KR20010078349A - 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛, 파장멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치 및 파장멀티프렉싱/디멀티프렉싱 방법 - Google Patents
파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛, 파장멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치 및 파장멀티프렉싱/디멀티프렉싱 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치는 작동 파장 대역에서 서로 다른 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 계층적으로 접속되어 있다. 각각의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛은 파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 입력 도파관과, 입력 도파관으로 부터의 파장 멀티프렉스된 광파를 대응하는 작동 파장 대역내의 제 1 광파와, 기타 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하는 필터와, 필터로 부터의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 개개의 광파로 분리하는 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 필터로 부터의 제 2 광파를 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 입력 도파관으로 배향하는 브랜치 도파관으로 이루어진다.
Description
본 발명은 광통신등에 이용가능한 파장 멀티플렉싱/디멀티프렉싱 유닛, 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치 및 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 방법에 관한 것이다.
파장 분할 멀티프렉싱(wavelength division multiplexing:WDM)은 단일 광파이버에 걸쳐서 전송하는 다른 파장의 복수의 광파를 결합하는 기술이며, 인터넷 등의 중계선 전송 용량을 팽창하도록 사용된다.
파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로는 WDM내의 핵심 역할을 담당한다. 즉, 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로는 송신 단부에서 다른 파장의 복수의 광파와수신 단부에서 별도의 파장 멀티프렉스된 광파와를 결합하도록 배열된 장치이다.
예를 들면, 종래의 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로인 어레이된 도파관 그레이팅(AWG) 회로는 다음 방법으로 멀티프렉스된 광파의 성분을 분리한다.
즉, 파장 멀티프렉스된 광파는 그 입력부를 통해 어레이된 도파관 그레이팅 회로에 입력되고, 어레이내에 배열된 복수(즉, m)의 도파관을 통과하여, 멀티프렉스된 광파는 각각 단일 파장을 가지는 n 성분(광파)으로 분리된다. 다른 파장을 가지는 각각의 광파는 n 출력부의 대응하는 각각의 하나로부터 출력된다. 이렇게 배열된 AWG 회로는 통상 30내지 60의 다른 파장의 광파를 다중화한다.
최근, 광통신에 대한 요구사항이 현저하므로, 채널수를 더욱 증가하도록 요구된다.
하지만, 종래의 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 시스템으로 채널의 수를 증가하기 위한 시도는 더욱 어레이된 도파관을 가지는 신규의 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로의 개발을 요구한다. 이러한 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로의 개발 및 제조는 복잡한 기술을 요하므로서, 장치가 매우 고가가 되며, 또한, 신규의 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로의 사용은 주변 장비를 포함하는 기존 설비의 교체해야 하므로, 사용자에게 경제적 부담을 증가한다.
한편, 유전체 간섭 필터(예를 들면, JDS FITEL의 DWDM(불투명 파장 분할 멀티프렉서:Dense wavelength Division Multiplexers)의 성분 팜플렛과 OPLINK COMMUNICATIONS의 DWDM 모듈 팜플렛)를 이용하는 다수의 멀티프렉서/디멀티프렉서의 사용을 통해 채널의 수를 증가하는 배열이 제안되어 있다. 이러한 배열은 하나의 유닛으로서 8-채널 멀티프렉서/디멀티프렉서를 가지는 16또는 40 채널까지 업그레이드된다. 각 유닛은 유전체 간섭 필터(예를 들면, OPLINK COMMUNICATIONS의 광 부가 드롭 멀티프렉서(OADM) 모듈 팜플렛)를 이용하는 3-포트 멀티프렉서/디멀티프렉서를 단계적으로 연결함에 의해 구성된다. 이러한 배열에 있어서, 각 채널에 대해 3-포트 멀티프렉서/디멀티프렉서가 사용되어서, 이어지는 채널은 선행하는 3-포트 멀티프렉서/디멀티프렉서로부터의 반사 손실을 누적해서 입게된다.
이 때문에, 각 채널은 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 있어서, 선행하는 것보다 더욱 많은 전송 손실을 입게되므로, 채널로부터 사용하는 채널로 크게 변하는 전송 손실은 대부분 8또는 16에 있게 된다. 유닛들이 단계적으로 접속된 멀티채널 배열이라 하더라도, 최대 증가된 채널의 수는 대부분 40또는 64로 제한된다.
본 발명의 목적은 채널의 수를 저렴한 비용으로 용이하게 증가할 수 있는 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛, 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 제 1 도파관과, 파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 도파관으로부터 제 1 파장대역내의 제 1 광파와 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하도록 제 1 도파관과 광학적으로 접속된 필터 수단과, 제 1 파장 대역내의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학-디멀티프렉싱하는 수단과, 제 2 파장 대역내의 제 2 광파를 이어지는 광학 수단으로 배향하는 제 2 도파관으로 이루어진 것을특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 2 양태에 따르면, 파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 제 1 도파관과, 파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 도파관으로부터 제 1 파장 대역내의 제 1 광파와 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하도록 제 1 도파관과 광학적으로 접속된 제 1 필터 수단과, 제 1 파장 대역내의 제 1 광파를 제 1 필터 수단으로부터 제 3 파장 대역내의 제 3 광파와 제 4 파장 대역내의 제 4 광파로 분리하도록 제 1 필터 수단과 광학적으로 접속된 제 2 필터 수단과, 제 3 파장 대역내의 제 3 파장을 제 2 필터 수단으로부터 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학 디멀티프렉싱하는 수단과, 제 2 파장 대역내의 제 2 광파를 제 1 필터 수단으로부터 이어지는 광학 수단으로 출력하는 제 2 도파관과, 제 4 파장 대역내의 제 4 광파를 제 2 필터 수단으로부터 이어지는 광학 수단으로 출력하는 제 3 도파관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 3 양태에 따르면, 기판과, 기판상에 적층된 제 1 피복층과, 제 1 피복층상에 적층된 코어 층과, 코어 층상에 적층된 제 2 피복층으로 구성되며, 코어 층은 파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 제 1 도파관과, 파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 도파관으로부터 제 1 파장대역내의 제 1 광파와 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하도록 제 1 도파관과 광학적으로 접속된 필터 수단과, 제 1 파장 대역내의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학-디멀티프렉싱하는 수단과, 제 2 파장 대역내의 제 2 광파를 이어지는 광학수단으로 배향하는 제 2 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 4 양태에 따르면, 작동 파장 대역내에서 서로 다른 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 계층적으로 접속되어 이루어지며, 각각의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛은 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 하나에 따른 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 5 양태에 따르면, 작동 파장 대역내에서 서로 다른 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 계층적으로 접속되며, 상기 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 각각이 파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 제 1 도파관과, 파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 도파관으로부터 대응 작동 파장 대역을 가지는 제 1 광파와 기타 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하도록 제 1 도파관과 광학적으로 접속된 필터 수단과, 필터 수단으로 부터의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학-디멀티프렉싱하는 수단과, 필터 수단으로 부터의 제 2 광파를 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 제 1 도파관으로 배향하는 제 2 도파관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 6 태양에 따르면, 파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 파장 대역내의 제 1 광파와 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하여 제 1 파장 대역내의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 개개의 광파로디멀티프렉싱하는 제 1 단계와, 제 2 파장 대역내의 제 2 광파를 특정 파장 대역내의 파장 멀티프렉스된 광파와, 나머지 파장 대역내의 광파로 분리하고, 특정 파장 대역내의 파장 멀티프렉스된 광파를 개개의 광파로 디멀티프렉싱하며, 파장 멀티프렉스된 광파내에 포함된 다른 파장의 모든 광파가 분리될 때까지 제 1 단계에 이어서 반복되는 제 2 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 입사 파장 멀티프렉스된 광파를 단계적으로 다른 파장 대역으로 디멀티프렉싱하는 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 7 태양에 따르면, 파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 파장 대역내의 제 1 광파와, 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 제 1 필터 수단에 의해 분리하고, 제 1 광파를 이어지는 광학 수단에 출력하고, 제 2 광파를 제 2 필터수단에 출력하는 제 1 단계와, 제 1 광파를 제 1 필터 수단으로부터 제 3 파장 대역내의 제 3 파장과, 제 4 파장 대역내의 제 4 광파로 제 2 필터 수단에 의해 분리하고, 제 3 광파를 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 수단으로 출력하고 제 4 광파를 이어지는 광학 수단으로 출력하는 제 2 단계와, 제 3 광파를 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 수단으로부터 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학 디멀티프렉싱하는 제 3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 입사 파장 멀티프렉스된 광파를 다른 파장 대역으로 디멀티프렉싱하는 방법을 제공한다.
이러한 형태에 따라, 다수의 채널을 저렴한 비용으로 용이하게 증가시키는 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛과, 파장 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치와, 방법이 실현된다.
본 발명의 추가의 목적 및 이점은 이하의 설명에 나타나 있고, 부분적인 설명으로부터 알 수 있고, 발명을 실시하면서도 알 수 있다. 본 발명의 목적과 이점은 이하에 특정하는 수단과 조합에 의해 실현된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)의 개략도이고,
도 2A는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)의 확대도이고,
도 2B는 AWG타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)의 파장 특성도이고,
도 2C는 필터(30)로서 사용된 간섭 필름의 파장 특성도이고,
도 2D는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)이 3단계로 접속되면, 각 단계에서 메인 작동 파장영역에 걸친 손실 특성도이고,
도 3은 AWG타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)의 배열을 설명하는데 사용된 개략도이고,
도 4는 도 3의 C-C선을 따라 취한 단면도이고,
도 5는 일반적인 방향성 결합기의 평면도이고,
도 6은 도 5의 C-C선을 따라 취한 단면도이고,
도 7은 마흐-젠더 간섭 타입의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로(32)의 평면도이고,
도 8은 도 7의 C-C선을 따라 취한 단면도이고,
도 9는 간섭 필터 타입의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로(33)의 평면도이고,
도 10은 도 9의 C-C선을 따라 취한 단면도이고,
도 11은 제 2 실시예에 따른 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(60)을 설명하는데 사용되는 개략도이고,
도 12A는 제 2 실시예의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치의 제 1 단계 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(100)의 개략도이고,
도 12B는 제 2 실시예의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치의 개략도이고,
도 13A는 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)에 의해 분리된 광파의 파장 특성도이고,
도 13B는 도 12B에 도시된 필터(30)의 파장 특성도이고,
도 13C는 고역 필터(35)의 파장 특성도이고,
도 14는 제 1 AWG 도파관(81)과 제 2 AWG 도파관(82)이 교차 배열된 AWG 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(80)의 개략도이고,
도 15는 제 4 실시예에 따른 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)의 평면도이고,
도 16A, 도 16B, 도 17A 및 도 17B는 왜 손실 영역이 발생하는지의 이유를 설명하는데 사용된 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
9 : 필터 10 : 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치
11 : 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛
20 : AWG 타입 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서
21 : 기판 22 : 하부 피복층
23 : 코어층 24 : 상부 피복층
30 : 필터 40 : 입력 도파관
50 : 결합 도파관 55 : 출력 도파관
70 : 브랜치 도파관
이하, 첨부된 도면은 명세서의 일부를 구성하고, 이상과 같은 일반적 설명과 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하며, 본 발명의 원리를 설명한다.
이하, 본 발명의 제 1내지 제 4 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 이하의 설명에 있어서, 도면에서 동일한 참조 부호와 문자는 동일한 기능과 배열을 가지는 대응하는 부분을 나타내는데 사용되며, 그 반복적인 설명은 필요할 때만 주어진다.
이하의 설명에 있어서, 소정의 단일 파장의 광파는 컴퓨터 데이터등을 실행하기 위한 채널에 대응한다. 또한, 파장 멀티프렉스된 광파는 컴퓨터 데이터등을 실행하기 위한 멀티-채널에 대응한다.
(제 1 실시예)
먼저, 본 발명의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱의 제 1 실시예에 대해 설명한다.
본 발명에 따른 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱의 주요한 점은 각각 다른 파장 대역내의 광파를 결합하거나 분리하는 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 계층적으로 접속함에 의해 멀티-채널 광파를 결합하거나 분리하는 사상을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)의 개략 배열을 나타낸다. 우선, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)의 개략 배열이 설명된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)는 필터(9)에 의해 계층적 형태로 접속된 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)을 가진다.
도 2A는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)의 확대도이다.
광학 멀리트렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)은 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)와, 필터(30)와, 입력 도파관(40)과, 결합 도파관(50)과, 출력 도파관(55)과, 브랜치 도파관(70)들이 예를들어 플라스틱으로 만든 별도의 보드(12)상에 광학적으로 접속되어 장착되도록 구성된다. 이러한 성분의 각각이 이하 설명된다.
[AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서]
광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 평행하게 배열된 수십내지 수백의 어레이된 도파관(AWG 도파관)을 관통하는 빛의 간섭에 의해 파장 멀티프렉스 광파가 소정량만큼 광로 길이가 다른 장치이다. 또한, 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 AWG 도파관을 통과함에 의해 파장 멀티프렉스된 광파를 각각 다른 파장을 가지는 광파로 디멀티프렉스하는 장치이다. 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 도 3 및 4를 참고로 상세히 설명한다.
도 3은 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)의 개략 배열을 설명하는데 사용되는 개략도이고, 도 4는 도 3의 C-C선을 따라 취한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 실리콘 기판(21)과, 하부 피복층(22)과, 코어층(23)과 상부 피복층(24)의 적층 구조를 가진다.
하부 및 상부 피복층(22)(24)은 각각 이산화 실리콘(SiO2)로 만들어지며, 빛을 한정하도록 코어층(23)을 둘러싼다.
코어층(23)은 게르마늄이 투여된 이산화 실리콘으로 구성된 광학 도파관이다. 빛은 코어층(23)의 굴절지수를 하부 및 상부 피복층(22)(24)의 것보다 더 크게함에 의해 코어층(23)내에 제한된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 코어층(23)에는 입력 평탄 도파관(23a)과, 입력 슬래브 도파관(23b)과, AWG 도파관(23c)과, 출력 슬래브 도파관(23d)과, 출력 평탄 도파관(23e)이 형성된다. 각 도파관은 에칭 기술의 수단에 의해 형성된다.
입력 평탄 도파관(23a)은 파장 멀티프렉스된 광파를 입력 슬래브 도파관(23b)에 입력하도록 전파하는 도파관이다.
입력 슬래브 도파관(23b)은 섹터형의 슬래브 도파관으로, 렌즈로서 작용한다. 즉, 입력 슬래브 도파관(23b)으로 향해진 파장 멀티프렉스된 광파는 그 도파관내에 방사상으로 퍼지게 되어, AWG 도파관(23c)으로 취합된다.
AWG 도파관(23c)들은 ΔL만큼 다른 광로 길이를 가지는 수십내지 수백의 광학 도파관이 어레이의 형태로 배열된 어레이된 도파관들이다. nㆍΔL만큼의 위상 차이가 각각의 AWG 도파관(23c)을 통해 이동하는 광파와 인접하는 AWG 도파관을 통해 이동하는 광파사이에 발생하며, 여기서 n은 코어층(23)의 굴절 지수이다. 그래서, AWG 도파관(23c)으로부터 출력 슬래브 도파관(23d)으로 향해진 광선은 nㆍΔL만큼 위상 변위된 광파들로 멀티프렉스된다.
출력 슬래브 도파관(23d)은 역-섹터형 도파관이다. 즉, AWG 도파관(23c)으로부터 출력 슬래브 도파관(23d)으로 향해진 광선은 도파관(23d)내에서 서로 간섭하여서, 광선들은 각각 단일 파장을 가지는 광파로 분리된다. 이렇게 얻어진 광파의 각각은 출력 평탄 도파관(23e)의 대응하는 하나로 향해진다.
출력 평탄 도파관(23e)은 각각 단일 파장을 가지는 광파를 이어지는 장치로 향하게 한다.
상술한 바와 대조적으로, 출력 평탄 도파관(23e)이 광수신측면에 있고, 입력 평탄 도파관(23a)이 광출력측에 있다면, AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 광파를 결합하는 멀티프렉서로서 기능한다.
[필터]
필터(30)는 입력 도파관(40)으로부터 입력된 파장 멀티프렉스된 광파를 대응하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛내의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서에 의해 분리되고자 하는 파장 성분과, 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛내에서 분리되고자 하는 파장 성분으로 분리하는 것이다. 필터(30)에 대해, 고역 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 저역타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서 및 대역패스타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서중의 어느하나가 요구시 사용된다.
고역 필터타입, 저역 필터타입 또는 대역패스 필터타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서가 사용될 때, 예를 들면, 간섭 필름 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서가 만들어 진다. 또한, 대역패스 필터타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서가 사용될 때, 예를 들면, 방향성 결합기또는 마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서가 만들어진다. 방향성 결합기와, 마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서 및 간섭 필름 필터 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서는 이하에서 설명한다.
[방향성 결합기]
방향성 결합기는 이버네센트 결합(evanescent coupling)을 이용하는 광파를 분리하는 장치이다. 도 5는 일반적인 방향성 결합기(31)의 평면도이고, 도 6은 도 5의 C-C선을 따라 취한 단면도이다.
도 5와 도 6에 있어서, 방향성 결합기(31)는 실리콘 기판(31a)과, 하부 피복층(31b)과, 코어층(31c)과, 상부 피복층(31d)으로 이루어진다.
이산화 실리콘으로 구성된 하부 및 상부 피복층(31b)(31d)은 빛제한기능을 수행하도록 코어층(31c)을 둘러싸도록 형성된다.
코어층(31c)은 게르마늄이 투여된 이산화 실리콘으로 구성된 제 1 및 제 2 코어층(31c-1)(31c-2)이다. 빛은 코어층(31c)의 굴절 지수를 하부 및 상부 피복층(31b)(31d)의 것보다 더 크게함에 의해 코어층(31c)내에 제한된다.
방향성 결합기(31)는 제 1 및 제 2 코어층(31c-1)(31c-2)이 주어진 간격, 즉 10㎛ 이하의 간격으로 서로 근접하게 놓여있는 결합부(31e)를 가진다. 이러한 결합부에 있어서, 소위 이버네센트 결합은 제 1 코어층(31c-1)을 통해 전파하는 광파가 제 2 코어층(31c-2)으로 이동됨에 의해 발생한다. 결합부(31e)의 길이, 즉 제 1 및 제 2 코어층사이의 간격을 결합 길이라 한다. 충분한 결합 길이는 광파를 이동하게 한다.
이와 같이 구성된 방향성 결합기(31)에 있어서, 도 5의 화살표 A로 표시된 바와 같은 방향으로부터 결합기(31)에 입력된 파장 멀티프렉스된 광파는 이버네센트 결합의 수단에 의해 화살표 B로 표시된 방향을 따라 제 1 코어층(31c-1)을 통해 전파하는 유출 성분과, 화살표 D로 표시된 방향을 따라 제 2 코어층(31c-2)을 통해 전파하는 유출 성분으로 분리된다.
[마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서]
마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서는 유입 광파를 방향성 결합기내에 두 개의 광파로 분할하여, 광파를 다른 길이의 도파관을 통해 전파하고 그들은 다시 기타의 방향성 결합기내에 결합하는 도파관식 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서이다.
도 7은 마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(32)의 평면도이다. 도 8은 도 7의 C-C선을 따라 취한 단면도이다.
도 7 및 도 8에 있어서, 마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(32)는 실리콘 기판(32a)과, 하부 피복층(32b)과, 코어층(32c)과, 상부 피복층(32d)으로 이루어진다.
이산화 실리콘으로 구성되는 하부 및 상부 피복층(32b)(32d)은 빛제한기능을수행하도록 코어층(32c)을 둘러싸도록 형성된다.
코어층(32c)은 게르마늄이 투여된 이산화 실리콘으로 구성된 제 1 및 제 2 코어층(32c-1)(32c-2)을 가지는 광학 도파관이다. 빛은 코어층(32c)의 굴절 지수를 하부 및 상부 피복층(32b)(32d)의 것보다 더 크게 함에 의해 코어층(32c)내에 제한된다.
마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(32)는 제 1 및 제 2 코어층(32c-1)(32c-2)이 주어진 간격, 즉 10 ㎛이하의 간격으로 서로 근접하게 놓인 결합부(32e)(32f)를 가진다. 이러한 결합부에 있어서, 제 1 및 제 2 도파관(32c-1)(32c-2)사이의 광파의 이동은 이버네센트 결합에 의해 발생한다.
결합부(32e)(32f)사이의 거리L는 10mm정도를 가진다. 거리 L에 걸친 제 1 및 제 2 도파관(32c-1)(32c-2)사이의 광로 길이내의 차이ΔL는 마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(32)에 의해 분리된 파장사이의 간격을 결정한다. 예를 들면, 도파관위에 형성된 히터를 이용하여 그 굴절 지수와 광로 길이 차이 ΔL를 변하게 하고자 제 2 도파관(32c-2)을 가열함에 의해, 파장 간격이 용이하게 변화된다.
이와 같이 배열된 마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(32)에 있어서, 파장 멀티프렉스된 광파가 화살표 A의 방향으로부터 방향성 결합기(31)로 입력되는 경우, 유입 신호의 부분은 결합부(32e)에 있어서 제 2 도파관(32c-2)으로 이동된다. 광로 길이 차이는 제 2 도파관(32c-2)을 통해 전파하는 파장 멀티프렉스된 광파가 제 1 도파관(32c-1)을 통해 전파하는 파장 멀티프렉스된 광파에 대해 위상차이를 가지도록 한다. 결합부(32f)에 있어서, 멀티프렉스된 광파는 매우 정밀하게 결합되고 분리된다. 그 결과, 각각의 분리된 파들은 화살표 B 및 D로 표시된 바와 같이 각각 출력된다.
[간섭 필름 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서]
이러한 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서는 합성 필름, 즉 TiO2및 SiO2로 구성된 유전체 간섭 필름의 선택적 광-전송 성질을 이용한다.
도 9는 간섭 필름 필터타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(33)의 평면도이고, 도 10은 도 9의 C-C선을 따라 취한 단면도이다.
도 9 및 도 10에 있어서, 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(33)는 실리콘 기판(33a)과, 하부 피복층(33b)과, 코어층(33c) 과, 상부 피복층(33d)과, 유전체 간섭 필름(33e)으로 이루어진다.
이산화 실리콘으로 구성되는 하부 및 상부 피복층(33b)(33d)은 광제한기능을 수행하도록 코어층(33c)을 둘러싸도록 형성된다.
코어층(33c)은 게르마늄이 투여된 이산화 실리콘으로 구성된 광학 도파관이다. 빛은 코어층(33c)의 굴절 지수를 하부 및 상부 피복층(33b)(33d)의 것보다 더 크게 함에 의해 코어층(33c)내에 제한된다.
유전체 간섭 필름(33e)은 빛의 선택적 전송 성분의 성질을 가지며, 두께가 0.17㎛의 TiO2필름과 두께가 0.27㎛의 SiO2필름의 조성으로 구성된다. 유전체 간섭 필름(33e)이 빛성분을 정확하게 선택하기 위해서는, 필름이 광학 도파관(즉, 코어층(33c))에 대해 수직으로 놓여야 하는 것이 요구된다. 이 때문에, 유전체 간섭 필름(33e)은 코어층(33c)에 수직하도록 실리콘 기판(33a)에 형성된 홈으로 끼워진다.
도 9에 있어서, 화살표 A의 방향으로부터 코어층(33c)으로 향해진 파장 멀티프렉스된 광파는 유전체 간섭 필름(33e)에 의해 분할된다. 즉, 일부의 멀티프렉스된 광파는 화살표 B의 방향으로 유전체 간섭 필름(33e)을 통과하지만, 나머지 부분은 화살표 D의 방향으로 유전체 간섭 필름(33e)에 의해 뒤쪽으로 굴절된다.
광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)에 있어서, 간섭 필름 타입의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로(33)가 필터(30)로서 사용되면, 유전체 간섭 필름(33e)을 통과하는 멀티프렉스된 성분은 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)로 향해진다. 한편, 유전체 간섭 필름(33e)에 의해 뒤쪽으로 굴절된 멀티프렉스된 성분은 브랜치 도파관(70)을 경유하여 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)으로 향해진다.
지금 까지는, 방향성 결합기, 마흐-젠더 간섭 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로 및 간섭 필름 타입의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로가 광학 도파관 타입의 견지에서 설명되었다. 하지만, 이는 필터(30)가 광학 도파관 타입으로 제한됨을 의미하는 것은 아니다. 예를 들면, 렌즈와, 간섭 필름과, 광 파이버로 구성되는 WDM 회로가 필터로서 사용되었다 하더라도, 본 발명의 목적이 달성된다.
[입력 도파관 및 출력 도파관]
입력 도파관(40)은 입사 멀티프렉스된 광파를 필터(30)로 향하게 하는 도파관이다.
출력 도파관(55)은 결합되거나 분리되고자 하는, 즉 채널에 수적으로 대응하는 광파에 수적으로 대응하는 광 파이버가 평면내에 배열된 조립식의 도파관이다. AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)내에 분리된 각각 단일 파장을 가지는 각각의 광파는 출력 평탄 도파관(23e)과 대응하는 하나의 출력 도파관(55)을 통해, 채널에 수적으로 대응하는 대응하는 하나의 빛수신 모듈(도시하지 않음)로 향해진다.
[결합 도파관과 브랜치 도파관]
도 2A에 있어서, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)의 배열을 설명하였다.
결합 도파관(50)은 필터(30)를 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)와 결합한다. 필터(30)를 통과하는 멀티프렉스된 광파의 성분은 결합 도파관(50)을 통해 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)로 향해진다. 브랜치 도파관(70)은 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(즉, 도 2A의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)이 제 1 단계로서 취해질 때 제 2 단계로서의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛)을 필터와 광학적으로 접속한다. 필터(30)내에 차단된 멀티프렉스된 광파의 성분은 브랜치 도파관(70)을 거쳐 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)으로 향해진다.
이어서, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)의 작동을 설명한다.
AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)를 중심 주파수 λ1, λ2, λ3, λ4에서 4개의 파를 2Δλ의 채널 폭으로 분리하고, 출력 평탄 도파관(23e)으로부터 출력한다고 가정한다. AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 도 2B에 도시된 바와 같은 파장 특성을 가진다. 도 2B에 도시된 바와 같은, 파장 특성의 특징점은 메인 작동 파장 대역에서, 4개의 파의 각각의 손실이 균일하다는 것이다. 따라서, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)에서의 4개의 파의 각각의 손실은 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)이 광학-디멀티프렉싱을 위한 수단으로서 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)를 내장하기 때문에 실질적으로 일정한 것이다.
또한, 도 2A에 도시된 필터(30)가 도 2C에 도시된 바와 같은 파장 특성을 가지는 간섭 필름 필터라 하면, 즉, 중심 주파수 λ1, λ2, λ3, λ4에서 멀티프렉스된 신호를 함유하는 4개의 파를 수신할 때, 필터(30)는 결합 도파관(50)에 도 2C에 도시된 바와 같은 특성을 가지는 광파를 출력한다. 도 2C에 도시된 바와 같이, 필터(30)의 패스 대역은 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)의 전체 패스대역보다 넓고,(즉, λ1- Δλ내지 λ4 + Δλ의 패스대역), AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)의 적어도 전체 패스대역내의 손실은 실질적으로 일정하다.
도 2C에 도시된 파장 특성의 특징점은 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)에 의해 분리되고, 출력 도파관(23e)으로부터 출력된 광파의 손실이 낮은 것이다. 이는 본 발명의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)는 브랜치 도파관(70)에 의해 이어지는 단계로 출력되고자 하는 광파가 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)를 통과함이 없이 필터(30)만을 통과하도록배열되어 있기 때문이다.
중심 주파수 λ1, λ2, λ3, λ4,λ5, ㆍㆍㆍ,λ12에서 (증가하는 파장의 순서로 배열된) 총 12개의 멀티프렉스된 광파가 제 1 단계 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)의 입력 도파관(40)으로 향해진다고 하면, 필터(30)는 파장λ1, λ2, λ3, λ4에서의 4개의 신호가 통과하여 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)로 향하게 된다. 그후, AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 파장λ1, λ2, λ3, λ4에서의 4개의 신호를 분리하여 출력 도파관(23e)으로부터 출력한다.
한편, 필터(30)에 의해 차단된 파장 λ5내지λ12에서의 멀티프렉스된 광파는 브랜치 도파관(70)을 통해 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛으로 향해진다.
경험에 의하면, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)에 의해 분리된 각 광파의 중심 파장에서의 손실은 4개의 신호 모두 4.5dB ± 0.2dB의 정도를 가지므로서, 우수한 파장 균일성을 제공한다. 또한, 하나의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 브랜치 도파관(70)으로부터 출력된 각 광파의 손실은 메인 작동 파장 영역의 길고 짧은 파장 단부에서 0.7dB정도의 낮은 값으로 줄어들게된다.
도 2D는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)이 도 1에 도시된 바와 같이 3개의 단계에서 접속되는 경우, 각 단계에서의 메인 작동 파장 영역에 걸친 손실 특성을 나타낸다.
도 2D에 도시된 바와 같이, 제 1 단계 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)에 의해 분리된 4개의 파(λ1내지λ4)의 각각의 손실은 도 2B와 같이 4.5dB이다. 제 2 단계의 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)에 의해 분리된 각 파(λ5내지λ8)의 손실은 5.2dB이다. 제 3 단계의 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)에 의해 분리된 각 파(λ9지λ12)의 손실은 5.9dB이다. 즉, 본 실시예의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치에 따르면, 각 단계사이의 출력 신호 강도의 차이는 거의 제 1 및 제 3 단계사이의 1.4dB로 제한된다.
125 채널을 분리할 수 있는 AWG 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)을 사용하면, 3단계가 접속된 도 1의 예에서 375 파장을 분리할 수 있게 된다. 단계당 삽입 손실은 4.5dB 정도이고, 제 1 및 제 3 단계사이의 빛강도 레벨의 차이는 이상과 동일한 약 1.4dB로 억제된다.
전송 손실에 변화가 없고 낮은 전송 손실을 가지는 400 파장 근처의 멀티프렉싱/디멀티프렉싱은 본 발명에 의해 제일 처음 실현가능하게 되었다.
물론, 어떠한 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서도 선택적으로 사용될 수 있다. 125 채널이상을 분리할 수 있는 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서를 사용하면, 그 이상의 파장이 취급된다. 반대로, 예를 들면, 4채널에 적합한 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서를 사용할 수도 있게 된다. 또한, 각각 조합에 의해 다른 수의 채널에 적합한 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서를 사용하는 것이 가능하다.
이어서, 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)이 단계적으로 접속된 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)의 작동을 두 개의 예에 견지해서 설명한다.
[예 1]
광 통신용으로 사용된 광파의 광원은 반도체 레이저이다. 일반적으로, 반도체 레이저의 진동 파장은 그 활성층을 형성하고, 활성층 물질(예를 들면, GaAS-, AlGaAs-, InP-, GaInP-, AIGaInP-, 및 HgCdTe-베이스 물질)에 따라, 자외선 영역으로부터 가시 영역을 포함하는 전자기 스펙트럼의 적외선 영역까지 경계를 형성하는 반도체 물질의 금지된 대역폭(Eg)에 의해 결정된 기초 흡수 단부 파장에 인접하여 존재한다. 하지만, 실제가능한 파장 영역은 광파 전송 매체로서 광 파이버의 전송효율(광전송 인자)을 고려할 때 700내지 2000nm이다.
실제가능한 파장 범위는 1530내지 1610 nm(C 대역 + L 대역)이다. 그러므로, 예 1에 있어서, 파장 범위가 1530내지 1610nm이고, 채널 간격이 0.4nm이며, 채널의 총 수가 160채널(40채널×4단계)로 설정된 50GHz AWG로 만들어진 것이 사용된다.
이 예에 있어서, 사용된 필터(30)가 입력 도파관(40)으로부터 출력 도파관(55)으로 낮은 주파수 성분을 출력하는 저역 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서로 만들어진다. 이 예에 있어서, 대역패스 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서가 대신 사용될 수도 있다.
도 1에 있어서, 1530내지 1610nm 범위의 파장을 가지는 160 채널에 대한 멀티프렉스된 광파는 제 1 단계의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)의 입력 도파관(40)내에 향해진다. 멀티프렉스된 광파는 유입 광파가 1530내지 1550nm 범위내의 40채널에 대한 광파와 기타 파장 범위내의 120채널에 대한 광파(즉, 이 예에서 1550내지 1610nm)로 분리되는 필터(30)로 향해진다.
1530내지 1550nm 파장 범위의 40채널에 대한 광파는 결합 도파관(50)을 통해 각각 단일 파장을 가지는 40개의 개별파로 분할되는 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)로 향해지고, 이어서 출력 도파관(55)을 통해 이어지는 장치로 향해진다.
한편, 1550내지 1610nm 파장 범위내의 120채널에 대한 광파는 브랜치 도파관(70)과 접속 파이버(9)를 통해 제 2 단계의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)의 입력 도파관(40)으로 향해진다.
예 1에 있어서, 각각 단일 파장을 가지는 160 광파는 1530내지 1550nm, 1550내지 1570nm, 1570내지 1590nm 및 1590내지 1610nm 파장범위로 각각 분리되기에 적합한 4개의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(10)에 의해 분리된다.
이 예는 모든 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서가 저역 필터 및 디멀티프렉서 이외에는 동일하도록 배열되고, 40채널의 유닛내에 단계적으로 실행된다. 하지만, 본 발명의 목적은 다른 타입의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 단계적으로 접속되고, 디멀티프렉싱이 다른 수의 채널에서 단계적으로 실행되는 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서의 사용에 의해 달성된다.
본 예에 있어서, 160채널 멀티프렉스된 광파는 입력 도파관(40)으로 들어가고, 각각 단일 파장을 가지는 160 광파는 대응하는 하나의 출력 도파관(55)으로부터 각각 출력되므로, 다른 파장의 160 광파를 출력 도파관(55)으로 들어가게 하는 것이 가능하고, 그것을 멀티프렉스된 광파에 결합하고, 그것을 입력 도파관(40)으로부터 출력하는 것이 가능하다.
[예 2]
이하 예 2를 설명한다. 이 예는 하나의 채널을 위한 1550 nm 대역 회로로부터 4개의 채널을 위한 기존 1310nm 대역 회로로의 연장이다.
도 11은 예 2의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(60)을 설명하는데 사용되는 개략도이다. 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(60)은 그 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(63)가 4개의 출력 도파관(63e)을 가지고, 4개의 출력 도파관(55)과 필터(30)가 1310nm 대역내의 채널을 선택하는 것이외에는 도 2A에 도시된 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(11)과 배열이 동일하다.
1310nm 대역에 4개의 채널과 1550nm 대역에 하나의 채널을 포함하는 파장 멀티프렉스된 신호는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(60)의 입력 도파관(40)으로 향해진다. 멀티프렉스된 파는 필터(30)에 의해 1310nm 대역내에 4개의 채널을 포함하는 광파와 1550nm 대역내에 하나의 채널을 포함하는 광파로 분리된다.
1310nm 대역내에 4개의 채널을 포함하는 광파는 결합 도파관(50)을 통해 필터(30)로부터 각각 단일 파장을 가지는 개별파(채널)로 디멀티프렉스된 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(63)로 향해지고, 이어서, 출력 도파관으로부터 출력된다. 한편, 1550nm 대역내에 하나의 채널을 포함하는 광파는 브랜치 도파관(70)을 통해 필터(30)로부터 도시하지는 않았지만, 1550nm 대역의 광 리시버 모듈로 향해진다.
종래의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 시스템에 있어서, 매우 비경제적이지만, 5개 채널이상의 광파를 결합하거나 분리할 수 있는 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서를 사용할 필요성이 있다. 하지만, 도 11이 배열은 출력 도파관(63e)의 수가 4개인 기존 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서의 사용을 통해 경제적인 채널 팽창을 하게 된다. 더 이상의 채널 팽창은 하나이상의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 도 11에 도시된 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(60)에 접속함에 의해 용이하게 실행된다.
제 1 실시예의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(60)은 다음의 이점을 제공한다:
첫째, 결합되거나 분리된 채널의 수는 종래 시스템의 상호 채널 혼선 및 삽입 손실과 실질적으로 동일한 레벨이 되도록 하면서 용이하게 증가된다. 그 결과, 효율적 이용이 달성된다.
둘째, 어떠한 장비의 부가는 기존 설비를 폐기함이 없이 통신 성능을 증가하게 한다. 즉, 통신 규모가 저렴하게 팽창된다.
셋째, 본 발명의 시스템은 동일한 형상의 모듈로부터 만들어진다. 그래서, 본 시스템은 저렴한 가격으로 용이하게 제조된다.
넷째, AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서가 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치에 사용되기 때문에, 16이상의 광파가 하나의 단계에서 결합되거나 분리된다.
[제 2 실시예]
제 2 실시예는 현재 사용하는 파장 대역으로부터 비교적 크게 벗어난 파장 대역내에 채널을 부가하는데 효과적이다. 이러한 경우에 있어서, 각각의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 필터가 이어지는 유닛으로의 정밀한 전송으로 광파를디멀티프렉싱하도록 하는 것은 곤란하다. 이는 필터가 그 패스대역으로부터 크게 벗어난 파장 대역에서 현저히 큰 양의 감쇠를 가지기 때문이다.
제 2 실시예는 충분히 벗어난 파장 대역까지 연장가능한 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치에 관한 것이다. 특정 예로서, 1300nm 대역이 1550nm 대역에 부가된 경우를 가정한다.
도 12A는 제 2 실시예의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치내의 제 1 단계 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(100)을 도시한다. 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛은 필터(35)가 제 2 필터(30)에 이어져 있는 것을 특징으로 한다.
도 12A에 있어서, AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 1550nm 대역내의 16 연속 채널에 대응하는 파를 결합하거나 분리한다. AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)에 의해 분리된 광파의 파장 특성은 도 13A에 도시된다.
제 2 필터(30)는 도 13B에 도시된 바와 같은 패스대역 특성을 가진다. 제 1 필터(35)는 도 13C에 도시된 바와 같은 1400nm에 근접하는 컷오프(cutoff) 파장을 가지는 고역 필터이다.
광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(100)의 작동을 도 12B를 참조하면서 이하에 설명한다.
도 12B에 있어서, 첫째, 1550nm 대역내의 16 연속 채널에 대응하는 16파(λ1내지 λ16)에 덧붙여서, 파장 멀티프렉스된 파는 16파(λ17내지 λ32)를 추가로 포함하고, 1300nm내에 8파가 입력 도파관(40)을 경유하여 필터(35)에 입력된다.
필터(35)에 있어서, 멀티프렉스된 파는 1550nm 대역내에 32 연속파(λ1내지 λ32)를 포함하는 제 1 멀티프렉스된 광파와 1300nm 대역내에 8파를 포함하는 제 2 멀티프렉스된 광파로 분할된다. 제 1 멀티프렉스된 광파는 필터(35)를 통과하여 제 2 필터(35)로 들어간다. 한편, 제 2 멀티프렉스된 광파는 필터(35)를 통과하지 않고, 제 1 브랜치 도파관(71)을 경유하여 1300nm 대역에 적합한 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(102)으로 향해진다.
제 2 필터(30)로 향해진 파장 멀티프렉스된 파는 1550nm 대역내의 연속하는 16채널에 대응하는 16파(λ1내지 λ16)를 포함하는 멀티프렉스된 파와, 1550nm 대역내에 연속하는 16채널에 대응하는 16파(λ17내지 λ32)를 포함하는 멀티프렉스된 파로 분리된다. 예를 들면, 1550nm 대역내의 16파(λ1내지 λ16)는 제 2 필터를 통과하여 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)로 들어간다. 한편, 1550nm 대역내의 16연속 파(λ17내지 λ32)는 제 2 브랜치 도파관(70)을 경유해서 1550nm 대역내의 파(λ17내지 λ32)에 적합한 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(101)으로 향해진다.
이러한 형태는 팽창 파장 대역이 기존 장치와 부합된 것과 크게 벗어난다 하더라도 팽창을 용이하게 한다.
[제 3 실시예]
본 발명의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치는 각각 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와 선행 필터를 조합해서 사용하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 누진적으로 접속함에 의해 팽창가능한 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱을 충족한다. 다중 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 이용하는 유용한 파장 대역을 팽창함에 있어서, AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서는 그 작동 파장 대역내에서 서로 다른 각 유닛내에 사용된다. 그래서, 작동 파장 대역내에서 다른 복수의 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서에 대한 준비가 있어야 하므로, 제조비용이 증가된다.
도 14에는 상기 문제를 해소하고자 제 3실시예에 따른 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(110)가 도시된다. 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(110)내에 포함된 각각의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(120)-(123)은 작동 파장 대역내에서 다른 다중 AWGs로 형성된 AWG 칩을 사용한다. 도 14에 있어서, 제 1 AWG(81)와 제 2 AWG(82)가 교차 배열된 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(80)가 예시된다. 이 실시예에 있어서, 제 1 AWG(81)의 작동 파장 대역은 λ1내지 λ16이고, 제 2 AWG(82)의 작동 파장 대역은 λ17내지 λ32이다.
제 1 및 제 2 AWG(81)(82)가 교차 배열된 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(80)로 각각 이루어진 이러한 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 사용은 도 14에 도시된 바와 같이 일종의 AWG 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(120)을 이용하여 큰 파장 팽창가능성을 제공한다. 도 14에 있어서, 제 1 단계 AWG 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(120)은 메인 작동 파장 대역이 λ1내지 λ8을 가지는 8파 AWG를 사용하는 것으로 가정한다. 이는 유닛(120)내의필터(30)가 λ1내지 λ8의 메인 작동 파장 대역을 통과하는 대역패스 필터이기 때문이다. 제 2 단계 AWG 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(121)은 예를 들면, λ9내지 λ16의 메인 작동 파장 대역 범위를 가지는 8파 AWG를 사용한다. 그래서, 필터(30)의 패스대역은 λ9내지 λ16범위에 있다.
추가의 팽창을 위해, AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(80)에 제공된 두 개의 AWGs의 제 2 AWG(82)가 간단히 사용된다. 도 14에 도시된 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치(100)는 브랜치 도파관(70)의 사용을 통해 4단계로 팽창된다. 유닛(122)은 λ17내지 λ24의 메인 작동 파장 범위를 가지는 AWG(82)를 사용하며, 필터(30)는 λ17내지 λ24를 통과하는 대역패스 필터이다. 유닛(123)은 λ25내지 λ32의 메인 작동 파장 범위를 가지는 AWG(82)를 사용하고, 필터는 λ25내지 λ32를 통과하는 대역패스 필터이다. 다른 팽창은 요구된 바와 같은 낮은 단계를 추가로 접속함에 의해 허여된다.
상술한 형태에 따르면, 넓은 파장 대역에 걸친 팽창가능성이 작동 파장 대역내에서와 다른 다중 AWGs를 각각 가지는 다중 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛으로부터 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치를 만듬에 의해 저렴한 비용으로 실현된다.
[제 4 실시예]
제 4 실시예는 제 1내지 제 3 실시예의 각각과 동일한 기능을 실행하지만,구조는 다르다. 즉, 이 실시예의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서로 이루어진 각각의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛은 단일의 실리콘 칩상에 단일적으로 집적된다.
도 15는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)의 평면도이다. 도 2A와의 대응을 표시하기 위해, 도 15에 있어서, 필터(30)와 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)는 점선으로 들러싸서 각각 도시된다. 상술한 바와 같이, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)은 단일의 실리콘 칩상에 단일적으로 집적된다. 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)의 측면은 도 4로부터 변하지 않은 채로 유지된다.
광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)은 다음의 공정에 의해 제조된다. SiO2로 구성된 하부 피복층(22)은 실리콘 기판(21)상에 형성되고, 게르마늄이 투여된 SiO2로 구성된 코어층은 하부 피복층위에 형성된다. 자연적으로, 코어층(23)의 굴절 지수는 하부 피복층(22)의 것보다 더 크다.
그 후, 코어층(23)은 도 15에 도시된 바와 같은 패터닝을 받게되고, 상부 피복층(24)이 형성되어 하부 피복층(22)의 때처럼 SiO2로 구성된다.
이와 같이 형성된 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)에 있어서, 각각의 성분과 각 도파관사이의 광학 접속점이 연속하는 집적된 형태로 형성된 것은 없게 된다. 그러므로, 광파는 낮은 감쇠로 전파된다.
필터(30)를 위한 간섭 필름 필터 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로를 사용하기 위해서는, 광학 도파관에 수직하도록 유전체 간섭 필름을 제공하는 것이 요구된다. 이 경우에 있어서, 유전체 간섭 필름은 그 중량에 의해 떨어지면서 지그를 사용하여 도파관으로 안내되어 매우 정확하게 수직으로 도파관에 첨착된다. 이 실시예는 제 1 실시예와 동일하다.
본 실시예에 있어서, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)은 도 15에 도시된 각 성분을 단일적으로 집적하는 단일 코어층(23)으로 이루어지도록 형성되지만, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)을 제한하는 것은 아니다. 예를 들면, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛(130)이 각각 성분을 단일적으로 집적하는 복수의 코어층으로 이루어지도록 형성될 수도 있다. 더구나, 단일 코어층(23)내에 모든 성분을 집적할 필요는 없다. 즉, 일부 성분, 예를 들면, 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서(20)등은 코어층(23)내에 단일적으로 집적되고, 각각의 기타 성분, 예를 들어 필터(30), 브랜치 도파관(70)등은 개별적 장치로서 배열될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예에 의거 설명되지만, 실시예로 제한되는 것은 아니다. 본 발명은 그 형태 및 정신을 벗어남이 없이 기타의 형태로 실행될 수도 있다.
예를 들면, 상기 실시예들에 있어서, 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 이용가능한 작동 파장 영역을 팽창하기위해 단계적으로 접속되면, 사용된 필터또는 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서에 따라 손실 파장 영역이 발생한다. 이는 예로서, 작동 파장 대역이 λ1내지 λ4인 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 작동 파장 대역이 λ5내지 λ8인 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 의해 추종되는 도16A, 도 16B, 도 17A 및 도 17B를 참조하여 설명한다.
도 16A은 선행하고 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛내의 각각의 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서의 파장 특성을 도시한다. 도 16B는 선행하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛내의 필터의 파장 특성(λ1내지 λ4)과, 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛내의 필터의 파장 특성(λ5내지 λ8)을 도시한다.
도 16B에 도시된 바와 같이, 각 필터의 특징은 선행 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 의해 분리된 최상 채널과 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 의해 분리된 최하 채널사이를, 즉 λ4와 λ5사이를 날카롭게 변한다. 이러한 경우에 있어서, 손실 파장 영역이 두 개의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 발생하지 않아서, 채널은 연속적으로 사용된다.
도 16A에 도시된 파장 특성을 가지는 AWG 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 도 17B에 도시된 파장 특성을 가지는 필터가 선행 및 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 형성하도록 결합되면, 한편으로, 손실 파장 영역이 두 개의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 발생한다.
즉, 도 17B에 도시된 바와 같이, 선행 및 이어지는 필터의 각각은 전송인자가 λ4내지 λ6의 범위내에서 변하는 특징을 가진다. 그래서, 선행 및 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 있어서, 손실은 λ5에 인접하는 파장 영역에서높게 되어, 적절한 디멀티프렉싱을 행할 수 없게 된다.
이러한 경우에 있어서, 추가 파장은 선행 및 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛사이에 주어진 간격을 유지하기 보다 오히려, 선행 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 파장 대역에 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 파장 대역을 연속적으로 추가함에 의해 설정된다. 예를 들면, 도 17A에 도시된 바와 같이, λ5의 파장을 바꾸고, λ5내지 λ9의 작동 파장 영역을 가지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 신규로 사용되어야 한다.
상술한 개념에 따르면, 파장 팽창은 그 이상의 가소성을 실현한다. 예를 들면, 16 파장은 선행 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 위한 1.51㎛ 대역으로부터 선택되고, 8 파장은 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛을 위한 1.55㎛ 대역으로부터 선택된다. 이러한 형태를 가지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치는 최기에 사용된 파장 대역에 연속하는 파장 대역에 대해서 뿐만아니라 그것에서 벗어난 파장 대역에 대해서 팽창하게 한다.
추가의 이점과 변형예는 당업자라면 용이하게 만들 수 있으므로, 보다 넓은 양태에 있어서의 본 발명은 본 명세서에 도시되어 설명된 특정의 상세하고 대표적인 실시예로 제한되는 것은 아니다. 따라서, 여러 변형이 수록된 청구범위와 그 등가물에 의해 정의된 바와 같은 포괄적 발명 개념의 정신과 형태로부터 벗어남이 없이 행해질 수도 있음은 물론이다.
Claims (17)
- 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 있어서,파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 제 1 도파관과,파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 도파관으로부터 제 1 파장대역내의 제 1 광파와 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하도록 제 1 도파관과 광학적으로 접속된 필터 수단과,제 1 파장 대역내의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학-디멀티프렉싱하는 수단과,제 2 파장 대역내의 제 2 광파를 이어지는 광학 수단으로 배향하는 제 2 도파관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광학-디멀티프렉싱 수단은 작동 파장 대역내에서 서로 다른 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 광학-디멀티프렉싱 수단은 어레이된 도파관 그레이팅 회로인 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛.
- 제 1 항에 있어서, 상기 필터 수단은 고역 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 저역 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 대역패스 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티트렉서의 하나인 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛.
- 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 있어서,파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 제 1 도파관과,파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 도파관으로부터 제 1 파장 대역내의 제 1 광파와 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하도록 제 1 도파관과 광학적으로 접속된 제 1 필터 수단과,제 1 파장 대역내의 제 1 광파를 제 1 필터 수단으로부터 제 3 파장 대역내의 제 3 광파와 제 4 파장 대역내의 제 4 광파로 분리하도록 제 1 필터 수단과 광학적으로 접속된 제 2 필터 수단과,제 3 파장 대역내의 제 3 파장을 제 2 필터 수단으로부터, 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학 디멀티프렉싱하는 수단과,제 2 파장 대역내의 제 2 광파를 제 1 필터 수단으로부터, 이어지는 광학 수단으로 출력하는 제 2 도파관과,제 4 파장 대역내의 제 4 광파를 제 2 필터 수단으로부터 이어지는 광학 수단으로 출력하는 제 3 도파관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛.
- 제 5 항에 있어서, 상기 광학-디멀티프렉싱 수단은 어레이된 도파관 그레이팅 회로인 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 필터 수단의 각각은 고역 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 저역 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 대역패스 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티트렉서의 하나인 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛.
- 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛에 있어서,기판과,기판상에 적층된 제 1 피복층과,상기 제 1 피복층상에 적층된 코어 층과,상기 코어 층상에 적층된 제 2 피복층으로 구성되며,상기 코어 층은파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 제 1 도파관과,파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 도파관으로부터 제 1 파장대역내의 제 1 광파와 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하도록 제 1 도파관과 광학적으로 접속된 필터 수단과,제 1 파장 대역내의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학-디멀티프렉싱하는 수단과,제 2 파장 대역내의 제 2 광파를 이어지는 광학 수단으로 배향하는 제 2 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛.
- 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치에 있어서,작동 파장 대역내에서 서로 다른 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 계층적으로 접속되어 이루어지며, 각각의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛은 상기 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 하나에 따른 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 광학-디멀티프렉싱 수단은 어레이된 도파관 그레이팅 회로인 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 필터 수단은 고역 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 저역 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서와, 대역패스 필터 타입의 광학 멀티프렉서/디멀티프렉서의 하나인 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛은 최단 파장 대역으로 시작하는 작동 파장 대역의 순서대로 접속되는 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛은 최장 파장대역에서 시작하는 작동 파장 대역의 순서대로 접속되는 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 광학-디멀티프렉싱 수단은 작동 파장 대역내에서 서로 다른 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치.
- 작동 파장 대역내에서 서로 다른 복수의 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛이 계층적으로 접속된 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치에 있어서, 상기 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 각각이,파장 멀티프렉스된 광파를 수신하는 제 1 도파관과,파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 도파관으로부터 대응하는 작동 파장 대역을 가지는 제 1 광파와 기타 파장 대역을 가지는 제 2 광파로 분리하도록 제 1 도파관과 광학적으로 접속된 필터 수단과,상기 필터 수단으로 부터의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학-디멀티프렉싱하는 수단과,상기 필터 수단으로 부터의 제 2 광파를 이어지는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 유닛의 제 1 도파관으로 배향하는 제 2 도파관으로 이루어진 것을 특징으로하는 광학 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 장치.
- 입사 파장 멀티프렉스된 광파를 단계적으로 다른 파장 대역으로 디멀티프렉싱하는 방법에 있어서,파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 파장 대역내의 제 1 광파와 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 분리하여 제 1 파장 대역내의 제 1 광파를 각각 단일 파장을 가지는 개개의 광파로 디멀티프렉싱하는 제 1 단계와,제 2 파장 대역내의 제 2 광파를 특정 파장 대역내의 파장 멀티프렉스된 광파와, 나머지 파장 대역내의 광파로 분리하고, 특정 파장 대역내의 파장 멀티프렉스된 광파를 개개의 광파로 디멀티프렉싱하며, 파장 멀티프렉스된 광파내에 포함된 다른 파장의 모든 광파가 분리될 때까지 제 1 단계에 이어서 반복되는 제 2 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
- 입사 파장 멀티프렉스된 광파를 다른 파장 대역으로 디멀티프렉싱하는 방법에 있어서,파장 멀티프렉스된 광파를 제 1 파장 대역내의 제 1 광파와, 제 2 파장 대역내의 제 2 광파로 제 1 필터 수단에 의해 분리하고, 제 1 광파를 이어지는 광학 수단에 출력하고, 제 2 광파를 제 2 필터수단에 출력하는 제 1 단계와,제 1 광파를 제 1 필터 수단으로부터 제 3 파장 대역내의 제 3 파장과, 제 4 파장 대역내의 제 4 광파로 제 2 필터 수단에 의해 분리하고, 제 3 광파를 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 수단으로 출력하고 제 4 광파를 이어지는 광학 수단으로 출력하는 제 2 단계와,제 3 광파를 멀티프렉싱/디멀티프렉싱 수단으로부터 각각 단일 파장을 가지는 광파로 광학 디멀티프렉싱하는 제 3 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
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