KR20010034891A - 광도파관 어레이 정렬장치 및 방법 - Google Patents

광도파관 어레이 정렬장치 및 방법 Download PDF

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마크 지. 브롱
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알프레드 엘. 미첼슨
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Abstract

본 발명은 광섬유 어레이(22)의 도파관과 집적 광도파관 회로소자(20)의 도파관간의 개선된 커플링을 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 회로소자(20)와 광섬유 어레이(22)는 서로에 대해 정렬 및 조절됨과 아울러, 어레이(24)의 모든 광섬유로부터 출력되는 총광전력을 감지하게 된다. 상기 모든 광섬유의 개별 광전력 출력을 합하기 위해 집적구(44)가 사용되며, 상기 섬유로부터 집적구(44)로 출력되는 총광전력을 최대화하기 위해 소자(20)와 섬유 어레이(22)의 상대위치를 조절하는 자동정렬 시스템(52)이 사용된다.

Description

광도파관 어레이 정렬장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR ALIGNING OPTICAL WAVEGUIDE ARRAYS}
평면 도파관, 광파 광회로, 평면 글라스와 반도체 기판상의 광학장치와 같은 집적 광도파관 회로장치는 다중파장 전송 시스템, 가정용 섬유 및 광학 원거리통신 시스템 등에서 더욱더 중요해졌다.
작동하기 위해서, 광학장치의 광 가이드 도파관 영역은 광섬유 또는 다른 광학장치의 광 가이드 도파관 영역과 상호연결되거나 피그테일링되어야만 한다. 상호연결은 일반적으로 연결당 0.2db 이하의 저손실, 열과 습도에 대한 환경적 안정성 및 비용효과를 필요로 한다. 저손실 연결을 구현하기 위해서는 광 가이드 도파관 영역을 매우 정밀하게 정렬시켜야 한다.
평면 도파관 장치의 도파관 영역과 광섬유의 광 가이드 영역을 정렬시키는 하나의 방법은 능동 정렬(active alignment)로서, 상기 도파관 영역을 서로 접합시키고, 광학 모니터링 공구로 정렬 상태를 모니터한 다음, 접합된 상기 도파관 영역을 서로 고정시키는 것이다.
또 다른 방법은 수동 정렬(passive alignment)로서, 기계적 수단으로 도파관 영역을 정렬시키는 것이다. 예를 들어, 평면 광학장치는 한쌍의 MT형 커넥터 장치를 이용하여 섬유 어레이 또는 다른 평면장치와 함께 정렬될 수 있는데, 상기 커넥터 장치는 플라스틱으로 성형된 MT형 커넥터 플러그에 의해 둘러싸인 평면 도파관을 지지하는 실리콘 웨이퍼상에 V자형 그루브를 형성시켜 제조하게 된다. 상기 V자형 그루브는 웨이퍼상에 정밀하게 위치되며, 가이드 핀을 지지한다. 상기 가이드 핀은 광섬유 어레이를 포함하며 대향 배치된 MT형 커넥터 플러그상의 가이드 홀에 의해 수용되도록 위치된다. 상기 2개의 플러그 단부를 연결시킴으로써 평면 도파관과 섬유 어레이는 정렬된다. 이와 같은 종래의 방법은 광도파관 어레이를 최적화된 광학 커플링과 정밀하게 정렬시키는 경제적인 수단이 되지 않는다.
본 발명은 광도파관 어레이를 정렬시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 제 1 광도파관 어레이로부터 제 2 광도파관 어레이로 커플링되는 총광전력(total optical power)을 모니터링하는 단계를 포함한다. 본 발명은 광섬유 어레이 홀더에 수용된 광섬유 어레이에 집적 광도파관 회로소자를 정렬, 커플링 및 연결하는데 특히 적합하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장치, 방법 및 시스템을 도시한 도면이고,
도 2는 도 1에 도시된 소자의 단면도이며,
도 3은 도 1에 도시된 소자의 단면도이고,
도 4는 도 1에 도시된 소자의 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법과 장치의 사시도이고,
도 6은 채널(1-8)의 에러(㎛)를 도시한 그래프이며,
도 7은 채널(1-8)의 면적(㎛2)을 도시한 그래프이다.
따라서, 본 발명은 제 1 광도파관 어레이를 제 2 광도파관 어레이에 정렬 및 연결시키는 방법과, 이와 같은 도파관 어레이를 커플링하기 위한 장치에 관한 것으로, 관련분야의 한계 및 단점으로 인한 하나 또는 그 이상의 문제점을 실질적으로 해결할 수 있다.
본 발명의 추가적 특징 및 장점이 하기되어 있고, 부분적으로는 상세한 설명또는 본 발명을 실시함으로써 명료하게 알 수 있을 것이다. 본 발명의 목적과 다른 잇점은 첨부도면과 함께 상세한 설명 및 청구범위에서 특정하여 지적한 장치, 공정 및 조성물에 의해 현실화될 것이다.
이와 같은 장점을 얻기 위하여, 광범위하게 설명되고 실시된 바와 같이, 본 발명은 광섬유 어레이에 집적된 광도파관 회로소자를 연결하는 방법을 포함하되, N개의 도파관 포트의 어레이를 가진 집적 광도파관 회로소자를 제공하는 단계, N개의 광섬유의 어레이를 가진 광섬유 어레이를 제공하는 단계, 및 상기 도파관 포트로부터 방출된 광자를 상기 광섬유 어레이의 개별 해당 광섬유 커플링 단부에 커플링시키기 위해 상기 광섬유 어레이를 회로소자 부근에 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 광섬유 어레이의 N개의 광섬유의 광섬유 원위말단을 상기 원위 말단으로부터 나오는 광자를 수집하여 광전력 센서에 집중시키는 광전력 수집 집중부재의 입력 부근에 위치시키는 단계와, 상기 도파관 포트로부터 방출되어 개별 해당 광섬유 커플링 단부에 커플링되며 상기 광섬유의 원위 말단으로부터 나오는 광전력 센서상에 집중된 광자의 총광전력 값을 감지하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 감지된 광자의 총광전력 값이 최대가 되도록 상기 회로소자 위치에 대한 광섬유 어레이의 상대위치를 조절하는 단계와, 상기 감지된 총광전력 값이 최대일 때 회로소자에 대해 광섬유 어레이의 상기 상대위치를 고정시키는 단계를 더 포함한다.
다른 특징으로서, 본 발명은 상기 섬유 어레이의 커플링 단부와 회로소자사이에 최적화된 광전력 커플링을 제공하도록 다중 광섬유 어레이와 집적 광도파관 회로소자를 커플링하는 장치를 포함하되, 상기 섬유 어레이는 커플링 단부로부터 원위된 말단을 갖는다. 상기 장치는 회로소자의 위치에 대해 섬유 어레이의 커플링 단부의 상대위치를 제어 및 조절하는 자동정렬 시스템과, 상기 자동정렬 시스템 부근에 위치된 집적구(integrating sphere)를 포함한다. 상기 집적구는 자동정렬 시스템의 입력에 연결된 광전력 센서와 적어도 하나의 입력포트를 포함하되, 상기 섬유 어레이의 말단은 집적구의 입력포트에 입력됨으로써, 자동정렬 시스템에 수용된 회로소자로부터 방출된 빛은 섬유 어레이의 섬유 커플링 단부로 커플링되며 상기 섬유 어레이 말단으로부터 집적구로 방출되고, 상기 섬유 어레이 말단으로부터 방출된 총광전력은 감지된 총광전력을 자동정렬 시스템의 입력에 입력시키는 광전력 센서에 의해 감지되며, 상기 자동정렬 시스템은 광전력 센서에 의해 감지된 최대 총광전력을 구하기 위해 회로소자 위치에 대한 섬유 어레이의 상대위치를 반복적으로 조절한다.
또 다른 특징으로서, 본 발명은 광섬유 어레이 홀더에 수용된 광섬유 어레이의 복수의 제 1 광섬유 단부를 집적 광도파관 회로소자의 복수의 광도파관 접속포트와 정렬시키는 방법을 포함한다. 상기 방법은 제 1 광섬유 단부를 광도파관 접속포트에 접합시키는 단계와, 빛을 상기 접속포트로부터 당해 광도파관 접속포트와 접합된 제 1 광섬유 단부로 방출시키기 위해 상기 집적 광도파관 회로에 에너지원을 연결시키는 단계를 포함한다. 상기 광섬유 어레이는 제 1 단부로부터 원위된 복수의 제 2 원위말단이 구비된 복수의 광섬유를 포함한다. 상기 방법은 복수의 제 2 원위말단으로부터 방출된 빛을 수집하여 공간적으로 집적시키기 위해 제 2 원위말단을 집적구에 삽입하는 단계와, 상기 집적구에 삽입된 복수의 제 2 원위말단으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적된 빛의 총광전력을 감지하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 집적구에 삽입된 복수의 제 2 원위말단으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적되어 감지된 빛의 총광전력을 최대화시키기 위해 상기 광도파관 접속포트에 접합된 제 1 광섬유 단부에 대한 복수의 광도파관 접속포트의 물리적 상대관계를 조절하는 단계를 더 포함한다.
전술한 개략적 설명과 하기된 상세한 설명은 예시를 위한 것이며, 청구범위에 따른 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것임을 알 수 있을 것이다.
첨부도면들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 명세서의 일부를 구성하고, 본 발명의 실시예를 도시하였으며 명세서와 함께 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다.
본 발명은 제 1 광도파관 어레이와 제 2 광도파관 어레이를 정렬시키는 방법을 포함하되, 상기 제 2 어레이의 모든 광도파관으로부터 출력된 총광전력은 최대화된다.
본 발명은 집적 광도파관 회로소자를 광섬유 어레이와 연결시키는 방법을 포함하되, 상기 방법은 N개의 광도파관 포트 어레이를 가진 집적 광도파관 회로소자를 제공하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 방법에 따른 실시예가 도 1 내지 도 4에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 집적 광도파관 회로소자(20)를 광섬유 어레이(22)와 연결시키는 방법은 도 2에 도시된 바와 같은 N개의 도파관 포트(26) 어레이를 가진 집적 광도파관 회로소자(20)를 제공하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 도파관 포트(26) 어레이는 대체로 선형이며, 규칙적이고 표준화된 방식으로 이격 배치된다.
상기 방법은 N개의 광섬유(30) 어레이를 가진 광섬유 어레이(22)를 제공하는 단계를 포함하되, 각각의 광섬유(30)는 회로소자(20)의 개별 해당 도파관 포트(26)에 대한 광학 커플링을 위해 도 3에 도시된 바와 같은 커플링 단부(32)를 가지며, 각각의 N개의 광섬유(30)는 도 4에 도시된 바와 같은 개별 광섬유 말단(34)을 갖는다. 바람직하게, 광섬유 커플링 단부(32)는 대체로 선형인 어레이 형태이며, 상기 커플링 단부(32)는 규칙적이고 표준화된 방식으로 이격 배치되어 도파관 포트(26)의 어레이(24)와 일치되는 바, 이는 V자형 그루부를 활용한 섬유 어레이 홀더 블록과 같은 광섬유 어레이 홀더(36)로 광섬유 어레이(22)의 커플링 단부 영역을 고정함으로써 이루어질 수 있다. 바람직하게, 광섬유(30)는 단일모드 광섬유이다.
상기 방법은 회로소자(20)의 도파관 포트(26)로부터 방출된 광자를 상기 광섬유 어레이(22)의 개별 해당 광섬유 커플링 단부에 커플링시키기 위해 상기 광섬유 어레이(22)를 회로소자(20) 부근에 위치시키는 단계를 더 포함한다.
상기 방법은 광섬유 어레이(22)의 광섬유(30)의 N개의 광섬유 원위말단(34)을 상기 N개의 광섬유(30)의 원위말단(34)으로부터 나오는 광자를 수집하여 광전력 센서(42)에 집중시키는 광전력 수집 집중부재(40)의 입력(38) 부근에 위치시키는 단계를 더 포함한다. 바람직하게, 상기 광전력 수집 집중부재(40)는 상기 말단(34)으로부터 다양한 각도와 방향으로 나오는 광자를 반사적이면서 광학적으로 수집하고 집중시키는 집적구와 같은 반사부재이다. 바람직하게, 집적구(44)는 1300㎚ 내지 1600㎚ 파장범위에 대해 적어도 98%의 반사율을 갖는다. 집적구(44)는 총광전력을 제공하기 위하여 광섬유 어레이(22)의 개별 광섬유(30)의 개별 말단(34)으로부터 방출되는 각각의 광전력을 통합하도록 광학적으로 설계된다. 바람직하게, 상기 말단(34)은 집적구(44)의 내부로 삽입된다.
상기 방법은 상기 도파관 포트(26)로부터 방출되어 개별 해당 광섬유 커플링 단부(32)에 커플링되며 상기 광섬유(30)의 원위말단(34)으로부터 나오는 광전력 센서(42)상에 집중된 광자의 총광전력 값을 감지하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법은 감지된 광자의 총광전력 값이 최대가 되도록 상기 회로소자(20) 위치에 대한 광섬유 어레이(22)의 상대위치를 조절하는 단계와, 상기 회로소자(20)에 대해 광섬유 어레이(22)의 상기 상대위치를 고정시키는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 광전력 수집 집중부재(40)는 반사성 광전력 수집 집중부재이며, 가장 바람직하게는 집적구(44)이다.
광섬유 어레이(22)를 제공하는 단계는 광섬유 어레이 홀더(36)에 수용된 광섬유 어레이를 제공하는 단계를 포함하되, 광섬유(30)의 커플링 단부(32)는 도파관 포트 어레이(24)의 개별 도파관 포트(26)의 간격, 위치 및 방향에 일치하도록 설계된 광섬유 어레이 홀더(36)에 의해 수용된다. 광섬유 어레이 홀더(36)는 기계가공 또는 그와 유사한 방법으로 정밀하게 성형된 V자형 그루브를 포함할 수 있으며, 상기 광섬유(30)는 V자형 그루부내에 수용된다. 바람직하게, 광섬유 어레이(22)는 광섬유 어레이 리본(48)으로 이루어지되, 광섬유 어레이 리본(48)은 광섬유(30)를 유연하게 구속하며, 광섬유 말단(34)은 리본(48)에 수용된다. 바람직하게, 광섬유 어레이 리본(48)의 말단은 분할되어지되, 광섬유 말단(34)은 피복이 벗겨지지 않은 상태의 섬유 단부이며, 이는 섬유 어레이 리본(48)을 대량 분할시킴으로써 이루어질 수 있다.
바람직하게, 회로소자(20)에 광섬유 어레이(22)의 위치를 고정시키는 단계는 감지된 총광전력의 최대값이 유지되도록 회로소자(20)에 광섬유 어레이 홀더(36)를 접착시키는 단계를 포함한다. 접착은 에폭시, 아교 또는 기타 다른 접착 조성물로 이루어질 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 바람직하게 N은 적어도 4이며, 가장 바람직하게는 적어도 8이다. 여기서 N은 광도파관 포트(26) 또는 광섬유(30)의 수이다. 회로소자(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 8개의 광도파관 포트(26)를 가진 1×8 분할기(splitter)/결합기(combiner)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 회로소자(20)는 당해 소자의 집적 광회로를 구성하는 광도파관용 지지체 및 플랫폼을 제공하는 실리카 또는 실리콘 기판과 같은 평면 기판을 포함한다. 회로소자(20)는 파장 분할 멀티플렉서/디멀티플렉서를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 상기 파장 분할 디멀티플렉서는 8개의 서로 다른 파장 채널로 이루어진 입력 신호를 8개의 서로다른 파장 채널로 분할한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 바람직하게, 광섬유 어레이(22)에 대한 회로소자(20)의 상대위치를 조절하는 단계는 상대위치를 x 및 y와 같은 2개의 축을 따라 조절하고, xy평면에 수직인 종축(50)을 중심으로 1회 회전시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 회로소자(20)에 대한 광섬유 어레이(22)의 상대위치는 전기기계식 자동정렬 시스템과 같이 전기적으로 제어되는 자동정렬 시스템으로 조절된다. 바람직하게, 상기 감지된 총광전력은 자동정렬 시스템(52)에 입력되며, 상기 자동정렬 시스템(52)은 당해 자동정렬 시스템에 입력된 상기 감지된 총광전력을 기초로 적어도 2개의 축을 따라 움직이고 적어도 1회의 회전을 통해 회로소자(20)에 대한 광섬유 어레이(22)의 상대위치를 조절하게 된다.
본 발명은 상기 섬유 어레이(22)의 커플링 단부(54)와 회로소자(20)사이에 최적화된 광전력 커플링을 제공하도록 다중 광섬유 어레이(22)와 집적 광도파관 회로소자(20)를 커플링하는 장치(28)를 포함하되, 상기 섬유 어레이(22)는 상기 커플링 단부(54)로부터 원위된 말단(56)을 갖는다. 상기 장치(28)는 자동정렬 시스템(52)을 포함한다. 자동정렬 시스템(52)은 회로소자(20)를 수용하기 위한 회로소자 수용 플랫폼(58)과, 섬유 어레이(22)의 커플링 단부(54)를 수용하기 위한 섬유 어레이 커플링 단부 수용 플랫폼(60)을 포함한다. 자동정렬 시스템(52)은 회로소자 수용 플랫폼(58)에 의해 수용된 회로소자(20)에 대해 섬유 어레이 커플링 단부 수용 플랫폼(60)에 의해 수용된 섬유 어레이 커플링 단부(54)의 상대위치를 제어 및 조절하기 위한 위치 제어기(62)를 포함한다.
상기 장치(28)는 자동정렬 시스템(52) 부근에 위치된 집적구(44)를 포함한다. 집적구(44)는 적어도 하나의 입력 포트(38)와 광전력 센서(42)를 갖는다. 광전력 센서(42)는 위치 제어기(62)의 입력에 연결된다.
상기 장치(28)는 커플링 단부(54)와 커플링 단부(54)로부터 원위된 원위말단(56)을 가진 섬유 어레이(22)를 수용하되, 커플링 단부(54)는 섬유 어레이 커플링 단부 수용 플랫폼(60)에 의해 수용되며 말단(56)은 집적구(44)의 입력 포트(38)에 입력된다. 상기 회로소자 수용 플랫폼(58)에 의해 수용된 회로소자(20)로부터 방출된 빛은 섬유 어레이(22)의 섬유 커플링 단부(54)에 커플링되며, 상기 섬유 어레이에 커플링된 상기 빛은 섬유 어레이 말단(56)으로부터 집적구(44)로 방출된다. 섬유 어레이 말단(56)으로부터 방출된 총광전력은 광전력 센서(42)에 의해 감지된다. 광전력 센서(42)는 감지된 총광전력을 위치 제어기(62)의 입력에 입력시킨다. 상기 위치 제어기(62)는 광전력 센서(42)에 의해 감지된 최대 총광전력을 구하기 위해 회로소자(20) 위치에 대한 섬유 어레이(22)의 커플링 단부(54)의 상대위치를 반복적으로 조절한다.
바람직하게, 상기 집적구(44)는 적어도 4개의 광섬유로 이루어진 섬유 어레이 말단(56)이 당해 집적구(44)에 삽입될 수 있는 크기의 입력 포트(38)를 갖는다. 가장 바람직하게, 상기 입력 포트(38)는 적어도 8개의 광섬유 말단이 집적구(44)에 삽입될 수 있는 크기를 갖는다.
자동정렬 시스템(52)은 회로소자(20)에 대해 섬유 어레이 커플링 단부(54)를 접합시키고, 섬유 어레이 커플링 단부(54)를 도 5에 도시된 바와 같이 적어도 x 및 y축을 따라 이동시키고 적어도 1회 회전시킨다. 바람직하게, 회로소자(20)의 방향과 위치는 고정되며, 섬유 어레이 커플링 단부(54)는 회로소자(20)와 그 도파관 포트(26)에 대해 움직여진다. 또한, 상기 장치(28)는 회로소자(20)에 광원을 제공하는 광학 광원(64)을 포함한다.
본 발명은 광섬유 어레이 홀더(36)에 수용된 광섬유 어레이(22)의 복수의 제 1 광섬유 단부(32)를 집적 광도파관 회로소자(20)의 복수의 광도파관 접속포트(26)와 정렬시키는 방법을 더 포함한다. 상기 방법은 광섬유 어레이 홀더(36)에 수용된 광섬유 어레이(22)의 복수의 제 1 광섬유 단부(32)를 집적 광도파관 회로소자(20)의 복수의 광도파관 접속포트(26)에 접합시키는 단계를 포함한다.
상기 방법은 빛을 상기 광도파관 접속포트(26)로부터 당해 접속포트(26)와 접합된 제 1 광섬유 단부(32)로 방출시키기 위해 상기 집적 광도파관 회로(20)에 광학 에너지원(64)을 연결시키는 단계를 포함한다.
광섬유 어레이(22)는 제 2 원위말단(34)이 구비된 복수의 광섬유(30)를 포함한다. 상기 방법은 제 2 원위말단(34)으로부터 방출된 빛을 수집하고 공간적으로 집적시키기 위해 집적구(44)에 복수의 제 2 원위말단(34)을 삽입하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 집적구(44)에 삽입된 제 2 원위말단(34)으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적된 빛의 총광전력을 감지하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 집적구(44)에 삽입된 제 2 원위말단(34)으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적된 다음 감지된 빛의 총광전력을 최대화시키기 위해 접속포트(26)와 접합된 제 1 광섬유 단부(32)에 대한 광도파관 접속포트(26)의 물리적 상대관계를 조절하는 단계를 포함한다.
상기 집적 광도파관 회로소자(20)의 복수의 광도파관 접속포트(26)는 적어도 제 1 도파관 접속포트, 제 2 도파관 접속포트, 제 3 도파관 접속포트, 제 4 도파관 접속포트, 제 5 도파관 접속포트, 제 6 도파관 접속포트, 제 7 도파관 접속포트 및 제 8 도파관 접속포트로 이루어진 접속포트 어레이를 포함한다. 광섬유 어레이 홀더(36)에 수용된 광섬유 어레이(22)의 제 1 광섬유 단부(32)는 적어도 제 1 정합 제 1 광섬유 단부, 제 2 정합 제 1 광섬유 단부, 제 3 정합 제 1 광섬유 단부, 제 4 정합 제 1 광섬유 단부, 제 5 정합 제 1 광섬유 단부, 제 6 정합 제 1 광섬유 단부, 제 7 정합 제 1 광섬유 단부 및 제 8 정합 제 1 광섬유 단부로 이루어진 개별 정합 어레이(respective matching array)를 포함하되, 이들은 도파관 접속포트(26)에 각각 대응하며 일치된다. 광섬유 어레이(22)는 적어도 제 1 제 2 원위말단이 구비된 제 1 광섬유, 제 2 제 2 원위말단이 구비된 제 2 광섬유, 제 3 제 2 원위말단이 구비된 제 3 광섬유, 제 4 제 2 원위말단이 구비된 제 4 광섬유, 제 5 제 2 원위말단이 구비된 제 5 광섬유, 제 6 제 2 원위말단이 구비된 제 6 광섬유, 제 7 제 2 원위말단이 구비된 제 7 광섬유 및 제 8 제 2 원위말단이 구비된 제 8 광섬유를 포함한다. 바람직하게, 집적구(44)에 삽입된 복수의 제 2 원위말단(34)으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적된 빛의 총광전력을 감지하는 단계는 제 1 제 2 원위말단, 제 2 제 2 원위말단, 제 3 제 2 원위말단, 제 4 제 2 원위말단, 제 5 제 2 원위말단, 제 6 제 2 원위말단, 제 7 제 2 원위말단 및 제 8 제 2 원위말단으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적된 빛의 총광전력을 감지하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 능동정렬법과 장치 시스템은 정밀하게 정렬시킬 수 있는 잇점이 있고, 광섬유 커플링 단부(32)와 접속 도파관 포트(26)의 개별간격, 위치, 방향 및 다른 특성을 특정할 필요없이 집적 광도파관 회로소자와 섬유 어레이의 불확정성을 고려한다. 또한, 본 발명은 최적화된 최대 광전력 커플링이 30초 이하인 경우, 8개의 도파관 포트(26)의 어레이가 8개의 광섬유 어레이(22)와 정렬될 수 있으므로 경제적인 면에서 유리하다.
본 발명의 실시에 있어서, V자형 그루브가 형성된 정밀블록 광섬유 어레이 홀더(36)내에 수용된 8개의 단일모드 광섬유의 어레이(22)에 단일모드 분할기/결합기 회로소자(20)가 정렬되고, 커플링된 후 연결된다. 광섬유 커플링 단부(32)에 대한 도파관 포트 어레이(24)의 물리적 상대위치를 조절하고 조종하기 위해 자동정렬 시스템(52)이 사용된다. 1×8 분할기/결합기 회로소자(20)가 도 5에 도시된 바와 같이 고정되고, 광섬유 어레이(22)는 x 및 y 방향으로 이동되며 xy평면에 수직인 축(50)을 중심으로 회전하게 된다. 이와 같은 자동정렬 시스템(52)의 예로는 미국, 92606 켈리포니아, 아이빈, 디어 애비뉴 1791에 소재한 뉴포트 코포레이션사의 뉴포트 오토얼라인 시스템이 있다. 광섬유 어레이 광섬유 리본(48)의 말단(34)은 미국, 92606 켈리포니아, 아이빈, 디어 애비뉴 1791에 소재한 뉴포트 코포레이션사의모델번호 818-IS-1와 같은 집적구(44)에 삽입된다. 말단(34)은 광섬유 리본(48)을 대량 분할함으로써 만들어진다. 상기 말단(34)은 보호 섬유피복과 리본 피복이 박피되지 않는다. 센서(42)에 의해 감지된 총광전력 값이 자동정렬 시스템(52)의 자동정렬 최적화를 제어하는 알고리즘에 입력된다.
회로소자(20)로부터 광섬유 어레이(22)에 커플링된 광전력은 각각의 해당 광섬유 커플링 단부(32)에 대한 개별 도파관 포트(26)의 오정렬(misalignment)에 반비례하며, 광섬유 커플링 단부(32)의 광섬유 코어와 도파관 포트(26)의 위치결정 에러(error)에 좌우된다. 이와 같은 위치결정 에러는 항상 존재하며, 각 부품간의 변형과 함께 회로소자 및 광섬유 어레이의 제조과정에서의 공정 소음에 좌우된다.
도 6은 1×8 분할기/결합기 회로소자의 도파관 포트에 커플링된 8개의 단일모드 섬유 코어의 에러 데이터를 나타낸다. 도 6은 채널에 대한 회로소자(20)의 도파관 포트(26)와 광섬유 어레이 홀더(36)에 수용된 광섬유 커플링 단부(32)의 위치에 대한 x-y 에러[에러(㎛)] 그래프로서, 상기 채널은 회로소자(20)에 의해 가이드되어 8개의 도파관 포트에 입출력되는 8개의 광전력 채널을 의미하며, 이 경우에서는 8개의 도파관 포트(26)으로부터 출력되어 8개의 광섬유 커플링 단부(32)로 입력된다. 8개의 도파관 포트(26)의 광전력 채널은 1,2,3,4,5,6,7 및 8로 표시되어 있다.
본 발명은 회로소자(20) 앞에서 섬유 어레이(22)의 최적위치를 찾기 위해 어레이의 첫번째 섬유 및 마지막 섬유와 같은 각 전력 채널의 광전력을 이용하는 대신, 각 전력 채널의 총합을 이용한다. 이 합은 오정렬 에러의 선형 조합에 따라 변하며, 정렬 정밀도와 관련하여 본 발명에 따른 방법의 이득의 량을 평가하기 위한 기하학적 모형이 설정될 수 있다고 가정한다.
판정기준이 최소화될 때 각 채널에 대한 에러 면적의 합을 고려하면 다음과 같다:
여기서, n은 채널의 수이고, δX i(각각의 μX i) 와 δY i(각각의 μY i)은 회로소자(각각의 섬유 어레이) X 및 Y 방향에서의 i 에러이다.
선이고, 그 전달행렬은이다.
이를 기초로 하여, 하기된 선형 시스템을 풀어 최소가 되는 S를 가진 선(D)를 찾을 수 있다. 즉,이고, S ≥0 이다.
채널에 대한 에러 면적(㎛2)을 나타낸 그래프인 도 7은 어레이에서 첫번째 섬유 및 마지막 섬유(섬유 1과 섬유 8)에 대한 각각의 광전력을 모니터링한 것만을 이용한 최적화와 본 발명에 따른 방법을 비교한 것이다. 본 발명에 따른 방법의 우수함을 알 수 있으며, 정렬 정밀도와 관련하여 약 17%의 이득을 나타낸다. 이와 같은 이득은 매우 유리하며, 열순환 및 방열 환경시험과 관련한 벨코어 GR1209 및 1221 요구사항에 기재된 바와 같이, 섬유 어레이에 연결된 회로소자의 환경시험에서의 거동에 직접적인 영향을 준다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일부 채널은 더 나쁘고 나머지는 더 좋은데, 이는 본 발명이 어레이에서 각각의 섬유 광전력이 아닌 섬유 어레이의 총광전력에 중점을 둔 것이기 때문이다.
하기된 표 1은 어레이에서 첫번째 섬유 및 마지막 섬유(섬유 1과 섬유 8)에 대한 광전력을 모니터링한 것만을 이용한 정렬 및 커플링의 최적화에 대한 본 발명에 따른 방법을 더 비교한 것이다.
채널 번호 각각 별도로 측정한 전력(㎼)
1 11.31
2 10.53
3 11.19
4 10.76
5 12.33
6 10.55
7 13.87
8 11.86
92.4 수치총합
표 1에서 각각 별도로 측정한 채널 1 내지 채널 8의 광전력은 어레이에서 첫번째 섬유를 모니터하는 제 1 광전력 센서와 어레이에서 마지막 섬유를 모니터하는 제 2 광전력 센서를 이용하여 섬유 어레이(22)가 회로소자(20)에 대해 정렬되고 최적으로 커플링된 후 한번에 한개씩 각각 측정되었다. 상기 92.4 수치총합은 각각 별도로 측정된 8개의 광전력 값의 수치상 합계이다.
회로소자(20)로부터 섬유 어레이(22)에 커플링된 총광전력(상기 회로소자와 섬유 어레이의 연결에 있어서, 표 1은 어레이에서 첫번째 섬유와 마지막 섬유를 이용한 최적화에 의해 이루어졌음)은 본 발명의 장치를 이용하여 집적구(44)에 섬유 말단(34)을 삽입함으로써 92.2㎼로 측정되었다. 본 발명의 장치와 방법은 표 1과 동일한 특정 회로소자(20)와 섬유 어레이(22)간의 정렬을 최적화시키기 위해 사용되었다. 본 발명에 따른 방법과 장치는 정렬을 최적화시켜 99.2㎼로 최대화된 총광전력을 제공한다. 본 발명에 따른 방법은 약 7%의 총광전력 이득을 제공한다(이는 어레이의 첫번째 섬유와 마지막 섬유를 각각 별도의 광전력 센서로 모니터링하며 정렬시킨 것보다 7㎼ 크다).
본 발명에 따른 정렬방법은 N개의 섬유의 N개의 말단을 집적구에 삽입함으로써 섬유 어레이의 N개의 섬유의 총광전력의 최적화를 제공한다. 상기 집적구는 각 채널의 전력의 합을 획득하며, 어레이의 각 섬유를 박피하고 분할하며 어레이내의 섬유를 각각 모니터할 필요가 없기 때문에, 리본에서 섬유의 커플링 작업이 경제적이다. 본 발명에 따른 발명은 단일 광섬유의 위치를 결정하기 위해 사용되는 자동정렬 알고리즘과 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 사상 또는 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 방법 및 장치에 대한 다양한 변경과 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은첨부된 청구범위와 그 동등물에 속하는 변경과 변형을 포함한다.

Claims (24)

  1. 광섬유 어레이와 집적 광도파관 회로소자를 연결하기 위한 방법으로서,
    N개의 도파관 포트의 어레이를 가진 집적 광도파관 회로소자를 제공하는 단계;
    상기 회로소자의 개별 해당 도파관 포트에 대한 광학 커플링을 위한 커플링 단부를 각각 갖고, 개별 광섬유 말단이 각각 구비된 N개의 광섬유의 어레이를 가진 광섬유 어레이를 제공하는 단계;
    상기 회로소자의 도파관 포트로부터 방출된 복수의 광자를 상기 광섬유 어레이의 개별 해당 광섬유 커플링 단부에 커플링시키기 위해 상기 광섬유 어레이를 회로소자 부근에 위치시키는 단계;
    상기 광섬유 어레이의 N개의 광섬유의 N개의 광섬유 말단을 상기 N개의 광섬유의 말단으로부터 나오는 복수의 광자를 수집하여 광전력 센서에 집중시키는 광전력 수집 집중부재의 입력 부근에 위치시키는 단계;
    상기 도파관 포트로부터 방출되어 개별 해당 광섬유 커플링 단부에 커플링되며 상기 광섬유의 말단으로부터 나오는 광전력 센서상에 집중된 광자의 총광전력 값을 감지하는 단계;
    상기 감지된 광자의 총광전력 값이 최대가 되도록 상기 회로소자 위치에 대한 광섬유 어레이의 상대위치를 조절하는 단계; 및 상기 회로소자에 대해 광섬유 어레이의 상기 상대위치를 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광전력 수집 집중부재는 반사성 광전력 수집 집중부재인 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 광전력 수집 집중부재는 집적구인 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광섬유 어레이를 제공하는 단계는 광섬유 어레이 홀더에 수용된 광섬유 어레이를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 광섬유의 커플링 단부는 상기 광섬유 어레이 홀더에 의해 수용되는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 광섬유 어레이는 광섬유 어레이 리본을 포함하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광섬유 말단은 상기 광섬유 어레이 리본에 의해 수용되는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 회로소자에 대해 광섬유 어레이의 상기 상대위치를 고정하는 단계는 감지된 최대값을 유지하기 위해 회로소자에 광섬유 어레이 홀더를 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 집적구는 1300㎚ 내지 1600㎚ 파장범위에 대해 적어도 98%의 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 집적구는 어레이의 개별 광섬유의 각 말단으로부터 방출되는 각각의 광전력을 합계하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 N은 적어도 4인 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 N은 적어도 8인 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 회로소자는 1×8 분할기/결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 회로소자는 평면 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 회로소자는 파장 분할 멀티플렉서 디멀티플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 상대위치를 조절하는 단계는 2회의 평행운동과 1회의 회전으로 상대위치를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 회로소자에 대한 광섬유 어레이의 상대위치는 자동정렬 시스템으로 조절되는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 감지된 총광전력의 값은 상기 자동정렬 시스템에 입력되는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 자동정렬 시스템은 자동정렬 시스템에 입력된 상기 감지된 총광전력 값을 기초로 적어도 2회의 평행운동과 적어도 1회의 회전을 통해 회로소자에 대한 광섬유 어레이의 상대위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  19. 제 3 항에 있어서, 상기 섬유 말단은 집적구에 삽입되는 것을 특징으로 하는 연결 방법.
  20. 커플링 단부로부터 원위된 말단을 가진 섬유 어레이의 상기 커플링 단부와 회로소자사이에 최적화된 광전력 커플링을 제공하도록 다중 섬유 어레이와 집적 광도파관 회로소자를 커플링하기 위한 장치로서 자동정렬 시스템과 집적구를 포함하되,
    상기 자동정렬 시스템은 회로소자를 수용하기 위한 회로소자 수용 플랫폼, 섬유 어레이의 커플링 단부를 수용하기 위한 섬유 어레이 커플링 단부 수용 플랫폼 및 상기 회로소자 수용 플랫폼에 의해 수용된 회로소자에 대해 섬유 어레이 커플링 단부 수용 플랫폼에 의해 수용된 섬유 어레이의 커플링 단부의 상대위치를 제어 및 조절하기 위한 위치 제어기를 포함하고,
    상기 집적구는 자동정렬 시스템 부근에 위치되며, 상기 위치 제어기의 입력에 연결된 광전력 센서와 적어도 하나의 입력포트를 포함하며,
    상기 장치는 커플링 단부와 상기 커플링 단부로부터 원위된 말단을 가진 섬유 어레이를 수용하되, 상기 커플링 단부는 섬유 어레이 커플링 단부 수용 플랫폼에 의해 수용되며 상기 말단은 집적구의 입력 포트에 입력되고, 상기 회로소자 수용 플랫폼에 의해 수용된 회로소자로부터 방출된 빛은 섬유 어레이의 섬유 커플링 단부에 커플링되며, 상기 섬유 어레이에 커플링된 상기 빛은 섬유 어레이 말단으로부터 집적구로 방출되고, 상기 섬유 어레이 말단으로부터 방출된 총광전력은 광전력 센서에 의해 감지되며, 상기 광전력 센서는 감지된 총광전력을 위치 제어기의 입력에 입력시키고, 상기 위치 제어기는 광전력 센서에 의해 감지된 최대 총광전력을 구하기 위해 회로소자 위치에 대한 섬유 어레이의 커플링 단부의 상대위치를 반복적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 집적구의 입력 포트는 적어도 4개의 광섬유로 이루어진 섬유 어레이 말단이 상기 집적구에 삽입될 수 있는 크기인 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 집적구의 입력 포트는 적어도 8개의 광섬유로 이루어진 섬유 어레이 말단이 상기 집적구에 삽입될 수 있는 크기인 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  23. 광섬유 어레이 홀더에 수용된 광섬유 어레이의 복수의 제 1 광섬유 단부를 집적 광도파관 회로소자의 복수의 광도파관 접속포트와 정렬시키기 위한 방법으로서,
    상기 광섬유 어레이 홀더에 수용된 광섬유 어레이의 복수의 제 1 광섬유 단부를 집적 광도파관 회로소자의 복수의 광도파관 접속포트에 접합시키는 단계;
    상기 복수의 광도파관 접속포트로부터 당해 광도파관 접속포트와 접합된 제 1 광섬유 단부로 빛을 방출시키기 위해 상기 집적 광도파관 회로에 에너지원을 연결시키는 단계;
    상기 광섬유 어레이는 제 1 단부로부터 원위된 복수의 제 2 원위말단이 구비된 복수의 광섬유를 포함하되, 상기 복수의 제 2 원위말단으로부터 방출된 빛을 수집하여 공간적으로 집적시키기 위해 상기 복수의 제 2 원위말단을 집적구에 삽입하는 단계;
    상기 집적구에 삽입된 복수의 제 2 원위말단으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적된 빛의 총광전력을 감지하는 단계; 및
    상기 집적구에 삽입된 복수의 제 2 원위말단으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적되어 감지된 빛의 총광전력을 최대화시키기 위해 상기 광도파관 접속포트에 접합된 제 1 광섬유 단부에 대한 상기 복수의 광도파관 접속포트의 물리적 상대관계를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬 방법
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 집적 광도파관 회로소자의 복수의 광도파관 접속포트는 적어도 제 1 도파관 접속포트, 제 2 도파관 접속포트, 제 3 도파관 접속포트, 제 4 도파관 접속포트, 제 5 도파관 접속포트, 제 6 도파관 접속포트, 제 7 도파관 접속포트 및 제 8 도파관 접속포트로 이루어진 접속포트 어레이를 포함하고, 상기 광섬유 어레이 홀더에 수용된 광섬유 어레이의 복수의 제 1 광섬유 단부는 적어도 제 1 정합 제 1 광섬유 단부, 제 2 정합 제 1 광섬유 단부, 제 3 정합 제 1 광섬유 단부, 제 4 정합 제 1 광섬유 단부, 제 5 정합 제 1 광섬유 단부, 제 6 정합 제 1 광섬유 단부, 제 7 정합 제 1 광섬유 단부 및 제 8 정합 제 1 광섬유 단부로 이루어진 개별 정합 어레이를 포함하되, 이들은 도파관 접속포트에 각각 대응하며 일치되며, 상기 광섬유 어레이는 적어도 제 1 제 2 원위말단이 구비된 제 1 광섬유, 제 2 제 2 원위말단이 구비된 제 2 광섬유, 제 3 제 2 원위말단이 구비된 제 3 광섬유, 제 4 제 2 원위말단이 구비된 제 4 광섬유, 제 5 제 2 원위말단이 구비된 제 5 광섬유, 제 6 제 2 원위말단이 구비된 제 6 광섬유, 제 7 제 2 원위말단이 구비된 제 7 광섬유 및 제 8 제 2 원위말단이 구비된 제 8 광섬유를 포함하고, 상기 집적구에 삽입된 복수의 제 2 원위말단으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적된 빛의 총광전력을 감지하는 단계는 상기 제 1 제 2 원위말단, 제 2 제 2 원위말단, 제 3 제 2 원위말단, 제 4 제 2 원위말단, 제 5 제 2 원위말단, 제 6 제 2 원위말단, 제 7 제 2 원위말단 및 제 8 제 2 원위말단으로부터 방출되어 수집되고 공간적으로 집적된 빛의 총광전력을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정렬방법.
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