KR100839268B1 - 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기에 대해 개시된다. 개시된 본 발명에 따른 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기는, 외부로부터 빛을 입력받는 입력도파로와; 상기 입력 도파로에 입력받은 빛이 진행하면서 간섭패턴을 형성하는 고분자를 이용한 다중 모드 간섭기와; 상기 다중 모드 간섭기의 일부분에 굴절률을 변화시키기 위해 열을 발생시키는 히터와; 상기 빛을 출력하는 출력도파로를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기는, 특히 고분자의 열광학 효과를 이용하여, 빛의 세기를 조절하기 위한 전력의 소모가 작고, 공정을 간단하게 할 수 있다.

다중 모드 간섭기, 가변 광감쇄기, 고분자

Description

다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기{DEVICE OF VARIABLE OPTICAL ATTENUATOR USING MULTIMODE INTERFERENCE}

도 1은 다중 모드 간섭기 내부의 빛의 간섭 패턴을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 다중 모드 간섭기를 이용한 가변 광감쇄기의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 다중 모드 간섭기를 이용한 가변 광감쇄기의 히터 온도 변화에 따른 빛의 간섭 패턴을 나타낸 도면.

도 4는 일반적인 고분자 가변 광감쇄기의 제조 공정을 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

201 --- 출력 도파로 202 --- 다중 모드 간섭기

203 --- 히터 204 --- 입력 도파로

본 발명은 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기에 관한 것으로서, 특히 고분자의 열광학 효과를 이용하여, 빛의 세기를 조절하기 위한 전력의 소모가 작 고, 공정을 간단하게 할 수 있는 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기에 관한 것이다.

가변 광감쇄기는 통신용 광회로에 있어서, 광신호의 전송을 제어하기 위한 주요 광소자로 WDM(Wavelenth Division Multiplexing) 시스템의 각 채널간의 광전력 균등화를 위한 기능을 한다. 또한, EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)의 총 전력이 변화할 경우, 파장에 따른 출력변화의 발생을 방지하기 위한 게인을 평탄화한다.

또한, 가변 광 감쇄기는 입력되는 빛에 대하여 출력되는 빛의 세기를 조절할 수 있는 광통신용 소자로써, 현재의 광통신 시스템의 여러 파장의 빛에 각기 다른 신호를 실어 하나의 광섬유로 전송하는 파장분할다중방식을 채택하고 있는데, 이 방식에서, 여러 파장의 빛을 다중화, 역다중화 하거나, 증폭한 후에 각 채널의 빛의 세기를 동일하게 유지할 필요가 있다. 이러한 용도로 가변 광 감쇄기가 사용된다.

상기 파장다중분할 방식에서는 채널 수 만큼의 가변 광 감쇄기가 집적된 소자를 사용하는 것이 유리하고, 상기 집적 소자는 평면 도파로 소자로 제작하는 것이 경제적이다. 따라서, 가변 광 감쇄기 어레이와 웨이브 가이드 그레이팅 (Arrayed Waveguide Grating)의 파장 다중화기가 집적된 소자가 상용화되고 있다.

따라서, 종래의 평면 도파로 형 가변 광감쇄기는 마하젠더 간섭기 또는 Y-분기 형태로 제작된다. 그러나, 이들 소자는 곡선 도파로를 포함하고 있기 때문에 기본 손실이 크고, 소자의 크기가 커진다는 단점이 있다. 특히, 마하젠더 간섭기는 그 초기 상태를 조절하기 위한 전극이 추가되어야 한다. 또한, 소자의 크기가 커지면, 집적화에 불리한 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 특히 고분자의 열광학 효과를 이용하여, 빛의 세기를 조절하기 위한 전력의 소모가 작고, 공정을 간단하게 할 수 있는 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기는,

외부로부터 빛을 입력받는 입력도파로와;

상기 입력 도파로에 입력받은 빛이 진행하면서 간섭패턴을 형성하는 고분자를 이용한 다중 모드 간섭기와;

상기 다중 모드 간섭기의 일부분에 굴절률을 변화시키기 위해 열을 발생시키는 히터와;

상기 빛을 출력하는 출력도파로를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 특히 상기 히터의 위치는 다중 모드 간섭기내에서 자기 형상이 맺히는 부분의 굴절률을 가장 효과적으로 변화시키는 곳을 정하는 점에 그 특징이 있다.

이와같은 본 발명에 의하면, 고분자의 열광학 효과를 이용하여, 빛의 세기를 조절하기 위한 전력의 소모가 작고, 공정을 간단하게 할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 다중 모드 간섭기 내부의 빛의 간섭 패턴을 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 다중 모드 간섭기에서는 입력 도파로로 입사한 빛을 다중 모드 도파로를 진행하면서, 고차 모드들의 간섭의 결과로 간섭 팬턴이 주기적으로 반복된다. 이러한, 간섭 패턴은 도파로에 사용된 물질의 굴절률과 다중 모드 도파로의 폭에 따라 정해지며, 적절한 위치에 출력 도파로를 배치하여 1 × N 광 분배기를 구현할수 있다. 여기서, Z = 1800㎛ , X = 0㎛ 에 출력 도파로를 위치시키면, 1 × 1 다중 모드 간섭기가 된다.

또한, 상기 다중 모드 간섭기는 Y 분기나 방향성 결합기에 비해 크기가 작고, 공정 에러에 대한 톨러런스가 크다. 또한, 소자의 크기가 작으며, 파장 및 편광에 민감하지 않기 때문에 집적 소자로 만들기에 유리하다.

도 2는 본 발명에 따른 다중 모드 간섭기를 이용한 가변 광감쇄기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 외부로부터 빛을 입력받는 입력도파로(204)와; 상기 입력 도파로(204)에 입력받은 빛이 진행하면서 간섭패턴을 형성하는 고분자를 이용한 다중 모드 간섭기(202)와; 상기 다중 모드 간섭기(202)의 일부분에 굴절률을 변화시키기 위해 열을 발생시키는 히터(203)와; 상기 빛을 출력하는 출력도파로(201)를 포함하여 구성된다.

여기서, 도 2의 (a)는 상기 입력 도파로(204)와 상기 출력 도파로(201)가 일직선으로 배치되어 있고, 도 2의 (b)는 서로 다르게 배치되어 있는 광 감쇄기의 구 조이다. 이러한 상기 입력 도파로(204)와 상기 출력 도파로(201)의 위치는 상기 다중 모드 간섭기의 폭과 길이를 조절하면서, 상기 출력 도파로(201)로 나오는 빛의 세기를 조절하여 결정되어 진다.

또한, 상기 히터(203)의 위치는 상기 다중 모드 간섭기내에서 자기 형상이 맺히는 부분의 굴절률을 가장 효과적으로 변화시켜 최대값인 곳을 정한다. 상기 도 1에서, 만일 Z = 1800㎛ , X = 0㎛ 에 출력 도파로를 위치시킬 경우, Z = 1000㎛ , X = 10㎛ 과 Z = 1000㎛ , X = -10㎛ 두 위치에 자기 형상이 생김을 알 수 있다.

상기 두 위치 중 한 곳의 굴절률을 변화시키면, 다중 모드 간섭기 내부의 간섭 패턴이 변하게 되어, 출력 도파로로 나오는 빛의 세기가 감쇄된다. 이러한 굴절률의 변화는 도파로 상부에 배치된 히터를 통한 고분자의 열광학 효과를 통하여 이루어진다.

도 3은 본 발명에 따른 다중 모드 간섭기를 이용한 가변 광감쇄기의 히터 온도 변화에 따른 빛의 간섭 패턴을 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 히터(203)에 아무런 열을 가해주지 않은 경우에는 (a)와 같이, 일반적인 다중 모드 간섭 조건을 만족하여, 출력 도파로가 위치한 위치에 자기 형상이 맺히고, 입사한 빛의 대부분은 출력 도파로로 나간다.

히터에 열을 가하여 온도가 50도정도 증가하면, (b)와 같이 상기 히터(203) 아래 부분의 굴절률이 변화하여 출력 도파로 위치에 자기 형상이 맺히지 않게 된다. 따라서, 출력 도파로로 진행하는 빛의 세기가 감소되며, 이와 같은 방식으로 히터 온도를 조절함으로써, 출력되는 빛의 세기를 조절할 수 있다.

한편, 상기 고분자 가변 광감쇄기의 제조 공정은 일반적인 고분자 도파로 소자와 동일한 방법으로 제조하게 된다. 도 4는 일반적인 고분자 가변 광감쇄기의 제조 공정을 나타낸 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 (a)와 같이, 고분자층을 스핀 코팅하여 하부 클래딩층을 형성한다(S401).

이어서, (b)와 같이, 상기 하부 클래딩층에 사용한 고분자보다 굴절률이 큰 고분자를 다시 스핀 코팅하여 코어층을 형성한다(S402).

그리고, (c)와 같이, 포토리소그라피(photolithography)와 반응성 이온 식각(Reactive ion Etching) 또는 습식 식각(Wet Etching)을 이용하여 상기 코어층을 식각하여 다중 모드 간섭기를 형성한다(S403).

이어, (d)와 같이 상기 식각된 코어층 위에 하부 클래딩층과 동일한 고분자를 스핀 코팅하여 상부 클래딩층을 형성한다(S404).

마지막으로 (e)와 같이, Au, Cr 등의 금속박막을 증착한 후 포토리소그라피 및 에칭 공정을 거쳐 전극을 완성한다(S405).

본 발명에 따른 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기는 도파로용 고분자의 굴절률이 조절 가능하여 소자의 설계가 용이하고, 광섬유와의 접속 시 손실을 줄일 수 있다.

또한, 고분자를 이용하여 제작되기 때문에 제작 비용이 적게 들어 가격 경쟁력을 가진다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기는, 특히 고분자의 열광학 효과를 이용하여, 빛의 세기를 조절하기 위한 전력의 소모가 작고, 공정을 간단하게 할 수 있다.

또한, 고분자의 높은 열광학 계수는 작을 전력으로도 소자 작동을 가능케 하고, 고분자 소자는 다중 모드 간섭기를 그 기본 구조롤 하기 때문에 공정 에러에 대한 톨러런스가 크고, 편광 의존성이 작으며, 넓은 파장대역에서도 작동할 수 있다.

Claims (4)

1. 외부로부터 빛을 입력받는 입력도파로와;

   상기 입력 도파로에 입력받은 빛이 진행하면서 간섭패턴을 형성하는 고분자를 이용한 다중 모드 간섭기와;

   상기 다중 모드 간섭기의 일부분에 굴절률을 변화시키기 위해 열을 발생시키는 히터와;

   상기 빛을 출력하는 출력도파로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 히터의 위치는 다중 모드 간섭기내에서 자기 형상이 맺히는 부분의 굴절률을 가장 효과적으로 변화시키는 곳을 정하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 히터는 온도가 높을 수록 굴절률이 낮아지는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 입력 도파로와 상기 출력 도파로의 위치는 상기 다중 모드 간섭기의 폭과 길이를 조절하면서, 상기 출력 도파로로 나오는 빛의 세기를 조절하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기.

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