KR101043979B1 - 온도 무의존 어레이도파로회절격자 - Google Patents

온도 무의존 어레이도파로회절격자 Download PDF

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Abstract

어레이도파로에 있어서 온도 보정을 구현할 수 있는 온도 무의존 어레이도파로회절격자가 소개된다. 온도 무의존 어레이도파로회절격자는 입력도파로, 제1슬랩도파로 및 제1어레이도파로가 접속되게 형성되고 받침대의 일측상에 고정되는 고정칩과, 제2어레이도파로, 제2슬랩도파로 및 출력도파로가 접속되게 형성되고 제1어레이도파로의 출력측 단부와 제2어레이도파로의 입력측 단부가 서로 대향되게 이격되도록 상기 받침대 타측상에 유동가능하게 배치되는 이동칩과, 제1어레이도파로와 제2어레이도파로 사이의 광신호를 전달하기 위해 고정칩과 이동칩 사이에 충전되는 광전달유체와, 양단이 고정칩 및 이동칩에 연결되어 온도변화에 따라 길이가 가변되는 열팽창수축부재를 포함하여 구성된다.

Description

온도 무의존 어레이도파로회절격자{ATHERMAL ARRAYED WAVEGUID GRATING}
본 발명은 온도 무의존 어레이도파로회절격자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온도 변화에 따라 중심 파장의 이동을 보정하여 중심 파장의 온도의존성을 감소시키기 위한 온도 무의존 어레이도파로회절격자에 관한 것이다.
일반적으로 대용량의 정보를 전송하기 위해 흔히 사용되는 파장분할 다중화(WDM) 통신 시스템에서는 한 가닥의 광섬유를이용하여 N개의 파장을 갖는 광신호를 동시에 전송한다. 원거리의 통신에서는 1개의 파이버에 가능한 만큼 많은 정보를 운송하므로, 사용하는 파장간격을 1nm 이하로 좁게 하여, 많은 파장의 광을 사용한 고밀도 파장분할다중(DWDM) 전송이 사용되고 있다. 단일 모드 광섬유를 기반으로 하는 파장분할 다중화 통신 시스템의 수신단에는 여러 개의 파장을 갖는 광신호들을 각각 분리하기 위해서 주로 어레이도파로회절격자(AWG:Arrayed Waveguide Grating)를 이용한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 어레이도파로회절격자의 도파로 구성은, 적어도 하나의 광입력도파로(2)와 적어도 하나의 광입력도파로(2)의 방출측에 접속된 제1슬랩도파로(3)를 포함한다. 나란히 배치된 복수의 채널도파로에 의해 구성되는 어레이도파로(4)는 제1슬랩도파로(3)의 방출측에 접속한다. 제2슬랩도파로(5)는 어레이도파로(4)의 방출측에 접속한다. 나란히 배치된 복수의 광출력도파로(6)는 제2슬랩도파로(5)의 방출측에 접속한다.
광이 다중화된 파장을 도입하기 위해 도시하지 않은 광파이버는 광입력도파로(2)에 접속한다. 광이 다중화된 파장이, 광입력도파로(2)의 하나를 통하여 제1슬랩도파로(3)에 전송된다. 제1슬랩도파로(3)에 전송된 광이 다중화된 파장은 회절효과에 의해 넓어지고, 어레이도파로(4)에 전송되고, 어레이도파로(4)에 전파된다. 어레이도파로(4)에 전파된 광은 제2슬랩도파로(5)에 도달하고, 광은 각각 집광되어 광출력도파로(6)의 각각에 출력된다. 그러나, 어레이도파로(4a)의 인접한 채널도파로의 길이가 서로 다르므로, 광이 어레이도파로(4)에 전파된 후에, 각각의 광에 대한 위상 변이가 발생한다. 집광된 광의 동위상면은 상기 이동량에 따라서 경사지고, 집광위치는 이 경사각에 의해 결정된다.
따라서, 상이한 파장의 광의 집광위치는 서로 다르다. 상이한 파장의 광(분할된 광)은, 각각의 광 집광위치에서 광출력도파로(6)를 형성함으로써 파장마다, 다른 광출력도파로(6)로부터 출력될 수 있다. 즉, 어레이도파로회절격자는 서로 다른 파장을 가지고, 합파된 광으로부터 분파하는 광분파기능을 가진다.
어레이도파로회절격자의 동작원리는 다음의 수학식1로 표현된다.
[식 1]
ns*d*sinΦ+nc*ΔL=m*λ
(여기서, ns : 슬랩 도파로의 굴절률, d : 어레이도파로와 슬랩도파로와의 경계면에서의 인접한 어레이도파로간의 거리, Φ : 회절각, nc :도파로의 굴절률, ΔL : 인접한 어레이도파로 간의 길이차, m : 회절차수, λ : 출력된 광의 파장)
여기서 회절각 Φ가 0도인 자리에 위치한 출력도파로로 방출되는 광의 파장을 중심 파장 λ0 라고 정하면 위 식 1은 다음의 식 2와 같다.
[식 2]
λ0 =nc*ΔL/m
광도파로열 격자의 도파로 영역은 주로 실리카계 유리물질로 이루어진다. 그런데 실리카계 유리물질의 굴절률이 온도에 따라 달라지기 때문에 상기의 도파로로 구성된 광도파로열 격자의 광분파 파장 특성이 온도에 따라 변하게 된다. 또한 광도파로열 격자의 기판(1)으로는 주로 실리콘을 사용하는데 온도에 따라 기판이 수축팽창을 하기 때문에 어레이도파로(4)의 길이가 변하므로 이로 인해 광출력도파로(6)로 방출되는 광의 중심 파장이 변하게 된다.
중심 파장의 온도의존성을 파악하기 위해 식 2를 온도 T로 미분하면 다음의 식 3과 같다.
[식 3]
dλ/dT = λ/nc*dnc/dT+λ/ΔL*dΔL/dT = λ/nc*dnc/dT+λ/as
(여기서, as : 기판의 열팽창 계수)
식 3의 첫 번째 항목인 λ/nc*dnc/dT는 도파로 굴절률의 온도 의존성을 나타낸다. 예를 들면 일반적으로 도파로로 사용되는 실리카계 유리의 온도에 따른 굴절률 변화 dnc/dT는 8x10-6/K이고 도파로 굴절률 nc =1.45, 중심 파장 λ0=1550nm인 경우 도파로 굴절률의 온도의존성 값은 λ/nc*dnc/dT=0.0085nm/K가 된다. 식 3의 두 번째 항목인 λ/as 는 기판(1)의 팽창 수축에 따른 파장의 온도 의존성을 나타낸다. 예를 들면 실리콘 기판의 열팽창 계수 as =2.5*10-6/K인 경우 기판에 의한 파장의 온도의존성 값은 λ/as=0.0036nm/K가 된다. 그러므로 파장에 대한 온도 의존성 값 dλ/dT 는 0.012nm/K가 된다. 이는 실제 광도파로열 격자 소자의 온도에 따른 파장 변화값인 0.011nm/K와 거의 일치한다.
이러한 온도에 따른 파장 변화를 제어하기 위한 종래의 기술로는 "어레이도파로회절격자 및 그 광투과 중심파장 보정방법(한국특허 공개번호 :특2002-0070459)"이 제안되기도 하였다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제1슬랩도파로(3)는 제1슬랩도파로(3)를 통과하는 광로를 크로스하는 크로스분리면(8)위에서 분리된다. 크로스분리면(8)은 도파로형성영역(10)의 하나의 단부측으로부터 도파로형성영역의 중간부분까지 형성된다. 제1슬랩도파로(3)를 횡단하지 않는 비크로스분리면(18)은 크로스분리면(8)과 통하여 형성된다.
크로스분리면(8)과 비크로스분리면(18)은, 도파로형성영역(10)을, 한쪽 위에 분리슬랩도파로(3a)를 포함하는 제1도파로형성영역(10a)과, 다른쪽 위에 분리슬랩도파로(3b)를 포함하는 제2도파로형성영역(10b)으로 분리한다. 제1도파로형성영역 (10a)과 제2도파로형성영역(10b)은 서로 분리되므로, 이들 도파로형성영역은 간격을 개재하여 분리된다.
어레이도파로회절격자의 온도에 좌우되는 제2도파로형성영역(10b)에 관한 크로스분리면(8)을 따라 제1도파로형성영역(10a)을 이동하는 슬라이딩이동부재(17)가 배치된다. 이 슬라이딩이동부재(17)는 어레이도파로회절격자의 중심 파장온도의존도를 감소시키는 방향으로 접동이 이루어지도록 구성되고, 양단부가 접착부(30)를 통해 제1도파로형성영역(10a)과 제2도파로형성영역(10b)에 고정된다.
슬라이딩이동부재(17)의 길이는 온도변화에 의해 발생되는 슬라이드이동방향으로 성형변형됨으로써 단파장측위에 설정된 파장으로부터 어레이도파로회절격자의 중심 파장의 이동을 보정하는 길이로 설정될 수 있다.
그러나 이러한 종래 기술의 경우, 제1슬랩도파로(3)에 광로를 크로스하는 면(분리면)이 형성되면, 분리된 제1슬랩도파로에서 신호별 굴절거리가 달라지므로 패스 밴드(pass band)의 폭이 좁아져 광신호의 왜곡 현상이 발생될 확율이 높아지고 선형 영역이 작아지며 유효 온도 보상 범위가 좁아진다는 문제가 있었다. 또한, 어레이도파로회절격자의 채널 간격 간에 누화율에 대한 파장 유지범위가 적으므로, 실제환경(-40~85℃)에 적용되는데 한계가 있었다.
한편, 어레이도파로에 온도보상재료가 충전된 홈을 형성하여 온도를 보정하는 종래의 기술로는 "광파장합분파 회로(일본특허 등록번호 :제4184931호)가 제안되기도 하였다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(101) 상에 소정의 길이로 순차적으로 길어지는 어레이 도파로(104)와, 그 어레이 도파로(104)의 양단부에 접속되는 슬래브 도파로(103, 105)와, 슬래프 도파로(103, 105)에 접속되는 입출력 도파로(102, 106)이 마련되고, 어레이 도파로(104)에는 도파로 일부 제거되는 홈(107)이 형성되며, 이 홈(107)에는 어레이 도파로(104)의 실효 굴절율의 온도 계수와 다른 굴절율 온도 계수를 갖는 재료가 충전된다.
그러나 이러한 종래 기술의 경우, 홈의 폭 변화에 따라 굴절률의 변화가 이루어져 온도가 보상되는 구조이므로, 굴절률에 맞추어 홈의 폭 조절을 정밀하게 변화시키기 어려워 상용화되지 못하고 있다는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 중심 파장의 온도의존성을 효과적으로 감소시키기 위한 온도 무의존 어레이도파로회절격자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자는, 고정칩, 이동칩, 광전달유체 및 열팽창수축부재를 포함하고, 고정칩은 입력도파로, 제1슬랩도파로 및 제1어레이도파로가 접속되게 형성되고, 받침대의 일측상에 고정되고, 이동칩은 제2어레이도파로, 제2슬랩도파로 및 출력도파로가 접속되게 형성되고, 상기 제1어레이도파로의 출력측 단부와 상기 제2어레이도파로의 입력측 단부가 서로 대향되게 이격되도록 상기 받침대 타측상에 유동가능하게 배치되고, 광전달유체는 상기 제1어레이도파로와 제2어레이도파로 사이의 광신호를 전달하기 위해, 상기 고정칩과 이동칩 사이에 충전되고, 열팽창수축부재는 양단이 상기 고정칩 및 이동칩에 연결되어 온도변화에 따라 길이가 가변된다.
바람직하게, 상기 광전달유체는 어레이도파로의 굴절율과 대응되는 겔(gel) 타입의 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 무의존 어레이도파로회절격자.
바람직하게, 상기 제1어레이도파로의 출력측 단부 및 상기 제2어레이도파로의 입력측 단부에는, 어레이도파로의 각도변화에 따른 투과손실을 보정하기 위해 폭이 넓어지는 와이드부가 형성된다.
바람직하게, 상기 고정칩 및 이동칩의 상부에는 상기 열팽창수축부재의 길이 가변시 상기 이동칩의 이동에 의해 휘어지는 연결플레이트가 연결된다.
바람직하게, 상기 이동칩에는 상기 받침대와 결합되어 상기 이동칩의 상하이동 및 이격을 제한하는 고정클립이 고정된다.
바람직하게, 상기 제2어레이도파로는 고온 또는 저온 변화시 열팽창수축부재의 팽창 또는 수축에 의해 온도의존변화를 감소하는 방향으로 회전된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자는, 온도 무의존 어레이도파로회절격자는, 고정칩, 이동칩, 광전달유체 및 바이메탈부재를 포함하고, 고정칩은 입력도파로, 제1슬랩도파로 및 제1어레이도파로가 접속되게 형성되고, 받침대의 일측상에 고정되고, 이동칩은 제2어레이도파로, 제2슬랩도파로 및 출력도파로가 접속되게 형성되고, 상기 제1어레이도파로의 출력측 단부와 상기 제2어레이도파로의 입력측 단부가 서로 대향되게 이격되도록 상기 받침대 타측상에 유동가능하게 배치되고, 광전달유체는 상기 제1어레이도파로와 제2어레이도파로 사이의 광신호를 전달하기 위해, 상기 고정칩과 이동칩 사이에 충전되고, 바이메탈부재는 양단이 상기 고정칩 및 이동칩의 상부측에 연결되어 온도변화에 따라 휘어지면서 상기 이동칩을 회전시킨다.
바람직하게, 상기 이동칩에는 상기 받침대와 결합되어 상기 이동칩의 상하이동 및 이격을 제한하는 고정클립이 고정된다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.
첫째, 본 발명은 중심 파장의 온도의존성을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 이점이 있다.
둘째, 본 발명은 이동칩과 고정칩 사이에 정확한 대칭성이 유지되고 경로차에 대한 선형성이 유지되므로 유효 온도 보상 범위가 넓다는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 어레이도파로회절격자를 도시한 사시도.
도 2a는 종래 일 실시예에 따른 어레이도파로회절격자의 온도 보정 기술을 도시한 평면도.
도 2b는 종래 다른 실시예에 따른 어레이도파로회절격자의 온도 보정 기술을 도시한 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자에서 저온시 열팽창수축부재의 길이 수축상태를 도시한 상태도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자에서 고온시 열팽창수축부재의 길이 팽창상태를 도시한 상태도.
도 6은 본 발명을 통해 온도 무의존 기능을 실시하는 경우, 온도 변화에 따른 중심파장의 변화를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자를 도시한 구성도.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자를 도시한 구성도.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 온도 무의존 어레이도파로회절격자는, 온도 변화시 도파로의 중심 파장의 이동에 대응하여, 제1슬랩도파로(120)가 형성된 고정칩(101)에 대해 제2슬랩도파로(140)가 형성된 이동칩(102)이 이동되도록 구성함으로써, 중심 파장의 온도의존성이 감소되도록 한다.
이를 구현하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자는, 고정칩(101), 이동칩(102), 광전달유체(108) 및 열팽창수축부재(150)를 포함하여 구성된다.
고정칩(101)은 받침대(100)의 일측상에 고정되는 구조로, 해당 하면이 접착제를 통해 받침대(100)에 고정된다. 본 실시예에서는 고정칩(101)의 고정을 위해, 열경화성 합성수지 중 기계적인 강도·내수성·전기적 특성이 우수한 에폭시 접착제가 사용되었다.
이 고정칩(101)의 상면에는 입력도파로(110), 제1슬랩도파로(120) 및 제1어레이도파로(130a)가 형성된다. 여기서, 제1어레이도파로(130a)는 제1슬랩도파로(120)와 제2슬랩도파로(140) 사이를 접속하는 어레이도파로(130) 중에서 고정칩(101) 측에 형성된 어레이도파로로 정의한다.
이들 입력도파로(110), 제1슬랩도파로(120) 및 제1어레이도파로(130a)는 고정칩(101) 상에서 광신호가 경유되는 도파로 패턴을 이룬다. 입력도파로(110)는 서로 다른 파장을 갖는 광신호가 입력되는 적어도 하나 이상으로 구성되고, 제1슬랩도파로(120)는 입력도파로(110)로의 출력측에 접속되어 입력도파로(110)로부터 입력되는 광신호들을 회절효과를 통해 분리하며, 제1어레이도파로(130a)는 제1슬랩도파로(120)의 출력측에 접속되어 입력된 광신호들이 서로 다른 위상차를 갖도록 도파한다. 즉, 입력도파로(110)에 입력된 광신호는 제1슬랩도파로(120)를 통과하여 서로 길이가 다른 복수의 제1어레이도파로(130a)로 입사되며, 제1어레이도파로(130a)를 통과한 광신호는 위상이 서로 달라지게 된다.
특히, 고정칩(101)은 받침대(100)의 타측상에 마련된 이동칩(102)과 분리되게 배치되고, 고정칩(101)의 제1어레이도파로(130a) 출력측 단부는 이동칩(102)의 제2어레이도파로(130b) 입력측 단부 사이에 광전달유체(108)이 충전되는 갭(gap)을 형성한다. 이때, 어레이도파로(130)의 각도변화에 따른 투과손실을 보정하기 위해 제1어레이도파로(130a)의 출력측 단부에는 와이드부(131)가 형성된다. 와이드부(131)는 제1어레이도파로(130a)의 출력측 단부에서 해당 폭이 넓어지도록 구성되어 각도변화시 투과손실에 대한 민감도가 낮추어지도록 한다.
제1어레이도파로(130a)의 출력측 단부에는 제2어레이도파로(130b)의 입력측 단부가 대향되게 배치되며, 이 제2어레이도파로(130b)의 입력측 단부에는 제1어레이도파로(130a)의 와이드부(131)와 대응되도록 해당 폭이 넓어지게 형성된 와이드부(131)가 형성된다.
이동칩(102)은 받침대(100)의 타측상에 유동가능하게 배치되는 구조로, 해당 하면에 제공된 윤활제를 통해 받침대(100)에 대한 슬립이 가능하다. 본 실시예에서는 윤활제로 그리스가 사용되었다.
이 이동칩(102)의 상면에는 제2어레이도파로(130b), 제2슬랩도파로(140) 및 출력도파로(150)가 형성된다. 제2어레이도파로(130b)는 제1슬랩도파로(120)와 제2슬랩도파로(140) 사이를 접속하는 어레이도파로(130) 중에서 이동칩(102) 측에 형성된 어레이도파로로 정의한다. 제2어레이도파로(130b)의 입력측 단부는 제1어레이도파로(130a)의 출력측 단부에 대향되게 배치되고, 제2어레이도파로(130b)의 입력측 단부에는 제1어레이도파로(130a)의 와이드부(131)와 대응되는 와이드부(131)가 형성된다.
이들 제2어레이도파로(130b), 제2슬랩도파로(140) 및 출력도파로(150)는 이동칩(102) 상에서 광신호가 경유되는 도파로 패턴을 이룬다. 제2슬랩도파로(140)는 제2어레이도파로(130b)의 출력측에 접속되어 출력되는 광신호들을 집광하여 출력도파로(150)에 출력한다. 출력도파로(150)는 제2슬랩도파로(140)의 출력측에 연결되며 서로 다른 파장의 광신호 개수에 따른 복수로 구성된다.
고정칩(101)과 이동칩(102) 사이의 갭에는 제1어레이도파로(130a)와 제2어레이도파로(130b) 사이의 광신호를 전달하기 위한 광전달유체(108)이 충전된다. 이 광전달유체(108)은 어레이도파로의 굴절율과 유사한 굴절율을 갖는 겔(gel) 타입의 재료로, Aliphatic Hydrocarbons와 Gelling Agents이 혼합된 소프트 겔 타입 재료(optical gel code 0607) 또는 Phthalate Esters와 Gelling Agents이 혼합된 소프트 겔 타입 재료(optical gel code 081160)로 구성되어, 광신호가 제1어레이도파로(130a)에서 제2어레이도파로(130b)로 전달되도록 한다.
여기서, 어레이도파로의 홈에 다른 굴절율 온도 계수를 갖는 재료가 충전되는 종래 기술과 달리 본 발명에 따른, 광전달유체(108)이 충전되는 갭은 해당 이격거리가 15~20um 이내이므로, 광전달유체(108)의 성분에 의한 온도 변화가 굴절율 변화에 미미하다.
고정칩(101) 및 이동칩(102)의 하측부는 열팽창수축부재(150)를 통해 서로 연결된다. 열팽창수축부재(150)는 고정칩(101) 및 이동칩(102)보다 큰 열팽창계수를 가지며 온도변화에 따라 팽창되거나 수축이 가능한 재질, 예컨대 알루미늄이나 구리와 같은 재질로 구성된다.
이 열팽창수축부재(150)의 열팽창 계수는 고정칩(101) 및 이동칩(102)의 열팽창 계수보다 매우 크므로, 열팽창수축부재(150)의 길이는 고정칩(101) 및 이동칩(102)의 열팽창 계수를 무시하여 산출하되, 온도변화시 중심파장의 이동을 보정할 수 있는 길이로 설정된다.
이러한 열팽창수축부재(150)는 해당 일단이 제1어레이도파로(130a)가 위치된 반대측, 예컨대 도면에서 고정칩(101)의 하측부에 고정되고, 해당 타단이 제2어레이도파로(130b)가 위치된 반대측, 예컨대 도면에서 이동칩(102)의 하측부에 고정된다. 이때, 열팽창수축부재(150)는 글라스편(151)을 매개로 고정칩(101) 및 이동칩(102)에 고정될 수 있다.
고정칩(101) 및 이동칩(102)의 상부는 연결플레이트(103)를 통해 서로 연결된다. 연결플레이트(103)는 얇은 금속판으로 구성되어 고정 칩에 대해 이동칩(102)이 회전 가능하도록 구성되는데, 보다 구체적으로 해당 일단이 커버글라스(104)를 매개로 고정칩(101)의 상부에 접착되고, 해당 타단이 커버글라스(104)를 매개로 이동칩(102)의 상부에 접착된다. 이때 사용되는 접착제로는 에폭시 접착제(105)가 사용된다.
따라서, 고정칩(101) 및 이동칩(102)의 상부가 연결플레이트(103)에 의해 서로 연결되고 고정칩(101) 및 이동칩(102)의 하측부가 열팽창수축부재(150)에 의해 서로 연결된 상태에서, 온도 변화로 인해 열팽창수축부재(150)가 팽창하거나 수축하게 되면, 이동칩(102)은 연결플레이트(103)에 연결된 상태에서 도면의 반시계방향 또는 시계방향으로 회전될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 어레이도파회로격자의 온도가 저온인 경우, 온도 변화에 의해 열팽창수축부재(150)가 수축되면, 이동칩(102)은 도면의 왼쪽방향으로 이동하게 된다.
이때, 연결플레이트(103)가 시계방향으로 휘어지면서 이동칩(102) 또한 시계방향으로 회전되게 됨으로써, 이동칩(102)의 제2어레이도파로(130b)는 고정칩(101)의 제1어레이도파로(130a)에 대해 저온 변화시 온도의존변화를 감소하는 방향으로 회전될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 어레이도파회로격자의 온도가 고온인 경우, 온도 변화에 의해 열팽창수축부재(150)가 팽창되면, 이동칩(102)은 도면의 오른쪽방향으로 이동하게 된다.
이때, 연결플레이트(103)가 반시계방향으로 휘어지면서 이동칩(102) 또한 반시계방향으로 회전됨에 따라, 이동칩(102)의 제2어레이도파로(130b)는 고정칩(101)의 제1어레이도파로(130a)에 대해 고온 변화시 온도의존변화를 감소하는 방향으로 회전될 수 있다.
결국, 이동칩(102)은 어레이도파회로격자의 중심파장에 대한 온도의존변화를 감소시키는 방향으로 이동됨에 따라, 어레이도파회로격자의 온도가 변하는 경우라도, 온도에 의해 발생되는 중심파장의 이동은 설정된 파장으로부터 이동을 보정할 수 있다.
시뮬레이션을 통한 실험결과, 100도의 범위에서 100GHz의 어레이도파회로격자 경우, 도파로 전체를 기준으로 총 경로 보정을 4~8um로 하면 온도 무의존 기능을 수행할 수 있을 것으로 예상된다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 보정전의 중심파장은 온도가 증가함에 따라 비례하여 증가되지만, 본 발명을 통해 온도 무의존 기능을 수행하게 되면, 보정후의 중심파장은 온도가 증가함에 무관하게 일정한 파장을 유지할 수 있음을 알 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자는, 고정칩(101), 어레이도파로(130), 이동칩(102), 열팽창수축부재(150), 연결플레이트(103) 및 고정클립(106)을 포함하여 구성된다.
여기서, 고정클립(106)의 구성을 제외한 고정칩(101), 어레이도파로(130), 이동칩(102), 열팽창수축부재(150) 및 연결플레이트(103)에 대한 구성은 온도 무의존 기능에 있어서, 상술한 고정칩(101), 어레이도파로(130), 이동칩(102), 열팽창수축부재(150) 및 연결플레이트(103)에 대한 구성과 동일하므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 고정클립(106)은 받침대(100)에 대한 이동칩(102)의 상하방향 이동 및 이격을 방지하기 위한 것으로, 'ㄷ'자 형태로 형성되어, 해당 일단부에 이동칩(102)에 탄성적인 가압을 제공하는 고정돌출부(107)가 형성된다. 이로써, 열팽창수축부재(150)에 의한 이동칩(102)의 이동시, 받침대(100)에 대해 측방향 슬립 이동이 가능한 반면, 상하방향 이동 및 이격이 제한될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 온도 무의존 어레이도파로회절격자는, 고정칩(101), 이동칩(102), 광전달유체(108) 및 바이메탈부재(109)를 포함하여 구성된다.
이 중에서 바이메탈부재(109)는 서로 다른 열팽창계수가 두 개의 금속판으로 구성되되, 열팽창계수가 큰 스트립(109a)은 바이메탈부재(109)의 하부에 배치하고 열팽창계수가 작은 스트립(109b)을 바이메탈부재(109)의 상부에 배치한다. 그리고 받침대(100)과 이동칩(102)에는 이들을 서로 결합하여 이동칩의 상하방향 이동 및 이격을 제한하는 고정클립(106)이 설치된다.
즉, 어레이도파회로격자의 온도가 저온인 경우, 열팽창계수가 큰 스트립(109a)이 열팽창계수가 온도 변화에 의해 작은 스트립(109b) 보다 더 수축되면서, 이동칩(102)이 도면의 시계방향으로 회전하게 되도록 하고, 어레이도파회로격자의 온도가 고온인 경우, 열팽창계수가 큰 스트립(109a)이 온도 변화에 의해 열팽창계수가 작은 스트립(109b) 보다 더 팽창되면서, 이동칩(102)이 도면의 반시계방향으로 회전되도록 할 수 있다.
상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 :고정칩 102 :이동칩
103 :연결플레이트 110 :입력도파로
120 :제1슬랩도파로 130 :어레이도파로
130a :제1어레이도파로 130b :제2어레이도파로
131 :와이드부 140 :제2슬랩도파로
150 :출력도파로

Claims (8)

  1. 입력도파로, 제1슬랩도파로 및 제1어레이도파로가 접속되게 형성되고, 받침대의 일측상에 고정되는 고정칩;
    제2어레이도파로, 제2슬랩도파로 및 출력도파로가 접속되게 형성되고, 상기 제1어레이도파로의 출력측 단부와 상기 제2어레이도파로의 입력측 단부가 서로 대향되게 이격되도록 상기 받침대 타측상에 유동가능하게 배치되는 이동칩;
    상기 제1어레이도파로와 제2어레이도파로 사이의 광신호를 전달하기 위해, 상기 고정칩과 이동칩 사이에 충전되는 광전달유체; 및
    양단이 상기 고정칩 및 이동칩에 연결되어 온도변화에 따라 길이가 가변되는 열팽창수축부재를 포함하고,
    상기 제1어레이도파로의 출력측 단부 및 상기 제2어레이도파로의 입력측 단부에는, 어레이도파로의 각도변화에 따른 투과손실을 보정하기 위해 폭이 넓어지는 와이드부가 형성되는 것을 특징으로 하는 온도 무의존 어레이도파로회절격자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광전달유체는 어레이도파로의 굴절율과 대응되는 겔(gel) 타입의 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 온도 무의존 어레이도파로회절격자.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정칩 및 이동칩의 상부에는 상기 열팽창수축부재의 길이 가변시 상기 이동칩의 이동에 의해 휘어지는 연결플레이트가 연결되는 것을 특징으로 하는 온도 무의존 어레이도파로회절격자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동칩에는 상기 받침대와 결합되어 상기 이동칩의 상하방향 이동 및 이격을 제한하는 고정클립이 고정되는 것을 특징으로 하는 온도 무의존 어레이도파로회절격자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2어레이도파로는 고온 또는 저온 변화시 열팽창수축부재의 팽창 또는 수축에 의해 온도의존변화를 감소하는 방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 온도 무의존 어레이도파로회절격자.
  7. 입력도파로, 제1슬랩도파로 및 제1어레이도파로가 접속되게 형성되고, 받침대의 일측상에 고정되는 고정칩;
    제2어레이도파로, 제2슬랩도파로 및 출력도파로가 접속되게 형성되고, 상기 제1어레이도파로의 출력측 단부와 상기 제2어레이도파로의 입력측 단부가 서로 대향되게 이격되도록 상기 받침대 타측상에 유동가능하게 배치되는 이동칩;
    상기 제1어레이도파로와 제2어레이도파로 사이의 광신호를 전달하기 위해, 상기 고정칩과 이동칩 사이에 충전되는 광전달유체; 및
    양단이 상기 고정칩 및 이동칩의 상부측에 연결되어 온도변화에 따라 휘어지면서 상기 이동칩을 회전시키는 바이메탈부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도 무의존 어레이도파로회절격자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이동칩에는 상기 받침대와 결합되어 상기 이동칩의 상하방향 이동 및 이격을 제한하는 고정클립이 고정되는 것을 특징으로 하는 온도 무의존 어레이도파로회절격자.
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