KR100536435B1 - Optical waveguide tap reducing the dependence of wavelength and polarization - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광통신 시스템에 이용될 수 있는 광도파로 탭에 관한 것으로, 특히 광도파로 탭은 평행한 두 단면이 경사면을 가지고 있고 상기 경사면 사이에는 유전물질이 채워져 있으며, 상기 경사면에서 굴절률 차이에 의하여 반사된 광신호를 검출하는 수광소자로 구성된 광도파로 탭에 있어서, 상기 경사면의 각도, 상기 유전물질의 종류와 반사된 광신호의 진행경로를 고려하여 검출된 광신호의 파장 및 편광의존도를 줄일 수 있는 광도파로 탭에 관한 것이다.The present invention relates to an optical waveguide tab that can be used in an optical communication system. In particular, an optical waveguide tab has two parallel cross sections having an inclined surface and a dielectric material is filled between the inclined surfaces, and is reflected by the refractive index difference in the inclined surface. In an optical waveguide tab comprising a light receiving element for detecting an optical signal, the optical wave length and polarization dependence of the detected optical signal can be reduced in consideration of the angle of the inclined surface, the type of the dielectric material and the traveling path of the reflected optical signal. Relates to a waveguide tap.
본 발명은 광통신 시스템에서 이용되는 광도파로 탭에 있어서, 코어 및 클래드로 이루어지고, 그 일 측면에 수직면과의 각도가 α인 경사면을 가지는 제1 광도파로와, 상기 제1 광도파로와 일정 간격을 갖고 평행하게 배치되어 제1 광도파로와 인접하는 부분에 수직면과의 각도가 - α인 경사면을 가지는 제2 광도파로와, 상기 제1 광도파로와 제2 광도파로의 경사면들이 인접하고 있는 공간에 광도파로와 동일한 굴절률을 갖는 재료가 채워지고, 상기 제1 광도파로의 경사면에 반사되는 광신호를 검출할 수 있는 수광소자(5)와, 상기 반사된 광신호의 경로에 있는 클래드층(상층 클래드)과 수광소자 사이에 인덱스 매칭물질로 형성된 것이다.The present invention provides an optical waveguide tab for use in an optical communication system, comprising: a first optical waveguide comprising a core and a cladding, and having an inclined surface having an angle of α with a vertical plane on one side thereof; And a second optical waveguide having an inclined surface having an angle of -α at a portion perpendicular to the portion adjacent to the first optical waveguide and parallel to the first optical waveguide, and in a space where the inclined surfaces of the first optical waveguide and the second optical waveguide are adjacent to each other. A light receiving element 5 filled with a material having the same refractive index as that of the waveguide and capable of detecting an optical signal reflected on the inclined surface of the first optical waveguide, and a cladding layer (upper clad) in the path of the reflected optical signal And an index matching material between the light receiving element.
Description
본 발명은 광통신 시스템에 이용될 수 있는 광도파로 탭에 관한 것으로, 특히 광도파로 탭은 평행한 두 단면이 경사면을 가지고 있고 상기 경사면 사이에는 유전물질이 채워져 있으며, 상기 경사면에서 굴절률 차이에 의하여 반사된 광신호를 검출하는 수광소자로 구성된 광도파로 탭에 있어서, 상기 경사면의 각도와 상기 유전물질의 종류를 고려하여 검출된 광신호의 파장 및 편광의존도를 줄일 수 있는 광도파로 탭에 관한 것이다.The present invention relates to an optical waveguide tab that can be used in an optical communication system. In particular, an optical waveguide tab has two parallel cross sections having an inclined surface and a dielectric material is filled between the inclined surfaces, and is reflected by the refractive index difference in the inclined surface. An optical waveguide tap comprising a light receiving element for detecting an optical signal, the optical waveguide tap can reduce the wavelength and polarization dependence of the detected optical signal in consideration of the angle of the inclined surface and the type of the dielectric material.
현재 광통신 시스템은 단일파장만을 이용하는 시스템에서 여러 파장을 이용하는 파장분할다중(Wavelength Division Mltiplexed; WDM) 광통신 시스템으로 변화하고 있다.Currently, the optical communication system is changing from a single wavelength only system to a wavelength division multiplexed (WDM) optical communication system using multiple wavelengths.
WDM 광통신 시스템은 한 가닥의 광섬유에 서로 다른 파장의 광신호를 다중화하여 전송하는 광통신 방식으로 데이터 전송용량을 극대화 할 수 있는 장점으로 인해 전세계적으로 널리 이용되고 있다. 여러 채널의 광신호가 공존하는 WDM 방식에서는 각 채널의 상태를 파악하는 것이 전송망의 효율적인 운용 및 관리를 위해 매우 중요하여 광채널 모니터링은 필수적인 사항이다.WDM optical communication system is widely used all over the world due to the advantage of maximizing data transmission capacity by optically transmitting multiple signals of different wavelengths to one strand of optical fiber. In the WDM method where optical signals of several channels coexist, it is very important to understand the status of each channel for efficient operation and management of the transmission network.
또한, WDM 광통신 시스템에서 전송용량을 증가시키기 위해서 다중화하는 광채널 수를 늘리거나 각 광채널의 전송속도를 증가시켜야한다. 광채널의 전송속도를 증가시킬 경우 각 광신호의 주파수 선폭이 넓어져 광섬유의 분산에 의한 신호 왜곡이 심각해진다. 따라서, 대용량 WDM 전송 시스템에서 분산보상 기술과 광채널 모니터링 기술은 핵심적인 기술로 이들의 효과적인 구현을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.In addition, in order to increase transmission capacity in a WDM optical communication system, the number of multiplexing optical channels must be increased or the transmission speed of each optical channel must be increased. Increasing the transmission speed of the optical channel widens the frequency line width of each optical signal, causing serious signal distortion due to dispersion of the optical fiber. Therefore, distributed compensation technology and optical channel monitoring technology are key technologies in high-capacity WDM transmission systems, and research for their effective implementation is being actively conducted.
그러나, 광신호 모니터링 기술 중 광섬유 탭 커플러를 이용하는 방법에 있어서는 여러 파장을 이용한 시스템에서 각 파장별로 신호를 모니터링하기 위해서는 파장 수와 동일한 수의 탭 커플러와 수광소자가 필요하며, 각 탭 커플러는 광섬유로 되어 있기 때문에 수가 많아지면 시스템을 소형화하기 어려운 점이 있을 뿐 아니라 구성이 복잡하여 제작 및 유지관리에 있어서 많은 시간이 걸린다.However, in the optical signal monitoring technology, the optical fiber tap coupler requires the same number of tap couplers and light-receiving elements as the number of wavelengths in order to monitor signals for each wavelength in a system using multiple wavelengths. As the number increases, it is difficult to miniaturize the system, and the configuration is complicated, which takes a lot of time in production and maintenance.
이를 개선하기 위하여 다중모드 광섬유에서 경사면을 이용하여 태핑하는 방법도 제안되었으나, 이는 경사면의 각도α가 일정(예를 들면 25°)하게 한정되어 있고, 광섬유의 글래드(clad)와 수광소자 사이에 단순히 공기로만 되어 있어, 상기 광섬유를 통과한 광신호는 경사면(각도 : α)에 의하여 부분적으로 반사되고, 상기 부분적으로 반사된 광신호는 광신호를 검출하기 위해 수광소자에 의하여 검출되나, 이와 같은 구조로는 반사각, 유전물질과의 굴절률 차이와 두께에 의한 파장 및 편광 의존도가 고려되지 않았고, 또한 상층 클래드와 공기의 굴절률 차이와 입사각에 따른 파장 및 편광 의존도가 고려되지 않고 있어, 광통신 시스템에 적용하기 어려운 문제점이 있다.In order to improve this, a method of tapping using an inclined surface in a multimode optical fiber has also been proposed, but the angle α of the inclined surface is constantly defined (for example, 25 °), and is provided between the clad and the light receiving element of the optical fiber. It is simply air, and the optical signal passing through the optical fiber is partially reflected by an inclined surface (angle: α), and the partially reflected optical signal is detected by the light receiving element to detect the optical signal. The structure does not consider the dependence of wavelength and polarization due to the reflection angle, the refractive index difference and the thickness of the dielectric material, and the wavelength and polarization dependence according to the refractive index difference and the incident angle of the upper clad and air are not considered. There is a problem that is difficult to do.
본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명은 광통신 시스템에서 이용되는 광도파로 탭(optical waveguide tap)에 있어서, 경사면을 가지는 제1 광도파로와 제2 광도파로, 상기 제1 광도파로와 제2 광도파로의 사이에 채워지는 유전물질, 수광소자 및 인덱스 매칭 물질로 구성하게 함으로써 파장 의존도(dependence of wavelength) 및 편광 의존도(dependence of polarization)를 최대한 낮게 하여 광신호를 모니터링할 수 있는 광도파로 탭을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is designed to solve the above problems, the present invention is the optical waveguide tap (optical waveguide tap) used in the optical communication system, the first optical waveguide and the second optical waveguide having an inclined surface, the first optical waveguide Optical material that can monitor the optical signal with the lowest dependency of wavelength and polarization of polarization as possible by having a dielectric material, a light receiving element, and an index matching material filled between and the second optical waveguide It is an object to provide a waveguide tap.
또한, 본 발명은 상기 경사면을 단순한 반사막이 아니라 경사면 사이에 박막필터 즉 파장분할다중(Wavelength Division Mltiplexed; WDM)박막 필터를 사용함으로써 파장에 따라서 선택적으로 모니터링할 수 있는 WDM 탭으로도 활용할 수 있는 광도파로 탭을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is a light that can be utilized as a WDM tap that can be selectively monitored according to the wavelength by using a thin film filter, that is, Wavelength Division Mltiplexed (WDM) thin film filter between the inclined surface rather than a simple reflective film. It is an object to provide a waveguide tap.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광도파로 탭은 광통신 시스템에서 이용되는 광도파로 탭에 있어서, 수직면과 경사면의 각도가 α인 제1 광도파로와, 상기 제1 광도파로와 일정 간격을 갖고 평행하게 배치되어 수직면과 경사면의 각도가 - α인 제2 광도파로와, 상기 제1 광도파로와 제2 광도파로의 사이에 채워지는 다층의 유전물질로 구성된 WDM박막필터(3')와, 상기 제1광도파로의 경사면에 의해 반사되는 광신호를 검출할 수 있는 수광소자와, 상기 반사된 광신호의 경로에 있는 클래드층과 수광소자 사이에 인덱스 매칭 물질(index matching material)로 형성한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the optical waveguide tab according to the present invention is an optical waveguide tap used in an optical communication system, the first optical waveguide having an angle between a vertical plane and an inclined plane is α, and parallel to the first optical waveguide at a predetermined interval. A second optical waveguide having an angle between the vertical plane and the inclined plane of-α, a WDM thin film filter 3 'composed of a multi-layer dielectric material filled between the first optical waveguide and the second optical waveguide, A light receiving element capable of detecting an optical signal reflected by the inclined surface of the optical waveguide, and an index matching material between the cladding layer and the light receiving element in the path of the reflected optical signal do.
또한, 본 발명은 상기 인덱스 매칭 물질과 수광소자 사이에 광도파로 폴리싱, pig-failing 등의 목적을 위하여, 상기 인덱스 매칭 물질의 상부에 인덱스 매칭 블럭(index matching block)을 형성하되, 상기 반사된 광신호가 상기 인덱스 매칭 블럭의 경계면을 통과할 때의 각도가 수직에 가깝도록 상기 인덱스 매칭 블럭을 형성하도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention forms an index matching block (top) on the index matching material for the purpose of polishing the optical waveguide between the index matching material and the light receiving element, pig-failing, etc., the reflected optical beam The index matching block may be formed such that an angle when an arc passes through an interface of the index matching block is close to the vertical.
또한, 상기 인덱스 매칭 물질은 에폭시(epoxy)로 된 것을 특징으로 한다.In addition, the index matching material is characterized in that the epoxy (epoxy).
또한, 상기 광도파로는 평면 광도파로 또는 광섬유(optical fiber)인 것을 특징으로 한다.In addition, the optical waveguide is characterized in that the planar optical waveguide or optical fiber.
또한, 상기 유전물질은 WDM 박막필터를 사용하여 WDM 탭으로도 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the dielectric material may be used as a WDM tap using a WDM thin film filter.
또한, 상기 광도파로 탭은 가변 광 감쇄기의 입력 또는 출력단의 탭으로 활용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical waveguide tab is used as a tap of an input or output terminal of the variable optical attenuator.
이하 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 광도파로 탭의 구성도로서 도 1에서 도시된 바와 같이 본 발명은 광통신 시스템에서 이용되는 광도파로 탭에 있어서, 중앙의 코어(core, 1)부분과 그 주변에 상기 코어(1)를 감싸고 있는 클래드(clad, 2, 2')부분으로 이루어지고, 그 일 측면에 수직면과의 각도가 α인 경사면(6)을 가지는 제1 광도파로(10)와, 상기 제1 광도파로(10)와 일정 간격을 갖고 평행하게 배치되어 중앙의 코어 부분과 그 주변에 상기 코어를 감싸고 있는 클래드(clad, 2, 2')부분으로 이루어지고, 제1 광도파로와 인접하는 부분에 수직면과의 각도가 - α인 경사면(7)을 가지는 제2 광도파로(20)와, 상기 제1 광도파로(10)와 제2 광도파로(20)의 경사면들(6, 7)이 인접하고 있는 공간인 갭(3)에는 유전물질이 채워지고, 상기 제1 광도파로(10)의 경사면(6)에 의해 반사되는 광신호를 검출할 수 있는 수광소자(5)와, 상기 반사된 광신호의 경로에 있는 클래드층(상층 클래드)과 수광소자(5) 사이에 인덱스 매칭 물질로 형성된 것이다.1 is a configuration diagram of an optical waveguide tab according to the present invention, as shown in FIG. 1, in the optical waveguide tab used in an optical communication system, a core part 1 of the center and the core in the periphery thereof are shown. (1) a first optical waveguide (10) consisting of clad (clad, 2, 2 ') portions surrounding and having an inclined surface (6) having an angle of α with a vertical plane on one side thereof, and the first light It is arranged in parallel with the waveguide 10 at regular intervals and consists of a central core portion and clads (2, 2 ') surrounding the core, and is perpendicular to the portion adjacent to the first optical waveguide. A second optical waveguide 20 having an inclined surface 7 having an angle of-and an inclined surfaces 6 and 7 of the first optical waveguide 10 and the second optical waveguide 20 are adjacent to each other. The gap 3, which is a space, is filled with a dielectric material and receives an optical signal reflected by the inclined surface 6 of the first optical waveguide 10. And the light-receiving element 5, which can export, is between the cladding layer (upper clad) and the light receiving element 5 in the path of the reflected optical signals formed of the index matching material.
상기 제1 광도파로(10)의 코어(1)를 통과한 광신호는 경사면(6)에 의해 일부가 반사되고, 상기 반사된 광신호는 상층 클래드를 투과하여 수광소자(5)로 입사하게 되는데 상기 반사된 광신호의 경로에 있는 상층 클래드와 수광소자(5) 사이에는 클래드와 굴절 차가 크지 않은 인덱스 매칭 물질(4)이 형성되어 있어 편광의존도를 줄일 수 있게 된다. 상기 인덱스 매칭 물질(4)은 에폭시를 사용하는 것이 바람직하다.A part of the optical signal passing through the core 1 of the first optical waveguide 10 is reflected by the inclined surface 6, and the reflected optical signal passes through the upper clad and enters the light receiving element 5. Between the cladding and the light receiving element 5 in the path of the reflected optical signal is formed an index matching material (4) that is not a large difference between the cladding and the polarization can be reduced. The index matching material 4 preferably uses epoxy.
즉, 광도파로의 편광 의존도(polarization dependence,dB)는 클래드층과 공기의 경계면에서 크게 나타나므로, 본 발명은 공기 대신 클래드층과 굴절률 차이가 크지 않은 인덱스 매칭 물질을 사용함으로써 편광 의존도를 크게 줄일 수 있게 된 것이다.That is, since the polarization dependence (dB) of the optical waveguide is large at the interface between the cladding layer and the air, the present invention can greatly reduce the polarization dependence by using an index matching material having a large difference in refractive index with the cladding layer instead of air. It is.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예인 광도파로 탭의 구성도로서, 도 2는 도시된 바와 같이 도 1에서 상기 인덱스 매칭 물질(4)과 수광소자(5) 사이에 공기 층이 존재할 경우, 상기 인덱스 매칭 물질(4)과 공기 층사이에 상기 인덱스 매칭 물질(4)의 상부에 인덱스 매칭 블럭(8)을 부가하여 상기 반사된 광신호가 상기 인덱스 매칭 블럭(8)의 경계면을 통과할 때의 각도가 수직 또는 수직에 가깝도록 상기 인덱스 매칭 블럭(8)을 형성하도록 한 것을 도시하고 있다.FIG. 2 is a block diagram of an optical waveguide tab according to another embodiment of the present invention, and FIG. 2 illustrates an air layer between the index matching material 4 and the light receiving element 5 in FIG. An index matching block 8 is added on top of the index matching material 4 between the index matching material 4 and the air layer, so that the angle when the reflected optical signal passes through the boundary of the index matching block 8. Shows that the index matching block 8 is formed such that is vertical or close to vertical.
이때 인덱스 매칭 블럭(8)을 광도파로의 폴리싱, 도파로 사이의 pig-tailing 등의 목적으로 사용된다.At this time, the index matching block 8 is used for the purpose of polishing an optical waveguide, pig-tailing between waveguides, and the like.
상기 인덱스 매칭물질(4)과 수광소자(5) 사이에 공기 층이 존재할 경우, 수광소자(5)로 입사되는 입사각이 적을 수록 편광 의존도가 낮기 때문에 상기 인덱스 매칭 블럭(8)의 경계면을 통과할 때의 각도가 수직 또는 수직에 가깝도록 하면 편광 의존도 낮게 할 수 있다.When there is an air layer between the index matching material 4 and the light receiving element 5, the smaller the angle of incidence incident on the light receiving element 5, the lower the polarization dependency is, so that it may pass through the boundary of the index matching block 8. If the angle of time is vertical or close to vertical, the polarization dependence can be lowered.
도 3은 본 발명에 따른 박막필터를 형성한 광도파로 탭의 구성도로서, 도 3에 도시된 바와 같이 도 2에서 상기 제1 광도파로(10)와 제2 광도파로 (20)의 경사면들(6, 7)이 인접하고 있는 공간인 갭(3)에 채워지는 유전물질이 파장분할다중(Wavelength Division Mltiplexed; WDM) 박막필터로 구성된 것을 도시하고 있다.3 is a configuration diagram of an optical waveguide tab having a thin film filter according to the present invention, and as shown in FIG. 3, the inclined surfaces of the first optical waveguide 10 and the second optical waveguide 20 in FIG. 2. 6 and 7 show that the dielectric material filled in the gap 3, which is an adjacent space, is constituted by a wavelength division multiplexed (WDM) thin film filter.
상기 제1 광도파로(10)와 제2 광도파로(20)의 경사면들(6, 7)이 인접하고 있는 공간인 갭(3)에 WDM 박막필터로 형성되면 파장에 따라서 선택적으로 광신호를 모니터링할 수 있는 WDM 탭으로서 활용이 가능하게 된다.When the WDM thin film filter is formed in the gap 3 which is a space where the inclined surfaces 6 and 7 of the first optical waveguide 10 and the second optical waveguide 20 are adjacent to each other, the optical signal is selectively monitored according to the wavelength. It can be used as a WDM tap.
도 4는 본 발명의 작용을 설명하기 위한 입사각 변화에 따른 반사율을 시뮬레이션한 실험 데이터를 나타내는 그래프이다. 이때 입사각은 도 2,3 에서 나타낸 α로 정의되며 반사를 일으키는 경사 거울의 각도와 일치한다. 유전물질의 종류를 Y2O3로 하고, 그 두께를 220nm으로 하였을 때 입사각(incidency angle)의 각도에 따른 반사율(reflectance)을 P-편광(P-polarization), S-편광(S-polarization)으로 구분한 데이터를 나타낸 것이다.4 is a graph showing experimental data simulating a reflectance according to a change in incident angle for explaining the operation of the present invention. In this case, the incident angle is defined as α shown in FIGS. 2 and 3 and coincides with the angle of the inclined mirror causing reflection. When the type of dielectric material is Y 2 O 3 and the thickness is 220 nm, the reflectance according to the angle of incidence angle is P-polarization and S-polarization. It shows the data separated by.
수광기에 의하여 검출된 광신호 세기의 편광 의존도는 상기 P-편광과 S-편광의 반사율의 차이에 의해 결정되는 것이므로, 도 4에 도시된 바와 같이 입사각이 적을수록 P-편광과 S-편광의 반사율의 차이, 즉 편광의존도가 적고, 입사각이 클수록 P-편광과 S-편광의 반사율의 차이, 즉 편광의존도가 커짐을 알 수 있다.Since the polarization dependence of the optical signal intensity detected by the light receiver is determined by the difference between the reflectances of the P-polarized light and the S-polarized light, as shown in FIG. 4, as the incident angle decreases, the P-polarized light and the S-polarized light It can be seen that the difference in reflectance, i.e., the polarization dependence is small, and the larger the angle of incidence, the larger the difference in reflectance, i.e., polarization dependence, of the P-polarized light and the S-polarized light.
따라서 입사각에 의한 편광 의존도를 줄이기 위해서는 입사각이 적을수록 좋다. 유전물질 등에 따라 다소의 차이는 있지만 편광의존도는 대략 10%(0.5dB)이하이어야 한다. 원하는 편광 의존도의 범위에 따라 최대 입사각이 커질 수 있다.Therefore, the smaller the angle of incidence, the better the polarization dependence due to the angle of incidence. Although there are some differences depending on dielectric materials, polarization dependence should be about 10% (0.5dB) or less. The maximum angle of incidence can be large depending on the range of polarization dependence desired.
도 5, 도 6 및 도 7은 경사면 사이의 유전물질의 두께에 따른 반사율과 편광의존도를 측정한 실험 결과를 그래프로 나타낸 것이며, 유전물질의 종류를 Y2O3로 하고 경사면의 각도(90-α)를 6°로 하였을 때 각각 광학적 두께(optical thickness)에 따른 반사율과 편광 의존도 및 파장 의존도를 나타내는 그래프이다.5, 6 and 7 will showing an experimental result measuring the reflectivity and the polarization dependence of the thickness of the dielectric material between the slope in the graph, the type of dielectric material with a Y 2 O 3, and the angle of the inclined surface (90 It is a graph which shows the reflectance, polarization dependence, and wavelength dependence by optical thickness when (alpha) is 6 degrees, respectively.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 경사면 사이의 유전물질의 두께에 따른 변사율은 유전물질의 광학적 두께가 파장의 (2n-1)/4배(n은 자연수)로 될 때 최소로 된다. 특히 도 6에 도시된 바와 같이 파장 의존도의 경우 파장의 1/4일 경우 최소가 된다.As shown in Figs. 5 and 6, the strain rate according to the thickness of the dielectric material between the inclined surfaces is minimized when the optical thickness of the dielectric material is (2n-1) / 4 times the wavelength (n is a natural number). In particular, as shown in FIG. 6, in the case of wavelength dependence, 1/4 of the wavelength is minimum.
위 도 5, 도 6 및 도 7의 계산 결과에 의하면 도파로 경계면에서의 반사율을 고려하여 유전물질이 결정되면 즉, 굴절률이 정해지면 편광 및 파장 의존성이 가장 낮은 광학적 두께를 정할 수 있게 된다.According to the calculation results of FIGS. 5, 6, and 7, when the dielectric material is determined in consideration of the reflectance at the waveguide interface, that is, the refractive index is determined, the optical thickness having the lowest polarization and wavelength dependence can be determined.
예를 들면, 유전물질의 종류가 Y2O3일 경우 1550nm의 통신용 파장대에서 4%의 반사율을 얻기 위해서는 광학적 두께를 220nm로 하면 된다.For example, if the type of dielectric material is Y 2 O 3 , the optical thickness may be set to 220 nm in order to obtain a reflectance of 4% in the communication wavelength band of 1550 nm.
또한 유전물질의 종류 즉, 굴절률에 따라서 원하는 반사율은 다르게 결정될 수 있다.In addition, the desired reflectance may be determined differently according to the type of dielectric material, that is, the refractive index.
도 8은 상층 클래드 경계면에서 클래드(2)와 인덱스 매칭 물질(4) 사이의 굴절률 차이와 입사 각도에 따른 편광의존도를 나타내는 이론적인 그래프로서, 반사면에서 반사된 광신호가 수광소자(5)로 입사할 때 상기 광신호의 경로에 클래드(2)와 굴절률이 다른 매질이 존재할 경우 경사진 반사면의 각도 α 와 도파로 클래드 및 인덱스 매칭 물질(4)의 굴절률 차이 △n에 따라서 검출기에 검출된 광신호의 편광 의존성은 달라지게 된다.8 is a theoretical graph showing the polarization dependence according to the refractive index difference and the angle of incidence between the clad 2 and the index matching material 4 at the upper clad interface, wherein the optical signal reflected from the reflecting surface is incident on the light receiving element 5. The optical signal detected by the detector according to the angle α of the inclined reflecting surface and the refractive index difference Δn between the waveguide cladding and the index matching material 4 when a medium having a different refractive index from the clad 2 exists in the path of the optical signal. The polarization dependence of is different.
이에 대해 본 발명자는 몇 종류의 굴절률 차이가 다른 매질에 대해 입사각에 따른 파장 의존도를 계산하였다. 이때의 입사각 β 는 도 1,2,3 에서 보인바와 같이 정의되며 경사진 반사면의 각도 α 와는 β = 90 - 2 α 의 관계를 가진다. 계산 결과에 의하면 입사각이 작고 두 매질의 굴절률 차가 작을수록 편광 의존성이 줄어들고, 또한 상층 클래드와 수광소자(5) 사이에 존재하는 재료의 굴절률이 상층 클래드의 굴절률보다 높은 경우가 낮은 경우보다 편광 의존성이 작게 됨을 알 수 있었다.In contrast, the present inventors calculated the wavelength dependence according to the angle of incidence for a medium having different kinds of refractive index differences. At this time, the incident angle β is defined as shown in FIGS. 1,2 and 3 and has a relationship of β = 90−2α with an angle α of the inclined reflective surface. The calculation results show that the polarization dependence decreases as the angle of incidence is smaller and the refractive index difference between the two media is smaller, and the polarization dependence is lower than when the refractive index of the material between the upper cladding and the light receiving element 5 is higher than that of the upper cladding. It can be seen that the smaller.
즉, 편광의존도를 줄이기 위해서는 상층 클래드와 수광소자(5) 사이에 굴절률 차이가 없고 조금 있더라도 높은 굴절률의 매질을 이용하여 빛을 검출하여야 가장 낮은 편광의존성을 얻을 수 있다.That is, in order to reduce the polarization dependence, even if there is no difference in refractive index between the upper cladding and the light receiving element 5, the lowest polarization dependence can be obtained by detecting light using a medium having a high refractive index.
위 시뮬레이션한 결과를 종합하면, 광도파로 탭의 편광 의존도는 광도파로의 경사면의 각도, 광도파로의 유효 굴절률과 유전물질의 굴절률 차이, 경사면에 의하여 반사된 광신호에 대한 도파로 클래드와 인덱스 매칭물질 사이의 굴절률 차이 등에 의해 결정됨을 알 수 있다.Based on the above simulation results, the polarization dependence of the optical waveguide tap is determined by the angle of the inclined plane of the optical waveguide, the difference in effective refractive index of the optical waveguide and the refractive index of the dielectric material, and between the waveguide cladding and the index matching material for the optical signal reflected by the inclined plane It can be seen that it is determined by the refractive index difference of the.
따라서, 광도파로 탭의 편광 의존도를 줄이기 위해서는 적당한 경사면의 각도와 반사를 위한 유전물질을 결정하는 것이 중요하고, 또한, 편광 의존도는 상층 도파로 클래드와 인덱스 매칭 물질 (4)의 경계면에서 크게 나타나므로 상층 클래드와의 굴절률 차이가 크지 않은 인덱스 매칭 물질을 이용하여야 한다. 반사된 빛이 상부 클래드를 통과할때의 입사각 β 는 β = 90° - 2 α 의 관계로써 결정이 되며 α = 6 도인 경우 β 는 78 도가 된다.Therefore, in order to reduce the polarization dependence of the optical waveguide tab, it is important to determine the proper inclination angle and the dielectric material for the reflection, and the polarization dependence also appears large at the interface between the upper waveguide clad and the index matching material (4). An index matching material should be used which does not have a large difference in refractive index with the clad. When the reflected light passes through the upper cladding, the angle of incidence β is determined by the relationship of β = 90 °-2 α, and β is 78 degrees when α = 6 degrees.
이때 도 8에서 보인바와 같이 인덱스 매칭 물질 (4) 의 굴절률이 상부 클래드와 차이가 큰 경우에는 편광의존성이 매우 심각해지며 결론적으로 편광의존성을 줄이기 위해 인덱스 매칭 물질의 굴절률을 정확하게 조절하여 클래딩 재료의 굴절률과 최대한 일치하게 만드는 것이 필수적이다.In this case, as shown in FIG. 8, when the refractive index of the index matching material 4 is different from the upper cladding, the polarization dependency becomes very serious. Consequently, the refractive index of the cladding material is precisely adjusted by accurately adjusting the refractive index of the index matching material to reduce the polarization dependency. It is essential to make it as consistent as possible.
본 발명은 수광소자(5)와 상층 클래드 사이에 굴절률을 매칭하는 인덱스 매칭물질을 형성하였고, 한편으로는 상기 인덱스 매칭 물질(4)의 상부에 인덱스 매칭 블럭(8)을 형성하여, 광도파로 소자 폴리싱, pig-failing 등의 공정이 용이한 구조에서 상기 반사된 광신호가 상기 인덱스 매칭 블럭(8)의 경계면을 통과할 때의 각 재료의 굴절률을 일치하게 만들어 파장 및 편광의존도를 크게 줄일 수 있게 된 것이다.The present invention forms an index matching material for matching the refractive index between the light receiving element 5 and the upper cladding. Meanwhile, an index matching block 8 is formed on the index matching material 4 to form an optical waveguide device. In the structure which is easy to process such as polishing and pig-failing, the reflected optical signal is made to match the refractive index of each material when passing through the interface of the index matching block 8, thereby greatly reducing the wavelength and polarization dependence. will be.
위와 같은 본 발명의 광도파로 탭은 가변 광 감쇄기의 입력 또는 출력 단의 탭으로 활용할 수 있다.The optical waveguide tap of the present invention as described above can be utilized as a tap of the input or output stage of the variable optical attenuator.
본 발명은 경사면을 가지는 제1 광도파로와 제2 광도파로, 상기 제1 광도파로와 제2 광도파로의 사이에 채워지는 유전물질, 수광소자 및 인덱스 매칭 물질로 구성되게 함으로써 파장 및 편광 의존도를 최대한 낮게 한 광도파로 탭을 고안하였고, 또한 이러한 구조는 평면 도파로에 광도파로 탭을 집적할 수 있다는 이점이 있다.The present invention is composed of a dielectric material, a light receiving element and an index matching material filled between the first optical waveguide and the second optical waveguide having an inclined surface and between the first optical waveguide and the second optical waveguide to maximize the wavelength and polarization dependence. Lower optical waveguide tabs have been devised, and this structure also has the advantage of being able to integrate optical waveguide tabs into planar waveguides.
또한, 경사면에 단순한 반사막이 아니라 다층 박막 필터를 사용함으로써 한 파장만을 선택하여 신호를 검출할 수 있어 WDM 광통신 시스템 등에서 다양한 응용이 가능한 이점이 있다.In addition, the signal can be detected by selecting only one wavelength by using a multilayer thin film filter instead of a simple reflective film on the inclined surface, thereby enabling various applications in a WDM optical communication system.
도 1은 본 발명에 따른 광도파로 탭의 구성도1 is a configuration diagram of an optical waveguide tab according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예인 광도파로 탭의 구성도2 is a configuration diagram of an optical waveguide tab according to another embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 박막 파장필터를 형성한 광도파로 탭의 구성도3 is a configuration diagram of an optical waveguide tab including a thin film wavelength filter according to the present invention.
도 4는 입사각 α의 변화에 따른 반사율을 나타내는 그래프4 is a graph showing reflectance according to the change of the incident angle α.
도 5는 광학적 두께 변화에 따른 반사율을 나타내는 그래프5 is a graph showing the reflectance according to the optical thickness change
도 6은 광학적 두께 변화에 따른 편광의존도를 나타내는 그래프6 is a graph showing the polarization dependence according to the optical thickness change
도 7은 광학적 두께 변화에 따른 파장의존도를 나타내는 그래프7 is a graph showing the wavelength dependence according to the optical thickness change
도 8은 상층 클래드 경계면에서 굴절률 차이와 각도에 따른 편광의존도를 나타내는 그래프8 is a graph showing the polarization dependence according to the refractive index difference and the angle at the upper clad interface
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 코어 2, 2' : 클래드1: Core 2, 2 ': Clad
3 : 갭 3' : 박막필터3: gap 3 ': thin film filter
4 : 인덱스 매칭 물질 5 : 수광소자4: index matching material 5: light receiving element
6 : 제1 광도파로 경사면 7 : 제2 광도파로 경사면6: first optical waveguide inclined surface 7: second optical waveguide inclined surface
8 : 인덱스 매칭 블록 10 : 제1 광도파로8 index matching block 10 first optical waveguide
20 : 제2 광도파로20: second optical waveguide
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2002
- 2002-07-12 KR KR10-2002-0040899A patent/KR100536435B1/en not_active IP Right Cessation
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