KR100695769B1 - 광합분파기 - Google Patents

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KR100695769B1 KR1020047015104A KR20047015104A KR100695769B1 KR 100695769 B1 KR100695769 B1 KR 100695769B1 KR 1020047015104 A KR1020047015104 A KR 1020047015104A KR 20047015104 A KR20047015104 A KR 20047015104A KR 100695769 B1 KR100695769 B1 KR 100695769B1
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Abstract

본 발명은, 입사용 코어(4)와 출사용 코어(5)를 갖고, 출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭의 1.5배를 넘는 것을 특징으로 하는 광도파로를 제공한다. 이 광도파로는 10nm 정도로 넓은 범위에서 광의 파장이 변동하는 경우에도, 광을 합분파할 수 있다. 더욱이 본 발명은 광의 경로로 되는 광도파로와, 분광이나 집광을 목적으로 하는 회절격자를 사용한 광합분파기에 있어서, 사용하는 파장에서의 광도파로 코어층의 막평면에 평행인 방향의 굴절율(nTE)과 광도파로 코어층의 막평면에 수직인 방향의 굴절율(nTM)의 차이의 절대치가 0.007 이하인 것을 특징으로 하는 광합분파기를 제공한다. 이 광합분파기는, 광도파로 코어층의 굴절율을 0.007 이하로 하므로써, 입력신호광의 편광방향에 의존하는 출력신호광의 파장변동을 5nm 이하로 억제할 수 있다.

Description

광합분파기{OPTICAL MULTIPLEXER/DEMULTIPLEXER}
본 발명은, 광도파로 및 광합분파기(光合分波器)에 관한 것으로서, 특히 복수의 파장의 광신호를 파장마다 나누는 분파광도파로 및 복수의 파장의 광신호를 모으는 합파광도파로 및 광합분파기에 관한 것이다. 더욱이 본 발명은, 파장간격이 수십nm의 파장분할다중전송에 사용되는 광합분파기에 관한 것이다.
최근의 인터넷의 보급에 수반하여, 정보전송수요가 급격하게 증대하고 있다. 이 때문에, 1개의 광파이버내를 복수의 파장의 광을 통과시켜 신호를 보내는 파장분할다중(WDM) 전송기술이 널리 보급되고 있다. 원거리의 통신에서는, 1개의 파이버에 가능한 만큼 많은 정보를 운송하므로, 사용하는 파장간격을 1nm 이하로 좁게 하여, 많은 파장의 광을 사용한 고밀도 파장분할다중(DWDM) 전송이 사용되고 있다. 이 경우의 각 파장에 있어서 파장변동은 0.1nm 이하인 것이 필수이고, 바람직하게는 0.01nm 이하인 것이 요구되고 있다.
한편, 수km~수10km의 통신에 대해서는, 10nm 정도의 파장변동에도 대응할 수 있도록 파장간격을 20nm 이상으로 넓힌 저밀도 파장분할다중(CWDM) 전송이 확대되고 있다. 이 경우에는, 레이저 등의 온도조절기가 불필요하게 되어, 비용의 저감이 가능하게 된다. 이와 같은 WDM전송을 실현하는데에는, 복수의 파장의 광신호를 모으는 광합파기 및 파장마다 광신호를 나누는 광분파기가 필요하게 된다.
DWDM용 광합분파기로서는, 예컨대 옵티칼파이버컨퍼런스 2001 테크니컬다이제스트, WB1-1(2001)에 기재되어 있는 바와 같은 어레이회절격자(AWG)를 사용한 DWDM용 광합분파기가 있지만, 0.1nm 이하의 좁은 파장변동에만 대응하고 있고, CWDM용과 같이 10nm 정도의 파장변동이 있으면 전혀 합분파할 수 없게 된다.
CWDM과 같이 광범위의 파장변동에 대응가능한 광합분파기로서, 예컨대 업라이드옵틱스 Vol.21, p.2195(1982)에는, 광도파로와 회절격자를 사용한 광합분파기가 보고되어 있다. 광도파로와 회절격자를 사용한 광합분파기는 부품수의 삭감, 소형화가 가능하다.
더욱이, CWDM전송을 실현하는 방법으로서는, 소정의 파장범위의 광을 통과시키는 박막다층막 필터를 파장수만큼 사용하는 것에 의해 분파하는 방법이 있다. 이 방법에 사용되는 광분파기는, 고정밀도로 막두께가 제어된 100층 전후의 박막으로 이루어진 필터와 코리미터렌즈 및 파이버를 광축이 맞도록 조정하여 조립되어 있다.
종래의 AWG를 사용한 광합분파기에서는, 0.1nm 이하의 좁은 파장변동에만 대응하고 있고, CWDM용과 같이 10nm 정도의 파장변동이 있으면 전혀 합분파할 수 없게 된다. CWDM용에서는, 10nm 정도의 파장변동에 대해서 손실이 변하지 않는, 도 9에 나타난 바와 같은 플랫톱(flat top) 형상의 특성이 요구되고 있다. 종래의 회절격자를 사용한 합분파기에서는, 상기 업라이드옵틱스 Vol.21, p.2195(1982)에 기재 되어 있는 바와 같이, 손실이 파장변동에 의해 증대하는 산형(山形)의 특성으로 되어 있었다. 또한, 박막다층필터를 사용하여 합분파하는 방법에서는, 고가이고 또한 양산성이 부족한 다층박막필터를 파장수에 따라서 복수매 사용할 필요가 있고, 또한 그들과 고정밀도의 렌즈 및 그들과 파이버를 고정밀도로 위치맞춤하기 위해서, 상당히 고가의 장치로 되어 버린다. 또한, 생산성도 낮기 때문에, 양산화가 어렵다는 과제도 있다.
광도파로와 회절격자를 사용한 광합분파기의 구성에서는, 사용되는 광도파로에 관해서, 막평면에 평행한 방향의 광도파로 코어층의 굴절율(nTE)과 막평면에 수직인 방향의 광도파로 코어층의 굴절율(nTM)의 차이의 절대치(이하 「복굴절율」이라 한다)가 큰 경우, 입력신호광의 편광방향에 따라 출력신호광의 파장이 변동한다는 문제가 있었다. 상술한 바와 같이 CWDM통신에서는, 적어도 10nm의 출력신호광의 파장변동이 있어도 합분파가능하다는 것이 필요하게 된다. 광원으로 되는 레이저의 제조편차나 레이저의 사용환경의 온도변화에 의해, 레이저의 발진파장이 적어도 5nm는 변동할 수 있으므로, 복굴절율에 의해 생기는 파장변동은 5nm 이하인 것이 요구된다.
복굴절율과 파장변동의 관계는, 파장변동량을 Δλ(nm), 사용파장을 λ(nm), 사용파장에 있어서 굴절율을 n, 사용파장에 있어서 복굴절율을 Δn으로 하면, 일반적으로
Δλ=λ×Δn/n … (1)
로 표시된다.
예컨대, 광도파로 재료로서 사용되고 있는 불소화 폴리이미드에서는, 실리콘기판상에 제막한 경우, 사용파장 λ가 1300nm인 경우, 굴절율 n은 1.5291, 복굴절율 Δn은 0.009이다. 이것으로부터 파장변동량 Δλ는 7~8nm 정도로 되어, 실용상 큰 장해로 된다.
본 발명의 목적은, 10nm 정도로 넓은 범위에서 광의 파장이 변동하는 경우에도 광을 합분파할 수 있는 광도파로 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 출력신호광의 파장변동이 적은 광합분파기를 제공하는 것이다.
본 발명은, 이하의 광도파로 및 광합분파기를 제공하는 것이다.
(1) 입사용 코어(4)와 출사용 코어(5)를 갖고, 출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭의 1.5배를 넘는 것을 특징으로 하는 광도파로.
(2) 출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭의 2~20배인 상기 광도파로.
(3) 입사용 코어(4)의 폭이 3~10㎛이고, 출사용 코어(5)의 폭이 15~50㎛인 상기 광도파로.
(4) 입사용 코어(4)를 전파하는 광이 싱글모드인 것을 특징으로 하는 상기 광도파로.
(5) 위치맞춤용 코어를 1개 이상 더 갖는 상기 광도파로.
(6) 상기 광도파로를 사용한 광합분파기.
(7) 회절격자를 갖는 상기 광합분파기.
(8) 회절격자가 반사막을 갖는 상기 광합분파기.
(9) 사용하는 파장에서의 광도파로 코어층의 막평면에 평행인 방향의 굴절율(nTE)과 광도파로 코어층의 막평면에 수직인 방향의 굴절율(nTM)의 차이의 절대치가 0.007 이하인 것을 특징으로 하는 상기 6~8 중 1항에 기재된 광합분파기.
(10) 광의 경로로 되는 광도파로와, 분광이나 집광을 목적으로 하는 회절격자를 사용한 광합분파기에 있어서, 사용하는 파장에서의 광도파로 코어층의 막평면에 평행인 방향의 굴절율(nTE)과 광도파로 코어층의 막평면에 수직인 방향의 굴절율(nTM)의 차이의 절대치가 0.007 이하인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
(11) 광도파로 및 이것을 지지하는 기판이 수지제인 것을 특징으로 하는 상기 6~10 중 어느 1항에 기재된 광합분파기.
도 1(a)는, 본 발명의 실시예 1의 모식화된 광합분파기의 측면도, (b)는 그 A-A' 단면도이다.
도 2(a)는, 본 발명의 실시예 1의 모식화된 광합파기의 측면도, (b)는 그 A-A' 단면도이다.
도 3(a)는, 본 발명의 실시예 1의 모식화된 광분파기의 측면도, (b)는 그 A-A' 단면도이다.
도 4(a)는, 본 발명의 실시예 2의 모식화된 광합파기의 측면도, (b)는 그 A-A' 단면도이다.
도 5(a)는, 본 발명의 실시예 2의 모식화된 광합파기의 측면도, (b)는 그 A- A' 단면도이다.
도 6(a)는, 본 발명의 실시예 3의 모식화된 광분파기의 측면도, (b)는 그 A-A' 단면도이다.
도 7(a)는, 본 발명의 실시예 3의 모식화된 광분파기의 측면도, (b)는 그 A-A' 단면도이다.
도 8(a)는, 본 발명의 실시예 4의 모식화된 광합분파기의 측면도, (b)는 그 A-A' 단면도이다.
도 9는, CWMD용 합분파기의 분파특성을 나타내는 단면도이다.
도 10(a)는, 본 발명의 실시의 형태를 나타내는 광합분파기의 구성도이고, (b)는 (a)의 A-A'면에 있어서의 단면도, (c)는 (a)의 B-B'면에 있어서의 단면도이다.
도 11은, 도 10 기재의 광합분파기에 있어서의 분파특성을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 제 1의 실시태양에 의하면, 이하와 같은 광도파로가 제공된다.
즉, 입사용 코어(4)와 출사용 코어(5)를 갖는 광도파로에 있어서, 출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭의 1.5배를 넘고, 바람직하게는 2~20배, 더욱 바람직하게는 2~10배, 가장 바람직하게는 3~8배로 한 것이다.
또한, 입사용 코어(4)의 폭은, 바람직하게는 3~10㎛이고, 출사용 코어(5)의 폭은 바람직하게는 15~50㎛이다. 예컨대, 합분파기에 있어서 분파특성을 도 9에 나 타낸 바와 같은 플랫톱의 특성으로 하는 데에는, 출사용 코어(5)에 입사하는 광이 미소한 스폿 형상으로 되어 있는 것이 바람직하고, 그것을 위해서는, 입사용 코어(4)를 전파하는 광이 싱글모드로 되도록 하는 광도파로로 하는 것이 바람직하다.
여기에서 코어의 폭으로는, 복수개의 코어를 사용한 경우, 각각의 코어의 폭을 말한다.
출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭의 1.5배 이하인 경우에는, 좁은 파장의 변동에 대해서만 도 9의 플랫의 손실로 되고, CWDM에 요구되고 있는 바와 같은 넓은 파장범위의 변동에 대응하는 것은 불가능하다. 출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭의 20배보다 큰 경우에는, 각각에 대응하여 광도파로의 사이즈가 크게 된다는 문제가 생기는 경우가 있다. 예컨대, 폭이 넓은 코어에 대응하여, 출사된 광이 입사하는 광파이버의 코어지름이나 수광기(受光器)의 수광면적이 크게 된 경우, 광의 전송속도가 제한되어, 고속전송에는 부적합하게 되는 경우가 있다.
본 발명의 광도파로에서는, 출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭보다 크기 때문에, 출사용 코어(5)로부터 나온 광의 강도를 모니터하여, 광도파로와 광파이버나 회절격자 등의 부재와의 위치맞춤을 고정밀도로 행하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 상기 코어 이외에 다른 위치맞춤용 코어를 1개 이상 설치하고, 이 위치맞춤용 코어를 사용하여, 상기 회절격자 등의 입사광이 부딪히는 부재의 위치맞춤을 행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광도파로는 복수의 입사용 코어(4)와 그것보다 폭이 넓은 복수의 출사용 코어(5)와 요철을 갖는 혹은 굴절율분포를 갖는 회절격자(7) 혹은 어레이광 도파로 회절격자(10)를 조합시켜, 10nm 정도의 넓은 파장변동에도 대응할 수 있는 광합분파기에 사용하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 광도파로는 입사용 코어(4)를 복수개로 하고, 출사용 코어(5)를 1개로 하는 것에 의해 면적을 축소한 광합파기에 사용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 광도파로는 입사용 코어(4)를 1개로 하고, 출사용 코어(5)를 복수개로 하는 것에 의해 면적을 축소한 광분파기에 사용하는 것이 가능하다. 1km를 넘는 장거리 전송에서는 싱글모드 광파이버를 사용하기 때문에, 이 경우에는 본 발명의 광합파기에서는 광파이버와의 결합의 경우, 손실이 생기므로 적당하지 않다. 이 경우에는, 본 발명의 광도파로는 광분파기에 사용하는 것이 바람직하다.
광합분파기에 사용되는, 표면에 요철을 갖는 회절격자로서는, 투과형과 반사형이 고려되지만, 반사형에서는 광의 반사율을 높이기 위해서 금속 등의 반사막을 피착시킨 것이 사용된다. 또한, 이와 같은 구조의 합분파기에서는, 회절격자를 광도파로에 대해서 고정밀도로 위치맞춤할 필요가 있다. 그것을 위해서, 상기 위치맞춤용 코어를 제작하고, 회절격자로부터의 회절광을 이 위치맞춤용 코어에 입사하고, 위치맞춤용 코어를 통하여 출사된 광의 강도가 최대로 되도록 회절격자의 위치를 최적화하는 것이다. 이와 같이 하여 완성된 광합분파기는, 광합분파기내에서의 광의 손실(입사광에 대한 출사광의 파워가 감소된 비율)을 본 경우, 10nm 정도의 파장범위에서는 파장에 의존하지 않는, 도 9에 나타낸 바와 같은 플랫톱 형상의 파장특성을 갖고, 레이저의 온도변동 등에 의한 파장의 변동에 대해서 자유도가 큰 특성을 갖는 것이 가능하다.
본 발명의 상기 광도파로를 사용한 광합분파기에 있어서, 사용하는 파장에서의 광도파로 코어층의 막평면에 평행한 방향의 굴절율(nTE)과 광도파로 코어층의 막평면에 수직인 방향의 굴절율(nTM)의 차이의 절대치는 0.007 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2의 실시형태에 의하면, 광의 경로로 되는 광도파로와, 분광이나 집광을 목적으로 하는 회절격자를 사용한 광합분파기에 있어서, 사용하는 파장에서의 광도파로 코어층의 막평면에 평행인 방향의 굴절율(nTE)과 광도파로 코어층의 막평면에 수직인 방향의 굴절율(nTE)의 차이의 절대치가 0.007 이하인 것을 특징으로 하는 광합분파기가 제공된다.
광의 경로로 되는 광도파로 코어층의 복굴절율을 0.007 이하로 하는 것에 의해, 입력신호광의 편광방향에 의존하는 출력신호광의 파장변동을 5nm 이하로 억제할 수 있다. 이것은 사용파장 λ를 1270~1610nm, 굴절율 n을 1.4~1.7로 하여, 상기의 (1)식으로부터 파장변동량 Δλ가 5nm 이내로 되는 복굴절율 Δn을 구한 값이다.
복굴절율이 생기는 원인으로서는 재료가 갖는 고유복굴절율과 광도파로 코어층의 제조프로세스에 있어서 생기는 잔류응력이 있다. 본 발명은, 이들 고유복굴절율과 잔류응력을 작게 하므로써 상술한 과제를 해결하도록 하는 것이다.
고유복굴절율이 작은 재료로서는, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘 수지, SiO2 또는 SiO2에 Ge, Ti, F 등의 첨가물을 1종류 이상 도프하여 굴절율을 제어 한 것을 예로 들 수 있지만, 그 중에서도 아크릴계 수지 및 SiO2 또는 SiO2에 Ge, Ti, F 등의 첨가물을 1종류 이상 도프하여 굴절율을 제어한 것은 고유복굴절율이 0.001 이하인 것이 알려져 있어, 이러한 것을 광도파로 코어층에 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 광도파로 코어층의 잔류응력을 저감시키기 위한 수단으로서는, 광도파로 코어층을 포함하는 광도파로의 열팽창계수와 기판의 열팽창계수의 차이를 작게 하는 방법이 있다. 열팽창계수의 차이는, 바람직하게는 30배 이하, 더욱 바람직하게는 20배 이하, 가장 바람직하게는 10배 이하이다.
예컨대, 불소화 폴리이미드를 사용하여 광도파로 코어층을 포함하는 광도파로를 제작하는 경우, 종래에는 실리콘이나 석영 등의 기판상에 형성하였다. 이 경우, 광도파로와 기판의 열팽창계수의 비가 10배 이상이고, 제막후의 폴리이미드막에 잔류응력이 생기고, 그 응력 때문에, 큰 복굴절율이 생기고 있다. 이 과제를 해결하기 위해서는, 광도파로와 기판의 열팽창계수를 가깝게 하는, 즉 광도파로를 폴리머제로 한 경우, 이것을 지지하는 기판도 광도파로에 사용한 폴리머의 열팽창계수에 가까운 열팽창계수를 갖는 수지제로 하는 것이 유효하다.
구체적인 예로서는, 광도파로 코어층 재료로서 불소화 폴리이미드수지를 사용하는 경우, 기판을 폴리이미드제 수지기판으로 하면 좋다. 이와 같이 하는 것에 의해, 복굴절율을 0.001 미만으로 할 수 있다.
본 발명의 광합분파기에 사용되는 회절격자로서는, 특별히 한정되지 않지만, 반사형의 회절격자, 예컨대 회절격자 표면에 반사막으로서 Al, Au 등의 금속막을 갖는 것 등이나, 투과형의 회절격자, 예컨대 회절격자의 기재에 석영, 투명플라스틱 등 광선을 투과하는 재료를 사용한 것 등을 들 수 있다.
상기 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서는, 회절격자를 광도파로기판과 독립하여 설치한 형태에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이와 같은 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 회절격자를 광도파로와 일체화하여 설치하는 것도 가능하다. 이와 같은 형태에서는, 회절격자와 광도파로의 소자레벨에서의 실장 위치맞춤이 불필요하게 되므로, 광합분파기의 제작공정의 간략화나 비용저감이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내어, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예 1
본 발명의 광도파로의 제 1의 실시예에 관해서, 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1(a)는 본 발명의 광도파로의 측면도, 도 1(b)는 (a)의 A-A' 단면도이다. 기판(1)의 위에 배치된 클래드(2)내에 횡단면이 사각형상인 코어(3)가 매립되고, 그 코어(3)의 패턴은 (b)에 나타난 바와 같이, 4개의 입사용 코어(4)와 4개의 출사용 코어(5), 위치맞춤용 입사용 코어(8)와 출사용 코어(9), 슬래브상의 코어(6)로 구성되어 있고, 광도파로 오른쪽 단에는 회절격자(7)가 배치되어 있다. 여기에서, 이 기판에는 유리나 반도체(Si 등)나 폴리머 수지기판 등을 사용한다. 클래드(2) 및 코어(3)에는 SiO2, 또는 SiO2에 Ge, Ti, F 등의 굴절율을 제어하는 첨가물을 적어도 1종류 포함한 것, 또는 불소화 폴리이미드나 실리콘수지, 에폭시수지 등의 굴절율을 조정한 폴리머재를 사용하는 것이 가능하다. 회절격자(7)는 표면에 소정의 주기의 요철이 형성되어 있고, 광도파로와 접하는 표면에는 광을 반사시키기 위해서 Au나 Al 등의 금속이 피착되어 있다.
본 합분파기를 합파기로서 사용하는 경우에는, 도 2에 나타난 바와 같이 4개의 입사용 코어(4)에 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 4개의 광을 입력시킨다. 입사된 광은 입사용 코어(4)를 전파하여 슬래브상 코어(6)를 통과하여 회절격자(7)에 부딪혀, 파장으로 결정된 각도로 반사된다. 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 광이 결정된 1개의 출사용 코어(5)에 입사하도록 회절격자(7)를 설계하는 것에 의해, 회절격자(7)에서 반사된 4개의 파장의 광은 1개의 출사용 코어(5)를 통하여 외부로 출사되어, 합파기로서 기능하는 것이 가능하다.
또한, 본 합분파기를 분파기로서 사용하는 경우에는, 도 3에 나타내는 바와 같이 결정된 입사용 코어(4)에 파장다중된 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 4개의 광신호를 입사시킨다. 입사된 광은 입사용 코어(4)를 전파하고, 더욱이 슬래브상 코어(6)를 통하여 회절격자(7)에 부딪혀, 파장으로 결정된 각도로 반사된다. 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 광이 결정된 4개의 출사용 코어(5)에 입사하도록 회절격자(7)를 설계하는 것에 의해, 회절격자(7)에서 반사된 4개의 파장의 광은 파장마다 나뉘어져 파장 λ1, λ2, λ3, λ4에 대응한 각각의 출사용 코어(5)에 입사하고, 4개의 출사용 코어(5)를 통하여 외부로 출사되어, 분파기로서 기능하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 출사용 코어(5)의 폭은 입사용 코어(4)의 폭보다 크게 되어 있고, 구체적으로는 입사용 코어(4)의 폭은 각 7㎛, 출사용 코어(5)의 폭은 각 30㎛이다.
이 실시예에서는 입사용 코어(4), 출사용 코어(5) 이외에 회절격자(7)의 위치맞춤용 입사용 코어(8)와 출사용 코어(9)가 형성되어 있다. 이것은, 회절격자(7)를 정밀도 좋게 소정의 위치로 배치시키기 위해서 사용하는 것이다. 위치맞춤용 입사용 코어(8)에 파장 λ5의 광을 입사시키고, 회절격자(7)에서 반사된 광을 출사용 코어(9)에서 받아들이고, 출사용 코어(5)로부터 출사된 광의 강도를 측정하고, 이 광강도가 최대로 되도록 회절격자(7)의 위치를 움직이도록 하는 것에 의해 회절격자(7)의 위치맞춤을 행하는 것이다.
여기에서, 파장 λ5는 λ1~λ4 중 어느 하나를 사용하여도 좋다. 또한, λ5로서, λ1~λ4 이외의 파장을 사용하는 것에 의해, 위치맞춤용 입사용 코어(4)로서 λ1~λ4가 입사하는 어느 하나의 광입사용 코어(4)를 병용하는 것도 가능하다. 본 발명의 광도파로의 구성으로 하는 것에 의해, 입사되는 광의 파장 λ1~λ4가 각각 소정의 파장범위에서 변동하여도, λ1~λ4에 대응한 출사용 코어(5)로부터 광을 출사시키는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 4파장에 대응한 광도파로에 관해서 서술하였지만, 4파장 이외이어도 파장수에 맞추어 입사용 코어(4) 및 출사용 코어(5)의 개수를 변경시키므로써 대응가능하다.
실시예 2
본 발명의 광도파로의 제 2의 실시예에 관해서, 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4(a)는 본 발명의 광도파로의 측면도, 도 4(b)는 (a)의 A-A' 단면도이다. 기판(1)의 위에 배치된 클래드(2)내에 사각형상의 코어(3)가 매립되고, 그 코어(3)의 패턴은 (b)에 나타난 바와 같이, 4개의 입사용 코어(4)와 1개의 출사용 코어(5), 위치맞춤용 입사용 코어(8)와 출사용 코어(9), 슬래브상의 코어(6)로 구성되어 있고, 광도파로 오른쪽 단에는 회절격자(7)가 배치되어 있다. 여기에서, 이 기판에는 유리나 반도체(Si 등)나 폴리머 수지기판 등을 사용한다. 클래드(2) 및 코어(3)에는 SiO2 또는 SiO2에 Ge, Ti, F 등의 굴절율을 제어하는 첨가물을 적어도 1종류 포함한 것, 또는 불소화 폴리이미드나 실리콘수지, 에폭시수지 등의 굴절율을 조정한 폴리머재를 사용하는 것이 가능하다.
회절격자(7)는 표면에 소정의 주기의 요철이 형성되어 있고, 광도파로와 접하는 표면에는 광을 반사시키기 위해서 Au나 Al 등의 금속이 피착되어 있다.
본 구성을 취하는 것에 의해, 광합파기로서 사용하는 것이 가능하다. 도 4에 나타난 바와 같이 4개의 입사용 코어(4)에 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 4개의 광을 입력시킨다. 입사된 광은 입사용 코어(4)를 전파하여 슬래브상 코어(6)를 통과하여 회절격자(7)에 부딪혀, 파장으로 결정된 각도로 반사된다. 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 광이 1개의 출사용 코어(5)에 입사하고, 4개의 파장의 광은 1개의 출사용 코어(5)를 통하여 외부로 출사되어, 합파기로서 기능하는 것이 가능하다.
출사용 코어(5)의 폭은 입사용 코어(4)의 폭보다 크게 되어 있고, 본 실시예에서는 입사용 코어(4)의 폭은 각 7㎛, 출사용 코어(5)의 폭은 30㎛이다.
본 실시예에는 상기 입사용 코어(4), 출사용 코어(5) 이외에 회절격자(7)의 위치맞춤용 입사용 코어(8)와 출사용 코어(9)가 형성되어 있다. 이것은, 회절격자(7)를 정밀도 좋게 소정의 위치에 배치시키기 위해서 사용하는 것이다. 위치맞춤용 입사용 코어(8)에 파장 λ5의 광을 입사시키고, 회절격자(7)에서 반사된 광을 출사용 코어(9)에서 받아들이고, 출사용 코어(9)로부터 출사된 광의 강도를 측정하고, 이 광강도가 최대로 되도록 회절격자(7)의 위치를 움직이도록 하는 것에 의해 회절격자(7)의 위치맞춤을 행하는 것이다. 여기에서, 파장 λ5는 λ1~λ4중 어느 하나를 사용하여도 좋다.
또한, 파장 λ5로서 λ1~λ4 이외의 파장을 사용하는 것에 의해, 도 5에 나타내는 광도파로와 같이, 위치맞춤용 입사용 코어(8)로서, λ1~λ4가 입사하는 어느 하나의 광입사용 코어(4)를 병용하는 것도 가능하다. 본 발명의 광도파로의 구성으로 하는 것에 의해, 입사되는 광의 파장 λ1~λ4가 각각 소정의 파장범위에서 변동하여도, 파장 λ1~λ4의 광을 출사용 코어(5)로부터 출사시키는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 4파장에 대응한 광도파로에 관해서 서술하였지만, 4파장 이외이어도 파장수에 맞추어 입사용 코어(4) 및 출사용 코어(5)의 개수를 변경시키므로써 대응가능하다.
실시예 3
본 발명의 광도파로의 제 3의 실시예에 관해서, 도 6을 사용하여 설명한다. 도 6(a)는 본 발명의 광도파로의 측면도, 도 6(b)는 (a)의 A-A' 단면도이다. 기판 (1)의 위에 배치된 클래드(2)내에 사각형상의 코어(3)가 매립되고, 그 코어(3)의 패턴은 (b)에 나타난 바와 같이, 1개의 입사용 코어(4)와 4개의 출사용 코어(5), 위치맞춤용 입사용 코어(8)와 출사용 코어(9), 슬래브상의 코어(6)로 구성되어 있고, 광도파로 오른쪽 단에는 회절격자(7)가 배치되어 있다. 여기에서, 이 기판(1)에는 유리나 반도체(Si 등)나 폴리머 수지기판 등을 사용한다. 클래드(2) 및 코어(3)에는 SiO2 또는 SiO2에 Ge, Ti, F 등의 굴절율을 제어하는 첨가물을 적어도 1종류 포함한 것, 또는 불소화 폴리이미드나 실리콘수지, 에폭시수지 등의 굴절율을 조정한 폴리머재를 사용하는 것이 가능하다.
회절격자(7)는 표면에 소정의 주기의 요철이 형성되어 있고, 광도파로와 접하는 표면에는 광을 반사시키기 위해서 Au나 Al 등의 금속이 피착되어 있다. 본 구성을 취하는 것에 의해, 광분파기로서 사용하는 것이 가능하다. 본 합분파기를 분파기로서 사용하는 경우에는, 도 6에 나타난 바와 같이 결정된 입사용 코어(4)에 파장다중된 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 4개의 광신호를 입사시킨다. 입사된 광은 입사용 코어(4)를 전파하고, 더욱이 슬래브상 코어(6)를 통하여 회절격자(7)에 부딪혀, 파장으로 결정된 각도로 반사되어, 4개의 파장의 광은 파장마다 나뉘어져 파장 λ1, λ2, λ3, λ4에 대응한 각각의 출사용 코어(5)에 입사하고, 4개의 출사용 코어(5)를 통하여 외부로 출사되어, 분파기로서 기능하는 것이 가능하다.
출사용 코어(5)의 폭은 입사용 코어(4)의 폭보다 크게 되어 있고, 본 실시예에서는 입사용 코어(4)의 폭은 7㎛, 출사용 코어(5)의 폭은 각 30㎛이다.
본 실시예에는 상기 입사용 코어(4), 출사용 코어(5) 이외에 회절격자(7)의 위치맞춤용 입사용 코어(8)와 출사용 코어(9)가 형성되어 있다. 이것은, 회절격자(7)를 정밀도 좋게 소정의 위치에 배치시키기 위해서 사용하는 것이다. 위치맞춤용 입사용 코어(8)에 파장 λ5의 광을 입사시키고, 회절격자(7)에서 반사된 광을 출사용 코어(9)에서 받아들이고, 출사용 코어(9)로부터 출사된 광의 강도를 측정하고, 이 광강도가 최대로 되도록 회절격자(7)의 위치를 움직이도록 하는 것에 의해 회절격자(7)의 위치맞춤을 행하는 것이다.
여기에서, 파장 λ5는 λ1~λ4 중 어느 하나를 사용하여도 좋다. 또한, λ5로서 λ1~λ4 이외의 파장을 사용하는 것에 의해, 도 7에 나타나는 광도파로와 같이, 위치맞춤용 입사용 코어(8)로서 λ1~λ4가 입사하는 광입사용 코어(4)를 병용하는 것도 가능하다. 본 발명의 광도파로의 구성으로 하는 것에 의해, 입사되는 광의 파장 λ1~λ4가 각각 소정의 파장범위에서 변동하여도, 파장 λ1~λ4의 광을 출사용 코어(5)로부터 출사시키는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 4파장에 대응한 광도파로에 관해서 서술하였지만, 4파장 이외이어도 파장수에 맞추어 입사용 코어(4) 및 출사용 코어(5)의 개수를 변경시키므로써 대응가능하다.
실시예 4
본 발명의 광도파로의 제 4의 실시예에 관해서, 도 8을 사용하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 광도파로의 구성도이다. 도 8(a)에 나타난 바와 같이, 광도파로는 기판(1)의 위에 배치된 클래드(2)에 사각형상의 코어(3)가 매립된 구조로 되어 있고, 그 코어(3)의 패턴은 도 8(b)에 나타난 바와 같이, 4개의 입사용 코어(4)와 입사용 코어(4)보다 폭이 넓은 4개의 출사용 코어(5), 슬래브상의 코어(6)와 어레이상의 코어(10)로 구성되어 있다. 이것은 어레이 광도파로 회절격자라 불리우는 구조이다. 이들 구성을 취하는 것에 의해, 합분파기로서 기능시키는 것이 가능하다. 합파기로서 기능시키는데에는, 각 입사용 코어(4)에 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 4개의 광신호를 입사시킨다. 입사된 광은 입사용 코어(4)를 전파하여 슬래브상 코어(6)에 입사하고, 더욱이 어레이상 코어(10), 슬래브상 코어(6)를 통과하여, 4개의 출사용 코어(5) 중 1개에 입사한다. 그 경우, 1개의 출사용 코어(5)에 4개의 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 광이 입사하므로써 합파하고, 출사용 코어(5)를 전파하여 출사용 코어(5)로부터 출사된다.
한편, 분파기로서 기능시키는 데에는, 입사용 코어(4)에 파장다중된 파장 λ1, λ2, λ3, λ4의 4개의 광신호를 입사시킨다. 입사한 광은 입사용 코어(4)를 전파하여 슬래브상 코어(6)에 입사하고, 더욱이 어레이상 코어(10), 슬래브상 코어(6)를 통과하여 출사용 코어(5)에 입사한다. 그 경우, 광은 파장마다 나뉘어 파장 λ1, λ2, λ3, λ4에 대응한 각각의 출사용 코어(5)에 입사하고, 출사용 코어(5)를 전파하여 출사용 코어(5)로부터 출사된다. 여기에서, 이 기판에는 유리나 반도체(Si 등)나 폴리머 수지기판 등을 사용한다. 클래드(2) 및 코어(3)에는 SiO2 또는 SiO2에 Ge, Ti, F 등의 굴절율을 제어하는 첨가물을 적어도 1종류 포함한 것, 또는 불소화 폴리이미드나 실리콘수지, 에폭시수지 등의 굴절율을 조정한 폴리머재를 사 용하는 것이 가능하다.
출사용 코어(5)의 폭은 입사용 코어(4)의 폭보다 크게 되어 있고, 본 실시예에서는 입사용 코어(4)의 폭은 각 7㎛, 출사용 코어(5)의 폭은 각 30㎛이다. 본 발명의 광도파로의 구성으로 하는 것에 의해, 입사되는 광의 파장 λ1~λ4가 각각 소정의 파장범위에서 변동하여 광합분파기로서 기능시키는 것이 가능하다.
본 실시예에서는 4파장에 대응한 광도파로에 관해서 서술하였지만, 4파장 이외이어도 파장수에 맞추어 입사용 코어(4) 및 출사용 코어(5)의 개수를 변경시키므로써 대응가능하다.
다음에 본 발명의 제 2의 실시형태에 관한 광합분파기의 일실시예에 관해서, 도 10 및 도 11을 사용하여 설명한다. 도 10(a)는 본 발명의 광합분파기의 일실시예를 나타내는 구성도이고, (b)는 (a)의 A-A'면에 있어서의 단면도, (c)는 (a)의 B-B'면에 있어서의 단면도이다. 도 10은 반사형의 회절격자(4)를 사용한 일예이지만, 투과형의 회절격자를 사용한 경우에 있어서도 본 발명은 효과가 있다.
광도파로 코어층(2)의 복굴절율을 0.007 이내로 하기 위해서, 예컨대 아크릴계 수지, SiO2 또는 SiO2에 Ge, Ti, F 등의 첨가물을 적어도 1종류 이상 도프하여 굴절율을 제어한 것을 사용한다.
또한, 불소화 폴리이미드와 같은 복굴절율이 큰 것을 광도파로 코어층(2)에 사용하는 경우에 있어서도, 기판(5)에 폴리이미드 등 수지제의 기판을 사용하므로써 복굴절율을 0.007 이내로 할 수 있다.
도 11은 도 10 기재의 광합분파기에 있어서, 다중화된 입력신호광이 회절격자에 의해 분광된 후, CH1~CH4의 포트로 출력되는 것을 나타내는 도면이다. 이와 같은 실시의 형태로 하므로써, 복굴절율을 0.007 이내로 하는 것이 가능하게 되고, 도 11 기재의 출력신호광의 파장변동량을 5nm 이하로 제어할 수 있다.
실시예 5
복굴절율과 파장변동량은 상술한 (1)식에 의해 설명된다. (1)식에 의하면, 광도파로 코어층의 복굴절율을 작게 하면 파장변동을 억제할 수 있다. 광도파로 코어층에 사용하는 폴리메틸메타크릴레이트를 Si기판상에 제막하였을 때의 복굴절율은 파장 1300nm에 있어서 0.001 이하이었다. 광도파로 코어층에 이 폴리메틸메타크릴레이트를, 광도파로 클래드층에 불소화하는 것에 의해 굴절율을 조정한 폴리플루오로알킬메타크릴레이트를 사용하여 광도파로를 Si기판상에 형성하고, 이것과 석영을 모재로 한 회절격자를 조합시킨 광합분파기로 하므로써, 파장변동을 1nm 이하로 억제할 수 있다.
비교예 1
광도파로 코어층으로서 히다치카세이고교제 OPI-N3265(불소화 폴리이미드수지)를, 광도파로 클래드층으로서 히다치카세이고교제 OPI-N3115(불소화 폴리이미드수지)를 사용하여, Si기판상에 광도파로를 형성한 것(파장 1300nm에 있어서 광도파로 코어층의 복굴절율 0.009)과, 석영을 모재로 한 회절격자를 조합시켜, 광합분파기를 제작하고, 편광방향과 분파특성의 관계를 측정하였다. 이 경우, 광도파로에 입사하는 신호광이 TE편광 또는 TM편광이냐에 따라, 분파특성이 다르고, 8nm의 파 장변동이 생겼다. 이 파장변동은 상술한 (1)식에 의해 구해지는 값과 잘 일치한다는 것을 나타낸다.
본 발명에 의하면, 소정의 파장범위에서 파장이 변동하는 복수의 파장의 광을 합파 및 분파하는 것이 가능한 광합분파기에 사용하는 광도파로를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 파장분할다중통신에 사용되는 광합분파기에 있어서, 광도파로 코어층의 복굴절율을 0.007 이하로 하므로써, 입력신호광의 편광방향에 의존하는 출력신호광의 파장변동을 5nm 이하로 억제한 광합분파기를 제공할 수 있다.

Claims (23)

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  13. 입사용 코어(4)와 출사용 코어(5)를 갖고, 출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭의 1.5배를 넘는 것을 특징으로 하는 광도파로를 사용한 광합분파기.
  14. 제 13항에 있어서, 출사용 코어(5)의 폭이 입사용 코어(4)의 폭의 2~20배인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  15. 제 13항에 있어서, 입사용 코어(4)의 폭이 3~10㎛이고, 출사용 코어(5)의 폭이 15~50㎛인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  16. 제 13항에 있어서, 입사용 코어(4)를 전파하는 광이 싱글모드인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  17. 제 13항에 있어서, 위치맞춤용 코어를 1개 이상 더 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  18. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 회절격자를 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  19. 제 18항에 있어서, 회절격자가 반사막을 갖는 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  20. 제 19항에 있어서, 사용하는 파장에서의 광도파로 코어층의 막평면에 평행인 방향의 굴절율(nTE)과 광도파로 코어층의 막평면에 수직인 방향의 굴절율(nTM)의 차이의 절대치가 0.007 이하인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  21. 제 13항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 광도파로 및 이것을 지지하는 기판이 수지제인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  22. 제 18항에 있어서, 광도파로 및 이것을 지지하는 기판이 수지제인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
  23. 제 19항 또는 제 20항에 있어서, 광도파로 및 이것을 지지하는 기판이 수지제인 것을 특징으로 하는 광합분파기.
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