θ1,θ2,θ3,…,θN은 서로 다른 초기 경사각을 나타낸다. 위에서 제시된 경사진 격자 소자(20) 내에서, 격자는 그 경사각이 변화되는 정도에 따라 반사형 또는 투과형중 원하는 소자로 동작될 수 있다.
경사각에 따른 격자(22)의 동작 변화를 설명하면 다음과 같다. 제1 광도파로(10)를 통하여 격자(22)에 입사광(41)이 입사되면, 격자(22)의 특성에 따라서 반사광(42)과 출사광(43)이 형성된다. 격자(22)의 경사각이 조절되지 않은 상태에서 파장(λ1)에서의 격자(22)의 투과율 및 반사율을 각각 T1및 R1이라 가정하자. 경사각 조절부(24)에 의해 격자(22)의 경사각을 증가 또는 감소시키게 되면, 격자(22)에 의해서 반사되는 광 신호(42)의 크기는 증가 또는 감소하게 된다. 즉, 격자(22)의 경사각 변화에 따라, 격자(22)의 반사율(R2,R3)은 도 3a에 도시된 바와 같이 감소 또는 증가하게 되고 이에 상응하여 투과율(T2,T3)은 도 3b에 도시된 바와 같이 증가 또는 감소하게 된다. 본 발명에 따르면 격자(22)의 경사각이 임의로 변화될 수 있기 때문에, 격자의 반사율(R) 및 투과율(T)은 임의로 변경될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 경사진 격자 소자(20) 내에서 특정 파장(λ1)에 대한 격자의 이득은 경사각에 따라 조절될 수 있게 된다. 아울러, 격자(22)의 투과율 및 반사율을 각각의 최대값 및 최소값 사이에서 스위칭되도록 할 경우, 본 발명의 경사진 격자 소자(20)는 온/오프 스위치(ON/OFF Switch)로 동작할 수도 있다.
도 4는 도 1에 도시된 경사각 조절부(24)의 일 실시예를 구체적으로 보여준다.
도시된 실시예에 있어서, 경사각 조절부(24)는 제1 및 제2 플레이트(52, 54), 클램프(56) 및 제1 및 제2 플레이트 구동부(62, 64)를 포함한다. 제1 및 제2 플레이트(52, 54)는 격자(22)가 형성된 광도파로 부분에 스트레인을 발생시키는 부분으로서, 동력, 전계 또는 자계, 온도, 전압, 전류, 빔 또는 열에 따라 신축성 있게 변형될 수 있는 소재로 되어 있는 것이 바람직하며, 각각 격자(22) 부위의 광도파로 상단이나 하단 또는 상하단에 밀착되게 설치된다. 클램프(56)는 하우징(미도시됨) 내에서 제1 또는 제2 플레이트 또는 제1 및 제2 플레이트(52, 54)의 일단을 고정하여, 플레이트 구동부(62, 64) 구동 시 플레이트들(52, 54)의 해당 단부가 움직이지 않도록 하게 된다. 플레이트 구동부(62, 64)는 외부의 제어 신호(CONT)에 응답하여 제1 및 제2 플레이트(52, 54)의 타단부를 횡방향으로 구동한다. 이때, 각각의 플레이트 구동부(62, 64)와 각각의 플레이트(52, 54) 사이에는 예컨대 랙 및 피니언과 같은 동력 전달 수단이 배치되거나 마이크로 미터와 같이 힘을 인가시킬 수 있는 장치가 구비되는 것이 바람직하다.
바람직한 예로서, 부착된 제1 또는 제2 플레이트, 또는 제1 및 제2 플레이트(52, 54)에 모터(62, 64)에 의해 힘을 인가하여 경사각을 변화시키는 방법을 사용할 수 도 있다. 또 다른 예로서, 광도파로의 외주에 부착되어 있는 제1 또는 제2 플레이트(52, 54)를 PZT나 PLZT와 같이 압전 특성을 가지는 물질로 구성하고, 이러한 압전체에 전압 또는 전계를 인가함으로써 광도파로에 스트레인을 발생시킬 수도 있다. 이러한 방법을 사용할 경우 외부에 따로 힘을 인가시키는 장치 없이도 단지 광도파로 외주에 부착된 제1 및 제2 플레이트에 제어신호(전계)를 인가시킴으로써 스트레인을 발생시키고, 발생된 스트레인에 의해 광도파로의 경사각이 변화하게 된다. 또한 제어신호(전계)의 극성을 조절함으로써 스트레인이 발생하는 방향또한 제어 할 수 있다.
도 4의 실시예에 있어서, 플레이트들(52, 54) 단부는 서로 같은 방향으로 구동될 수도 있고, 서로 다른 방향으로 구동될 수도 있다. 도 5a와 같이 플레이트들(52, 54) 단부가 서로 다른 방향으로 구동된다면, 격자(22)의 경사각은 증가 또는 감소하게 된다. 한편, 도 5b와 같이 플레이트들(52, 54) 단부가 같은 방향으로 구동된다면, 구동되는 방향에 따라 격자 주기만이 증가 또는 감소하게 된다.
도 6은 도 1에 도시된 경사각 조절부(24)의 다른 실시예를 보여준다. 도 6 의 실시예에 있어서, 경사각 조절부(24)는 광도파로의 외주면에 부착된 압전체를 사용하여 구현된다. 일반적으로, 광도파로의 단면은 원형, 타원, 사각형 등 여러 가지 형태를 가질 수 있는데, 도 6에 있어서는 광도파로가 원형 단면을 가지는 광섬유인 것으로 가정한다.
도 6에 있어서, 경사각 조절부(24)는 격자(22) 주위에서 광섬유의 상단에 부착되는 제1 상부 코팅층(80)과, 상기 제1 상부 코팅층(80) 상에 부착되는 제2 상부 코팅층(82)과, 상기 제2 상부 코팅층(82) 상에 부착되는 제3 상부 코팅층(84)을 포함한다. 제2 상부 코팅층(82)은 PZT 또는 PLZT와 같은 압전 재질 또는 전왜 재질로 되어 있으며, 제1 상부 코팅층(80)과 제3 상부 코팅층(84)은 제2 상부 코팅층(82)에 대한 전극으로서 작용한다. 제1 상부 코팅층(80)과 제3 상부 코팅층(84)은 신축성이 있는 소재로 되어 있는 것이 바람직하다. 제1 상부 코팅층(80)과 제3 상부 코팅층(84) 사이에는 제1 전원(92)에 의해 제1 바이어스 전압이 인가될 수 있다.
또한, 경사각 조절부(24)는 격자(22) 주위에서 광섬유의 하단에 부착되는 제1 하부 코팅층(86)과, 상기 제1 하부 코팅층(86) 상에 부착되는 제2 하부 코팅층(88)과, 상기 제2 하부 코팅층(88) 상에 부착되는 제3 하부 코팅층(90)을 포함한다. 제2 하부 코팅층(88)은 PZT 또는 PLZT와 같은 압전 재질 또는 전왜 재질로 되어 있으며, 제1 하부 코팅층(86)과 제3 하부 코팅층(90)은 제2 하부 코팅층(88)에 대한 전극으로서 작용한다. 제1 하부 코팅층(86)과 제3 하부 코팅층(90)은 신축성이 있는 소재로 되어 있는 것이 바람직하다. 제1 하부 코팅층(86)과 제3 하부 코팅층(90) 사이에는 제2 전원(94)에 의해 제2 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 한편, 제3 상부 코팅층(84)과 제3 하부 코팅층(90) 각각의 일 지점은 외부의 프레임(미도시됨)에 고정되는 것이 바람직하다.
사용자의 조작에 의해 제1 상부 코팅층(80)과 제3 상부 코팅층(84) 사이에 제1 전원(92)에 의해 제1 바이어스 전압(V1)을 인가하면, 제2 상부 코팅층(82) 내에는(여기서, d1은 제2 상부 코팅층의 두께임)의 크기를 가지는 전계가 발생된다. 이에 따라, 제2 상부 코팅층(82)은 제1 상부 코팅층(80)을 통해 광섬유에 스트레인을 발생시키게 된다. 마찬가지로, 제1 하부 코팅층(86)과 제3 하부 코팅층(90) 사이에 제2 전원(94)에 의해 제2 바이어스 전압(V2)을 인가하면, 제2 하부 코팅층(88) 내에는(여기서, d2는 제2 하부 코팅층의 두께임)의 크기를 가지는 전계가 발생된다. 이에 따라, 제2 하부 코팅층(88)은 제1 하부 코팅층(86)을 통해 광섬유에 스트레인을 발생시키게 된다.
만약, V1및/또는 V2가 가변되면, 광섬유에 야기되는 스트레인으로 인해 경사각이 변화하거나 격자 간격이 변화할 수 있게 된다. 이때, 만약 제2 상부 코팅층(82)과 제2 하부 코팅층(88) 각각이 발생시키는 스트레인의 방향이 서로 반대일 경우에는 격자의 경사각이 변화되며, 같은 방향일 경우에는 격자의 주기가 늘어나게 된다.
도 7a 내지 7d는 본 발명에 따른 경사진 격자 소자의 응용예들을 보여준다.
도 7a를 참조하면, 경사각 조절부(24)에 의해 격자(22)의 경사각은 특정 각도로 변화되고, 이에 따라 제1 광도파로(10)를 통해 입력되는 광신호(101)는 주어진 경사각에 상응하는 양만큼 손실이 주어져서 크기가 조절된 광신호(102)가 제2 광도파로(30)를 통해 출력되게 된다. 이와 같이, 본 발명의 경사진 격자 소자(20)는 경사각 조절부(24)에 인가되는 제어 신호에 따라 경사각 및 손실이 가변되는 손실 가변형 소자로 동작하게 된다.
WDM 방식의 광통신에서와 같이 다파장(λ1, λ2, λ3, λ4)의 신호(103)가 광도파로를 통해 전송되는 시스템의 경우, 각 신호성분의 크기가 일정해야만 각 채널간의 크로스톡(crosstalk)을 최소화시킬 수 있다. 채널 간 크로스톡(crosstalk)이 일정 크기를 넘는 경우에는 시스템에 큰 문제를 끼칠 수 있기 때문에, 반드시 각 채널의 신호 크기를 고르게 해주어야만 한다. 도 7b에서와 같이, 특정 파장성분(λ2)이 크기가 클 경우, 그 파장(λ2)의 크기를 조절할 수 있는 경사진 격자 소자(20)를 사용하여 해당 파장의 신호에 대해 원하는 만큼의 손실을 주어 모든 채널의 신호 크기가 일정한 신호(104)가 제2 광도파로(30)를 통해 출력되게 할 수 있다.
도 7c를 참조하면, 제1 광도파로(10)를 통해 입력되는 신호(105)에 있어서 신호 크기를 조절해야 하는 파장이 여러 개(λ2, λ3)일 때에는, 크기를 조절해야 하는 파장의 수에 대응하여 경사진 격자 소자(20a, 20b)를 다수 개 직렬로 연결할 수 있다. 이와 같은 경우, 전체적으로 신호 성분의 크기가 고르게 변화된 신호(106)가 제2 광도파로(30)를 통해 출력되게 된다. 한편, 이와 같은 응용예는 다수의 파장에 대한 광선로의 손실이 일정하지 않은 경우 각 파장의 신호를 평탄하게 하는데 사용될 수도 있다. 아울러, 도 7c에서처럼 한 개 이상의 경사진 격자 소자들(20a, 20b)을 사용할 수도 있지만, 도 2e 또는 도 2f와 같이 하나의 경사진 격자 소자 안에 동작 특성이 다른 격자를 여러 개 제작해 넣어 경사진 격자 소자를 구성하는 경우 하나의 경사진 격자 소자만으로 여러 개의 신호를 동시에 제어 할 수 있다.
EDFA와 같은 광 증폭기의 증폭 특성이 일부 대역에서 고르지 못한 경우, 좀 더 넓은 대역폭을 얻고 광 증폭기의 증폭 특성을 보다 고르게 하기 위한 소자가 필요하다. 예를 들어, 도 7d에 도시된 바와 같이 증폭 특성이 고르지 못한 EDFA의 출력 신호(107)가 제1 광도파로(10)를 통해 입력되면, 증폭 특성이 고르지 못한 파장이 속한 곳의 대역폭(Δλ)에 맞는 경사진 격자 소자(20)를 사용하여 전체적으로 고른 증폭 특성을 갖는 신호(108)가 제2 광도파로(30)를 통해 출력되게 할 수 있다. 이 경우에도 대역폭내의 다파장 신호성분에 대해 각각 신호성분에 적당한 경사각 조절 격자를 여러 개 직렬 또는 병렬로 사용할 수도 있고, 경사각 조절 격자내의 격자를 각각 신호성분에 적용할 수 있는 여러 개의 격자를 도 2e 또는 도 2f와 같이 제작함으로써 하나의 경사각 조절 격자만을 사용하여 구현할 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 경사진 격자 소자의 또 다른 응용예를 보여준다. 도시된 응용예는 도 1에 도시한 경사진 격자 소자를 이용하여 광 시스템에서 사용할 수 있는 온/오프(ON/OFF) 스위치 내지 디멀티플랙서를 구성한 것이다. 도시된 바와 같이, 다수의 경사진 격자 소자(20a, 20b, …, 20n)를 직렬로 연결하여, 다파장의 신호 성분에 대해서 각 노드(110a ∼ 110n)마다 원하는 파장의 신호를 추출하거나 다음 단으로 전달할 수 있는 온/오프 스위치를 구현할 수 있다. 여기에서, 다수의 써큘레이터(112a, 112b, …, 112n)는 경사진 격자 소자(20a, 20b, …, 20n)로부터 반사된 신호를 추출하는 기능을 한다.
이와 같은 구성을 갖는 온/오프 스위치의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 각 격자 소자(20a, 20b, …, 20n)에 있어서, 경사각 조절부가 스트레인을 발생시키지 않은 경우 즉 격자의 경사각을 조절하지 않는 경우에는, 경사진 격자 소자(20a, 20b, …, 20n)가 일반 격자처럼 동작하게 되고, 특정 파장 성분의 빛(42a, 42b, …, 42n)은 반사되어 출력 단에서는 그 신호가 감지되지 않게 되어 각 스위치(110a, 110b, …, 110n)는 오프(OFF) 상태와 같이 동작하게 된다. 반면, 경사각 조절부가 격자가 형성된 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 격자의 경사각을 변화시키면, 투과손실이 작아지게 되고 제어신호를 인가하기 전과는 달리 입력 신호가 모두 투과하게 되어 소자가 스위치의 온(ON) 기능을 하게 된다. 위에서 제시한 방법과는 반대로 적당한 초기 경사각에서는 제어신호가 인가되지 않은 경우, 특정 파장의 신호를 그대로 투과시키고, 제어신호가 인가되었을 때 신호를 반사시켜 추출할 수도 있다.
광도파로(10)를 통해 입력된 다파장 광신호(41a)는 경사진 격자 소자(20a)에 입력되고, 입력되는 신호 중 원하는 신호를 추출하고자 하는 경우에는 경사진 격자 소자(20a)의 경사각 조절부에서 스트레인을 발생시키지 않고, 경사진 격자 소자(20a)로부터 반사된 신호(42a)를 써큘레이터(112a)를 통해 추출하여 추출광(44a)을 얻을 수 있다. 만약, 입사되는 신호를 그대로 투과시키고자 한다면, 경사진 격자 소자(20a)의 경사각 조절부에서 격자가 형성된 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 격자의 경사각을 변화시키고, 이에 따라 경사진 격자 소자(20a)를 그대로 투과한 신호(41b)를 다음 단으로 손실 없이 전송한다. 다음 단에서도 마찬가지로, 전 단에서 입력되는 신호(41b) 중 원하는 신호를 추출하고자 하는 경우에는 경사각 조절부에서 스트레인을 발생시키지 않고 격자에 의해서 반사시켜 반사광(42b)을 써큘레이터(112b)를 통해 추출하여 추출광(44b)을 얻고, 다음 단으로 그대로 전송하고자 한다면 경사각 조절부를 이용하여 격자가 형성된 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜서 입사광(41b)을 그대로 투과시켜 투과된 빛(41c)을 다음 단으로 전송시키면 된다.
이와 같이, 경사각 조절 격자를 여러 개 직렬로 연결시킴으로써 WDM 광통신 망에서 온/오프 스위치 소자로 사용할 수 있다. 아울러 이와 같은 시스템은 WDM광통신망에서 각 파장의 신호를 선택적으로 추출하기 위한 디멀티플랙서로 활용될 수도 있다.
도 9a 및 9b 는 경사각 조절 격자의 또 다른 응용예를 보여준다. 도시된 응용예에서, 본 발명의 장치는 격자 경사각 조절을 통해 광도파로의 동작 모드를 다른 모드로 변환해주는 모드변환기를 구현하는데 사용된다. 예를 들어 광도파로를 진행하는 기본 도파모드(fundamental mode)를 고차 도파모드 또는 고차 코아모드로 변환시킬 수도 있으며, 또는 클래딩모드나 방사모드로 변환시킬 수도 있다. 이와 같이 광도파로에 존재하는 빔의 모드를 다른 모드로 변환시키는 것이 경사진 격자 소자의 경사각을 변화시킴으로써 가능하게 된다. 도 9a의 경우에는 경사진 격자 소자에 입사되는 빔이 경사진 격자에 의해 반사되면서 모드가 변환되는 소자를 나타낸 것이며, 도 9b의 경우에는 입사되는 빔의 모드가 경사진 격자소자를 투과하면서 다른 모드로 변환되는 것을 나타낸다.
도 10은 광도파로의 일종인 광섬유에서 최저차 코아모드인 LP01모드에서 고차 코아모드인 LP11, LP12, LP13, LP14모드로의 모드 변환정도가 경사각에 따라서 변화하는 것을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 격자의 경사각을 조절 할 경우 서로 다른 모드로의 변환도 가능함을 알 수 있다. 이러한 경사각 조절 격자를 이용한 모드변환기를 구성할 경우 현재 광통신에서 크게 부각되고 있는 분산보상기등에 이용할 수 도 있다.
이상의 실시예에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서 제시하는 경사진 격자 소자는 광도파로에 부착된 소재를 이용하여 격자가 형성된 광도파로 부분에 스트레인을 발생시킴으로써 격자의 경사각을 변화시킬 수 있다. 격자의 경사각을 변화시키게 되면 반사율 및 투과율을 조절할 수 있으므로 광도파로 내에 형성된 경사각 조절 격자를 광 스위치로서 동작시킬 수 있다. 또한, 격자의 경사각을 조절할 수 있게 되면 투과되는 빔의 세기를 조절할 수 있으므로, 손실을 조절할 수 있는 소자로서도 사용이 가능하다. 또한, WDM 방식의 광통신에서 핵심적인 소자인 광 증폭기의 경우, 이득 특성이 평탄하지 못한 단점이 있는데, 이러한 경우에도 원하는 파장 대역에서 원하는 양만큼 손실을 조절할 수 있는 경사진 격자 소자를 사용하게 되면 전제적인 파장 영역에서 이득이 고르게 분포된 출력 특성을 얻을 수 있다. 또 다른 응용분야로서 광도파로에서의 모드변환기도 구성이 가능하며, 이러한 모드변환기는 광통신용 분산보상기로도 사용할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 광통신 장치에서 사용되는 격자의 경사각을 조절함으로써 격자의 스펙트럼 모양 및 반사율을 변화시킬 수 있다. 격자의 반사율을 조절할 수 있게 되면, WDM 방식의 광통신에서 사용되는 여러 개의 채널에 대해서 각 채널을 스위칭 시킬 수 있는 소자에 적용할 수 있으며, 인접 채널에 영향을 끼치지 않으므로 DWDM과 같은 방식의 소자에도 무난히 적용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 광 증폭기의 이득을 평탄화시키는 데 필요한 소자로서도 사용되어질 수 있어, 기존의 이득 조절기와 같은 소자가 불필요하게 되기 때문에 시스템을 소형화할 수 있으며, 원하는 파장에서 원하는 양만큼의 손실을 줄 수 있으므로 시스템 설계가 용이하게 되고, 외부 환경 등의 변화로 광 증폭기의 증폭 특성이 변하더라도 유연하게 대처할 수 있는 장점이 있다. 또한 광도파로내의 한 모드를 다른 모드로 변환시켜주는 모드변환기로도 구성이 가능하며 분산보상과 같은 분야에 쓰일 수도 있다.

Claims (11)

  1. 광도파로 내에 형성되는 격자; 및
    상기 광도파로의 외주면에 설치되고, 상기 격자가 형성된 상기 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 상기 격자의 경사각을 변화시키는 경사각 조절부;
    를 구비하며,
    상기 경사각 조절부가
    상기 광도파로의 외주면에 설치되어 상기 광도파로 부분에 표면 방향으로 힘을 인가하는 제1 스트레인 발생 수단; 및
    상기 광도파로 부분에 힘을 인가하도록 상기 제1 스트레인 발생 수단을 구동하는 제1 구동 수단;
    을 구비하는 경사진 격자 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 구동 수단이 소정의 제어 신호에 응답해서 상기 제1 스트레인 발생 수단을 구동하며,
    이에 따라 상기 제어 신호에 따라 상기 경사각이 변화되는 경사진 격자 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경사각 조절부는
    상기 광도파로를 중심으로 상기 제1 스트레인 발생 수단과 대향하도록 상기 광도파로의 외주면에 설치되는 제2 스트레인 발생 수단; 및
    상기 광도파로 부분에 힘을 인가하도록 상기 제2 스트레인 발생 수단을 구동하는 제2 구동 수단;
    을 더 구비하는 경사진 격자 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 구동 수단은
    소정의 제어 신호에 응답하여 구동되는 압전 소재; 및
    상기 압전 소재에 의해 발생되는 힘을 상기 제1 스트레인 발생 수단에 전달하기 위한 동력 전달 수단;
    을 구비하는 경사진 격자 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스트레인 발생 수단은
    압전 소재로 되어 있고 상기 격자의 외주면에 설치되는 코팅층; 및
    상기 코팅층에 급전하기 위한 전극;
    을 구비하고,
    상기 제1 구동 수단은 상기 전극에 전압이 인가하기 위한 전원을 구비하는 경사진 격자 소자.
  6. 제1 광도파로 부분 및 제2 광도파로 부분을 포함하는 광도파로 상에 설치되어, 상기 제1 광도파로 부분을 통해 입사되는 광신호의 크기를 조절하여 상기 제2 광도파로를 통해 출력하기 위한 광신호 이득 조절 장치로서,
    상기 광도파로 상에서 상기 제1 광도파로 부분 및 제2 광도파로 부분 사이에 형성되는 격자; 및
    상기 광도파로의 외주면에 설치되고, 상기 격자가 형성된 상기 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 상기 격자의 경사각을 변화시키는 경사각 조절부;
    를 구비하며,
    상기 경사각 조절부가
    상기 광도파로의 외주면에 설치되어 상기 광도파로 부분에 표면 방향으로 힘을 인가하는 제1 스트레인 발생 수단; 및
    상기 광도파로 부분에 힘을 인가하도록 상기 제1 스트레인 발생 수단을 구동하는 제1 구동 수단;
    을 구비하여, 상기 경사각 변화에 의해 상기 광신호의 크기를 조절할 수 있는 광신호 이득 조절 장치.
  7. 입사광을 받아들여 증폭하는 광증폭기에 있어서,
    상기 입사광을 받아들여 증폭하고 증폭된 광신호를 출력하는 광증폭부; 및
    상기 광증폭부에 광도파로를 통해 연결되며, 상기 증폭된 광신호의 스펙트럼을 조절하여 상기 광증폭기의 이득을 평탄하게 하는 이득 평탄화부;
    를 포함하며,
    상기 이득 평탄화부는
    광도파로에 형성되는 격자; 및
    상기 광도파로의 외주면에 설치되고, 상기 격자가 형성된 상기 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 상기 격자의 경사각을 변화시키는 경사각 조절부;
    를 구비하며,
    상기 경사각 조절부가
    상기 광도파로의 외주면에 설치되어 상기 광도파로 부분에 표면 방향으로 힘을 인가하는 제1 스트레인 발생 수단; 및
    상기 광도파로 부분에 힘을 인가하도록 상기 제1 스트레인 발생 수단을 구동하는 제1 구동 수단;
    을 구비하는 광증폭기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이득 평탄화부는 복수 개가 마련되며,
    상기 복수의 이득 평단화부 각각에 구비되는 상기 격자는 서로 다른 대역에 정합되어 있어서, 각각의 격자의 경사각을 조절함으로써 상기 광증폭기의 이득을 평탄하게 할 수 있는 광증폭기.
  9. 광도파로 상에서 서로 연이어져 마련되는 하나 이상의 단위 스위치를 구비하고,
    상기의 단위 스위치 각각은
    상기 광도파로 내에 형성되는 격자; 및
    상기 광도파로의 외주면에 설치되고, 상기 격자가 형성된 상기 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 상기 격자의 경사각을 변화시키는 경사각 조절부;
    를 구비하며,
    상기 경사각 조절부가
    상기 광도파로의 외주면에 설치되어 상기 광도파로 부분에 표면 방향으로 힘을 인가하는 제1 스트레인 발생 수단; 및
    상기 광도파로 부분에 힘을 인가하도록 상기 제1 스트레인 발생 수단을 구동하는 제1 구동 수단;
    을 구비하고 있으며,
    상기 하나 이상의 단위 스위치 각각에 형성되는 상기 격자는 서로 다른 대역에 정합되어 있어서, 파장다중화되어 입사되는 소정수의 광신호 중 일부만을 선택하는 광스위치.
  10. 제1 광도파로 부분 및 제2 광도파로 부분을 포함하는 광도파로 상에 설치되어, 상기 제1 광도파로 부분을 통해 입사되는 입사광을 받아들이고 모드를 변환하여 모드 변환된 투과광을 상기 제2 광도파로 부분을 통해 출사되는 투과형 모드 변환기로서,
    상기 광도파로 상에 형성되는 격자; 및
    상기 광도파로의 외주면에 설치되고, 상기 격자가 형성된 상기 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 상기 격자의 경사각을 변화시키는 경사각 조절부;
    를 구비하며,
    상기 경사각 조절부가
    상기 광도파로의 외주면에 설치되어 상기 광도파로 부분에 표면 방향으로 힘을 인가하는 제1 스트레인 발생 수단; 및
    상기 광도파로 부분에 힘을 인가하도록 상기 제1 스트레인 발생 수단을 구동하는 제1 구동 수단;
    을 구비하여, 상기 입사광의 모드를 다른 모드로 변환시키는 투과형 모드 변환기.
  11. 광도파로 상에 설치되어, 상기 광도파로를 통해 입사되는 입사광을 받아들이고 모드를 변환하여 모드 변환된 반사광을 상기 광도파로를 통해 출사되는 반사형 모드 변환기로서,
    상기 광도파로 상에서 상기 제1 광도파로 부분 및 제2 광도파로 부분 사이에 형성되는 격자; 및
    상기 광도파로의 외주면에 설치되고, 상기 격자가 형성된 상기 광도파로 부분에 스트레인을 발생시켜 상기 격자의 경사각을 변화시키는 경사각 조절부;
    를 구비하며,
    상기 경사각 조절부가
    상기 광도파로의 외주면에 설치되어 상기 광도파로 부분에 표면 방향으로 힘을 인가하는 제1 스트레인 발생 수단; 및
    상기 광도파로 부분에 힘을 인가하도록 상기 제1 스트레인 발생 수단을 구동하는 제1 구동 수단;
    을 구비하는 반사형 모드 변환기.
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