KR20020096450A - Y-branch lightwave circuits using offset - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A Y-branch type optical waveguide using offset is provided to minimize a loss of optical power by preventing a damage of a straight line waveguide of a branch part. CONSTITUTION: A Y-branch type optical waveguide has an input waveguide(31), a taper waveguide(32), and a branch portion(33). The branch portion(33) is formed with a couple of straight line waveguides(34) and a couple of output waveguides(35). The output waveguides(35) are extended from the straight line waveguides(34). An optical signal is transmitted to the taper waveguide(32) through the input waveguide(31). The width of the taper waveguide(32) is enlarged to a progressive direction of the optical signal. The optical signal is divided by the straight line waveguides(34). The divided optical signals are transmitted to the output waveguide(35). An offset(W3) is formed between the straight line waveguides(34) and the output waveguides(35).

Description

옵셋을 이용한 와이-분기형 광도파로{Y-BRANCH LIGHTWAVE CIRCUITS USING OFFSET}Y-BRANCH LIGHTWAVE CIRCUITS USING OFFSET}

본 발명은 광파워를 분할 및 합하는 분기형 광도파로에 관한 것으로, 특히 옵셋을 이용한 Y-분기형(Y-branch) 광도파로에 관한 것이다.The present invention relates to a branched optical waveguide for dividing and summating optical power, and more particularly, to a Y-branch optical waveguide using offset.

평면 광도파로 소자(PLC)를 기반으로 하는 Y-분기형 광도파로는 실리콘이나 퀄츠(quartz)기판에 여러 층의 실리카 또는 폴리머 박막을 증착하여 코어(core)와이를 감싸고 있는 클래드(clad)부의 굴절률 차이를 이용하여 코어부의 형상에 따라 광신호의 세기를 분할 및 합하는 역할을 할 수 있도록 설계되어진 광 소자로서, 광파워를 분할 및 합하는 광 소자가 적용된 빔 스플리터(splitter)는 분할하는 형상에 따라 성(star)형과 트리(tree)형으로 나뉘어진다. 트리(tree) 구조의 경우 광파워가 분할되는 Y-분기형 광도파로의 설계는 저손실의 소자 제작에 필수적이다. 특히 저손실 구조의 도파로는 분기부의 도파로 폭이 좁을 수록 그 성능이 더 뛰어나다.Y-branched optical waveguide based on a planar optical waveguide device (PLC) is a refractive index of the clad portion surrounding the core wire by depositing multiple layers of silica or polymer films on silicon or quartz substrates. An optical device designed to divide and sum the intensity of an optical signal according to the shape of a core part by using a difference. A beam splitter to which an optical device that splits and sums optical power is applied according to the shape of splitting. It is divided into (star) type and tree type. In the case of the tree structure, the design of the Y-branched optical waveguide in which the optical power is split is essential for the fabrication of low-loss devices. In particular, the narrower the waveguide, the narrower the width of the branch waveguide, the better the performance.

도 1은 종래 기술의 일 실시 예에 따른 Y-분기형 광도파로의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, Y-분기형 광도파로(10)는 입력 도파로(11)와, 테이퍼 도파로(12)와, 분기부 도파로(13)를 포함하며, 상기 분기부 도파로(13)는 한 쌍의 직선 도파로(14)를 포함한다. 상기와 같이 구성된 Y-분기형 광도파로(10)는 상기 테이퍼 도파로(12)의 도파로 폭(T1)과, 상기 한 쌍의 직선 도파로(14)의 폭(T2)과, 분기점에서 상기 한 쌍의 직선 도파로 사이의 간격(T3)을 최적화하였을 때 상기 Y-분기형 광도파로(10)에 의해 분할, 출력되는 광파워의 손실이 최소가 된다.1 is a view showing the structure of a Y-branched optical waveguide according to an embodiment of the prior art. As shown in FIG. 1, the Y-branched optical waveguide 10 includes an input waveguide 11, a tapered waveguide 12, and a branch waveguide 13, and the branch waveguide 13 includes: And a pair of straight waveguides 14. The Y-branched optical waveguide 10 configured as described above has the waveguide width T1 of the tapered waveguide 12, the width T2 of the pair of linear waveguides 14, and the pair of the paired waveguides. When the distance T3 between the linear waveguides is optimized, the loss of optical power divided and output by the Y-branched optical waveguide 10 is minimized.

상기 테이퍼 도파로(12)의 폭과 상기 직선 도파로(14)의 폭(T2)을 최적화하기 위해서는 상기 테이퍼 도파로(12)의 폭(T1)을 넓히고, 상기 직선 도파로(14)의 폭(T2)을 좁힐 수록 그 손실이 줄어드는 경향이 있다.In order to optimize the width of the tapered waveguide 12 and the width T2 of the linear waveguide 14, the width T1 of the tapered waveguide 12 is widened and the width T2 of the linear waveguide 14 is increased. The narrower it is, the less the loss tends to be.

그러나, 상기 직선 도파로(14) 폭(T2)이 지나치게 좁을 경우 에칭(etching) 또는 오버 클래딩(over clading) 등의 공정을 거치면서 도파로 자체의 자중에 의해도파로가 무너지거나 손상되어 그 형상이 변형되기도 하고, 오버 클래드와 코어의 응력(stress)차이로 인해 도파로 자체가 휘는 현상이 발생한다. 도파로 폭이 좁을 수록 이러한 문제점은 심화되며, 공정과정에서의 이러한 손상은 분기도파로의 성능 자체에도 직접적인 영향을 준다. 반대로, 이러한 문제점을 극복하기 위해 상기 직선 도파로(14)의 폭(T2)을 넓힐 경우 광신호의 모드 조화가 잘 이루어지지 않아 광파워 손실이 발생되어 소자의 성능이 저하된다.However, when the width T2 of the straight waveguide 14 is too narrow, the waveguide collapses or is damaged by the weight of the waveguide itself while undergoing a process such as etching or over cladding, thereby deforming its shape. The waveguide itself bends due to the difference in stress between the over cladding and the core. The narrower the waveguide, the worse this problem, and this damage in the process directly affects the performance of the branch waveguide itself. On the contrary, in order to overcome this problem, when the width T2 of the linear waveguide 14 is widened, mode coordination of the optical signal is not well achieved, resulting in optical power loss, thereby degrading the performance of the device.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여,In order to solve the above problems,

본 발명의 목적은 광도파로 소자를 제작하는 공정에서 분기부 직선 도파로의 손상을 방지하고, 이에 따른 광파워 손실을 최소화하는 공정에 무관한 Y-분기형 광도파로를 제공함에 있다.An object of the present invention is to provide a Y-branched optical waveguide irrespective of the process of preventing damage to the branched linear waveguide in the process of manufacturing the optical waveguide device, thereby minimizing the optical power loss.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 분기부 직선 도파로의 폭을 충분히 넓히고, 분기부 직선 도파로에 출력 도파로를 연결할 때 옵셋을 준다.In order to achieve the above object, the present invention widens the width of the branch linear waveguide sufficiently, and gives an offset when connecting the output waveguide to the branch linear waveguide.

도 1은 종래 기술에 따른 Y-분기형 광도파로를 나타내는 도면.1 shows a Y-branched optical waveguide according to the prior art.

도 2는 도 1에 나타낸 Y-분기형 광도파로에서 분기점 직선 도파로의 폭을 넓혔을 경우 광신호의 진행경로를 나타내는 도면.FIG. 2 is a diagram showing a propagation path of an optical signal when the width of the branching linear waveguide is widened in the Y-branching optical waveguide shown in FIG. 1; FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Y-분기형 광도파로를 나타내는 도면.3 is a view showing a Y-branched optical waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3에 도시된 Y-분기형 광도파로 내에서 광신호의 진행경로를 나타내는 도면.FIG. 4 is a diagram showing a propagation path of an optical signal in the Y-branched optical waveguide shown in FIG.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 좁은 분기부 직선 도파로를 넓혔을 경우 광신호의 진행경로를 나타내는 도면이다. 이는 테이퍼 도파로의 폭을 넓게 하고 분기부의 직선 도파로를 좁게 하여 최적화시킨 종래의 Y-분기형 광도파로가 공정상에서 상기 직선 도파로가 손상되는 문제점을 극복하기 위해 직선 도파로(24)의 폭을 넓혀본 일 예를 나타낸 것이다. 광신호는 테이퍼 도파로(22)를 지나 분기부 직선 도파로(24)로 들어가면서 일정한 각을 가지고 곡선 도파로를 지나는 것처럼 휘게 된다. 그리고, 커플링(coupling)효과 및 안정화 되어가려는 성질에 의해 진행하는 광신호는 출렁이며 불안정한 상태로 진행하게 되어 광파워의 손실을 가져온다. 이와 같은 광파워 손실문제를 해결한 Y-분기형 광도파로가 도 3에 도시되어 있다.FIG. 2 is a diagram illustrating a propagation path of an optical signal when a narrow branched linear waveguide is widened. This is to widen the width of the linear waveguide 24 in order to overcome the problem that the linear waveguide is damaged in the process of the conventional Y-branched optical waveguide optimized by widening the tapered waveguide and narrowing the linear waveguide of the branch portion. An example is shown. The optical signal enters the branched straight waveguide 24 through the tapered waveguide 22 and is bent as if it passes through the curved waveguide with a constant angle. In addition, the optical signal proceeds due to the coupling effect and the property to be stabilized, and the optical signal proceeds in an unstable state, resulting in loss of optical power. A Y-branched optical waveguide that solves such an optical power loss problem is illustrated in FIG. 3.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 Y-분기형 광도파로를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 Y-분기형 광도파로 내를 진행하는 광신호의 진행경로를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating a Y-branched optical waveguide according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing a propagation path of an optical signal traveling through the Y-branched optical waveguide shown in FIG. 3.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 Y-분기형 광도파로(30)는 입력 도파로(31)와, 테이퍼 도파로(32)와, 분기부(33)를 구비한다. 상기 분기부(33)는 한 쌍의 직선 도파로(34)와, 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)에서 각각 연장되는 한 쌍의 출력 도파로(35)로 구성된다. 광신호는 상기 입력 도파로(31)를 통해 상기 테이퍼 도파로(32)로 진행한다. 상기 테이퍼 도파로는(32)는 광신호의 세기가 도파로내에 확산되도록 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어진다. 상기 광신호는 상기 테이퍼 도파로(32)에서 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)로 진행하면서 분할되어 상기 출력 도파로(35)를 통해 출력된다. 상기한 쌍의 직선 도파로(34)는 상기 테이퍼 도파로(32)의 출력측 끝단에서 연장되면서 일정한 분리폭(W2)을 두고 연장된다. 또한 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)와 그 끝단에서 연장되는 상기 한 쌍의 출력 도파로(35) 사이에는 소정량의 옵셋(W3)이 주어진다.3 and 4, the Y-branched optical waveguide 30 according to the embodiment of the present invention includes an input waveguide 31, a tapered waveguide 32, and a branch 33. . The branch portion 33 is composed of a pair of linear waveguides 34 and a pair of output waveguides 35 respectively extending from the pair of linear waveguides 34. The optical signal travels through the input waveguide 31 to the tapered waveguide 32. The tapered waveguide 32 is gradually widened in the advancing direction of the optical signal so that the intensity of the optical signal is diffused in the waveguide. The optical signal is divided while traveling from the tapered waveguide 32 to the pair of linear waveguides 34 and is output through the output waveguide 35. The pair of linear waveguides 34 extend at the output end of the tapered waveguide 32 and extend with a constant separation width W2. In addition, a predetermined amount of offset W3 is given between the pair of linear waveguides 34 and the pair of output waveguides 35 extending from the ends thereof.

상기 분리폭(W2)은 공정상의 한계로 인하여 제작이 가능한 최소치를 적용한다. 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 Y-분기형 광도파로(10)와 비교하면, 본 발명에 따른 Y-분기형 광도파로(30)는 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)의 폭을 각각 넓혔다. 또한 이로 인해 발생하는 광파워의 손실을 보상하기 위하여 상기 한 쌍의 출력 도파로(35) 사이의 간격을 상기 한 쌍의 직선 도파로(34) 사이의 간격보다 넓게 하여 연결하면서 상기 옵셋(W3)을 제공한다.The separation width (W2) is applied to the minimum value that can be manufactured due to process limitations. Compared to the Y-branched optical waveguide 10 according to the prior art shown in FIG. 1, the Y-branched optical waveguide 30 according to the present invention has widened the width of the pair of linear waveguides 34, respectively. . Also, in order to compensate for the loss of optical power caused by this, the offset between the pair of output waveguides 35 is wider than the interval between the pair of linear waveguides 34 to provide the offset W3. do.

상기와 같이 구성한 Y-분기형 광도파로의 동작이 도 4에 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 테이퍼 도파로(32)로부터 상기 직선 도파로(34)로 전환되는 지점에서 상기 직선 도파로(34)에 의해 진행하는 광신호의 경로가 곡선 도파로를 지나듯이 휘어진다. 이때 상기 직선 도파로(34)로부터 상기 출력 도파로(35)로 전환되는 지점에서 광신호가 상기 출력 도파로(35)의 내벽과 평행하게 진행할 수 있도록 상기 직선 도파로(34) 최적의 길이를 설정한다. 그리고, 상기 한 쌍의 출력 도파로(35)를 상기 한 쌍의 직선 도파로(34)의 끝단에 각각 연결할 때 상기 옵셋(W3)을 주어 광신호의 모드를 조화시켜 준다.The operation of the Y-branched optical waveguide configured as above is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the path of the optical signal traveling by the linear waveguide 34 at the point where the tapered waveguide 32 is converted into the linear waveguide 34 is bent as if passing through the curved waveguide. At this point, the optimum length of the linear waveguide 34 is set so that the optical signal can travel in parallel with the inner wall of the output waveguide 35 at the point where the linear waveguide 34 is switched to the output waveguide 35. When the pair of output waveguides 35 are connected to the ends of the pair of linear waveguides 34, the offset W3 is provided to harmonize the mode of the optical signal.

결과적으로, 본 발명의 실시 예에 따른 Y-분기 도파로는 상기 직선 도파로(34)의 폭을 넓히고, 이로 인해 발생하는 광파워 손실을 보상하기 위하여 상기 직선 도파로(34)와 상기 출력 도파로(35) 사이에 상술한 바와 같이 옵셋(W3)을 주었다.As a result, the Y-branch waveguide according to the embodiment of the present invention widens the width of the linear waveguide 34 and compensates for the optical power loss caused by the linear waveguide 34 and the output waveguide 35. Offset W3 was given in between.

상술한 바와 같이, 본 발명은 평면 광 도파로형 소자를 기반으로 하는 Y-분기형 광도파로에서 분기부 직선 도파로의 폭을 충분히 넓힘으로써, 상기 Y-분기형 광도파로를 제작하는 공정에서 폭이 좁은 직선 도파로가 자중에 의해 손상되거나 그 형상이 변형되는 것을 방지할 수 있고, 상기 Y-분기형 광도파로의 코어층과 클래드층의 응력차이로 인해 도파로가 휘는 현상도 방지하게 되었다. 또한 상기 직선 도파로의 폭이 넓어짐으로써 발생하는 광파워 손실 문제는 적절한 위치에 옵셋을 준 출력 도파로를 형성함으로써 해결하였다.As described above, the present invention has a narrow width in the process of manufacturing the Y-branched optical waveguide by sufficiently widening the branch linear waveguide in the Y-branched optical waveguide based on the planar optical waveguide device. The linear waveguide can be prevented from being damaged by its own weight or its shape is deformed, and the waveguide is prevented from being bent due to the stress difference between the core layer and the clad layer of the Y-branched optical waveguide. In addition, the problem of optical power loss caused by the widening of the linear waveguide has been solved by forming an output waveguide with an offset at an appropriate position.

Claims (3)

Y-분기형 광도파로 소자에 있어서,In the Y-branched optical waveguide device, 광신호가 입력되는 입력 도파로와;An input waveguide to which an optical signal is input; 상기 입력 도파로에서 연장되며 상기 광신호의 진행 방향으로 점차 그 폭이 넓어지는 테이퍼 도파로와;A tapered waveguide extending from the input waveguide and gradually widening in the travel direction of the optical signal; 각각 상기 테이퍼 도파로에서 연장되며 세기 분할되는 상기 광신호의 일부를 입력받는 한 쌍의 직선 도파로와;A pair of linear waveguides each receiving a portion of the optical signal that is extended from the tapered waveguide and is divided in intensity; 각각 상기 한 쌍의 직선 도파로에서 연장되며 소정량의 옵셋이 주어진 한 쌍의 출력 도파로를 포함함을 특징으로 하는 Y-분기형 광도파로 소자.And a pair of output waveguides each extending from said pair of linear waveguides and given a predetermined amount of offset. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 한 쌍의 출력 도파로 사이의 간격을 상기 한 쌍의 직선 도파로 사이의 간격보다 넓게 하여 연결함으로써 상기 옵셋이 주어진 것을 특징으로 하는 Y-분기형 광도파로 소자.And the offset is given by connecting the distance between the pair of output waveguides wider than the distance between the pair of linear waveguides. 제1 항에 있어서, 상기 직선 도파로의 길이는The length of the straight waveguide of claim 1 광신호가 상기 출력 도파로 내에서 도파로 내벽과 평행하게 진행할 수 있도록 설정됨을 특징으로 하는 Y-분기형 광도파로 소자.Y-branched optical waveguide device, characterized in that the optical signal is set to travel in parallel with the inner wall of the waveguide in the output waveguide.
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