KR100762153B1

KR100762153B1 - 도파관형 광 스플리터 및 이를 포함하는 도파관형 광 모듈

Info

Publication number: KR100762153B1
Application number: KR1020050022984A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 야마자키; 다카아키 하타나카
Original assignee: 닛본 덴끼 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-19
Publication date: 2007-10-01
Also published as: US20050207702A1; CN100334473C; US7151873B2; KR20060044457A; KR20070076585A; US20060210223A1; CN1680837A; US7103247B2; JP2005266381A

Abstract

본 발명의 목적은 고밀도 출력용 도파관 및 출력용 도파관들 간의 손실의 균일성 모두를 달성하는 것이다. 도파관형 광 스플리터에서, 입력용 도파관, 복수의 출력용 도파관, 및 슬랩 도파관이 기판상에 형성된다. 슬랩 도파관은 입력단과 출력단을 가진다. 출력단은 입력단 또는 그 부근이 중심인 원호 형상이다. 입력용 도파관은 입력단과 연결되고, 복수의 출력용 도파관은 출력단과 연결된다. 출력단의 중심부에서, 출력용 도파관은 출력단과 직접 연결된다. 출력단의 주변부에서, 출력용 도파관은 도파관 폭이 출력단으로 향함에 따라 넓어지는 테이퍼 도파관을 통해 출력단에 연결된다. 또한, 테이퍼 도파관의 개구부 폭은 주변으로 감에 따라 더 넓어진다.

도파관, 광 스플리터, 슬랩 도파관

Description

도파관형 광 스플리터 및 이를 포함하는 도파관형 광 모듈 {WAVEGUIDE TYPE OPTICAL SPLITTER AND WAVEGUIDE TYPE OPTICAL MODULE COMPRISING THE SAME}

도 1 은 제 1 종래 예를 도시하는 평면도이다.

도 2 는 제 2 종래 예를 도시하는 평면도이다.

도 3 은 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 1 실시형태를 도시하는 평면도이다.

도 4 는 도 3 의 부분 확대도이다.

도 5[1] 는 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 2 실시형태를 도시하는 개략도이고, 도 5[2] 는 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 3 실시형태를 도시하는 평면도이다.

도 6 은 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 4 실시형태를 도시하는 평면도이다.

도 7 은 본 발명에 따르는 도파관형 광 스플리터의 제 5 실시형태를 도시하는 평면도이다.

도 8 은 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 6 실시형태를 도시하는 평면도이다.

도 9 는 본 발명에 따른 도파관형 광 모듈의 제 1 실시형태를 도시하는 개요 도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 20, 30, 40 : 도파관형 광 스플리터

11 : 기판 12 : 입력용 도파관

13 : 출력용 도파관 14 : 슬랩 도파관

15 : 슬랩 도파관의 입력단 16 : 슬랩 도파관의 출력단

17, 18, 19 : 테이퍼 도파관

21, 31, 41 : 전환 영역

211 내지 216, 311 내지 316, 411 내지 416 : 손실저감용 도파관

50 : 전환 영역 광 모듈 51 : 입력용 광 파이버

52 ; 출력용 광 파이버 53 : 케이스

본 발명은 PON 시스템 (Passive Optical Network) 등에서 광을 복수의 광선으로 분기하는데 사용되는 도파관형 광 스플리터, 및 이를 포함하는 도파관형 광 모듈에 관한 것이다.

저-비용의 광통신 시스템을 구축하는데에 있어서, PON 시스템을 광통신 시스템에 적용하는 과정이 진행되고 있다. PON 시스템은 액세스 간격에서 광 스플리터를 사용하여 광 파이버를 스플리팅 (Splitting) 함으로써 효율적 이용을 가능 하게 한다. PON 시스템을 광통신 시스템에 적용하는 것에 의해, 광통신 시스템의 비용을 현저하게 감소시키는 것이 가능하다.

PON 시스템은 빛을 스플리팅 하기 위해 광 스플리터 모듈을 사용한다. 광 스플리터는 낮은 삽입 손실, 낮은 빛-의존성, 및 높은 신뢰도를 필요로 한다. PLC (Planar Lightwave Circuit) 형 광 스플리터는 이러한 필요조건을 만족시키고, PON 시스템에 관한 핵심 장치로서, 수십, 수천 개가 일본에서만 생산되었다.

PLC 형 광 스플리터에서, 비록 그것이 작고 매우 신뢰할 수 있는 특성을 가지더라도, Si (silicon) 기판의 선형 확장계수 와 SiO₂ (silica glass) 기판의 선형 확장계수 간의 차이로 인해 발생되는 복굴절이 있다. 복굴절은 광 스플리터의 광학적 특성에 영향을 미친다. 복굴절이 있는 광 스플리터의 도파관이 Y-형태로 갈라질 때, 갈라짐 비율은 편광에 의존하게 된다. 따라서, 편광 의존 손실 (PDL) 은 갈라진 빛에서 발생한다. PDL 은 광통신 시스템의 파워 마진 (power margin) 에 영향을 주고, 따라서 이를 억제하는 것이 필요하다.

PLC 형 광 스플리터 (제 1 종래 예) 는 도 1 을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, PLC 형 스플리터 (80) 는 기판 (81) 상에서 형성되는 1×n (n 은 2 또는 더 큰 정수, 예를 들어, n=8 ) 개의 도파관 (82) 을 포함한다. 입력용 광 파이버 (84) 는 기판 (81) 의 입력단 (83) 에 연결되고, 복수의 출력용 광 파이버 (86) 는 기판 (81) 의 출력단 (85) 에 연결된다. 단일 도파관 (82) 은 단순히 Y-형태로 갈라지고 복수의 나누어진 도파관 (82) 은 멀티 스테이지에 연결되며, 이에 의해 출력용 광 파이버 (86) 의 수와 일치하는 수의 복수의 도파관 (82) 을 얻는다.

그러나, 큰 복굴절이 있는 PLC 형 광 스플리터 (80) 에서 멀티 스테이지 Y-형 구조를 사용함에 의해, PDL 은 누적적으로 증가한다. 따라서, 그것은 고객들의 요구를 만족시킬 수 없을 수도 있다. 특히, 분파의 수는 증가하게 되고 이에 따라 누적적인 PDL 은 1×32 등의 다분기 구조에서 무시될 수 없다. 또한, 다분기 PLC 형 광 스플리터 (80) 에서, Y-분파 섹션의 과도한 분파 손실의 누적으로 인해 삽입 손실도 또한 증가한다.

상술한 바와 같이, PLC 형 광 스플리터의 단점을 극복하여 우수한 광학 특성을 얻기 위해서, 단일 슬랩 도파관에 의해 광 신호를 복수의 광 신호로 나누는 소위 스타 커플러를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 스타 커플러에서, 중심부에서 광 신호의 광전력은 나눠지게 되는 광 신호의 광전력 보다 크며, 광 신호의 광전력은 중심부에서부터 주변부를 향함에 따라 작아지게 된다. 따라서, 비록 편광 의존도가 누적되지 않고, 우수한 편광 의존도가 종래의 스타 커플러에서 얻어질 수 있다 해도, 그 내부에 도파관이 멀티 스테이지 구조로 있지 않기 때문에 광전력이 나누어진 광 신호의 위치에 따라 변한다는 것이 문제이다. 일본 특허 제 2538099 호는 그러한 단점을 극복하기 위한 스타 커플러를 개시한다.

일본 특허 제 2538099 호의 스타 커플러 (제 2 종래예) 는 도 2 를 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 스타 커플러 (90) 에서, 입력용 도파관 (92), 부채 형상의 슬랩 도파관 (93), 몇몇의 테이퍼 도파관 (94), 및 몇몇의 출력용 도파관 (95) 이 실리콘 기판 (91) 상에 순서대로 배치되고 연결된다. 스타 커플러 (90) 에서, 모든 출력용 도파관 (95) 에 의해 나누어지는 광 신호의 강도를 일정하게 만들기 위해 (즉, 손실을 일정하게 하기 위해) 광도가 약한 주변부에서는 더 넓은 반면, 테이퍼 도파관 (94) 은 모든 출력용 도파관 (95) 에 각각 제공되고, 부채 형상의 슬랩 도파관 (93) 측 상에 각 테이퍼 도파관 (94) 의 개구부 폭은 광도가 센 중심부에서 좁게 설정된다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 스타 커플러 (90) 에서, 테이퍼 도파관 (94) 은 모든 출력용 도파관 (95) 에 각각 제공되고, 각 테이퍼 도파관 (94) 의 개구부 폭은 중심부에서부터 주변부를 향하여 넓어진다. 또한, 도 2 에서 나타내고 있는 바와 같이, 강한 광 강도를 가지고 중심부에 위치하는 출력용 도파관 (95) 은 테이퍼 도파관 (94) 을 포함하고 약한 광 강도를 가지고 주변부분에 위치하는 출력용 도파관 (95) 도 마찬가지이다. 또한, 모든 테이퍼 도파관 (94) 의 개구부 폭은 출력용 도파관 (95) 의 도파관 폭 보다 넓게 설정된다. 또한, 개구부 폭은 중심부로부터 주변부를 향하여 넓어진다.

따라서, 기판 (91) 영역 내에서 모든 출력용 도파관 (95) 을 형성할 때, 인접한 도파관 (95) 사이에서 간격을 좁히는 것에 대해 제한이 있기 때문에 기판 (91) 상에서 형성되는 출력용 도파관 (95) 의 수는 제한되어 있다. 또한, 기판 (91) 상에서 요구되는 수의 출력용 도파관 (95) 을 형성할 때, 테이퍼 도파관 (94) 의 개구부 폭을 지정된 값 이하로 줄이는 것이 필요하다. 따라서, 복수의 출력용 도파관 (95) 사이의 손실의 균일성이 개선될 수 없다.

실제로, 일본 특허 제 2538099 호에서 개시된 조건에 따라 형성된 스타 커플러에 관하여, 손실의 균일성은 충분하게 달성될 수 없다. 상술한 바와 같이, 스타 커플러 (90) 에서 고 밀도의 출력용 도파관 (95) 및 손실의 균일성 모두를 달성하기는 어려웠다.

본 발명의 목적은 고-밀도의 출력용 도파관 및 출력용 도파관 사이에서의 손실의 균일성 모두를 달성할 수 있는 도파관형 광 스플리터를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 종래의 스타 커플러의 단점이었던 각 출력 포트에서 일관성 없는 빛 출력 분포를 개선하는 것에 의해 낮은 손실 및 우수한 편광 의존도를 갖는 도파관형 광 스플리터를 얻는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르는 도파관형 광 스플리터는 입사광 신호를 다분기하기 위한 슬랩 도파관, 및 다분기되는 광 신호가 각각 입력되는 슬랩 도파관에 병렬로 배열되는 복수의 출력용 도파관을 포함하며, 여기서 광 신호가 각각 입력되는 출력용 도파관 측의 개구부 폭은, 복수의 출력용 도파관의 배열된 위치에 따라 변화한다. 슬랩 도파관의 광도가 강한 중심부분에서 개구부 폭은 더 좁고, 중심부로부터 주변부를 향하여 더 넓어지게 된다.

입력용 도파관으로부터 슬랩 도파관까지의 입사광은 회절효과에 의해 입력단 또는 그 주변이 중심이 되는 원호 형상으로 퍼지고 출력단에 도달한다. 출력단에 도달하는 빛의 강도는 출력단의 중심부로부터 주변부를 향하여 감소하는 가우시안 분포를 나타낸다.

본 발명에서, 광 신호가 각각 입력되는 출력용 도파관 부분의 개구부 폭은 복수의 출력용 도파관의 배치되는 위치에 따라 변한다. 특히, 개구부 폭은 광도가 센 슬랩 도파관의 중심부분에서 더 좁고, 중심부분으로부터 주변부분을 향하여 넓어진다. 따라서, 중심부분에 위치하는 복수의 출력용 도파관의 간격은 작게 설정될 수 있고 주변부분에 위치하는 복수의 출력용 도파관의 간격은 크게 설정될 수 있다. 따라서, 광 신호가 입력되는 개구부 폭을 지정된 값으로 유지하는 것에 의해 단일 기판상에서 요구되는 수의 출력용 도파관을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 광 신호가 입력되는 개구부 폭이 지정된 값이므로, 슬랩 도파관으로부터 복수의 출력용 도파관 부분으로 입력되는 광 신호의 광도를 거의 일정하게 할 수 있다.

또한, 중심부와 주변부에 위치하는 복수의 출력용 도파관이 각각 테이퍼 도파관을 포함하는 경우, 테이퍼 도파관은 슬랩 도파관에 병렬로 연결되고 개구부 폭은 중심 부분으로부터 주변 부분을 향하여 넓어진다. 따라서, 중심부에 위치하는 복수의 출력용 도파관의 간격은 작게 설정될 수 있고 주변 부분에서의 복수의 출력용 도파관의 간격은 크게 설정될 수 있다. 따라서, 광 신호가 입력되는 오프닝의 간격을 지정된 값으로 유지하는 것에 의해 단일 기판상에서 요구되는 수의 출력용 도파관을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 광 신호가 입력되는 오프닝의 간격이 지정된 값이므로, 슬랩 도파관으로부터 복수의 출력용 도파관 부분으로 입력되는 광 신호의 광도는 거의 일정할 수 있다. 또한, 중심부분에 위치하는 복수의 출력용 도파관은 슬랩 도파관에 직접 연결될 수도 있다. 이 경우에, 중심부에 위치하는 복수의 출력용 도파관의 간격은 작게 설정될 수 있고, 주변부분에 위치하는 복수의 출력용 도파관의 간격도 또한 크게 설정될 수 있다.

테이퍼 도파관의 도파관 간격은 슬랩 도파관으로부터 출력용 도파관 부분을 향하여 좁아지게 된다. 이 경우에, 테이퍼 도파관의 도파관 간격은 선형적으로 좁아질 수도 있다. 테이퍼 도파관의 도파관 간격은 n 차 함수적으로 좁아질 수도 있다. 테이퍼 도파관의 도파관 간격은 지수함수적으로 좁아질 수도 있다.

또한, 도파관형 광 스플리터는 출력용 도파관의 병렬 위치와 일치하여 광 신호의 전송 손실을 감소시키기 위한 복수의 보조 도파관을 또한 포함할 수도 있다. 복수의 보조 도파관은 병렬로 배열되는 복수의 출력용 도파관 사이의 주변부분에서 최소한 출력용 도파관과 함께 교차할 수도 있다. 복수의 보조 도파관은 중심부분 및 주변부분 각각에서 출력용 도파관과 함께 교차할 수도 있다. 복수의 보조 도파관의 간격은 슬랩 도파관으로부터 멀어질수록 좁아질 수도 있다. 주변부분에서 출력용 도파관과 함께 교차하는 보조 도파관의 수는 중심부분으로부터 주변부분을 향하여 감소될 수도 있다.

본 발명에 따르는 도파관형 광 스플리터가 도파관형 광모듈로서 사용되는 경우, 도파관형 광 모듈은 단일의 입력 광 파이버 와 복수의 출력 광 파이버, 및 복수의 출력 광 파이버로 출력하기 위해 입력 광 파이버로부터 송신되는 광 신호를 다분기하는 도파관형 광 스플리터를 포함하고, 도파관형 광 스플리터는, 입사광 신호를 다분기하기 위한 슬랩 도파관; 및 다분기된 광 신호가 각각 입력되는 슬랩 도파관에 병렬로 배열되는 복수의 출력용 도파관을 포함하고, 광 신호가 각각 입력되는 출력용 도파관의 개구부 폭이 복수의 출력용 도파관의 배열된 위치에 따라 변한다.

상술한 바와 같이 본 발명에서, 광 신호가 각각 입력되는 출력용 도파관 부분 상에서 개구부 폭은 복수의 출력용 도파관의 배치되는 위치와 일치하여 변한다. 따라서, 그것은 과도한 손실의 증가 없이 각 출력용 도파관에서의 손실의 일관성을 개선시키는 것에 의해 광 스플리터가 낮은 손실 및 낮은 편광 의존도를 달성하도록 한다. 상술한 바와 같은 방식에서, 광도가 일정하게 되도록 출력용 도파관 부분의 개구부 폭을 설정하는 것에 의해, 그것은 각 출력용 도파관에 입력되는 광 신호의 광도의 일관성을 개선시키고, 우수한 광학적 특성을 갖는 광 스플리터를 얻을 수 있게 한다.

또한, 출력용 도파관의 간격과 테이퍼 도파관의 개구부 폭은 광도가 센 중심부분에서 좁아지고, 반면 출력용 도파관의 간격과 테이퍼 도파관의 개구부 폭은 광도가 약한 가장자리 부분에서 넓어진다. 그것에 의하여, 스타 커플러에서의 과도한 손실의 증가 없이 각 출력용 도파관에서의 손실의 일관성을 개선시키는 것에 의해 광 스플리터가 낮은 손실 및 낮은 편광 의존도를 달성하도록 한다. 상술한 바와 같이, 광도가 일정하게 되도록 스타 커플러의 출력용 도파관의 개구부 폭을 설정하는 것에 의해, 각 출력용 도파관에 입력되는 광 신호의 광도의 일관성을 개선시키고, 우수한 광학적 특성을 갖는 광 스플리터를 얻을 수 있게 한다.

또한, 중심부분으로부터 주변부분으로 향하여 복수의 출력용 도파관에 제공되는 복수의 테이퍼 도파관의 개구부 폭을 넓히는 것에 의해, 또한, 중심부분에서 의 작은 간격과 주변부분에서의 큰 간격으로 복수의 출력용 도파관을 배치하는 것에 의해, 복수의 출력용 도파관 사이에서의 빛 손실의 일관성을 달성하도록 하면서 슬랩 도파관의 출력 부분 상에 요구되는 수의 출력용 도파관을 병렬로 배치하는 것이 가능하다. 또한, 중심부분에서 좁고 주변부분에서 넓은 복수의 출력용 도파관에 제공되는 복수의 테이퍼 도파관의 개구부 폭을 설정하는 것에 의해, 가깝게 배치되는 출력용 도파관의 간격은 좁게 유지될 수 있고 따라서 광 스플리터는 크기 면에서 감소될 수 있다.

테이퍼 도파관의 도파관 간격은 슬랩 도파관에서 멀어질수록 더 좁아지게 된다. 이러한 경우에, 테이퍼 도파관의 도파관 간격을 선형적으로, n 차 함수적으로, 또는 지수함수적으로 좁히는 것에 의해, 테이퍼 도파관의 길이는 원하는 길이로 설정될 수 있다.

또한, 슬랩 도파관의 커플링 부분과 테이퍼 도파관 또는 출력용 도파관에서, 전력손실 (이하에서는 "삽입손실" 이라 한다) 은 빛의 분산으로 인해 발생된다. 따라서 본 발명은, 보조 도파관에 의해 삽입손실을 개선시키기 위해 출력용 도파관의 병렬 위치와 일치하여 광 신호의 송신손실을 감소시키기 위한 복수의 보조 도파관을 포함한다. 따라서, 복수의 출력용 도파관 사이에서 입력손실을 감소시키는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르는 광 스플리터는 우수한 광학적 특성을 가지고, 그것은 슬랩 도파관으로부터 출력용 도파관에 입력되는 광도의 일관성을 개선시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 광 스플리터를 광 모듈에 적용하는 것에 의해, 광 모듈의 성능은 개선될 수 있다.

바람직한 실시형태의 설명

도 3 은 본 발명에 따르는 도파관형 광 스플리터에 관한 제 1 실시형태를 나타내는 평면도이다. 도 4 는 도 3 을 부분적으로 확대한 도이다. 이하에서는 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명한다.

실시형태의 도파관형 광 스플리터 (10) 에서, 기판 (11) 상에서 형성되는 것은 입력용 도파관 (12), 복수의 출력용 도파관 (13), 및 입력용 도파관 (12) 로부터 복수의 출력용 도파관 (13) 으로 빛을 다분기하는 슬랩 도파관 (14) 이다. 슬랩 도파관 (14) 은 입력용 도파관 (12) 에 연결되는 입력 가장자리 (15) 및 복수의 출력용 도파관 (13) 이 연결되는 출력단 (16) 를 포함한다. 복수의 출력용 도파관 (13) 은 슬랩 도파관 (14) 의 출력 부분 상에서 병렬로 배치된다.

슬랩 도파관 (14) 의 출력단 (16) 는 입력 가장자리 (15) 또는 중심이 되는 주변부와 함께 arc 형태로 형성되고, 복수의 출력용 도파관 (13) 은 arc-형태의 출력단 (16) 에 연결된다. 슬랩 도파관 (14) 의 출력단 (16) 는 arc 형태로 형성되므로, 슬랩 도파관 (14) 을 통하여 출력단 (16) 에 도달하는 빛의 강도는 출력단 (16) 의 중심에서 가장 세고 중심으로부터 주변으로 향하면서 서서히 약해진다.

따라서, 도 3 에서 나타내는 실시형태의 출력단 (16) 의 중심부분 (161) 에서, 복수의 출력용 도파관 (12) 은 가깝게 배치되고 슬랩 도파관 (14) 의 출력단 (16) 에 직접적으로 연결된다.

출력단 (16) 의 주변부분 (162) 에서, 각 출력용 도파관 (13) 은 그것의 가장자리 부분에서 테이퍼 도파관 (17) 을 포함하고 테이퍼 도파관 (17) 은 출력단 (16) 에 연결된다. 테이퍼 도파관 (17) 의 도파관 간격은 출력단 (16) 부분으로부터 출력용 도파관 (13) 의 가장자리 부분을 향하여 테이퍼되고, 출력용 도파관 (16) 을 향하는 개구부 폭 (도파관 간격) 은 가장 넓게 설정된다.

테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭은 출력단 (16) 의 주변 부분 (162) 에 연결되는 각각의 출력용 도파관 (13) 의 위치에 의존하여 변한다. 도 3 에서 나타내는 실시형태에서, 만약 중심부분에 위치하는 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭이 W1, 중심부분 (161) 으로부터 주변부분 (162) 을 향하여 위치하는 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭이 W2, W3, W4 이라면, 그것은 W1 < W2 < W3 < W4 로 표현되는 관계에 있도록 설정된다. 즉, 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭은 중심부분 (161) 으로부터 주변부분 (162) 을 향하여 넓어지도록 설정된다.

상술한 바와 같이, 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭은 중심부 (161) 및 주변부 (162) 에서 변하며, 주변부에 배치된 복수의 출력용 도파관들 (13) 의 간격은 개구부의 폭이 증가하는 양에 따라 점차적으로 넓어진다. 따라서, 주변부 내의 복수의 출력용 도파관 (13) 은 넓은 간격으로 배치된다.

본 실시형태에서, 기판 (11) 에 실리콘 기판이 사용되며 실리콘 기판 (11) 상에 도파관이 될 코어 층 (core layer) 및 도파관 이외에 CVD, 포토리소그라피, 및 RIE 와 같은 미세가공기술용 클레드 층 (clad layer) 이 형성된다. 이에 의 해, 입력용 도파관 (12), 슬랩 도파관 (14) 및 출력용 도파관 (13) 은 실리콘 기판 (11) 에 제공된다. 입력용 광 파이버 및 출력용 광 파이버 (미도시) 는 입력용 도파관 (12) 및 출력용 도파관 (13) 에 각각 연결된다.

광 파이버로부터의 광 신호는 입력용 도파관 (12) 을 거쳐 전달된 후 슬랩 도파관 (14) 에 입사된다. 슬랩 도파관 (14) 의 입력단 (15) 의 폭은 입력용 도파관 (12) 보다 충분히 넓으며 도파관의 폭은 입력단 (15) 에서부터 출력단 (16) 으로 향해 부채형상 (테이퍼된 형상) 으로 넓어진다. 따라서, 슬랩 도파관 (14) 의 폭은 그러한 정도까지 충분히 넓어 회절에 의한 빛의 확산은 경계에까지 방출되지 않는다. 따라서, 슬랩 도파관 (14) 내에서, 광 신호는 수평방향으로 발사되지 않아 광 신호는 슬랩 도파관 (14) 내에서 테이퍼된 형상으로 확산되며 출력단 (16) 측으로 이동한다.

또한, 슬랩 도파관 (14) 의 입력단 (15) 으로부터의 회절에 의해 확산된 광파 표면의 중앙 만곡부 (center curvature) 는 입력단 (15) 측 보다는 (입력용 도파관 (12) 측의) 내측 상에 있다. 따라서, 슬랩 도파관 (14) 의 폭이 확산된 부채 형상의 중앙 만곡부는 입력단 (15) 측에서부터 입력용 도파관 (12) 측으로 수 ㎛ 에서 수십 ㎛ 단위로 이동한다. 각각의 테이퍼 도파관 (17) 의 위치 및 형상 (출력단 (16) 측 상의 개구부의 폭) 은 소정의 분파율이 되도록 설정된다. 또한, 테이퍼 도파관 (17) 의 테이퍼 각은 도파관 폭의 감소에 따라 빛의 방사 손실을 줄이기 위해 최소한으로 설정된다. 도면에 8 개의 출력용 도파관 (13) 이 도시되어 있으나, 그 수는 이에 한정되는 것이 아님은 당연하다.

다음으로, 도파관형 광 스플리터 (10) 의 기능 및 효과가 개시된다.

입력용 도파관 (12) 에서부터 슬랩 도파관 (14) 으로 입사된 빛은 입력단 (15) 또는 그 부근이 회절효과에 의해 중심이 되는 부채 형상으로 확산되어 원호 형상의 출력단 (16) 에 도달한다. 출력단 (16) 에 도달하는 빛의 강도는 출력단 (16) 의 중심으로부터 주변으로 향함에 따라 감소하는 가우시안 분포를 보인다. 출력단 (16) 에 도달하는 빛은 출력단 (16) 의 중심부 (161) 내의 출력용 도파관 (13) 에 직접 입사되며 테이퍼 도파관 (17) 을 통해 출력단 (16) 의 주변부 (162) 내의 출력용 도파관 (13) 에 직접 입사된다. 이에 의해, 테이퍼 도파관 (17) 이 제공되기 때문에 광 강도가 약한 주변부 (162) 내의 출력용 도파관 (13) 내에 많은 양의 빛이 집중됨에 반하여, 광 강도가 강해서 오직 필요한 빛만이 집중되는 중심부 (161) 내의 출력용 도파관 (13) 내에는 테이퍼 도파관 (17) 이 없다. 이에 의해, 출력용 도파관들 (13) 간의 손실의 균일성을 획득할 수 있다. 또한, 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭은 주변을 향함에 따라 넓어진다. 즉, 개구부의 폭 W1 내지 W4 는 출력단 (16) 내에서 광 광도의 가우시안 분포를 따르기 때문에, 이는 출력용 도파관들 (13) 간의 손실의 균일성을 더 획득하게 할 수 있다.

본 실시형태에서, 테이퍼 도파관 (17) 은 출력단 (16) 의 중심부 (161) 에 제공되지 않는다. 따라서, 출력단 (16) 의 주변부 (162) 내의 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭이 종래 기술의 개구부 폭보다 좁게 형성된다 할지라도, 출력용 도파관들 (13) 간의 손실의 균일성은 획득될 수 있다. 결과적으로, 중심부에 테이퍼 도파관 (17) 이 제공되지 않는 것은 고 밀도 출력용 도파관 (13) 과 출력용 도파관들 (13) 간의 손실의 균일성을 모두 획득하게 할 수 있다.

또한, 출력용 도파관 (13) 은 출력단 (16) 의 중심부 (161) 내에 좁은 간격으로 배치되며, 출력단 (16) 의 주변부 (162) 내에 넓은 간격으로 배치된다. 출력단 (16) 의 중심부 (161) 내에 광 강도는 강하기 때문에, 출력용 도파관 (13) 의 말단에 테이퍼 도파관 (17) 을 제공할 필요는 없다. 따라서, 복수의 출력용 도파관 (13) 을 좁은 간격으로 배치시킴으로써 고 밀도는 획득된다.

한편, 출력단 (16) 의 주변부 (162) 에서, 출력단 (16) 의 주변부 (162) 내의 광 강도를 복수의 출력용 도파관 (13) 을 넓은 간격으로 배치함을 통해 중심부 (161) 내의 광 강도에 가깝게 하고, 테이퍼 도파관 (17) 에 출력용 도파관 (13) 으로 필요한 개구부 폭을 제공하며, 테이퍼 도파관 (17) 의 광 강도를 교정함에 의해 광 강도는 균일하게 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 출력단 (16) 의 광 강도의 가우시안 분포에 따라 출력용 도파관 (13) 의 간격을 변화시킴에 의해, 출력용 도파관들 (13) 간의 손실의 더 좋은 균일성을 획득할 수 있다.

도 5[1] 은 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 2 실시형태를 도시하는 부분 평면도이다. 그러나, 상세한 설명은 도 5[1] 을 참조하여 이하에서 개시된다. 동일한 부호를 적용하고 도면을 생략함으로써, 도 3 에서와 동일한 구성요소의 상세한 설명은 생략되었다.

도 5[1] 에서, 출력단 (16) 은 선형적으로 도시되었지만, 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 원호 형상을 형성한다.

도 5[1] 에 도시된 실시형태에서, 슬랩 도파관 (14) 의 원호 형상 출력단 (16) 의 영역은 원호를 따라 중심부 (161), 중간부 (163), 및 주변부 (162) 의 3 개 영역으로 나누어지며, 출력용 도파관 (13) 은 슬랩 도파관 (14) 에 연결된다. 이하에서 이는 상세히 개시된다.

도 5[1] 에 개시된 바와 같이, 테이퍼 도파관 (18) 은 출력단 (16) 의 중심부 (161) 에 연결된 출력용 도파관 (13) 의 끝단에 제공된다. 출력용 도파관 (13) 의 테이퍼 도파관 (18) 개구부 폭은 슬랩 도파관 (14) 측의 개구부 끝에서부터 출력용 도파관 (13) 측으로 향함에 따라 테이퍼된 형태로 넓어진다. 테이퍼 도파관 (18) 의 최소 개구부 폭의 끝 부분은 슬랩 도파관 (14) 의 출력단과 연결되며, 개구부의 최대 폭의 끝 부분은 출력용 도파관 (13) 과 연결된다. 또한, 테이퍼 도파관 (18) 의 개구부 폭 W11, W12 는 중심부 (161) 측으로 다가감에 따라 좁아진다. 테이퍼 도파관 (18) 의 개구부 폭의 관계는 W11 < W12 로 표현될 수 있다.

출력단 (16) 의 중심부 (163) 에서, 출력용 도파관 (13) 은 출력단 (16) 의 중심부 (163) 와 직접 연결된다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 출력단 (16) 의 주변부 (162) 에서, 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭은 각 출력용 도파관 (13) 의 위치에 따라 변해, 출력단 (16) 의 주변부 (162) 와 연결된다. 도 5[1] 에서, 개구부 폭들 사이의 관계는 W14 < W15 < W16 으로 설정되며, 중심부 (163) 측 부근에 배치된 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭이 W14 일 경우, 더 멀리 배치된 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭은 W15, W16 이다. 즉, 주변부 (162) 에 위치한 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭은 주변부 (162) 로 향함에 따라 넓어진다.

상술한 바와 같이, 도 5[1] 에 도시된 실시형태에서, 중심부 (161) 를 향한 테이퍼 도파관 (18) 의 개구부 W11, W12 는 좁게 설정되며, 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭 W14, W15, W16 은, 중심부 (163) 내의 출력용 도파관 (13) 의 개구부 폭 W13 을 참조로 하여, 주변부로 향함에 따라 점차적으로 넓어진다. 개구부 폭들 사이의 관계는 W11 < W12 < W13 < W14 < W15 < W16 으로 표현할 수 있다.

일 실시형태에서, 빛은 중심부 (161) 내의 출력용 도파관 (13) 내의 테이퍼 도파관 (18) 에 의해 빛이 다운될 수 있다. 따라서, 주변부 (162) 내의 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭이 다운된 빛에 따른 제 1 실시형태에 비하여 더 좁은 경우일 지라도, 출력용 도파관들 (13) 사이에 손실의 균일성을 획득하는 것은 가능하다. 따라서, 고밀도 출력용 도파관 (13) 및 출력용 도파관 (13) 들 사이의 삽입 손실의 균일성 모두를 획득하는 것은 가능하다.

본 실시형태에서, 복수의 출력용 도파관 (13) 으로서 2 종류가 있으며, 하나는 테이퍼 도파관이 없는 종류, 다른 하나는 테이퍼 도파관 (17) 을 가진 종류, 나머지 하나는 테이퍼 도파관 (18) 을 가진 종류이다. 그러나 출력용 도파관 (13) 은 3 종류에 한정되지 않는다. 복수의 출력용 도파관 (13) 으로서, 2 종류의 테이퍼 도파관 (17 및 18) 을 가진 것이 사용될 수 있다. 이 경우, 출력용 도파관들 (13) 사이에서 발생하는 삽입 손실은, 슬랩 도파관 (14) 의 출력단 (16) 의 영역을 2 영역으로 나누고, 출력단 (16) 의 주변부를 향해 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭을 넓히며, 중심부 (161) 에 다가감에 따라 테이퍼 도파관 (18) 의 개구부 폭을 좁힘으로써 균일하게 될 수 있다.

도 5[2] 는 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 3 실시형태를 도시하는 부분 평면도이다. 상세한 설명은 도 5[2] 를 참조하여 이하에서 제공된다. 그러나, 동일한 참조 부호를 적용함으로써 또는 도시를 생략함으로써 도 3 에의 구성요소와 동일한 구성요소의 설명은 생략되었다.

테이퍼 도파관 (19) 과 관련된 실시형태는 슬랩 도파관 (14) 과 출력용 도파관 (13) 사이에 삽입된다. 상술한 실시형태의 테이퍼 도파관 (17) 에 있어서, 도 5[2] 에 2 점쇄선으로 도시된 바와 같이, 도파관을 정의하는 벽면은 도파관의 폭을 변화시키기 위해 선형적으로 (테이퍼된 형태로) 형성된다. 한편으로는, 테이퍼 도파관 (19) 내에서, 도파관을 정의하는 벽면은 도파관 폭을 변화시키기 위해 곡선형태로 형성된다. 테이퍼 도파관의 내벽 (19) 은 내벽을 향해 입사함에 따라 휘어진다. 이 경우, 내벽의 곡선 형상이 지수함수 형상 또는 N 차 함수 형상인 것이 바람직하다. "n" 은 2 이상의 정수이다.

이 구조는 테이퍼 도파관들 (17 및 18) 에 적용될 수 있다.

본 실시형태에서, 테이퍼 도파관의 폭이 줄어듬에 따라 야기되는 빛의 방사 손실 (radiation loss) 을 억제하는 동안 테이퍼 도파관 (19) 의 광 축 방향 (도면에서 수평방향) 으로의 길이 L1 은 줄이는 것이 가능하다. 따라서, 크기 감소가 얻어진다. 수치를 참조하여 개시되는 상세한 설명으로서, 출력용 도파관 (13) 의 폭이 7 ㎛ 이고, 개구부 폭 W 가 20 ㎛ 일 경우, 본 실시형태의 테이퍼 도파관 (19) 내의 길이 L1 이 단지 200 ㎛ 를 필요로 함에 반해, 테이퍼 도파관 (17) 내의 길이 L2 는 테이퍼된 형상으로 500 ㎛ 가 요구된다.

도 1 내지 도 3 에서, 더 나은 이해를 위해 수평 방향 (도파관의 길이 방향) 은 수직 방향 (도파관의 폭 방향) 에 비하여 단축되었다.

도 6 은 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 4 실시형태를 도시하는 평면도이다. 도면을 참조하여 이하에서 상세한 설명이 개시된다. 그러나, 도 3 에서와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 적용함으로써 생략되었다.

본 실시형태의 도파관형 광 스플리터 (2) 에서, 복수의 출력용 도파관 (13) 을 포함하는 복수의 손실저감용 도파관 (211 내지 216) 이 개시된다. 손실-감소 도파관 (211 내지 216) 은 다른 도파관들과 동시에 기판 (11) 상에 형성되어, 이에 의해 전환영역 (21) 을 형성한다. 또한, 손실저감용 도파관 (211 내지 216) 은 출력단 (16) 과 동심원으로 원호형상으로 형성되며, 도파관의 폭은 출력단 (16) 에서 멀어짐에 따라 좁아진다. 비록 손실저감용 도파관 (211, ---,) 의 수가 편의를 위해 6 개로 설정되었지만, 실제적으로 그 수는 20 내지 40 인 것이 바람직하다.

전환영역 (21) 에서, 복수의 출력용 도파관 (13) 및 복수의 손실저감용 도파관 (211 내지 216) 은 망사형으로 형성된다. 이때, 손실저감용 도파관 (211 내지 216) 의 폭 및 간격을 점차적으로 변화시킴에 의해, 복수의 출력용 도파관들 (13) 간의 빛의 전달은 출력용 도파관 (13) 에 효율적으로 입사된다. 이에 의 해, 삽입 손실은 감소한다.

슬랩 도파관 (14) 의 출력단의 중심부 (161) 내에 배치된 출력용 도파관 (13) 에 테이퍼 도파관 (17) 이 제공되지 않음에 의해, 출력용 도파관들 (13) 사이의 삽입 손실의 균일성은 획득될 수 있다. 이러한 구성에서, 모든 출력용 도파관 (13) 의 광 강도는 약해지는 경향을 가진다. 따라서, 도 6 에 도시된 바와 같이, 손실저감용 도파관 (211,---) 을 제공함에 의해, 모든 출력용 도파관 (13) 의 광 강도는 향상될 수 있다.

도 7 는 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 5 실시형태를 도시하는 평면도이다. 상세한 설명이 도면을 참조하여 개시된다. 그러나, 도 6 과 동일한 구성요소의 상세한 설명은 동일한 부호를 적용함으로써 생략되었다.

도파관형 광 스플리터 (30) 에 제공되는 출력용 도파관 (13) 중에, 본 실시형태의 복수의 손실저감용 도파관 (311 내지 316) 이, 슬랩 도파관 (14) 의 출력단 (16) 의 주변부 (162) 내에 위치하는 테이퍼 도파관 (17) 을 포함하는 출력용 도파관 (17) 에만 교차함에 의해 제공된다. 따라서, 손실저감용 도파관 (311 내지 316) 은 슬랩 도파관 (14) 의 출력단 (16) 의 중심부 (161) 내에 위치한 테이퍼 도파관 (17) 을 포함하지 않는 출력용 도파관 (13) 과 교차하지 않는다.

손실저감용 도파관 (311 내지 316) 은 다른 도파관들과 동시에 기판상에 형성되며, 이에 의해 전환영역 (31) 을 형성한다. 또한, 손실저감용 도파관 (311 내지 316) 은 출력단 (16) 과 동심원상의 원호형상으로 형성되며, 도파관의 폭은 출력단 (16) 에서 멀어짐에 따라 좁아진다.

이에 의해, 전환 영역 (31) 에서, 손실 저감의 정도는 출력단 (16) 의 중심부에서부터 멀어져 주변을 향함에 따라 증가한다.

본 실시형태에서, 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 폭이 제 4 실시형태의 개구부 폭보다 더 좁다고 할지라도, 출력용 도파관들 (13) 사이의 손실의 균일성은 손실저감용 도파관 (311,---) 의 영향에 의해 획득될 수 있다. 따라서, 고 밀도 출력용 도파관 (13) 과 출력용 도파관들 간의 손실의 균일성 모두 획득될 수 있다.

도 8 은 본 발명에 따른 도파관형 광 스플리터의 제 6 실시형태를 도시하는 평면도이다. 상세한 설명이 도면을 참조하여 이하에서 개시될 것이다. 그러나, 도 6 과 동일한 구성요소에 해한 상세한 설명은 동일한 부호를 사용함에 의해 생략되었다.

본 실시형태의 도파관형 광 스플리터 (40) 에서, 테이퍼 도파관 (17) 을 포함하는 복수의 출력용 도파관 (13) 과 교차함에 의해 복수의 손실저감용 도파관 (411 내지 416) 이 제공된다. 손실저감용 도파관 (411 내지 416) 은 다른 도파관들과 동시에 기판상에 형성되며, 이에 의해 전환 영역 (41) 을 형성한다. 또한, 손실저감용 도파관 (411 내지 416) 은 출력단 (16) 과 동심원 상에 원호 형상으로 형성되며, 도파관 폭은 출력단 (16) 으로부터 멀어짐에 따라 좁아진다.

복수의 손실저감용 도파관 (311,---) 의 수가 출력단 (16) 의 주변부로부터 중심에 다가감에 따라 줄어든다는 점에서 제 4 실시형태와 구별된다. 이에 의해, 전환 영역 (41) 에서, 손실의 저감 정도는 출력단 (16) 의 중심으로부터 주변으로 감에 따라 증가한다.

본 실시형태에서, 테이퍼 도파관 (17) 의 개구부 포기 제 4 실시형태의 개구부 폭에 비해 더 좁다고 할지라도, 출력용 도파관들 (13) 간의 손실의 균일성은 손실저감용 도파관 (411,---) 의 영향에 의해 획득될 수 있다. 따라서, 고 밀도 출력용 도파관 (13) 및 출력용 도파관들 (13) 간의 손실의 균일성 모두를 획득하는 것 역시 가능하다.

도 9 는 본 발명에 따른 도파관형 광 모듈의 제 1 실시형태를 도시하는 개략도이다. 상세한 설명이 도면을 참조하여 개시될 것이다. 그러나, 도 3 에서와 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 동일한 부호를 적용함에 의해 생략되었다.

본 발명에 따른 도파관형 광 모듈 (50) 은 도 3 에 도시된 도파관형 광 스플리터 (10), 도파관형 광 스플리터 (10) 의 입력용 도파관 (미도시) 에 연결된 입력 광 파이버 (51), 도파관형 광 스플리터 (10) 의 출력용 도파관 (미도시) 에 연결된 복수의 출력용 도파관 파이버 (52), 및 도파관형 광 스플리터 (10), 입력용 광 파이버 (51), 및 출력용 광 파이버 (52) 를 둘러싸기 위한 케이스 (53) 을 포함한다. 도파관형 광 모듈 (50) 에서, 도파관형 광 스플리터 (10) 가 제공되며, 이 도파관형 광 스플리터 (10) 는 크기를 감소시킬 수 있고 또한 출력 광이 동일한 광 강도를 가지는 것을 획득하게 할 수 있다. 또한, 상술한 도파관형 광 스플리터 (20, 30, 40) 는 도파관형 광 스플리터 (10) 대신에 사용될 수 있다.

또한, 중심부분으로부터 주변부분으로 향하여 복수의 출력용 도파관에 제공되는 복수의 테이퍼 도파관의 개구부 폭을 넓히는 것에 의해, 또한, 중심부분에서의 작은 간격과 주변부분에서의 큰 간격으로 복수의 출력용 도파관을 배치하는 것에 의해, 복수의 출력용 도파관 사이에서의 빛 손실의 일관성을 달성하도록 하면서 슬랩 도파관의 출력 부분 상에 요구되는 수의 출력용 도파관을 병렬로 배치하는 것 이 가능하다. 또한, 중심부분에서 좁고 주변부분에서 넓은 복수의 출력용 도파관에 제공되는 복수의 테이퍼 도파관의 개구부 폭을 설정하는 것에 의해, 가깝게 배치되는 출력용 도파관의 간격은 좁게 유지될 수 있고 따라서 광 스플리터는 크기 면에서 감소될 수 있다.

Claims

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입사광 신호를 다분기하기 위한 슬랩 도파관; 및

상기 슬랩 도파관에 대하여 평행하게 배열되고, 다분기된 상기 광 신호들이 각각 입력되는 복수의 출력용 도파관들을 포함하며,

상기 광 신호들이 각각 입력되는 상기 출력용 도파관들의 개구부 폭은, 상기 슬랩 도파관의 광 강도가 강한 중심부에서는 더 좁고 상기 중심부로부터 주변부로 향해 감에 따라 더 넓어지도록, 상기 복수의 출력용 도파관들의 배열 위치에 따라 변화하고,

상기 중심부 및 상기 주변부에 위치된 상기 복수의 출력용 도파관들은 비선형 테이퍼 형상의 테이퍼 도파관을 포함하고, 상기 테이퍼 도파관의 폭이 상기 슬랩 도파관 측으로부터 상기 출력용 도파관 측으로 향해감에 따라 더 좁아지며,

상기 광 신호들의 전송 손실을 저감시키기 위하여, 평행하게 배열된 상기 복수의 출력용 도파관들 중 적어도 상기 주변부의 출력용 도파관과 교차하는, 복수의 보조 도파관들을 더 포함하는, 도파관형 광 스플리터.
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제 11 항에 있어서,

상기 복수의 보조 도파관들은 상기 중심부 및 상기 주변부의 출력용 도파관들과 각각 교차하는, 도파관형 광 스플리터.
제 11 항에 있어서,

상기 복수의 보조 도파관들의 폭은 상기 슬랩 도파관으로부터 멀어져 감에 따라 좁아지는, 도파관형 광 스플리터.
제 11 항에 있어서,

상기 주변부의 출력용 도파관과 교차하는 상기 보조 도파관들의 수는 상기 중심부로부터 상기 주변부로 향해 감에 따라 증가하는, 도파관형 광 스플리터.
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