KR100421137B1 - 하나의 평면 도파로형 광소자를 이용한 이중 파장분할다중화/역다중화 장치 - Google Patents

하나의 평면 도파로형 광소자를 이용한 이중 파장분할다중화/역다중화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치에 관한 것이다. 개시된 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치는 다수의 입출력 도파로들과, 상기 다수의 입출력 도파로들에 결합된 광 도파로열 격자를 구비하여 광신호를 파장분할 다중화/역다중화하는 장치에 있어서, (a) 일측면에 제1다수의 입출력 도파로의 입출력 포트들이 각각 제공되며 상기 제1다수의 입출력 도파로들과 결합된 제1광도파로열 격자를 구비한 제1파장분할 다중화/역다중화 장치와, 센터를 중심으로 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치와 대칭으로 배치되며 상기 일측면과 이격되게 대치하는 반대방향의 타측면에 제2다수의 입출력 도파로의 입출력 포트들이 각각 제공되며 상기 제2다수의 입출력 도파로들과 결합된 제2광도파로열 격자를 구비한 제2파장분할 다중화/역다중화 장치를 포함하는 평면 도파로형 광회로; (b) 상기 제1다수의 입출력 도파로들의 입출력 포트들과 대응하는 포트들을 구비하여 제1리본 광섬유와 연결하는 제1광섬유 어레이 블럭; 및 (c) 상기 제2다수의 입출력 도파로들의 입출력 포트들과 대응하는 포트들을 구비하여 제2리본 광섬유와 연결하는 제2광섬유 어레이 블럭으로 구성된다.

Description

하나의 평면 도파로형 광소자를 이용한 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치{DUAL WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING/DEMULTIPLEXING DEVICE USING ONE PLANAR LIGHTGUIDE CIRCUIT}
본 발명은 광전송 시스템에서 광신호의 파장분할 다중화/역다중화에 사용되는 평면 도파로형 광소자(PLC)에 관한 것으로서, 특히 하나의 평면 도파로형 광소자를 이용한 이중 파장분할 다중화/역다중화(MUX/DEMUX) 장치에 관한 것이다.
대용량의 정보를 전송하기 위해 흔히 사용되는 파장분할 다중화(WDM) 통신시스템에서는 한 가닥의 광섬유를 이용하여 N개의 파장을 갖는 광신호를 동시에 전송한다. 단일 모드 광섬유를 기반으로 하는 파장분할 다중화 통신 시스템의 수신단에는 여러 개의 파장을 갖는 광신호들을 각각 분리하기 위해서 주로 광도파로열 격자(AWG:Arrayed Waveguide Grating)를 이용한다.
이러한 광도파로열 격자를 이용한 평면 도파로형 광소자의 동작은 광도파로열 격자를 회절 격자로 간주하고, 입사하는 광의 회절에 따른 분산 특성을 공지의 격자 방정식을 사용하여 설명될 수 있다.
특히, 최근에는 광신호의 분기, 변조, 스위칭, 신호 다중화 등의 광신호 처리를 목적으로 평면 도파로 기술을 이용하여 평면 기판에 광 도파로를 제작하는 평면 도파로형 광소자의 직접화에 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 평면 도파로형 광소자를 제작하기 위해서는 도파로의 설계, 제작, 정렬 및 패키지 등을 예를 들 수 있다. 일반적인 광도파로는 입력된 빛을 가두고, 길이방향으로 손실이 적게 전파시키는 광 전송로로서, 굴절률이 큰 코아와, 상기 코아를 둘러싸고 있는 굴절률이 낮은 클래딩으로 구성된다. 상기 광도파로 소자는 실리콘이나 쿼츠 기판에 여러 층의 실리카 또는 폴리머 박막을 증팍하여 코아와, 코아를 감싸는 클래딩의 굴절률 차를 이용하여 빛을 분할하거나, 빛의 경로를 변경시키거나, 빛의 세기를 조절하는 등의 역할을 수행하게 된다.
상기한 평면 도파로형 광소자를 이용한 파장분할 다중화/역다중화 장치가 본 출원인에 의해 기 출원된대한민국 특허출원번호 제2001-044380호에 개시되었다.
그러나, 현재 광전송 시스템에 채용되는 파장분할 다중화/역다중화 장치는저가화되고 있으며, 광전송 시스템에 두 개의 광소자가 채용되어야 할 필요성이 있을 때는 두 개의 광소자를 채용해야 한다. 따라서, 한 개의 새로운 광소자가 두 개의 종래의 광소자를 대체할 수 있는 파장분할 다중화/역다중화 장치를 개발하여 부품의 저가화를 추구하고자 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 하나의 평면 도파로형 광소자에 다중화/역다중화하기 위한 두 개의 광도파로열 격자를 대칭으로 직접하고, 각각의 입출력단에 광섬유 블럭을 설치함으로서, 하나의 평면 도파로형 광소자를 이용하여 두 개의 MUX/DEMUX 효과를 얻게 됨으로써, 광소자의 제조 원가를 대폭적으로 절감할 수 있는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치를 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 다수의 입출력 도파로들과, 상기 다수의 입출력 도파로들에 결합된 광 도파로열 격자를 구비하여 광신호를 파장분할 다중화/역다중화하는 장치에 있어서,
(a) 일측면에 제1다수의 입출력 도파로의 입출력 포트들이 각각 제공되며 상기 제1다수의 입출력 도파로들과 결합된 제1광도파로열 격자를 구비한 제1파장분할 다중화/역다중화 장치와, 센터를 중심으로 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치와 대칭으로 배치되며 상기 일측면과 이격되게 대치하는 반대방향의 타측면에 제2다수의 입출력 도파로의 입출력 포트들이 각각 제공되며 상기 제2다수의 입출력 도파로들과 결합된 제2광도파로열 격자를 구비한 제2파장분할 다중화/역다중화 장치를 포함하는 평면 도파로형 광회로;
(b) 상기 제1다수의 입출력 도파로들의 입출력 포트들과 대응하는 포트들을 구비하여 제1리본 광섬유와 연결하는 제1광섬유 어레이 블럭; 및
(c) 상기 제2다수의 입출력 도파로들의 입출력 포트들과 대응하는 포트들을 구비하여 제2리본 광섬유와 연결하는 제2광섬유 어레이 블럭으로 구성된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치를 확대하여 나타내는 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 도 1의 제1광섬유 어레이 블럭쪽을 확대하여 나타내는 평면도.
도 4는 도 1의 제2광섬유 어레이 블럭쪽을 확대하여 나타내는 평면도.
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.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치(10)는 제1,2파장분할 다중화/역다중화 장치(20,30)를 각각 구비한 하나의 평면 도파로형 광소자(S)(이하 "광소자"라 칭한다)와, 상기 광소자(S)의 일측면(P1)과 타측면(P2)에 각각 정렬된 상태로 결합된 제1,2광섬유 어레이 블럭(40,50)(optical fiber array block)으로 구성된다. 상기 제1,2광섬유 어레이 블럭(40,50)에는 제1,2리본 광섬유(412,512)가 각각 연결된다. 따라서, 상기 제1,2리본 광섬유(412,512)는 제1,2광섬유 어레이 블럭(40,50)에 의해 각각 제1,2파장분할 다중화/역다중화 장치(20,30)와 연결된다.
상기 광소자(S)는 소정의 각도로 연마된 일측면(P1)과, 상기 일측면(P1)에 이격되게 대치되어 반대방향에 위치하는 타측면(P2)을 구비한다. 그리고, 상기 광소자(S)의 일측면(P1)에 제1광섬유 어레이 블럭(40)이 정렬된 상태로 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치(20)와 결합되고, 상기 타측면(P2)에 상기 제2광섬유 어레이 블럭(50)이 정렬된 상태로 상기 제2파장분할 다중화/역다중화 장치(30)와 결합된다.
상기 광소자(S)는 동일한 구조의 제1,2파장분할 다중화/역다중화 장치(20,30)를 각각 구비하며, 상기 제1,2파장분할 다중화/역다중화 장치(20,30)는 각각 센터를 중심으로 상하로 대칭으로 제공된다. 그러나, 상기 제1,2파장분할 다중화/역다중화 장치(20,30)는 좌우로 대칭되게 제공될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 구체적으로 상기 광소자(S)는 일측면(P1)에 제1다수의 입출력 도파로들(210,218)의 입출력 포트들(210P,218P)이 각각 제공되며, 상기 제1다수의 입출력 도파로들(210,218)과 결합된 제1광 도파로열 격자(AWG1)를 구비한 제1파장분할 다중화/역다중화 장치(20)와, 상기 일측면(P1)과 이격되게 대치하는 타측면(P2)에 제2다수의 입출력 도파로들(310,318)의 입출력 포트들(310P,318P)이 각각 제공되며, 상기 제2다수의 입출력 도파로들(310,318)과 결합된 제2광 도파로열 격자(AWG2)를 구비한 제2파장분할 다중화/역다중화 장치(30)로 구성된다.
더욱 상세하게 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치(20)는 제1광 도파로열 격자(AWG1)와, 상기 제1광 도파로열 격자(AWG1)의 양단 쪽에 각각 연결된 입출력 도파로들(210,218)과, 상기 제1광 도파로열 격자(AWG1)와 상기 각각의 입출력 도파로들(201,218) 사이에 각각 제공되어 양자를 결합시키는 제1,2성형결합기(212,216)로 구성된다. 그리고, 상기 입력 도파로들(210)에 근접하게 제1정렬 도파로(250)가 더 제공된다. 상기 제1입력 도파로들(210)은 다수의 도파로들이 등간격으로 제공된 제1입력 도파로 어레이로 구성된다. 또한, 상기 제1출력 도파로들(218)은 제1출력 도파로 어레이로 구성된다. 달리 상기 입력 도파로 어레이(210)는 단 한 개의 도파로로 구성될 수 있다. 여기서 상기 입력 도파로들(210), 출력 도파로들(218) 및 정렬 도파로(250)는 동일한 방향으로 향함을 알 수 있다.
상기 제1정렬 도파로(250)는 포트(250P)가 일측면(P1)에 배치된다. 또한, 상기 제1정렬 도파로(250)는 직선 도파로로 구성되며, 상기 제1입력 도파로 어레이(210)와 근접하게 설치된다.
상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치의 입출력 포트들(210P,218P)과, 상기 정렬 도파로의 포트(250P)는 일측면(P1) 즉, 동일한 면에 나란하게 위치한다.
상기 제2파장분할 다중화/역다중화 장치(30)는 제2광 도파로열 격자(AWG2)와, 상기 제2광 도파로열 격자(AWG2)의 양단에 각각 연결된 입출력 도파로들(310,318)과, 상기 제2광 도파로열 격자(AWG2)와 입출력 도파로들(310,318) 사이에 각각 제공되어 결합시키는 제3,4성형 결합기(314,316)로 구성된다. 그리고, 상기 입력 도파로들(310)에 근접하게 제2정렬 도파로(350)가 더 제공된다. 상기 제2입력 도파로들(310)은 제2입력 도파로 어레이로 구성된다. 또한, 상기 제2출력 도파로들(318)은 제2출력 도파로 어레이로 구성된다. 그러나, 상기 입력 도파로는 단 한 개만으로 구성될 수 있다.
상기 제2정렬 도파로(350)는 포트(350P)가 일측면에 배치된다. 또한, 상기제2정렬 도파로(350)는 직선 도파로로 구성되며, 상기 제2입력 도파로 어레이(310)와 급접하게 설치된다. 또한, 상기 제2파장분할 다중화/역다중화 장치(30)의 입출력 포트들(310P,318P)과, 상기 정렬 도파로의 포트(350P)는 타측면(P2) 즉, 동일한 면에 나란하게 위치한다.
상기 제1,2파장분할 다중화/역다중화 장치(20,30)에 각각 제공된 제1,2정렬 도파로(250,350)는 다음과 같은 기능을 수행하게 된다. 상기 제1,2정렬 도파로(250,350)는 모두 동일한 기능을 수행하기 때문에 상기 제1정렬 도파로(250)의 기능만을 설명하기로 하고, 상기 제2정렬 도파로(350)의 기능 설명은 생략하기로 한다. 상기 평면 도파로형 광소자(S)의 양측으로 제1,2광섬유 어레이 블럭(40,50)을 각각 위치시키고, 광섬유 블럭(410)쪽에서 정렬 포트(250P)쪽에 초기 정렬을 위하여 빛을 입사시키면, 직선 도파로(250)를 통하여 반대쪽 타측면(P2)에 출사되는 신호를 감지할 수 있고, 이를 이용하여 초기 정렬을 용이하게 할 수 있다. 초기 정렬이 수행되면, N개의 출력 도파로(218)에서 광신호가 검출이 되며, 직선 도파로(250)와 출력 도파로(218)의 최외곽에 위치한 포트의 신호를 이용하여 정밀 정렬를 수행할 수 있게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1광섬유 어레이 블럭(40)은 광섬유 블럭(410)과, 상기 광섬유 블럭(410)에 제공된 V-홈들(미 도시됨)에 놓인 리본 광섬유(412)의 베어 광섬유를 상측에서 눌러주어 고정시키는 글래스 커버(C3)로 구성된다. 아울러, 상기 광섬유 블럭(410)의 대치면에는 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치(30)의 입출력 포트들(210P,218P)과, 정렬 도파로의 포트(250P)와 대응하는 다수의 포트들(420P,421P,422P)을 구비한다. 상기 제1광섬유 어레이 블럭(40)에 놓인 리본 광섬유(412)는 입력측 광섬유들(412a)과 출력측 광섬유들(412b)로 이루어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2광섬유 어레이 블럭(50)은 광섬유 블럭(510)과, 상기 광섬유 블럭(510)에 제공된 V-홈들(미 도시됨)에 놓인 리본 광섬유(512)의 베어 광섬유를 상측에서 눌러주어 고정시키는 글래스 커버(C4)로 구성된다. 아울러, 상기 광섬유 블럭(510)의 대치면에는 상기 제2파장분할 다중화/역다중화 장치(30)의 입출력 포트들(310P,318P)과, 정렬 도파로의 포트(350P)와 대응하는 다수의 포트들(520P,521P,522P)을 구비한다. 상기 제2광섬유 어레이 블럭(50)에 놓인 리본 광섬유(512)는 입력측 광섬유들(512a)과 출력측 광섬유들(512b)로 이루어진다.
도면에 미 도시되었지만, 상기 평면 도파로형 광소자(S)에는 제1,2광섬유 어레이 블럭(40,50)의 정렬, 접착 공정을 거친 후, 온도 조절을 위하여 열원과, 온도를 감지하는 센서와, 광소자를 외부환경으로부터 보호하는 케이스를 장착하여 하나의 광통신 모듈로서 완성된다.
결과적으로, 본 발명에 따른 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치는 하나의 평면 도파로형 광소자에 광도파로열 격자의 패턴을 상하로 대칭으로 설계하고, 각각의 입출력 포트에 제1,2광섬유 어레이 블럭을 정렬된 상태로 결합시킴으로서, 2개의 광소자 역할을 수행할 수 있게 되어 제조원가를 대폭 절감할 수 있게 되었고, 하나의 광소자로 두 개의 다장분할 다중화/역다중화 기능을 수행할 수 있게 되었다. 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.
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 하나의 평면 도파로형 광소자에 두개의 광도파로열 격자를 제작하고, 각각의 입출력 토프에 각각의 광섬유 어레이 블럭을 설치함으로서, 두 개의 MUX/DEMUX 효과를 얻을 수 있는 이중 파장분할 다중화/역다중화 기능을 제공할 수 있게 되었다.

Claims (15)

  1. 다수의 입출력 도파로들과, 상기 다수의 입출력 도파로들에 결합된 광 도파로열 격자를 구비하여 광신호를 파장분할 다중화/역다중화하는 장치에 있어서,
    (a) 일측면에 제1다수의 입출력 도파로의 입출력 포트들이 각각 제공되며 상기 제1다수의 입출력 도파로들과 결합된 제1광도파로열 격자를 구비한 제1파장분할 다중화/역다중화 장치와, 센터를 중심으로 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치와 대칭으로 배치되며 상기 일측면과 이격되게 대치하는 반대방향의 타측면에 제2다수의 입출력 도파로의 입출력 포트들이 각각 제공되며 상기 제2다수의 입출력 도파로들과 결합된 제2광도파로열 격자를 구비한 제2파장분할 다중화/역다중화 장치를 포함하는 평면 도파로형 광회로;
    (b) 상기 제1다수의 입출력 도파로들의 입출력 포트들과 대응하는 포트들을 구비하여 제1리본 광섬유와 연결하는 제1광섬유 어레이 블럭; 및
    (c) 상기 제2다수의 입출력 도파로들의 입출력 포트들과 대응하는 포트들을 구비하여 제2리본 광섬유와 연결하는 제2광섬유 어레이 블럭으로 구성되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 수단은 제1정렬 도파로를 더 구비함을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1정렬 도파로의 입력 포트는 상기 타측면에 배치되고, 출력 포트는 상기 일측면에 배치되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1정렬 도파로는 직선 도파로로 구성되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1정렬 도파로는 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치의 입력 도파로와 근접하게 위치함을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2파장분할 다중화/역다중화 수단은 제2정렬 도파로를 더 구비함을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2정렬 도파로의 입력 포트는 일측면에 배치되고, 출력 포트는 타측면에 배치되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2정렬 도파로는 직선 도파로로 구성되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제2정렬 도파로는 제2파장분할 다중화/역다중화 장치의 입력 도파로들과 근접하게 배치되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1,2파장분할 다중화/역다중화 장치는 상하로 대칭으로 배치되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치의 입출력 도파로들은 제1입력 도파로 어레이와, 상기 제1입력 도파로 어레이와 근접하게 나란하게 위치하는 제1출력 도파로 어레이로 구성되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2파장분할 다중화/역다중화 장치의 입출력 도파로들은 제2입력 도파로 어레이와, 상기 제2입력 도파로 어레이와 근접하게 나란하게 위치하는 제2출력 도파로 어레이로 구성되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1파장분할 다중화/역다중화 장치의 입출력 도파로들은 제1입력 도파로와, 상기 제1입력 도파로와 근접하게 나란하게 위치하는 제1출력도파로 어레이로 구성되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제2파장분할 다중화/역다중화 장치의 입출력 도파로들은 제2입력 도파로와, 상기 제2입력 도파로와 근접하게 나란하게 위치하는 제2출력 도파로 어레이로 구성되어짐을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1,2광섬유 어레이 블럭은 상기 센터를 중심으로 대치함을 특징으로 하는 이중 파장분할 다중화/역다중화 장치.
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