KR20000059707A - 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기 - Google Patents

Abstract

비대칭 분기 폴리머 도파로를 갖는 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기에 관한 것으로, 비대칭의 Y자형 분기 도파로와 전력 인가를 위한 구동전극으로 이루어진 광변조부와, 광변조부로부터의 감쇠 출력을 전달하는 주출력 포트와, 주출력 포트의 일부를 추출하여 모니터하는 모니터 포트와, Y자형 분기 도파로에서 곡선형태로 분리되어 입력광파워 중 일부를 제거하는 더미 드레인 포트로 구성됨으로써, 각 파장에 따라 불균일한 광신호의 세기를 적절하게 감소시킬 수 있도록 각 채널의 광신호를 항상 감시하여 균일하게 함으로써 오차 없이 장거리 광전송을 가능하게 할 수 있다.

Description

열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기{variable optical attenuator using the thermooptic device}

본 발명은 파장분할 다중화 광통신 시스템에 관한 것으로, 특히 비대칭 분기 폴리머 도파로를 갖는 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기에 관한 것이다.

최근 급증하는 다양한 정보를 효과적으로 전송하기 위하여 파장분할 다중화 광통신 시스템(wavelength division multiplexed optical communication system)이 활발히 개발 및 보급되어 왔다.

이러한 광통신 시스템에서는 파장이 각각 다른 여러 개의 광원에 다른 정보를 저장한 후, 이를 다중화하여 하나의 광섬유를 통하여 전송한다.

그리고, 수신단에서는 이 다중화된 신호를 역다중화(demultiplexing)하여 분리한 후, 각 파장별로 광신호를 수신한다.

한편, 광신호를 장거리 전송하기 위해서는 광신호가 감소되는 것을 감안하여 전송 중간중간에 광 증폭기(optical amplifier)를 사용하는 것이 필수적이다.

또한, 전송 도중에 광신호의 일부를 다른 지점에 배포하기도 하고 다시 그 지점의 신호를 추가하기도 하는 등의 애드/드롭(add/drop) 기능도 요구된다.

도 1은 일반적인 WDM 애드/드롭(add/drop) 다중화기의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광 증폭기를 통해 전송된 광신호를 살펴보면, 광 증폭기의 이득과 역다중화기의 특성이 파장에 따라 다르기 때문에 각 파장별 광출력이 서로 다르게 된다.

만일, 이러한 상태로 다중화된 후 전송이 된다면 파장별 광출력의 불균일성이 더욱 심화되어 신호의 특성이 저하되기 때문에 궁극적으로 전송이 불가능해진다.

그러므로, 광증폭 하기 이전이나 전체 시스템의 중간중간에 각 파장별 광신호의 출력을 균일하게 해야할 필요성이 있다.

일반적으로 광감쇠기는 광신호가 가장 작은 파장을 기준으로 하여 다른 파장의 신호를 감소시키는 역할을 한다.

종래 기술의 광감쇠기로는, 예를 들면 모터를 이용하여 기계적으로 광섬유를 움직이는 소자, 미세전자기계 시스템(microelectromechanical system : MEMS) 액츄에이터(actuator)를 이용한 소자, 광섬유의 일부를 갈아낸 후 그 표면에 특수 물질을 코팅한 소자, 그리고 실리카(silica)기판 위에 열광학효과(thermooptic effect)를 이용한 마하젠더 간섭계형 광변조기(Mach-Zehnder interferometric modulator)소자 등이 알려져 있다.

그러나, 기계적인 광감쇠기와 광섬유를 갈아서 만든 광감쇠기 등은 크기가 크고 다른 광소자와의 집적이 불가능한 문제점이 있다.

그리고, MEMS 소자와 실리카 소자를 이용한 광감쇠기는 구동 전압 및 전력이 많이 드는 문제점이 각각 있다.

더 나아가, 위의 기존 소자들은 감쇠출력을 실시간으로 모니터링(monitoriong)하여 감쇠 정도를 조절 할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 광신호의 세기를 원하는 만큼 감소시킬 수 있는 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 파장분할다중화 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면

도 2는 본 발명에 따른 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기의 구성을 개략적으로 보여주는 도면

도 3은 도 2의 폴리머 광소자의 구조를 보여주는 도면

본 발명에 따른 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기의 특징은 비대칭의 Y자형 분기 도파로와 전력 인가를 위한 구동전극으로 이루어진 광변조부와, 광변조부로부터의 감쇠 출력을 전달하는 주출력 포트와, 주출력 포트의 일부를 추출하여 모니터하는 모니터 포트와, Y자형 분기 도파로에서 곡선형태로 분리되어 입력광파워 중 일부를 제거하는 더미 드레인 포트로 구성되는데 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 Y자형 분기 도파로에서, 각 분기 도파로의 폭이 서로 다른게 형성되고, 그 중 폭이 큰 도파로는 주출력 포트로 이용되고 폭이 작은 도파로는 더미 드레인 포트로 이용되는데 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 개념은 열광학 효과를 이용하는 폴리머 광도파로형 광소자를 이용하여 가변광감쇠기를 구현함으로써, 광신호의 세기를 전기신호에 의해 가변적으로 감소시키고 광출력을 실시간 감시/피드백하여 정밀조절을 가능하게 하는데 있다.

도 2는 본 발명에 따른 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2의 열광학 폴리머 광 소자를 보여주는 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이 소자는 광신호의 세기를 열광학 효과를 이용하여 변화시킬 수 있는 광변조부, 감쇠 출력을 전달하는 주출력 포트, 그리고 주출력포트의 일부를 추출하여 모니터하는 모니터 포트로 이루어져 있다.

먼저, 광변조부는 비대칭의 Y자형 분기 도파로와 전력을 인가하기 위한 전극으로 구성된다.

여기서, 이 분기 도파로의 두 팔의 폭은 서로 다르며 폭이 큰 팔이 주출력 포트로 이용된다.

그리고, 폭이 작은 팔은 테이퍼(tapered)된 S자형 벤드(bend) 도파로와 결합되어 입력 광 파워 중에서 감쇠되어 없어질 광 파워를 출력단으로 전달(bypass)해서 제거하는 역할을 한다.

한편, 주출력 포트로 사용되는 폭이 넓은 팔에는 곡선형 도파로를 적당하게 연결하여 분기형 도파로 구조를 형성함으로써, 감쇠된 출력 광신호의 일부를 추출할 수 있는 모니터 포트를 구현한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 광감쇠기의 기본적인 동작원리를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 전극에 전력이 인가되지 않은 상태에서는 모드 진화 현상(modal evolution effect)에 의하여 직선 광도파로를 통하여 입력된 광 파워가 대부분 폭이 넓은 팔로 결합되고 이 중의 일부가 모니터 포트 쪽으로 출력된다.

한편, 전극에 전력을 인가하면 열광학 효과에 의하여 폭이 넓은 팔의 유효 굴절률이 감소하여 입력 광 파워의 일부가 폭이 좁은 팔로 넘어가게 된다.

따라서, 주출력단의 광세기가 인가전력에 따라 점차 감소한다.

일반적으로 광소자는 광의 편광상태에 따라 성능이 달라지게 되지만, 제안된 광소자의 경우에는 모니터 포트의 출력을 전기 구동기에 피드백 시켜 감쇠 정도를 능동적으로 조절할 수 있기 때문에 입력광의 편광이나 파워가 변하는 경우에도 일정한 광 출력을 내는 광 파워 정규기(optical power regulator)로서 사용될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 크게 비대칭 선형 분기 광도파로와 구동용 전극, 그리고 곡선형 광도파로로 형성된 광 파워 탭(optical power tap)으로 구성되는데, 곡선 도파로를 주출력 포트에 적절하게 결합시켜 형성된 광 파워 탭을 모니터 포트로 이용하게 함으로써 주출력 신호를 간접적으로 실시간 감시할 수 있게 하였다.

또한, 이 신호를 전력 구동기에 피드백(feedback) 시켜 광의 편광(polarization)변화 등의 외부 변화에 관계없이 일정한 광출력을 얻을 수 있게 하였으며, 감쇠되어 없어질 광신호가 분기의 주출력 포트가 아닌 다른쪽 팔(arm)을 통하여 효과적으로 제거되도록 하였다.

그리고, 외부에서 전기신호를 가하지 않은 초기 상태에서는 출력광신호의 세기가 항상 최대가 되기 때문에 전기적 바이어서(bias)가 필요 없는 장점이 있으며, 모드 진화 효과(mode evolution effect)에 의해 동작되기 때문에 기존의 간섭(interference) 현상을 이용하는 소자에 비해 파장 균일도(mavelength uniformity)가 우수하고 제작상의 여유도(fabrication tolerance)가 큰 장점이 있다.

이와 같이 본 발명은 파장분할다중화 광통신시스템에서, 각 파장에 따라 불균일한 광신호의 세기를 적절하게 감소시킬 수 있는 광감쇠기에 관한 것으로 각 채널의 광신호를 항상 감시하여 균일하게 함으로써 오차 없이 장거리 광전송을 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 비대칭의 Y자형 분기 도파로와 전력 인가를 위한 구동전극으로 이루어진 광변조부와;

   상기 광변조부로부터의 감쇠 출력을 전달하는 주출력 포트와;

   상기 주출력 포트의 일부를 추출하여 모니터하는 모니터 포트와;

   상기 Y자형 분기 도파로에서 곡선형태로 분리되어 입력광파워 중 일부를 제거하는 더미 드레인 포트로 구성되는 것을 특징으로 하는 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 Y자형 분기 도파로에서, 상기 각 분기 도파로의 폭이 서로 다른 것을 특징으로 하는 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 분기 도파로 중, 폭이 큰 도파로는 상기 주출력 포트로 이용되고, 폭이 작은 도파로는 상기 더미 드레인 포트로 이용되는 것을 특징으로 하는 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 더미 드레인 포트는 S자 형태인 것을 특징으로 하는 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 모니터 포트는 상기 주출력 포트인 도파로에 곡선 형태로 연결되는 것을 특징으로 하는 열광학 소자를 이용한 가변광감쇠기.