KR100383586B1 - 옵셋을 이용한 와이-분기형 광도파로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이-분기형 광도파로 소자에 있어서, 광신호가 입력되는 입력 도파로와, 상기 입력 도파로에서 연장되며 상기 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어지는 테이퍼 도파로와, 각각 상기 테이퍼 도파로에서 연장되며 세기 분할되는 상기 광신호의 일부를 입력받는 한 쌍의 직선 도파로와, 각각 상기 한 쌍의 직선 도파로에서 연장되며 소정량의 옵셋이 주어진 한 쌍의 출력 도파로를 포함한 Y-분기형 광도파로 소자로 옵셋을 이용한 것을 특징으로 한다.

Description

옵셋을 이용한 와이-분기형 광도파로{Y-BRANCH LIGHTWAVE CIRCUITS USING OFFSET}

본 발명은 광파워를 분할 및 합하는 분기형 광도파로에 관한 것으로, 특히 옵셋을 이용한 Y-분기형(Y-branch) 광도파로에 관한 것이다.

평면 광도파로 소자(PLC)를 기반으로 하는 Y-분기형 광도파로는 실리콘이나 퀄츠(quartz)기판에 여러 층의 실리카 또는 폴리머 박막을 증착하여 코어(core)와이를 감싸고 있는 클래드(clad)부의 굴절률 차이를 이용하여 코어부의 형상에 따라 광신호의 세기를 분할 및 합하는 역할을 할 수 있도록 설계되어진 광 소자로서, 광파워를 분할 및 합하는 광 소자가 적용된 빔 스플리터(splitter)는 분할하는 형상에 따라 성(star)형과 트리(tree)형으로 나뉘어진다. 트리(tree) 구조의 경우 광파워가 분할되는 Y-분기형 광도파로의 설계는 저손실의 소자 제작에 필수적이다. 특히 저손실 구조의 도파로는 분기부의 도파로 폭이 좁을 수록 그 성능이 더 뛰어나다.

도 1은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 Y-분기형 광도파로의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, Y-분기형 광도파로(10)는 입력 도파로(11)와, 테이퍼 도파로(12)와, 분기부 도파로(13)를 포함하며, 상기 분기부 도파로(13)는 한 쌍의 직선 도파로(14)를 포함한다. 상기와 같이 구성된 Y-분기형 광도파로(10)는 상기 테이퍼 도파로(12)의 도파로 폭(T1)과, 상기 한 쌍의 직선 도파로(14)의 폭(T2)과, 분기점에서 상기 한 쌍의 직선 도파로 사이의 간격(T3)을 최적화하였을 때 상기 Y-분기형 광도파로(10)에 의해 분할, 출력되는 광파워의 손실이 최소가 된다.

상기 테이퍼 도파로(12)의 폭과 상기 직선 도파로(14)의 폭(T2)을 최적화하기 위해서는 상기 테이퍼 도파로(12)의 폭(T1)을 넓히고, 상기 직선 도파로(14)의 폭(T2)을 좁힐 수록 그 손실이 줄어드는 경향이 있다.

그러나, 상기 직선 도파로(14) 폭(T2)이 지나치게 좁을 경우 에칭(etching) 또는 오버 클래딩(over clading) 등의 공정을 거치면서 도파로 자체의 자중에 의해도파로가 무너지거나 손상되어 그 형상이 변형되기도 하고, 오버 클래드와 코어의 응력(stress)차이로 인해 도파로 자체가 휘는 현상이 발생한다. 도파로 폭이 좁을 수록 이러한 문제점은 심화되며, 공정과정에서의 이러한 손상은 분기도파로의 성능 자체에도 직접적인 영향을 준다. 반대로, 이러한 문제점을 극복하기 위해 상기 직선 도파로(14)의 폭(T2)을 넓힐 경우 광신호의 모드 조화가 잘 이루어지지 않아 광파워 손실이 발생되어 소자의 성능이 저하된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여,

본 발명의 목적은 광도파로 소자를 제작하는 공정에서 분기부 직선 도파로의 손상을 방지하고, 이에 따른 광파워 손실을 최소화하는 공정에 무관한 Y-분기형 광도파로를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 분기부 직선 도파로의 폭을 충분히 넓히고, 분기부 직선 도파로에 출력 도파로를 연결할 때 옵셋을 준다.

도 1은 종래 기술에 따른 Y-분기형 광도파로를 나타내는 도면.

도 2는 도 1에 나타낸 Y-분기형 광도파로에서 분기점 직선 도파로의 폭을 넓혔을 경우 광신호의 진행경로를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Y-분기형 광도파로를 나타내는 도면.

도 4는 도 3에 도시된 Y-분기형 광도파로 내에서 광신호의 진행경로를 나타내는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 좁은 분기부 직선 도파로를 넓혔을 경우 광신호의 진행경로를 나타내는 도면이다. 이는 테이퍼 도파로의 폭을 넓게 하고 분기부의 직선 도파로를 좁게 하여 최적화시킨 종래의 Y-분기형 광도파로가 공정상에서 상기 직선 도파로가 손상되는 문제점을 극복하기 위해 직선 도파로(24)의 폭을 넓혀본 일 예를 나타낸 것이다. 광신호는 테이퍼 도파로(22)를 지나 분기부 직선 도파로(24)로 들어가면서 일정한 각을 가지고 곡선 도파로를 지나는 것처럼 휘게 된다. 그리고, 커플링(coupling)효과 및 안정화 되어가려는 성질에 의해 진행하는 광신호는 출렁이며 불안정한 상태로 진행하게 되어 광파워의 손실을 가져온다. 이와 같은 광파워 손실문제를 해결한 Y-분기형 광도파로가 도 3에 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 Y-분기형 광도파로를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 Y-분기형 광도파로 내를 진행하는 광신호의 진행경로를 나타내는 도면이다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 Y-분기형 광도파로(30)는 입력 도파로(31)와, 테이퍼 도파로(32)와, 분기부(33)를 구비한다. 상기 분기부(33)는 한 쌍의 직선 도파로(34)와, 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)에서 각각 연장되는 한 쌍의 출력 도파로(35)로 구성된다. 광신호는 상기 입력 도파로(31)를 통해 상기 테이퍼 도파로(32)로 진행한다. 상기 테이퍼 도파로는(32)는 광신호의 세기가 도파로내에 확산되도록 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어진다. 상기 광신호는 상기 테이퍼 도파로(32)에서 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)로 진행하면서 분할되어 상기 출력 도파로(35)를 통해 출력된다. 상기한 쌍의 직선 도파로(34)는 상기 테이퍼 도파로(32)의 출력측 끝단에서 연장되면서 일정한 분리폭(W2)을 두고 연장된다. 또한 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)와 그 끝단에서 연장되는 상기 한 쌍의 출력 도파로(35) 사이에는 소정량의 옵셋(W3)이 주어진다.

상기 분리폭(W2)은 공정상의 한계로 인하여 제작이 가능한 최소치를 적용한다. 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 Y-분기형 광도파로(10)와 비교하면, 본 발명에 따른 Y-분기형 광도파로(30)는 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)의 폭을 각각 넓혔다. 또한 이로 인해 발생하는 광파워의 손실을 보상하기 위하여 상기 한 쌍의 출력 도파로(35) 사이의 간격을 상기 한 쌍의 직선 도파로(34) 사이의 간격보다 넓게 하여 연결하면서 상기 옵셋(W3)을 제공한다.

상기와 같이 구성한 Y-분기형 광도파로의 동작이 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 테이퍼 도파로(32)로부터 상기 직선 도파로(34)로 전환되는 지점에서 상기 직선 도파로(34)에 의해 진행하는 광신호의 경로가 곡선 도파로를 지나듯이 휘어진다. 이때 상기 직선 도파로(34)로부터 상기 출력 도파로(35)로 전환되는 지점에서 광신호가 상기 출력 도파로(35)의 내벽과 평행하게 진행할 수 있도록 상기 직선 도파로(34) 최적의 길이를 설정한다. 그리고, 상기 한 쌍의 출력 도파로(35)를 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)의 끝단에 각각 연결할 때 상기 옵셋(W3)을 주어 광신호의 모드를 조화시켜 준다.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 Y-분기 도파로는 상기 직선 도파로(34)의 폭을 넓히고, 이로 인해 발생하는 광파워 손실을 보상하기 위하여 상기 직선 도파로(34)와 상기 출력 도파로(35) 사이에 상술한 바와 같이 옵셋(W3)을 주었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 평면 광 도파로형 소자를 기반으로 하는 Y-분기형 광도파로에서 분기부 직선 도파로의 폭을 충분히 넓힘으로써, 상기 Y-분기형 광도파로를 제작하는 공정에서 폭이 좁은 직선 도파로가 자중에 의해 손상되거나 그 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있고, 상기 Y-분기형 광도파로의 코어층과 클래드층의 응력차이로 인해 도파로가 휘는 현상도 방지하게 되었다. 또한 상기 직선 도파로의 폭이 넓어짐으로써 발생하는 광파워 손실 문제는 적절한 위치에 옵셋을 준 출력 도파로를 형성함으로써 해결하였다.

Claims (3)

1. Y-분기형 광도파로 소자에 있어서,

   광신호가 입력되는 입력 도파로와;

   상기 입력 도파로에서 연장되며 상기 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어지는 테이퍼 도파로와;

   각각 상기 테이퍼 도파로에서 연장되며 세기 분할되는 상기 광신호의 일부를 입력받는 한 쌍의 직선 도파로와;

   각각 상기 한 쌍의 직선 도파로에서 연장되며 소정량의 옵셋이 주어진 한 쌍의 출력 도파로를 포함함을 특징으로 하는 Y-분기형 광도파로 소자.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 한 쌍의 출력 도파로 사이의 간격을 상기 한 쌍의 직선 도파로 사이의 간격보다 넓게 하여 연결함으로써 상기 옵셋이 주어진 것을 특징으로 하는 Y-분기형 광도파로 소자.
3. 제1 항에 있어서, 상기 직선 도파로의 길이는

   광신호가 상기 출력 도파로 내에서 도파로 내벽과 평행하게 진행할 수 있도록 설정됨을 특징으로 하는 Y-분기형 광도파로 소자.