KR100597232B1 - 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기 - Google Patents

온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기 Download PDF

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Abstract

파장분할다중 전송방식의 광통신망에 사용되는 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기가 개시된다. 상기 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기는 상호 결합되는 입력도파로와 입력스타커플러의 부위 및 출력도파로와 출력스타커플러의 부위가 거의 동일한 재질이다. 그리고, 상호 결합되는 입력도파로와 광섬유의 부위 및 출력도파로와 광섬유의 부위가 동일한 재질이다. 그러므로, 입력 및 출력도파로와 광섬유가 각각 결합되고, 입력 및 출력도파로가 입력 및 출력스타커플러와 각각 결합되어도 결합 특성이 온도변화에 영향을 받지 않는다.

Description

온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기 {ATHERMAL ARRAYED WAVEGUIDE GRATING MULTIPLEXER/DEMULTIPLEXER}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기의 평면도.
도 2의 (a), (b) 및 (c)는 도 1의 "A-A", "B-B" 및 "C-C"선 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
110,150 : 입력,출력도파로
120,140 : 입력,출력스타커플러
130 : 열격자
본 발명은 파장분할다중 전송방식의 광통신망에 사용되는 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기에 관한 것이다.
파장분할다중(WDM : Wavelength Division Multiplexing) 전송방식의 광통신망은 파장에 따라 다중화된 통신채널을 설정하고, 다중화된 통신채널을 이용하여 다수의 신호광을 초고속으로 전송함으로써 효율적으로 통신망을 초고속화 및 광대 역화시킬 수 있는 통신망이다.
파장분할다중(WDM:Wavelength Division Multiplexing) 전송방식의 광통신망에 사용되는 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기는 입력도파로, 상기 입력도파로와 결합된 입력스타커플러(Star Coupler), 상기 입력스타커플러와 결합된 열격자, 상기 열격자와 결합된 출력스타커플러 및 상기 출력스타커플러와 결합된 출력도파로를 가진다. 상기 입력도파로 및 상기 출력도파로는 광섬유와 각각 결합되어 신호광을 수신 및 송신한다.
상기와 같은 종래의 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기는 광흡수 및 광도파 손실이 적고 광섬유와의 결합이 용이하다는 장점 때문에 실리카 재질로 광도파로인 코아를 제조한다. 그러나, 이와 같이 제조된 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기의 코아를 통과한 광신호의 유효굴절율은 대략 1.1 ×10-5/℃의 온도 의존성이 있기 때문에, 출력도파로로 출력되는 신호광의 파장도 1.2 ×10-2㎚/℃의 온도 의존성을 갖게 된다. 이로인해, 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기를 통과한 신호광은 전송 품질이 저하되는 단점이 있다.
상기와 같은 단점을 해소하기 위하여, 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화 소자에 열전냉각소자 또는 히터를 패키징하여 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기를 제조하였다. 그러나, 이와 같이 제조된 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기는 상기 열전냉각소자 또는 상기 히터로 외부의 전력을 공급하여야 하는 단점이 있다.
상기와 같은 단점을 해소하기 위하여 실리콘 또는 실리카 재질의 기판, 상기 기판에 형성된 실리카 재질의 하부클래드층, 상기 하부클래드층에 형성된 광도파로인 실리카 재질의 코아, 상기 코아를 덮는 형태로 형성되며 상기 코아의 열광학계수와 그 부호가 반대인 폴리머 재질의 상부클래드층을 가지는 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화 소자를 제조하되, 상기 코아의 크기 및 굴절율, 상기 하부클래드층의 굴절율, 상기 상부클래드층의 굴절율 및 열광학계수를 조절하여 광도파로의 유효굴절율이 온도에 의존하지 않도록 하는 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화 소자의 제조기술이 개발되었다. 그러나, 이와 같이 제조된 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화 소자는 신호광이 집중되는 코아와 신호광의 퍼짐을 막는 상부클래드층의 열광학계수 부호가 반대이다. 이로인해, 입력도파로 및 출력도파로의 구조와 입력스타커플러 및 출력스타커플러의 구조상, 입력도파로 및 출력도파로의 상부클래드층의 일부가 입력스타커플러 및 출력스타커플러의 코아와 각각 결합되어 광결합 특성이 온도변화에 영향을 받게된다. 그리고, 입력도파로 및 출력도파로의 구조와 광섬유의 구조상, 입력도파로 및 출력도파로의 폴리머 재질인 상부클래드층과 광섬유의 실리카 재질인 클래드층이 결합되어 결합 특성이 온도변화에 따라 영향을 받게된다. 이로인해, 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기를 통과한 신호광의 손실 및 출력채널사이의 크로스톡 등과 같은 특성이 온도변화에 따라 영향을 받게되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으 로, 본 발명의 목적은 입력 및 출력도파로, 입력 및 출력스타커플러, 그리고 열격자의 실리카 재질의 코아와 폴리머 재질의 상부클래드층 사이에 실리카 재질의 중간클래드층을 형성하여 온도변화에 영향을 받지 않는 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기는 실리콘 또는 실리카 재질의 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 실리카 재질의 하부클래드층, 상기 하부클래드층의 상면에 형성된 실리카 재질의 코아 및 상기 코아의 상면에 형성된 폴리머 재질의 상부클래드층을 각각 가지면서 상기 기판, 상기 하부클래드층, 상기 코아 및 상기 상부클래드층간에 상호 결합되어 순차적으로 결합된 입력도파로, 입력스타커플러, 열격자, 출력스타커플러 및 출력도파로를 포함하되, 상기 입력 및 출력도파로는 실리카재질의 광섬유와 결합되는 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기에 있어서,
상기 입력도파로, 상기 입력스타커플러, 상기 열격자, 상기 출력스타커플러 및 상기 출력도파로의 코아와 상부클래드층 사이에는 각각 실리카 재질의 중간클래드층이 형성되고, 상기 입력 및 출력도파로의 중간클래드층과 상기 입력 및 출력스타커플러의 중간클래드층은 각각 결합되며, 상기 입력 및 출력도파로의 하부클래드층, 코아 및 중간클래드층은 광섬유와 각각 결합된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기의 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기(100)는 광섬유와 일단부측이 결합된 입력도파로(110), 입력도파로(110)의 타단부측과 일단부측이 결합된 입력스타커플러(120), 입력스타커플러(120)의 타단부측과 일단부측이 결합된 열격자(130), 열격자의 타단부측과 일단부측이 결합된 출력스타커플러(140) 및 출력스타커플러(140)와 타단부측과 일단부측이 결합된 출력도파로(150)를 가진다. 그리고, 출력도파로(150)의 타단부측에는 광섬유가 결합된다.
그리하여, 입력도파로(110) 중 하나의 특정 도파로 또는 모든 도파로를 통하여 파장이 다른 복수의 신호광이 입력되면, 신호광들은 입력스타커플러(Star Coupler)(120) 영역을 자유전파하면서 진행하다가 열격자(130)와 결합한 후 진행한다. 이때, 열격자(130) 내의 상호 인접한 도파로들의 광경로는 그 차이가 모두 동일하고, 특정 파장의 정수배 만큼 순차적으로 증가 또는 감소하도록 설계된다. 그러므로, 열격자(130)의 타단부측에서 출력스타커플러(140)와 결합한 후 자유전파하는 신호광들은 광간섭 현상에 의해 파장별로 역다중화되어 각각의 파장에 대응하는 출력도파로(150)중 모든 도파로를 통하여 출력되거나, 다중화되어 출력도파로(150) 중 특정 도파로만을 통하여 출력된다.
본 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기는 온도에 영향을 받지 않도록 구성되는데, 이를 도 2를 참조하여 설명한다. 그리고, 후술하는 실리카 재질의 열광학계수는 양이고, 폴리머 재질의 열광학계수는 음이다.
도 2의 (a)는 열격자의 구성을 보인 도 1의 "A-A"선 단면도이다. 도시된 바와 같이, 열격자(130)는 실리콘 또는 실리카 재질의 기판(131), 기판(131)의 상면에 형성된 실리카 재질의 하부클래드층(133), 하부클래드층(133)의 상면에 형성되며 신호광이 집중되는 실리카 재질의 코아(135), 코아(135)의 상면에 형성된 실리카 재질의 중간클래드층(137) 및 중간클래드층(137)의 상면 및 측면과 코아(135)의 측면을 덮는 형태로 형성된 폴리머 재질의 상부클래드층(139)을 가진다.
도 2의 (b)는 입력스타커플러의 구성을 보인 도 1의 "B-B"선 단면도이다. 도시된 바와 같이, 입력스타커플러(120)는 실리콘 또는 실리카 재질의 기판(121), 기판(121)의 상면에 형성된 실리카 재질의 하부클래드층(123), 하부클래드층(123)의 상면에 형성된 실리카 재질의 코아(125), 코아(125)의 상면에 형성된 실리카 재질의 중간클래드층(127) 및 중간클래드층(127)의 상면에 형성된 폴리머 재질의 상부클래드층(129)을 가진다. 출력스타커플러(140)의 구성도 입력스타커플러(120)의 구성과 동일하다.
도 2의 (c)는 입력도파로의 구성을 보인 도 1의 "C-C"선 단면도이다. 도시된 바와 같이, 입력도파로(120)는 실리콘 또는 실리카 재질의 기판(111), 기판(111)의 상면에 형성된 실리카 재질의 하부클래드층(113), 하부클래드층(113)의 상면에 형성된 실리카 재질의 코아(115), 코아(115)의 상면 및 측면을 덮는 형태로 형성된 실리카 재질의 중간클래드층(117) 및 중간클래드층(117)의 상면에 형성된 폴리머 재질의 상부클래드층(119)을 가진다. 출력도파로(150)의 구성도 입력도파로(110)의 구성과 동일하다.
본 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기는 입력도파로(110)의 기판(111)과 입력스타커플러(120)의 기판(121), 입력도파로(110)의 하부클래드층(113)과 입력스타커플러(120)의 하부클래드층(123), 입력도파로(110)의 코아(115) 및 중간클래드층(117)의 일부와 입력스타커플러(120)의 코아(125), 입력도파로(110)의 중간클래드층(117)과 입력스타커플러(120)의 중간클래드층(127), 입력도파로(110)의 상부클래드층(119)과 입력스타커플러(120)의 상부클래드층(129)이 각각 결합된다. 즉, 입력도파로(110)의 중간클래드층(117) 일부와 입력스타커플러(120)의 코아(125)를 제외한 입력도파로(110)와 입력스타커플러(120)의 모든 부분은 동일한 재질끼리 상호 결합된다. 출력도파로(150)와 출력스타커플러(140)의 결합도 입력도파로(110)와 입력스타커플러(120)의 결합과 동일하다.
상기 광섬유는 신호광이 집중되는 실리카 재질의 코아 및 상기 코아를 덮는 형태로 형성된 실리카 재질의 클래드층을 가진다.
본 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기의 입력도파로(110)의 하부클래드층(113), 코아(115) 및 중간클래드층(117)은 상기 실리카 재질의 광섬유와 각각 결합된다. 즉, 입력도파로(110)와 상기 광섬유는 동일한 재질끼리 상호 결합된다. 출력도파로(150)와 상기 광섬유의 결합도 입력도파로(110)와 상기 광섬유의 결합과 동일하다.
즉, 본 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화 기는 상기와 같이 동일한 재질끼리의 결합구조로 인하여, 입력도파로 및 출력도파로가 입력스타커플러 및 출력스타커플러에 각각 결합되고, 입력도파로 및 출력도파로가 상기 광섬유에 각각 결합되어도, 결합 특성이 온도변화에 영향을 받지 않는다.
본 실시예에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기의 입력 및 출력도파로(110,150), 입력 및 출력스타커플러(120,140), 그리고 열격자(130)는 포토리소그라피(Photolithography)법으로 원하는 형상으로 형성하면 된다.
이상에서 설명하듯이, 본 발명에 따른 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기는 상호 결합되는 입력도파로와 입력스타커플러의 부위 및 출력도파로와 출력스타커플러의 부위가 거의 동일한 재질이다. 그리고, 상호 결합되는 입력도파로와 광섬유의 부위 및 출력도파로와 광섬유의 부위가 동일한 재질이다. 그러므로, 입력 및 출력도파로와 광섬유가 각각 결합되고, 입력 및 출력도파로가 입력 및 출력스타커플러와 각각 결합되어도 결합 특성이 온도변화에 영향을 받지 않는다.
이상에서는, 본 발명의 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.

Claims (2)

  1. 실리콘 또는 실리카 재질의 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 실리카 재질의 하부클래드층, 상기 하부클래드층의 상면에 형성된 실리카 재질의 코아 및 상기 코아의 상면에 형성된 폴리머 재질의 상부클래드층을 각각 가지면서 상기 기판, 상기 하부클래드층, 상기 코아 및 상기 상부클래드층간에 상호 결합되어 순차적으로 결합된 입력도파로, 입력스타커플러, 열격자, 출력스타커플러 및 출력도파로를 포함하되, 상기 입력 및 출력도파로는 실리카재질의 광섬유와 결합되는 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기에 있어서,
    상기 입력도파로, 상기 입력스타커플러, 상기 열격자, 상기 출력스타커플러 및 상기 출력도파로의 코아와 상부클래드층 사이에는 각각 실리카 재질의 중간클래드층이 형성되고,
    상기 입력 및 출력도파로의 중간클래드층과 상기 입력 및 출력스타커플러의 중간클래드층은 각각 결합되며,
    상기 입력 및 출력도파로의 하부클래드층, 코아 및 중간클래드층은 광섬유와 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열격자의 상부클래드층은 상기 중간클래드층의 상면 및 측면과 상기 코 아의 측면을 덮는 형태로 형성되고,
    상기 입력 및 출력스타커플러의 상부클래드층은 중간클래드층의 상면만 덮는 형태로 형성되며,
    상기 입력 및 출력도파로의 중간클래드층은 코아의 상면 및 측면을 덮는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기.
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