KR100703398B1 - 파장 분할 결합기 및 그를 이용한 광송수신기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 파장 분할 결합기는 제1 및 제2 단을 구비한 제1 도파로와,
제3 및 제4 단을 구비하며 상기 제3 및 제4 단 사이의 일부 구간이 상기 제1 도파로의 일 단부에 인접하게 위치됨으로써 입력된 광을 분할 또는 결합시키기는 모드 커플링 구간을 형성하는 제2 도파로와, 상기 제1 및 제2 도파로의 모드 커플링 구간을 형성하는 일 부분에 형성된 브래그 격자가 형성된 브래그 영역과, 상기 제3 단에 위치된 레이저 광원과, 상기 제2 단에 위치된 아날로그 방식의 제1 수광 소자와, 상기 제4 단에 위치된 디지털 방식의 제2 수광 소자를 포함한다.
모드 커플링, 방향성 결합기, 파장
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 파장 분할 결합기를 나타내는 도면,
도 2는 결합 계수에 따른 파장 분할 결합기의 파장 분할의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 3은 도 1에 도시된 파장 분할 결합기의 각 부분에서의 광 손실 특성을 설명하기 위한 그래프들,
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 파장 분할 결합기의 구성을 나타내는 도면,
도 5는 도 4에 도시된 비 결합 영역으로 인한 궤환 손실을 설명하기 위한 그래프,
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 파장 분할 결합기를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 파장 분할 결합기를 나타내는 도면.
본 발명은 셋 이상의 파장의 광들을 결합 또는 분기시킬 수 있는 광학 소자에 관한 발명으로서, 특히 본 발명은 방향성 결합기를 포함하는 파장 분할 결합기에 관한 발명이다.
양방향 송수신을 위해서는 각 가입자 장치나 중앙 기지국은 상향 및 하향의 서로 다른 광을 분할 또는 결합시킬 수 있는 소자를 포함하는 광 송수신기를 필요로 한다. 광 송수신기 내에 실장 가능한 파장 분할 또는 결합을 위한 소자로는 3 파장 분할 광학 필터 등이 있다.
상술한 3파장 분할 광학 필터는 이 분기 도파로의 일 부분을 절단하는 홈을 형성하고, 상기 홈에 특정 파장에 대한 선택적 투과 또는 반사가 가능한 광학 필터를 삽입 고정시킨 형태를 갖는다. 그 외에는 광도파로열 격자 등이 사용될 수 있다.
그러나, 광도파로열 격자나, 이 분기 도파로의 일 부분에 홈을 형성하고 광학 필터 등을 삽입시키는 등의 3파장 분할 광학 필터는 부피가 커지고, 특히 광학 필터는 결합 효율로 인한 손실 증가와, 부피가 커지는 등의 문제가 있다. 그 외에도 공정의 복잡성 가증 및 부품비 증가로 인한 생산 원가 상승 등의 문제가 있다.
본 발명은 손실 발생을 최소화시키고, 생산비 절감이 가능한 3 이상의 파장 분할 및 결합이 가능한 파장 분할 결합기를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 파장 분할 결합기는,
제1 및 제2 단을 구비한 제1 도파로와;
제3 및 제4 단을 구비하며 상기 제3 및 제4 단 사이의 일부 구간이 상기 제1 도파로의 일 단부에 인접하게 위치됨으로써 입력된 광을 분할 또는 결합시키기는 모드 커플링 구간을 형성하는 제2 도파로와;
상기 제1 및 제2 도파로의 모드 커플링 구간을 형성하는 일 부분에 형성된 브래그 격자와;
상기 제3 단에 위치된 레이저 광원과;
상기 제2 단에 위치된 아날로그 방식의 제1 수광 소자와;
상기 제4 단에 위치된 디지털 방식의 제2 수광 소자를 포함한다.
상기 제3 단에 위치된 레이저 광원과;
상기 제2 단에 위치된 아날로그 방식의 제1 수광 소자와;
상기 제4 단에 위치된 디지털 방식의 제2 수광 소자를 포함한다.
이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 파장 분할 결합기를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 파장 분할 결합기(100)는 제1 및 제2 단(110a, 110b)을 구비한 제1 도파로(110)와, 제3 및 제4 단(120a, 120b)을 구비한 제2 도파로(120)와, 상기 제1 및 제2 도파로(110, 120)의 일 부분에 형성된 모드 커플링 구간(130)과, 상기 제3 단(120a)에 결합된 레이저 광원(160)과, 상기 제2 단(110b)에 결합된 아날로그 방식의 제1 수광 소자(140)와, 상기 제4 단(120b)에 결합된 디지털 방식의 제2 수광 소자(150)와, 상기 레이저 광원(160)에서 생성된 광을 모니터링하기 위한 제3 수광 소자(170)를 포함한다. 상기 모드 커플링 구간 (130)은 상기 제1 도파로(110)의 제1 및 제2 단(110a, 110b)과, 상기 제2 도파로(120)의 제3 및 제4 단(120a, 120b) 사이의 일부 인접하게 위치된 구간으로서, 브래그 격자(180)가 형성된 브래그 영역(L2)과, 상기 브래그 격자(180)가 형성되지 않은 비 격자 영역(L1)으로 구성된다.
상기 제1 도파로(110)의 제1 단(110a)은 일종의 공통 입출력 단과 같은 기능을 제공하고, 제2 단(110b)은 출력단으로서의 기능을 제공한다. 상기 제2 도파로(120)는 상기 제3 및 제4 단(120a, 120b) 사이의 일부 구간이 상기 제1 도파로(110)의 일 부분에 인접하게 위치됨으로써 상기 제1 도파로(110)와 함께 입력된 광을 분할 또는 결합시키기 위한 상기 모드 커플링 구간(130)을 형성한다. 또한, 상기 제2 도파로(120)의 제3 단은 입력단으로서의 기능을 제공하고, 제4 단은 출력단으로서 기능을 제공한다. 따라서, 상기 제2 도파로(120)의 제3 단(120a)을 통해 입력된 광은 상기 브래그 격자(180)에서 반사된 후 상기 제1 단(110a)을 통해서 출력되고, 상기 제1 단(110a)을 통해서 외부로부터 입력된 광은 상기 모드 커플링 구간(130)에서 각각의 파장으로 분할된 후 상기 제2 단(110b)과 제4 단(120b)을 통해서 상기 제1 및 제2 수광 소자(140, 150) 각각으로 출력된다.
구체적인 예를 들자면, 상기 레이저 광원(160)에서 생성된 1.49㎛의 광은 상기 브래그 격자(180)에서 반사된 후 상기 제1 단(110a)을 통해 외부로 출력되고, 상기 제1 단(110a)을 통해서 외부로부터 입력된 서로 다른 둘 이상의 파장을 갖는 광은 상기 모드 커플링 구간(130)에서 각각 1.31㎛와, 1.55㎛의 파장으로 분할된 후 제2 및 제4 단(110b, 120b)을 통해서 상기 제1 및 제2 수광 소자(140, 150) 각각으로 출력된다. 1.49㎛ 파장의 광은 상기 모드 커플링 구간(130)의 브래그 영역(L2)에 형성된 브래그 격자(180)와의 사이에서 발진되며 상기 제1 수광 소자(140)의 타 측에 위치된 상기 제1 단(110a)을 통해서 외부로 출력된다.
브래그 격자의 대역 폭은 매우 좁기 때문에 기존 3파장 분할 필터의 대역폭과 약 20㎚의 차이가 있다. 반면에, 본 발명은 상기 레이저 광원(160)의 입력단으로 사용함으로써 이를 극복할 수 있다. 상기 모드 커플링 구간(130)의 브래그 영역(L2)은 하기의 <수학식 1>에 따라서 결정될 수 있고, 비 격자 구간(L1)은 하기의 <수학식 2>에 의해서 결정될 수 있다.
(R : 브래그 격자의 반사율 , L2 : 격자 영역의 길이, κ : 브래그 격자의 결합 강도, κab는 모드 커플링 구간의 결합 계수, s ; |κ|와 |κab| 차의 제곱근)
(L1 : 비 격자 영역의 길이, s : |κ|와 |κab| 차의 제곱근)
상기의 <수학식 1>과 <수학식 2>에 기재된 s는 하기의 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
도 2는 결합 계수에 따른 파장 분할 결합기의 파장 분할의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프로서 상기 레이저 광원(160)이 1.49㎛ 파장의 광신호를 생성할 경우에 κab 값을 이용한 설계 예이다. 도 2의 실험에 적용된 모드 커플링 구간(130)의 길이는 6.32㎜를 적용했으며, 이 경우에 1.31㎛ 및 1.55㎛ 파장의 광이 분할 출력될 수 있다. L1이 1.35㎜의 길이이고, 그 이후 지점에 브래그 격자(180)가 형성될 경우에 상기 제1 도파로(110)의 제1 단으로 1.49㎛ 파장으로 발진 된 광이 출력된다.
도 3의 a) 내지 도 3의 c)는 도 1에 도시된 파장 분할 결합기(100)의 각 부분에서의 광 손실 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3의 a)는 브래그 격자(180)에서 반사된 1.49㎛ 광의 궤환 손실을 나타내며 2㏈의 손실을 갖는다. 도 3의 b)는 제2 단을 통해서 제1 수광 소자(140)에서 검출된 광의 출력을 나타내고, 도 3의 c)는 제4 단을 통해서 제2 수광 소자(150)에서 검출된 광의 출력을 나타내고 각각의 경우는 0.2㏈ 미만으로 손실이 낮음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 파장 분할 결합기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 파장 분할 결합기(200)는 제1 및 제2 단(210a, 210b)을 구비한 제1 도파로(210)와, 제3 및 제4 단(220a, 220b)을 구비한 제2 도파로(220)와, 상기 제1 및 제2 도파로(210, 220)의 일 부분에 형성된 모드 커플링 구간(250)과, 레이저 광원(260)과, 아날로그 방식의 제1 수광 소자(240)와, 디지털 방식의 제2 수광 소자(250)와, 상기 레이저 광원(260)에서 생성된 광을 모니터링하기 위한 제3 수광 소자(270)를 포함한다.
상기 모드 커플링 구간(230)은 상기 제1 도파로(210)와 상기 제2 도파로(220) 사이의 일부 인접하게 위치된 구간으로서, 브래그 격자(280)가 형성된 브래그 영역(L2±α)과, 상기 브래그 격자(280)가 형성되지 않은 비 격자 영역(L1±α)으로 구성된다.
본 실시 예는 상기 비 격자 영역(L1±α)과, 상기 브래그 영역(L2±α)이 상기의 <수학식 1> ~ <수학식 3>에 의해 최적화되지 않은 실시 예이다. 도 5는 비 격자 영역(L1±α)과 브래그 영역(L2±α)의 길이에 따른 상기 파장 분할 결합기(200)의 궤환 손실을 설명하기 위한 그래프이다. 점선은 도 4와 같이 비 격자 영역(L1±α)의 길이가 최적화되지 않은 상태를 나타내며, 실선에 비해서 궤환 손실이 크게 발생하게 됨을 알 수 있다. 궤환 손실은 상기 레이저 광원(260)과 상기 브래그 영역(L2±α)의 사이에서 발생되며, 궤환 손실이 발생된 광은 상기 레이저 광원(260) 과 상기 브래그 영역(L2±α)의 사이에서 발진되며 상기 제1 수광 소자(240)에 대면하는 상기 제1 도파로(210)의 제1 단(210a)을 통해 출력된다.
상기 브래그 영역(L2±α)에 형성된 브래그 격자(280)는 절대 반사율이 ~30㏈ 이상으로 형성되야 각각의 파장을 갖는 광을 분할 출력할 수 있고, 궤환 손실된 광이 발진되지 못하고 제1 및 제2 수광 소자(240, 250)로 출력되는 것을 방지할 수 있다. 궤환 손실에 의해서 상기 격자 영역(L1±α)과 상기 레이저 광원(260)의 사이에서 발진된 광은 SMSR(Side mode suppression ratio)이 크게 향상됨으로 인해 상기 제1 및 제2 수광 소자(240, 250)를 출력되는 광의 누화 손실 역시 감소됨을 쉽게 예상할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 파장 분할 결합기를 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 따른 파장 분할 결합기(300)는 제1 및 제2 단(310a, 310b)을 갖는 제1 도파로(310)와, 제3 및 제4 단(320a, 320b)을 갖는 제2 도파로(320)와, 상기 제1 및 제2 도파로(310, 320)의 일 부분에 형성된 모드 커플링 구간(370)과, 상기 제2 단(320)과 결합된 레이저 광원(350)과, 상기 제2 단(310b)에 결합된 아날로그 방식의 제1 수광 소자(330)와, 상기 제2 도파로(320)의 일 단에 위치된 디지털 방식의 제2 수광 소자(340)와, 상기 레이저 광원(350)에서 생성된 광을 모니터링하기 위한 제3 수광 소자(360)와, 공진 격자(390)를 포함한다.
상기 공진 격자(390)는 상기 제2 도파로(320) 상의 상기 모드 커플링 구간 (370)과 상기 레이저 광원(350) 사이에 형성되며 상기 레이저 광원(350)에서 생성된 광을 공진시켜서 상기 모드 커플링 구간(370)으로 출력한다.
상기 모드 커플링 구간(370)은 상기 제1 도파로(310)와 상기 제2 도파로 사이의 인접하게 위치된 일부 구간으로서, 브래그 격자(380)가 형성된 브래그 영역(L2)과, 상기 브래그 격자(380)가 형성되지 않은 비 격자 영역(L1)으로 구성된다.
상기 모드 커플링 구간(370)은 상기 공진 격자(390)로부터 입력된 광을 상기 제1 단(310a)을 통해서 외부로 출력시키고, 상기 제1 단(310a)을 통해서 외부로부터 입력된 광을 파장에 따라서 상기 제1 수광 소자 및 제2 수광 소자(330, 340) 각각으로 분할 출력한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 파장 분할 결합기를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 따른 파장 분할 결합기(400)는 제1 및 제2 단(410a, 410b)을 구비한 제1 도파로(410)와, 제3 및 제4 단(420a, 420b)을 구비한 제2 도파로(420)와, 상기 제1 및 제2 도파로(410, 420)의 일 부분에 형성된 모드 커플링 구간(430)과, 상기 제3 단(420a)에 결합된 레이저 광원(460)과, 상기 제2 단(410b)에 결합된 아날로그 방식의 제1 수광 소자(440)와, 상기 제4 단(420b)에 결합된 디지털 방식의 제2 수광 소자(450)와, 상기 레이저 광원(460)에서 생성된 광을 모니터링하기 위한 제3 수광 소자(470)와, 공진 격자(491)와, 제1 및 제2 반사 격자들(492, 493)을 포함한다.
상기 공진 격자(491)는 상기 제2 도파로(420) 상의 상기 모드 커플링 구간 (430)과 상기 레이저 광원(460) 사이에 형성되며 상기 레이저 광원(450)에서 생성된 광을 공진시켜서 상기 모드 커플링 구간(430)으로 출력한다.
상기 모드 커플링 구간(430)은 상기 제1 도파로(410)와 상기 제2 도파로(420) 사이의 인접하게 위치된 일부 구간으로서, 브래그 격자(480)가 형성된 브래그 영역(L2)과, 상기 브래그 격자(480)가 형성되지 않은 비 격자 영역(L1)으로 구성된다. 상기 모드 커플링 구간(430)은 상기 공진 격자(491)로부터 입력된 광을 상기 제1 도파로(410)의 상기 제1 단(410a)을 통해서 외부로 발진시킨다. 그 외에도, 상기 모드 커플링 구간(430)은 외부로부터 상기 제1 단(410a)을 통해 입력받은 서로 다른 둘 이상의 파장들로 구성된 광을 각 파장에 따라서 상기 제1 및 제2 반사 격자(492, 493) 각각으로 분할 출력한다.
상기 제1 및 제2 반사 격자(492, 493)는 누화 손실을 최소화시키며,해당 광에 대한 파장 선택성을 향상시킨다.
본 발명에 따른 파장 분할 결합기는 저가이고, 제작의 용이성과 부피의 슬림화가 가능한 이점이 있다. 또한, 궤환 손실을 최소화시킴으로서 SMSR이 향상된 송신 장치의 구성이 가능해지고, 장거리 전송에 이점을 가질 수 있다.
Claims (8)
- 파장 분할 결합기에 있어서,제1 및 제2 단을 구비한 제1 도파로와;제3 및 제4 단을 구비하며 상기 제3 및 제4 단 사이의 일부 구간이 상기 제1 도파로의 일 단부에 인접하게 위치됨으로써 입력된 광을 분할 또는 결합시키는 모드 커플링 구간을 형성하는 제2 도파로와;상기 제1 및 제2 도파로의 모드 커플링 구간을 형성하는 일 부분에 형성된 브래그 격자가 형성된 브래그 영역과;상기 제3 단에 위치된 레이저 광원과;상기 제2 단에 위치된 아날로그 방식의 제1 수광 소자와;상기 제4 단에 위치된 디지털 방식의 제2 수광 소자를 포함함을 특징으로 하는 파장 분할 결합기.
- 제1 항에 있어서,상기 모드 커플링 구간은 상기 브래그 격자가 형성되지 않은 비 격자 영역을 더 포함함을 특징으로 하는 파장 분할 결합기.
- 삭제
- 제1 항에 있어서, 상기 파장 분할 결합기는,상기 제3 단과의 사이에 위치된 상기 레이저 광원에서 생성된 광을 모니터링하기 위한 제3 수광 소자를 더 포함함을 특징으로 하는 파장 분할 결합기.
- 제1 항에 있어서, 상기 파장 분할 결합기는,상기 레이저 광원에 인접한 상기 제3 단의 일 부분에 형성되며 상기 레이저 광원에서 생성된 광을 공진시켜서 외부로 출력시키는 공진 격자를 더 포함함을 특징으로 하는 파장 분할 결합기.
- 제1 항에 있어서, 상기 파장 분할 결합기는,상기 제2 단의 일 부에 형성된 제1 반사 격자와;상기 제4 단의 일 부에 형성된 제2 반사 격자를 더 포함함을 특징으로 하는 파장 분할 결합기.
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