KR100601987B1 - 도파로 및 이를 채용한 커플링 광학소자 - Google Patents

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황성모
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Abstract

커플링영역의 모드 한정을 약화시켜 커플링을 증가시킬 수 있도록 된 구조의 도파로 및 이를 채용한 커플링 광학소자가 개시되어 있다.
개시된 도파로는 입력된 광신호를 전송하는 전송영역과; 전송영역 사이에 마련되는 것으로, 전송영역을 통하여 전송되는 광신호 중 적어도 일부 신호가 이웃한 광학부재로 분리되도록 전송영역의 폭에 비하여 상대적으로 좁게 형성된 폭을 가지는 커플링영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 개시된 커플링 광학소자는, 입력된 광신호를 전송하는 제1전송영역과, 이 제1전송영역 내에 마련된 제1커플링영역을 구비한 제1도파로와; 제1도파로에 이웃되게 배치되며, 입력된 광신호를 전송하는 제2전송영역과, 제2전송영역 내에 마련된 제2커플링영역을 구비한 제2도파로;를 포함하며, 제1커플링영역의 폭이 제1전송영역의 폭에 비하여 상대적으로 좁게 형성되어, 제1도파로를 통하여 전송되는 광신호 중 적어도 일부의 광신호가 제1 및 제2커플링영역에서 커플링되어 제2도파로로 분리되도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

도파로 및 이를 채용한 커플링 광학소자{Waveguide and optical coupling device}
도 1은 종래의 마이크로-공진기 소자를 보인 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도파로를 보인 개략적인 평면도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 사시도.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 도면.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 도면.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 도면이다.
도 10a 및 도 11a 각각은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 제1도파로와 링 공진기 사이의 갭을 0.2 ㎛로 유지한 상태에서, 1.567㎛의 연속 파장의 광을 조사한 경우의 광신호 전송 분포를 보인 도면.
도 10b 및 도 11b 각각은 도 10a와 도 11a의 경우 시간 변화에 따른 진폭의 분포를 보인 그래프.
도 12a 및 도 12b 각각은 도 11a와 도 12a에 도시된 커플링 광학소자에 대하여 임펄스 신호를 인가한 경우, 파장 변화에 따른 진폭 변화를 보인 그래프.
도 13a 및 도 14a 각각은 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 제1도파로와 링 공진기 사이의 갭을 0.4 ㎛로 유지한 상태에서, 1.567㎛의 연속 파장의 광을 조사한 경우의 광신호 전송 분포를 보인 도면.
도 13b 및 도 14b 각각은 도 13a와 도 14a의 경우 시간 변화에 따른 진폭의 분포를 보인 그래프.
도 15a 및 도 15b 각각은 도 13a와 도 14a에 도시된 커플링 광학소자에 대하여 임펄스 신호를 인가한 경우, 파장 변화에 따른 진폭 변화를 보인 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...도파로 11a, 11b...전송영역
13...커플링영역 15a, 15b...테이퍼영역
17...코어 19...클래딩층
20...광학부재 25...기판
30, 50, 110, 130, 210, 410...제1도파로
31...제1전송영역 33, 55, 115, 135...제1커플링영역
35...제1테이퍼영역 40, 70, 120, 140, 230, 430...제2도파로
41, 121...제2전송영역 43, 75, 125, 145...제2커플링영역
45...제2테이퍼영역 60, 220, 420...링 공진기
150...모듈레이터
본 발명은 광신호를 전송하는 초소형 고굴절률 재료를 이용한 도파로 및 이를 채용한 커플링 광학소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 커플링영역의 모드 한정(mode confine)을 약화시켜 커플링을 증가시킬 수 있도록 된 구조의 도파로 및 이를 채용한 커플링 광학소자에 관한 것이다.
일반적으로 도파로는 코어(core)와, 이 코어의 굴절률에 비하여 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 재질로 이루어진 클래딩(cladding)층으로 구성된다. 따라서, 외부에서 입력된 광신호는 코어와 클래딩층 사이의 굴절률 차이에 의한 전반사 원리에 의하여 도파로 내에서 전파된다. 여기서, 도파로는 특정 조건을 만족하는 광신호 만을 전파할 수 있는 바, 전파 조건을 만족하는 광신호를 모드(mode)라 하며, 이 모드의 크기는 코어와 클래딩층 사이의 굴절률 차에 반비례한다.
따라서, 코어와 클래딩층 사이의 굴절률 차가 클 수록 모드의 크기가 작게 되므로, 작은 단면적을 가지는 도파로의 설계가 가능하다. 그리고, 구부러진 영역에서의 손실도 작아지므로, 밴딩(bending) 반경을 작게 만들 수 있다. 예를 들어, 굴절률이 3.5 내외인 실리콘(Si)으로 코어를 형성하고, 굴절률이 1.5 내외인 실라 카(SiO2)로 클래딩층을 형성한 경우는 대략 2.0 정도의 굴절률 차를 가지므로, 마이크론 단위의 단면 크기를 가지는 초소형 도파로를 제작할 수 있다.
한편, 상기한 실리콘 기반의 도파로는 링 공진기 필터(ring resonator filter), 도파로형 필터(waveguide filter), 방향성 커플러(directional coupler), 도파로형 모듈레이터(waveguide modulator) 등의 커플링을 필요로 하는 커플링 광학소자에 적용시, 커플링이 약화되는 문제점이 있다. 즉, 상기한 도파로는 코어와 클래딩층 또는 공기 사이의 고굴절률 차이로 인하여, 모드 한정(mode confine)이 과도하게 되어, 서로 이웃하는 도파로 사이의 간격을 마이크론 단위로 극도로 가깝게 유지하더라도 커플링이 원만히 이루어지지 않는 문제점이 있으며, 도파로가 상호 접촉되어 수율이 떨어지는 문제점이 있다.
상기한 커플링 문제점을 감안한 커플링 광학소자의 일 예로서, 도 1에 도시된 바와 같은 구조의 마이크로-공진기 소자가 개시된 바 있다.
도 1을 참조하면, 개시된 마이크로-공진기 소자는 링 공진기(3)와, 이에 인접하는 제1 및 제2도파로(1)(5)를 구비한다. 상기 제1도파로(1)는 직선형 구조로 된 것으로, 입력포트(1a)와 출력포트(1b)를 가지며, 상기 링 공진기(3)의 접선방향으로 소정 갭만큼 이격된 상태로 인접 배치되어 있다. 상기 제2도파로(5)는 굽은형으로, 상기 링 공진기(3)의 접선방향으로 소정 갭만큼 이격된 상태로 인접 배치된 입력부(5a)와, 곡선부(5b), 직선부(5c) 및 출력포트(5d)를 포함한다.
이와 같이 구성된 마이크로-공진기 소자는 링 공진기(3)가 동작시에는 상기 제1도파로(1)와 링 공진기(3)가 커플링 되어, 상기 입력포트(1a)를 통하여 입력된 광신호 X1는 상기 링 공진기(3)를 경유하여 상기 제2도파로(5)에 입력된다. 따라서, 상기 제2도파로(5)의 출력포트(5d)에서 광신호 X2가 출력된다. 한편, 링 공진기(3)가 오프시에는 상기 입력포트(1a)를 통하여 입력된 광신호 X1는 상기 제1도파로(1)를 통하여 전송되어, 상기 출력포트(1b)에서 광신호 X3가 출력된다. 이 마이크로-공진기 소자는 커플링 비 등을 결정짓는 인자는 제1도파로(1)와 링 공진기(3) 사이의 갭이다. 이때, 높은 커플링 비를 위해서는 상기 갭은 0.1 ㎛ 정도가 되어야 하나, 이와 같이 소형 갭을 유지하도록 하는 제조 공정이 난해하다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 점들을 감안하여 안출된 것으로서, 초소형 고굴절률 재료를 이용한 도파로의 커플링영역의 모드 한정을 약화시켜 갭 허용 공차를 넓히면서도 커플링을 증가시킬 수 있도록 된 구조의 도파 및 이를 채용한 커플링 광학소자를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도파로는, 입력된 광신호를 전송하는 전송영역과; 상기 전송영역 사이에 마련되는 것으로, 상기 전송영역을 통하여 전송되는 광신호 중 적어도 일부 신호가 이웃한 광학부재로 분리되도록 상기 전송영역의 폭에 비하여 상대적으로 좁게 형성된 폭을 가지는 커플링영역;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 커플링 광학소자는, 입력된 광신호를 전송하는 제1전송영역과, 이 제1전송영역 내에 마련된 제1커플링영역을 구비한 제1도파로와; 상기 제1도파로에 이웃되게 배치되며, 입력된 광신호를 전송하는 제2전송영역과, 상기 제2전송영역 내에 마련된 제2커플링영역을 구비한 제2도파로;를 포함하며,
상기 제1커플링영역의 폭이 상기 제1전송영역의 폭에 비하여 상대적으로 좁게 형성되어, 상기 제1도파로를 통하여 전송되는 광신호 중 적어도 일부의 광신호가 상기 제1 및 제2커플링영역에서 커플링되어 상기 제2도파로로 분리되도록 된 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파로 및 이를 채용한 커플링 광학소자를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도파로를 보인 평면도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 사시도이고, 도 4 및 도 5 각각은 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선과, Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 도파로(10)는 입력된 광신호(S1)를 전송함과 아울러 이웃된 광학부재와 커플링 될 수 있도록, 전송영역(11a)(11b)과, 이 전송영역(11a)(11b) 사이에 마련된 커플링영역(13)을 포함한다. 본 실시예에 있어서는 이웃한 광학부재(20)로서, 제2도파로를 예로 들어 나타내었다. 여기서, 상기 도파로(10) 및 광학부재(20)는 동일한 기판(25) 상에 상호 이격된 상태로 나란하게 마련될 수 있다. 이와 같이 기판(25) 상에 도파로(10)와 광학 부재(20)를 일체형으로 구현하는 경우, 하이브리드 집적화 등에 따른 패키징 비용 등의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 도파로(10)는 광신호가 전송되는 코어(17)와, 상기 코어(17)의 상부, 하부 및 측면에 마련된 클래딩층(19)으로 구성된다. 여기서, 상기 클래딩층(19)은 상기 코어(17)에 비하여 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 재료로 구성되어, 상기 코어(17)에 입력된 광신호가 상기 코어(17) 내부에서 전반사되면서 진행되도록 한다. 예를 들어, 상기 코어(17)는 Si 재질로 이루어지고, 상기 클래딩층(19)은 SiO2 재질 또는 공기로 이루어져, 코어(17)와 클래딩층(19) 사이에 대략 2 이상의 높은 굴절률 차이를 가진다. 도면에 있어서, 상기 클래딩층(19) 중 상기 코어(17) 하부에 위치된 클래딩층은 SiO2 재질로 구성되는 것으로, 상기 기판(25)가 클래딩층 역할을 수행한다. 한편, 상기 코어(17)의 상부 및 측면의 클래딩층은 공기 매질로 구성된다. 따라서, 전송영역(11a)을 통과시, 광신호(S1)의 광강도 분포는 도 4의 그래프 I1와 같이, 모드 한정(mode confine)이 강화된 상태를 유지함으로써, 상기 제2도파로(20)와 모드 커플링이 거의 일어나지 않는다.
상기 커플링영역(13)은 상기 전송영역(11a)(11b) 사이에 마련되는 것으로, 상기 전송영역(11a)(11b)의 폭(W1)에 비하여 상대적으로 좁게 형성된 폭(W2)을 가진다. 예컨대, 상기 전송영역(11a)(11b)의 폭(W1)은 대략 0.3 ㎛이고, 상기 커플링영역(13)의 폭(W2)은 대략 0.25 ㎛이다.
본 실시예에 따른 도파로(10)는 상기 전송영역(11a)(11b)과 상기 커플링영역(13) 사이에 테이퍼(taper)영역(15a)(15b)이 형성된 것이 바람직하다. 상기 테이퍼영역(15a)(15b)은 상기 전송영역(11a)(11b)의 폭에 대응되는 폭에서 상기 커플링영역(13)의 폭에 대응되는 폭으로 점점 좁아지는 폭을 가진다.
상기한 바와 같이 구성된 도파로(10)는 상기 전송영역(11a)(11b)을 통하여 전송되는 광신호(S1)의 모드 한정이 상기 커플링영역(13)에서 약화된다. 따라서, 폭이 좁게 형성된 커플링영역(13)에서는 광신호(S1)의 광강도 분포가 도 5의 그래프 I2와 같이 모드 분포를 가짐으로써, 이웃한 제2도파로(20)와 커플링된다. 그러므로, 입력된 광신호의 적어도 일부를 상기 제2도파로(20)에 전달할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 평면도이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 커플링 광학소자는 상호 이웃되게 배치되며, 특정 부분에서 커플링 되는 제1 및 제2도파로(30)(40)를 포함한다.
상기 제1도파로(30)는 입력된 광신호를 전송하는 제1전송영역(31)과, 이 제1전송영역(31) 내에 마련된 제1커플링영역(33)을 구비한다. 여기서, 상기 제1커플링영역(33)의 폭(W4)은 상기 제1전송영역(31)의 폭(W3)에 비하여 상대적으로 좁게 형성되어 있다. 이를 위하여, 상기 제1전송영역(31)과 상기 제1커플링영역(33) 사이에는 제1테이퍼영역(35)이 마련되어 있다. 상기 제1테이퍼영역(35)은 상기 제1전송영역(31) 쪽에서 상기 제1커플링영역(33)의 쪽으로 점점 좁아지는 폭을 가진다.
이 제1도파로(30)는 앞서 설명된 제1실시예에 따른 도파로(10)와 실질상 동일한 구성을 가지므로 보다 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 상대적으로 폭이 좁은 제1커플링영역(33)을 포함하는 제1도파로(30)를 구성한 경우, 상기 제1커플링영역(33)에서 모드 한정이 약화되므로, 그 영역에서 상기 제2도파로(40)와 커플링된다. 따라서, 상기 제1도파로(30)를 통하여 전송되는 광신호 중 적어도 일부의 광신호가 상기 제2도파로(40)로 전달될 수 있다.
상기 제2도파로(40)는 입력된 광신호를 전송하는 제2전송영역(41)과, 상기 제2전송영역(41) 내에 마련된 제2커플링영역(43)을 구비한다. 여기서, 상기 제2커플링영역(43)의 폭은 상기 제2전송영역(41)의 폭에 비하여 상대적으로 좁게 형성된다. 이를 위하여, 상기 제2커플링영역(43)과 상기 제2전송영역(41) 사이에는 상기 제2전송영역(41)에서 상기 제2커플링영역(43) 쪽으로 점점 폭이 좁아지는 제2테이퍼영역(45)이 형성된 것이 바람직하다.
이와 같이, 제2커플링영역(43)을 포함하도록 제2도파로(40)를 구성한 경우, 상기 제2커플링영역(43)에서 모드 한정이 약화되므로 상기 제1도파로(30)와 커플링될 수 있다. 따라서, 상기 제2도파로(40)를 통하여 신호가 전송되는 경우, 그 전송되는 광신호 중 적어도 일부의 광신호가 상기 제1도파로(30)로 분리될 수 있어서, 그 응용범위를 넓힐 수 있다. 한편, 상기 제2도파로(40)는 상기 제1도파로(30)와 실질상 동일한 구성을 가지는 것으로, 앞서 설명된 바와 같으므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 도면이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 커플링 광학소자는 제1 및 제2도파로(50)(70)와, 반경 R을 가지는 링 공진기(60)를 포함한다. 상기 제1 및 제2도파로(50)(70) 각각은 제1 및 제2커플링영역(55)(75)을 각각 포함하는 것으로, 제2실시예에 따른 커플링 광학소자의 제1 및 제2도파로(30)(40)와 실질상 동일한 구조를 가지므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 링 공진기(60)는 상기 제1커플링영역(55)과 상기 제2커플링영역(75) 사이에 배치되어, 상기 제1도파로(50)를 통하여 전송되는 광신호의 적어도 일부를 상기 제2도파로(70)로 전송한다. 여기서, 상기 제1도파로(50)와 상기 링 공진기(60) 사이의 최단 간격 g1은 대략 0.2 내지 0.4 ㎛로 도 1을 참조하여 설명된 종래의 링 공진기 구조에 비하여 상대적으로 넓게 설정할 수 있다.
여기서, 상기 제1도파로(50)의 출력단(50b) 주변과, 상기 제2도파로(70)의 일 출력단(70a) 주변에 모니터 A와 B를 각각 설치하고, 상기 제1도파로(50)의 입력단(50a)에 광신호(S3)를 입력한 경우에 있어서, 상기 모니터 A 및 B를 통하여 상기 출력단(50b)(70a) 각각에서 출력되는 광신호(S4)(S5)를 측정한 결과 커플링 효율 내지는 대역폭이 종래의 링 공진기 구조에 비하여 크게 향상됨을 알 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 도면 이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 커플링 광학소자는 제1 및 제2커플링영역(115)(125)을 각각 포함하는 제1 및 제2도파로(110)(120)를 구비한다.
상기 제1도파로(110)는 제2실시예에 따른 커플링 광학소자의 제1도파로(30)와 실질상 동일한 구조를 가지며, 실질상 동일 역할을 수행하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 제2도파로(120)는 제2커플링영역(125)의 폭이 제2전송영역(121)의 폭과 실질상 동일 폭을 가지는 것으로, 상기 제2커플링영역(125) 내에 소정 파장의 광 신호만을 통과시키는 브래그 격자형 필터(127)를 포함한다. 이와 같이, 브래그 격자형 필터(127)를 포함하는 경우, 상기 제1도파로(110)와 제2도파로(120) 사이의 커플링시 특정 파장의 광만이 상기 제2도파로(120)로 진행되도록 한다. 따라서, 이와 같이 구성된 커플링 광학소자는 방향성 결합기(directional coupler)로서 이용될 수 있다. 반면, 상기 제2도파로(120)는 상기한 구성 이외에는 제2실시예에 따른 제2도파로(도 6의 40)와 실질상 동일하므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 커플링 광학소자를 보인 개략적인 도면이다.
도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 커플링 광학소자는 제1 및 제2커플링영역(135)(145)을 각각 포함하는 제1 및 제2도파로(130)(140)와, 상기 제2도파로(140) 주변에 마련된 모듈레이터(150)를 포함한다. 상기 제1도파로(130)는 제2실시 예에 따른 커플링 광학소자의 제1도파로(30)와 실질상 동일한 구조를 가지며, 실질상 동일 역할을 수행한다. 따라서, 상기 제1도파로(130)를 통하여 전송되는 광신호의 적어도 일부분은 상기 제1커플링영역(135)과 상기 제2커플링영역(145)에서 커플링 되어, 상기 제2도파로(140)로 전송된다. 상기 모듈레이터(150)는 상기 제2도파로(140) 주변에 마련되는 것으로, 전기신호의 선택적 인가에 의해 상기 제2도파로(140)의 굴절률을 가변시킴으로써, 상기 제2도파로(140)에 전송된 광신호를 변조시켜 전달할 수 있다.
이하, 도 10a 내지 도 18에 도시된 그래프를 참조하면서, 앞서 설명된 본 발명의 제3실시예에 따른 링 공진기 구조의 커플링 광학소자와, 종래의 링 공진기 구조의 커플링 광학소자를 상호 비교 설명하기로 한다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 제1도파로(210)와 링 공진기(220) 사이의 갭을 0.2 ㎛로 유지한 상태에서, 입력 광신호(S7)로서 파장 1.567㎛의 연속 파장의 광을 조사한 경우의 광신호 전송 분포를 도식화한 것이다. 도면에서, 제1 및 제2도파로(210)(230)의 전송영역 폭은 대략 0.3㎛, 링 공진기(220)의 반경은 대략 1.7㎛, 커플링영역 폭은 대략 0.25㎛로 설정하였다.
도면을 살펴보면, 링 공진기(220)의 동작시 입력된 광신호(S7)의 대부분은 링 공진기(220)를 경유하여 제2도파로(230)의 모니터 B 쪽으로 진행하고, 제1도파로(210)의 모니터 A 쪽으로는 거의 진행하지 않음을 알 수 있다.
이와 같이 진행하는 경우, 시간 변화에 따른 진폭의 분포는 도 10b에 도시된 바와 같다. 도 10b에 있어서, 가로축 좌표 cT는 시간(T)에 광속(c)을 곱한 것으로, 거리의 단위로 표시된다.
도면을 살펴보면, 모니터 A에서 검출되는 신호의 진폭은 대략 -10 dB 이하로 점차 감소하고, 반대로 모니터 B에서 검출되는 신호의 진폭은 점차 증가하여 거의 모든 신호가 모니터 B에서 검출됨을 알 수 있다.
도 11a는 비교예에 따른 제1도파로(310)와 링 공진기(320) 사이의 갭을 0.2 ㎛로 유지한 상태에서, 파장 1.567㎛의 연속 파장의 광을 조사한 경우의 광신호 전송 분포를 도식화한 것이다. 도면에서, 제1 및 제2도파로(310)(320)의 폭은 대략 0.3㎛, 링 공진기의 반경은 대략 1.7㎛로 설정하였다.
도면을 살펴보면, 입력된 광신호(S7)의 일부는 모니터 A'로 진행하고, 일 부분만이 링 공진기(320)를 경유하여 모니터 B'로 진행함을 알 수 있다.
이와 같이 진행하는 경우, 시간 변화에 따른 진폭의 분포는 도 11b에 도시된 바와 같다. 도면을 살펴보면, 모니터 A'에서 검출되는 신호의 진폭은 감소폭이 미약하여 cT 값이 대략 3000㎛에서 대략 -3dB 정도의 높은 진폭을 유지함을 알 수 있다. 그리고, 모니터 B'에서 검출되는 신호의 진폭은 점차 증가하여, 대략 -2 dB 정도를 유지함을 알 수 있다. 따라서, 상기한 결과로부터 본 발명에 따른 링 공진기형 커플링 광학소자가 종래의 경우 보다 광 커플링 효율이 향상됨을 알 수 있다.
한편, 도 10a와 도 11a 각각에 도시된 커플링 광학소자에 대하여 임펄스 신호를 인가한 경우, 파장 변화에 따른 진폭 변화를 살펴보면, 도 12a와 도 12b에 각 각 도시된 바와 같다. 도 12a와 도 12b를 살펴보면, 모니터 B와 B'에서 검출되는 1.567㎛ 파장의 광신호를 비교하여 볼 때, 커플링되는 부분의 대역폭은 크게 증가하고, 모니터 B'에서 검출되는 신호는 대략 4 dB이고 모니터 B에서 검출되는 신호는 대략 5 dB로서 커플링이 다소 증가함을 알 수 있다.
도 13a는 본 발명의 실시예에 따른 제1도파로(410)와 링 공진기(420) 사이의 갭을 0.4 ㎛로 유지한 상태에서, 입력 광신호(S7)로서, 파장 1.567㎛의 연속 파장의 광을 조사한 경우의 광신호 전송 분포를 도식화한 것이다. 도면에서, 제1 및 제2도파로(410)(430)의 전송영역 폭은 대략 0.3㎛, 링 공진기(420)의 반경은 대략 1.7㎛, 커플링영역 폭은 대략 0.25㎛로 설정하였다.
도면을 살펴보면, 링 공진기(420)의 동작시 입력된 광신호(S7)의 상당 부분은 링 공진기(420)를 경유하여 제2도파로(430)의 모니터 B 쪽으로 진행하고, 제1도파로(410)의 모니터 A 쪽으로 일부가 진행함을 알 수 있다. 즉, 상기 제1도파로(410)와 상기 링 공진기(420) 사이의 갭을 0.2 ㎛로 유지한 경우에 비하여, 상기 모니터 A 쪽으로 진행하는 광신호가 증가함을 알 수 있다.
이와 같이 진행하는 경우, 시간 변화에 따른 진폭의 분포는 도 13b에 도시된 바와 같다. 도면을 살펴보면, 모니터 A에서 검출되는 신호의 진폭은 대략 -1 dB 정도로 유지되고, 모니터 B에서 검출되는 신호의 진폭은 점차 증가하여 대략 -5 dB 정도의 신호가 모니터 B에서 검출됨을 알 수 있다.
도 14a는 비교예에 따른 제1도파로(510)와 링 공진기(520) 사이의 갭을 0.4 ㎛로 유지한 상태에서, 파장 1.567㎛의 연속 파장의 광을 조사한 경우의 광신호 전송 분포를 도식화한 것이다. 도면에서, 제1 및 제2도파로(510)(520)의 폭은 대략 0.3㎛, 링 공진기의 반경은 대략 1.7㎛로 설정하였다.
도면을 살펴보면, 입력된 광신호의 대부분은 모니터 A'로 진행하고, 극히 일부분의 광신호 만이 링 공진기(520)를 경유하여 모니터 B'로 진행함을 알 수 있다.
이와 같이 진행하는 경우, 시간 변화에 따른 진폭의 분포는 도 14b에 도시된 바와 같다. 도면을 살펴보면, 모니터 A'에서 검출되는 신호의 진폭은 cT 값이 대략 3000㎛에서 0 dB 정도의 높은 진폭을 유지함을 알 수 있다. 그리고, 모니터 B'에서 검출되는 신호의 진폭은 점차 증가하지만 그 증가 정도가 미약하여 대략 - 15 dB 정도를 유지함을 알 수 있다.
따라서, 상기한 결과로부터 도파로와 링 공진기 사이의 갭 및 다른 조건들을 동일하게 한 경우, 본 발명에 따른 링 공진기형 커플링 광학소자가 종래의 경우 보다 광 커플링 효율이 향상됨을 알 수 있다.
또한, 도 13a와 도 14a 각각에 도시된 커플링 광학소자에 대하여 임펄스 신호를 인가한 경우, 파장 변화에 따른 진폭 변화를 살펴보면, 도 15a와 도 15b에 각각 도시된 바와 같다. 도 15a와 도 15b를 살펴보면, 모니터 B와 B' 각각에서 검출되는 1.567㎛ 파장의 광신호를 비교하여 볼 때, 모니터 B에서 검출되는 신호는 대략 -1 dB로서, 모니터 B'에서 검출된 신호의 진폭에 비하여 크게 증가함으로써, 커플링 효율이 대폭 향상됨을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 초소형 고굴절률 재료를 이용한 도파로 및 이를 채용한 커플링 광학소자는 도파로의 커플링영역의 폭이 전송영역의 폭보다 좁도록 형성함으로써, 커플링영역의 모드 한정을 약화시킴으로써 커플링을 증가시킬 수 있다. 따라서, 도파로와 이웃한 광학소자의 갭을 대략 0.2 내지 0.4 ㎛ 정도로 갭 허용 공차를 넓게 유지하는 경우에도 커플링 효율이 향상된다는 이점이 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.

Claims (14)

  1. 입력된 광신호를 전송하는 전송영역과;
    상기 전송영역 사이에 마련되는 것으로, 상기 전송영역을 통하여 전송되는 광신호 중 적어도 일부 신호가 이웃한 광학부재로 분리되도록 상기 전송영역의 폭에 비하여 상대적으로 좁게 형성된 폭을 가지는 커플링영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전송영역과 상기 커플링영역 사이에는 상기 전송영역의 폭에 대응되는 폭에서 상기 커플링영역의 폭에 대응되는 폭으로 점점 좁아지는 폭을 가지는 테이퍼영역이 형성된 것을 특징으로 하는 도파로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전송영역, 테이퍼영역 및 커플링영역 각각은,
    광신호가 전송되는 코어와;
    상기 코어의 상부, 하부 및 측면에 마련된 것으로, 상기 코어에 비하여 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 클래딩층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 코어의 굴절률과 상기 클래딩층의 굴절률 차이가 2 이상 되도록, 상기 코어는 Si 재질로 이루어지고, 상기 클래딩층의 하부는 SiO2 재질로 이루어지고, 상기 클래딩층의 상부 및 측면은 공기로 이루어진 것을 특징으로 하는 도파로.
  5. 입력된 광신호를 전송하는 제1전송영역과, 이 제1전송영역 내에 마련된 제1커플링영역을 구비한 제1도파로와;
    상기 제1도파로에 이웃되게 배치되며, 입력된 광신호를 전송하는 제2전송영역과, 상기 제2전송영역 내에 마련된 제2커플링영역을 구비한 제2도파로;를 포함하며,
    상기 제1커플링영역의 폭이 상기 제1전송영역의 폭에 비하여 상대적으로 좁게 형성되어, 상기 제1도파로를 통하여 전송되는 광신호 중 적어도 일부의 광신호가 상기 제1 및 제2커플링영역에서 커플링되어 상기 제2도파로로 분리되도록 된 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1커플링영역과 상기 제1전송영역 사이에는 상기 제1전송영역의 폭에 대응되는 폭에서 상기 제1커플링영역의 폭에 대응되는 폭으로 점점 좁아지는 폭을 가지는 제1테이퍼영역이 형성된 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2커플링영역의 폭이 상기 제2전송영역의 폭에 비하여 상대적으로 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2커플링영역과 상기 제2전송영역 사이에는 상기 제2전송영역의 폭에 대응되는 폭에서 상기 제2커플링영역의 폭에 대응되는 폭으로 점점 좁아지는 폭을 가지는 제2테이퍼영역이 형성된 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2도파로 각각은,
    광신호가 전송되는 코어와;
    상기 코어의 상부, 하부 및 측면에 마련된 것으로, 상기 코어에 비하여 상대적으로 낮은 굴절률을 가지는 클래딩층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코어의 굴절률과 상기 클래딩층의 굴절률 차이가 2 이상 되도록, 상기 코어는 Si 재질로 이루어지고, 상기 클래딩층의 하부는 SiO2 재질로 이루어지고, 상기 클래딩층의 상부 및 측면은 공기로 이루어진 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  11. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1커플링영역과 상기 제2커플링영역 사이에 배치되어, 상기 제1도파로를 통하여 전송되는 광신호의 적어도 일부를 상기 제2도파로로 전송하는 링 공진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1도파로와 상기 링 공진기 사이의 최단 간격은 대략 0.2 내지 0.4 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  13. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2도파로는,
    상기 제2커플링영역 내에 소정 파장의 광 신호만을 통과시키는 브래그 격자형 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
  14. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2도파로 주변에 마련되는 것으로, 전기신호의 인가에 의해 상기 제2도파로의 굴절률을 가변시키는 모듈레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커플링 광학소자.
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