KR20030009591A - 와이-분기 광도파로 및 이를 이용한 다단 광파워 분할기 - Google Patents

와이-분기 광도파로 및 이를 이용한 다단 광파워 분할기 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 반도체 기판 상에 형성되며 광신호의 전송 매체가 되는 코아와 상기 코아를 둘러싸는 클래드로 이루어진 와이-분기 광도파로는, 제1 단면을 통해 광신호가 입력되고 제2 단면을 통해 광신호를 출력하며, 그 중심선을 중심으로 한 좌우 대칭 구조를 가지며, 상기 중심선을 따라 점차로 좌우 방향의 폭이 넓어지는 입력 테이퍼 도파로와; 각각 상기 입력 테이퍼 도파로의 제2 단면으로부터 연장되며, 상기 제2 단면을 통해 분기된 광신호를 입력받고, 상기 중심선을 따라 점차로 좌우 방향의 폭이 넓어지며, 상기 중심선을 중심으로 한 좌우 비대칭 구조로 상기 제2 단면 상에 배치된 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로를 포함한다.

Description

와이-분기 광도파로 및 이를 이용한 다단 광파워 분할기{Y-BRANCH OPTICAL WAVEGUIDE AND MULTI-STAGE OPTICAL POWER SPLITTER USING THAT}
본 발명은 광파워 분할기에 관한 것으로서, 특히 와이-분기 광도파로 및 이를 이용한 다단 광파워 분할기에 관한 것이다.
광도파로는 기본적으로 내부 전반사를 이용하여 입력된 광신호를 전파시키는 코아와, 상기 코아를 둘러싸는 클래드로 구성된다. 이러한 광도파로를 이용한 광학 소자로는 광신호의 파워를 분리하거나 합하는 광파워 분할기/결합기, 파장에 따라 광신호를 구성하는 채널들을 역다중화하거나 다중화하는 파장분기 다중화기/역다중화기 등을 들 수가 있다. 또한, 광파워 분할기로서는 광신호를 입력받는 입력 도파로와, 입력된 광신호의 모드를 확장하는 테이퍼 도파로(tapered waveguide)와, 상기 확장된 광신호의 파워를 분기하여 그 단면들을 통해 출력하는 한 쌍의 출력 도파로로 구성된 와이-분기 광도파로가 통상적으로 사용된다.
도 1은 종래의 와이-분기 광도파로를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 상기 와이-분기 광도파로는 제1 단면(112)을 통해 광신호가 입력되는 직선형의 입력 도파로(110)와, 상기 입력 도파로(110)와 연결된 제1 단면(122)을 통해 상기 광신호가 입력되며 상기 광신호의 진행 방향을 따라 점차 그 폭이 넓어지는 테이퍼 도파로(120)와, 상기 테이퍼 도파로(120)의 제2 단면으로부터 상기 테이퍼 도파로(120)의 중심선(126)을 중심으로 대칭되게 연장된 제1 및 제2 출력 도파로(130 및 140)로 구성된다. 상기 와이-분기 광도파로는 PLC 소자(planar lightwave circuit device)로서, 기판 상에 고굴절률의 코아(core)와 상기 코아를 둘러싸는 저굴절률의 클래드(clad)를 적층함으로써 형성된다.
도 2는 도 1에 도시된 와이-분기 광도파로를 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 제1 및 제2 출력 도파로(130 및 140)의 제2 단면들(134 및 144) 상에서 분기된 광신호들의 모드 프로파일(mode profile)들을 나타낸 도면이다. 도시된 상기 분기된 광신호의 도파 모드를 보면, 상기 분기된 광신호는 상기 제1 및 제2 출력 도파로(130 및 140)를 따라서 불안정하게 진행함을 알 수 있다. 이 때, 상기 광신호는 상기 입력 도파로(110)의 제1 단면(112)으로 수직하게 입사된다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 및 제2 출력 도파로(130 및 140)의 제2 단면들(134 및 144) 상에 나타나는 분기된 광신호들의 제1 및 제2 모드 프로파일(150 및 170)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1 또는 제2 모드 프로파일(150 또는 170)의 모드 중심(160 또는 180)은 제1 또는 제2 출력 도파로(130 또는 140)의 중심선(136 또는 146)과 소정 거리(M1과 M2)로 이격되어 있음-또는 모드 부정합을 나타냄-을 알 수 있다. 이 때, 상기 입력 도파로(110)의 제1 단면(112)으로 광신호가 수직하게 입사하고 상기 제1 및 제2 출력 도파로(130 및 140)는 상기 테이퍼 도파로(120)의 중심선(126)을 중심으로 대칭되게 형성되어 있으므로, 모드 부정합량들(M1과 M2)은 동일한 값을 가진다. 이러한 모드 부정합에 따라서, 상기 와이-분기 광도파로의 출력 특성은 불안정하게 된다. 또한, 상기 와이-분기 광도파로가 다른 광도파로 소자나 다음 단의 와이-분기 광도파로와 연결되는 경우에 상기 다른 광도파로 소자나 다음 단의 와이-분기 광도파로의 출력 특성에 악영향을 미치게 된다.
도 4는 종래의 와이-분기 광도파로를 이용한 2단 광파워 분할기를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 5a 및 도 5b는 상기 2단 광파워 분할기를 진행하는 광신호의 모드 프로파일들을 나타내는 도면이다. 상기 2단 광파워 분할기는 상기 2단 광파워 분할기의 제1 단을 구성하는 제1 와이-분기 광도파로(200)와-제1 입력 도파로(210)와, 제1 테이퍼 도파로(220)와, 제1 및 제2 출력 도파로(230 및 240)로 구성됨-, 제2 단을 구성하는 제2 와이-분기 광도파로(250)-제2 입력 도파로(260)와, 제2 테이퍼 도파로(270)와, 제3 및 제4 출력 도파로(280 및 290)로 구성됨- 및 제3 와이-분기 광도파로(300)-제3 입력 도파로(310)와, 제3 테이퍼 도파로(320)와, 제5 및 제6 출력 도파로(330 및 340)로 구성됨-로 구성된다.
도 5a를 참조하면, 상기 제1 테이퍼 도파로(220)의 제1 단면(222) 상에 나타나는 광신호의 모드 프로파일(350)이 도시되어 있다. 이 때, 상기 제1 입력 도파로(210)의 제1 단면(212)으로 상기 광신호가 수직하게 입사한다. 따라서, 상기 모드 프로파일(350)의 모드 중심과, 상기 제1 테이퍼 도파로(220)의 제1 중심선(226)이 일치하게 된다.
도 5b를 참조하면, 상기 제2 및 제3 테이퍼 도파로(270 및 320)의 제1 단면들(222 및 322) 상에 나타나는 1차 분기된 광신호들의 모드 프로파일들(360 및 380)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 모드 프로파일들(360 및 380)의 모드 중심들(370 및 390)은 제1 및 제2 중심선(276 및 326)과 소정 거리(M3과 M4)로 이격되어 있음-또는 모드 부정합을 나타냄-을 알 수 있다.
상기 2단 광파워 분할기는 상기 제1 중심선(226)을 중심으로 한 대칭 구조를 가지므로, 상기 제3 내지 제6 출력 도파로(280, 290, 330 및 340)의 제2 단면들(284, 294, 334 및 344) 상에 나타나는 2차 분기된 광신호들의 모드 프로파일들은 상기 제1 중심선(226)을 중심으로 하여 대칭적으로 나타난다.
도 6은 도 4에 도시된 2단 광파워 분할기 내로 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면이다. 도시된 1차 및 2차 분기된 광신호들의 도파 모드를 보면, 상기 1차 분기된 광신호들은 제1 및 제2 출력 도파로(230 및 240)의 길이 방향들을 따라서 불안정하게 진행하며, 상기 2차 분기된 광신호들은 제3 내지 제6 출력 도파로(280, 290, 330 및 340)의 길이방향들을 따라서 1차 분기된 광신호들의 경우보다더욱 불안정하게 진행함을 알 수 있다.
도 7은 상기 제3 내지 제6 출력 도파로(280, 290, 330 및 340)의 제2 단면들(284, 294, 334 및 344) 상에 나타나는 2차 분기된 광신호들의 제1 내지 제4 모드 프로파일(410, 420, 430 및 440)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 모드 프로파일(410, 420, 430 및 440) 중에서 상기 제2 및 제3 모드 프로파일(420 및 430)의 중심 세기가 상기 제1 및 제4 모드 프로파일(410 및 440)의 중심 세기보다 훨씬 높음을 알 수 있다. 즉, 상기 입력 광신호는 상기 2단 광파워 분할기의 제1 단을 지나면서 모드 부정합을 겪게 되고, 제2 단을 지나면서 다시 한번 모드 부정합을 겪게 된다. 따라서, 상기 제1 내지 제4 모드 프로파일(410, 420, 430 및 440)은 두 차례에 걸친 모드 부정합이 중첩 적용된 결과를 나타내고 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 와이-분기 광도파로는 그 내부로 진행하는 입력 광신호가 모드 부정합을 겪게 됨에 따라서 불균일한 출력 특성을 나타내게 된다는 문제점이 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같은 종래의 와이-분기 광도파로를 이용한 다단 광파워 분할기는 그 내부로 진행하는 입력 광신호들이 다수의 와이-분기 광도파로들에서 발생한 모드 부정합을 차례로 겪게 됨에 따라서 불균일한 출력 특성을 나타내게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 본 발명의 목적은 출력 특성이 균일한 와이-분기 광도파로를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 출력 특성이 균일한 다단 광파워 분할기를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 기판 상에 형성되며 광신호의 전송 매체가 되는 코아와 상기 코아를 둘러싸는 클래드로 이루어진 와이-분기 광도파로는,
제1 단면을 통해 광신호가 입력되고 제2 단면을 통해 광신호를 출력하며, 그 중심선을 중심으로 한 좌우 대칭 구조를 가지며, 상기 중심선을 따라 점차로 좌우 방향의 폭이 넓어지는 입력 테이퍼 도파로와;
각각 상기 입력 테이퍼 도파로의 제2 단면으로부터 연장되며, 상기 제2 단면을 통해 분기된 광신호를 입력받고, 상기 중심선을 따라 점차로 좌우 방향의 폭이 넓어지며, 상기 중심선을 중심으로 한 좌우 비대칭 구조로 상기 제2 단면 상에 배치된 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로를 포함한다.
도 1은 종래의 와이-분기 광도파로를 개략적으로 나타내는 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 와이-분기 광도파로 내로 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 제1 및 제2 출력 도파로의 제2 단면들 상에서 분기된 광신호들의 모드 프로파일들을 나타낸 도면,
도 4는 종래의 와이-분기 광도파로를 이용한 2단 광파워 분할기를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 2단 광파워 분할기를 진행하는 광신호의 모드 프로파일들을 나타내는 도면,
도 6은 도 4에 도시된 2단 광파워 분할기 내로 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면,
도 7은 제3 내지 제6 출력 도파로의 제2 단면들 상에서 나타낸 2차 분기된 광신호들의 제1 내지 제4 모드 프로파일을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 와이-분기 광도파로를 설명하기 위한 구성도,
도 9는 도 8에 도시된 와이-분기 광도파로를 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면,
도 10은 도 8에 도시된 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로의 제2 단면들 상에 나타나는 분기된 광신호들의 모드 프로파일들을 나타낸 도면,
도 11은 도 8에 도시된 와이-분기 광도파로를 이용한 2단 광파워 분할기를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 12a 및 도 12b는 상기 2단 광파워 분할기를 진행하는 광신호의 모드 프로파일들을 나타내는 도면,
도 13은 도 11에 도시된 2단 광파워 분할기 내로 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면,
도 14는 상기 제3 내지 제6 출력 테이퍼 도파로의 제2 단면들 상에서 나타낸 2차 분기된 광신호들의 제1 내지 제4 모드 프로파일을 나타내는 도면,
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이-분기 광도파로를 설명하기 위한 구성도,
도 16은 도 15에 도시된 와이-분기 광도파로를 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면,
도 17은 도 16에 도시된 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로의 제2 단면들 상에 나타나는 분기된 광신호들의 제1 및 제2 모드 프로파일을 설명하기 위한 도면;
도 18은 도 15에 도시된 와이-분기 광도파로를 이용한 2단 광파워 분할기를개략적으로 나타낸 구성도,
도 19a 및 도 19b는 상기 2단 광파워 분할기를 진행하는 광신호의 모드 프로파일들을 나타내는 도면,
도 20은 도 18에 도시된 2단 광파워 분할기 내로 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면,
도 21은 상기 제3 내지 제6 출력 테이퍼 도파로의 제2 단면들 상에서 나타낸 2차 분기된 광신호들의 제1 내지 제4 모드 프로파일을 설명하기 위한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명에 따른 와이-분기 광도파로를 설명하기 위한 구성도이다. 상기 와이-분기 광도파로는 입력 테이퍼 도파로(450)와 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(460 및 470)로 구성된다.
상기 입력 테이퍼 도파로(450)는 제1 단면(452)을 통해 광신호가 입력되며 제2 단면을 통해 상기 입력 광신호를 분기하여 출력하고, 상기 입력 광신호의 진행 방향에 따라 점차로 그 폭이 넓어지며, 그 외측면이 S자형으로 형성된다.
상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(460 및 470)는 각각 상기 입력 테이퍼 도파로(450)의 제2 단면과 연결된 제1 단면(462 또는 472)을 통해 상기 분기된 광신호를 입력받으며, 그 외측면은 소정 곡률로 벤딩(bending)되어 아크(arc)를 형성한다. 또한, 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(460 및 470)는 상기 분기된 광신호들의 진행 방향들에 따라서 점차적으로 그 폭이 넓어진다. 또한, 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(460 및 470)의 내측면들(468 및 478)은 제1 간격(G1)으로 이격되어 있으며, 상기 제1 출력 테이퍼 도파로(460)의 외측면(467)과 상기 입력 테이퍼 도파로(450)의 외측면(458)은 제2 간격(G2)으로 이격되고, 상기 제2 출력 테이퍼 도파로(470)의 외측면(477)과 상기 입력 테이퍼 도파로(450)의 외측면(458)도 제2 간격(G2)으로 이격된다. 이 때, 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(460 및 470)는 상기 입력 테이퍼 도파로(450)의 중심선(456)을 중심으로 대칭되게 형성된다.
도 9는 도 8에 도시된 와이-분기 광도파로를 진행하는 광신호의 도파 모드를나타내는 도면이며, 도 10은 도 8에 도시된 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(460 및 470)의 제2 단면들(464 및 474) 상에 나타나는 분기된 광신호들의 모드 프로파일들을 나타낸 도면이다. 상기 분기된 광신호의 도파 모드를 보면, 상기 분기된 광신호들은 상기 제1 및 제2 출력 도파로(460 및 470)의 길이 방향들을 따라서 어느 정도 안정되게 진행함을 알 수 있다. 이 때, 상기 입력 광신호는 상기 입력 테이퍼 도파로(450)의 제1 단면(452)으로 수직하게 입사된다.
도 10을 참조하면, 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(460 및 470)의 제2 단면들(464 및 474) 상에 나타나는 분기된 광신호들의 제1 및 제2 모드 프로파일(480 및 490)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1 또는 제2 모드 프로파일(480 또는 490)의 모드 중심(485 또는 495)은 제1 또는 제2 출력 테이퍼 도파로(460 또는 470)의 중심선(466 또는 476)과 소정 거리(M5또는 M6)로 이격되어 있음-또는 모드 부정합이 발생함-을 알 수 있다. 이 때, 상기 입력 테이퍼 도파로(450)의 제1 단면(452)으로 광신호가 수직하게 입사하고 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(460 및 470)는 상기 입력 테이퍼 도파로(450)의 중심선(456)을 중심으로 대칭되게 형성되어 있으므로, 모드 부정합량들(M5과 M6)은 동일한 값을 가진다. 이러한 모드 부정합이 상기 와이-분기 광도파로의 출력 특성을 불균일하게는 만들고 있으나, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 와이-분기 광도파로가 단독으로 사용되었을 경우에는 도 1에 도시된 와이-분기 광도파로에 비교하여 그 불균일 정도는 무시할 수 있을 정도의 것이다. 그러나, 상기 와이-분기 광도파로가 다른 광도파로 소자나 다음 단의 와이-분기 광도파로와 연결되는 경우에 상기 다른 광도파로 소자나 다음 단의 와이-분기 광도파로의 출력 특성에 악영향을 미치게 된다는 점에 있어서는 도 1에 도시된 와이-분기 광도파로의 경우와 동일하다.
도 11은 도 8에 도시된 와이-분기 광도파로를 이용한 2단 광파워 분할기를 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 12a 및 도 12b는 상기 2단 광파워 분할기를 진행하는 광신호의 모드 프로파일들을 나타내는 도면이다. 상기 2단 광파워 분할기는 상기 2단 광파워 분할기의 제1 단을 구성하는 제1 와이-분기 광도파로(500)와-제1 입력 테이퍼 도파로(510)와, 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(520 및 530)로 구성됨-, 제2 단을 구성하는 제2 와이-분기 광도파로(550)-제2 입력 테이퍼 도파로(560)와, 제3 및 제4 출력 테이퍼 도파로(570 및 580)로 구성됨- 및 제3 와이-분기 광도파로(600)-제3 입력 테이퍼 도파로(610)와, 제5 및 제6 출력 테이퍼 도파로(620 및 630)로 구성됨-로 구성된다.
도 12a를 참조하면, 상기 제1 입력 테이퍼 도파로(510)의 제2 단면(514) 상에 나타나는 광신호의 모드 프로파일이 도시되어 있다. 이 때, 상기 제1 입력 테이퍼 도파로(510)의 제1 단면(512)으로 상기 광신호가 수직하게 입사한다. 따라서, 상기 모드 프로파일(650)의 모드 중심과, 상기 제1 입력 테이퍼 도파로(510)의 제1 중심선(516)이 일치하게 된다.
도 12b를 참조하면, 상기 제2 및 제3 입력 테이퍼 도파로(560 및 610)의 제2 단면들(564 및 614) 상에서 나타낸 1차 분기된 광신호들의 모드 프로파일들(660 및 670)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 모드 프로파일들(660 및 670)의 모드 중심들(665 및 670)은 제2 및 제3 중심선(566 및 616)과 소정 거리(M7또는 M8)로 이격되어 있음-또는 모드 부정합이 발생함-을 알 수 있다.
상기 2단 광파워 분할기는 상기 제1 중심선(516)을 중심으로 한 대칭 구조를 가지므로, 상기 제3 내지 제6 출력 테이퍼 도파로(570, 580, 620 및 630)의 제2 단면들(574, 584, 624 및 634) 상에서 나타낸 2차 분기된 광신호들의 모드 프로파일들은 상기 제1 중심선(516)을 중심으로 하여 대칭적으로 나타난다.
도 13은 도 11에 도시된 2단 광파워 분할기 내로 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면이다. 도시된 1차 및 2차 분기된 광신호들의 도파 모드를 보면, 상기 1차 분기된 광신호들은 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(520 및 530)의 길이 방향들을 따라서 어느 정도 안정되게 진행하지만, 상기 2차 분기된 광신호들은 제3 내지 제6 출력 도파로(570, 580, 620 및 630)의 길이 방향들을 따라서 불안정하게 진행함을 알 수 있다.
도 14는 상기 제3 내지 제6 출력 테이퍼 도파로(570, 580, 620 및 630)의 제2 단면들(574, 584, 624 및 634) 상에서 나타낸 2차 분기된 광신호들의 제1 내지 제4 모드 프로파일(650, 660, 670 및 680)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 모드 프로파일(650, 660, 670 및 680) 중에서 상기 제2 및 제3 모드 프로파일(660 및 670)의 중심 세기가 상기 제1 및 제4 모드 프로파일(650 및 680)의 중심 세기보다 다소 낮음을 알 수 있다. 즉, 상기 입력 광신호는 상기 2단 광파워 분할기의 제1 단을 지나면서 모드 부정합을 겪게 되고, 제2 단을 지나면서다시 한번 모드 부정합을 겪게 된다. 따라서, 상기 제1 내지 제4 모드 프로파일은 두 차례에 걸친 모드 부정합이 중첩 적용된 결과를 나타내고 있는 것이다. 만약, 상기 와이-분기 광도파로가 3단 이상의 다단 광파워 분할기에 적용된다면, 그 출력 특성은 더욱 불균일할 것이라는 것을 쉽게 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이-분기 광도파로를 설명하기 위한 구성도이다. 상기 와이-분기 광도파로는 입력 테이퍼 도파로(710)와, 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(720 및 730)로 구성된다.
상기 입력 테이퍼 도파로(710)는 제1 단면(712)을 통해 광신호가 입력되며 제2 단면을 통해 상기 광신호를 분기하여 출력하고, 상기 입력 광신호의 진행 방향에 따라 점차로 그 폭이 넓어지며, 그 외측면(718)이 S자형으로 형성된다.
상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(720 및 730)는 각각 상기 입력 테이퍼 도파로(710)의 제2 단면과 연결된 제1 단면(722 및 732)을 통해 상기 분기된 광신호를 입력받으며 그 외측면(727 및 728, 737 및 738)은 소정 곡률로 벤딩되어 아크를 형성한다. 또한, 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(720 및 730)는 상기 분기된 광신호들의 진행 방향에 따라서 점차적으로 그 폭이 넓어진다. 또한, 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(720 및 730) 내측면들(728 및 738)은 제4 간격(G4)으로 이격되어 있고, 상기 제1 출력 테이퍼 도파로(720)의 외측면(727)과 상기 입력 테이퍼 도파로(710)의 외측면(718)은 제5 간격(G5)으로 이격되어 있으며, 상기 제2 출력 테이퍼 도파로(730)의 외측면(737)과 상기 입력 테이퍼 도파로(710)의외측면(718)은 제6 간격(G6)으로 이격되어 있다. 이 때, 상기 제6 간격은 상기 제5 간격보다 더 큰 값을 갖는다. 또한 상기 제5 및 제6 간격(G5및 G6)은, (G5+ 옵셋) ≒ (G6 - 옵셋)의 관계를 나타낸다.
도 16은 도 15에 도시된 와이-분기 광도파로를 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면이며, 도 17은 도 15에 도시된 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(720 및 730)의 제2 단면들(724 및 734) 상에 나타나는 분기된 광신호들의 모드 프로파일들을 나타낸 도면이다. 상기 분기된 광신호의 도파 모드를 보면, 상기 분기된 광신호들은 상기 제1 및 제2 출력 도파로(720 및 730 )의 길이 방향들을 따라서 안정되게 진행함을 알 수 있다. 이 때, 상기 광신호는 상기 입력 테이퍼 도파로(710)의 제1 단면(712)으로 수직하게 입사된다.
도 17을 참조하면, 상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(720 및 730)의 제2 단면들(724 및 734) 상에 나타나는 분기된 광신호들의 제1 및 제2 모드 프로파일(750 및 760)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1 또는 제2 모드 프로파일(750 또는 760)의 모드 중심(726 또는 736)과 제1 또는 제2 출력 테이퍼 도파로(720 또는 730)의 중심선(726 또는 736)은 서로 일치함을 알 수 있다. 상기 옵셋은 예를 들어, 상기 와이-분기 광도파로와 도 8에 도시된 와이-분기 광도파로가 옵셋을 제외한 나머지 조건이 동일할 경우에 도 10에 도시된 모드 부정합량들(M7및 M8)를 보상하는 값을 갖도록 설정된다.
도 18은 도 15에 도시된 와이-분기 광도파로를 이용한 2단 광파워 분할기를개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 19a 및 도 19b는 상기 2단 광파워 분할기를 진행하는 광신호의 모드 프로파일들을 나타내는 도면이다. 상기 2단 광파워 분할기는 상기 2단 광파워 분할기의 제1 단을 구성하는 제1 와이-분기 광도파로(800)와-제1 입력 테이퍼 도파로(810)와, 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(820 및 830)로 구성됨-, 제2 단을 구성하는 제2 와이-분기 광도파로(850)-제2 입력 테이퍼 도파로(860)와, 제3 및 제4 출력 테이퍼 도파로(870 및 880)로 구성됨- 및 제3 와이-분기 광도파로(900)-제3 입력 테이퍼 도파로(910)와, 제5 및 제6 출력 테이퍼 도파로(920 및 930)로 구성됨-로 구성된다.
도 19a를 참조하면, 상기 제1 입력 테이퍼 도파로(810)의 제2 단면(814) 상에서 나타나는 광신호의 모드 프로파일이 도시되어 있다. 이 때, 상기 제1 입력 테이퍼 도파로(810)의 제1 단면(812)으로 상기 광신호가 수직하게 입사한다. 따라서, 상기 모드 프로파일(940)의 모드 중심과, 상기 제1 입력 테이퍼 도파로(810)의 제1 중심선(816)이 일치하게 된다.
도 19b를 참조하면, 상기 제2 및 제3 입력 테이퍼 도파로(860 및 910)의 제2 단면들(864 및 914) 상에서 나타낸 1차 분기된 광신호들의 모드 프로파일들(945 및 950)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 모드 프로파일들(945 및 950)의 모드 중심들과 상기 제1 및 제2 입력 테이퍼 도파로(860 및 910)의 중심선들(866 및 916)은 서로 일치한다.
도 20은 도 18에 도시된 2단 광파워 분할기 내로 진행하는 광신호의 도파 모드를 나타내는 도면이다. 도시된 1차 및 2차 분기된 광신호들의 도파 모드를 보면,상기 1차 분기된 광신호들은 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로(820 및 830)의 길이 방향들을 따라서 안정되게 진행하며, 상기 2차 분기된 광신호들도 제3 내지 제6 출력 테이퍼 도파로(870, 880, 920 및 930)의 길이 방향들을 따라서 안정하게 진행함을 알 수 있다.
도 21은 상기 제3 내지 제6 출력 테이퍼 도파로(870, 880, 920 및 930)의 제2 단면들(874, 884, 924 및 934) 상에서 나타낸 2차 분기된 광신호들의 제1 내지 제4 모드 프로파일(960, 970, 980 및 990)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 모드 프로파일(960, 970, 980 및 990)의 중심 세기들은 모두 동일함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 와이-분기 광도파로는 입력 테이퍼 도파로의 중심선을 중심으로 한 좌우 비대칭 구조로 상기 입력 테이퍼 도파로의 제2 단면 상에 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로를 배치함으로써 균일한 출력 특성을 얻을 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 다단 광파워 분할기는 상기한 와이-분기 광도파로를 다단으로 연결함으로써 균일한 출력 특성을 얻을 수 있다는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 반도체 기판 상에 형성되며, 광신호의 전송 매체가 되는 코아와 상기 코아를 둘러싸는 클래드로 이루어진 와이-분기 광도파로에 있어서,
    제1 단면을 통해 광신호가 입력되고 제2 단면을 통해 광신호를 출력하며, 그 중심선을 중심으로 한 좌우 대칭 구조를 가지며, 상기 중심선을 따라 점차로 좌우 방향의 폭이 넓어지는 입력 테이퍼 도파로와;
    각각 상기 입력 테이퍼 도파로의 제2 단면으로부터 연장되며, 상기 제2 단면을 통해 분기된 광신호를 입력받고, 상기 중심선을 따라 점차로 좌우 방향의 폭이 넓어지며, 상기 중심선을 중심으로 한 좌우 비대칭 구조로 상기 제2 단면 상에 배치된 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로를 포함함을 특징으로 하는 와이-분기 광도파로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로의 내측면들 사이에는 상기 입력 테이퍼 도파로의 제1 단면으로 막힌 소정 폭의 갭이 형성됨을 특징으로 하는 와이-분기 광도파로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로의 좌우 방향의 외측면들은 상기 입력 테이퍼 도파로의 좌우 방향의 외측면들로부터 소정 간격들로 이격되어 있음을 특징으로 하는 와이-분기 광도파로.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로는 각각 소정 곡률로 벤딩되어 아크를 형성함을 특징으로 하는 와이-분기 광도파로.
  5. 각각 반도체 기판 상에 형성되며 광신호의 전송 매체가 되는 코아와 상기 코아를 둘러싸는 클래드로 이루어진 다수의 와이-분기 광도파로를 연결하여 구성된 다단 광파워 분할기에 있어서, 상기 다수의 와이-분기 광도파로 중의 적어도 하나는,
    제1 단면을 통해 광신호가 입력되고 제2 단면을 통해 광신호를 출력하며, 그 중심선을 중심으로 한 좌우 대칭 구조를 가지며, 상기 중심선을 따라 점차로 좌우 방향의 폭이 넓어지는 입력 테이퍼 도파로와;
    각각 상기 입력 테이퍼 도파로의 제2 단면으로부터 연장되며, 상기 제2 단면을 통해 분기된 광신호를 입력받고, 상기 중심선을 따라 점차로 좌우 방향의 폭이넓어지며, 상기 중심선을 중심으로 한 좌우 비대칭 구조로 상기 제2 단면 상에 배치된 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다단 광파워 분할기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로의 내측면들 사이에는 상기 입력 테이퍼 도파로의 제1 단면으로 막힌 소정 폭의 갭이 형성됨을 특징으로 하는 다단 광파워 분할기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로의 좌우 방향의 외측면들은 상기 입력 테이퍼 도파로의 좌우 방향의 외측면들로부터 소정 간격들로 이격되어 있음을 특징으로 하는 다단 광파워 분할기.
  8. 제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 출력 테이퍼 도파로는 각각 소정 곡률로 벤딩되어 아크를 형성함을 특징으로 하는 다단 광파워 분할기.
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