KR100441560B1 - Apparatus for obtaining variable optical attenuation using photonic crystal structures - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토닉크리스탈 구조를 이용한 가변 광감쇄장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 입력 광신호의 주파수영역에서 고정된 포토닉밴드갭(photonic bandgap;PBG)을 갖는 포토닉크리스탈로 구성된 광가이드 및 열, 전기장,광량, 또는 기계적인 방법으로 PBG의 제어가 가능한 포토닉크리스탈로 구성된 분할형태의 감쇄조절부를 포함하며, 광가이드와 감쇄조절부가 일체형으로 형성되는 가변 광감쇄장치가 개시된다. 본 발명에 의한 가변 광감쇄장치는, 기계적 움직임이 없고, 구조가 간단하며, 콤팩트하고 편광 의존성이 적기 때문에 파장다중 통신 시스템에 있어서 유용하다.The present invention relates to a variable light attenuation apparatus using a photonic crystal structure. According to the present invention, an optical guide composed of a photonic crystal having a fixed photonic bandgap (PBG) in the frequency domain of an input optical signal and a photonic capable of controlling the PBG by thermal, electric field, light quantity, or mechanical methods Disclosed is a variable light attenuator including a split type attenuation control unit composed of a crystal, wherein the light guide and the attenuation control unit are integrally formed. The variable optical attenuation apparatus according to the present invention is useful in a wavelength multiplex communication system because it has no mechanical movement, its structure is simple, its compactness and its polarization dependency is low.
Description
본 발명은 가변 광감쇄장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선택적 반사를 얻을 수 있는 구조를 갖는 포토닉크리스탈을 이용하여 입력 광신호의 세기를 가변적으로 제어하여 출력시키는 가변 광감쇄장치에 관한 것이다.The present invention relates to a variable optical attenuator, and more particularly, to a variable optical attenuator for controlling and outputting an intensity of an input optical signal using a photonic crystal having a structure capable of obtaining selective reflection.
최근 인터넷의 보급으로 통신세계에 커다란 패러다임 변동이 생겨서, 전송용량 수요가 격변하고 있다. 이들 수요를 만족시키는 기술로서, 급속하게 개발되어 실용화되고 있는 시스템인 파장분할다중(Wavelength division multiplexing, WDM)통신 시스템이 있다. 이 방식은 종래에는 적극적으로 이용되지 않았던 빛의 파장축을 이용하여 전송용량을 증가시키기 위한 것으로, 파장 수에 비례해서 전송용량이 증가할 수 있다. 파장다중을 실현하기 위해서 필요한 장치로는 반도체 레이저, 광합분파기, 광섬유증폭기가 있고, 그 외의 부품으로는 기존의 광부품을 이용할 수 있다.Recently, due to the spread of the Internet, there is a big paradigm shift in the communication world, and the demand for transmission capacity is fluctuating. As a technology that satisfies these demands, there is a wavelength division multiplexing (WDM) communication system, which is a rapidly developed and practical system. This method is to increase the transmission capacity using the wavelength axis of light, which has not been actively used in the past, and the transmission capacity can be increased in proportion to the number of wavelengths. Devices required for realizing wavelength multiplexing include semiconductor lasers, photosynthetic splitters, and optical fiber amplifiers, and other optical components may be used.
광네트워크에서 광신호의 증폭을 위하여 에르븀도프광섬유증폭기(Erbium-doped fiber amplifer;EDFA)를 사용한다. EDFA는 이용하는 파장대역 전체를 증폭하여 파장에 따른 이득곡선이 평탄하지 않기 때문에, 출력을 평탄하게 하기 위해서 이득 보상기(gain equalizer)를 이용하여 EDFA의 이득곡선을 보상하여 준다. 그런데, 이득 보상기는 고정된 형태이기 때문에, 전송 중에 발생하는 스팬 손실(span loss)이나 신호 중 일부가 분기/결합(add/drop)되어 실제로 사용되는 액티브 채널(active channel)이 달라지고, 이에 따라 신호강도가 변화하는 경우에는 평탄하게 증폭되는 출력을 얻지 못한다. 따라서, 가변적인 광감쇄장치를 이용하여 신호강도를 일정하게 유지해 주어 평탄한 증폭이 가능하도록 한다.Erbium-doped fiber amplifer (EDFA) is used to amplify the optical signal in the optical network. Since the EDFA amplifies the entire wavelength band used and the gain curve according to the wavelength is not flat, the gain curve of the EDFA is compensated by using a gain equalizer to flatten the output. However, since the gain compensator is a fixed type, a span loss or a part of a signal that is generated during transmission is branched / added to change an active channel that is actually used. If the signal strength changes, you will not get a flattened output. Therefore, the signal intensity is kept constant by using a variable optical attenuator so that flat amplification is possible.
종래의 광감쇄장치로는, 크게 기계적 움직임이 있는 메카니컬형(mechanical type)과 기계적 움직임이 없는 비메카니컬형(non-mechanical type)이 있다. 메카니컬형은 크기가 크고, 일체형으로 만들기 곤란하여 조립의 단계가 필요하며, 무엇보다도 신뢰성의 문제가 있으며, 비메카니컬형은 감쇄가 파장에 의존한다는 문제점이 있다.Conventional optical attenuation apparatuses include a mechanical type with large mechanical movement and a non-mechanical type without mechanical movement. The mechanical type is large in size, difficult to make into an integral type, and requires a step of assembly, and above all, there is a problem of reliability, and the non-mechanical type has a problem that the attenuation depends on the wavelength.
상기의 문제점을 개선하기 위해 반도체 기술을 이용하는 방법이 개시되었다. 최근, 박막 기술에서의 진보는 정교한 집적회로의 발전을 가능하게 하였고, 이러한 발전된 반도체 기술은 마이크로 전자기계적 시스템(Micro Electro Mechanical System; MEMS) 구조를 창안하는 지렛대가 되었다. 마이크로센서, 마이크로기어, 마이크로모터 등 많은 다양한 MEMS 장치가 창안되었는데, 현재 MEMS 장치들은 광범위한 적용예를 위해서 개발되고 있으며, 이것은 MEMS가 고신뢰성 및 극히 작은 크기의 장점을 제공하기 때문이다. 그러나,상기와 같은 MEMS 구조의 특성을 살린 MEMS를 이용한 가변 광감쇄장치도 콤팩트하나, 기계적 움직임이 있고 MEMS구조물을 제작하는 과정이 비교적 복잡하다는 문제점이 있다.A method using semiconductor technology has been disclosed to improve the above problem. Recently, advances in thin film technology have enabled the development of sophisticated integrated circuits, and these advanced semiconductor technologies have become levers for creating a Micro Electro Mechanical System (MEMS) structure. Many different MEMS devices have been created such as microsensors, microgear, micromotors, etc. Currently MEMS devices are being developed for a wide range of applications because MEMS offers the advantages of high reliability and extremely small size. However, the variable optical attenuation apparatus using MEMS utilizing the characteristics of the MEMS structure as described above is also compact, but there is a problem that there is mechanical movement and the process of manufacturing the MEMS structure is relatively complicated.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 광가이드의 일부분을 분할하여 각각에 PBG의 제어가 가능한 포토닉크리스탈을 삽입하므로서, 기계적 움직임이 없고, 빠르며, 콤팩트하고 편광 의존성이적은 가변 광감쇄장치를 제공하는데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to divide a portion of the light guide and insert a photonic crystal capable of controlling the PBG in each, there is no mechanical movement, fast, The present invention provides a variable optical attenuator having a compact and low polarization dependency.
도 1은 본 발명에 따른 포토닉크리스탈 구조를 이용한 가변 광감쇄장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,1 is a view schematically showing the configuration of a variable light attenuation apparatus using a photonic crystal structure according to the present invention;
도 2는 상기 도 1의 감쇄조절부(30)를 온도에 의한 감쇄조절의 경우에 대한 실시예에서 보다 상세히 나타낸 도면,Figure 2 is a view showing in more detail in the embodiment for the case of attenuation control by the temperature attenuation control unit 30 of Figure 1,
도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 분할된 형태의 가변 광감쇄장치의 감쇄효과에 관한 FDTD(Finite-Difference Time-Domain)를 이용한 시뮬레이션,3a to 3c are simulations using the finite-difference time-domain (FDTD) relating to the attenuation effect of the split type variable optical attenuator according to the present invention;
도 4는 포토닉크리스탈 내부매질의 굴절률 변화에 따른 입력 광의 투과율 변화에 관한 FDTD를 이용한 시뮬레이션, 그리고4 is a simulation using FDTD of the change in transmittance of the input light according to the change of the refractive index of the photonic crystal inner medium, and
도 5a 내지 5e는 본 발명에 따른 여러 가지 형태의 가변 광감쇄장치를 나타내는 도면이다.5A to 5E are views illustrating various types of variable optical attenuators according to the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10a,10b : 광가이드 20 : 도파로10a, 10b: optical guide 20: waveguide
30 : 감쇄조절부 35 : 포토닉크리스탈 세그먼트부30: attenuation control part 35: photonic crystal segment
36a,36b : 가열기 37 : 온도제어36a, 36b: heater 37: temperature control
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포토닉크리스탈 구조를 이용한 가변 광감쇄장치는, 편광 의존성이 없는 매질로 구성된 도파로를 구비하며, 입력 광신호를 출력단으로 유도하고 상기 입력 광신호의 주파수영역에서 완전 (complete) PBG를 갖는 포토닉크리스탈 구조의 매질로 형성된 광가이드; 및 광세기제어신호에 대응하여 입력 광신호의 세기를 감쇄시키는 감쇄조절부를 포함한다.The variable optical attenuation apparatus using the photonic crystal structure according to the present invention for achieving the above object has a waveguide composed of a medium having no polarization dependency, and guides an input optical signal to an output terminal and in a frequency domain of the input optical signal. An optical guide formed of a medium of a photonic crystal structure having a complete PBG; And an attenuation controller for attenuating the intensity of the input optical signal in response to the light intensity control signal.
바람직하게는, 상기 광가이드 및 상기 감쇄조절부는 일체형으로 결합되며, 상기 감쇄조절부는 복수의 감쇄조절부분으로 분할되고, 각각의 분할된 상기감쇄조절부분은 상기 광세기제어신호에 대응하여 개별적으로 동작한다.Preferably, the light guide and the attenuation control part are integrally coupled, the attenuation control part is divided into a plurality of attenuation control parts, and each of the divided attenuation control parts operates individually in response to the light intensity control signal. do.
그리고, 상기 감쇄조절부는 상기 도파로 내부의 일영역에 배치되고, 상기 도파로의 단면에 대하여 소정의 각도를 이루도록 형성되며, 좀 더 섬세한 제어를 위해 상기 도파로를 테이퍼 형태로 할 수도 있다.In addition, the attenuation control unit is disposed in one region inside the waveguide, is formed to have a predetermined angle with respect to the cross section of the waveguide, and the waveguide may be tapered for finer control.
또한, 상기 감쇄조절부는 상기 도파로의 주변에 배치되고, 보다 큰 감쇄효과를 얻기위해 상기 도파로를 곡선형태로 할 수 있다.In addition, the attenuation control unit may be disposed around the waveguide, and the waveguide may have a curved shape in order to obtain a larger attenuation effect.
바람직하게는, 상기 입력 광신호의 일부만을 감쇄시킬 수 있을 정도의 얇은 두께로된 복수의 감쇄조절부분을 포함하고, 상기 복수의 감쇄조절부분은 상기 도파로 내부의 일영역에 복수의 층으로 배치되며, 상기 도파로의 단면에 대하여 소정의 각도를 이루도록 형성된다.Preferably, the plurality of attenuation control portions are formed to be thin enough to attenuate only a part of the input optical signal, and the plurality of attenuation control portions are arranged in a plurality of layers in one region of the waveguide. It is formed to form a predetermined angle with respect to the cross section of the waveguide.
상기 감쇄조절부는, 굴절률의 제어가 가능한 복수의 포토닉크리스탈 세그먼트; 및 상기 광세기제어신호에 대응하여 상기 포토닉크리스탈 세그먼트의 내부 구성매질의 굴절률을 가변하는 굴절률가변부를 구비한다.The attenuation control unit, a plurality of photonic crystal segments capable of controlling the refractive index; And a refractive index variable portion that varies the refractive index of the internal constituent medium of the photonic crystal segment in response to the light intensity control signal.
바람직하게는, 상기 굴절률가변부는 상기 광세기제어신호에 대응하여, 상기 포토닉크리스탈 세그먼트 내부를 구성하는 매질의 온도를 조절하기 위한 온도제어신호를 출력하는 온도제어부; 및 상기 온도제어부로부터 입력되는 온도제어신호에 따라 상기 포토닉크리스탈 세그먼트 내부매질의 온도를 가변하는 가열기를 구비한다.Preferably, the refractive index variable portion in response to the light intensity control signal, a temperature control unit for outputting a temperature control signal for adjusting the temperature of the medium constituting the inside of the photonic crystal segment; And a heater configured to vary a temperature of the photonic crystal segment internal medium according to a temperature control signal input from the temperature control unit.
바람직하게는, 상기 굴절률가변부는 상기 광세기제어신호에 대응하여, 상기 포토닉크리스탈 세그먼트 내부매질에 전기장의 세기를 가변적으로 제어하기 위한 전기장제어신호를 출력하는 전기장제어부; 및 상기 전기장제어부로부터 입력되는 전기장제어신호에 따라 상기 포토닉크리스탈 세그먼트 내부매질에 전기장을 가변적으로 형성하게 하는 전극판을 구비한다.Preferably, the refractive index variable portion corresponding to the light intensity control signal, the electric field control unit for outputting an electric field control signal for controlling the intensity of the electric field to the photonic crystal segment inner medium; And an electrode plate configured to variably form an electric field in the photonic crystal segment inner medium according to the electric field control signal input from the electric field control unit.
바람직하게는, 상기 굴절률가변부는 상기 광세기제어신호에 대응하여, 상기 포토닉크리스탈 세그먼트 내부매질에 인가되는 광학신호의 광량을 가변적으로 제어하기 위한 광량제어신호를 출력하는 광량제어부; 및 상기 포토닉크리스탈 세그먼트로부터 소정거리 이격되어 배치되어 있고, 상기 광량제어부로부터 입력되는 광량제어신호에 따라 상기 포토닉크리스탈 세그먼트 내부매질에 가변적인 광량의 광학신호를 인가하는 광원을 구비한다.Preferably, the refractive index variable portion corresponding to the light intensity control signal, the light amount control unit for outputting a light amount control signal for variably controlling the light amount of the optical signal applied to the photonic crystal segment inner medium; And a light source disposed spaced apart from the photonic crystal segment by a predetermined distance and applying an optical signal having a variable amount of light to the photonic crystal segment inner medium according to the light quantity control signal input from the light quantity control unit.
바람직하게는, 상기 감쇄조절부는 입력 광신호의 주파수영역에서 완전PBG을 갖는 다수의 포토닉크리스탈 세그먼트; 및 상기 광세기제어신호에 대응한 가변적인수량의 상기 포토닉크리스탈 세그먼트를 상기 도파로 내부에 삽입 및 제거하는 구동부를 구비한다.Preferably, the attenuation control unit includes a plurality of photonic crystal segments having a complete PBG in the frequency domain of the input optical signal; And a driving unit to insert and remove a variable amount of the photonic crystal segment corresponding to the light intensity control signal into the waveguide.
이하에서는 본 발명에서 이용하고 있는 포토닉 크리스탈에 대해 간략하게 기술한 후, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, after briefly describing the photonic crystal used in the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
포토닉크리스탈은, 유전상수가 서로 다른 물질들을 주기적으로 배열하여 전자기파의 에너지 스펙트럼에 PBG가 형성되도록 만든 인공결정을 말하는 것으로서, PBG내에 속하는 주파수를 갖는 전자기파가 입사할 때, 매질내로 전파되지 못하고 반사하므로 효과적인 반사 거울이 된다. 다시말하면, 일반적인 결정이 자연상태에서 원자들의 옹고스트롬(angstrom) 단위에서의 주기적인 배열로 얻어진 자연 결정이라면, 포토닉크리스탈은 나노/마이크로 미터 단위(nano/micro meter scale)에서 벌크(bulk)단위의 물질을 주기적으로 배열해서 얻어진 인공결정이다. 이러한 포토닉크리스탈은 빛에 대해 금지된 대역이 존재할 수 있고, 이를 포토닉밴드갭 또는 PBG로 표현한다. 즉 포토닉크리스탈은 유전물질을 주기적으로 배열하여 형성된 것으로, 굴절률과 주기, 주기적인 구조의 형태 등에 따라 PBG의 크기나 위치가 가변한다. 이러한 특성으로 인해 포토닉크리스탈은 분기필터, 광도파관, 광지연소자, 레이저 등과 같은 광기능소자에 사용된다.Photonic crystal refers to an artificial crystal in which PBG is formed in the energy spectrum of electromagnetic waves by periodically arranging materials having different dielectric constants. When electromagnetic waves having frequencies belonging to PBG are incident, they do not propagate into the medium and reflect. Therefore, it becomes an effective reflecting mirror. In other words, if the general crystal is a natural crystal obtained from a periodic arrangement in the angstrom unit of atoms in nature, the photonic crystal is bulk on the nano / micro meter scale. It is an artificial crystal obtained by periodically arranging the materials of. Such photonic crystals may have a forbidden band for light, expressed as a photonic bandgap or PBG. That is, the photonic crystal is formed by periodically arranging dielectric materials, and the size or position of the PBG varies depending on the refractive index, the period, and the shape of the periodic structure. Due to these characteristics, photonic crystals are used in optical functional devices such as branch filters, optical waveguides, optical delay devices, and lasers.
도 1은 본 발명에 따른 포토닉크리스탈 구조를 이용한 가변 광감쇄장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도면을 참조하면, 본 가변 광감쇄장치는 광가이드(10a,10b), 감쇄조절부(30)로 구성된다.1 is a view schematically showing the configuration of a variable light attenuation apparatus using a photonic crystal structure according to the present invention. Referring to the drawings, the variable light attenuation apparatus is composed of light guides (10a, 10b), attenuation control unit 30.
광가이드(10a,10b)는, 입력 광신호의 주파수영역에 대하여 완전PBG를 가지는 포토닉크리스탈 구조의 매질로 구성되어 있고, 그 내부에 편광 의존성이 없는 매질로 구성된 도파로(20)를 구비한다. 따라서 광가이드(10a,10b)는 입력 광신호의 입사각 및 편광상태에 무관하게 광신호를 반사시켜 입력 광신호를 출력단으로 유도한다.The optical guides 10a and 10b are composed of a photonic crystal structure having a complete PBG with respect to a frequency region of an input optical signal, and have a waveguide 20 composed of a medium having no polarization dependency. Accordingly, the light guides 10a and 10b reflect the optical signal regardless of the incident angle of the input optical signal and the polarization state to guide the input optical signal to the output terminal.
감쇄조절부(30)에서는, 광세기제어신호에 대응하여 감쇄조절부의 내부 구성매질의 굴절률을 가변시킴으로서, 도파로(20)를 통과하는 광신호의 세기를 감쇄시킨다. 감쇄조절부 내부 구성매질의 굴절률을 가변하는 방법에는 매질의 온도를 가변하는 방법, 매질에 전기장을 형성시키는 방법, 매질에 광학적 신호를 인가하는 방법 및 기계적인 방법 등의 여러 가지 방법이 있다.The attenuation control unit 30 reduces the intensity of the optical signal passing through the waveguide 20 by varying the refractive index of the internal constituent medium of the attenuation control unit in response to the light intensity control signal. There are various methods of varying the refractive index of the attenuation control unit internal constituent medium, such as varying the temperature of the medium, forming an electric field in the medium, applying an optical signal to the medium, and mechanical methods.
도 2는 도 1의 감쇄조절부(30)를 보다 상세히 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하여, 매질의 온도를 가변함으로서 매질의 굴절률을 가변하는 실시예에 대해 설명한다.2 is a view showing in detail the attenuation control unit 30 of FIG. Referring to FIG. 2, an embodiment in which the refractive index of the medium is varied by varying the temperature of the medium will be described.
도시된 바와 같이, 감쇄조절부(30)는 복수의 포토닉크리스탈 세그먼트(35), 가열기(36a,36b)및 온도제어부(37)로 구성되며, 가열기(36a,36b)및 온도제어부(37)는 굴절률가변부를 구성한다.As shown, the attenuation control unit 30 is composed of a plurality of photonic crystal segment 35, heaters 36a, 36b and temperature control unit 37, heaters 36a, 36b and temperature control unit 37 Constitutes the refractive index variable part.
온도제어부(37)는 광세기제어신호에 대응하여 상기 각각의 포토닉크리스탈 세그먼트(35)의 내부매질의 온도를 가변하기 위한 온도제어신호를 출력하고, 상기 출력신호에 따라 가열기가 작동하여 상기 내부매질의 온도를 가변한다.The temperature controller 37 outputs a temperature control signal for varying the temperature of the internal medium of each of the photonic crystal segments 35 in response to the light intensity control signal, and a heater operates according to the output signal. Vary the temperature of the medium.
상기 포토닉크리스탈 세그먼트(35)의 내부매질의 온도 변화에 따라 유전물질로 형성된 상기 포토닉크리스탈 세그먼트(35)의 내부매질의 굴절률은 가변하게 된다. 포토닉크리스탈의 내부매질의 굴절률을 주위매질과 동일하게 변화시켜 PBG가 형성되지 않게하거나, 또는 굴절률을 변화시켜 PBG의 위치가 사용하는 파장에서 벗어나게 하면 포토닉크리스탈은 입사광을 투과시키고, 굴절률을 변화시키지 않으면 PBG가 그대로 유지되므로 포토닉크리스탈은 상기 PBG에 상응하는 파장영역의 입사광을 반사한다.The refractive index of the inner medium of the photonic crystal segment 35 formed of a dielectric material is changed according to the temperature change of the inner medium of the photonic crystal segment 35. If the refractive index of the internal medium of the photonic crystal is changed to be the same as the surrounding medium so as not to form PBG, or if the refractive index is changed to deviate from the wavelength used by the position of the PBG, the photonic crystal transmits incident light and changes the refractive index. If not, the PBG is kept as it is, so the photonic crystal reflects the incident light in the wavelength region corresponding to the PBG.
따라서, 감쇄조절부(30)가 도파로(20) 내부의 일영역에 위치하는 경우에 있어서는, 감쇄조절부를 구성하는 각각의 포토닉크리스탈 세그먼트(35)가 PBG를 형성하고 있을 때, PBG에 대응하는 입력 광신호를 반사함으로서 입력 광신호의 세기를 감쇄시킨다. 반대로, 도 1과 같이 감쇄조절부(31a,31b)가 도파로(20)의 주변에 위치하는 경우에는, 각각의 포토닉크리스탈 세그먼트(35)에 PBG가 형성되지 않았을 때, 입력 광신호가 포토닉크리스탈 세그먼트(35)를 투과하여 도파로를 벗어남으로서 입력광의 감쇄가 있다. 결국, 본 발명에 따른 가변 광감쇄장치에 있어서는 복수의 분할된 감쇄조절부분의 PBG의 유무를 각각 조절하여 원하는 정도의 감쇄된 출력을 만들어 줄 수 있다.Therefore, when the attenuation control part 30 is located in one area inside the waveguide 20, when each photonic crystal segment 35 constituting the attenuation control part forms a PBG, it corresponds to the PBG. The intensity of the input optical signal is attenuated by reflecting the input optical signal. On the contrary, when the attenuation control portions 31a and 31b are positioned around the waveguide 20 as shown in FIG. 1, when no PBG is formed in each photonic crystal segment 35, the input optical signal is a photonic crystal. There is attenuation of the input light by passing through the segment 35 and leaving the waveguide. As a result, in the variable light attenuation apparatus according to the present invention, the presence or absence of PBGs of the plurality of divided attenuation control portions may be adjusted to produce attenuated output of a desired degree.
포토닉크리스탈의 굴절률 제어방법이 전기장인 경우, 온도제어부(37)는 전기장제어부로, 가열기(36a,36b)는 전극판으로 대치함으로서, 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.When the refractive index control method of the photonic crystal is an electric field, the above-described effects can be obtained by replacing the temperature control unit 37 with the electric field control unit and the heaters 36a and 36b with the electrode plates.
또한, 포토닉크리스탈의 굴절률 제어방법이 광량인 경우, 온도제어부(37)는 광량제어부로, 가열기(36a,36b)는 광원으로 대치함으로서 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.In addition, when the refractive index control method of the photonic crystal is the amount of light, the above-described effects can be obtained by replacing the temperature control part 37 with the light amount control part and the heaters 36a and 36b with the light source.
본 발명의 다른 실시예에서, 감쇄조절부(30)는 입력 광신호의 파장대역에서 PBG를 갖는 복수의 포토닉크리스탈 세그먼트 및 구동부를 구비한다. 구동부는 광세기제어신호에 대응하는 가변적인 수량의 포토닉크리스탈 세그먼트를 도파로(20) 내부의 일영역에 삽입 및 제거함으로서, 소정의 출력광을 얻도록 입력광을 감쇄시킨다.In another embodiment of the present invention, the attenuation control unit 30 includes a plurality of photonic crystal segments and drivers having a PBG in the wavelength band of the input optical signal. The driver inserts and removes a variable number of photonic crystal segments corresponding to the light intensity control signal into one region of the waveguide 20 to attenuate the input light to obtain a predetermined output light.
도 3a 내지 3c는, 폭이 7a인 도파로의 내부 일영역에 폭이 0a, 5a, 7a가 되도록 포토닉크리스탈 세그먼트를 삽입하였을 경우, 분할된 형태의 가변 광감쇄장치의 FDTD를 이용한 시뮬레이션에 따른 광감쇄 효과를 나타내는 그래프이다. 상기 시뮬레이션의 가변 광감쇄장치에서는, 구멍과 구멍사이의 거리가 a이고, 0.27 내지 0.42의 정규화된 주파수대역에서 PBG를 갖는 구멍형 트라이앵귤러(triangular) 구조의 포토닉크리스탈를 이용하고 있으며, 입력 광신호의 주파수는 0.35이다. 도파로의 내부에 포토닉크리스탈 세그먼트를 삽입하지 않은 경우(도 3a)에는, 입사한 광의 대부분이 도파로를 통과하지만, 폭이 5a가 되도록 포토닉크리스탈 세그먼트를 삽입한 경우(도 3b)에는, 입력 광의 30% 정도만이 도파로를 통과하며, 폭이 7a가 되도록 포토닉크리스탈세그먼트를 삽입한 경우(도 4c)에는, 입력 광의 전체가 차단되어 출력은 0이 된다. 본 발명에 의하면, 상기 시뮬레이션의 결과와 같이 도파로의 내부에 삽입하는 포토닉크리스탈 세그먼트의 폭을 조절함으로써, 입력된 광의 세기를 임의의 출력값으로 감쇄시킬 수 있다.3A to 3C illustrate the optical simulation according to the simulation using the FDTD of the split type optical attenuator when the photonic crystal segment is inserted into one area of the waveguide having a width of 7a so that the width is 0a, 5a, and 7a. It is a graph showing the attenuation effect. In the variable optical attenuation apparatus of the simulation, the distance between the hole and the hole is a, and a photonic crystal having a triangular structure of a hole having a PBG in the normalized frequency band of 0.27 to 0.42 is used, and the input optical signal The frequency of is 0.35. When the photonic crystal segment is not inserted into the waveguide (FIG. 3A), most of the incident light passes through the waveguide, but when the photonic crystal segment is inserted so that the width is 5a (FIG. 3B), Only about 30% passes through the waveguide, and when the photonic crystal segment is inserted so that the width is 7a (Fig. 4C), the entire input light is cut off and the output becomes zero. According to the present invention, the intensity of the input light can be attenuated to an arbitrary output value by adjusting the width of the photonic crystal segment inserted into the waveguide as the result of the simulation.
도 4는, 구멍형 트라이앵귤러(triangular) 구조의 포토닉크리스탈에서, 외부굴절률 n1은 3.6으로 일정하고, 구멍의 굴절률 n2는 1.5, 2, 2.5의 값을 가질 경우, FDTD를 이용한 굴절률 변화에 따른 입력광의 투과률 변화를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면, 입력광의 주파수가 0.46인경우, 구멍의 굴절률의 변화에 따라 투과율이 각각 1.8, 1.1, 0.1로 변화됨을 볼 수 있다. 이것은 상기 구멍을 채우고 있는 매질의 굴절률을 변화시킴으로써, 주파수 0.46에 해당되는 광의 통과량을 조절할 수 있음을 의미한다. 따라서 여러 파장을 이용하는 WDM 통신 시스템에서는 각각의 파장에 대해 출력광의 세기를 조절할 필요가 있기 때문에 본 발명에 의한 가변 광감쇄기는 유용하다 할 것이다.4 is a photonic crystal having a triangular hole structure, when the external refractive index n 1 is constant at 3.6 and the hole refractive index n 2 has a value of 1.5, 2, and 2.5, the refractive index change using FDTD is shown. It shows the change in transmittance of the input light according to. Referring to FIG. 4, when the frequency of the input light is 0.46, it can be seen that the transmittances are respectively changed to 1.8, 1.1, and 0.1 according to the change in the refractive index of the hole. This means that by changing the refractive index of the medium filling the hole, it is possible to control the amount of light passing through at a frequency of 0.46. Therefore, in the WDM communication system using multiple wavelengths, the variable light attenuator according to the present invention will be useful because it is necessary to adjust the intensity of the output light for each wavelength.
상기 방법과 같이 PBG를 온/오프(on/off)의 형태로 이용하는 방법외에, 굴절률변화에 의해 PBG의 중심주파수 위치를 조절하면 특정한 주파수에 대한 투과율이 PBG의 시프트(shift) 에 따라 변화하므로 이를 이용하여 감쇄를 조절할 수 있다(도 4). 상기의 경우, 상기의 분할방법과 혼용하면 특정 주파수에 대해서는 좀 더 세밀한 조절이 가능하게 할 수 있다.In addition to using the PBG in an on / off form as described above, if the center frequency position of the PBG is adjusted by changing the refractive index, the transmittance for a specific frequency changes according to the shift of the PBG. Attenuation can be adjusted using (Fig. 4). In the above case, when used in combination with the above-described dividing method, it is possible to make more precise adjustment for a specific frequency.
도 5a 내지 5e는 본 발명의 다른 여러 실시예를 나타내고, 도면에서 보는 바와 같이 고정된 PBG를 갖는 광가이드와 PBG의 제어가 가능한 조절부를 어떻게 형성하는가에 따라 여러 가지 형태의 가변 광감쇄장치를 만들 수 있다.5A to 5E illustrate various embodiments of the present invention, and as shown in the drawing, various types of variable optical attenuation apparatuses may be manufactured depending on how the optical guide having the fixed PBG and the control unit capable of controlling the PBG are formed. Can be.
도 5a는 광가이드(110a,110b)의 도파로(120) 내부 일영역에 복수로 분할된 감쇄조절부(130)를 일체로 결합시킨 본 발명의 한 실시예를 나타낸 것이다. 입사한 광신호는 고정된 PBG을 가지는 포토닉크리스탈 광가이드(110a,110b)의 벽면을 통과하지 못하고, 도파로(120)를 따라 감쇄조절부(130)를 통과하게 된다. 감쇄조절부(130)에서는, 광세기제어신호에 따라 감쇄조절부를 구성하는 복수의 포토닉크리스탈 세그먼트 내부매질의 굴절률을 각각 변화시고, 굴절률에 대응하는 PBG을 형성하여 입력 광신호를 선택적으로 반사시켜 입력 광신호를 감쇄시킨다.상기의 경우, 감쇄조절부의 복수의 포토닉크리스탈 세그먼트를 도파로(120) 단면에 대하여 소정의 각도를 이루도록 배치함으로서, 세그먼트로부터 반사된 광이 입력단으로 되돌아오는 효과를 감소시킬 수 있다.5A illustrates an embodiment of the present invention in which a plurality of divided attenuation control units 130 are integrally coupled to one region inside the waveguide 120 of the optical guides 110a and 110b. The incident optical signal does not pass through the wall surfaces of the photonic crystal light guides 110a and 110b having the fixed PBG, but passes through the attenuation control unit 130 along the waveguide 120. The attenuation control unit 130 changes the refractive indexes of the plurality of photonic crystal segment internal media constituting the attenuation control unit according to the light intensity control signal, and forms a PBG corresponding to the refractive index to selectively reflect the input optical signal. In this case, the plurality of photonic crystal segments of the attenuation control unit are arranged at a predetermined angle with respect to the cross section of the waveguide 120 to reduce the effect of the light reflected from the segment returning to the input terminal. Can be.
도 5b는 도파로(220)를 테이퍼 형태로 형성한 것으로서, 이 경우에는 감쇄조절부(230)를 구성하는 포토닉크리스탈 세그먼트를 도 5a의 경우 보다 많이 삽입할 수 있기 때문에, 도 5a의 경우보다 좀 더 세밀한 조절을 할 수 있다.FIG. 5B is a tapered shape of the waveguide 220. In this case, since more photonic crystal segments constituting the attenuation control unit 230 can be inserted than in the case of FIG. You can make more fine adjustments.
도 5c는 광가이드(310a,310b)의 도파로(320) 주변에 복수로 분할된 감쇄조절부(330)를 일체로 결합시킨 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것이다. 감쇄조절부(330)에서는, 광세기제어신호에 따라 감쇄조절부를 구성하는 복수의 포토닉크리스탈 세그먼트 내부매질의 굴절률을 각각 변화시고, 굴절률에 대응하는 PBG을 형성하여 입력 광신호를 선택적으로 통과시켜 입력 광신호를 감쇄시킨다.5C illustrates another embodiment of the present invention in which a plurality of divided attenuation control units 330 are integrally coupled around the waveguide 320 of the optical guides 310a and 310b. In the attenuation control unit 330, the refractive indexes of the plurality of photonic crystal segment internal media constituting the attenuation control unit are changed according to the light intensity control signal, and PBG corresponding to the refractive index is formed to selectively pass the input optical signal. Attenuate the input optical signal.
도 5d와 같이 도파로(420)를 곡선 형태로 형성하면, 감쇄조절부(430)를 구성하는 포토닉크리스탈 세그먼트를 통과하는 광량이 많기 때문에 충분히 큰 감쇄 효과를 얻기 수 있다.When the waveguide 420 is formed in a curved shape as shown in FIG. 5D, a large amount of light passing through the photonic crystal segment constituting the attenuation control unit 430 may be obtained.
도 5e는 또 다른 실시예로, 광가이드(510a,510b)의 도파로(520) 내부 일영역에 복수의 층으로 배치된 감쇄조절부(530)를 광가이드(510a,510b)에 일체형으로 결합시킨 가변 광감쇄장치이다. 여기에서 복수의 감쇄조절부분은, PBG의 제어가 가능한 포토닉크리스탈이 입사광의 일부만을 반사할 수 있도록 즉, PBG효과가 작도록 한 얇은 두께의 포토닉크리스탈로 형성된다. 또한 상기 포토닉크리스탈이 도파로(520)의 단면에 대하여 소정의 각도를 이루도록하여 반사광이 입력단으로 되돌아오는 양을 감소시킨다.FIG. 5E shows another embodiment in which the attenuation control unit 530, which is disposed in a plurality of layers, is integrally coupled to the optical guides 510a and 510b in one region inside the waveguide 520 of the optical guides 510a and 510b. Variable light attenuation device. Here, the plurality of attenuation adjusting portions are formed of thin photonic crystals such that the photonic crystals capable of controlling the PBG can reflect only a part of the incident light, that is, the PBG effect is small. In addition, the photonic crystal is formed at a predetermined angle with respect to the cross section of the waveguide 520 to reduce the amount of reflected light returned to the input terminal.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 포토닉크리스탈을 이용하여 도파로와 감쇄조절부를 일체형으로 제작할 수 있어 컴팩트하고, 구조가 간단하며, 기계적으로 움직이는 부분이 없어 신뢰성이 높은 가변 광감쇄장치를 구현할 수 있다. 또한 완전 PBG를 이용하므로 도파로를 구성하는 물질을 편광의존성이 없는 것을 사용하면 편광에 따른 문제를 감소시킬 수 있으며, 조절부에 열,전기, 광등의 여러 가지 제어신호를 각각의 특성에 따라 이용할 수 있다.As described above, according to the present invention, the waveguide and the attenuation control unit can be integrally manufactured using the photonic crystal, so that a highly reliable variable optical attenuation device can be realized because the structure is compact, simple in structure, and free from mechanical movement. have. In addition, since it uses a complete PBG, if the material constituting the waveguide does not have a polarization dependency, the problem due to polarization can be reduced, and various control signals such as heat, electricity, and light can be used according to the characteristics of the controller. have.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.In the above described and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific preferred embodiment described above, the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims Anyone of ordinary skill in the art that various modifications can be made, as well as such changes are within the scope of the claims.
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