KR101032453B1 - 트리플렉서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 트리플렉서에 관한 것으로, 제1 삼도파로 커플러 및 제2 삼도파로 커플러와, 제1 삼도파로 커플러 및 제2 삼도파로 커플러 사이에 연결된 3개의 도파로로 구성된 경로차 조절부를 구비하여 세 파장 대역을 한꺼번에 분리해 냄으로써 전체 소자의 크기를 줄이고 낮은 광손실과 높은 누화율을 얻을 수 있고, 넓은 파장 대역에서의 평탄한 주파수 응답 특성을 얻는 트리플렉서를 개시한다.

트리플렉서, 도파로, 커플러, 경로차 조절부

Description

트리플렉서 {triplexer}

본 발명은 트리플렉서에 관한 것으로, 3개의 도파로를 나란히 배열한 삼도파로 커플러 2개와 이들 사이에 경로차조절부를 연결한 트리플렉서에 관한 것이다.

광섬유를 이용한 현대의 광통신에서는 보통 양방향으로 광신호를 전송하는데, 각각 다른 파장을 이용하여 광섬유 등의 동일한 경로를 통해 양방향으로 광신호를 전송하게 된다. 일반적으로 양방향 광통신에서는 각각의 방향으로 두 개 이상의 파장 대역을 사용한다. 따라서 각각의 방향으로 전송되는 광 신호들은 여러 파장 대역의 광신호가 섞여 있게 되므로, 송신하는 측에서는 여러 파장을 합쳐서 하나의 광경로로 전송해야만 하고, 이 신호들을 수신하는 측에서는 각각의 파장 대역으로 분리해 내야만 한다.

양방향 전송의 한 예는 일반적으로 BiDi (Bi-Directional) 다이플렉서(diplexer) 라고 불리우는 소자인데, 이는 광통신의 FTTH(Fiber to the Home) 네트워크에서 사용된다. 가입자측에서 기지국으로 전송하는 신호를 상향 신호라고 하 며 보통 1310 nm 파장을 이용하고, 기지국에서 가입자에게 전송하는 신호를 하향 신호라고 하며 보통 1550 nm 파장을 이용한다. 여기서 다이플렉서(diplexer)라는 용어의 다이(di)는 두 파장을 이용함을 의미한다. 따라서, 광섬유의 가입자측 끝단은 1310 nm 파장을 송신할 수 있는 송신기와 1550nm 파장을 수신할 수 는 수신기가 위치하게 된다.

반면에, 상기 다이플렉서에서 이용하는 두 파장 대역 이외에 추가적인 파장 대역이 기지국에서 가입자에게로 케이블 TV 신호의 전송에 사용되는 경우가 있는데 이 때 사용되는 소자를 BiDi-트리플렉서(triplexer)라고 하며 혹은 간단히 트리플렉서라고 부르기도 한다. 이 경우 기지국에서 가입자에게로 보내는 하향 신호는 1490nm 파장을 이용하며 가입자에게서 기지국으로 보내는 상향 신호는 1310nm 파장을 이용하고, 하향 신호에 추가로 1550nm 파장을 이용하여 아날로그 신호를 전송한다. 몇몇 서비스 공급자들은 여기에 1610nm 파장까지 추가하는 것을 고려하고 있다.

이런 식으로 파장 대역이 추가됨에 따라 파장 대역을 분리하거나 병합하는 기능을 수행하는 광 송수신 소자 역시 추가되어야 하는데, 기존 방식의 소자를 제작함에 있어서는 이러한 광소자들의 복잡한 정렬이 필요하게 된다. 예를 들어, 광섬유 코어의 직경은 약 10 미크론 정도인데, 레이저 다이오드나 포토 다이오드를 이용하는 광 송수신기에서 이들 소자와 광섬유와의 광 경로간 정렬 오차가 1 미크론 이하로 정렬되어야만 한다.

예를 들어 BiDi 트리플렉서의 경우, 각각의 레이저 다이오드나 포토 다이오 드를 정렬하는 기술로 제작할 경우 정렬에 도합 약 50여개의 자유도가 있어서 각각을 정렬하여 조립하는데만 10분 이상이 소요되게 되는데, 이 정렬 조립 공정때문에 소자 생산에 있어서 병목현상이 발생하게 된다.

이러한 복잡한 과정을 피하기 위해 간단하고 표준화된 PLC 공정을 이용하는 방식이 등장하였다. 이러한 소자는 PLC 광도파로를 이용하되 도파로 중간에 트렌치를 형성한 후 트렌치에 박막 필터를 삽입하여 파장을 분할하는 기능을 수행한다. 하지만 수십 미크론 정도의 두께를 가진 박막 필터를 수십 미크론의 폭을 가진 트렌치에 삽입하는 과정에서 많은 노동력이 필요하게 되고, 역시 이 과정이 생산에 있어서 병목현상의 원인이 될 수 있다.

위 박막 필터의 기능은 파장을 분할하는 데에 있는바, 이 기능을 광도파로 회로 구조를 이용하여 구현하는 설계 기술이 몇 가지 존재한다. 이러한 회로 구조의 예로써 Arrayed Waveguide Grating (AWG)을 들 수 있다. AWG는 입력된 광신호를 입력측 슬랩 도파로를 통해서 다수의 배열 도파로로 입사시키는데, 각각의 배열 도파로는 일정한 경로차를 갖고 있어서 출력측 슬랩 도파로에서는 간섭이 일어나서 출력측 도파로들로 각각 다른 파장의 광신호가 전송되는 원리이다.

그러나 AWG는 보통 수 나노미터 이하의 파장 간격을 분할하는 경우에 적당하다. 따라서 양방향 광통신에서 1310nm, 1490nm, 그리고 1550nm 대역의 파장을 사용하는 트리플렉서에는 적합하지 않다. 또한 양방향 광통신에서 사용하는 1310nm 대역의 파장은 ±50nm 의 넓은 대역폭을 갖고 있는데, AWG 구조를 이용할 경우 이러한 넓은 대역폭을 만족하기가 매우 어렵다.

또 다른 PLC 회로 구조로는 마흐젠더(Mach-Zehnder) 소자를 중첩시킨 구조가 있다. 마흐젠더 소자는 두 도파로의 커플러에 경로차 조절부가 부착되고 그 뒤에 또 다시 두 도파로의 커플러가 부착된 형태이다.

이 마흐젠더 소자는 기본적으로 입력측과 출력측이 각각 두 개의 도파로로 이루어져 있어서 트리플렉서에서 사용되는 세 파장을 분할하기 위해서는 최소한 두 개 이상의 마흐젠더 소자를 수평적으로 연결해야만 하는데, 이 경우 광회로소자의 크기가 커져서 생산 단가가 증가하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 채널간 누화율을 향상시키기 위해서는 추가적인 광커플러를 연결할 요성이 대두되는데 이 경우 소자의 크기는 더욱 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 삼도파로 커플러와 경로차 조절부를 이용해서 세 파장 대역을 한꺼번에 분리해 냄으로써 전체 소자의 크기를 줄이고 낮은 광손실과 높은 누화율을 얻는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 넓은 파장 대역에서의 평탄한 주파수 응답 특성을 얻고자 하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 제1 삼도파로 커플러 및 제2 삼도파로 커플러; 상기 제1 삼도파로 커플러 및 제2 삼도파로 커플러 사이에 연결된 3개의 도파로로 구성된 경로차 조절부를 구비하되, 3개의 도파로 중 적어도 2개는 서로 다른 경로차를 구비하는 트리플렉서를 제공한다.

바람직하게는, 제1 삼도파로 커플러와 제2 삼도파로 커플러는 각각 커플링 간격과 커플링 길이가 서로 동일하게 구성된다.

또한, 제1 삼도파로 커플러와 제2 삼도파로 커플러에는 각각 3개의 입력도파로와 3개의 출력도파로가 연결되고, 하나의 입력 도파로로 입력된 광신호를 3개의 각각의 출력 도파로로 파장에 따라 나누거나, 혹은 반대 방향으로 광신호를 합쳐서 전송할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 제1 삼도파로 커플러 또는 상기 제2 삼도파로 커플러의 커플링 길이는 하기 수학식과 같이 결정될 수 있다.

(여기서, L _cpl 은 삼도파로 커플러의 길이, m 은 1, 2, 3, ... 임의의 각 자연수에서 ±0.2 의 범위를 갖는 값이고, κ(λ₁)은 λ1 파장에서의 커플링 상수이고, 본 커플링 길이는 직선도파로에서 커플링이 모두 일어난다는 가정 하에서의 길이를 의미한다.)

또한, 본 발명의 트리플렉서에는 출력되는 2개의 광도파로와 각각 연결되는 2개의 광도파로가 일정한 경로차를 갖는 2 도파로 경로차 조절부를 더 연결할 수 있고, 이 경우,상기 2도파로 경로차 조절부에 2도파로 경로차 조절부에 2도파로 커플러를 더 연결하는 것도 가능하다.

한편, 제1 삼도파로 커플러 또는 제2 삼도파로 커플러의 세 도파로 중 두 도파로의 커플러 길이를 더 길게 구성하는 것도 가능하다.

본 발명은 기존의 마흐젠더 간섭계를 두 번 이상 중첩시킨 기존의 구조와는 달리, 3개의 광도파로를 이용한 커플러와 경로차 발생부를 연결시킴으로써 기존의 AWG와 같은 구조를 이용하는 경우 넓은 대역폭을 만족하기 어려운 문제점을 극복할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 세 파장 대역을 한꺼번에 분리해 냄으로써 전체 소자의 크기를 줄일 수 있어 생산 단가를 감소시킬 수 있는 장점이 있고 낮은 광손실과 높은 누화율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

(제1 실시예)

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예의 구성도이다.

제1 실시예의 트리플렉서(1)는 제1 삼도파로 커플러(2), 제2 삼도파로 커플러(4), 및 경로차 조절부(3)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로는, 트리플렉서(1)는 3개의 도파로를 나란히 배열한 삼도파로 커플러 2개(2, 4)를 적어도 2개의 길이가 서로 다른 3개의 도파로로 구성된 경로차조절부(3)로 연결한 구조를 갖는다. 이와 같은 구조에 의하면, 하나의 입력 도파로(1a)로 입력된 광신호를 3개의 각각의 출력 도파로(5a,5b,5c)로 파장에 따라 나누어 출력할 수 있다. 또한, 반대방향으로 분리된 3개의 파장을 가지는 광신호를 3개의 도파로(5a,5b,5c)를 통해서 입력받아 합쳐서 하나의 출력도파로(1a)로 전송할 수도 있음은 당연하다.

예를 들어, λ₁(=1310±50nm), λ₂(=1490±10nm), 그리고 λ₃(=1550±10nm)와 같은 3 파장 대역이 입력도파로(1a)로 주어졌을 때, 출력측 첫 번째 도파로(5a)에는 λ₁ 파장 대역의 광신호가 출력되고, 출력측 두 번째 도파로(5b)에는 λ₂ 파장 대역의 광신호가, 그리고 마지막 세 번째 도파로(5c)에는 λ₃ 파장 대역의 광신호가 출력되는 동시에 첫 번째 출력 도파로(5a)에서 출력되는 광신호가 가장 넓은 대역폭을 갖는 λ₁ 파장 대역 내에서 특히 평탄한 특성을 갖도록 할 수 있다.

트리플렉서의 동작 파장인 λ₁(=1310±50nm), λ₂(=1490±10nm), 그리고 λ₃(=1550±10nm)의 세 파장을 분리해 내는 경우를 예로 들기로 한다. 이 세 파장 중 λ₁은 ㅁ50nm의 넓은 대역폭을 가진 파장 대역이다.

도 1을 참조하면, λ₁은 도파로(5a) 로 입력되어 도파로(1a)로 출력되며, λ₂와 λ₃는 도파로(1a)로 입력되어 각각 도파로(5b)와 도파로(5c)로 출력되게 되어 λ₁과 λ₂, λ₃가 각각 양방향으로 전달되게 된다. 이 경우, 바람직하게는, 도파로(1a)에는 광섬유가 연결되며, 도파로(5a)에는 레이저 다이오드가, 그리고 도파로(5b)와 도파로(5c)에는 포토 다이오드가 광학적으로 연결될 수 있다.

도 1에서는 λ₁ 신호가 λ₂ 나 λ₃ 신호와는 입, 출력의 서로 다른 방향으로 도시되어 있지만, 광신호의 특성상 그 경로는 가역적이므로 λ₁ 신호를 도파로(1a)에 입력시키는 경우에는 도파로(5a)로 출력되게 된다. 즉, λ₁ 신호를 도파로(5a)로 입사시켜 도파로(1a)로 출력될 때와 그 반대의 경로를 따라 진행할 때의 주파수 응답 특성은 같다. 따라서, 이하에서는 λ1, λ2 신호 그리고 λ3 신호를 모두 도파로(1a)에 입력시키는 것으로 가정하도록 한다.

제1 실시예의 트리플렉서를 실제 제작하는 경우, 광 도파로의 코어는 클래딩과 1.5%의 굴절률차를 갖고 단면적의 높이와 폭이 모두 3μm인 광도파로를 사용할 수 있는데, 이는 동작 파장 범위(1260nm - 1560nm)에서 단일 모드 조건을 충족하는 조건이다.

도파로(1a)로 입사된 광신호들은 3개의 도파로(2a,2b,2c)로 구성된 삼도파로 커플러(2)를 지나게 된다. 삼도파로 커플러(2)는 서로 평행으로 배열되어 있다. 도파로(2a,2b) 사이의 간격과 도파로(2b,2c) 사이의 간격은 서로 같은 값을 갖도록 구성할 수 있고, 수 ㎛ 정도의 값을 갖는데, 이 간격은 삼도파로 커플러 간격이라고 한다. 도파로(2a,2b,2c)의 각 도파로는 평행한 직선 부분의 길이가 모두 같으며 이 길이를 이하에서 삼도파로 커플러 길이라고 한다.

한편, 도파로(2a,2b,2c)로 구성된 제1 삼도파로 커플러와 도파로(4a,4b,4c)로 구성된 제2 삼도파로 커플러는 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉, 두 커플러는 커플러 간격과 커플러 길이가 동일하다는 의미이다.

한편, 2개의 커플러 사이를 3개 도파로로 연결하는 부분이 도파로(3a,3b,3c) 로 경로차 조절부인데, 이들 각 도파로들은 적어도 2개의 길이가 서로 다르며, 여기서 각 도파로간의 길이 차이를 경로차라고 부른다. 이 경우, 3개의 도파로 중에서 2개가 서로 도파로 길이가 다를 수도 있고, 3개 모두 다를 수도 있음은 물론이다.

다음으로 제1 실시예에 따른 트리플렉서의 동작을 설명한다.

도파로(1a)로 입사한 광신호는 제1 삼도파로 커플러(2a,2b,2c)로 입사한다. 입사한 광신호는 도파로(2a) 뿐 만 아니라 도파로(2b)와 도파로(2c) 로도 커플링되어 진행하게 되는데, 이를 수식으로 표현하면 삼도파로 커플러는 다음과 같은 전달 행렬 (M) 로 나타낼 수 있다.

(1)

위 수학식(1)에서 L_cpl 은 삼도파로 커플러의 길이이고, κ는 삼도파로 커플러에서 각각 이웃한 두 도파로간의 커플링 상수이다. 상기 삼도파로 커플러는 각각의 파장을 적절하게 분배하는 역할을 한다.

입력 도파로(1a)로 입사한 λ1, λ2, λ3의 광신호들은 제1 삼도파로 커플러(2)에서 적절히 파워가 분배된 후 경로차 조절부로 각각 입사하게 된다. 경로차 조절부(3)의 3a, 3b, 그리고 3c 도파로들은 길이가 다르게 설정 가능하므로 이 도파로들을 따라 진행하는 광신호들은 각각 다른 위상 변화를 겪게 된다. 이 과정은 다음의 전달 행렬로 나타낼 수 있다.

(2)

수학식(2)에서 k₀는 진공에서의 각 파수로써 2π/λ 이며, N은 광도파로의 모드 굴절률을 나타내고, L₁,L₂,L₃는 각각 광도파로 3a, 3b, 3c의 길이를 나타낸다. 상기 경로차 조절부(3)에서는 제2 삼도파로 커플러(4a,4b,4c)에서 광신호가 간섭을 하도록 분배된 신호들에 대해 적절한 경로차를 만들어 주는 역할을 한다. 경로차 조절부(3)와 두 개의 삼도파로 커플러(2,4)를 한꺼번에 세 도파로 간섭기라고 부르는 것도 가능하다.

출력 도파로인 5a, 5b, 5c에서 출력되는 광신호의 세기 P5a, P5b, P5c는 위 수학식 (1)과 수학식(2)의 전달행렬을 이용하여 계산할 수 있고, 그 결과는 수학식(3-1), (3-2), (3-3)와 같다.

(3-1)-(3-3)

상기 수학식(1) 내지 수학식(3-3)에서 적절한 L_cpl과 κ, L₁, L₂, L₃ 등을 구해서 λ1, λ2, 그리고 λ3 파장이 각각 도파로(5a, 5b, 5c)로 출력되도록 한다.

한편, 위에서 구한 적절한 변수들이 도파로들의 간섭에 의한 효과에 의해 파장들을 분배할 수는 있지만, 넓은 파장 대역폭을 확보하기 위해 추가적인 수단이 필요할 수 있다. 특히 λ1 에서는 ±50nm 정도 되는 넓은 파장 폭을 가지는 것이 바람직할 수 있는데 이러한 조건은 도파로들의 간섭 효과만으로 충족시키기 부족한 부분이 있다.

본 실시예에서는 λ1(1310±50nm)에서처럼 넓은 대역폭을 얻기 위해 바람직한 방식을 제시한다. 본 실시예에서는 삼도파로 커플러의 커플링 길이를 다음 수학식(4) 처럼 결정한다.

(4)

위 수학식 (4)에서 L_cpl 은 삼도파로 커플러의 길이, κ(λ₁)은 λ1 파장에서의 커플링 상수이다. m 은 1, 2, 3, ... 임의의 각 자연수에서 ±0.2 의 범위를 갖는 값이고 예를 들어 0.8~1.2 사이의 임의의 값, 1.8 ~2.2 사이의 임의의 값, 2.8 ~ 3.2 사이의 임의의 값 등을 의미한다. 이 경우 m은 1, 2, 3, ... 임의의 각 자연수인 경우가 가장 바람직하지만 각 자연수에서 임의의 영역을 가지는 경우도 가능하다.

수학식 (4)에서 m이 2일 때 λ₁ 파장 광신호의 진행 경로를 도 2에 나타내었다. 한 파장 λ₁에 대하여 삼도파로 커플러에서 자연수 배의 완전한 커플링이 일어나게 되면 삼 도파로 경로차 조절부(3)의 각 도파로 (3a,3b,3c)로 광 파워 분배가 일어나지 않고 오직 하나의 도파로로 광신호가 지나가게 된다. 수학식 (4)에서 m이 홀수인 경우에는 도파로 3c로, 그리고 m이 짝수인 경우에는 도 5와 같이 도파 로 3a로 지나가게 된다.

또한, 경로차 조절부의 각 도파로 (3a,3b,3c)의 길이는 λ2 파장은 도파로(5b)로, 그리고 λ3 파장은 도파로(5c)로 각각 출력되도록 수학식 (3-1), (3-2), (3-3)을 이용하여 결정한다. 이 때 해석적인 해를 구할 수도 있고, 경로차 조절부(3)의 각 도파로의 길이를 조금씩 바꿔가며 도파로 5b와 5c에서 λ2와 λ3 파장이 최대값이 되도록 결정하는 것도 가능하다.

한편, 커플링 길이가 그대로 직선도파로 (2a, 2b, 2c) 혹은 (4a, 4b, 4c) 의 길이가 되는 것은 아닌 것이 일반적이다. 이는 커플러의 직선부분에 앞뒤로 연결된 곡선 도파로에서도 도파로가 점차 근접해 감에 따라 커플링 효과가 일어나게 되는데, 수학식 (4)에서의 커플링 길이는 이 곡선도파로에서의 커플링 효과를 배재했을 때의 길이, 즉, 직선도파로에서 커플링이 모두 일어난다는 가정 하에서의 길이를 의미한다. 따라서, 실제로 제작할 때에는 곡선도파로에서도 커플링이 발생하므로 실제 커플러의 직선 도파로의 길이는 다소 줄어들게 되는데 커플러 간격과 곡선도파로의 곡률반경에 따라 달라지므로 일괄적으로 정해지지 않으므로 이를 감안하여야 제작하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 실시예의 트리플렉서의 각 조건들은 예를 들어 다음과 같다. 삼 도파로 커플러의 길이는 664 μm, 삼도파로 커플러의 간격은 1 μm, 경로차 조절부의 3a와 3b 도파로간의 경로차는 26.69 μm, 경로차 조절부의 3b와 3c 도파로 간의 경로차는 12.85 μm 이다. 또한, 이러한 트리플렉서의 주파수 응답 특성을 전달행렬 방법을 이용하여 시뮬레이션 한 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3을 참조하면, 세 도파로 간섭기는 성공적으로 λ1(1310±50nm), λ2(1490±10nm), λ3(1550±10nm)의 세 파장을 각각 도파로 5a, 5b, 5c로 분리해 내고 있음을 확인할 수 있다.

(제2 실시예)

도 4를 참조하면, 제2 실시예의 트리플렉서(1)는 제1 삼도파로 커플러(2), 제2 삼도파로 커플러(4), 경로차 조절부(3), 커플러(6)를 포함하여 구성된다.

제1 실시예와의 차이점을 설명하면, 제2 실시예의 트리플렉서(1)는 제2 삼도파로 커플러(4a,4b,4c) 이후 후단부가 출력 도파로측과 바로 연결된 구조가 아니라 별도의 커플러(6)를 구비하는 구조를 가진다는 점이 주된 차이점이다.

도 4를 참조하면, 도파로(5a, 5c)로 각각 출력되는 파장 λ1과 λ3에서는 삽입 손실이 비교적 작은데 반해 도파로(5b)로 출력되는 파장 λ2 신호에서는 삽입 손실이 0.877 dB로 비교적 클 수 있다. 또한, 도파로(5c)로는 λ3 신호가 주로 출력되어야 함에도 불구하고 λ2 파장이 약 8 dB정도의 손실로 출력되고 있음을 도 3의 주파수 응답 특성 곡선을 통해 확인할 수 있다.

이러한 점을 더욱 향상시키기 위해, 본 실시예에서는 상술한 도파로 5b와 5c에 두 도파로 커플러(6)를 추가로 부착하여 상기 문제를 해결할 수 있음을 설명한다. 즉, 제2 실시예에서는 제2 삼도파로 커플러의 출력 측에서 넓은 대역폭을 갖는 파장 대역의 광신호(6a에서 출력되는 신호)를 제외한 나머지 두 파장 대역의 광신호들의 손실값을 균일하게 조절하는 방법에 관한 것이다.

추가적인 두 도파로 간섭기(6)는 두 도파로 경로차 조절부인 도파로(5b,5c), 그리고 두 도파로 커플러인 도파로(6b,6c)로 이루어져 있으며, 전달 행렬은 수학식 (5)와 같다.

(5)

수학식 (5)에서 κ 는 커플링 상수를 나타내고, L₆는 두 도파로 커플러의 커플링 길이를 나타낸다. 또한, ΔL_5c-5b는 도파로 5c와 도파로 5b의 길이 차이를 나타낸다.

두 도파로 간섭기에서 파장 λ2 는 도파로 7b로 출력되도록 하고 파장 λ3은 도파로 7c로 출력되도록 수학식(5)에서 변수 L₆과 ΔL_5c-5b를 조절하여 파장 λ2와 λ3에서 광손실 값과 누화율을 향상시킬 수 있다.

한편, 실제 적용가능한 조건에 있어서, 두 도파로 커플러의 길이 L₆는 347μm, 삼도파로 커플러의 간격은 1μm, 경로차 조절부의 5c와 5b 도파로간의 경로차 ΔL_5c-5b는 15.89μm로 결정하고, 전달행렬 방법을 이용하여 주파수 응답 특성을 시뮬레이션 한 결과를 도 5에 나타내었다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에서 제시한 세 도파로 간섭기와 추가적인 두 도파로 간섭기를 이용하면 λ1, λ2, 그리고 λ3 파장을 각각 효과적으로 도파로 7a, 7b, 그리고 7c로 출력시킬 수 있고, 특히 λ1 파장에 대해서 ±50nm 이상의 넓은 대역폭을 갖는 성능을 얻을 수 있다.

(제3 실시예)

도 6을 참조하면, 제3 실시예의 트리플렉서(100)는 제1 삼도파로 커플러(2), 제2 삼도파로 커플러(40), 경로차 조절부(3)를 포함하여 구성된다.

제1 및 제2 실시예에서는 삼도파로 커플러가 대칭 구조인 경우를 주로 설명하였는데 제3 실시예에 의하면 제1 삼도파로 커플러(2)와 제2 삼도파로 커플러(40)가 서로 다른 커플러인 경우이다.

제2 삼도파로 커플러인 도파로 (40a,40b,40c)에서, 커플링 길이를 결정하되 도파로 40b와 40c의 길이를 약간 더 길게 설계함으로써 도파로 40b와 40c로 출력되는 파장들의 손실을 균일하게 조절할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 삼도파로 커플러 중 2개의 도파로의 길이를 더 길게 설계하는 것으로써, 도파로 40b와 도파로 40c의 길이를 도파로 40a 보다 20 미크론 길게 설계하여, 도파로 40b와 40c로 각각 출력되는 파장인 1490nm와 1550nm 대역의 파장 광신호의 손실을 균일하게 조절할 수 있다.

또 다른 방식에 의하면, 도파로 2a, 2b, 2c 중에서 두 도파로의 길이를 더 길게 설계함으로써도 비슷한 결과를 얻을 수 있다. 도 7에는 제3 실시예에 의한 방식으로 설계한 세 도파로 간섭기의 주파수 응답 특성을 나타내었다.

전술한 본 발명에 따른 트리플렉서에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하 였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트리플렉서의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 적용된 수학식(4)에서 m이 2일 때 λ₁ 파장 광신호의 진행 경로를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 트리플렉서의 주파수 응답 특성을 전달행렬 방법을 이용하여 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 트리플렉서의 구성도이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 적용된 전달행렬 방법을 이용하여 주파수 응답 특성을 시뮬레이션 한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 트리플렉서의 구성도이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 의한 방식으로 설계한 세 도파로 간섭기의 주파수 응답 특성을 나타내는 그래프이다.

Claims (8)

1. 제1 삼도파로 커플러 및 제2 삼도파로 커플러; 및

   상기 제1 삼도파로 커플러 및 제2 삼도파로 커플러 사이에 연결된 3개의 도파로로 구성된 경로차 조절부를 구비하되,

   상기 3개의 도파로 중 적어도 2개는 서로 다른 경로차를 구비하는 트리플렉서.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 삼도파로 커플러와 상기 제2 삼도파로 커플러는 각각 커플링 간격과 커플링 길이가 서로 동일한 것을 특징으로 하는 트리플렉서.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 경로차 조절부를 구성하는 3개의 도파로는 서로 다른 3개의 도파로 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 트리플렉서.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 삼도파로 커플러와 상기 제2 삼도파로 커플러에는 각각 3개의 입력도파로와 3개의 출력도파로가 연결되고,

   하나의 입력 도파로로 입력된 광신호를 3개의 각각의 출력 도파로로 파장에 따라 나누어지거나, 혹은 반대 방향으로 광신호를 합쳐서 전송되는 트리플렉서.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 삼도파로 커플러 또는 상기 제2 삼도파로 커플러의 커플링 길이는 하기 수학식 1과 같이 결정되는 트리플렉서.

   

   여기서, L_cpl 은 삼도파로 커플러의 길이, κ(λ₁)은 λ1 파장에서의 커플링 상수, m 은 1, 2, 3, ... 임의의 각 자연수에서 ±0.2 의 범위를 갖는 값임.
6. 제1 항에 있어서,

   출력되는 2개의 광도파로와 각각 연결되는 2개의 광도파로가 일정한 경로차를 갖는 2도파로 경로차 조절부를 더 연결하는 것을 특징으로 하는 트리플렉서.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 2도파로 경로차 조절부에 2도파로 커플러를 더 연결하는 것을 특징으로 하는 트리플렉서.
8. 제1 항 에 있어서,

   상기 제1 삼도파로 커플러 또는 제2 삼도파로 커플러의 세 도파로 중 두 도파로의 커플러 길이를 더 길게 구성한 것을 특징으로 하는 특성을 갖도록 설계된 트리플렉서.

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