KR100493369B1 - 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장분할 다중화기 모듈 - Google Patents

신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장분할 다중화기 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈에 관한 것으로, 하나의 입력단과 여러 개의 출력단을 가지고 여러 개의 파장으로 구성된 신호를 각각의 파장에 따라 분리하는 파장 분할 역다중화기; 상기 파장 분할 역다중화기의 출력을 입력받아 일정한 간격 또는 연속적으로 줄여 주는 복수의 가변 광감쇠기; 상기 복수의 가변 광감쇠기를 통과한 신호를 광신호 전달에 영향을 미치지 않을 정도의 신호로 분기하는 화이버 블록; 및 상기 화이버 블록에 의해 분기된 신호를 모니터링하여 상기 복수의 가변 광감쇠기를 제어하는 모니터링 수단으로 구성한 장치를 제공함으로써, 일반적으로 사용되는 온도제어기를 사용하지 않고도 안정한 파장 특성을 얻을 수 있어 모듈의 다기능화, 소형화 및 저가격화를 이룰 수 있으며, 향후 파장 애드/드롭 다중화기의 스위칭 소자, 채널 선택기 등과의 집적이나 파장 변환기와의 집적이 용이한 효과가 있다.

Description

신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈{Athermal Wavelength Division Multiplexer Module with signal detection and variable attenuation}
본 발명은 파장 분할 다중화기 모듈에 관한 것으로, 특히, 광통신에 있어서 서로 다른 파장을 갖는 복수개의 광 신호를 모니터링(monitoring)하여 이들 신호간의 레벨을 등화시키거나 조절하는 기능 및 온도 변화에 따라 중심파장의 이동 등의 특성열화를 보상하는 기능을 구비한 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 파장 분할 다중화기(Wavelength Division Multiplexer, WDM)는 특수한 결합기(optical coupler)의 하나로, 하나의 광섬유 채널을 빛의 파장에 의해서 분할하여 복수의 통신로로 사용할 수 있게 하는 장치로서, 예를 들면 1.55m 파장으로부터 1.3m 파장을 분리, 2개의 별도 신호를 각각 다른 파장대로 입력시켜 1개의 광섬유를 통해서 전송하여 다시 이 통합된 신호를 받아 2개의 신호로 분리시켜 감지토록 한다. 파장 분할 다중화기의 기능에 대한 메커니즘은 2가지가 있으며 하나는 파장에 따라 굴절, 반사가 달라지는 원리(diffraction grating)이고, 다른 하나는 다이크로익 필터를 채용해서 분리하는 방법을 사용한 것이다. 즉 한 파장은 필터를 통과하나 다른 파장은 반사하는 원리를 이용하는 방법이다.
그러나, 종래 WMD는 모니터링 기능만 결합되거나, 가변 감쇠기능만 결합되어 있을 뿐, 이들 2가지 기능이 단일 팩으로 집적된 소자는 존재하지 않았기 때문에 신호광을 모니터하고 가변 감쇠기로 이를 조절하여 전송의 신뢰성과 품질을 높이기 위해서는 별개의 소자들을 결합하기 위하여 많은 비용이 소요되고, 전체 시스템의 소형화에도 장애가 되어 왔다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 국외에서 일부 다중화기에 국한하여 도 1에 도시된 형태로 연구개발이 시도되고 있다.
도 1은 종래 파장 분할 다중화기의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 WMD는 다중화기(MUX, 101) 전단에 가변 광 감쇠기(Variable Optical Attenuator, VOA)(102)와 탭 커플러(103)를 결합하여 다중화 구간에서 광신호 감지 및 감쇠기능을 갖는다.
그러나, 상기 탭 커플러(103)의 집적화로 인한 단면(Cross Section) 발생으로 삽입손실이 증가하며, 별도의 화이버 블록(104)을 사용하고 블록 종단에 광 검출기(PD) 어레이(105)를 결합하는 구성을 구비함으로 인하여 패키징(Packaging) 공정에서 소자와 화이버 블록간 결합에 필요한 신호광의 세기가 약하여 패키징이 어려운 단점을 갖는다.
또한, 상기 도 1과 같은 형태로 역다중화기를 구성할 경우에는 신호광의 출력 포트의 수가 많아지고, 화이버 블록간 결합을 위한 정렬에 장애가 발생하며, 온도 변화에 따라서 중심주파수, 파장의존성 등의 광학적 특성이 민감하게 변하므로, 소자 전체를 별도의 온도조절기를 사용하여 일정한 온도로 유지시켜야 하고, 가변 광 감쇄기의 경우 50℃ 정도의 항온상태에서 열광학 효과에 의한 가변 광 감쇄기 기능에 요구되는 전력이 증가하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 파장 분할 다중화된 광 신호의 가변 감쇠 기능을 단일 기판에 집적하고, 모니터링 수단이 결합된 화이버 블록을 연결하여 소형화된 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 온도조절기를 사용하지 않고 온도에 관계없이 중심 파장의 안정성을 확보하고, 파장 분할 다중화, 광 신호의 가변 감쇠 기능과 광 신호의 감지기능을 겸비한 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈은, 하나의 입력단과 여러 개의 출력단을 가지고 여러 개의 파장으로 구성된 신호를 각각의 파장에 따라 분리하는 파장 분할 역다중화기; 상기 파장 분할 역다중화기의 출력을 입력받아 일정한 간격 또는 연속적으로 줄여 주는 복수의 가변 광감쇠기; 상기 복수의 가변 광감쇠기를 통과한 신호를 광신호 전달에 영향을 미치지 않을 정도의 신호로 분기하는 화이버 블록; 및 상기 화이버 블록에 의해 분기된 신호를 모니터링하여 상기 복수의 가변 광감쇠기를 제어하는 모니터링 수단으로 구성한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 파장 분할 다중화기 모듈의 구성을 보인 예시도이다.
도 2를 참조하면, 8채널 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈은, 하나의 입력단과 여러 개의 출력단을 가지고 여러 개의 파장으로 구성된 신호를 각각의 파장에 따라 분리하는 파장 분할 역다중화기(201); 상기 파장 분할 역다중화기(201)의 출력을 입력받아 일정한 간격 또는 연속적으로 줄여 주는 복수의 가변 광감쇠기(203); 상기 복수의 가변 광감쇠기(203)를 통과한 신호를 광신호 전달에 영향을 미치지 않을 정도의 신호로 분기하는 화이버 블록(205); 및 상기 화이버 블록(205)에 의해 분기된 신호를 모니터링하여 상기 복수의 가변 광감쇠기(203)를 제어하는 모니터링 수단(미도시)으로 구성한다.
상기 파장 분할 역다중화기(201)는 도 3에 도시한 바와 같이 역다중화기 구간에 온도 대비 굴절률 감소 물질을 트랜치(Trench) 구성하여 다중화 입력단(301)에서 발생된 역다중화 구간(AWG) 신호의 변형을 보상하는데, 상기 트랜치 구성은 역다중화 구간(AWG)의 길이차에 따라서 역삼각형 구조를 갖으며, 상기 온도 대비 굴절률 감소 물질은 온도 증가에 따라 굴절률이 낮아지는 특성이 있는 폴리이미드(Polyimide) 또는 실리콘 수지를 사용한다.
또한, 상기 복수의 가변 광감쇠기(203)는 도 4에 도시한 바와 같이 3㏈ 커플러(501)와, 상기 3㏈ 커플러(501)를 통과한 신호광이 입력되면 제어신호에 의해 요구되는 결합정도의 파워를 증가시켜 신호광의 레벨을 보정하는 박막 히터(502) 및 모니터링 신호에 의해 상기 박막 히터(502)를 제어하는 전극(503)으로 구성한다.
이와 같이 구성한 본 발명에 따른 일실시예의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 2에서 가변 광감쇠기의 구성을 보인 예시도로서, 이에 도시한 바와 같이 파장 분할 역다중화기(201)를 통과한 신호광이 3㏈ 커플러(401) 및 박막 히터(402)를 순차적으로 통과하게 되는데, 상기 박막 히터(402)는 종래에는 한쪽 도파로에만 형성하였으나, 본 발명에서는 양단에 설치하여 파장 민감성을 보정하도록 한다.
즉, 전압이 인가되지 않은 상태에서 가변 광감쇠기 특성은 입력단 파장에 민감하여 정확한 분기비 유지가 어렵지만 도파로 양단에 위치한 박막 히터(402)로 이를 보정하고, 전극(403)을 통해 전압이 인가된 경우 요구되는 결합정도의 파워를 증가시켜 신호광의 레벨을 보정한다.
또한, 상기 전극(403)은 모니터링 신호에 의해 상기 박막 히터(402)로 전압을 인가하는데, 채널의 모니터링을 통해 전체 채널의 신호광을 등화시키거나 채널의 잔고량을 전송중에 확인하여 전송 품질을 높이도록 한다.
그리고, 상기 박막 히터(402)의 재질은 크롬(Cr)과 알루미늄(Al) 등이 사용되며, 전극(403)은 금(Au) 또는 티탄(Ti) 등의 박막이 사용되고, 전원은 콘택트 패드(404)에 연결된 금 와이어에 의해서 공급된다.
이후, 상기 가변 광감쇠기(203)를 토와한 신호광은 화이버 블록(205)으로 입력되는데, 이후의 처리 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 2에서 화이버 블록의 구성을 보인 예시도이다.
도 5를 참조하면, 싱글모드 광섬유(501)에 전송되는 신호광을 분기할 목적으로 광섬유를 구성하는 바깥 부분인 클래드(502)를 화학적 식각으로 제거하고, 그 제거된 부분에 광섬유 코어와 동일한 굴절률을 갖는 국절률 정합액 혹은 에폭시를 충진한다.
상기 에폭시로 빠져나간 신호광은 강 검출기(503)에 조사되어 감지되며, 세라믹 기판(504) 위의 전극(505)에 입력된다. 이러한 구조는 탭 커플러의 기능을 가지며, 파워 레벨은 커플링 구간의 길이에 따라 2 ~ 5% 이내에서 조절한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였다. 본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위와 상세한 설명, 첨부도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이 당연하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈은, 일반적으로 사용되는 온도제어기를 사용하지 않고도 안정한 파장 특성을 얻을 수 있어 모듈의 다기능화, 소형화 및 저가격화를 이룰 수 있으며, 향후 파장 애드/드롭 다중화기의 스위칭 소자, 채널 선택기 등과의 집적이나 파장 변환기와의 집적이 용이한 효과가 있다.
도 1은 종래 파장 분할 다중화기의 구성을 보인 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 파장 분할 다중화기 모듈의 구성을 보인 예시도,
도 3은 도 2에서 파장 분할 역다중화기의 구성을 보인 예시도,
도 4는 도 2에서 가변 광감쇠기의 구성을 보인 예시도,
도 5는 도 2에서 화이버 블록의 구성을 보인 예시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 다중화기(MUX) 102, 203 : 가변 과 감쇠기(VOA)
103, 206 : 탭 커플러 104, 205 : 화이버(Fiber) 블록
105 : 광 검출기(PD) 어레이 201 : 파장 역다중화기
202, 303 : 트렌치(Trench) 204, 403, 505 : 전극
301 : 입력단 302 : 역다중화 구간(AWG)
401 : 3 ㏈ 커플러 402 : 박막 히터
404 : 콘택트 패드 501 : 싱글모드 광섬유
502 : 클래드(Clad) 503 : 광 검출기
504 : 세라믹 기판

Claims (11)

  1. 하나의 입력단과 여러 개의 출력단을 가지고 여러 개의 파장으로 구성된 신호를 각각의 파장에 따라 분리하는 파장 분할 역다중화기;
    상기 파장 분할 역다중화기의 출력을 입력받아 일정한 간격 또는 연속적으로 줄여 주는 복수의 가변 광감쇠기;
    상기 복수의 가변 광감쇠기를 통과한 신호를 광신호 전달에 영향을 미치지 않을 정도의 신호로 분기하는 화이버 블록; 및
    상기 화이버 블록에 의해 분기된 신호를 모니터링하여 상기 복수의 가변 광감쇠기를 제어하는 모니터링 수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파장 분할 역다중화기는
    역다중화기 구간에 온도 대비 굴절률 감소 물질을 트랜치(Trench) 구성한 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 트랜치 구성은
    여가중화 구간(AWG)의 길이차에 따라서 역삼각형 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  4. 제2항에 있어서, 상기 온도 대비 굴절률 감소 물질은
    폴리이미드(Polyimide) 또는 실리콘 수지를 사용하는 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화이버 블록은
    탭(Tap) 커플러가 결합된 포토 다이오드 어레이드(arrayed)인 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화이버 블록은
    싱글모드 광섬유의 클래드(Clad) 층을 식각하고, 이 식각으로 제거된 부분을 굴절률 정합액 또는 에폭시로 충진하는 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화이버 블록은
    커플링 구간의 길이에 의해 2 ~ 5% 이내에서 파워 레벨을 조절하는 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 가변 광감쇠기는
    3㏈ 커플러와, 상기 3㏈ 커플러를 통과한 신호광이 입력되면 제어신호에 의해 요구되는 결합정도의 파워를 증가시켜 신호광의 레벨을 보정하는 박막 히터 및 모니터링 신호에 의해 상기 박막 히터를 제어하는 전극으로 구성한 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 박막 히터는
    도파로 양단에 설치하여 파장 민감성을 보정하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 박막 히터는
    크롬(Cr) 또는 알루미늄(Al)을 재질로 사용하는 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
  11. 제8항에 있어서, 상기 전극은
    금(Au) 또는 티탄(Ti) 박막이 사용되는 것을 특징으로 하는 신호감지 및 가변감쇄 기능을 갖는 온도무의존형 파장 분할 다중화기 모듈.
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