KR20010008005A - 자외선 조사에 의하여 형성된 테이퍼 도파로를 이용한새로운 구조의 성형결합기 및 이를 이용한 배열 도파로격자 소자 - Google Patents

자외선 조사에 의하여 형성된 테이퍼 도파로를 이용한새로운 구조의 성형결합기 및 이를 이용한 배열 도파로격자 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 이용하여 광파분배를 할수 있는 새로운 구조의 성형결합기(Star Coupler) 및 이를 배열도파로(Arrayed Waveguide)의 전후단에 채용한 배열 도파로 파장 필터에 대한 것이다. 기존의 성형결합기는 입력도파로에서 나오는 광파를 횡방향 구속 없이 회절에 의하여 출력도파로로 광파를 분배하지만, 본 발명은 입력 도파로에서 나온 광파를 입력 UV-테이퍼 도파로를 따라 출력도파로로 광파를 분배시키며, 출력 UV-테이퍼 도파로를 삽입함으로써 많은 광파를 출력 도파로로 전달하도록 설계한 구조이다. 입출력 UV-테이퍼 도파로를 이용하므로 횡방향 구속이 있고, 회절에 근거한 성형결합기에서의 광파 분배보다도 작은 손실을 가지는 새로운 구조의 성형결합기이다. 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로는 실리카 도파로 제작 공정후에 자외선 레이저(UV)를 조사하여 테이퍼 영역의 굴절율을 증가시켜 횡방향 구속력을 크게 한다. 배열도파로의 전후면에 새로 발명한 성형결합기를 채용한 배열 도파로 격자 파장 필터는 횡방향 구속이 없이 회절에 의한 성형결합기를 채용한 기존의 배열 도파로 격자 소자보다 삽입손실이 작다.

Description

자외선 조사에 의하여 형성된 테이퍼 도파로를 이용한 새로운 구조의 성형결합기 및 이를 이용한 배열 도파로 격자 소자 { A Star Coupler with UV-Written Tapered Waveguide and a Waveguide Grating Router based on the Star Coupler}
본 발명은 통신분야에서 많이 사용되고 있는 성형결합기(Star Coupler)에 관한 것으로, 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(102,104)를 이용한 성형결합기는 기존의 성형결합기보다 작은 손실을 가지며, 성형결합기의 기능인 광파 분배의 균일도도 기존의 성형결합기와 동일한 수준이상을 나타내는 특성을 갖는다. 도 3과 같은 기존의 성형결합기의 구성은 입력 도파로(101), 횡방향 구속 없이 회절에 의해 전달하는 자유 전파 영역(FPR : Free Propagation Region)(106), 출력 도파로(103)로 구성되어 진다. 성형결합기는 한 개의 입력 도파로(101)에서 나오는 신호를 여러개의 출력 도파로(103)로 나누는 역할을 한다. 즉, 성형결합기는 N개의 입력도파로(101)에서 들어온 광파를 M개의 출력 도파로(103)로 광파를 분배 시키는 역할을 한다. 또한 입력도파로(101)에 들어온 광파를 많이 출력도파로(103)로 전달시키기 위하여 자유전파 영역(106)과 출력도파로(103) 사이에 도 7과 같이 식각-테이퍼 도파로(107)를 삽입할수도 있다. 식각-테이퍼 도파로 삽입은 기존의 성형결합기에서 손실을 줄이는 대표적인 방법이다. 본 특허에서는 테이퍼 도파로를 자외선 조사에 의한 것과 기존의 식각에 의한 것을 구분하기 위하여, 일반적으로 많이 사용되고 있는 테이퍼 도파로 삽입이 식각에 의한 것이기 때문에 식각-테이퍼 도파로 방법이라 하고, 자외선 조사에 의하여 테이퍼 도파로를 형성하는 것을 UV-테이퍼 도파로라 한다.
성형결합기가 이용되는 분야는 성형망(Star Network)에서부터 파장 분할을 하는 소자에 까지 널리 사용되고 있다. 특히 파장 분할 다중에 의한 전광네트워크(All Optical Network)의 실현에 핵심소자인 배열 도파로 격자 소자(AWG : Arrayed Waveguide Grating)에 사용되어 진다. 배열 도파로 격자 소자의 구성은 도 4에 나타나 있다. 배열 도파로 격자 소자의 구성은 입력도파로(201), 전단 성형결합기(202), 광도파로열(203), 후단 성형결합기(204), 출력도파로(205)로 구성이 되어있다. 입력 도파로(201)에 입사된 광파는 전단 성형결합기(202)를 통과하고 도파로열의 각 도파로로 파워가 가우시안 분포(Gaussian Distribution)로 분배되며, 전단 성형결합기(202)와 연결된 광도파로열(203)을 따라 광파가 진행한다. 전단 성형결합기(202)에 연결된 광도파로열(203)은 인접한 도파로와 일정한 경로차이를 갖도록 설계되고, 이렇게 광도파로열(203)을 통과한 광파는 후단 성형결합기(204)에 가우시안 분포 형태로 입사되어 후단 성형결합기(204)를 통과한 후에 후단 성형결합기(204)의 출력면에 상이 맺히게 된다. 출력면에서의 주파수 특성은 중심 주파수에서 출력이 최대가 되고, 중심주파수에서 벗어남에 따라 전송손실이 증가하게 되는 특성을 가진다.
도 1과 같은 입력 UV-테이퍼 도파로(102)를 이용한 성형결합기는 입력 도파로(101)에서 출력 도파로(103)까지 자외선 조사를 통하여 입력 UV-테이퍼 도파로(102)를 형성하고, 도 2와 같이 입력 UV-테이퍼 도파로(102)와 출력 도파로(103) 사이에 자외선조사에 의하여 새로운 형태의 출력 UV-테이퍼 도파로(104)를 형성하여 출력도파로로 최대의 파워가 전달되도록 고안하였다. 따라서 기존의 성형결합기보다 손실이 작을 것으로 기대되는 구조이다. 또한 배열 도파로 격자 소자를 구성하기 위하여 배열도파로의 전, 후단에 적용하는 경우, 전단 성형결합기(202)와 후단 성형결합기(204)대신 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 이용한 성형결합기를 사용하여 기존의 배열 도파로 격자 소자보다 손실이 작게 나오는 구조이다.
기존의 성형결합기에서처럼 회절에 의하여 광파워를 분배하는 방법이 아니고, 입력 UV-테이퍼 도파로(206)를 이용하여 입력 도파로에서 나온 광파를 입력 UV-테이퍼 도파로(206)의 경로를 따라 배열 도파로(203)로 이끌어 가며, 출력 UV-테이퍼 도파로(207)를 이용하여 최대한의 광파를 배열 도파로(203)로 전달시키기 위한 구조로써 기존의 배열 도파로 격자 소자에서 불가피하게 발생하는 삽입손실 문제를 획기적으로 개선시킬수 있는 방법의 개발이다.
본 발명은 손실이 작은 UV-테이퍼 도파로를 이용한 성형결합기를 구현하고, 이를 배열 도파로 격자 전, 후단에 적용한 저손실 배열도파로 격자소자를 제공함으로써 차원 높은 전광네트워크의 실현을 도모함에 그 목적을 두고 있다.
상기의 목적을 구현하는 본 발명은 입력 도파로(101) 부분에서 최외각 출력 도파로(103)까지 입력 UV-테이퍼 도파로(102)를 이용하여 광파의 경로를 입력 UV-테이퍼 도파로(102)가 안내하고, 출력 UV-테이퍼 도파로(104)에 의하여 입력 도파로(101)에 입사되어진 광파를 출력 도파로(103)로 많이 전달시켜 기존의 성형결합기보다 손실을 줄이는 방법이다. 또한 배열 도파로 격자 소자에서는 입력 도파로(201) 부분에서 광도파로열(203)의 최외각 도파로까지 입력 UV-테이퍼 도파로(206)를 삽입하여 광파의 경로를 입력 UV-테이퍼 도파로(206)가 안내하고, 출력 UV-테이퍼 도파로(207)를 삽입함으로써 입력 도파로(201)에서 나온 광파를 배열 도파로(203) 부분으로 많이 전달시켜 손실을 줄이는 방법이다.
UV-테이퍼 도파로를 이용한 성형결합기에서 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 만드는 방법으로는 실리카 도파로 제작 공정후에 자외선 레이저를 도면 2의 회색부분만 UV로 조사시켜 테이퍼 도파로 영역의 굴절율을 증가시키는 방법이다.
도 1은 본 발명이 적용된 입력 UV-테이퍼 도파로를 이용한 새로운 구조의 성형결합기를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명이 적용된 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 이용한 새로운 구조의 성형결합기를 개략적으로 나타내는 도면(배열 도파로 격자 소자에 적용시 전단의 성형결합기로 사용됨)
도 3은 회절에 근거한 기존의 성형결합기를 개략적으로 나타내는 도면
도 4는 배열 도파로 격자 소자를 개략적으로 나타나는 도면
도 5는 광도파 소자를 구현할 수 있는 여러 가지 도파 구조들 중의 하나인 매립형 실리카 도파로 구조(Buried Structure)의 단면
도 6은 본 발명이 적용된 배열 도파로 격자 소자의 후단 성형결합기 부분에서, 입력 UV-테이퍼 도파로 적용을 개략적으로 나타내는 도면.
도 7은 회절에 의한 성형결합기에서 식각-테이퍼 도파로의 삽입을 개략적으로 나타내는 도면(배열 도파로 격자소자에 적용시 전단에 사용되는 성형결합기)
도 8은 본 발명이 적용된 배열 도파로 격자 소자의 전단 성형결합기 부분에서, 식각-테이퍼 도파로를 삽입하였을 경우, 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로 적용을 개략적으로 나타내는 도면.
도 9는 식각 테이퍼 도파로를 삽입하지 않은 기존의 배열 도파로 격자 소자(도 3에 보인 형태의 회절에 근거한 성형결합기를 전, 후단에 채용)의 출력 도파로에서 파장에 따른 투과 특성의 시뮬레이션 결과.
도 10는 식각-테이퍼 도파로를 삽입하지 않고, 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(전단에 도 2에 보인 성형결합기, 후단에 도 6에 보인 성형결합기를 채용)를 사용한 배열 도파로 격자 소자의 출력 도파로에서 파장에 따른 투과 특성의 시뮬레이션 결과.
도 11는 식각 테이퍼 도파로를 삽입한 기존의 배열 도파로 격자 소자의 출력 도파로에서 파장에 따른 투과 특성의 시뮬레이션 결과.
도 12는 식각 테이퍼 도파로를 삽입하고, 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 사용한 배열 도파로 격자 소자의 출력 도파로에서 파장에 따른 투과 특성의 시뮬레이션 결과.
〈도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명〉
101 : 성형 결합기의 입력 도파로
102 : 성형 결합기의 입력 UV-테이퍼 도파로
103 : 성형결합기의 출력 도파로
104 : 성형결합기의 입력 UV-테이퍼 도파로와 출력 도파로사이의 출력 UV-테이퍼 도파로
105 : 입력 UV-테이퍼 도파로 영역에서 UV를 조사하지 않는 영역
106 : 성형 결합기의 자유 전파 영역
107 : 성형결합기에서의 식각-테이퍼 도파로
201 : 배열 도파로 격자소자의 입력도파로
202 : 배열 도파로 격자소자의 전단 성형결합기
203 : 배열 도파로 격자소자의 배열 도파로
204 : 배열 도파로 격자소자의 후단 성형결합기
205 : 배열 도파로 격자 소자의 출력 도파로
206 : 배열 도파로 격자소자의 전단 성형결합기에서 입력 UV-테이퍼 도파로
207 : 배열 도파로 격자소자의 전단 성형결합기에서 입력 UV-테이퍼 도파로와 배열 도파로 사이의 출력 UV-테이퍼 도파로
208 : 배열 도파로 격자소자의 전단 성형결합기에서 입력 UV-테이퍼 도파로영역에서 UV를 조사하지 않는 영역
209 : 배열 도파로 격자소자의 전단 성형결합기에서 자유 전파 영역과 배열 도파로 사이의 식각-테이퍼 도파로
210 : 배열 도파로 격자소자의 후단 성형결합기에서 입력 UV-테이퍼 도파로
301 : 매립형 단면 구조에서 Overcladding
302 : 매립형 단면 구조에서 Core
303 : 매립형 단면 구조에서 Buffer(Undercladding)
304 : 매립형 단면 구조에서 Si Substrate
상기의 목적을 구현하는 본 발명의 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2는 자외선 조사에 의한 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(102,104)를 이용한 N x M 성형결합기이다. N ×M에서 N은 입력도파로(101) 개수, M은 출력도파로(103) 개수를 나타낸다. 입출력 도파로를 만들 수 있는 여러 가지 도파구조들 중의 하나인 매립형 실리카 도파로 구조의 단면은 도 5와 같이 나타난다. 입력도파로(101)에서 나온 광파는 횡방향 구속력을 가지는 입력 UV-테이퍼 도파로(102)를 따라 출력 UV-테이퍼 도파로(104)로 입사되며, 입사된 광파는 출력도파로(103)로 광파가 출력하게 된다. 맨 위의 입력도파로(101)를 1, 맨 아래의 입력도파로(101)를 N이라하고, 출력도파로(103) 부분도 마찬가지로 1부터 M까지로 표시한다. 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(102,104)를 설계하는 방법은 다음과 같다. 1번 입력도파로(101)와 슬랩도파로의 경계점, 1번 출력 도파로(103)와 슬랩도파로의 경계점 및 M번 출력 도파로(103)와 슬랩도파로의 경계점을 연결하는 호 형태를 자외선 레이저(UV) 조사영역으로 정한다. 2번, 3번, 4번, ...., N번 입력 도파로(101)와 슬랩의 경계점에서도 위와 비슷하게 UV 조사영역을 도 1에 보인 바와 같이 정한다. 입력 UV-테이퍼 도파로(102)는 실리카 도파로 제작공정후에 자외선 레이저를 이용하여 입력 UV-테이퍼 도파로(102)영역의 굴절율을 증가시킨다. 손실을 더욱 줄이기 위하여 입력 UV-테이퍼 도파로(102)영역과 출력 도파로(103)사이에 도 2와 같은 형태의 출력 UV-테이퍼 도파로(106)을 삽입하는 구조를 고안하였다. 삽입방식은 입력 UV-테이퍼 도파로(102)와 출력 도파로(103)사이에 출력 UV-테이퍼 도파로(104)의 길이에 해당하는 출력 UV-테이퍼 도파로(104)영역에는 자외선 조사를 하지만, 출력 UV-테이퍼 도파로(104)영역에 인접한 부분에는 자외선 조사를 하지 않는 영역(105)을 둔다. 자외선 조사의 유무에 의한 굴절율 변화에 의하여 광파는 많은 광파가 출력도파로(103)으로 전달되게 된다. 이와같이 함으로써 입력 UV-테이퍼 도파로(102)를 이용한 성형결합기는 횡방향 구속이 없는 기존의 성형결합기보다 손실이 작을 것으로 기대되며, 출력 UV-테이퍼 도파로(104)에 의하여 광파의 손실이 작아진다. 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(102,104)를 이용한 성형결합기를 배열 도파로 격자 소자 적용하는 방법은 다음과 같다. 회절에 의한 기존의 성형결합기를 채용한 배열도파로 격자 소자의 개략적인 도면은 도 4에 나타나 있다. 배열 도파로 격자 소자의 구성은 입력도파로(201), 전단 성형결합기(202), 광도파로열(203), 후단 성형결합기(204), 출력도파로(205)로 구성이 되어있다. 입력 도파로(201)에 입사된 광파는 전단 성형결합기(202)를 통과하고 도파로열의 각 도파로로 파워가 가우시안 분포(Gaussian Distribution)로 분배되며, 전단 성형결합기(202)와 연결된 광도파로열(203)을 따라 광파가 진행한다. 전단 성형결합기(202)에 연결된 광도파로열(203)은 인접한 도파로와 일정한 경로차이를 갖도록 설계되고, 이렇게 광도파로열(203)을 통과한 광파는 후단 성형결합기(204)에 가우시안 분포 형태로 입사되어 후단 성형결합기(204)를 통과한 후에 후단 성형결합기(204)의 출력면에 상이 맺히게 된다.
본 발명에 의한 배열 도파로 격자 소자는 전단 성형결합기(202) 대신에 도 2와 같은 방식의 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 사용한다. 이 경우 회절에 의한 성형결합기를 사용하는 경우보다 UV-테이퍼 도파로를 사용하는 경우에, 보다 많은 파워를 배열도파로(203)로 전달할 수 있다. 후단 성형결합기(204)대신에 도 6과 같은 형태의 테이퍼 도파로를 사용한다. 후단 성형결합기(204) 대신에 입력 UV-테이퍼 도파로(210)를 사용하면 출력 도파로(205)에 많은 광 파워를 전달할 수 있다.
입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 삽입하는 방식은 성형결합기에 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(102, 104)를 삽입하는 방식과 동일하다. 첫 번째 슬랩도파로(202)에서는, 하나의 입력 도파로(201)에서 배열도파로(203)의 최외각 도파로까지 입력 UV-테이퍼 도파로(206)를 삽입하며, 또한 다른 입력도파로(201)에서도 똑같은 방식으로 입력 UV-테이퍼 도파로(206)를 삽입한다. 출력 UV-테이퍼 도파로(207) 삽입방식은 입력 UV-테이퍼 도파로(206)와 배열 도파로(203)사이에 출력 UV-테이퍼 도파로(207)의 길이에 해당하는 출력 UV-테이퍼 도파로(207)영역에는 자외선 조사를 하지만, 출력 UV-테이퍼 도파로(207)영역에 인접한 부분에는 자외선 조사를 하지 않는 영역(208)을 둔다. 자외선 조사에 의한 굴절율 증가에 의하여 출력 도파로에 많은 광파를 전달하게 된다. 이와같이 입력 및 출력 UV 테이퍼 도파로(206, 207)를 삽입하면, 전단 성형결합기(202)대신 도 2와 같은 형태가 나타난다. 후단 성형결합기(204)에서는 하나의 배열 도파로(203)에서 출력도파로(205)까지 입력 UV-테이퍼 도파로(210)를 형성하며, 다른 배열 도파로(203)에서도 똑같은 방식으로 입력 UV-테이퍼 도파로(210)를 형성하면, 후단 성형결합기(204)대신 도 6과 같은 형태가 나타난다.
회절에 의한 기존의 성형 결합기에서 손실을 줄이는 대표적인 방법인 식각-테이퍼 도파로(107) 삽입을 본 발명에 적용시키면 다음과 같다.
도 7은 기존의 성형결합기에서 식각-테이퍼 도파로(107)의 삽입 적용방법을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한 도 7은 배열 도파로 격자 소자의 전단 성형결합기(202)에 식각-테이퍼 도파로(209)의 삽입을 나타내는 것과 동일한 도면이다. 본 발명에 식각-테이퍼 도파로를 적용시키기 위한 방법은, 식각-테이퍼 도파로를 적용하지 않은 성형결합기와 배열 도파로 격자 소자에 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 적용시키는 방법과 동일하다. 식각-테이퍼 도파로가 있을 경우에 전단 성형결합기에서 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 도 8과 같은 형태로 적용시킬 때 작은 손실을 나타낸다.
기존의 성형결합기와 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 이용한 성형결합기의 파워 전달 특성을 비교해 보면 다음과 같다. 여기에 적용된 성형결합기는 입력도파로가 7개, 출력도파로가 65개인 형태를 띠고 있다. 회절에 의한 기존의 성형결합기의 특성을 알아보기 위하여 사용되어진 파라미터는 다음과 같다. 코아(302)의 굴절율은 1.4565, 클래딩(301,303)의 굴절율은 1.4455이다. , 도파로 폭 = 6, 상위 클래딩(301) 두께 = 15.0, 코아(302) 두께= 6, 하위 클래딩(303) 두께 = 15.0, 자유 전파 영역길이는 2133.4, 식각-테이퍼 도파로(107)의 초기 폭은 17, 종단 폭은 6이다. 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 이용한 성형결합기에 사용되어진 파라미터는 기존의 성형결합기에 사용되어진 파라미터와 모두 동일하지만, 추가로 사용되어진 파라미터는 다음과 같다. 각각의 입력도파로와 슬랩과의 경계점에서 시작되는 입력 UV-테이퍼 도파로(102)의 초기 폭은 6, 종단 폭 1220, 길이 2133.4, 굴절율은 1.4575, 출력 UV-테이퍼 도파로의 초기 폭은 14.4, 종단 폭은 12, 길이는 426.7이다. 또한 도2를 바탕으로 굴절율의 분포를 정리하면 다음과 같다. 입력 도파로(101) 영역과 출력 도파로(103) 영역은 1.4565, 입력 UV-테이퍼 도파로(102)에서 UV를 조사하지 않는 영역(105)은 1.4565, 입력 UV-테이퍼 도파로(102) 영역은 1.4575, 출력 UV-테이퍼 도파로(104) 영역에서는 1.4575 이다.
성형결합기의 광파특성 비교는 4번째 입력도파로(101)(가운데 입력도파로)로 들어가는 광파를 1이라고 가정했을 때, 출력도파로(103)는 다음과 같이 분배된다. 첫번째 출력도파로에서는 0.00002, 두번째 출력도파로에서는 0.00002, 세번째 출력도파로에서는 0.00003, 4번째에서는 0.00002, 5번째에서는 0.00002, 6번째에서는 0.00001, ‥‥‥, 32번째에서는 0.06344, 33번째에서는 0.06461, ‥‥65번째에서는 0.00002인 형태로 각각의 출력도파로(103)에 광파가 배분되게 된다. 전단 성형결합기에서부터 65번째 출력 도파로까지의 광파의 총합은 0.89(-0.5dB)이다. 이에 반하여 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(102, 104)를 이용한 성형결합기의 특성은 다음과 같다. 첫 번째 출력도파로에서는 0.00004, 두 번째 출력도파로에서는 0.00002, ‥‥, 32번째에서는 0.06873, 33번째에서는 0.07019, ‥‥65번째 출력 도파로에서는 0.00001인 형태로 각각의 출력도파로에 광파가 배분되게 된다. 첫 번째 출력 도파로에서부터 65번째 출력 도파로까지의 광파의 총합은 0.96(-0.18dB)이다. 기존의 성형결합기의 손실특성보다 7.6 %(0.32dB) 향상됨을 알수 있다.
또한 식각-테이퍼 도파로(107)를 삽입하지 않은 경우에 UV-테이퍼를 적용하지 않으면 손실이 -2.92dB 발생하며, UV-테이퍼를 적용하면 손실이 1.3dB로서 UV-테이퍼를 적용하는 경우가 손실특성이 31.3%(1.62dB) 향상됨을 알수 있다.
성형결합기를 이용한 배열 도파로 격자 소자에 대해서는 다음과 같다. 기존의 성형결합기를 사용한 경우의 배열 도파로 격자 소자의 파장 특성과 자외선 조사에 의한 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 이용한 배열 도파로 격자 소자의 파장 특성을 BPM(Beam Propagation Method)를 통하여 다음에 비교한다. 배열 도파로 격자 소자의 시뮬레이션에 사용된 파라미터는 다음과 같다. 배열 도파로 격자소자의 채널 수는 7이다. 즉 여기에 적용된 배열 도파로 격자 소자는 7 ×7 배열 도파로 격자 소자이다. 코아(302)의 굴절율은 1.4565, 클래딩(301,303)의 굴절율은 1.4455이다. 도파로 폭 = 6, 상위 클래딩(301) 두께 = 15.0, 코아(302) 두께= 6, 하위 클래딩(303) 두께 = 15.0, 전단 성형결합기(202)의 초점거리 = 2133.4, 후단 성형결합기(204)의 초점거리 = 2133.4,중심파장 = 1.55이며, 배열 도파로(203)의 도파로 갯수는 65이다. 또한 식각-테이퍼 도파로(209)의 초기 폭은 17, 종단 폭은 6, 길이는 500이다. 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 삽입한 7 ×7 배열 도파로 격자 소자의 모든 파라미터는 기존의 배열 도파로 격자 소자와 동일하지만, 전후단 성형결합기에서는 다음과 같이 다르다. 전단 성형결합기(202)대신에 사용되어진 입력 UV-테이퍼 도파로(206)의 초기 폭은 6, 종단 폭은 1220.3, 길이는 2133.4이고, 후단 성형결합기(204) 대신 사용되어진 입력 UV-테이퍼 도파로(210)의 초기 폭은 6, 종단 폭은 144.5, 길이는 2133.4이며 입력 UV-테이퍼의 굴절율은 1.4575이다. 또한 출력 UV-테이퍼 도파로(207)의 초기 폭은 14.4, 종단 폭은 12, 길이는 426.7이다. 도 8을 바탕으로 굴절율의 분포를 정리하면 다음과 같다. 입력 도파로(201) 영역 및 배열 도파로(203) 영역에서는 1.4565, 입력 UV-테이퍼 도파로(206)에서 UV를 조사하지 않는 영역(208) 은 1.4565, 입력 UV-테이퍼 도파로(206)와 출력 UV-테이퍼 도파로(207) 영역에서는 1.4575 이다. PADE(1,1)을 이용한 Wide Angle BPM(Beam Propagation Method)를 사용하여 시뮬레이션을 한다. 기존의 배열 도파로 격자 소자의 파장 특성은 도 11에 보였다. 채널간격(Channel Spacing)은 0.8nm, 누화(Crosstalk)는 -45dB이며, 삽입손실(Insertion loss)은 1.55일 때 1.02dB이고, 다른 파장대에서의 손실은 1.55일 때 보다 크며, 전체 파장에서의 손실 범위는 1.02dB - 2.97dB이다. 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 사용한 배열 도파로 격자 소자의 파장 특성은 도 12이다. 도 12에서 나타났듯이 채널간격은 0.8nm, 누화는 -45dB이며, 삽입손실은 1.55일 때 0.31dB이고, 다른 파장대에서의 손실은 1.55일 때 보다 크며, 전체 파장에서의 손실범위는 0.31 - 2.43dB이다. 도 11과 도 12에 쓰여져 있는 1부터 7까지의 숫자는 출력 도파로 번호(205)이다. 채널 간격, 누화등 배열 도파로 격자 소자를 평가하는 모든 다른 파라미터들은 동일하게 나타난다. 단, 손실은 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 삽입한 배열 도파로 격자 소자에서는 같은 파장의 삽입손실을 비교해 보았을 때, 0.5 - 0.7 dB 의 손실이 작게 나타나는 것을 볼수 있다. 손실측면에서 보면, 모든 파장대에서 기존의 배열 도파로 격자보다 손실이 작은 우수한 소자이다.
또한 식각-테이퍼 도파로(209)를 삽입하지 않은 경우에 대해서는 다음과 같다. 기존의 배열 도파로 격자 소자 및 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 이용한 배열 도파로 격자 소자의 모든 파라미터는 동일하고, 식각-테이퍼 도파로(209) 부분의 파라미터만 적용시키지 않았다.
시뮬레이션 결과는 기존의 배열 도파로 격자 소자의 파장 특성은 도 9이다. 채널 간격(Channel Spacing)은 0.8nm, 누화(Crosstalk)는 -43dB이며, 삽입손실(Insertion loss)은 1.55일 때 5.89dB이고, 다른 파장대에서의 손실은 1.55일 때 보다 크며, 전체 파장에서의 손실 범위는 5.89dB - 6.74dB이다. 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206,207)를 사용한 배열 도파로 격자 소자의 파장 특성은 도 10이다. 도 10에서 나타났듯이 채널간격은 0.8nm, 누화는 -43dB이며, 삽입손실은 1.55일 때 2.86dB이고, 다른 파장대에서의 손실은 1.55일 때 보다 크며, 전체 파장에서의 손실범위는 2.86 - 4.45dB이다. 도 9과 도 10에 쓰여져 있는 1부터 7까지의 숫자는 출력 도파로 번호(205)이다. 채널 간격, 누화등 배열 도파로 격자 소자를 평가하는 모든 다른 파라미터들은 동일하게 나타난다. 단, 손실은 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로를 삽입한 배열 도파로 격자 소자에서는 같은 파장의 삽입손실을 비교해 보았을 때, 2.3 - 3.1 dB 의 손실이 작게 나타나는 것을 볼수 있다.
상기는 본 발명에 의한 실시 예를 나타낸 것일 뿐 본 발명에 의한 적용을 제한하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이 파장 분할 다중에 의한 전광 네트워크를 구성하는데 필수적인 성형결합기와 성형결합기를 채용한 배열 도파로 격자 소자에 관한것이다. 본 발명은 성형결합기에서 입력도파로(101)에 입사된 광파의 파워를 입력 UV-테이퍼 도파로(102)를 이용하여 출력도파로(103)로 많이 전달시키는 것이며, 출력도파로(103)에 더욱 많은 광파가 전달될수 있게 하기 위하여 출력 UV-테이퍼 도파로(104)를 이용하는 것이다. 또한 성형결합기를 이용한 배열 도파로 격자 소자에서는 입력도파로(201)에 입사된 광파를 배열도파로(203)로 전달시키기 위하여 전단 성형결합기(202) 대신, 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 사용하고, 후단 성형결합기(204)대신 입력 UV-테이퍼 도파로(210)를 삽입하여 0.5 - 3.1dB 정도의 손실이 작아지는 배열 도파로 격자소자를 발명하였다. 기존의 배열 도파로 격자 소자와 모든 성능은 동일하지만, 손실측면에서는 획기적으로 개선된 구조이다.

Claims (3)

  1. 광파가 입력되는 입력도파로(101), 상기 광파를 회절에 의해서 분배하는 자유 전파 영역(104), 출력 도파로(103)가 다층 박막으로 집적 성형되는 N ×M 성형결합기에 있어서,
    자외선 레이저를 이용하여 굴절율이 높은 입력 UV-테이퍼 도파로(102)를 적용시켜서 손실특성이 개선된 성형결합기
  2. 광파가 입력되는 입력도파로(101), 상기 광파를 회절에 의해서 분배하는 자유 전파 영역(104), 출력 도파로(103)가 다층 박막으로 집적 성형되는 N ×M 성형결합기에 있어서,
    자외선 레이저를 이용하여 굴절율이 높은 출력UV-테이퍼 도파로(104)를 적용하여 손실특성이 개선된 성형결합기
  3. 광파가 입력되는 입력도파로(201), 상기 광파를 분배하는 전단 성형결합기(202), 일정한 경로차를 가지는 광도파로열(203), 그리고 후단 성형결합기(204) 및 출력 도파로(205)가 다층 박막으로 집적 성형되는 N ×N 배열 도파로 격자 소자에 있어서,
    전단 성형결합기(202), 후단 성형결합기(204) 대신 자외선 조사에 의하여 형성되는 입력 및 출력 UV-테이퍼 도파로(206, 207)를 이용하여 손실이 개선된 배열 도파로 격자 소자
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1993025924A1 (de) * 1992-06-15 1993-12-23 Robert Bosch Gmbh Optisches polymerelement zum ankoppeln von photoelementen an integriert-optische schaltungen
WO1995013567A1 (en) * 1993-11-08 1995-05-18 Alliedsignal Inc. Process for making an array of tapered photopolymerized waveguides
KR0162754B1 (ko) * 1994-11-16 1999-04-15 양승택 후기 광표백법을 이용한 폴리머 광도파로 소자 제조방법

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