KR100819309B1 - 파장분할다중전송 필터 장치 - Google Patents

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KR100819309B1
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박수진
최영복
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주식회사 케이티
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Abstract

본 발명은 파장분할다중전송(Wavelength Division Multiplexing : 이하 'WDM'이라 함) 필터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평면형 광도파회로(Planar Lightwave Circuit : 이하 'PLC'라 함)를 포함하는 플랫폼을 이용하고 상기 PLC의 코어(core) 사이에 다층 박막간섭필터를 삽입하여 상기 다층 박막간섭필터와 PLC의 코어 간의 광결합 효율을 극대화시킬 수 있도록 된 다층 박막간섭필터를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치와 광의 수평 방향을 조절하기 위하여 수평 방향의 렌즈 구조를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치에 관한 것으로, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 파장분할다중전송 필터 장치는, 베이스와 상기 베이스 위의 클래드 층에 둘러싸인 PLC 코어 층을 포함하는 플랫폼 위에, 굴절율이 서로 다른 다층의 박막으로 구성된 다층 박막간섭필터가 결합되고, 상기 PLC 코어 층에는 광섬유와 접속하기 위한 도파로와, 상기 다층 박막간섭필터와의 접속 손실을 최소화하기 위하여 수평방향으로 spot size가 확장된 입사광 도파로와 반사광 도파로, 입사광과 반사광의 경로가 완전히 분리되지 않는 슬랩(slab)도파로 및 투과광 도파로가 형성되며, 상기 플랫폼에는 상기 다층 박막간섭필터를 소정 깊이 삽입하여 결합시키키 위한 제 1홈과 상기 다층 박막간섭필터와 그 하부의 베이스가 직접 접하는 것을 방지하기 위한 제 2홈이 형성됨으로써 광커플링을 방지할 수 있게 되어 있는 구조로서, 상기 입사광 도파로로 입사된 다중 파장의 광파가 상기 다층 박막간섭필터에 의해 일부 반사되어 상기 반사광 도파로로 반사되거나 투과광 도파로로 일부 투과되어 파장별로 필터링되는 것을 특징으로 한다. 이에 본 발명은 콜리메이터 렌즈 없이 PLC 도파로를 사용함으로써 광축정렬 비용을 낮추어 저가격화를 실현할 수 있으며, 모든 공정이 포토리소그래피(photolithography) 등을 이용하여 대량으로 제작할 수 있으므로 저가격화를 실현하고 조립과정이 매우 간단해 진다는 효과가 있다.

Description

파장분할다중전송 필터 장치{Apparatus for Wavelength Division Multiplexing filter}
도 1은 종래의 Fabry-Perot형 다층 박막간섭필터의 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래의 Fabry-Perot형 다층 박막간섭필터의 작용을 설명하기 위한 도면.
도 3은 종래의 다층 박막간섭필터를 예시한 도면.
도 4는 종래의 다층 박막간섭필터에 적용되는 가우시안 빔의 자유공간에서의 빔의 반경을 나타낸 도면.
도 5는 종래의 Fabry-Perot형 다층 박막간섭필터에서 입사각이 수직이 아닐 경우의 작용을 설명하기 위한 도면.
도 6은 통상의 입사각과 다층 박막간섭필터위 두께가 광결합 효율에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면.
도 7은 도파로에 다층 박막간섭필터가 연결되어 있는 구조를 나타내는 도면.
도 8a 내지 도 8d는 <식 3>과 <식 6>에 의한 광접속 손실의 관계를 나타낸 그래프.
도 9a 내지 도 9g는 본 발명의 일실시예에 따른 다층 박막간섭필터를 이용한 WDM 필터 장치의 기본 구조와 그 제작 공정을 설명하기 위한 도면.
도 10a와 도 10c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수평방향의 렌즈 구조를 갖는 WDM 필터 장치의 구조와 제작공정을 설명하기 위한 도면.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일실시예에 따라 PLC 플랫폼에 고정하기위한 다층 박막간섭필터의 제작 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 PLC 플랫폼에 다층 박막간섭필터를 결합시킨 것을 나타내는 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 글래스기판 12 : 다층 박막간섭필터
14 : 클래드 층 14a : 오버클래드
14b : 언더클래드 16 : PLC 코어 층
18 : 베이스
본 발명은 파장분할다중전송(Wavelength Division Multiplexing : 이하 'WDM'이라 함) 필터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평면형 광도파회로(Planar Lightwave Circuit : 이하 'PLC'라 함)를 포함하는 플랫폼을 이용하고 상기 PLC의 코어(core) 사이에 다층 박막간섭필터를 삽입하여 상기 다층 박막간섭필터와 PLC의 코어 간의 광결합 효율을 극대화시킬 수 있도록 된 다층 박막 간섭필터를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치와 광의 수평 방향을 조절하기 위하여 수평 방향의 렌즈 구조를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치에 관한 것이다.
WDM용 다중화/역다중화기(Mux/Demux) 필터로 널리 사용되는 부품의 하나로 Fabry-Perot방식의 다층 박막간섭필터가 있다.
첨부되어진 도 1은 상기 Fabry-Perot형 필터의 기본 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도면에 의하면 굴절률 ni와 두께 di를 갖는 박막간섭필터(12a 내지 12h)가 다층으로 형성된 다층 박막간섭필터(12)가 글래스(glass)기판(10) 상에 형성되고, 이러한 다층 박막간섭필터(12)로 입사되는 빛은 박막 간의 경계에서 일부는 반사되고 일부는 투과된다.
이때, 박막간섭필터(12a 내지 12h)의 굴절율과 두께에 의하여, 각 경계면에서 반사되는 광파 Eri(i=1,‥, i,‥, m) 간에 위상이 일치하면 빛의 특성에 의해서 반사광의 세기가 커져서 다층 박막간섭필터(12)의 반사율이 높아지고, 각 경계면을 투과하는 광파 Eti(i=1,‥, i,‥, m) 간의 위상이 일치하면 빛의 특성에 의하여 투과광의 세기가 커져서 다층 박막간섭필터(12)의 투과율이 커진다. 다층 박막간섭필터(12)는 이러한 원리를 이용하여 각 박막의 굴절율, 두께, 박막 층의 수 등을 조절하여 원하는 투과 특성을 갖도록 설계 및 제작한다.
한편, 1.3/1.5㎛광의 WDM과 같이 분리하고자 하는 광의 파장간격이 클 경우는 박막 층의 수가 많지 않고, 또한 전체 필터가 두껍지 않다(약 2∼4㎛).
그러나, 분리하고자 하는 파장의 간격이 약 20㎚ 이하일 경우 또는 투과/반 사특성을 평평하게 하는 등 요구 특성이 까다로운 경우에는 박막 층의 수가 증가하여 전체 필터가 약 20㎛의 두께를 갖는다.
상술되어진 다층 박막간섭필터를 WDM 다중화/역다중화기 용 필터로 이용하기 위해서는 일반적으로 도 2와 같은 방법을 이용하는데, 도 2에 의하면 λ1 내지 λ4 의 다중화 되어 있는 파장은 박막간섭필터(F1)에 의해 파장 λ1이 투과되고 λ2 내지 λ4는 반사되며, 박막간섭필터(F2)에 의해 파장 λ2이 투과되고 λ3, λ 4는 반사되며, 박막간섭필터(F3)에 의해 λ3는 투과되고 λ4는 반사되어 λ1 내지 λ4로 분리된다. 이때 필터의 삽입손실을 줄이기 위하여 박막간섭필터(F1, F2, F3)마다 입사렌즈(L1), 반사렌즈(L2), 투과렌즈(L3)가 각각 설치된다.
상술되어진 방법은 광섬유와 콜리메이터(collimator) 렌즈 및 필터 등을 광축 정렬시켜 다중화된 파장을 분리하는 것인데, 광섬유와 콜리메이터(collimator) 렌즈 및 필터 등을 광축에 정렬시키는 것이 고도의 기술을 요한다는 문제점을 갖고 있는 바, 이러한 문제점을 해결하기 위해 도 3과 같이 PLC 플랫폼 상에 다층 박막간섭필터를 삽입하여 커먼포트(common port)로 입사되는 1.31/1.55㎛ 파장의 광을 다층 박막간섭필터(thin film filter)로써 1.55㎛ 파장의 광은 리플렉션 포트(reflection port)로 반사시키고 1.31㎛ 파장의 광은 트랜스미션 포트(transmission port)로 투과시키도록 제작된 바 있다. 이는 1996년에 Y.Inoue, T.Oguchi, Y.hibino, S.Suzuki, M.Yaganisawa, K.Moriwaki, Y.Yamada에 의해 "Filter embedded Wavelength division multiplexer for hybrid integrated transceiver baseed on silica-based PLC"로 간행물 Electronics Letters, vol.32, no.9, 의 847쪽∼848쪽에 게시된 바 있다.
상술되어진 구성에서, 각 포트를 이루는 광섬유 등의 도파로에서 자유공간으로 방사되는 광은 가우시안 특성을 갖는 빔(Gaussian beam)으로서, 도 4에서와 같이 필드(filed)의 세기가 1/e가 되는 빔(beam)의 반경(spot size)이 점점 넓어진다. 이때, spot size의 크기는 다음 <식 1>과 같이 나타내어진다.
Figure 112001024520468-pat00001
<식 1>
여기서, w(z) : spot size 크기이고,
w0 : 도파로가 끝나는 점에서의 spot size
λ : 파장
z : 진행거리 이다.
<식 1>로 알 수 있는 바와 같이 진행거리(z)가 증가할수록 spot size는 커진다. 그러므로 다층 박막간섭필터가 두꺼울 때는 광도파로 간 간격이 넓어져서 자유공간에서의 진행간격이 커지므로, 도 2에서와 같이 입사렌즈, 반사렌즈, 투과렌즈를 사용하여 광섬유 간의 광결합 효율을 증가시켜야 한다.
그러나, 도 3에서와 같이 박막간섭필터의 두께가 작은 경우에는 자유공간에서의 광의 진행거리가 짧아 spot size의 크기 변화가 적으므로 렌즈가 없어도 양호한 광결합 효율을 얻을 수 있다. 위의 인용 간행물의 경우 삽입손실은 1.0dB 내외이다.
또한, 도 3에서 제시된 방법은 PLC 도파로를 이용하기 때문에 도파로의 위치가 미리 정해지므로 필터를 단순하게 삽입하는 공정만으로도 구현이 가능해지고, 이런 이유로 광축정렬이 필요치 않으며, 비교적 파장 간격이 큰 1.3/1.5㎛의 파장을 분리하기 때문에 기판을 제외한 다층 박막의 두께는 4㎛정도로 얇다.
그러나, 도 3에서 설명되어진 PLC 플랫폼 상에 다층 박막간섭필터를 삽입하는 구조는 DWDM(Dense WDM)과 같이 파장 간격이 매우 작을 때는 층 수가 100정도이고, 다층 박막간섭필터만의 두께가 20㎛이상이 되는 경우에는 적용할 수 없다는 단점이 있다.
한편, 도 5를 참조하여 도 2에서 제시된 종래 Fabry-Perot형 다층 박막간섭필터의 작용을 설명하면, 다층 박막간섭필터의 반사 특성이 도 1에서와 같이 면에 수직으로 입사되는 광파일 경우에는 다층으로 구성하는 모든 면에서 반사되는 광파들의 합에 의하여 최적의 반사율이 얻어지지만, 반사광이 입사 도파로로 다시 반사되어 들어가므로 입사광으로부터 반사광을 분리하기 위한 장치인 서큘레이터(circulator) 등을 반드시 이용해야 하기 때문에 경제적이지 않다는 단점이 있다.
그리고, 종래 Febry-Perot형 다층 박막간섭필터에서는 입사광이 도 5에 도시된 바와 같이 면에 수직하지 않은 경우에는 전반사에 의해 입사광과 반사광의 경로가 다르므로 용이하게 분리할 수 있다는 장점이 있지만, 이 경우에는 다층 박막의 모든 면에서 반사되는 광파들이 정확하게 더해지지 않는다는 단점이 있기 때문에, 입사각도를 수직에서 크게 벗어나게 할 수 없다.
이러한 특성을 고려할 때, 도 3에 제시된 것처럼 1.3/1.5㎛ WDM 용일 경우에는 층 수가 많지 않고 박막 두께가 4㎛정도이므로 입사각도의 영향이 적어 도 3과 같은 구성이 가능하나 DWDM(Dense WDM)과 같이 파장간격이 매우 작을 때는 층 수가 100정도이고, 두께가 20㎛ 정도 되므로 광의 입사각도에 민감해진다.
이와 같이 DWDM 용 다층 박막간섭필터의 경우, 일반적으로 사용되는 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 콜리메이터 렌즈를 사용하여 도 5의 1, 2, 3, 4면에서 반사되는 광파를 합침으로써 원하는 광투과/반사 특성을 얻는다. 이는 상술되어 있듯이 광섬유와 콜리메이터 렌즈 및 박막간섭필터의 광축정렬이 어렵다는 문제점이 있다.
그러나, 다층 박막간섭필터를 WDM 다중화/역다중화기에 이용할 때 광섬유와 콜리메이터 렌즈를 사용하지 않고 PLC 상에 다층 박막간섭필터를 삽입함으로써 상기의 문제점을 해결 할 수 있지만, 이 또한 다층 박막간섭필터의 두께가 커짐에 따라 다음의 두 가지 문제를 해결하여야 한다.
첫째, 다층 박막간섭필터의 모든 면에서 반사되는 광파가 중첩되도록 하여야 한다.
둘째, 두께가 큰 다층 박막간섭필터를 광파가 투과 또는 반사하여도 광파의 퍼짐을 최소화하여 도파로와의 접속손실을 최소화하여야 한다.
위의 문제점을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 6에서 입사광의 spot size를 w1, 반사광의 spot size를 w2, 입사각을 θ, 다층 박막간섭필터의 두께를 t라 할 때, w1과 w2사이에는 다음과 같은 관계가 있 다.
w2=w1+2 t sinθ <식 2>
상술된 바와 같이, 콜리메이터 렌즈를 사용하면 <식 2>에서와 같이 반사에 의하여 넓어진 spot size를 다시 줄일 수 있으나, 본 발명에서 추구하는 바와 같이 렌즈를 사용하지 않는 경우, spot size 차이에 의한 광접속 손실이 존재한다. <식 2>에서 알 수 있듯이 입사광과 반사광의 spot size 차이는 입사각과 박막간섭필터의 두께 등에 따라 달라진다. 즉 입사각이 크고, 박막간섭필터의 두께가 커지면 입사광과 반사광의 크기 차이가 커지고, 따라서 두 도파로간의 결합손실이 커진다.
두 도파로간의 spot size (모드 필드 직경, Mode Field Diameter) 차이에 의한 광결합 효율은 다음 식으로 주어진다.
η=4/[(w2/w1)+(w1/w2)]2 <식 3>
따라서 입사광 도파로와 반사광 도파로 간의 광결합 손실을 줄이기 위해서는 위의 식에서 2 t sinθ/w2 가 작아야 한다. 그런데 DWDM을 위해서는 박막간섭필터의 두께(t)가 10㎛ 내지 20㎛로서 제한이 있고, 남은 방법은 입사각(θ)을 줄이거나, 빔의 크기(w2 혹은 w1)를 크게 하여야 한다. 그런데, 입사각을 줄이는데도 한계가 있다. 그 이유는 다음과 같다.
도 7은 도파로에 다층 박막간섭필터가 연결되어 있는 구조이다. 설명의 편의를 위해서 입사광과 반사광의 spot size가 공히 w라하고, 입(반)사각이 θ라 할 때 두 광이 분리되는 거리 ℓ은 아래의 식으로 나타낼 수 있다.
ℓ=w/2tanθ <식 4>
또한 a 지점부터 b 지점까지의 광진행거리 p는 다음과 같다.
p=w/sinθ <식 5>
광진행거리 p에 따른 광결합 효율은 다음 식에 의해 나타내어진다.
η=1/((pλ/2πnw2)2+1) <식 6>
λ는 파장, n은 굴절율이다.
위의 <식 2, 3, 4, 5, 6>을 이용하여 입사각에 따른 광손실을 계산하면 도 8과 같다. 상기 계산에서 파장 λ은 1.5㎛, 굴절율은 1.444로 하였다. 또한 다층 박막간섭필터의 두께를 t=20㎛, t=4㎛의 두 가지 경우에 대하여 계산하였다.
spot size w가 10㎛, 50㎛, 100㎛, 200㎛일 경우에 대하여 입사각을 변수로 하여 <식 3>의 다층 박막간섭필터에서의 반사에 의한 spot size 변화에 의한 광접속 손실 Lw, <식 6>에 의한 도파로간의 간격 p에 의한 광접속손실 Lp, 및 두 항의 합 Lt을 구했다. 도 8a와 도 8b는 다층 박막간섭필터의 두께가 20㎛인 경우이고, 도 8c와 도 8d는 4㎛인 경우이다. 도 8b와 도 8d는 각각 도 8a와 도 8c를 부분적으로 확대한 것이다.
도 8a 내지 도 8d의 계산 결과는 설명을 위한 단순화된 계산을 하였으므로 정확한 값은 아니나 상대적으로 경향은 충분히 설명하고 있다. 즉, 입사각도가 작아짐에 따라, 광도파로 간의 거리 p 및 이에 의한 광접속 손실은 급격히 증가하고, 반대로 spot size 변화에 의한 손실은 작아진다. 따라서 두 손실의 합이 최소가 되 는 최적의 입사각이 존재한다. 또한 spot size가 커질수록 손실 Lt가 작아지는 것을 알 수 있다.
필터의 두께가 20㎛인 경우 도 8a 및 도 8b와 4㎛인 경우 도 8c 및 도 8d를 비교하면, 4㎛인 경우는 spot size가 10㎛일 때 광손실이 입사각에 민감하지 않은 반면, 두께가 20㎛일 때는 입사각이 커짐에 따라 광손실이 급격히 증가함을 알 수 있다.
또한, 필터의 두께가 두꺼울수록 광손실이 증가함을 알 수 있다. 도 8a 내지 도 8d에서 알 수 있는 것은 두께가 큰 다층 박막간섭필터에서 반사되는 광을 렌즈 없이 도파로에 접속하고자 할 때는 spot size가 커야 한다는 것이다. 즉, 도 8a 내지 도 8d에서 총손실 Lt는 beam size가 클수록 작아지는 것을 알 수 있다.
도 2와 같이 필터가 여러 단계 사용되는 DWDM의 경우, 각 단계에서 광손실이 누적되므로 광필터에서 반사광의 광손실을 최소화 할 필요가 있다. 따라서 빔 사이즈를 크게 하는 것은 매우 중요하다. 그러나 빔이 최종적으로 광섬유와 결합하여야 하기 때문에 렌즈가 없는 경우 빔 사이즈가 광섬유의 크기보다 커질 수 없다.
따라서, 본 발명은 상술되어진 문제점들을 해결하기 위하여 제안되어진 것으로서, 두께가 20㎛ 이상인 다층 박막간섭필터를 WDM 다중화/역다중화기에 이용할 때 별도의 렌즈 없이 수평으로는 PLC의 코어 폭(width)을 테이퍼링(tappering)하여 넓히고, 수직으로는 슬랩(slab)도파로를 형성하여 도파로 간 광결합 효율을 증대시 킬 수 있도록 된 다층 박막간섭필터를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치를 제공하고, 또한 광의 수평 방향의 spot size을 조절하기 위한 도파로 구조를 갖는 PLC 플랫폼을 이용한 파장분할다중전송 필터 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 파장분할다중전송 필터 장치는, 베이스와 상기 베이스 위의 클래드 층에 둘러싸인 PLC 코어 층을 포함하는 플랫폼 위에, 굴절율이 서로 다른 다층의 박막으로 구성되고, 상기 PLC 코어 층의 광도파로와 광접속효율이 최대가 되도록 다층박막평면의 수직방향으로 슬랩도파로가 형성된 다층 박막간섭필터가 상기 베이스에 결합되고, 상기 PLC 코어 층에는 광섬유와 접속하기 위한 도파로와, 상기 다층 박막간섭필터와의 접속 손실을 최소화하기 위하여 수평방향으로 spot size가 확장되어 각각 상기 도파로와 연결되는 입사광 도파로와 반사광 도파로, 입력측은 상기 입사광 도파로 및 반사광 도파로와 연결되고 출력측은 상기 다층 박막간섭필터와 연결되는 슬랩도파로, 및 상기 다층 박막간섭필터와 연결되어 상기 다층 박막간섭필터를 통과한 투과광의 경로인 투과광 도파로가 형성되며, 상기 플랫폼에는 상기 다층 박막간섭필터를 소정 깊이 삽입하여 결합시키키 위한 제 1홈과 상기 다층 박막간섭필터와 그 하부의 베이스가 직접 접하는 것을 방지하기 위한 제 2홈이 형성됨으로써, 상기 입사광 도파로로 입사된 다중 파장의 광파가 상기 다층 박막간섭필터의 투과 특성에 의하여 특정파장의 광은 반사되어 상기 반사광 도파로로 입사되고 다층 박막간섭필터를 투과하는 파장의 광은 투과광 도파로로 입사되어 파장별로 필터링되는 것을 특징으로 한다.
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PLC 코어 층에서는 수직방향으로의 코어 높이를 조절하기는 매우 어렵다. 따라서 PLC 층의 코어의 높이는 일반적으로 광섬유와 비슷한 8㎛ 정도로 정해진다. 그러나 수평방향으로는 넓이 조절이 매우 용이하다. 즉, 제작 시 포토 마스크(photo mask)에 의해서 코어의 넓이는 쉽게 조절될 수 있다.
본 발명에서는 PLC 코어 층 및 다층 박막간섭필터를 통과하는 모든 광파의 수직방향의 spot size는 일정하게 고정한다. 즉, PLC 코어 층의 코어의 높이 및 다층 박막간섭필터의 높이를 일정하게 함으로써, 광파의 수직방향 spot size가 PLC 코어 층 뿐 아니라 다층 박막간섭필터에서도 동일하게 유지된다. 그리고 수평방향 으로는 광파의 넓이를 조절하여 광손실이 최소가 되게 한다.
그러나 최종적으로는 광섬유와의 접속손실이 작아야 하므로, 어떠한 방법으로든 광섬유 크기의 광을 원하는 크기로 변환시킬 수 있는 방법이 있어야 한다. PLC 코어 층에서 광파의 크기를 변환하기 위한 방법으로는 테이퍼링 방법이 알려져 있다. 또한 수평방향의 렌즈를 구현함으로써 광파의 수평방향으로의 spot size를 변환할 수 있다.
이에 대한 본 발명의 실시예들을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 9a 내지 도 9g와 같이 광파의 수평방향 spot size가 변환되고 다층 박막간섭필터의 입사광, 반사광, 투과광이 입사되는 도파로를 포함하는 PLC 플랫폼을 제작한다. 상기 PLC 플랫폼은 상기 도파로 뿐만 아니라 다층 박막간섭필터가 놓일 위치가 구비되어 있다.
제작 방법은 인용논문(Y.Yamada, A.Takagi, I.Ogawa, M.Kawachi, and M.Kobayashi, Silica-based optical waveguide on Terraced silicon substrate as hybrid integration platform, Electronics Letters, vol.29, pp444-446, Mar., 1993.)에 나타나 있다.
다층 박막간섭필터가 놓일 부분은 다층 박막간섭필터와 베이스가 광커플링을 하지 못하도록 광이 통과하는 부분의 베이스에 홈을 구비한다. 또한 다층 박막간섭필터의 고정을 용이하게 하기 위한 홈도 구비한다.
도 9a는 본 발명에 따른 PLC 플랫폼의 평면도로서,
광섬유와 접속하기 위한 도파로(31 내지 33)와, 입사광의 경로인 입사광 도 파로(34), 반사광의 경로인 반사광 도파로(35), 입사광과 반사광의 경로가 완전히 분리되지 않는 슬랩도파로(36), 및 다층 박막간섭필터를 통과한 투과광의 경로인 투과광 도파로(37)를 갖는 PLC 형태의 도파로와,
다층 박막간섭필터를 플랫폼에 소정 깊이 삽입하여 결합시키키 위한 홈(40, 41), 및
상기 PLC 플랫폼에 상기 다층 박막간섭필터가 설치되었을때 다층 박막간섭필터와 기판인 베이스 간의 광커플링 현상을 방지하기 위한 일정 깊이의 홈(42)으로 구성된다.
여기서, 도파로는 입사광 도파로(34)와 반사광 도파로(35)가 소정각으로 분리되면서 다층 박막간섭필터에서 합쳐지고, 입사광 도파로(34)와 반사광 도파로(35) 및 투과광 도파로(37)는 각각 일정 위치에 테이퍼형 도파로(50 내지 52)를 갖음으로써 서로 다른 단면적의 코어가 연결된 형상을 갖는다.
상기의 구성에 의하면, 입사광 도파로(34)를 통해 전파된 다중 파장으로 된 광파가 다층 박막간섭필터에 의해 투과되거나 반사되어 파장 분할이 가능해 지며, 상기 입사광 도파로(34)와 반사광 도파로(35)의 폭이 테이퍼링 처리에 의해 넓어지므로 광결합 손실을 최소화할 수 있게 된다.
또한, 슬랩도파로(36)는 입사광과 반사광이 다층 박막간섭필터와 접속함에 있어서 광결합 효율을 최대화하기 위하여 코어의 넓이를 넓혀 놓은, 입사광과 반사광의 경로가 분리되지 않은 도파로이다.
도 9b는 도 9a의 A-A' 단면도이며, 도 9a의 광섬유와 접속되는 도파로(31) 와, 테이퍼형 도파로(50), 입사광 도파로(34), 슬랩도파로(36), 다층 박막간섭필터와 베이스의 광결합 방지를 위하여 형성된 홈(42), 투과광 도파로(37), 테이퍼형 도파로(52), 광섬유와 접속되는 도파로(33)을 따라 단면을 나타낸 도면이다.
그리고, 도 9c는 도 9a의 B-B' 단면도를 나타낸다. 도면에 의하면 다층 박막간섭필터가 놓일게 될 실리콘 표면, R이 PLC 코어 층의 바닥면과 일치함을 알 수 있다. 상기 R 표면 위로 광이 투과하는 다층 박막간섭필터가 놓이게 된다.
또한, 도 9d는 도 9a의 C-C' 단면도이며, PLC에서 코어 층이 존재하지 않는 부분과 베이스에 다층 박막간섭필터를 고정하기 위한 홈(41)을 나타내고, 도 9e는 도 9a의 D-D' 단면도이며 입사광 도파로(34)와 반사광 도파로(35)를 나타내며, 도 9f는 도 9a의 E-E' 단면도이며 슬랩도파로(36)을 나타낸다.
그리고, 도 9g는 도 9a의 F-F' 단면도이며, 이는 다층 박막간섭필터가 실장될 수 있는 부분으로서, 다층 박막간섭필터가 놓이게 될 R 평면이 있고, 다층 박막간섭필터의 정렬 및 고정용 지지대가 삽입될 수 있는 홈(40, 41)과 다층 박막간섭필터와 베이스 간의 광결합을 방지하기 위한 홈(42)를 나타낸다.
상기와 같이, 도 9a 내지 도 9g에서는 광의 수평방향 크기를 변환시키기 위하여 테이퍼형 도파로(50 내지 52)를 사용한다. 그러나 광의 수평방향 크기를 변환시키기 위하여 수평방향의 렌즈를 이용할 수도 있다. 도 10a 내지 도 10d는 도 9a의 테이퍼형 도파로(50 내지 52)를 대체할수 있는 수평방향의 렌즈 구조에 대하여 설명한다.
여기서, 도 10a는 수평방향의 렌즈를 이용하여 광의 수평방향 크기를 변환시 키는 실시예로, 광의 spot-size를 변환시키기 위한 수평방향의 렌즈 구조를 갖는 도파로의 평면도이며, PLC의 코아는 광섬유와 접속하기 위한 작은 spot size를 갖는 도파로(60)와 평면 렌즈(61)로 이루어져 있고 , 평면렌즈(61)와 spot size가 큰 도파로(62) 사이에는 홈(63)을 파서 굴절율이 1인 공기로 채워지게 한다.
도 10b는 도 10a의 G-G'의 단면도로서 광섬유와 접속하기 위한 작은 spot size를 갖는 도파로(60)와 평면 렌즈(61), spot size가 큰 도파로(62), 및 평면렌즈(61)와 spot size가 큰 도파로(62) 사이의 홈(63)의 단면을 나타낸다.
도 10c는 도 10a의 H-H' 단면도를 나타낸다. 코어층이 없는 클래드부분과 과 홈(63)의 단면을 표시하고 있다.
수평렌즈의 동작원리는 도 10d에 나타나 있다. 즉, 굴절률이 1.45정도인 코어와 굴절율이 1인 공기 사이에 도 10d와 같은 렌즈 곡면의 경계가 존재할 때, spot-size가 작은 도파로에서 나와서 확장된 광파가 렌즈곡면의 경계면에서 Snell's law에 의하여 굴절하여 spot size가 큰 평행광으로 변한다.
또한, 도 9a 내지 도 9g의 PLC 플랫폼에 다층 박막간섭필터를 고정하기 위하여 적절한 구조의 다층 박막간섭필터는 다음과 같은 방법으로 제작한다.
먼저 도 11a와 같이 글래스기판(10) 위에 원하는 특성을 갖는 다층 박막간섭필터(12)를 형성한다.
그리고 도 11b와 같이 도 9a 내지 도 9g의 PLC 플랫폼에 용이하게 실장할 수 있는 모양으로 다층 박막간섭필터(12)를 RIE(Reactive Ion Etching) 등에 의하여 패턴닝한다.
이때 식각되는 부분은 다층 박막간섭필터(12)만일 수 있고, 다층 박막간섭필터(12)의 두께가 너무 얇아서 기계적 강도가 작을 때에는 글래스기판(10)의 일부를 포함함으로써 기계적 강도를 증가시킬 수 있다. 도 11b와 같이 패턴이 형성되어 있는 글래스기판(10)에서 패턴의 반대쪽을 기계적 연마 등의 방법에 의해 제거하여 다층 박막간섭필터가 포함된 구조물을 얻을 수 있다.
위와 같은 방법으로 제작된 도 11c의 다층 박막간섭필터는 광이 입사하여 반사되거나 투과하는 실제적인 필터 부분(70)과, 기계적인 강도를 위한 부분(71), 다층 박막간섭필터를 PLC 플랫폼에 삽입할 때 베이스와 정렬되어 고정되는 지지대 부분(72, 73)으로 구성된다.
도 11c에서 입사광과 반사광 및 투과광을 포함하는 평면은 다층 박막간섭필터 평면에 대해서 수직이고, 광 투과 부분 P는 높이가 h이고 길이가 t인 슬랩도파로가 된다. 높이 h는 PLC 코어와 광접속효율이 최대화 되도록 제작된다.
상기와 같이, PLC 플랫폼 및 다층 박막간섭필터 구조를 제작한 후 도 12와 같이 도 11c의 다층 박막간섭필터를 PLC 플랫폼에 삽입한다.
이때 도 11c의 Q면이 도 9g의 R면에 접촉하게 함으로써 PLC의 코어 높이와 다층 박막간섭필터의 광투과 부분 P의 수직방향 광축을 정렬시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 다층 박막간섭필터를 이용한 WDM 필터에 의하면, 다층 박막을 이용하여 WDM 필터를 제작할 때, 콜리메이터 렌즈 없이 PLC 도파로를 사용함으로써 광축정렬 비용을 낮추어 저가격화를 실현할 수 있으며, 모든 공정이 포토리소그래피(photolithography) 등을 이용하여 대량으로 제작할 수 있으므로 저가격화를 실현할 수 있게 된다.
이뿐 아니라, 본 발명의 실시예에 따른 WDM 필터에 의하면, 조립과정이 매우 간단해 진다는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 이러한 수정 및 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 베이스와 상기 베이스 위의 클래드 층에 둘러싸인 PLC 코어 층을 포함하는 플랫폼 위에,
    굴절율이 서로 다른 다층의 박막으로 구성되고, 상기 PLC 코어 층의 광도파로와 광접속효율이 최대가 되도록 다층박막평면의 수직방향으로 슬랩도파로가 형성된 다층 박막간섭필터가 상기 베이스에 결합되고,
    상기 PLC 코어 층에는 광섬유와 접속하기 위한 도파로와, 상기 다층 박막간섭필터와의 접속 손실을 최소화하기 위하여 수평방향으로 spot size가 확장되어 각각 도파로로 연결되는 입사광 도파로와 반사광 도파로, 입력측은 상기 입사광 도파로 및 반사광 도파로와 연결되고 출력측은 상기 다층 박막간섭필터와 연결되는 슬랩도파로, 및 상기 다층 박막간섭필터와 연결되어 상기 다층 박막간섭필터를 통과한 투과광의 경로인 투과광 도파로가 형성되며,
    상기 플랫폼에는 상기 다층 박막간섭필터를 소정 깊이 삽입하여 결합시키키 위한 제 1홈과 상기 다층 박막간섭필터와 그 하부의 베이스가 직접 접하는 것을 방지하기 위한 제 2홈이 형성됨으로써,
    상기 입사광 도파로로 입사된 다중 파장의 광파가 상기 다층 박막간섭필터의 투과 특성에 의하여 특정파장의 광은 반사되어 상기 반사광 도파로로 입사되고 다층 박막간섭필터를 투과하는 파장의 광은 투과광 도파로로 입사되어 파장별로 필터링되는 것을 특징으로 하는 다층 박막간섭필터 및 평면형 광도파회로(PLC ; Planar Lightwave Circuit)를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 박막간섭필터는 글래스기판 위에 형성되어 RIE(Reactive Ion Etching)로 패턴닝됨을 특징으로 하는 다층 박막간섭필터 및 평면형 광도파회로를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다층 박막간섭필터는 그 두께가 소정의 두께 이상이면 식각되는 부분이 상기 다층 박막간섭필터만 RIE로 패턴닝되고, 상기 다층 박막간섭필터의 두께가 소정 두께 이하이면 상기 글래스기판의 일부를 포함하여 RIE로 패턴닝됨을 특징으로 하는 다층 박막간섭필터 및 평면형 광도파회로를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 박막간섭필터는 상기 PLC 코어층과의 광접속효율을 최대화하기 위하여 박막간섭필터 평면의 수직방향으로 슬랩도파로 형태를 가지며, 일측면에 상기 베이스와의 결합을 위한 양측 고정부가 형성됨을 특징으로 하는 다층 박막간섭필터 및 평면형 광도파회로를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스의 재질은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 다층 박막간섭필터 및 평면형 광도파회로를 이용한 파장분할다중전송 필터 장치.
  6. 베이스와 상기 베이스 위의 클래드 층에 둘러싸인 PLC 코어 층을 포함하는 플랫폼이 형성되고,
    상기 PLC 코어 층에는 광섬유와 접속하기 위한 도파로와, 상기 도파로의 spot-size를 수평으로 증가시키기 위하여 평면적으로 코어와 공기와의 경계면이 콜리메이터 렌즈의 곡면구조를 갖고 다시 공기와 코어와의 경계면이 평면인 구조로 이루어진 도파로로 이루어진 평면 렌즈를 구비하여 광을 필터링 하는 것을 특징으로 하는 파장분할다중전송 필터 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 베이스의 재질은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 파장분할다중전송 필터 장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09145927A (ja) * 1995-11-20 1997-06-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 導波路型光フィルタ
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09145927A (ja) * 1995-11-20 1997-06-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 導波路型光フィルタ
KR20010089368A (ko) * 1998-11-10 2001-10-06 마틴 룬디 서모-옵틱 폴리머를 포함하는 광디바이스
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