KR100721797B1 - 다중 모드 간섭을 이용한 광 파장 분배/결합기 - Google Patents

다중 모드 간섭을 이용한 광 파장 분배/결합기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 모드 간섭을 이용하여 서로 다른 두 파장의 광신호를 분배 또는 결합할 수 있는 평면 도파로형 광소자인 광 파장 분배/결합기에 관한 것으로서, 집적화에 알맞고, 크기가 작으며, 제작 허용 오차가 크고, 저 손실, TE/TM 편광에 민감하지 않은 등 탁월한 특성을 가지고 있다.
다중 모드 도파로, 간섭, 광 파장, 분배기, 결합기

Description

다중 모드 간섭을 이용한 광 파장 분배/결합기{Optical Wavelength Coupler Using Multi-Mode Interference}
도 1은 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제1실시예.
도 2는 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제2실시예.
도 3은 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제3실시예.
도 4는 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제4실시예.
도 5는 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제5실시예.
도 6은 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제6실시예.
도 7은 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제7실시예.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제1 단일 모드 도파로 2 : 다중 모드 도파로
3 : 제2 단일 모드 도파로 4 : 제3 단일 모드 도파로
λ1 : 제1 파장의 광 신호 λ2 : 제2 파장의 광 신호
본 발명은 다중 모드 간섭을 이용한 광 파장 분배/결합기에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 통신 방식인 TDM(Time Division Multiplexing) 시스템에서 지원 가능한 최고 용량인 40Gbps로는 폭발적으로 증가하는 데이터를 효과적으로 수용할 수가 없기 때문에 새로운 형태의 통신망 구축이 요구되어 왔다. 최근에는 이를 위해서 하나의 광섬유를 통해 수백 Gbps를 쉽게 지원할 수 있는 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 방식이 해결책으로 제안되고 있다.
이러한 WDM 시스템을 이용하게 되면, 가입자 종단에서 광/전, 혹은 전/광 변환을 해주는 송수신 모듈이 필수적으로 사용되어야 한다. 특히 상향의 1310㎚와 하향의 1550㎚ 파장대의 양방향 통신이기 때문에 송수신 모듈에서 필터링(filtering)을 담당하는 소자는 두 파장대를 분리하기 위한 핵심이 되는 중요한 요소이다. 이런 역할을 하는 소자로 지금까지는 방향성 결합기, 박막 필터, 빔 스플리터(beam splitter) 등을 이용해 왔다. 그러나 이러한 소자들이 효과적인 파워 라우팅(power routing) 소자임에도 불구하고, 빔 스플리터(beam splitter)의 경우(한국특허공개번호,특2001-0041551), 단일 광선로를 통해 양방향으로 광통신을 구현할 수 있도록 광신호를 양방향으로 분할하는 소자로서, 집적화 및 송수신 주변 회로를 모듈과 함께 구성하기가 어렵다. 박막 필터(한국특허공개번호, 특2001-0010582)는 알맞은 굴절율의 박막을 증착시켜 원하는 파장을 통과 또는 반사시켜 원하는 파장을 추가 및 추출할 수 있도록 하는 소자에 관한 것이고, 방향성 결합기(한국특허공개번호, 특1999-0020073)는 두 개의 도파로를 근접시켜 모드 간의 커플링을 통하여 한쪽 도파로에서 다른 쪽 도파로로 광신호의 진행 경로를 변경시키는 도파로형 소자이다.
그러나, 이들은 집적화가 가능하나 소자의 크기 소형화에의 한계, 낮은 제작 허용 오차 등의 문제점을 내재하고 있다. 또한 동 발명자에 의하여 출원되고 등록된 가변 광 필터(한국특허번호 제0438014, 미국특허 US 6,690,856 B2)는 광 파장의 비트 길이 비율에 의하여 소자의 길이가 결정되므로 소형화 및 저손실의 구현에 한계가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 모드 간섭에 의한 자기상과 의사 자기상의 맺힘 현상을 이용하여, 다중 모드 도파로의 일 측으로 입력된 진행 방향이 서로 다른 파장의 광신호를 각각 반대 측에 전달되도록 하는 다중 모드 도파로로 구성된 PLC 도파로 구조의 광 파장 분배/결합기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 첫째, 소정의 두께(d), 폭(WMM)과 길이(LMM)를 갖는 다중 모드 도파로(2)로 구성된 광 파장 분배/결합기에 있어서, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측으로 입력된 제1 파장의 광 신호(λ1)는 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상과 의사 자기상으로 분포되어 소정의 광 전력이 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측으로 출력되고, 또한 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측으로 입력된 제2 파장의 광 신호(λ2)는 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상과 의사 자기상으로 분포되어 소정의 광 전력이 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측으로 출력되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
둘째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)에 직접 입출력되거나, 상기의 다중 모드 도파로(2)에 직접 연결되는 전송로를 통하여 입출력되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
셋째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 동일한 측에서 입력되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
넷째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 서로 다른 측에서 입력되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
다섯째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 일반간섭(General Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 두께(d)와 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 bar-state의 의사 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 cross-state의 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
여섯째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 일반간섭(General Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 두께(d)와 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 bar-state의 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 cross-state의 의사 자기상이 형성되는 진행 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
일곱째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 일반간섭(General Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 두께(d)와 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 cross-state의 의사 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 bar-state의 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
여덟째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 일반간섭(General Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 두께(d)와 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 cross-state의 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 bar-state의 의사 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
아홉째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 쌍간섭(Paired Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 두께(d)와 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 bar-state의 의사 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 cross-state의 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
열째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 쌍간섭(Paired Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 두께(d)와 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 bar-state의 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 cross-state의 의사 자기상이 형성되는 진행 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
열한째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 쌍간섭(Paired Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 두께(d)와 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭 (Paired Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 cross-state의 의사 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 bar-state의 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
열둘째, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 쌍간섭(Paired Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 두께(d)와 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 cross-state의 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 bar-state의 의사 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기를 제공한다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에서는 광 신호가 다중 모드 도파로에 입력되어 진행하면서 입력 광신호의 분배가 일어나고, 특정한 길이에서 모드간의 보강 간섭에 의하여 입력 광 신호에서 여기된 파의 상을 재생시킨다. 이것은 자기상 맺힘이라고 하는 광 고유의 특성으로, 도파로의 진행 방향에 따라 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 상을 만들게 되는 현상으로 그 기본적인 원리는 광학회논문(J. Lightwave Technol., vol.13 p.615, 1995.)에 기재되어 있으며, 상기 다중 모드 도파로 내의 광파의 분포는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112005043681090-pat00001
ψ는 유기 모드이고, ν는 모드의 차수이다.
광 신호의 입력 위치가 다중 모드 도파로의 일반적인 지점인 경우, 일반간섭(General Interference)을 이용하게 되면, 원하는 개수의 자기상이 맺히는 길이는 수학식 2와 같다.
Figure 112005043681090-pat00002
입출력 위치가 다중 모드 도파로의 폭 방향의 1/3 또는 2/3 되는 지점에서의 경우는 쌍간섭(Paired Interference)을 이용하게 되며, 원하는 개수의 자기상이 맺 히는 길이는 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112005043681090-pat00003
M은 주기성을 나타내는 정수(p는 짝수, q는 홀수)이고, N은 자기상의 개수, Lπ는 결합 길이로서 수학식 4로 표현된다.
Figure 112005043681090-pat00004
여기서 β0 , β1 은 기본 모드와 1차 모드의 전파 상수이고, λ0 는 파장, ne 는 유효 굴절률, We 는 유효 폭으로 기본 모드가 실제 유기되는 폭을 나타낸다.
다중 모드 도파로가 스토롱 가이딩(Strong Guiding)이 아니면서 다중 모드 도파로 내에 여기되는 모드의 숫자가 제한된 경우에는, 입력된 광 신호는 다중 모드 도파로를 진행하면서 수학식 2와 수학식 3에 의한 거리에서 자기상이 형성되고, 이상적인 위상관계에서 벗어나서 아래의 수학식 5와 같은 위상오차(Δφν)를 가진 각각의 모드들은 자기상이 맺힌 거리에서
Figure 112005043681090-pat00005
을 진행한 후에 의사 자기상을 형성한다.
Figure 112005043681090-pat00006
Figure 112005043681090-pat00007
이때 자기상이 bar-state이었던 경우(A)에는 의사 자기상은 cross-state가 되고, 자기상이 cross-state인 경우(B)에는 의사 자기상은 bar-state가 된다.
본 발명의 제1실시예는 도 1에 보인 바와 같이, 광 파장 분배/결합기는 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정되는 폭(WSM)과 두께(d)를 갖는 제1 단일 모드 도파로(1), 제2 단일 모드 도파로(3), 제3 단일 모드 도파로(4)와 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되는 두께(d)와 폭(WMM)을 갖는 다중 모드 도파로(2)로 구성된다. 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측에 제1 파장의 광 신호(λ1)의 입력 도파로와 제2 파장의 광 신호(λ2)의 출력 도파로가 되는 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결되고, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측에 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 출력 도파로가 되는 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 입력 도파로가 되는 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)는 상기의 다중 모드 도 파로(2)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된다. 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)는 수학식 2와 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00008
에서 cross-state의 자기상이 형성되며, 위상의 불일치에 의하여
Figure 112005043681090-pat00009
을 지난 지점에서 bar-state의 의사 자기상이 형성되어 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)로 출력된다. 또한, 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 수학식 2와 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00010
에서 cross-state의 자기상이 형성되어 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로 출력된다. 그러므로, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00011
)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00012
)가 같아지는 길이로 결정된다.
본 발명의 제2실시예는 도 2에 보인 바와 같이, 광 파장 분배/결합기는 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정되는 폭(WSM)과 두께(d)를 갖는 제1 단일 모드 도파로(1), 제2 단일 모드 도파로(3), 제3 단일 모 드 도파로(4)와 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되는 두께(d)와 폭(WMM)을 갖는 다중 모드 도파로(2)로 구성된다. 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측에 제1 파장의 광 신호(λ1)의 입력 도파로와 제2 파장의 광 신호(λ2)의 출력 도파로가 되는 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결되고, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측에 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 출력 도파로가 되는 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 입력 도파로가 되는 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된다. 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)는 수학식 2와 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00013
에서 bar-state의 자기상이 형성되어 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)로 출력된다. 또한 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 수학식 2와 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00014
에서 bar-state의 자기상이 형성되며, 위상의 불일치에 의하여
Figure 112005043681090-pat00015
을 지난 지점에서 cross-state의 의사 자기상이 형성되어 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로 출력된다. 그 러므로, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00016
)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00017
)가 같아지는 길이로 결정된다.
본 발명의 제3실시예는 도 3에 보인 바와 같이, 광 파장 분배/결합기는 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정되는 폭(WSM)과 두께(d)를 갖는 제1 단일 모드 도파로(1), 제2 단일 모드 도파로(3), 제3 단일 모드 도파로(4)와 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되는 두께(d)와 폭(WMM)을 갖는 다중 모드 도파로(2)로 구성된다. 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측에 제1 파장의 광 신호(λ1)의 입력 도파로와 제2 파장의 광 신호(λ2)의 출력 도파로가 되는 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결되고, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측에 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 출력 도파로가 되는 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 입력 도파로가 되는 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된다. 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로 부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)는 수학식 2와 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00018
에서 bar-state의 자기상이 형성되며, 위상의 불일치에 의하여
Figure 112005043681090-pat00019
을 지난 지점에서 cross-state의 의사 자기상이 형성되어 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)로 출력된다. 또한 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 수학식 2와 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00020
에서 bar-state의 자기상이 형성되어 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로 출력된다. 그러므로, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00021
)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00022
)가 같아지는 길이로 결정된다.
본 발명의 제4실시예는 도 4에 보인 바와 같이, 광 파장 분배/결합기는 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정되는 폭(WSM)과 두께(d)를 갖는 제1 단일 모드 도파로(1), 제2 단일 모드 도파로(3), 제3 단일 모드 도파로(4)와 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭 (General Interference)에 의해 결정되는 두께(d)와 폭(WMM)을 갖는 다중 모드 도파로(2)로 구성된다. 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측에 제1 파장의 광 신호(λ1)의 입력 도파로와 제2 파장의 광 신호(λ2)의 출력 도파로가 되는 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결되고, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측에 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 출력 도파로가 되는 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 입력 도파로가 되는 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된다. 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)는 수학식 2와 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00023
에서 cross-state의 자기상이 형성되어 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)로 출력된다. 또한 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 수학식 2와 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00024
에서 cross-state의 자기상이 형성되며, 위상의 불일치에 의하여
Figure 112005043681090-pat00025
을 지난 지점에서 bar-state의 의사 자기상이 형성되어 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로 출력된다. 그러므로, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호( λ1)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00026
)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00027
)가 같아지는 길이로 결정된다.
본 발명의 제5실시예는 도 5에 보인 바와 같이, 광 파장 분배/결합기는 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정되는 폭(WSM)과 두께(d)를 갖는 제1 단일 모드 도파로(1), 제2 단일 모드 도파로(3), 제3 단일 모드 도파로(4)와 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되는 두께(d)와 폭(WMM)을 갖는 다중 모드 도파로(2)로 구성된다. 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측에 제1 파장의 광 신호(λ1)의 입력 도파로와 제2 파장의 광 신호(λ2)의 출력 도파로가 되는 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 1/3 혹은 2/3의 위치에 직접 연결되고, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측에 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 출력 도파로가 되는 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 입력 도파로가 되는 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 1/3과 2/3의 위치에 직접 연결된다. 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제1 파장 의 광 신호(λ1)는 수학식 3과 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00028
에서 cross-state의 자기상이 형성되며, 위상의 불일치에 의하여
Figure 112005043681090-pat00029
을 지난 지점에서 bar-state의 의사 자기상이 형성되어 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)로 출력된다. 또한 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 수학식 3과 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00030
에서 cross-state의 자기상이 형성되어 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로 출력된다. 그러므로, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00031
)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00032
)가 같아지는 길이로 결정된다.
본 발명의 제6실시예는 도 6에 보인 바와 같이, 광 파장 분배/결합기는 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정되는 폭(WSM)과 두께(d)를 갖는 제1 단일 모드 도파로(1), 제2 단일 모드 도파로(3), 제3 단일 모드 도파로(4)와 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭 (Paired Interference)에 의해 결정되는 두께(d)와 폭(WMM)을 갖는 다중 모드 도파로(2)로 구성된다. 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측에 제1 파장의 광 신호(λ1)와 제2 파장의 광 신호(λ2)의 입력 도파로가 되는 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 1/3 혹은 2/3의 위치에 직접 연결되고, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측에 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 출력 도파로가 되는 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 출력 도파로가 되는 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 1/3과 2/3의 위치에 직접 연결된다. 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)는 수학식 3과 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00033
에서 bar-state의 자기상이 형성되며, 위상의 불일치에 의하여
Figure 112005043681090-pat00034
을 지난 지점에서 cross-state의 의사 자기상이 형성되어 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)로 출력된다. 또한 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 수학식 3과 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00035
에서 bar-state의 자기상이 형성되어 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)로 출력된다. 그러므로, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기 의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00036
)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00037
)가 같아지는 길이로 결정된다.
본 발명의 제7실시예는 도 7에 보인 바와 같이, 광 파장 분배/결합기는 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정되는 폭(WSM)과 두께(d)를 갖는 제1 단일 모드 도파로(1), 제2 단일 모드 도파로(3), 제3 단일 모드 도파로(4)와 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2)과 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되는 두께(d)와 폭(WMM)을 갖는 다중 모드 도파로(2)로 구성된다. 상기의 다중 모드 도파로(2)의 일 측에 제1 파장의 광 신호(λ1)와 제2 파장의 광 신호(λ2)의 입력 도파로가 되는 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 1/3 혹은 2/3의 위치에 직접 연결되고, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측에 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 출력 도파로가 되는 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향의 1/3과 2/3의 위치에 직접 연결된다. 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)는 수학식 3과 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00038
에서 cross-state의 자기상이 형성되어 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로 출력된다. 또한 상기의 제2 단일 모드 도파로(3)로부터 상기의 다중 모드 도파로(2)에 입력된 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 수학식 3과 수학식 4에 의해
Figure 112005043681090-pat00039
에서 cross-state의 자기상이 형성되며, 위상의 불일치에 의하여
Figure 112005043681090-pat00040
을 지난 지점에서 bar-state의 의사 자기상이 형성되어 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)로 출력된다. 그러므로, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00041
)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)의 진행거리(
Figure 112005043681090-pat00042
)가 같아지는 길이로 결정된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명을 광 파장을 결합하거나 분배하는 WDM 시스템 및 양방향 송수신용 광 모듈에 적용할 경우 편광에 민감하지 않은 출력 특성으로 인하여 최적의 동작특성을 기대할 수 있다. 또한 다중 모드 도파로를 적용함으로써, 제작 허용 오차가 확대되어 생산 수율을 향상시키며 집적화 및 소형화가 가능하다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 다중 모드 도파로(2)를 갖는 광 파장 분배/결합기에 있어서,
    상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기 도파로(2)에 입력되는 제1 파장의 광 신호(λ1) 및 상기 제2 파장의 광 신호(λ2)의 자기상 또는 의사 자기상이 형성되는 거리에 따라 결정되어, 상기 다중 모드 도파로(2)의 일 측으로 입력되는 제1 파장의 광 신호(λ1) 또는 제2 파장의 광 신호(λ2)가 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상과 의사 자기상으로 분포되어 소정의 광 전력이 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측으로 출력되게 하며, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)에 직접 입출력되거나, 상기의 다중 모드 도파로(2)에 직접 연결되는 전송로를 통하여 입출력되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  3. 다중 모드 도파로(2)를 갖는 광 파장 분배/결합기에 있어서,
    상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기 도파로(2)에 입력되는 제1 파장의 광 신호(λ1) 및 상기 제2 파장의 광 신호(λ2)의 자기상 또는 의사 자기상이 형성되는 거리에 따라 결정되어, 상기 다중 모드 도파로(2)의 일 측으로 입력되는 제1 파장의 광 신호(λ1) 또는 제2 파장의 광 신호(λ2)가 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상과 의사 자기상으로 분포되어 소정의 광 전력이 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측으로 출력되게 하며, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 동일한 측에서 입력되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  4. 다중 모드 도파로(2)를 갖는 광 파장 분배/결합기에 있어서,
    상기의 다중 모드 도파로(2)의 길이(LMM)는 상기 도파로(2)에 입력되는 제1 파장의 광 신호(λ1) 및 상기 제2 파장의 광 신호(λ2)의 자기상 또는 의사 자기상이 형성되는 거리에 따라 결정되어, 상기 다중 모드 도파로(2)의 일 측으로 입력되는 제1 파장의 광 신호(λ1) 또는 제2 파장의 광 신호(λ2)가 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상과 의사 자기상으로 분포되어 소정의 광 전력이 상기의 다중 모드 도파로(2)의 반대 측으로 출력되게 하며, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 서로 다른 측에서 입력되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  5. 제 2 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 일반간섭(General Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 bar-state의 의사 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 cross-state의 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  6. 제 2 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 일반간섭(General Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 bar-state의 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 cross-state의 의사 자기상이 형성되는 진행 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  7. 제 2 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 일반간섭(General Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 cross-state의 의사 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 bar-state의 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  8. 제 2 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 일반간섭(General Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 cross-state의 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 일반간섭(General Interference)에 의해 bar-state의 의사 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  9. 제 2 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 쌍간섭(Paired Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 bar-state의 의사 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 cross-state의 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  10. 제 2 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 쌍간섭(Paired Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 bar-state의 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 cross-state의 의사 자기상이 형성되는 진행 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  11. 제 2 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 쌍간섭(Paired Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 cross-state의 의사 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 bar-state의 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
  12. 제 2 항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)는 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭 방향에 대하여 쌍간섭(Paired Interference)에 의하여 결정되는 위치에서 입출력되며, 상기의 다중 모드 도파로(2)의 폭(WMM)은 적용되는 광 신호의 파장(λ1,λ2), 도파로의 굴절률(n)과 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되며, 길이(LMM)는 상기의 제1 파장의 광 신호(λ1)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 cross-state의 자기상이 형성되는 거리와 상기의 제2 파장의 광 신호(λ2)가 상기의 다중 모드 도파로(2)를 진행하면서 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 bar-state의 의사 자기상이 형성되는 거리가 일치하는 길이에서 결정되는 것을 특징으로 하는 광 파장 분배/결합기.
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