KR20020084092A - 변조기와 함께 집적된 감쇠기 및 이를 사용한ｗｄｍ시스템에 대한 전송 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평면 기판에 집적된 광학 장치에 관한 것으로, 마하-젠더 변조기에 광학적으로 결합된 Y-분기 감쇠기를 포함한다. 또한 상기 장치는 Y-분기 감쇠기와 마하-젠더 변조기 사이의 유도되지 않은 방사선에 의해 야기되는 크로스토크를 감소시키기 위한 수단을 포함한다. 일실시예에서, 크로스토크의 감소는 Y-분기 감쇠기의 하나의 암에 마하-젠더 변조기를 연결함으로써 획득된다. 또한, 본 발명은 집적 장치를 포함하는 전송 모듈을 포함한다.

Description

변조기와 함께 집적된 감쇠기 및 이를 사용한 ＷＤＭ시스템에 대한 전송 모듈{ATTENUATOR INTEGRATED WITH MODULATOR AND TRANSMITTING MODULE FOR WDM SYSTEM USING THE SAME}

시내 및 시외 광통신 네트웍 모두에 대한 미약한 광 신호를 증폭하기 위한 에르븀 도핑 처리된 섬유 증폭기(EDFA)를 사용하는데 상당한 관심이 있다. 순토양 도핑 처리된 광학 증폭 섬유는 저가격이고, 낮은 잡음을 나타내며, 편파 종속이 아닌 상대적으로 큰 대역폭을 제공하고, 실질적으로 감소된 크로스토크 문제을 보여주며, 광통신에서 사용되는 관련된 동작 파장에서 낮은 삽입 손실을 나타낸다.

현재 특정 관심부는 기존의 광섬유 통신 시스템의 용량을 증가하는 것이다. 에르븀 도핑 처리된 섬유 증폭기 기술에서의 최근 발전은 증가된 용량은 파장 분할 다중화(WDM) 채널로 최상으로 획득될 수 있다고 제안한다.

광통신 시스템에서 WDM 채널을 실행하는데 주요 문제점은 이득 등화의 결여이다. 더 상세하게, 에르븀 도핑 처리된 섬유 증폭기와 같은, 광섬유 증폭기의 포화 특성과 비-단일한 파장-종속 이득 프로파일 때문에, WDM 시스템에서 각 채널은 다른 광학 이득을 가질 것이고, 이는 차례로 낮은 이익을 지닌 채널에 대한 과도한 비트 에러비로 야기될 수 있다.

이러한 문제에 대한 솔루션은 AT&T 밸 연구소의 미국특허 제5,225,922에서, 출력 파워와 WDM 시스템의 채널의 신호대 잡음비는 광 입력 신호 파워를 조정함으로써 선택적으로 등화되는 광 전송 시스템을 개시하고 있다. 파워 조정기는 광 증폭기 또는 광 감쇠기 또는 임의의 장치가 될 수 있으며, 이는 각 채널의 신호의 파워를 선택적으로 증가시키거나 감소시키는데 사용될 수 있다.

리튬 니오베이트(niobate) 기술에 근거한 집적 광학 장치는 WDM 시스템의 분야에 잘 알려져 있다(예로써, S. Bosso, Applications of lithium niobate integrated optic in telecommunication systems, Proc. SPIE Vol. 3620, p 34-37, Integrated Optics Devices III - The International Society for Optical Engineering, 03/1999)

광 변조기는 가장 일반적으로 사용되는 집적 광학 컴포넌트 사이에 있다. 그들은 연속파(CW) 레이저로부터 섬유 시각의 링크로 전송된 광의 양을 조정함으로써 기능하며, 상기 레이저는 편광을 방사한다. 디지털 애플리케이션을 위해 통상적으로 사용되는 광 변조기는 두개의 Y-접합과 그들 사이의 두개의 도파관 암(arm)을 구비하고, 파동이 전극을 이동함과 더불어 리튬 니오베이트에 집적되는, 마하-젠더간섭계의 도파관 구조로 구성된다. 최적화 노력은 디지털 마하-젠더 변조기의 구동 전압을 감소하도록 작년에 수행되었고, 3-4 V 구동 전압의 통상적인 값(2.5 Gbit/s)은 이제 상업장치에서 재생가능하게 달성된다. 최근에, 리튬 니오베이트 기판상에 가변 감쇠기와 변조기를 집적화한 새로운 장치가 소개되고 있고, 이는 EDFA 이득 형태를 보상하기 위한 파워-대-채널의 조정을 수행하기 위함이다.

예로서, SDL Integrated Optics에 의한 모델 IOAP-MOD9189-F-F-O의 "OC192, Integrated 10 Gb/s Amplitude Modulator & Attenuator"이 있다.

1999년 9월 24일자의 SDL Integrated Optics에 의한 데이타 시트에 따르면, 이러한 변조기는 상업적으로 가능한 드라이버의 넓은 범위와 함께 사용하기 쉬운 낮은 구동 전압의 이점을 가진다. 감쇠 포트에 관하여, 동일한 데이타 시트는 8V와 12V 사이에 포함된 구동 전압의 값을 보고하고 있다.

또다른 예는 JDS Uniphase에 의한 모델 10150-002193의 "10 Gb/s Data Modulator with Integrated Variable Optical Attenuator(VOA)"이 있다.

1999년 11월자의 JDS Uniphase에 의한 데이타 시트에 따르면, 이러한 변조기는 4V보다 더 높지 않은 VOA 섹션에 대한 구동 전압을 가진다.

Y-분기 전기광학 감쇠기는 본 기술분야에 알려져 있다. 일반적으로, 이러한 장치는 도파관 근처에 배치된 전그를 지닌 Y-분기 도파관 구조를 포함한다. 상기 전극에 적용된 일반적인 전압은 15-20 V 보다 더 높으며, 30-50 V까지 도달을 수 있다.

Lucent Technologies의 특허 US 5,970,201은 광학 파워 레벨을 조정하기 위한 회로를 개시하고 있다. 전기광학 Y-분기된 감쇠기는 Y-분기 감쇠기의 출력으로부터 감쇠기의 전극으로 피드백 루프에 의하여 광학 출력 세기를 조정하는데 사용되며, 이는 출력할 광의 양을 결정한다.

상기 특허에 의해 직면한 문제는 하나 또는 다수개의 파장 채널이 추가되거나 드롭될 때 광학적으로 증폭된 전송 시스템에서와 같이, 편파 상태에서 임의의 다양성을 갖는 광 신호의 파워를 조정하는 광학 네트웍에 삽입될 수 있는 편파 독립 감쇠기를 획득하는 것이다. Y-분기 감쇠기와 함께 빠른 피드백 루프의 사용은 편파 독립 자동 파워 조정 장치를 획득할 수 있도록 하며, 이는 광학 스위치 어레이와 조합하여 사용될 수 있다.

본 발명은 광섬유 전송 시스템을 위한 전송기에 포함되는 집적(integrated) 광학 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 에르븀(Erbium) 도핑 처리된 섬유 증폭기에 기반된 WDM 광섬유 전송 시스템을 위한 전송기에 포함되는 집적 감쇠기를 지닌 변조기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기판에 집적된 장치간의 크로스토크(crosstalk)를 줄이기 위한 수단에 관한 것이다.

도 1은 EDFAs를 사용하는 WDM 시스템을 도시한 개략도이고,

도 2는 집적 감쇠기와 함께 변조기를 포함하는 전송 모듈을 도시한 개략도이며,

도 3은 Y-분기 감쇠기를 도시한 개략도이고,

도 4는 Y-분기 감쇠기의 특성곡선을 도시한 개략도이며,

도 5는 마하-젠더 변조기를 도시한 개략도이고,

도 6은 마하-젠더 변조기의 특성곡선을 도시한 개략도이며,

도 7은 Y-분기 감쇠기와 관련하여 하류에 마하-젠더 변조기와 함께 집적된 감쇠기를 지닌 변조기의 제1실시예를 도시한 개략도이고,

도 8은 집적된 감쇠기와 함께 변조기의 감쇠 범위 및 소광비를 측정하기 위해 사용되는 실험 셋업을 도시한 개략도이며,

도 9는 제1실시예에 따라 실현된 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 제1예의 소광비 대 감쇠 범위의 곡선을 도시한 것이고,

도 10은 기울어진 Y-분기 감쇠기를 사용하는 제1실시예에 따라 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 예를 도시한 개략도이며,

도 11은 필터링 금속 스트립을 사용하는 제1실시예에 따라 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 예를 도시한 개략도이고,

도 12는 제1실시예에 따라 실현된 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 3개의 예의소광비 대 감쇠 범위의 곡선을 도시한 것이며,

도 13은 필터링 금속 스트립을 포함하는 전극의 확장부와 함께, Y-분기 감쇠기의 전극 영역의 확장된 측면을 도시한 개략도이고,

도 14는 Y-분기 감쇠기와 관련하여 상류에 마하-젠더 변조기와 함께, 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 제2실시예를 도시한 개략도이며,

도 15는 기울어진 Y-분기 감쇠기를 사용하는 제2실시예에 따라 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 예를 도시한 개략도이고,

도 16은 역방향 Y-분기 감쇠기와 관련하여 상류에 마하-젠더 변조기와 함께, 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 제3실시예를 도시한 개략도이며,

도 17은 기울어진 역방향 Y-분기 감쇠기를 사용하는 제3실시예에 따라 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 예를 도시한 개략도이고,

도 18은 도 17에 따라 실현된 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 예의 소광비 대 감쇠 범위의 곡선을 도시한 것이며,

도 19는 역방향 Y-분기 감쇠기와 관련하여 하류에 마하-젠더 변조기와 함께, 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 제4실시예를 도시한 개략도이고,

도 20은 기울어진 Y-분기 감쇠기를 사용하는 제4실시예에 따라 집적 감쇠기를 지닌 변조기의 예를 도시한 개략도이며,

도 21은 종래에 따라 레이저원의 방사 파장을 조정하기 위한 피드백 회로를 도시한 개략도이고,

도 22는 본 발명에 따라 레이저원의 방사 파장을 조정하기 위한 피드백 회로를 도시한 개략도이다.

출원인은 마하-젠더 변조기의 동일한 기판에 집적된 Y-분기 감쇠기를 사용함으로서 집적된 감쇠기를 지닌 변조기를 실현한다.

출원인은 Y-분기 감쇠기의 높은 구동 전압이 상기 마하-젠더 변조기의 동일한 기판 위에 Y-분기 감쇠기의 집적화에 대한 민감한 이슈는 아니라는 것을 발견했다.

출원인은 채널의 선-등화(pre-equalization)를 사용하는 WDM 시스템의 요구를 만족시키기 위하여, 동일한 기판에 집적된 Y-분기 감쇠기와 마하-젠더 변조기를 포함하는 전기광학 장치에 대한 민감한 이슈는 두개의 집적된 장치 사이의 크로스토크의 감소임을 발견했다. 그러한 크로스토크는 상류 장치에 속하는 도파관 부분으로부터 시작하는 기판에 확산된 유도되지 않은 광학 파워의 일부에 의해 야기되며,그리고나서 광학 파워는 하류 장치에 속하는 도파관 섹션에 의해 다시 유도된다.

이러한 점에서, 출원인은 마하-젠더 변조기에 관하여 Y-분기 감쇠기의 특정 배열이 두개의 장치 사이의 크로스토크를 효과적으로 감소할 수 있고, 반면에 다른 배열은 WDM 시스템에 대해 허용되지 않은 값까지 크로스토크를 겪게되는 것을 발견했다.

특히, 출원인은 Y-분기 감쇠기의 암의 일편에 연결된 마하-젠더 변조기를 포함하는 형상이, Y-분기 감쇠기의 공통 도파관에 연결된 마하-젠더 변조기를 포함하는 형상과 관련하여, 두개의 집적된 장치 사이의 크로스토크를 효과적으로 감소시키는 것을 발견했다.

또한, 출원인은 기울어진(tilted) Y-분기 감쇠기의 사용이 크로스토크를 효과적으로 감소시키는 것을 발견했다.

또한, 출원인은 두개의 집적된 장치 사이의 기판에 방사된 일부의 광학 파워의 "빠른 퍼짐(quick spreading)" 및/또는 필터링을 위한 수단이 크로스토크를 감소시키기 위해 효과적으로 실행될 수 있다는 것을 발견했다.

제1특징으로, 본 발명은 다음을 포함하는 집적 광학 장치에 관한 것이다:

평면 기판,

상기 기판에 집적된 마하-젠더 변조기,

감쇠 범위를 제공하기 위하여 상기 기판상에 집적되고 상기 마하-젠더 변조기에 광학적으로 연결되는 Y-분기 감쇠기, 및

광학 장치의 소광비가 적어도 6dB의 감쇠 범위에서 적어도 18 dB인, 상기 Y-분기 감쇠기와 상기 마하-젠더 변조기 사이에 크로스토크를 감소시키기 위한 수단을 포함한다.

광학 장치의 소광비는 감쇠 범위에서 적어도 20 dB 인 것이 바람직하다.

일실시예에서, 마하-젠더 변조기는 Y-분기 감쇠기의 하나의 암에 광학적으로 연결된다.

선택적인 실시예에서, 마하-젠더 변조기는 Y-분기 감쇠기의 공통 도파관에 광학적으로 연결된다.

크로스토크를 감소시키기 위한 수단은 길이 방향과 관련하여 평행하게 상기 Y-분기 감쇠기의 하나의 암을 배치하는 것을 포함할 수 있다.

크로스토크를 감소시키기 위한 수단은 상기 기판에 확산된 유도되지 않은 방사상의 필터를 포함할 수 있으며, 상기 필터는 상기 Y-분기 감쇠기와 상기 마하-젠더 변조기 사이의 영역에 배열된다.

상기 필터는 Y-분기 감쇠기와 마하-젠더 변조기를 연결하는 연결용 광학 도파관의 일면에 배치된 금속 스트립을 포함할 수 있다.

금속 스트립 사이의 갭은 상기 연결용 광학 도파관의 MFD의 약 170% 일 수 있다.

예를 들면, 금속 스트립의 길이는 약 4 mm이다.

금속 스트립은 Y-분기 감쇠기의 전극의 확장부에 집적되어, 전극 사이의 갭은 확장부의 제1부분에서 연결용 도파관의 MFD의 약 100%에서 약 170%까지 점진적으로 증가하고, 확장부의 제2부분에서 연결용 도파관의 MFD의 약 170%이다.

크로스토크를 감소시키기 위한 수단은 마하-젠더 변조기의 도파관의 폭과 관련하여 5% 내지 16% 사이의 낮은 폭은 갖는 Y-분기 감쇠기에 대한 도파관을 포함할 수 있다.

Y-분기 감쇠기의 도파관의 폭은 마하-젠더 변조기의 도파관의 폭보다 8%작은 것이 바람직하다.

제2특징으로, 본 발명은 다음을 포함하는 집적 광학 장치에 관한 것이다:

기판,

상기 기판에 집적된 마하-젠더 변조기,

상기 기판에 집적된 Y-분기 감쇠기,

상기 Y-분기 감쇠기의 하나의 암에 광학적으로 연결되는 상기 마하-젠더 변조기를 포함한다.

제3특징으로, 본 발명은 기판에 집적된 광학 도파관을 포함하는 적어도 두개의 장치 사이의 크로스토크를 감소시키기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 광학 장치의 각각은 광학 도파관의 적어도 하나의 다중모드 섹션을 포함하고, 상기 크로스토크는 상기 광학 장치 사이에 포함된 영역에서 상기 기판상에 전파하는 유도되지 않은 광학 장사에 의해 생성되며, 상기 방법은 상기 영역에서 상기 유도되지 않은 방사의 필터링을 포함한다.

제4특징으로, 본 발명은 다음을 포함하는 전송 모듈에 관한 것이다:

광 신호를 방사하기 위한 레이저원,

기판에 형성된 마하-젠더 변조기를 포함하면서, 상기 광 신호의 휘도를 변조하기 위한 집적 광학 장치,

감쇠 범위를 제공하도록 상기 변조기에 광학적으로 연결되며, 동일한 기판에 형성된 Y-분기 광 감쇠기, 및

광학 장치의 소광비가 적어도 6dB의 감쇠 범위에서 적어도 18dB인, 상기 마하-젠더 변조기와 상기 Y-분기 감쇠기 사이의 크로스토크를 감쇠시키기 위한 수단을 포함한다.

제5특징으로, 본 발명은 다음을 포함하는 전송 모듈에 관한 것이다:

광 신호를 방사하기 위한 레이저원,

기판에 형성된 마하-젠더 변조기를 포함하면서, 상기 광 신호의 휘도를 변조하기 위한 집적 광학 장치,

및 상기 기판에 형성된 Y-분기 광학 감쇠기,

상기 Y-분기 감쇠기의 하나의 암에 광학적으로 연결된 상기 마하-젠더 변조기를 포함한다.

Y-분기 감쇠기는 마하-젠더 변조기와 관련하여 상류에 위치되는 것이 바람직하다.

선택적인 실시예에서, Y-분기 감쇠기는 마하-젠더 변조기와 관련하여 하류에 놓여진다.

집적 광학 장치는 상기 더미(Dummy) 도파관에 광학적으로 연결된 피드백 회로 및 상기 Y-분기 감쇠기의 제2암에 연결된 더미 도파관을 포함하며, 상기 피드백회로는 상기 방사된 신호의 파장을 조정하기 위한 전기 조정 회로를 포함한다.

도 1은 적어도 하나의 전송 스테이션(101), 적어도 하나의 수신 스테이션(102) 및 광섬유 스팬(span)(104)에 의해 분리된 광학 증폭 스테이션(103)을 포함하는 광 전송 라인을 포함하는 WDM 시스템(100)을 도시한 개략도이다.

전송 스테이션(101)은 다른 파장 λ₁...λ_N의 N 변조된 신호를 전송하기 위한 N 전송기 모듈 T₁, T₂,...T_N을 가진다. 상기 N은 예로써, 32 또는 64 또는 128이 될 수 있다. 본 명세서에서 우리는 "채널"로써 "파장 λ의 변조된 광 신호"를 언급할 것이다. 바람직한 실시예에서, 도 2와 함께 더 상세히 설명될 것이지만, 전송기 모듈 T₁, T₂,...T_N은 응답(transponder) 모듈이고, 이는 전송 스테이션(101)(도1에는 미도시)에 피딩된 외부의 최초 광 신호를 수신하기 위해 채택되며, WDM 시스템(100)에 적합한 새로운 매개변수의 특성(파장, 포맷 등)과 함께 그들을 재생성하고 검파한다. 예를 들면, 이러한 외부 최초 광 신호는 WDM 시스템(100)이 일부인 복합 네트웍에서 이전의 노드(node)로부터 발생한다.

또한, 전송 스테이션(101)은 멀티플렉서(105)를 포함하며, 이는 섬유(107)에서 전송 모듈 T₁, T₂,...T_N에 의해 빠져나가는 채널을 함께 조합하기 위함이다. 멀티플렉서(105)는 본 기술분야에서 숙달된 편리한 방법으로 실현될 수 있으며, 예를 들면, 수동 스플리터, 직렬의 간섭 필터, 퓨즈된 섬유 커플러 또는 어레이된 도파관 격자가 있다.

섬유(107)는 단일 모드 섬유가 바람직하다. 더 바람직하게는 섬유(107)는 스텝-인덱스 섬유이다.

또한, 전송 스테이션(101)은 적당한 값에 대한 채널의 파워 레벨을 증가시키기 위해 전송기 광학 증폭기(109)를 포함하며, 이는 양호한 전송 품질을 제공하기 위해 동일한 섬유 스팬(104)의 끝단부에서 충분한 파워 레벨을 유지하는 제1광섬유 스팬(104)을 통해 그들을 이동할수 있도록 하기 위함이다. 전송기 광학 증폭기(109)는 적어도 하나의 에르븀 도핑 처리된 섬유 증폭기를 포함한다.

에르븀 도핑 처리된 광학 증폭기를 포함하는 다수개의 광학 증폭용 스테이션(103)은 전송 라인을 따라 배열된다. 증폭용 스테이션의 수, 정확한 배치, 조합, 각 증폭용 스테이션(103)에서의 에르븀 도핑 처리된 섬유 증폭기의 수 및 펌핑 구조는 각 실제 경우에서의 특별한 요구를 채우도록 본 기술분야에서의 당업자에 의해 채택될 수 있다.

광학 증폭용 스테이션(103)은 광섬유 스팬(104)에 의해 분리되며, 이는 스텝-인덱스 광섬유, 분산-시프트 섬유, 또는 스텝-인덱스와 분산-시프트 섬유의 연결에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 분산-시프트 섬유는 비제로 분산 섬유 및 유효 면적이 큰 섬유를 포함한다. 통상적으로, 광섬유 형성 스팬(104)은 단일 모드 광섬유이다.

수신 스테이션(102)은 K 수신기 모듈 R₁, R₂...R_K및 디멀티플렉서(106)를 포함하고, 상기 디멀티플렉서는 광섬유(108)를 통해 광 전송 라인으로부터 전해오는다른 파장 λ₁...λ_K을 K개의 채널로 분리하며, 이는 그들을 수신기 모듈 R₁, R₂...R_K로 보내기 위함이다.

디멀티플렉서(106)는 본 기술분야의 당업자에게 편리한 방법으로 실현될 수 있고, 예를 들면, 수동 스플리터, 직렬 간섭 필터, 퓨즈된 섬유 커플러 또는 어레이된 도파관 격자가 있다.

섬유의 최종 스팬과 디멀티플렉서(106)로부터 야기된 손실을 보상하기 위해, 수신기 광학 증폭기(110)가 수신 스테이션(102)에 편리하게 추가된다. 수신기 광학 증폭기(110)는 적어도 하나의 에르븀 도핑 처리된 광섬유 증폭기를 포함한다.

또한, WDM 시스템(100)은 전송 라인을 따라 애드 앤 드롭(add and drop) 스테이션을 포함하며, 여기서 단일 채널 또는 그룹의 채널이 분산 등화기와 마찬가지로 추가 및/또는 드롭될 수 있다.

중간 사이트에서 추가 및 드롭된 채널의 수가 서로 다르다면, 수신된 채널 K의 수는 전송된 채널 N의 수와 다를 수 있다.

비단일 파장-종속 이득 프로파일 및 증폭용 스테이션(103)에 포함된 에르븀 도핑 처리된 섬유 증폭기 (전송기 및 수신기 광학 증폭기(109, 110)에서와 마찬가지로)의 포화 특성 때문에, WDM 시스템(100)에서의 각 채널은 전송 라인을 따라 다른 광학 이득을 갖게 된다. 하나 이상의 증폭용 스테이션을 포함하는 광학 전송 시스템에서, 다양한 WDM 채널 사이의 높은 다른 광학 이득은 일부 채널에서 혀용되지 않은 bit-error-rate (BER) 수행을 야기할 수 있다. 이러한 다른 광학 이득을 보상하기 위하여, 전송기 모듈 T₁, T₂...T_N에 포함된 전기적으로 조정할 수 있는 감쇠기를 사용함으로써, 전송 스테이션(101)에서 다양한 채널 사이의 지정된 다른 파워 레벨을 나타낼 수 있다. 실제로, 더 큰 광학 이득이 되기 쉬운 채널이 전송 스테이션(101)에서 더 감쇠되는 (디엠퍼시스) 방법과 같이, 채널의 파장에 따라, 각 전송된 채널의 파워 레벨은 전기적으로 조정가능한 감쇠기에 의해 신중하게 조정된다. 상기 방법은 디엠퍼시스 WDM 으로 알려져 있다. 다양한 채널의 파워 레벨의 세밀한 조정은 하나 이상의 전송 시스템 (100)의 매개변수를 최적화하기 위하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 채널의 디엠퍼시스 레벨은 수신 스테이션(102)에서 모든 채널의 BER 또는 신호대 잡음비(SNR) 또는 파워 레벨을 균일하게 하기 위하여 조정된다.

도 2는 디엠퍼시스를 사용하는 WDM 시스템에서 전송 모듈로써 사용되기에 특히 적당한 응답기 모듈(40)을 도시한다. 명확하게 하기 위하여, 광 통로는 직선으로 도시되며, 전기 통로는 점선으로 도시된다.

응답기 모듈(40)은 광검출기(41), 전자 증폭기(42) 및 기호 44로 표기된 변조된 레이저 이미터의 감시용 회로(43)를 포함한다.

편리하게, 일반적으로 기호 45로 표기된 릴레이 보조 조정 신호를 생성하는 회로는 감시용 회로(43)에 연결된다.

변조된 레이저 이미터(44)는 레이저(46) 및 외부 광학 휘도 변조기(47)를 포함하며, 통상적으로 편파 유지 섬유에 의해 연결된다.

외부 광학 휘도 변조기(47)는 변조부(49) 및 감쇠부(48)를 포함한다. 상기변조부(49)는 평면 기판에 집적된 마하-젠더 형상의 변조기를 포함한다. 상기 감쇠부(48)는 마하-젠더 변조기의 동일한 기판에 집적된 전기적으로 조정가능한 감쇠기를 포함한다. 도 2에서, 감쇠부(48)는 변조부(49)와 관련하여 상류에 있다, 즉 또다른 실시예에서 변조부(49)는 감쇠부(48)와 관련하여 상류에 있다. 본 명세서에서, "하류" 및 "상류"는 휘도 변조기(47)에 삽입된 광 신호의 전파 검파와 관련한 것이다. 외부 광학 휘도 변조기(47)는 도 7 내지 20에서와 같이 더 상세하게 설명될 것이다.

또한, 응답기 모듈(40)은 레이저(46)에 연결된 파장 조정용 회로(50) 및 감쇠부(48)에 연결된 감쇠기 조정 회로(51)를 포함한다.

또한, 입력 광섬유(52) 및 출력 광섬유(53)는 모듈(40)에 고정된다. 응답기 모듈(40)의 작동은 다음과 같다. 주어진 전송 형태(파장, 프로토콜, 비트 전송속도...)의 외부 최초 광 신호가 입력 광섬유(52)를 통해 수신되어, 광검출기(41)에 의해 전기 신호로 광 신호를 변환한다. 전기 신호는 전자 증폭기(42)로 공급되고, 감시용 회로(43)로 공급된다.

WDM 시스템(100)(도 1)의 특정 요구에 따라, 레이저(46)는 정해진 값의 파장을 가지는 연속파(CW) 편파 (통상적으로 TE) 광 신호를 방사하고, 회로(50)에 의해 정확하게 조정된다. 레이저(46)에 의해 방사된 광 신호는 외부 광학 변조기(47)로 공급된다.

감시용 회로(43)는 정해진 최적화된 변조 특성을 전자 증폭기(42)로부터 발생한 전기 신호에 전달한다. 상기 변조 특성은 WDM 전송 시스템(100)(도 1)의 특정요구에 따라 레이저(46)으로부터 나온 광 신호로 변하도록 적응된다. 예를 들면, 주어진 변조 비트 전송 속도에 대해 최적화된 전자 3R (Retiming, Reshaping and regeneration)은 전기 신호상에서 수행된다. 또한, 인정용 회로(admitting circuit)(45)에 의해, 보조 조정 신호가 추가된다. 예를 들면, FEC (Forward Error Correction) 신호는 재생성된 신호와 함께 번갈아 끼워지게 된다. 또다른 예로서, 서비스 채널이 추가된다.

레이저(46)로부터 나온 광 신호의 새로운 변조 특성의 전달은 외부 광학 변조기(47)에 의해 실현된다. 감시용 회로(43)에서 나와서 MHz의 몇백배에서 GHz의 몇십배의 주파수 범위에서 변조 정보를 전달하는 전기 신호는 외부 광학 변조기(47)의 변조부(49)로 공급된다.

외부 광학 변조기(47)의 감쇠부(48)는 광 신호의 정확한 정해진 파워 레벨을 제공하며, 이는 전술된 바와 같이 광 신호 그자체의 파장과 관련되 특정 디엠퍼시스에 따라 조정된다. 조정 유닛(51)은 전기 조정 신호를 감쇠부(48)로 전달한다. 하기에, 일반적으로 "감쇠기"(48)로서 감쇠부(48)를 언급할 것이고, "변조기"(49)로서 변조부(49)를 언급할 것이다.

외부 변조기(47)로부터 나온 조정된 파워 레벨을 지닌 채널은 출력 광섬유(53)를 통해 멀티플렉서(105)(도 1)을 향하여 전달된다.

변조기(49)의 동일한 기판에 집적된 감쇠기(48)는 획득된 파워 대 채널를 조정하기 위한 소형이고 낮은 손실의 장치(47)를 허용한다. 출원인은 변조기(49)의 특성이 감쇠기(48)를 구성하는 도파관 구조의 단순한 존재에 의해 역으로 영향을받을 수도 있기 때문에 두개의 블록(48, 49)의 집적화가 매우 신중하게 수행되어야 한다는 것을 알고 있으며, 또는 이와 반대의 경우도 마찬가지이다. 즉, 두개의 장치 사이의 크로스토크는 집적화에 의해 생성된다. 하기 설명에서, 집적된 감쇠기를 지닌 광학 변조기(47)의 실시예 및 예제는 상세히 설명될 것이고, 크로스토크 문제를 어떻게 극복해야 하는지는 보여줄 것이다.

집적된 감쇠기를 지닌 변조기(47)의 두개의 빌딩 블록은 변조부(49)를 위한 마하-젠더 휘도 변조기와 감쇠부(48)를 위한 Y-분기 감쇠기이다. 두개의 빌딩 블록의 간단한 설명은 도 3 내지 도 6에서 설명될 것이다.

도 3은 감쇠기(48)를 개략적으로 나타내며, 이는 그들 사이에 날카로운 각도를 형성하여 접합부(22)에서 각각 떨어지는, 공통 단일 모드 도파관(21)과 두개의 단일 모드 도파관 암 (23a, 23b)를 포함하는 Y-분기를 포함하고, 상기 접합부는 도 3에서 점선으로 강조한 다중 모드 영역을 형성한다. 도파관(21, 23a, 23b)은 평면 전기광학 기판에 집적되며, 예를 들면, x-cut, y-전파용 LiNbO₃기판이 있다. 실질적으로 중심의 삼각 형상의 전극(24) 및 측면의 전극(25a, 25b)은 도파관 형상에 맞는 형태로 도파관 근처의 기판에 배치되며, 이는 소정된 전극대 전극 갭을 유지하기 위함이다. 기판상의 전극의 정확한 형상 및 배치는 특정 요구에 따라 본 기술분야의 당업자에 의해 이루어질 수 있다.

일반적으로 DC인 저주파수를 가지는 전기 신호는 적당한 발전기 및 드라이버에 의해 중심 전극(24)에 적용된다. 도 2의 전송기 모듈에서, DC 전압을 공급하는발전기 및 드라이버는 51로 개략적으로 표시된 회로와 일치한다.

측면 전극(25a, 25b)은 일반적으로 접지전압인 기준 전압에 연결된다.

입력 광 신호는 입력 도파관(21)으로 들어온다(도 3에서 왼쪽에서 오른쪽으로). 도 2의 전송 모듈(40)에서 입력 광 신호는 레이저(46)에 의해 공급된다.

전압이 중심 전극(24)에 적용되지 않으면, 광 신호의 파워는 두개의 도파관 암(23a, 23b) 사이로 동일하게 나누어진다. 중심 전극(24)에 전압 V_att≠0 를 적용함으로써, 다중 모드 영역(22)의 근처에 굴절률은 변화되고, 도파관 암(23a, 23b)에서 나온 광 신호의 파워비는 보정 및 정확하게 조정될 수 있다. 이러한 경우, 도파관 암(23a, 23b)의 하나에서 나온 광 신호의 일부로써 "감쇠기(48)에서 나온 광 신호"라 언급할 것이며, 예로서 암(23a)이 있다.

감쇠기(48)를 형성하는 도파관 암의 하나로 입력 광 신호를 전달함으로써 Y-분기는 역방향으로도 사용될 수 있고, 예를 들면 암(23a)(도 3에서 오른쪽에서 왼쪽으로)이 있다. 전압이 중심 전극(24)에 적용되지 않으며, 광 신호의 파워는, 단일 모드 도파관(21)에 의해 유도되는 전파의 기본 모드에서와, 모드의 연속 스펙트럼에서 기판에 방사되는 전파의 제1이상의 모드에서, 다중 모드 영역(22)에 동일하게 나누어진다. "유도된 파워"의 3dB 손실은 다중 모드 영역(22)에 의해 생성된다. 중심 전극(24)에 전압 V_att≠0 를 적용함으로써, 도파관(21)에서 전파하는 광 신호의 파워는 보정 및 정확하게 조정될 수 있다. 이러한 경우, 공통 도파관(21)에서 나온 광 신호로써 "감쇠기(48)에서 나온 광 신호"라 언급할 것이다.

도 4는 감쇠기(48)에서 나온 광 신호의 파워I 대 적용된 전압 V_att의 특성 곡선을 개략적으로 도시하며, 다음 두 경우에 관한다.

a) 입력 공통 도파관(21)으로 전달된 입력 광 신호와 함께 사용된 Y-분기: 이 경우, I는 도파관 암의 하나에서 나온 광 신호의 파워이고, 예로서 암(23a)이다;

b) 도파관 암의 하나로 전달된 입력 광 신호와 함께 사용된 Y-분기, 예로서 암(23a): 이 경우, I는 공통 도파관(21)에서 나온 광 신호의 파워이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 감쇠기(48)에서 나온 광 신호의 파워 세기 I는 감쇠기(48)에 입력된 광 신호의 세기가 I₀인 0부터 I₀까지의 범위를 갖는다. 이러한 두개의 극단적인 값은 높은 전압값(전형적으로 약 ±30V)에 대응하고, 상기 정의된 a)의 경우에서, 두개의 도파관 암의 하나 또는 나머지에서 광 신호를 완벽하게 스위치하기에 충분하며, 또는 상기 정의된 b)의 경우에서, 전파의 기본차수 또는 제1보다 고차 모드에서 광 신호의 파워를 완벽하게 연결한다.

도 4에 점섬으로 개략적으로 강조한 곡선의 중심 영역(300)에서, 감쇠기(48)에 의해 빠져나가는 광 신호의 파워는 적용된 전압 V_att를 적절히 설정함으로써 요구된 레벨에 따라 조정될 수 있다. 감쇠 범위를 표현하기 위하여, 적용된 전압 V_att의 임의의 값에 대하여, 우리는 V_att= 0 일때 감쇠기(48)에서 나온 광 신호의 파워와 관련하여 감쇠기(48)에서 나온 광 신호의 파워의 다양성으로써 "감쇠 레벨"(AL, dB로 표현된다)을 정의한다.

AL은 음수(V_att= 0 일때 세기와 관련하여 감쇠기에서 나온 더 낮은 세기)이거나 양수(V_att= 0 일때 세기와 관련하여 감쇠기에서 나온 더 높은 세기)일 수 있다.

도 1에서 참조번호 100으로 지시된 시스템으로써 통신 시스템에서 달성될 수 있는 통상적인 AL 값은 -10 dB 내지 + 5 dB 사이의 범위이다. 상기 값은 약 ±30V까지의 범위인 구동 전압 V_att을 적용함으로써 리튬 니오베이트 기판에 집적된 Y-분기 감쇠기를 사용하여 달성될 수 있다.

마하-젠더 변조기의 동일한 기판에 집적되도록 장치에 대한 상기 높은 구동 전압값의 채택은 전기광학 장치의 구동 전압을 감소시키려는 현경향에 직접적으로 대항하는 것이다. 다시 말하면, Y-분기 감쇠기(도 4)의 특성 곡선은 단조로운 함수이고, 단순한 전자 조정 회로(51)(도 2)가 사용될 수 있다. Y-분기 감쇠기의 또다른 중요한 이점은 제조 공정의 다양성과 관련하여 상대적으로 안정적이라는 점이다.

도 5는 단일 모드 입력 도파관(61), 동일한 길이의 두개의 도파관 암(63a, 63b) 및 단일 모드 출력 도파관(65)를 포함하는 휘도 변조기(49)에 대한 마하-젠더 간섭계 구조를 개략적으로 도시한다. 두개의 도파관 암(63a, 63b)은 제1의 다중 모드 영역으로 정의하는 제1접합부에서 출발하여 제2다중 모드 영역(64)으로 정의하는 제2접합부(64)에서 모아진다. 마하-젠더 간섭계 구조의 다중 모드 영역 모두는도 5에서 점선으로 개략적으로 강조된다. 도파관(61, 63a, 63b, 65)은 감쇠기(48)의 동일한 평면의 전기광학 기판에 집적된다(도 3).

RF 전극(66)은 도파관 암(63a, 63b) 사이에 배치된다. 전극(68, 69)는 도파관 암(63a, 63b)과 관련하여 측면으로 간섭계 구조 외부에 배치되어 접지로써 기준 전압에 연결된다. 스트립(71, 72)은 그 끝에서 RF 전극(66)에 연결되고, 그에 의해 변조기(49)의 입력 RF 포트 및 출력 RF 포트를 각각 정의한다.

또한, 편리하게 바이어스 전극(67)은 도파관 암(63a, 63b) 사이에 배치된다. 더나아가, 접지 전극(70)은 도파관 암(63a, 63b)에 대해 측면에 배치된다. 적당한 스트립(73)은 그 끝에서 입력 바이어스 포트라 정의되는 바이어스 전극과 연결된다. 기판상의 전극의 정확한 형태와 배치는 특정 요구에 따라 본 기술분야의 당업자에 의해 달성될 수 있다.

전기 RF 신호는 변조기(49)의 입력 RF 포트(71)에 적용되어 RF 전극(66)으로 유도된다. 도 2의 전송 모듈(40)에서, 전기 RF 신호는 감시용 회로(43)에 의해 공급된다. 통상적으로, 매칭 임피던스 회로는 RF 회로의 폐쇄로써 출력 RF 포트(72)에 연결되며, 이는 RF 파워 반사를 최소화하기 위함이다.

적당한 발전기 및 드라이버(미도시)에 의해 공급된 일반적으로 DC 신호인 전기적인 저주파수 신호는 입력 바이어스 포트(73)에 적용된다. 바이어스 회로는 통상적으로 열려있다.

또다른 실시예에서, 유일한 전극은 도파관 암(63a, 63b) 사이에 배치된다. 이러한 경우, 전압 구동 장치는 유일한 전극이 RF 전극 및 바이어스 전극으로써 모두 작동하도록 이루어진다.

광 신호는 제1접합부(62)에 의해 도파과 암(63a, 63b)으로 동일하게 나누어지는 도파관(61)에 입력되도록 적용되어, 제2접합부(64)에 의해 출력 도파관(65)에서 다시합쳐진다. 도 2의 전송기 모듈(40)에서, 광 신호는 레이저(46)에 의해 공급된다.

전극(66)에 대한 RF 신호의 적용은 도파관 암(63a, 63b)을 따라 굴절률을 보정한다. 이에 따라, 두개의 도파관 암(63a, 63b)에서 광 신호에 의한 광 경로는 도파관 암(63a, 63b)에서 이동하는 광 신호가 상호간의 위상 지연을 가질 수 있도록 보정될 수 있다. 두개의 신호 사이의 간섭은 접합부(64)을 재조합함으로써 생성된다. 특히, 상호간의 위상 지연이 2nπ(n은 정수)일때, 최대 간섭에 도달하게 되고, 광 신호의 모든 파워는 단일 모드 출력 도파관(65)에 의해 유도된다. 상호간의 위상 지연이 π+ 2nπ일때, 최소 간섭에 도달하게 되고, 실질적으로 광 신호의 모든 파워는 기판상에서 방사되며, 이는 단일 모드 출력 도파관(65)에 의해 유도되지 않고 모드의 연속 스펙트럼에서 기판상에 방사되는 제1보다 고차 전파 모드에서의 광학 파워의 커플링 때문이다.

도 6은 출력 도파관(65)에서 나온 광 신호의 파워 I 대 선택적인 최대 및 최소값을 가지는 RF 전압 적용의 V_mod의 특성 곡선을 개략적으로 도시한다. 통신 시스템에서 정확하게 조정되어야만 하는 변조기의 기본 매개변수는 소광비(ER, dB로 표현됨)이며, 이는 특성 곡선의 최대 및 최소 파워값 사이의 비율로써 정의된다. 도1에서 참조번호 100으로 표시된 시스템으로써 WDM 시스템에서 휘도 변조기에 대해 달성될 수 있는 통상적인 ER 값은 18 - 20 dB이다. 전송의 최소와 최대 사이의 진폭에 상응하는 통상적인 전압값은 약 2.5 - 4 V이다(DC로 측정).

집적 감쇠기를 지닌 변조기(47)의 다양한 실시예 및 예제가 여기 설명될 것이다.

모든 예에 있어서, 2.5 Gbit/s의 변조 비트 전송속도 및 약 1550 mm 범위에서의 광 신호의 파장에 대해 실행된 도파관은 다음과 같은 크기를 가지는 x-cut, y-전파용 LiNbO₃기판상에 집적된다: 길이 60 mm, 폭 2 mm, 두께 1mm. 도파관의 집적화는 990℃의 온도에서 10 시간동안 수행된 약 1000 옹스트롬의 티탄(Titanium) 스트립의 보급에 의해 수행된다. 모든 전극은 금(Au) 전극이다.

제1실시예

도 7은 Y-분기 감쇠기(48)와 관련하여 하류에 마하-젠더 변조기(49)를 포함하는 집적 감쇠기를 구비한 변조기(47)의 제1실시예를 개략적으로 도시한다. 유일한 전극은 바이어스 및 RF 모두에 대해 변조기(49)에 그려져있다. 명확하게 하기 위하여, 접지 전극 및 연결용 스트립은 도시되지 않았으나, 도 3 내지 5에 관하여 전술된 것에 따라 두개의 집적된 컴포넌트의 각각은 그 완벽한 세트의 전극을 가지도록 해야한다. 도 3 및 도 5에서 사용된 동일한 참조번호가 유사한 부분에 대해 가능하도록 채택되었다. 또한, 장치(47)는 마하-젠더 변조기(49)의 입력과 함께 Y-분기 감쇠기(48)의 제1도파관 암(23a)을 연결하는 단일 모드 도파관(26)을 포함한다. 연결용 도파관(26)은 급격한 구부림을 가지는 것처럼 개략적으로 도시되었지만, 실제적으로는 점진적으로 곡선을 이루는 도파관으로 형성되며, 본 기술분야의 당업자는 쉽게 이해할 수 있다. 또한, 장치(47)는 Y-분기 감쇠기(48)의 제2도파관 암(23b)에서 시작하여 기판의 끝에 닿는 보조 도파관(27)을 포함한다. 통상적으로, 편파 유지 광섬유(미도시)는 조절하여 입력 도파관(21)에 연결되고, 단일 모드 광섬유(미도시)는 조절하여 출력 도파관(65)에 연결된다.

광 신호는 감쇠기(48)의 입력 도파관(21)에 삽입된다. 광 신호의 제1부분은 도파관 분기(23a)로 전환된다: 광 신호의 상기 제1부분의 파워는 정해진 레벨에 따라, 중심 전극(24)에 적용된 DC 신호에 의해 규정된다. 광 신호의 나머지 부분은 도파관 분기(23b)로 전환되어, 보조 도파관(27)에 의해 유도되는 것이 바람직하다.

연결용 도파관(26)은 마하-젠더 변조기(49)를 향해 광 신호의 제1부분을 유도한다. 여기서, 광 신호는 RF 전극(66)에 적용된 적절한 전기 RF 전압 신호에 의해 변조된다. 마지막으로, 광 신호의 제1부분은 출력 도파관(65)를 통해 장치(47)에서 빠져나간다.

예 1

제1실시예에 따라 출원인에 의해 제조된 제1의 바람직한 장치에서, 변조기(49)를 형성하는 마하-젠더 간섭계의 길이는 약 40 mm(접합부(62)에서 접합부(64)의 거리)이다. 장치의 손실을 조정하기 위하여, 1550 ㎚에서 약 9 ㎛의 모드 필드 직경 (MFD : Mode Field Diameter)에 대응하는 간섭계 구조를 형성하는 도파관의 폭은 6 ㎛로 최적화된다. 간섭계 구조의 도파관 암(63a, 63b) 사이의중심-대-중심의 거리는 30 ㎛이다. 유일한 전극이 RF 및 바이어스 모두를 위해 리튬 니오베이트 기판에 직접 배치되며, 길이 24 ㎜, 두께 5 ㎛, 폭 15 ㎛를 갖는다; RF/바이어스 전극과 접지 전극 사이의 갭은 15 ㎛이다.

Y-분기 감쇠기(48)와 관련하여, 도파관 암(23a, 23b)은 길이방향과 관련하여 시계방향으로 측정됨으로써, -0.1°와 +0.1°의 각도에서 각각 배치된다. 본 명세서에서 "길이방향"은 크리스탈에서 주전파축에 평행인 방향(본 예에서 y축)을 의미한다. 도파관의 폭은 6 ㎛이다. SiO₂의 레이어(0.5 ㎛)는 도파관의 배치 후 및 전극의 배치 전에 기판에 배치된다. 상기 전극은 0.1 ㎛의 두께를 갖는다. 중심 전극의 길이는 약 10 mm이고, 100%의 MFD(약 9 ㎛) 근처의 접지 전극과 중심 전극 사이의 갭을 유지하기 위하여, 그 형상은 도파관의 형상에 맞추게 된다.

도 9는 전술된 바람직한 장치 대 감쇠 레벨(AL)의 측정된 소광비(ER)의 그래프이며, 도 8에 개략적으로 도시된 실험 설정을 사용하여 수행된 테스트에서 특정된 것이다.

도 8과 관련하여, 1550 ㎚ 도파관의 광을 방사하는 DFB 레이저(200) 및 0 dBm의 출력 파워는 광 신호의 소스로써 사용되며, 제1렌즈(201)는 장치(47)로 광의 초점을 맞추는데 사용되고, 제2렌즈(202)는 장치(47)로부터 포토다이오드(203)로 나가는 광의 초점을 맞추는데 사용되며, 이는 전기 신호에서 광 신호를 전환하여 파워미터(204)로 전달한다. 집적 감쇠기를 지닌 변조기(47)는 DC 전기 신호의 두개의 발전기(205, 206)에 의해 조정된다. 감쇠기(48)의 감쇠 레벨 AL=0은발전기(205)의 전압값 V_att을 제로로 맞추고, 발전기(206)에 의해 변조기(49)에 적용된 전압 V_mod과 관련하여 장치(47)의 최대 투과율의 파워를 측정함으로써 측정된다. 그리고나서 최소 투과율를 알기 위하여 V_mod를 조절하고 관련된 파워를 측정함으로써 AL=0에 대한 장치의 소광비(ER)가 측정된다. 동일한 2단계의 공정은 도 9에 도시된 그래프를 획득하기 위하여, 각각의 AL값에 대응하는 다른 값의 V_att에 대해 반복된다.

도 9에 도시된 바와 같이, ER은 관심 구간 모두에 있어서 18 dB 보다 항상 더 크지만, 각각의 AL 값에 대해 일정하진 않다. 특히, AL이 음수가 될때까지, 장치의 ER은 WDM 시스템의 최소 허용된 범위에 근접한 값에 도달할 때까지 점진적으로 감소한다. 더구나, 광섬유가 장치에 피그테일된다면, ER은 피그테일링 공정에 의해 개시된 피할수 없는 손실로 인해 감소되며, 이는 허용되지 않은 값에 이를 수 있게 된다.

출원인은 ER의 이러한 작용이 단일 기판상에 2개의 집적 장치 사이의 크로스토크에 좌우됨을 안다.

특히, 출원인은 제1실시예와 관련된 문제가 Y-분기 감쇠기(48)를 형성하는 도파관의 곡선을 이루는 부분 및 Y-분기(48)와 마하-젠더 간섭계 구조(49) 사이에 놓인 연결용 도파관(26)의 곡선을 이루는 부분에 의해 개시된 비이상적인 종류와 연관됨을 안다. 전파의 기본 모드에서의 광 신호가 도파관의 곡선부분을 지나갈 때, 광 파워의 미세한 퍼센티지가 전파의 고차 모드에 결합된다. 곡선부의 도파관이 단일 모드일 때, 광 파워의 이러한 부분은 유도되지 않으며, 연속적인 스펙트럼의 방사된 모드에서 기판에 확산된다. 방사된 모드와 관련된 일부의 광 파워는 비록 점진적으로 감쇠되지만, 곡선의 도파관의 다음 부분에서 다시 연결된다. 특히, (도파관의 기하적인 치수에 좌우되는) 제1보다 고차 모드에 대한 도파관의 컷오프 파장이 광 신호의 파장에서 멀수록, 감쇠가 더 높아진다. 실제로, 방사된 모드와 관련된 방사의 확산은 실질적으로 도파관에 놓여진 정점을 가지는 "확산 각도" 내에 놓인다: 도파관의 컷오프 파장이 광 신호의 파장에서 멀수록, "확산 각도"는 더 열리고, 이는 도파관으로부터 방사의 "빠른" 확산에 대한 것이다.

도파관 암(23a)에서 나와서 곡선의 연결용 도파관(26)으로 지나는 광 신호와 관련하여, 출원인은 방사된 모드와 연결된 광 파워 부분이 변조기(49)를 형성하는 간섭계 구조를 향하는 연결용 도파관(26)에 의해 재유도된 미세한 부분에 존재한다는 것을 알며, 이는 정해진 각도에 따라 기판에 확산된 더 큰 부분에서이고, 두개의 현상은 연결용 도파관(26)의 컷오프 파장에 종속된다.

간섭계 구조(49)의 입력에서 다중 모드 영역(62)에 도착하기 때문에, 기판에 지나고 있는 방사된 모드의 연속적인 스펙트럼과 연관된 광 파워 부분은 더 고차의 모드에서 재연결되고, 특히, 비대칭 놓은 차수 모드에 연결된다. 더나아가, 비록 심하게 감쇠되지만, 연결용 도파관(26)에 의해 재유도된 방사된 모드에 연결된 광 파워의 미세한 부분은 연결용 도파관(26)을 따라 간섭계 구조(49)의 제1의 다중 모드 영역(62)에 도달한다.

이는 간섭계 구조의 도파관 암(63a, 63b)에서 광 신호의 불균형의 슬리팅을야기할 수 있으며, 즉 장치(47)의 부정확한 기능이 될 수 있다. 이러한 점에서, 마하-젠더 변조기로 들어오는 광 신호에서 전파의 제1보다 고차 모드의 1%의 부분이 20 dB의 ER로 상한될 수 있으며, 이는 전파의 고차 모드의 유도된 방사에서 존재하도록 제1접합부(62)에 의해 형성된 다중 모드 영역의 높은 민감도 때문이다.

사실상, 변조기(49)를 형성하는 간섭계 도파관 구조로 들어가는 방사는 가능한한 대칭 필드 프로파일을 가지며, 전파의 기본 모드는 그런 요구를 만족시킨다: 광 파워가 고차 모드에 연결된다면, 특히 입력 다중 모드 영역에서 (제1보다 고차모드와 같은) 비대칭의 고차 모드에 연결된다면, 도파관 암에서 광 신호의 스플리팅은 균형적이지 않을 수 있고, 장치의 ER에서 잘못된 결과를 가져올 수 있다.

다시 말하면, Y-분기 감쇠기(48)와 마하-젠더 변조기(49) 사이에 포함된 영역에서 곡선의 도파관(26)에서 출발하는 기판에 확산된 방사 부분은 변조기(49)의 다음 간섭계 구조의 도파관 암(63a, 63b)에서 연결되며, 변조기(49)의 2개의 도파관 암(63a, 63b)을 지나는 광 신호의 불균형에 원인이 된다.

유사한 참작이 Y-분기 감쇠기(48)를 형성하는 도파관의 곡선부에 적용된다.

대체로, 문제점은 Y-분기 감쇠기 구조(48)로부터 (특히 다중 모드 영역(62)에서) 변조기(49)를 형성하는 간섭계 구조를 충분히 유지함으로써 해결될 수 있으며, 즉 더 긴 칩 기판에서 사용함으로써 해결될 수 있다. 이러한 솔루션은 WDM 또는, 특히 DWDM 시스템에서는 장점이 없으므로, 공간을 많이 차지하는 장치는 포함된 다수개의 채널의 관점에서 보면 피해져야 한다.

출원인은 더 긴 칩의 사용을 포함하지 않는 문제에 대한 3가지 솔루션을 발견하였다. 상기 3가지 솔루션은 바람직한 예제의 장치에 개시되었고, 하기에 설명된다. 도 12는 3개의 제시된 솔루션을 포함하는 바람직한 장치에 대하여 도 8과 관련하여 설명된 동일한 실험의 결과를 개재한다.

예 2

제1솔루션에서, 연결용 도파관(26) 및 Y-분기 감쇠기(48)를 형성하는 도파관의 폭은 5.7 ㎛로 줄여진 반면에, 변조기(49)를 형성하는 도파관의 폭은 6 ㎛로 유지되며, 이는 정해진 범위내로 전파 손실을 유지하기 위함이다. 상기와 같은 방법으로 연결용 도파관(26) 및 Y-분기 감쇠기(48)를 형성하는 도파관의 전파의 제1보다 고차 모드에 대한 컷오프 파장 값은 감소되며, 이는 광 신호의 파장으로부터 충분히 멀레 유지하기 위함이다.

이러한 방법으로, 광학 변조기(49)를 향하는 도파관(23a, 23b)에서 방사된 모드상에 전파하는 광 파워의 감쇠는 실질적으로 향상된다. 이에 대응하여, Y-분기 감쇠기(48)와 마하-젠더 변조기(49) 사이에 포함된 영역에서 기판상에 전파하는 방사의 확산 각도는 증가된다. Y-분기(48) 및 연결용 도파관(26)에서 전파하는 더 낮게 유도되는 모드로 인해 약간 증대된 전파 손실이 있지만, 그럼에도 불구하고, 최대 손실 요구에 맞게된다.

도 12에서 곡선(30)은 제1솔루션을 포함하는 장치에 대한 실험의 결과를 도시한다. 도시된 바와 같이, 매우 좋은 결과가 획득된다. 25 dB보다 약간 더 낮은 최소값과 더불어, 20 dB보다 항상 훨씬 더 높은 ER이 된다. 획득된 결과로서 연결용 도파관(26)에서 재유도된 방사된 모드와 관련된 광 파워가 효과적으로 감쇠되는것을 확인하고, 마찬가지로 Y-분기 감쇠기(48)와 마하-젠더 변조기(49) 사이의 영역에서 기판에 확산된 방사된 모드와 관련된 광 파워가 빨리 구동되며, 그리고나서 두개의 집적 장치(48, 49) 사이의 크로스토크를 감소시킨다.

요구된 수행에 따라, 감소된 폭은 감쇠기 구조(48) 전체에 대해 또는 연결용 도파관(26)에 대해 채용된다. 바람직하게는, 도파관의 폭은 5% 내지 16% 사이에 포함된 양에 의해 감소되며, 더 바람직하게는, 약 8%의 양에 의해 감소된다.

예 3

제2솔루션에서, 도 10에 개략적으로 도시된, "기울어진" Y-분기는 감쇠기(48)로 사용되었다. 실제로, 0.2°의 동일한 각도가 분기(23a, 23b) 사이에서 유지되지만, 변조기(49)를 향하는 광을 유도하는 분기(23a)는 길이방향으로 평행하게 맞추어진다.

그와같은 방법으로, 곡선부로 인해 방사된 모드의 트리거링(triggering)은 관심부의 광 신호 부분에 의해 따라오는 경로에서 제거되며, 즉 변조기(49)로 들어가는 광 신호부이다.

도 12의 곡선(31)은 제2솔루션을 포함하는 장치에 대한 실험 결과이다. 도시된 바와 같이, AL상에서 ER의 야간 더 향상된 종속성이 남아있지만, 도달된 값은 항상 20 dB이상이며, 따라서, 완벽하게 범위를 맞출 수 있다.

이러한 구조의 또다른 이점은 초소형 장치가 가능하다는 것이며, 이는 연결용 도파관(26)이 실제로 일직선의 도파관이고, 따라서, 곡선부의 칩 공간을 많이 차지하는 점진적인 설계에 대한 필요를 없애버린다.

예 4

제3솔루션에서, 도 11에 개략적으로 도시된, Y-분기 감쇠기(48)와 마하-젠더 변조기(49) 사이의 영역에서 기판상에 확산된 방사의 필터링은 곡선의 연결용 도파관(26)에서 시작된다. 도파관 그자체로부터 적당한 거리에서 SiO₂의 버퍼층을 제거한 후에, 상기 필터링은 기판상에 적당한 물질의 배치에 의해 달성되며, 예를 들면, 연결용 도파관(26)의 양단에 금속 스트립(28)의 배치에 의한 것이다. 출원인에 의해 실현된 바람직한 실시예에서, 4 mm의 길이를 가지는 두개의 금속 스트립은 연결용 도파관(26) 근처의 기판상에 배치되며, 그 양단에서, 도파관의 MFD의 170%와 대략적으로 동일하게 그들사이의 갭을 남기도록 한다(약 16 ㎛). 도 13에 도시된 바와 같이, 필터링 금속 스트립은 전극의 적당한 형상에 의해 중심 전극(24)의 확장부 및 접지 전극의 하나(25a)에 집적되며, 확장부의 제1부분(33)에서 연결용 도파관(26)의 MFD의 약 100%부터 MFD의 약 170%까지 점진적으로 확장되어, 확장부의 제2부분에서 연결용 도파관(26)의 MFD 170%의 갭을 유지한다.

도 12의 곡선(32)은 제3솔루션을 포함하는 이러한 실시예의 실험 결과를 도시한다. 도시된 바와 같이, 모든 AL의 관심 범위에서 25 dB 이상의 AL 및 ER과 관련하여 ER의 매우 감소된 요동과 함께 매우 좋은 결과가 획득되었다.

각각의 예 2 및 예 4에서 달성된 개선은 두개의 집적 장치(48, 49) 사이의 영역에서 기판상에 방사된 모드에서 전파하는 방사는 두개의 장치(48, 49)의 집적화에 대한 심각한 문제를 발생시킬 수 있다는 것을 확인시켜준다.

예 2 내지 예 4에 설명된 이러한 솔루션은 다음 바람직한 실시예에서 설명되는 바와 같이, 홀로 사용되거나 서로 조합하여 사용된다.

예 5

예 2 내지 예 4의 이러한 솔루션 모두를 포함하는 제1실시예에 따른 34 장치의 시리즈는 (금전극의 두께, 티탄 스트립을 형성하는 도파관의 두께, 분산 시간 및 온도 등과 같은) 제조상에 포함된 기술적인 매개변수에서의 다양성과 관련하여 견고성을 테스트하기 위해 준비된다. 장치의 기하학적 및 구조적인 매개변수는 다음과 같다:

- 마하-젠더 도파관 폭 : 6 ㎛

- Y-분기 도파관 폭 : 5.7 ㎛

- Y 분기(23a, 23b)의 각도(길이방향에 대하여 시계방향) : 0°/+0.2°

- 필터링 영역의 길이 : 4 mm

- 필터링 영역의 도파관 주위의 갭 : 16 ㎛

- Y-분기에서 중심 전극과 접지 전극 사이의 갭 : 9 ㎛

예 4에서 이미 설명된 것과 도 13에서 개략적으로 도시된 것과 관련된 유사한 방법으로, 필터링 영역(28)은 감쇠기의 직선 분기(23a)에 인접한 접지 전극(25a) 및 중심 전극(24)을 적절하게 형성함으로써 실시된다.

±26 V의 적용된 전압과 함께 도달된 AL의 10.8 dB의 범위에 걸쳐서, ER에 도달된 최대의 평균값은 1.74 dB의 표준 편차를 지닌 27.21 dB이고, 반면에, ER에 도달된 최소의 평균값은 2.83 dB의 표준 편차를 지닌 21.67 dB이다. MFD의 평균값은 9.25 ㎛이고, 집적 장치의 삽입 손실의 평균값은 4.53 dB이다.

디엠퍼시스를 사용하는 WDM 시스템에서의 사용을 위해 만족시켜야 하는 스펙은: 5 dB보다 작은 최소 삽입 손실; 6 dB보다 큰 -26 V 에서+26 V 사이에 포함된 적용된 전압에 대한 감쇠 범위; 18 dB보다 큰 전체 감쇠 범위에 있어서의 ER의 최소값이다.

필요한 결과 및 획득된 결과를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 상기 테스트는 완변하게 만족할 만하다.

제1실시예의 또다른 이점은 응답 모듈(40)(도 2)에서 피드백 조정을 수행하기 위한 출력으로써 "더미" 도파관(27)과 연결된 Y-분기 감쇠기(48)의 도파관 암(23b)에 연결된 광 신호의 제2부분의 사용에 대한 가능성이다.

예를 들면, 광 신호의 제2부분은 레이저(46)의 방사 파장의 피드백 조정을 위한 도 2의 전송 모듈에 사용될 수 있다. 사실상, DWDM 시스템에서, 다양한 채널의 파장에는 상당히 엄격한 요구사항이 있다: 특히, 레이저의 방사 파장은 10^-2의 정밀성에 고정되어야 한다.

통상적으로, 레이저(46)의 방사 파장의 조정은, 도 21에 개략적으로 도시된 바와 같이, 외부 변조기와 동일한 레이저 사이의 경로에서 레이저(46)에 의해 방사된 변조되지 않은 신호의 미세한 부분을 쪼갬으로써 제조된다. 스플리터(80)는 광 신호부분을 "파장 로커(locker)"로 알려진 장치(81)로 향하게 하며, 이는 레이저(46)의 파장 조정용 회로(50)로 공급되는 전기 신호를 출력함으로써 주어진다.

제1실시예에 따라 집적 감쇠기를 지닌 변조기(47)의 구성을 사용함으로써, 레이저(46)에 의해 방사된 변조되지 않은 신호의 스플리팅은 Y-분기(48)에서 이루어진다. 도 7, 10 또는 11과 관련하여, 제2도파관 암(23b)에 의해 연결되어 더미 도파관(27)에서 나오는 광 신호 부분을 전달함으로써, 예를 들면, 더미 도파관(27)의 출력에 정렬된 적당하게 부착된 광섬유에 의해, 레이저와 외부 변조기 사이의 경로에서 커플러를 사용함없이 피드백 조정을 하는 것이 가능하다. 도 22에 개략적으로 도시된 바와 같이, 광 신호의 제2부분의 출력은 파장 로커(81)와 연결되어 레이저(46)의 방사 파장에 대한 피드백 루프를 폐쇄한다.

선택적으로, 더미 도파관(27)이 존재하지 않는다면, Y-분기(48)의 제2도파관 암(23b)를 통해 전환된 광 신호 부분은 손실된다: 필터링 금속 스트립 또는 그밖의 적당한 흡수용 물질이 동일한(23b)의 끝단부에 배치될 수 있으며, 이는 광 신호 부분이 사용되지 않은 기판을 제거하기 위함이다. 이러한 경우에서, 도 21에 도시된 피드백 조정이 사용될 수 있다.

제2실시예

도 14와 관련하여, 집적 감쇠기를 지닌 변조기(47)의 제2실시예가 개략적으로 도시되며, 마하-젠더 변조기(49)에 관하여 하류에 Y-분기 감쇠기(48)를 포함한다. 유일한 전극(66)은 RF 및 바이어스 모두를 위해 변조기(49)에서 사용된다. 보다 명확히 하기 위하여, 접지 전극은 도면에 표현되지 않지만, 두개의 집적 컴포넌트의 각각은 그 완벽한 세트의 전극을 가진다. 이전의 도면에서 사용된 동일한 참조 번호가 유사한 부분에 대하여 가능한 곳에 채택되었다.

제2실시예에서, 광 신호는 마하-젠더 변조기(49)에서 먼저 변조되어 연결용 도파관(26)을 통해 감쇠기(48)로 들어간다. 여기서, 변조된 신호는 중심 전극(24)에 적용된 전압에 좌우되는 비율로 두개의 도파관 분기(23a, 23b)로 나눠진다. 분기(23a, 23b) 중 하나는, 예를 들면 도파관 분기(23a)는, 장치(47)의 출력으로 선택되며, 출력 도파관(29)을 통해 칩의 끝단부를 향해 변조된 신호 부분을 유도한다. 변조된 신호의 잔여 부분은 제2도파관 분기(23b)에 의해 전환된다.

출원인은 이러한 제2실시예에 따라 실현된 일부의 바람직한 장치에서 10 dB 아래의 값까지 ER의 큰 하락이 있다는 것을 안다. 따라서, 그런 경우에, 두개의 집적 장치 사이에 강력한 크로스토크가 발생되며, WDM 시스템에서 장치의 실용적이지 않은 사용을 야기하게 된다.

출원인은 이러한 매우 강력한 크로스토크가 두개의 다중 모드 영역(64, 22)의 상호간의 근접에 의해 부분적으로 야기되는 것으로 가정했으며, 상기 다중 모드 영역은 각각 마하-젠더 변조기(49)와 Y-분기 감쇠기(48)에 속해 있고, 다중 모드 영역(64)에서 시작하여 두개의 집적 장치(49, 48) 사이의 영역에 있는 기판상에 방사의 확산에 의해 야기된다.

특히, 마하-젠더 변조기(49)의 도파관 암(63a, 63b)을 통하는 신호 사이의 간섭이 최소에 이를 때, 즉, 변조기가 소광 상태에 도달할 때, (마하-젠더 변조기와 관련하여 전술된 바와 같이) 제2접합부(64)에서 시작하는 기판에 확산된 방사 부분은 감쇠기(48)를 형성하는 다음의 도파관에서, 특히 접합부(22)에 대응하는 뒤이은 다중 모드 영역에서 다시 결합되어, 전체 장치(47)의 최소 광 세기의 상승을 일으키게 된다.

더나아가, 전파의 방사된 모드와 관련된 광 파워 부분은 비록 심하게 감쇠되지만, 도파관(26)에서 재결합되며, 최소 광 세기의 상승을 일으키도록 Y-분기 감쇠기(48)의 다중 모드 영역(22)에 도달한다.

이러한 현상 모두는 연결용 도파관(26)의 컷오프 파장에 좌우된다.

연결용 도파관(26)에 있는 더 고차의 모드와 관련된 광 파워 부분이 충분히 감쇠되고, 두개의 집적 장치(49, 48) 사이의 기판에서 전파하는 방사의 확산 각도가 Y-분기 감쇠기(48)의 도파관을 가로지르지 않도록 대체로 상기 문제는 두개의 마주보는 다중 모드 영역(64, 22)을 유지함으로써 해결될 수 있다. 이러한 솔루션은 하기 예와 관련하여 더 명확해지는 바와 같이 칩이 너무 길게 될수 있는 단점을 갖는다.

또한, 출원인은 제1실시예에서 크로스토크 문제를 해결하기 위해 적용된 일부 솔루션이 제2실시예와 관련된 문제를 해결하기 위해 적용될 수 있다는 것을 안다.

특히, 필터링 금속 스트립은 두개의 집적 장치(49, 48) 사이의 기판에 확산된 방사를 실질적으로 제거하거나 감소시키기 위하여 연결용 도파관(26)에 대하여 측면에 적용될 수 있다.

연결용 도파관(26)의 폭을 줄이거나, 일반적으로 방사된 모드에 대한 도파관(26)의 컷오프 값을 줄이는 것은 많이 개방된 개구 각도와 함께 방사선으로쬐기 위하여 두개의 집적된 장치 사이의 기판에 확산된 방사를 야기하는데 적용될 수 있다.

그런 방법으로, 감쇠기(48)에 속하는 뒤이은 도파관에서 이러한 방사의 결합은 실질적으로 감소될 수 있다. 추가적으로, 연결용 도파관(26)의 폭을 감소시키는 것은 도파관 그자체에서 전파하는 방사된 모드와 관련된 광 파워의 감쇠를 이롭게 증가시킨다.

솔루션 모두는 감소된 크로스토크 레벨을 지닌 짧은 칩에서 두개의 집적 장치(48, 49)에 더 가깝게 유지하도록 이롭게 사용될 수 있다.

예 6

예에서와 같이, 모의 테스트에서, 출원인은 제2실시예에서 집적 장치(48, 49)의 두개의 마주보는 다중 모드 영역(64, 22) 사이에 얼마의 거리가 유지되어야 하는지, 즉, 연결용 도파관(26)의 길이를 평가하며, 이는 연결용 도파관(26)의 폭이 6 ㎛인 경우와 연결용 도파관(26)의 폭이 5.5 ㎛인 경우를 비교함으로써 가능하다. 변조기(49)와 감쇠기(48)를 형성하는 도파관의 폭은 6 ㎛이다. 두 경우에 대하여, 적당한 컴퓨터 프로그램에 의해, 소광 상태에서 유지된 변조기(49)에서 광 신호의 도입이 실험되며, 이는 변조기(49)의 다중 모드 영역(64)으로의 전파의 제1보다 고차 모드에 있는 광 신호의 적용에 상응한다. 그리고나서, 감쇠기(48)의 두개의 도파관 암(23a, 23b)에 의해 나오는 방사 부분의 광 파워의 평가가 수행되며, 이는 다중 모드 영역(64)으로부터 기판에 확산되고 감쇠기(48)를 형성하는 도파관에 결합된 된 광 파워 부분을 결정하기 위함이다. 모의 테스트는 많은 통계적인 관점을 가지기 위하여, 1 mm 내지 15 mm 범위를 가지는 연결용 도파관(26)의 많은 길이와 함께 수행된다. 도파관 암(23a, 23b)에서 나오는 광 파워의 측정으로부터, 제1보다 고차 모드에 관련된 감쇠계수는 두가지 경우로 계산된다.

모의 실험의 결과는 6 ㎛의 연결용 도파관(26)의 폭과 함께 감쇠계수는 11.7 dB/㎝이고, 반면에 5.5 ㎛의 연결용 영역(26)의 폭과 함께 감쇠계수는 38.5dB/㎝이다.

따라서, 두개의 집적 장치(48, 49) 사이의 감소된 크로스토크 레벨을 가지기 위하여, 제1차 모드에 대한 적당한 감쇠 레벨을 고정함으로써, 적당한 연결용 도파관(26)의 길이는 쉽게 계산될 수 있다. 예를 들면, 적어도 3.4 ㎝의 길이, 6 ㎛의 폭과 함께 40 dB의 소정된 감쇠 레벨을 고정함으로써 사용된다; 1 ㎝ 보다 약간 큰 길이, 5.5 ㎛의 폭과 함께 사용될 수 있으며, 더 짧은 칩 상에 효과적인 집적화를 허용한다.

도 15에 개략적으로 도시된 바와 같이, 기울어진 Y-분기를 포함하는 구조는 제2실시예에도 적용될 수 있다. 이러한 구조에서, 장치(47)의 출력인 도파관 암(23a)은 길이방향으로 평행하게 직진한다. 이러한 사실은 광 신호의 경로에서 감쇠기(48)에 의한 곡선부는 도입되지 않는다는 이점을 갖는다. 따라서, 두개의 마주보는 다중 모드 영역(64, 22)은 기판 및 집적 장치(48, 49)의 기하학적인 크기와 호환성을 지니며, 가능한한 서로 멀리 놓여질 수 있다. 연결용 도파관(26)의 양단에 있는 두개의 다중 모드 영역(64, 22) 사이의 필터링 금속 스트립의 적용은, 또는 연결용 도파관(26)의 폭의 감소에 대해 선택적으로 도 15의 구조에 적용될 수있으며, 이는 두개의 다중 모드 영역(64, 22) 사이의 길이를 효과적으로 감소시키기 위함이고, 따라서, 더 짧은 기판에 집적화를 허용한다.

제3실시예

제3실시예는 삽입된 광 신호의 방향이 바뀌는 점에서 이미 기술된 제1실시예와는 다르다. (실질적으로 오른쪽에서 왼쪽으로 보여지는 도 7와 유사하게) 도 16에 개략적으로 도시된 바와 같이, 집적 장치(47)는 광학적으로 연결용 도파관(26)에 의해 연결된 역방향의 Y-분기 감쇠기(48)에 대하여 상류에 변조기(49)를 포함한다. 제3실시예에서, 광 신호는 입력 도파관(61)에 삽입되고, 마하-젠더 변조기(49)에 의해 변조되며, 연결용 도파관(26)에 의해 역방향의 Y-분기 감쇠기(48)의 암(23a)의 한편을 향해 유도되어 출력 도파관(21)으로 빠져나간다. Y-분기 감쇠기의 역방향의 사용과 관련된 상기 설명과 같이, 감쇠기(48)에서 전파하는 광 신호의 감쇠 레벨은 중심 전극(24)에 적용된 DC 전압에 의해 결정되며, 감쇠기(48)의 다중 모드 영역(22)의 출구에서 (출력 단일 모드 도파관(21)에 의해 유도된) 기본 전파 모드에 있는 광 파워와 (기판에 방사된) 제1차 전파 모드로 변형된 광 파워의 비율로 실행한다.

이전의 실시예에 기술된 바와 같이, 제3실시예와 관련된 문제는 두개의 집적 장치(49, 48) 사이의 영역에서 기판에 확산되고, 변조기(49)가 소광 상태에 있거나 또는 곡선의 도파관(26)로부터 시작할 때 다중 모드 영역(64)에서 시작하는 방사 부분은 감쇠기(48)를 형성하는 도파관에, 특히 다중 모드 영역(22)에 결합하여, 크로스토크를 야기시킨다는 것은 쉽게 인정할 수 있다.

이러한 관점에서, 기판에 확산된 방사는 전파의 대칭 및 비대칭 "모드"의 연속 스펙트럼임을 인지해야 한다. 예를 들면, 다중 모드 영역(22)에서, 연속 스펙트럼의 대칭 모드는 전파의 기본 모드에서 광 파워 일부를 결합할 수 있으며, 이는 뒤이은 단일 모드 출력 도파관(21)에 의해 유도된다. 그리고나서, 이상적으로 변조기가 소광 상태에 있을 때, 최소 투과율이 실제로 향상된다.

도 16에 의해 추론할 수 있는 바와 같이, 기판에 "역방향"으로 Y-분기 감쇠기(48)를 배치하는 것에 대한 선택은, 도 14에 도시된 실시예와 관련하여, 적어도 Y-분기 감쇠기의 기하학적 길이와 동일한 길이의 다중 모드 영역(64, 22)의 더 큰 상호간의 분할을 가능하게 한다. 그런 방법으로, 기판에 확산되어 다중 모드 영역(22) 및 출력 도파관(21)에 도착하는 방사의 잔여 부분의 광 파워는 도 14의 구조와 관련하여 도 16의 구조에서 낮아진다. 따라서, 마하-젠더 변조기(49) 다음에 놓여진 역방향의 Y-분기 감쇠기(48)를 지닌 도 16의 구조는 요구된 ER 값에 도달할 수 있다.

(실질적으로 오른쪽에서 왼쪽으로 도시된 도 10와 유사하게) 도 17에 도시된 바와 같이, 기울어진 역방향의 Y-분기를 포함하는 구조는 이러한 실시예에서 사용될 수 있고, 연결용 도파관(26)에서 곡선부의 감소를 가능하게 한다. 이는 감소된 전파 손실에 대한 이점 및 더 짧은 칩 길이를 사용할 수 있다는 이점을 갖는다.

필터링 금속 스트립의 추가는 두개의 집적 장치(49, 48) 사이의 영역에서 기판에 확산되는 방사를 효과적으로 감소시키기 위하여 이러한 실시예에 적용될 수 있다.

또한, 이러한 솔루션은 다음 예 7에 기술된 바와 같이 단일 장치에도 함께 적용될 수 있다.

예 7

기울어진 Y-분기 감쇠기를 지닌 (제1실시예에 대한 전술 참고하여) 예 3에서 이미 기술된 바람직한 장치는 실험 동안에 단순히 장치를 역방향으로 바꿈으로써 도 8의 실험 설정으로 출원인에 의해 테스트된다.

도 18은 결과 그래프이다. 도시된 바와 같이, ER의 매우 좋은 결과가 획득되었다.

제4실시예

제4실시예는 삽입된 광 신호의 방향이 역방향이라는 점에서 이미 기술된 제2실시예과 다르다.

(실질적으로 오른쪽에서 왼쪽으로 도시된 도 14와 유사하게) 도 19에 개략적으로 도시된 바와 같이, 집적 장치(47)는 광학적으로 도파관(26)에 의해 연결된 마하-젠더 변조기(49)에 대하여 상류에 역방향의 Y-분기 감쇠기(48)를 포함한다. 제4실시예에서, 광 신호는 예를 들면, 암(23a)과 같은 감쇠기(48)의 도파관 암의 하나에서 입력 도파관(29)에 의해 삽입되고, 다중 모드 영역(22)을 통과함으로써 적절하게 감쇠되어, 연결용 도파관(26)을 통해 변조기(49)를 형성하는 간섭계 구조로 전달된다. 여기서 감쇠된 광 신호는 변조되며, 출력 도파관(65)을 통해 장치(47)에서 빠져나온다.

이전의 실시예에서 기술된 바와 같이, 제4실시예와 관련된 문제는감쇠기(48)의 다중 모드 영역(22)에서 전파의 제1보다 고차 모드에 결합된 광 파워의 일부가 연결용 도파관(26)의 단일 모드 동작으로 인해 방사된 모드의 연속 스펙트럼에서 기판에 확산되고, 변조기(49)의 간섭계 구조를 형성하는 도파관에서 결합되며, 특히 제1의 다중 모드 영역(62)에 결합되는 것을 쉽게 인정할 수 있다.

즉, 제4실시예와 관련된 문제는 제2실시예와 관련된 문제와 유사하다.

따라서, 제2실시예에 지시된 솔루션이 제4실시예에 적용된다. 특히, (실질적으로 오른쪽에서 왼쪽으로 도시된 도 15와 유사하게) 도 20에 개략적으로 도시된 바와 같이, 기울어진 Y-분기 감쇠기(48)를 포함하는 구조는 두개의 마주보는 다중 모드 영역(22, 64)을 가능한한 서로 멀리 유지시키는 가능성과 함께, 광 신호의 광 경로에서 곡선부를 제거하기 위해 채택되며, 기판 및 두개의 집적 장치(48, 49)의 기하학적인 크기에 좌우된다.

전술된 집적 감쇠기를 지닌 변조기(47)의 실시예는 도 1에서 시스템(100)과 같은 전송 스테이션에서 채널의 디엠퍼시스를 사용하여 WDM 또는 DWDM 시스템에서 사용하기 위한 요구를 만족시킨다. 20-25 dB에 걸친 소광비의 값이 전체 감쇠 영역에 걸쳐서 두개의 집적 장치(48, 49) 사이의 매우 낮은 레벨의 크로스토크와 유사하게 획득된다.

동일한 기판에 두개의 장치의 집적화는 짧은 칩의 사용을 허용한다: 즉 응답기(도 2)와 같은 복잡한 장치에 매우 중요하며, 여기서 많은 컴포넌트는 제한된 공간에서 함께 이루어지거나 조립되어야 한다. 이러한 점에서, 감쇠기로서 Y-분기(48)의 선택은 Y-분기가 초소형이며 짧은 장치이기 때문에 이점을 갖는다.비록 구동 전압이 Y-분기 감쇠기(예, ±26 V)에 대해 상대적으로 높지만, 그 특성 곡선은 단조로운 함수이며, 다양한 채널에 적용된 감쇠를 효과적으로 조정하기 위한 단순한 전기 조정 회로의 사용을 허용한다.

특히, 전술된 제1실시예 또는 제3실시예와 같은 Y-분기 감쇠기의 하나의 암에 결합된 마하-젠더 변조기를 포함하는 실시예는 짧은 칩상의 집적화와 마찬가지로, 두개의 장치 사이의 감소된 크로스토크를 획득하기에 효과적이다.

도 7, 10, 11과 관련하여 전술된 제1실시예는 채널의 파장의 피드백 조정 회로에 대한 "더미" 도파관(27)을 통해 전환된 광 신호 부분의 사용을 허용하며, 피드백을 실현하기 위해 응답기에 추가적인 컴포넌트의 사용을 불필요하게 한다.

Claims (20)

1. 평면 기판과;

   상기 기판상에 집적된 마하-젠더 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치로서,

   감쇠 범위를 제공하도록 상기 기판상에 집적되어 상기 마하-젠더 변조기에 광학적으로 결합된 Y-분기 광학 감쇠기, 및

   상기 Y-분기 감쇠기와 상기 마하-젠더 변조기 사이의 크로스토크를 감소시키기 위한 수단을 더 포함하여, 그로인해 광학 장치의 소광비가 적어도 6 dB의 감쇠 범위에서 적어도 18 dB인 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
2. 제1항에 있어서, 광학 장치의 소광비는 적어도 6 dB의 감쇠 범위에서 적어도 20 dB인 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 마하-젠더 변조기는 상기 Y-분기 감쇠기의 하나의 암에 광학적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
4. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 마하-젠더 변조기는 상기 Y-분기 감쇠기의 공통 도파관에 광학적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
5. 제1항 내지 4항에 있어서, 상기 감소 수단은 길이방향에 대해 평행으로 배치된 상기 Y-분기 감쇠기의 하나의 암을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
6. 제1항 내지 5항에 있어서, 상기 감소 수단은 상기 기판상에 확산된 유도되지 않은 방사선의 필터를 포함하며, 상기 필터는 상기 Y-분기 감쇠기와 상기 마하-젠더 변조기 사이의 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 필터는 상기 Y-분기 감쇠기와 상기 마하-젠더 변조기에 결합된 연결용 광학 도파관의 측면에 배치된 금속 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 금속 스트립 사이의 갭은 상기 연결용 광학 도파관의 MFD의 약 170%인 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치,
9. 제7항에 있어서, 상기 금속 스트립의 길이는 약 4 mm인 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 금속 스트립은 상기 Y-분기 감쇠기의 전극의 확장부에 집적되어, 상기 전극 사이의 갭은 상기 확장부의 제1부분에서 상기 광학 도파관의MFD의 약 100%에서 약 170%로 점차로 증가하고, 상기 확장부의 제2부분에서는 상기 광학 도파관의 MFD의 약 170%인 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 확장부의 상기 제2부분은 약 4 mm의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
12. 제1항 내지 11항에 있어서, 상기 감소 수단은 상기 마하-젠더 변조기의 도파관의 폭과 관련하여 5% 내지 16% 사이의 더 낮은 폭을 가지는 상기 Y-분기 감쇠기를 위한 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 Y-분기 감쇠기의 도파관의 폭은 상기 마하-젠더 변조기의 도파관의 폭보다 8% 작은 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
14. 기판과;

    상기 기판에 집적된 마하-젠더 변조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치로서,

    상기 기판에 집적된 Y-분기 감쇠기를 더 포함하며, 상기 마하-젠더 변조기는 상기 Y-분기 감쇠기의 하나의 암에 광학적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 집적 광학 장치.
15. 기판에 집적된 광학 도파관을 포함하는 적어도 두개의 장치 사이의 크로스토크를 감소시키기 위한 방법으로, 상기 광학 장치 각각은 적어도 하나의 광학 도파관의 다중 모드 부분을 포함하고, 상기 크로스토크는 상기 광학 장치 사이에 포함된 영역에서 상기 기판에서 전파하는 유도되지 않은 광학 방사선에 의해 생성되며, 상기 방법은 상기 영역에서 상기 유도되지 않은 방사선을 필터링하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 크로스토크의 감소 방법.
16. 광 신호를 방사하기 위한 레이저원과,

    기판에 형성된 마하-젠더 변조기를 포함하며 상기 광 신호의 휘도를 변조하기 위한 집적 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 모듈로서,

    상기 집적 광학 장치는 감쇠 범위를 제공하도록 상기 변조기에 광학적으로 결합되어 상기 기판에 형성된 Y-분기 광학 감쇠기, 및 상기 Y-분기 감쇠기와 상기 마하-젠더 변조기 사이의 크로스토크를 감소시키기 위한 수단을 더 포함하며, 그로인해 광학 장치의 소광비가 적어도 6 dB의 감쇠 범위에서 적어도 18 dB 인 것을 특징으로 하는 전송 모듈.
17. 광 신호를 방사하기 위한 레이저원과,

    기판에 형성된 마하-젠더 변조기를 포함하며 상기 광 신호의 휘도를 변조하기 위한 집적 광학 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 모듈로서,

    상기 집적 광학 장치는 상기 기판에 형성된 Y-분기 광학 감쇠기를 더 포함하며,

    상기 마하-젠더 변조기는 상기 Y-분기 감쇠기의 하나의 암에 광학적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 전송 모듈.
18. 제17항에 있어서, 상기 Y-분기 감쇠기는 상기 마하-젠더 변조기에 대하여 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 전송 모듈.
19. 제17항에 있어서, 상기 Y-분기 감쇠기는 상기 마하-젠더 변조기에 대하여 하류에 위치하는 것을 특징으로 하는 전송 모듈.
20. 제18항에 있어서, 상기 집적 광학 장치는 상기 Y-분기 감쇠기의 제2의 암에 결합된 더미 도파관 및 상기 더미 도파관에 광학적으로 연결된 피드백 회로를 포함하며, 상기 피드백 회로는 상기 방사된 신호의 도파관을 조정하기 위한 전기 조정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 모듈.