KR20010099192A - 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기 - Google Patents

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Abstract

다중 모드 간섭 을 이용하여, 소정의 폭과 길이를 갖는 스트롱 가이딩(strong guiding) PLC 도파로 구조의 광감쇄기에 있어서, 다중 모드 도파로와 온도 조절용 전극이 부착되어 있는 단일 모드 도파로로 구성하여 입력 광신호를 다중 모드 간섭에 의한 위상변화 및 열광학 효과에 의한 위상변화로써 원하는 크기의 광전력을 분배하여 하는 것을 특징으로 하는 광감쇄기를 제안하는 바, 기존의 굽은 도파로를 모두 배제할 수 있어 제작허용 오차를 넓힐 수 있고, 임의의 광전력 분포를 얻기 위한 결합기의 길이가 짧아지며, 온도 조절용 인가 전압을 낮춤으로써 소비 전력을 줄일 수 있다.

Description

다중 모드 간섭을 이용한 가변 광감쇄기{Adaptive optical attenuator using multi-mode interference}
가변 광감쇄기는 통신용 광회로에 있어서, 광신호의 전송을 제어하기 위한 중요한 광소자 중 하나로서, WDM (Wavelength Division Multiplexing)system의 각 채널간의 광전력 균등화를 위한 Add/Drop 기능을 한다. 또한, EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)의 총 전력이 변화할 경우, 파장에 따른 출력변화의 발생을 방지하기 위해 Gain을 평탄화한다. 가변 광감쇄기는 수신단 신호의 크기를 제어하기 위해서도 사용되고 있다. 수신단의 최대 신호 크기에 따라 수신 신호의 크기를 제어하여 수신측에서 과부하가 인가되지 않게 한다.
종래의 광감쇄기의 기술은 광섬유를 이용한 섬유형이 사용되었으나, 이 기술은 제조 공정의 복합성뿐만 아니라 낮은 수율로 인한 고가격 및 부피가 커지는 문제점이 있다. 또한 기존의 PLC(Planar Lightwave Circuits)광감쇄기(한국특허공개번호, 특1999-0020073) 는 방향성 결합기를 사용하기 때문에 소자의 길이와 폭이 커지고, 낮은 제작 허용오차의 문제점이 있다.
또한 방향성 결합기로 인해 굽은 도파로를 여러 부분에 사용하여야 하기 때문에 소자의 길이가 더욱 길어지게 되고, 손실도 커지게 된다.
본 발명은 이에 대한 대안으로 다중 모드 간섭 이론을 이용하여, 소정의 폭과 길이를 갖는 스트롱 가이딩(strong guiding) PLC 도파로 구조의 광감쇄기에 있어서, 제1 다중 모드 도파로, 제2 다중 모드 도파로, 그리고 온도 조절용 전극이 부착되어 있는 제1 단일 모드 도파로와 제2 단일 모드 도파로로 구성하여 입력 광신호를 다중 모드 간섭에 의한 위상변화 및 열광학 효과에 의한 위상변화로써 원하는 크기의 광전력을 분배하여 하는것을 특징으로 하는 광감쇄기를 제안한다.
도 1은 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기의 제1 실시예.
도 2는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기의 제2 실시예.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 제1 다중 모드 도파로 2 : 제2 다중 모드 도파로
3 : 제1 단일 모드 도파로 4 : 제2 단일 모드 도파로
5 : 제3 다중 모드 도파로 6 : 제4 다중 모드 도파로
7 : 제3 단일 모드 도파로 8 : 제4 단일 모드 도파로
9 : 온도 조절용 전극
광신호가 다중 모드 도파로에 입력되어 진행하면서 입력 광신호의 분배가 일어나고, 특정한 길이에서 모드간의 보강 간섭에 의하여 입력 광신호에서 여기된 파의 상을 재생시킨다. 이것은 자기상 맺힘이라고 하는 광 고유의 특성으로, 도파로의 진행 방향에 따라 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 상을 만들게 되는 현상이다(J. Lightwave Technol., vol.13 p.615, 1995.). 여기서, 쌍간섭(paired interference) 원리를 적용하여, K개의 출력파형을 얻을 수 있는 다중 모드 도파로의 최단거리는이며,이고,는 입력 광신호의 파장,은 각각 다중 모드 도파로의 유효 굴절률과 유효 폭이다.
다중 모드 간섭을 이용한 PLC 도파로형 광감쇄기의 제1 실시예는 제1도에 보인 바와 같이, 소정의 폭과 길이를 갖는 스트롱 가이딩(strong guiding) 도파로 구조의 제1 다중 모드 도파로(길이폭두께 d), 제2 다중 모드 도파로(길이폭두께 d), 그리고 온도 조절용 전극이 부착되어 있는 제1 단일 모드 도파로(길이폭두께 d)와 제2 단일 모드 도파로(길이폭두께 d)로 구성이 되어 있다.
입력 광신호는 제1 다중 모드 도파로의지점에 위치한 입력단에 전달되며, 상기 입력 광신호는 제1 다중 모드 도파로를 진행하는 동안 쌍간섭(paired interference)에 의해 270° 위상의 차이를 갖고 50 : 50 비율로 분배되어 제1 다중 모드 도파로의과지점에 위치 한 출력단에 나타난다. 제1 다중 모드 도파로 각각의 출력단에 연결되어 있는 제1 단일 모드 도파로 및제2 단일 모드 도파로는, 열광학 효과에 의해서 유효 굴절률이 변화되도록, 온도 조절용 전극이 부착되어 있다. 제1 단일 모드 도파로 및 제 2단일 모드 도파로를 진행하는 각각의 광신호는 변화된 유효 굴절률에 의해 원하는 위상의 변화(0° ∼180°)를 갖는다. 가변된 위상의 광신호는 제2 다중 모드 도파로의및의 입력단에 전달되며, 입력된 각각의 광신호는 제2 다중 모드 도파로를 진행하는 동안 쌍간섭(paired interference)에 의해 270° 위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 제2 다중 모드 도파로의과지점에 위치한 출력단으로 진행된다. 이때 제2 다중 모드 도파로의 출력단에 나타나는 각각의 광신호는, 열광학 효과에 의해 가변된 위상(0° ∼180°) 및 다중 모드 간섭에 의한 270° 위상이 합성되어 상쇄되거나 증가되어, 원하는 광전력 분포를 만들수 있다.
다중 모드 간섭을 이용한 PLC 도파로형 광감쇄기의 제2 실시예는 제2도에 보인 바와 같이, 소정의 폭과 길이를 갖는 스트롱 가이딩(strong guinding) 도파로 구조의 제1 다중 모드 도파로(길이폭두께 d), 제2 다중 모드 도파로(길이폭두께 d), 그리고 온도 조절용 전극이 부착되어 있는 제1 단일 모드 도파로(길이, 폭두께 d)와 제2 단일 모드 도파로(길이폭, 두께 d)로 구성이 되어 있다.
입력광신호는 제1 다중 모드 도파로의지점에 위치한 입력단에 전달되며, 상기 입력 광신호는 제1 다중 모드 도파로를 진행하는 동안 일반간섭(generalinterference)에 의해 0° 위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 제1 다중 모드 도파로의과지점에 위치한 출력단에 나타난다. 제1 다중 모드 도파로 각각의 출력단에 연결되어 있는 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로는, 열광학 효과에 의해서 유효 굴절률이 변화되도록, 온도 조절용 전극이 부착되어 있다. 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로를 진행하는 각각의 광신호는 변화된 유효 굴절률에 의해 원하는 위상의 변화(0° ∼180° )를 갖는다. 가변된 위상의 광신호는 제2 다중 모드 도파로의및의 입력단에 전달되며, 입력된 각각의 광신호는 제2 다중 모드 도파로를 진행하는 동안 쌍간섭(paired interference)에 의해 270° 위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 제2 다중 모드 도파로의과지점에 위치한 출력단으로 진행된다. 이때 제2 다중 모드 도파로의 출력단에 나타나는 각각의 광신호는, 열광학효과에 의해 가변된 위상(0° ∼180° ) 및 다중 모드 간섭에 의한 270° 위상이 합성되어 상쇄되거나 증가되어, 원하는 광전력 분포를 만들 수 있다.
다중 모드 간섭을 이용한 PLC 도파로형 광감쇄기의 제3 실시예는 제3도에 보인 바와 같이, 상기 제1 실시예와 제2 실시예의 광감쇄기를 두 개 이상 조합으로 직렬 연결하여 추가의 광감쇄 기능을 구현할 수 있다. 소정의 폭과 길이를 갖는 스트롱 가이딩(strong guiding) 도파로 구조의 제1 다중 모드 도파로(길이폭두께), 제2 다중 모드 도파로(길이폭두께), 그리고 온도 조절용 전극이 부착되어 있는 제1 단일 모드 도파로(길이폭두께)와 제2 단일 모드 도 파로(길이폭두께)로 구성된 제1 광감쇄기와, 제3 다중 모드 도파로(길이폭두께), 제4 다중 모드 도파로(길이폭두께), 그리고 온도 조절용 전극이 부착되어 있는 제3 단일 모드 도파로(길이폭두께)와 제4 단일 모드 도파로(길이폭두께)로 구성된 제2 광감쇄기가 직렬형태로 연결되어 구성된다.
입력 광신호는 제1 광감쇄기의 제1 다중 모드 도파로의 입력단에 전달되며, 상기 입력 광신호는 제1 다중 모드 도파로를 진행하는 동안 쌍간섭 또는, 일반 간섭에 의해 0° 또는 270° 위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 제1 다중 모드 도파로의 출력단에 나타난다. 제1 다중 모드 도파로 각각의 출력단에 연결되어 있는 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로는, 열광학 효과에 의해서 유효 굴절률이 변화되도록, 온도 조절용 전극이 부착되어 있다. 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로를 진행하는 각각의 광신호는 변화된 유효 굴절률에 의해 원하는 위상의 변화(0° ∼180° )를 갖는다. 가변된 위상의 광신호는 제2 다중 모드 도파로의 입력단에 전달되며, 입력된 각각의 광신호는 제2 다증 모드 도파로를 진행하는 동안 다중 모드 간섭에 의해 0° 또는 270° 위상의 차이를 갖고 50:50비율로 분배되어 제2 다중 모드 도파로의 출력단으로 진행된다. 이때 제2 다중 모드 도파로의 출력단에 나타나는 각각의 광신호는, 열광학 효과에 의해 가변된 위상( 0° ∼180° ) 및 다중 모드 간섭에 의하여 변화된 위상이 합성되어 상쇄되거나 증가되어, 원하는 광전력 분포를 만들 수 있다. 그리고 추가의 광감쇄를 위하여, 제1 광감쇄기의 출력 광신호는 제2 광감쇄기의 제3 다중 모드 도파로의 입력단에 전달되며, 상기 입력 광신호는 제3 다중 모드 도파로를 진행하는 동안 다중 모드 간섭에 의해 0° 또는 270° 위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 제3 다중 모드 도파로의 출력단에 나타난다. 제3 다중 모드 도파로 각각의 출력단에 연결되어 있는 제3 단일 모드 도파로 및 제4 단일 모드 도파로는, 열광학 효과에 의해서 유효 굴절률이 변화되도록, 온도 조절용 전극이 부착되어 있다. 제3 단일 모드 도파로 및 제4 단일 모드 도파로를 진행하는 각각의 광신호는 변화된 유효 굴절률에 의해 원하는 위상의 변화(0° ∼180° )를 갖는다. 가변된 위상의 광신호는 제4 다중 모드 도파로의 입력단에 전달되며, 입력된 각각의 광신호는 제4 다중 모드 도파로를 진행하는 동안 다중 모드 간섭에 의해 270° 위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 제4 다중 모드 도파로의 출력단으로 진행된다. 이때 제4 다중 모드 도파로의 출력단에 나타나는 각각의 광신호는, 열광학 효과에 의해 가변된 위상(0° ∼180° ) 및 다중 모드 간섭에 의한 위상이 합성되어 상쇄되거나 증가되어, 원하는 광전력 분포를 만들 수 있다.
광감쇄기를 구성함에 있어, 다중 모드 도파로를 사용함으로써 기존의 단일 모드 도파로 및 굽은 도파로를 모두 배제할 수 있어 제작허용 오차를 넓힐 수 있고, 임의의 광전력 분포를 얻기 위한 결합기의 길이가 짧아지며, 온도 조절용 인가 전압을 낮춤으로써 소비 전력을 줄일 수 있다.

Claims (8)

  1. 소정의 폭과 길이를 갖는 스트롱 가이딩(strong guiding) 도파로 구조의 광감쇄기에 있어서, 제1 다중 모드 도파로의 일측에 입력 광신호를 직접 혹은 전송로를 통하여 커플링하며, 제1 다중 모드 도파로의 반대측에 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로를 직접 연결하고, 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로의 다른 측에 제2 다중 모드 도파로의 입력단이 직접 연결되어, 제1 다중 모드 도파로 및 제2 다중 모드 도파로에서의 위상 변화 및 제1 단일 모드 도파로와 제2 단일 모드 도파로에 부착된 전극에 의한 열광학 효과로 가변된 위상의 합성으로, 소정의 광전혁 분포가 제2 다중 모드 출력만에 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기
  2. 제1항에 있어서, 제1 다중 모드 도파로 및 제2 다중 모드 도파로의 길이는, 적용되는 광파장 및 도파로의 재질에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기.
  3. 제1항에 있어서, 제1 다중 모드 도파로 및 제2 다중 모드 도파로의 각각의 입력단 및 출력단은 폭 방향에 대해 3등분점 또는 2등분점에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기.
  4. 제1항에 있어서, 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로에 부착된 전극에 의한 열광학 효과로 가변되는 위상이 0° ∼180° 인 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기.
  5. 소정의 폭과 길이를 갖는 스트롱 가이딩(strong suiding) 도파로 구조의 광감쇄기에 있어서, 제1 다중 모드 도파로의 일측에 입력 광신호를 직접 혹은 전송로를 통하여 커플링하며, 제1 다중 모드 도파로의 반대측에 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로를 직접 연결하고, 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로의 다른 측에 제2 다중 모드 도파로의 입력단이 직접 연결되어, 제1 다중 모드 도파로 및 제2 다중 모드 도파로에서의 위상 변화 및 제1 단일 모드 도파로와 제2 단일 모드 도파로에 부착된 전극에 의한 열광학 효과로 가변된 위상의 합성으로, 소정의 광전력 분포가 제2 다중 모드 출력단에 전달되도록 하는 광감쇄기를 소정의 개수 직렬로 추가 연결하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기.
  6. 제5항에 있어서, 개개의 광감쇄기의 제1 다중 모드 도파로 및 제2 다중 모드 도파로의 길이는, 적용되는 광파장 및 도파로의 재질에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기.
  7. 제5항에 있어서, 개개의 광감쇄기의 제1 다증 모드 도파로 및 제2 다중 모드도파로의 각각의 입력단 및 출력단은 폭 방향에 대해 3등분점 또는 2등분점에 위치하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기.
  8. 제5항에 있어서, 개개의 광감쇄기의 제1 단일 모드 도파로 및 제2 단일 모드 도파로에 부착된 전극에 의한 열광학 효과로 가변되는 위상이 0° ∼180° 인 것을 특징으로 하는 다중 모드 간섭을 이용한 광감쇄기.
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