KR101174239B1

KR101174239B1 - 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기

Info

Publication number: KR101174239B1
Application number: KR1020110001017A
Authority: KR
Inventors: 이형종; 최준석; 이소영
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2012-08-14
Also published as: KR20120079685A

Abstract

본 발명은 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 관한 것으로, 하부 클래드층, 상기 하부 클래드층 상에 적층되며 광신호의 전송 매체가 되는 코어층 및 상기 코어층을 둘러싸는 상부 클래드층을 포함하여 구성되는 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 있어서, 상기 코어층은, 그 입력측 단면을 통해 광신호가 입력되는 입력 광도파로와, 상기 입력 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어지는 제1 테이퍼 광도파로와, 상기 제1 테이퍼 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 제1 테이퍼 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받는 제1 직선 광도파로와, 상기 제1 직선 광도파로의 출력측 단면에 연결됨과 아울러 그 상면이 공기 중에 노출되도록 형성되며, 상기 제1 직선 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받아 열광학 효과에 의해 굴절률이 낮아져 입력된 광신호를 감쇠시키는 감쇠 광도파로와, 상기 감쇠 광도파로의 출력측 단면에 연결되며, 상기 감쇠 광도파로에 의해 감쇠된 광신호를 입력받는 제2 직선 광도파로와, 상기 제2 직선 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 광신호의 진행방향으로 점차 그 폭이 좁아지는 제2 테이퍼 광도파로와, 상기 제2 테이퍼 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 제2 테이퍼 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받아 출력하는 출력 광도파로와, 공기 중에 노출된 상기 감쇠 광도파로의 상면에 구비되며, 상기 감쇠 광도파로의 상면에 열이 전달되도록 소정의 열을 발생하는 히터부를 포함함으로써, 파장 분할 다중(WDM) 전송장치의 출력 광 파워를 균일하게 제어하여 장거리 전송을 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기{PLANAR LIGHTWAVE CIRCUIT TYPE VARIABLE OPTICAL ATTENUATOR USING THERMO-OPTIC EFFECT}

본 발명은 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit, PLC)를 이용한 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 전송장치의 출력 광 파워를 균일하게 제어하여 장거리 전송을 가능하도록 한 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 관한 것이다.

최근 급증하는 다양한 정보를 효과적으로 전송하기 위하여 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 전송 광통신 시스템이 활발히 개발 및 보급되어 왔다.

이러한 광통신 시스템에서는 파장이 다른 여러 개의 광원이 다른 정보를 저장한 후, 이를 다중화 하여 하나의 광섬유를 통하여 전송한다. 그리고, 수신단에서는 이 다중화된 신호를 역 다중화 하여 분리한 후, 각 파장별로 광신호를 수신한다.

이 과정에서 광 증폭기와 역다중화기의 특성이 파장에 따라 달라 각 파장별로 광출력이 서로 다르게 된다. 만일, 이러한 상태로 다중화된 후 장거리 전송이 된다면 파장별 광 출력의 불균일성이 더욱 심화되어 신호의 특성이 저하되기 때문에 궁극적으로 전송이 불가능해진다. 그러므로, 광 증폭하기 이전이나 전체 시스템의 중간 중간에 각 파장별 광신호의 출력을 균일하게 해야 할 필요성이 있다.

종래의 광 감쇠기로는 모터를 이용하여 기계적으로 광섬유를 움직이는 소자, 미세전자기게 시스템(MEMS) 액츄에이터(Actuator)를 이용한 소자, 광섬유의 일부를 갈아 낸 후 그 표면에 특수한 물질을 코팅한 소자, 그리고 실리카 기판 위에 열광학 효과를 이용한 마흐-젠더 간섭계, 방향성 결합기, 폴리머 광도파로 소자 광 감쇠기 소자 등이 알려져 있다.

그러나, 기계적인 광 감쇠기와 광섬유를 갈아서 만든 광 감쇠기 등은 크기가 크고 미세전자기게 시스템(MEMS) 소자와 일반 실리카 소자를 이용한 광 감쇠기는 구동전압 및 전력이 많이 들어가서 효율적이지 못하다. 뿐만 아니라 대다수 다른 광소자와의 대규모 광 집적이 잘 맞지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 평면 광도파로(PLC)를 이용한 파장 분할 다중(WDM) 전송장치의 출력 광 파워를 균일하게 제어하여 장거리 전송을 가능하도록 한 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 하부 클래드층, 상기 하부 클래드층 상에 적층되며 광신호의 전송 매체가 되는 코어층 및 상기 코어층을 둘러싸는 상부 클래드층을 포함하여 구성되는 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 있어서, 상기 코어층은, 그 입력측 단면을 통해 광신호가 입력되는 입력 광도파로; 상기 입력 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어지는 제1 테이퍼 광도파로; 상기 제1 테이퍼 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 제1 테이퍼 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받는 제1 직선 광도파로; 상기 제1 직선 광도파로의 출력측 단면에 연결됨과 아울러 그 상면이 공기 중에 노출되도록 형성되며, 상기 제1 직선 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받아 열광학 효과에 의해 굴절률이 낮아져 입력된 광신호를 감쇠시키는 감쇠 광도파로; 상기 감쇠 광도파로의 출력측 단면에 연결되며, 상기 감쇠 광도파로에 의해 감쇠된 광신호를 입력받는 제2 직선 광도파로; 상기 제2 직선 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 광신호의 진행방향으로 점차 그 폭이 좁아지는 제2 테이퍼 광도파로; 상기 제2 테이퍼 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 제2 테이퍼 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받아 출력하는 출력 광도파로; 및 공기 중에 노출된 상기 감쇠 광도파로의 상면에 구비되며, 상기 감쇠 광도파로의 상면에 열이 전달되도록 소정의 열을 발생하는 히터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기를 제공하는 것이다.

여기서, 상기 감쇠 광도파로의 입/출력측 단면으로부터 연장되어 상기 제1 및 제2 직선 광도파로 상에 각각 형성됨과 아울러 그 상면이 공기 중에 노출되도록 형성되며, 그 양 끝단측으로 갈수록 테이퍼져 가늘어지는 측면을 갖는 제1 및 제2 쐐기형 광도파로가 더 구비됨이 바람직하다.

바람직하게, 상기 입력 및 출력 광도파로, 상기 제1 및 제2 직선 광도파로, 상기 제1 및 제2 테이퍼 광도파로는 실리카(Silica)를 이용하여 형성되며, 상기 감쇠 광도파로와 상기 제1 및 제2 쐐기형 광도파로는 폴리머(Polymer)를 이용하여 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 히터부는 상기 감쇠 광도파로로 상에 금속 박막을 이용하여 패터닝되는 박막히터로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 따르면, 평면 광도파로(PLC)를 이용한 파장 분할 다중(WDM) 전송장치의 출력 광 파워를 균일하게 제어하여 장거리 전송을 가능하게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 실리카 및 폴리머 재료를 이용한 광도파로를 통해 C-band 대역의 파장에 의존하지 않으면서 입력된 광신호의 광파워를 균일하게 하여 장거리 전송을 가능하도록 하는 효율적인 가변 광 감쇠기를 제작할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 낮은 온도(약 25도 정도) 변화만으로도 약 20dB의 감쇠를 얻어냄으로써 가변 광 감쇠기를 가동시키는 전력을 그만큼 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 낮은 구동 온도를 통해 소자의 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있으며, 제작이 용이한 실리카 광도파로 공정을 통해 재현성이 높은 가변 광 감쇠기의 대량 생산을 가능하게 할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 대해 광신호가 진행하는 방향에 수직 단면의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기가 상온에서 동작되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기가 히터부를 통해 온도가 높아져 열광학 효과에 의하여 동작되는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 대해 온도에 따른 파장의존성을 시뮬레이션 한 결과 그래프이다.

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.

먼저, 본 발명은 평면 광도파로(Planar Lightwave Circuit, PLC)를 이용한 파장 분할 다중(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 전송장치의 출력 광 파워를 균일하게 제어를 위한 가변 광 감쇠기에 관한 것이다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 광 감쇠기는, 크게 실리카(Silica) 및 폴리머(Polymer) 재료를 이용한 코어층 및 클래드층으로 구성되어 있다. 실리카를 이용한 코어층은 횡방향으로 진행하는 입력 광도파로의 폭이 점점 넓어진 후에 일정 길이만큼 진행하다가 다시 원래의 폭으로 줄어드는 구조이며, 실리카를 이용한 코어층 중간에 폴리머를 이용한 코어층이 쐐기형태로 위치한다.

또한, 폴리머를 이용한 코어층의 상단에 열 전달을 위한 히터 등을 패터닝하여 구동 전극으로 전력을 인가해주면 열광학 효과에 의해 폴리머의 굴절률은 낮아지게 되고, 이로 인해 광 진행 결로가 바뀌어서 광신호의 감쇠가 일어나게 되는 원리이다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 실리카 및 폴리머 재료를 이용한 광도파로를 통해 C-band 대역의 파장에 의존하지 않으면서 입력된 광신호의 광파워를 균일하게 하여 장거리 전송을 가능하도록 하는 효율적인 가변 광 감쇠기를 제작할 수 있다.

한편, 폴리머는 실리카에 비해 열광학 계수가 약 10배 정도 크며 서로 상반되는 특성으로 인하여 구동 전력을 크게 줄일 수 있는 특징을 지닌다. 특히, 폴리머를 이용하여 기존에 연구되어진 가변 광 감쇠기에서는 약 20dB의 감쇠특성을 갖기 위해서 폴리머 상단에 나란히 패터닝 된 히터(Heater)를 통해 폴리머의 온도를 약 50도 이상 변화시켜야했다.

그러나, 본 발명의 경우, 훨씬 낮은 약 25도 온도 변화만으로도 약 20dB의 감쇠를 얻어냄으로써 가변 광 감쇠기를 가동시키는 전력을 그만큼 최소화시킬 수 있다. 이러한 낮은 구동 온도는 소자의 장기적인 신뢰성 확보를 위하여 매우 중요하며, 제작이 용이한 실리카 광도파로 공정을 통해 재현성이 높은 가변 광 감쇠기의 대량 생산을 가능하게 할 것이다. 또한, 파장 분할 다중화 광통신 시스템에서 C-band 대역대 파장의 광신호를 균일하게 하여 장거리 전송을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 대해 광신호가 진행하는 방향에 수직 단면의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기는, 하부 클래드층(100), 하부 클래드층(100) 상에 적층되며 광신호의 전송 매체가 되는 코어층(200), 코어층(200)을 둘러싸는 상부 클래드층(300) 및 코어층(200) 상에 구비된 히터부(400) 등을 포함하여 이루어진다.

여기서, 하부 클래드층(100) 및 상부 클래드층(300)은 동일한 물질 또는 서로 다른 물질(예컨대, 실리카(SiO₂) 또는 폴리머(Polymer) 등)을 이용하여 예컨대, 화염가수분해(Flame Hydrolysis Deposition, FHD), 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD), 또는 에어로졸화염증착 등의 방법으로 증착하여 형성할 수 있다. 하부 클래드층(100)의 경우 고압 열산화(HiPOx, High Pressure Oxydation) 실리카막 등으로 형성하여도 무방하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 하부 클래드층(100) 및 상부 클래드층(300)을 서로 분리하여 형성하였지만, 이에 국한하지 않으며, 하나의 클래드층으로 형성되거나 기판 상에 하부 클래드층(100), 코어층(200) 및 상부 클래드층(300)을 순차적으로 적층하여 형성할 수도 있으며, 상기 기판의 상부에 하부 클래드층(100)을 형성하지 않고, 하부 클래드층(100)의 역할을 수행할 수 있는 소정의 공정이 완료된 기판을 사용할 수도 있다.

이때, 상기 소정의 공정이 완료된 기판이라 함은 기판이 광도파로의 클래드로 사용될 수 있도록 그 표면을 개질한 상태를 의미하며, 예컨대, 실리카 기판, 산화 실리콘 기판, 클래드를 형성한 기판, 또는 기판 면을 일정 깊이만큼 클래드로 개질한 기판 등을 의미한다.

그리고, 코어층(200)은 입력 광도파로(210), 제1 및 제2 테이퍼 광도파로(220a 및 220b), 제1 및 제2 직선 광도파로(230a 및 230b), 감쇠 광도파로(240), 제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b), 및 출력 광도파로(260) 등을 포함하여 이루어진다.

여기서, 입력 광도파로(210)는 일정 폭을 갖는 직선형태로 이루어지며, 그 입력측 단면을 통해 광신호가 입력된다.

제1 테이퍼 광도파로(220a)는 입력 광도파로(210)의 출력측 단면으로부터 연장되어 형성되며, 상기 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어지는 경사면을 갖는 테이퍼(taper) 형태로 이루어진다.

제1 직선 광도파로(230a)는 제1 테이퍼 광도파로(220a)의 출력측 단면으로부터 연장되어 일정 폭을 갖는 직선형태로 형성되어 있으며, 제1 테이퍼 광도파로(220a)에서 출력된 광신호를 입력받아 감쇠 광도파로(240)측으로 전달하는 기능을 수행한다.

감쇠 광도파로(240)는 제1 직선 광도파로(230a)의 출력측 단면에 연결됨과 아울러 그 상면이 공기 중에 노출되도록 상부 클래드층(300)의 표면 높이까지 형성되어 있으며, 제1 직선 광도파로(230a)에서 출력된 광신호를 입력받아 열광학 효과(thermo-optic effect)에 의해 굴절률이 낮아져 입력된 광신호를 감쇠시키는 기능을 수행한다.

제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b)는 감쇠 광도파로(240)의 입/출력측 단면으로부터 연장되어 제1 및 제2 직선 광도파로(230a 및 230b) 상에 각각 형성됨과 아울러 그 상면이 공기 중에 노출되도록 상부 클래드층(300)의 표면 높이까지 형성되어 있으며, 그 양 끝단측으로 갈수록 테이퍼(taper)져 가늘어지는 측면 즉, 쐐기(wedge) 형태를 갖도록 형성되어 있다.

즉, 감쇠 광도파로(240) 및 제2 직선 광도파로(230b)와 제2 테이퍼 광도파로(220b)로 광 진행을 원활히 하기 위하여, 감쇠 광도파로(240)의 양 끝단으로부터 각각 연장되어 제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b)가 형성되어 있다.

이러한 제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b)는 각각 입력 광도파로(210) 및 출력 광도파로(260) 측으로 갈수록 그 폭이 좁아지는 테이퍼진 구조로 형성됨으로써, 제1 및 제2 직선 광도파로(230a 및 230b)와의 광결합시 결합 손실(coupling loss)과 반사 손실(reflection loss)을 극소화하고, 광 접속 손실은 크게 개선되어, 실질적으로 손실 없는 광 전송이 가능하다.

제2 직선 광도파로(230b)는 감쇠 광도파로(240)의 출력측 단면에 연결되어 있으며, 감쇠 광도파로(240)에 의해 감쇠된 광신호를 입력받아 제2 테이퍼 광도파로(220b)측으로 전달하는 기능을 수행한다.

제2 테이퍼 광도파로(220b)는 제2 직선 광도파로(230b)의 출력측 단면으로부터 연장되어 일정 폭을 갖는 직선형태로 형성되어 있으며, 상기 광신호의 진행방향으로 점차 그 폭이 좁아지는 경사면을 갖는 테이퍼(taper) 형태로 이루어진다.

출력 광도파로(260)는 제2 테이퍼 광도파로(220b)의 출력측 단면으로부터 연장되어 일정 폭을 갖는 직선형태로 형성되어 있으며, 제2 테이퍼 광도파로(220b)에서 출력된 광신호를 입력받아 외부로 출력하는 기능을 수행한다.

한편, 입력 및 출력 광도파로(210 및 260), 제1 및 제2 직선 광도파로(230a 및 230b), 제1 및 제2 테이퍼 광도파로(220a 및 220b)는 예컨대, 실리카(Silica) 물질을 이용하여 형성됨이 바람직하며, 감쇠 광도파로(240)와 제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b)는 예컨대, 폴리머(Polymer) 물질을 이용하여 형성됨이 바람직하다.

이와 같이 실리카를 이용한 코어층 즉, 입력 및 출력 광도파로(210 및 260), 제1 및 제2 직선 광도파로(230a 및 230b), 제1 및 제2 테이퍼 광도파로(220a 및 220b)는 실리카를 주성분으로 하여 예컨대, 산화게르마늄(GeO₂), 산화인(P₂O₅), 산화붕소(B₂O₃), 산화비소(As₂O₅) 중에 적어도 하나의 첨가제를 포함할 수도 있다.

히터부(400)는 공기 중에 노출된 감쇠 광도파로(240)의 상면 바람직하게는, 폴리머를 이용한 코어 광도파로 즉, 감쇠 광도파로(240), 제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b)의 상면에 구비되며, 감쇠 광도파로(240), 제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b)의 상면에 열이 전달되도록 소정의 열을 발생하는 기능을 수행한다.

이러한 히터부(400)는 감쇠 광도파로(240), 제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b)로 상에 금속 박막을 이용하여 패터닝되는 박막히터로 이루어짐이 바람직하다.

한편, 실리카를 이용한 코어 광도파로의 중간에 위치한 폴리머를 이용한 코어 광도파로의 크기가 약 15㎛ 내지 18㎛ 정도로서, 일반 광도파로의 크기 약 6㎛ 내지 8㎛ 정도에 비해 큰 형태를 갖도록 형성됨이 바람직하다.

이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기의 동작에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기가 상온에서 동작되는 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 빔전송법(BPM)을 통해 광신호가 감쇠하기 전 상온에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 즉, 본 발명의 가변 광 감쇠기의 동작 원리를 설명하기 위하여 삼차원 빔전송법(BPM)으로 시뮬레이션하였다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예로 파장 λ(=1550nm)의 광신호가 입력 광도파로(210)로 입력되어 감쇠가 일어나게 되는 동작의 경우를 예로 들기로 한다.

먼저, 본 발명의 가변 광 감쇠기가 동작하기 전, 상온에서 광신호는 기판의 클래딩보다 굴절률이 높은 코어를 통해 진행을 한다. 즉, 본 발명의 가변 광 감쇠기의 코어층(200)은 실리카를 이용한 코어 광도파로 예컨대, 입력 및 출력 광도파로(210 및 260), 제1 및 제2 직선 광도파로(230a 및 230b), 제1 및 제2 테이퍼 광도파로(220a 및 220b)와 폴리머를 이용한 코어 광도파로 예컨대, 감쇠 광도파로(240)와 제1 및 제2 쐐기형 광도파로(250a 및 250b)로 되어 있으며, 상온에서 실리카를 이용한 코어 광도파로와 폴리머를 이용한 코어 광도파로는 굴절률이 동일하여 광신호는 실리카 및 폴리머를 이용한 코어 광도파로를 통해 전송한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 입력된 광신호가 일정 폭을 갖는 입력 광도파로(210)를 지나 그 폭이 점차 넓어지는 제1 테이퍼 광도파로(220a)로 들어오게 되면 굴절률은 같으나 높이가 높은 제1 쐐기형 광도파로(250a)안에서 폴리머를 이용한 코어 광도파로의 중심부인 위쪽 즉, 감쇠 광도파로(240) 및 제2 쐐기형 광도파로(250b)로 휘어서 진행한다.

그리고, 다시 그 폭이 점차 좁아지는 제2 테이퍼 광도파로(220b)를 통과하여 일정 폭을 갖는 출력 광도파로(260)로 출력되는데, 상온일 때 광신호는 시뮬레이션 결과 약 0.2dB 이하의 작은 손실을 나타내었다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기가 히터부를 통해 온도가 높아져 열광학 효과에 의하여 동작되는 상태를 설명하기 위한 도면으로서, 빔전송법(BPM)을 통해 광신호가 감쇠한 후 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 목적인 광 감쇠를 나타내기 위하여 바람직한 일 실시예에서 폴리머를 이용한 코어 광도파로의 상단에 금속 박막을 이용하여 폴리머를 이용한 코어 광도파로의 구조에 나란히 히터부(400)를 패터닝한 후 전력을 가하게 되면, 폴리머의 온도가 높아지게 되어 열광학 효과에 의해 폴리머의 굴절률이 낮아지게 되고 실리카를 이용한 코어 광도파로와 굴절률 차가 생긴다.

본 발명의 일 실시예에서는 폴리머의 굴절률을 온도가 1도 올라갈 때 굴절률을 1.7*10^-4만큼 감소하도록 하여 설계하였다. 폴리머의 온도를 서서히 변화시켰더니 시뮬레이션 결과 약 25도의 온도변화에 약 20dB의 광신호의 감쇠를 나타내었다.

도 4에 도시된 바와 같이, 광신호가 약 25도 온도변화 후 약 20dB 감쇠되는 모습을 시뮬레이션으로 확인하면, 본 발명의 가변 광 감쇠기에서 광신호는 일정 폭을 갖는 입력 광도파로(210)로 입력되고 그 폭이 점차 넓어지는 제1 테이퍼 광도파로(220a)를 따라 상온에서와 같이 퍼지면서 진행하다가 그 폭이 넓어진 제1 직선 광도파로(230a)를 지날 때 중심에 실리카보다 굴절률이 낮은 폴리머를 이용한 코어 광도파로 즉, 제1 쐐기형 광도파로(250a), 감쇠 광도파로(240) 및 제2 쐐기형 광도파로(250b)를 만나게 된다.

이 때, 광신호는 전력을 가한 히터부(400)에 의해 실리카보다 굴절률이 낮아져 더 이상 코어 역할을 하지 못하는 폴리머를 이용한 코어 광도파로로 더 이상 진행하지 못하고, 실리카를 이용한 코어 광도파로와 폴리머를 이용한 코어 광도파로의 경계면(G)에서 진행방향을 하부 클리드층(100)으로 바꾸게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 대해 온도에 따른 파장의존성을 시뮬레이션 한 결과 그래프로서, 본 발명의 가변 광 감쇠기에 C-band 대역의 파장의 광신호를 사용하여 온도에 따라 시뮬레이션 하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 파장에 의존하지 않고 동일하게 광 감쇠의 효과를 얻을 수 있다는 결과를 확인할 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 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.

100 : 하부 클래드층,
200 : 코어층,
300 : 상부 클래드층,
400 : 히터부

Claims

하부 클래드층, 상기 하부 클래드층 상에 적층되며 광신호의 전송 매체가 되는 코어층 및 상기 코어층을 둘러싸는 상부 클래드층을 포함하여 구성되는 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기에 있어서,
상기 코어층은, 그 입력측 단면을 통해 광신호가 입력되는 입력 광도파로;
상기 입력 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어지는 제1 테이퍼 광도파로;
상기 제1 테이퍼 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 제1 테이퍼 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받는 제1 직선 광도파로;
상기 제1 직선 광도파로의 출력측 단면에 연결됨과 아울러 그 상면이 공기 중에 노출되도록 형성되며, 상기 제1 직선 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받아 온도가 높아지면 굴절률이 낮아지는 폴리머의 열광학 효과에 의해 입력된 광신호를 감쇠시키는 감쇠 광도파로;
상기 감쇠 광도파로의 출력측 단면에 연결되며, 상기 감쇠 광도파로에 의해 감쇠된 광신호를 입력받는 제2 직선 광도파로;
상기 제2 직선 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 광신호의 진행방향으로 점차 그 폭이 좁아지는 제2 테이퍼 광도파로;
상기 제2 테이퍼 광도파로의 출력측 단면으로부터 연장되며, 상기 제2 테이퍼 광도파로에서 출력된 광신호를 입력받아 출력하는 출력 광도파로; 및
공기 중에 노출된 상기 감쇠 광도파로의 상면에 구비되며, 상기 감쇠 광도파로의 온도를 높이도록 소정의 열을 발생하는 히터부를 포함하되,
상기 입력 및 출력 광도파로, 상기 제1 및 제2 직선 광도파로, 상기 제1 및 제2 테이퍼 광도파로는 실리카(Silica)를 이용하여 형성되고, 상기 감쇠 광도파로는 폴리머(Polymer)를 이용하여 형성되며,
상기 히터부로부터 발생된 열은 폴리머로 이루어진 감쇠 광도파로로 전달되어, 폴리머의 굴절률을 낮아지게 하며, 폴리머로 이루어진 감쇠 광도파로와 실리카로 이루어진 입력 및 출력 광도파로, 제1 및 제2 직선 광도파로, 제1 및 제2 테이퍼 광도파로 사이에 굴절률 차로 인하여 광 진행 경로가 바뀌게 됨으로 인해 광신호의 감쇠가 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기.
제1 항에 있어서,
상기 감쇠 광도파로의 입/출력측 단면으로부터 연장되어 상기 제1 및 제2 직선 광도파로 상에 각각 형성됨과 아울러 그 상면이 공기 중에 노출되도록 형성되며, 그 양 끝단측으로 갈수록 테이퍼져 가늘어지는 측면을 갖는 제1 및 제2 쐐기형 광도파로가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기.
제2 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 쐐기형 광도파로는 폴리머(Polymer)를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기.
제1 항에 있어서,
상기 히터부는 상기 감쇠 광도파로 상에 금속 박막을 이용하여 패터닝되는 박막히터로 이루어진 것을 특징으로 하는 열광학 효과를 이용한 평면 광도파로형 가변 광 감쇠기.