KR20040082302A - 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기와 파장 모니터 - Google Patents

2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기와 파장 모니터 Download PDF

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KR20040082302A
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아카하네요시히로
마츠우라다카시
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교또 다이가꾸
스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

2차원 포토닉 결정(結晶)을 이용한 파장 분합파기에 있어서, 입사광의 편광 상태에 관계없이 정확한 강도비로 특정 파장의 광을 추출하는 것을 가능하게 한다.
제 1 및 제 2의 2차원 포토닉 결정을 포함하는 파장 분합파기로서, 제 1의 2차원 포토닉 결정은 제 1 도파로와 제 1 공진기를 포함하며, 제 1 공진기는 제 1 도파로로부터 특정 파장의 광을 취입하여 제 1 포토닉 결정 밖으로 방사하도록 작용하고, 제 2의 2차원 포토닉 결정은 제 1 도파로와 실질적으로 동일 특성의 제 2 도파로 및 제 1 공진기와 실질적으로 동일 특성의 제 2 공진기를 포함하며, 제 1의 2차원 포토닉 결정의 주면(主面)과 제 1 도파로 중의 광의 전계 벡터가 임의의 각도 α를 이루는 경우에, 제 2의 2차원 포토닉 결정의 주면과 제 2 도파로 중의 광의 전계 벡터가 α+(π/2)의 각도를 이루도록 제 1 및 제 2 도파로가 광학적으로 접속되어 있다.

Description

2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기와 파장 모니터{CHANNEL ADD/DROP FILTER AND CHANNEL MONITOR EMPLOYING TWO-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL}
본 발명은 2차원 포토닉 결정(結晶)을 이용한 파장 분합파기 및 파장 모니터에 관한 것으로, 특히 편광에 대한 그들의 파장 분합파기 및 파장 모니터의 적응성의 개선에 관한 것이다. 또, 본원 명세서에서의 「광」의 용어 의미는 가시광에 비해서 파장이 길거나 또는 짧은 전자파도 포함하는 것으로 한다.
최근의 파장 분할 다중 통신 시스템의 진전에 따라, 분합파기, 파장 필터, 파장 모니터 등의 광학 디바이스의 중요성이 높아지고 있다. 또한, 이들 광학 디바이스의 소형화가 요망되고 있다. 예컨대, 광 앰프 중계기마다 파장 모니터를 마련하는 경우, 광 중계기의 플랫폼 상에 그 모니터를 탑재해야 한다. 그러나, 현재 사용되고 있는 파장 모니터는 크기 때문에, 그 플랫폼 상에 탑재하는 것이 물리적으로 불가능하다. 이러한 광학 디바이스의 소형화의 요망으로부터, 포토닉 결정을 이용하여 매우 소형의 광학 디바이스를 개발하는 것이 시도되고 있다. 즉, 포토닉 결정에서는, 모재(母材) 중에서 결정 격자와 같이 주기적으로 미세한 굴절률 분포가 인공적으로 마련되고, 그 인공적 주기 구조를 이용하여 매우 소형의 광학 장치를 실현하는 것이 가능하다.
포토닉 결정이 갖는 중요한 특성으로서, 포토닉 밴드 갭의 존재가 있다. 3차원적 굴절률 주기를 갖는 포토닉 결정(3차원 포토닉 결정)에서는 모든 방향에 대해 광의 전파가 금지되는 완전 밴드 갭을 형성할 수 있다. 이에 따라, 국소적인 광의 유입 금지, 자연 방출광의 제어, 선형 결함의 도입에 의한 도파로의 형성 등이 가능해져, 미소 광 회로의 실현이 기대되고 있다.
한편, 2차원적 굴절률 주기 구조를 갖는 포토닉 결정(2차원 포토닉 결정)은 비교적 용이하게 제작될 수 있으므로, 그 이용이 왕성하게 검토되고 있다. 2차원 포토닉 결정의 굴절률 주기 구조는, 예컨대 고굴절률의 판재(板材)(통상 「슬래브」라고 부름)를 관통하는 원주 구멍을 정방(正方) 격자 형상 또는 육방(六方) 격자 형상으로 배열함으로써 형성될 수 있다. 또는, 저굴절률 판재 중에 고굴절률 재료의 원주를 2차원 격자 형상으로 배열하는 것에 의해서도 형성될 수 있다. 이러한 굴절률 주기 구조로부터 포토닉 핸드 갭이 발생하여, 판재 중의 면내 방향(판재의 양 주면(主面)에 평행한 방향)에서 광의 전파가 제어될 수 있다. 예컨대 굴절률 주기 구조 중에 선형 결함을 도입함으로써 도파로를 형성할 수 있다(예컨대, Physical Review B, Vol.62, 2000, pp.4488-4492 참조).
도 5는 일본 특허 공개 제 2001-272555 호 공보에 개시된 파장 분합파기를 모식적인 사시도로 나타내고 있다. 또, 본원의 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일 또는 상당 부분을 나타내고 있다. 도 5의 파장 분합파기는, 판재(1) 내에 설정된 2차원 육방 격자점에 형성된 동일 직경의 원통형 관통 구멍(2)(통상, 구멍 내는 공기)을 갖는 2차원 포토닉 결정을 이용하고 있다. 이러한 2차원 포토닉 결정에 있어서, 광은 판재(1)의 면내 방향에서는 밴드 갭에 의해 전파가 금지되고, 면직(面直) 방향(판재의 양 주면에 직교하는 방향)으로는 저굴절률 재료(예컨대 공기)와의 계면에 의한 전반사에 의해 가두어진다.
도 5에서의 포토닉 결정은 직선 형상의 결함으로 이루어지는 도파로(3)를 포함하고 있다. 이 직선 형상 결함(3)은 서로 인접하여 직선 형상으로 배열된 복수의 격자점을 포함하고, 그들 격자점에는 관통 구멍(2)이 형성되어 있지 않다. 광은 2차원 포토닉 결정의 결함 내를 전파할 수 있어, 직선 형상 결함(3)은 직선 형상 도파로로서 작용할 수 있다. 직선 형상 도파로에서는, 광을 손실이 적게 전파시킬 수 있는 파장 영역이 비교적 넓고, 따라서 복수 채널의 신호를 포함하는 복수 파장 대역의 광을 전파시킬 수 있다.
도 5에서의 포토닉 결정은 점 형상 결함으로 이루어지는 공진기(4)도 포함하고 있다. 이 점 결함(4)은 하나의 격자점을 포함하고, 그 격자점에는 다른 격자점에 비해서 큰 직경의 관통 구멍이 형성되어 있다. 이와 같이 상대적으로 큰 직경의 관통 구멍을 포함하는 결함은 일반적으로 억셉터형의 점 형상 결함으로 불리고 있다. 한편, 격자점에 관통 구멍이 형성되어 있지 않은 결함은 일반적으로 도너형의 점 형상 결함으로 불리고 있다. 공진기(4)는 도파로(3)에 대하여 전자기적으로 상호 작용을 서로 미칠 수 있는 범위 내에 근접하여 배치된다.
도 5에 나타내고 있는 2차원 포토닉 결정에 있어서, 복수의 파장 대역(λ1, λ2, …, λi, …)을 포함하는 광(5)을 도파로(3) 내에 도입하면, 공진기(4)의 공진 주파수에 대응하는 특정 파장 λi를 갖는 광이 그 공진기에 포획되고, 점 형상 결함 내부에서 공진하고 있는 동안에, 판재(1)의 유한 두께에 기인하는 Q값의 작은 면직 방향으로 파장 λi의 광(6)이 방사된다. 즉, 도 5의 포토닉 결정은 파장 분파기로서 작용할 수 있다. 반대로, 판재(1)의 면직 방향으로 광을 점 형상 결함(4) 내로 입사함으로써, 그 공진기(4) 내에서 공진하는 파장 λi의 광을 도파로(3) 내에 도입할 수 있다. 즉, 도 5의 포토닉 결정은 파장 합파기로서도 작용할 수 있다. 또, 도파로(3) 또는 공진기(4)와 외부와의 사이의 광의 수수는 그 도파로의 단면(端面) 근방 또는 공진기 근방에 광 파이버 또는 광전 변환 소자를 근접 배치함으로써 실행할 수 있다. 물론, 그 경우에, 도파로 단면 또는 공진기와 광파이버 단면 또는 광전 변환 소자와의 사이에 집광 렌즈(콜리메이터)가 삽입되더라도 된다.
도 5에 나타내고 있는 파장 분합파기에 있어서, 선 형상 결함으로 이루어지는 도파로(3)와 점 형상 결함으로 이루어지는 공진기(4)와의 간격을 적절히 설정함으로써, 그들 도파로와 공진기 사이에서 수수하는 특정 파장의 광 강도의 비율을 제어하는 것도 가능하다. 또한, 도 5에서 점 형상 결함(4)에 대해서 판재(1)의 면직 방향으로 비대칭성이 도입되어 있지 않기 때문에, 광은 그 점 형상 결함(4)의상하 방향으로 출력되지만, 점 형상 결함(4)에서 면직 방향으로 비대칭성을 도입함으로써, 상하 중 어느 한쪽으로만 광을 출력시키는 것도 가능하다. 그와 같은 비대칭성의 도입 방법으로서는, 예컨대 원형 단면(斷面)의 점 형상 결함(4)의 직경을 판재의 두께 방향으로 연속적 또는 불연속적으로 변화시키는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 도 5의 파장 분합파기는 단일의 공진기만을 포함하고 있지만, 서로 공진 파장이 다른 복수의 공진기를 도파로를 따라 배치함으로써, 복수 채널의 광 신호를 분합파할 수 있는 것이 용이하게 이해된다. 또, 공진기(4)의 공진 파장은, 예컨대 점 형상 결함의 치수 형상을 변경하는 것에 의해서 바꿀 수 있다.
도 5에 나타내고 있는 파장 분합파기는, 상술한 바와 같이 광 신호(5)에 포함되는 특정 파장 λi의 광만을 공진기(4)를 거쳐서 광 빔(6)으로서 추출할 수 있기 때문에, 파장 모니터에 이용할 수 있다.
도 6은 그러한 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 모니터의 일례를 모식적인 사시도로 나타내고 있다. 이 파장 모니터에서는, 서로 공진 파장이 다른 3개의 공진기(4a, 4b, 4c)가 마련되어 있고, 그들 공진기로부터 방사되는 특정 파장의 광을 받아들이도록, 그들 공진기에 근접하여 광 파이버(10a, 10b, 10c)의 단면(端面)이 배치되어 있다. 그리고, 그들 광 파이버는 광전 소자(도시하지 않음)에 접속되고, 그들 광전 소자에 의해서 특정 파장의 광이 검지된다.
그러나, 도 5에 나타내고 있는 2차원 포토닉 결정(1)을 이용한 파장 분합파기에 있어서, 공진기(4)로부터 방출광(6)으로서 추출할 수 있는 것은 특정 파장 λi의 광 중에서 그 전계 벡터가 2차원 포토닉 결정(1)의 주면에 평행한 성분을 갖는 부분뿐이다. 한편, 예컨대 광 파이버에 의해서 도파로(3) 내에 입사되는 광(5)은 그 광 파이버나 그 이전의 환경의 영향에 의해서 특정 방향으로 편광하고 있는 경우가 있다. 예컨대, 입사광(5)에 포함되는 파장 λi의 광의 전계 벡터가 2차원 포토닉 결정(1)의 주면에 대하여 수직으로 편광하고 있는 경우, 도 5의 파장 분합파기를 이용하여 파장 λi의 광을 모니터할 수 없게 된다. 또한, 파장 λi의 광의 전계 벡터가 2차원 포토닉 결정(1)의 주면에 대하여 경사지도록 편광하고 있는 경우에 있어서도, 도 5의 파장 분합파기를 이용하여 파장 λi의 광을 모니터할 수 있는 것은 그 광 중에서 2차원 포토닉 결정(1)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 부분만이기 때문에, 입사광(5)에 포함되는 파장 λi의 광의 강도 비율을 정확하게 모니터할 수가 없다.
이러한 종래 기술에서의 상황을 감안하여, 본 발명은 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기에서 입사광의 편광 상태에 관계없이 정확한 강도비로 특정 파장의 광을 추출하는 것을 가능하게 하고, 또한, 그와 같이 개선된 파장 분합파기와 광 검지기를 조합하여 파장 모니터를 제공하는 것을 주요한 목적으로 하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예의 일례에 있어서의 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기(分合波器)를 나타내는 모식적인 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예의 다른 예에 있어서의 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기를 나타내는 모식적인 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예의 또 다른 예에 있어서의 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기를 나타내는 모식적인 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예의 또 다른 예에 있어서의 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기를 나타내는 모식적인 사시도,
도 5는 선행기술에 따른 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기의 일례를 나타내는 모식적인 사시도,
도 6은 선행기술에 따른 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기의 다른 예를 나타내는 모식적인 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 판재 또는 2차원 포토닉 결정
2 : 관통 구멍
3 : 선 형상 결함으로 이루어지는 도파로
4 : 점 형상 결함으로 이루어지는 공진기
11 : 광 파이버
12 : 스포트 사이즈 변환기
본 발명의 하나의 형태에 따른 파장 분합파기는 제 1과 제 2의 2차원 포토닉결정을 포함하고, 제 1의 2차원 포토닉 결정은 선 형상 결함으로 이루어지는 제 1 도파로와 점 형상 결함으로 이루어지는 제 1 공진기를 포함하며, 제 1 공진기는 제 1 도파로로부터 특정 파장의 광을 취입하여 제 1 포토닉 결정 밖으로 방사하거나 또는 반대로 제 1 포토닉 결정 밖으로부터 특정 파장의 광을 제 1 도파로 내로 도입하도록 작용하며, 제 2의 2차원 포토닉 결정은 제 1 도파로와 실질적으로 동일 특성의 제 2 도파로 및 제 1 공진기와 실질적으로 동일 특성의 제 2 공진기를 포함하고, 제 1의 2차원 포토닉 결정의 주면과 제 1 도파로 중의 광의 전계 벡터가 임의의 각도 α를 이루는 경우에, 제 2의 2차원 포토닉 결정의 주면과 상기 제 2 도파로 중의 광의 전계 벡터가 α+(π/2)의 각도를 이루도록 상기 제 1과 상기 제 2 도파로가 서로 광을 수수하도록 광학적으로 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들 주면이 서로 직교하도록 배치되고, 제 1과 제 2 도파로가 편파(偏波) 보존 파이버를 거쳐서 또는 직접 서로 직렬 접속될 수 있다. 또한, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되고, 제 1과 제 2 도파로는 편파 보존 파이버를 거쳐서 서로 직렬 접속되며, 그 편파 보존 파이버가 제 1 도파로측으로부터 제 2 도파로측까지 그 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려 있어도 무방하다. 또한, 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려진 편파 보존 파이버 대신에, 광의 전계 벡터를 π/2만큼 회전시키는 패러데이 회전자 또는 1/2 파장판이 이용되더라도 무방하다.
본 발명의 다른 형태에 따른 파장 분합파기는 제 1과 제 2의 2차원 포토닉결정을 포함하고, 제 1의 2차원 포토닉 결정은 선 형상 결함으로 이루어지는 제 1 도파로와 점 형상 결함으로 이루어지는 제 1 공진기를 포함하며, 제 1 공진기는 제 1 도파로로부터 특정 파장의 광을 취입하여 제 1 포토닉 결정 밖으로 방사하거나 또는 반대로 제 1 포토닉 결정 밖으로부터 특정 파장의 광을 제 1 도파로 내로 도입하도록 작용하며, 제 2의 2차원 포토닉 결정은 제 1 도파로와 실질적으로 동일 특성의 제 2 도파로 및 제 1 공진기와 실질적으로 동일 특성의 제 2 공진기를 포함하며, 제 1과 제 2 도파로는 등(等)분파 광 커플러를 거쳐서 하나의 광 파이버에 병렬 접속되어 있고, 제 1의 2차원 포토닉 결정의 주면과 제 1 도파로 중의 광의 전계 벡터가 임의의 각도 α를 이루는 경우에, 제 2의 2차원 포토닉 결정의 주면과 제 2 도파로 중의 광의 전계 벡터가 α+(π/2)의 각도를 이루도록 제 1과 제 2 도파로가 등분파 광 커플러와 광학적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 직교하도록 배치되고, 제 1과 제 2 도파로는 각각에 대응하는 제 1과 제 2 편파 보존 파이버를 거쳐서 또는 직접 등분파 광 커플러에 병렬 접속될 수 있다. 또한, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되며, 제 1 도파로는 제 1 편파 보존 파이버를 거쳐서 또는 직접 등분파 커플러에 접속되고, 제 2 도파로는 제 2 편파 보존 파이버를 거쳐서 등분파 광 커플러에 접속되며, 그리고 제 2 편파 보존 파이버가 광 커플러측으로부터 제 2 도파로측까지 그 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려 있어도 무방하다. 또한, 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려진 제 2 편파 보존 파이버 대신에, 광의 전계 벡터를 π/2만큼 회전시키는 패러데이 회전자 또는 1/2 파장판이 이용되더라도 무방하다.
또한, 상술한 파장 분합파기에 있어서, 제 1의 2차원 포토닉 결정은 서로 공진 주파수가 다른 복수의 공진기를 포함할 수 있으며, 제 2의 2차원 포토닉 결정도 제 1의 2차원 포토닉 결정 중의 공진기와 실질적의 동일 특성의 복수의 공진기를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 파장 분합파기에서의 공진기로부터 방사되는 광을 직접 또는 광파이버를 거쳐서 검지하는 광 검지기를 구비함으로써, 파장 모니터를 얻을 수 있다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기를 모식적인 사시도로 나타내고 있다. 이 파장 분합파기는 제 1의 2차원 포토닉 결정(1a)과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1b)을 포함하고 있다. 이들 2차원 포토닉 결정은, 도 5의 경우와 마찬가지로, 관통 구멍(2), 도파로(3) 및 공진기(4)를 포함하고 있다. 그리고, 이들 2개의 2차원 포토닉 결정(1a, 1b)에 포함되는 도파로(3) 및 공진기(4)는 서로 동일한 도파 특성 및 공진 특성을 갖고 있다.
제 1의 2차원 포토닉 결정(1a)의 도파로(3) 내에는, 바람직하게는 스포트 사이즈 변환기(12)와 세선(細線) 도파로(13)를 거쳐서 광파이버(11)로부터 신호광이 입사된다. 제 1의 2차원 포토닉 결정(1a)의 도파로(3) 내에 입사된 광에 포함되는 특정 파장 λi의 광 중에서, 그 제 1의 2차원 포토닉 결정(1a)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 광 부분이 공진기(4)에 포획되어 거기에서부터 방사된다.
제 1의 2차원 포토닉 결정(1a)의 공진기(4)로 포획되지 않은 나머지 광은 직접 또는 편파 보존 파이버(14a)를 이용하여 제 2의 2차원 포토닉 결정(1b)의 도파로(3) 내에 도입된다. 즉, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1a, 1b)은 서로 직렬 접속되어 있다. 이 경우에도, 편파 보존 파이버(14a)와 2차원 포토닉 결정(1a, 1b) 사이에 스포트 사이즈 변환기(12)와 세선 도파로(13)를 거치는 것이 바람직하다. 여기서 중요한 것은, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1a, 1b)의 주면이 서로 직교 관계로 되도록 배치되어 있는 점이다.
제 2의 2차원 포토닉 결정(1b)의 도파로(3) 내에 도입된 광 중에는, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1a)의 주면에 직교하는 전계 벡터 성분을 갖는 특정 파장 λi의 광 부분이 남아 있다. 여기서, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1a, 1b)의 주면은 서로 직교 관계에 있기 때문에, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1a)의 주면에 직교하는 전계 벡터 성분은 제 2의 2차원 포토닉 결정(1b)의 주면에 평행하다. 그리고, 제 2의 2차원 포토닉 결정(1b)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 특정 파장 λi의 광 부분은 그 제 2의 2차원 포토닉 결정(1b)의 공진기(4)에 포획되어 거기에서부터 방사된다.
즉, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1a)의 공진기(4)로부터 방사되는 특정 파장 λi의 제 1 광 부분과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1b)의 공진기(4)로부터 방사되는 특정 파장 λi의 제 2 광 부분은 서로 직교하는 전계 벡터를 갖고 있다. 그리고, 이들 제 1과 제 2 광 부분의 강도를 광 검지기에 의해 검지하여 합성함으로써, 특정 파장 λi의 광이 편광되어 있는지 여부에 관계없이, 입사 신호광 중 그 특정 파장 λi의 광의 강도 비율을 정확히 모니터할 수 있다.
(실시예 2)
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기를 모식적인 사시도로 나타내고 있다. 이 실시예 2의 파장 분합파기에 있어서도, 실시예 1과 유사하며, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1d)이 편파 보존 파이버(14b)를 거쳐서 서로 직렬 접속되어 있다. 그리고, 이들 2개의 2차원 포토닉 결정에 포함되는 도파로 및 공진기는 서로 동일한 도파 특성 및 공진 특성을 갖고 있다.
그러나, 도 2의 실시예 2에 있어서는, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1c, 1d)의 주면이 서로 평행 관계로 되도록 배치되고, 편파 보존 파이버(14b)가 제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)측으로부터 제 2의 2차원 포토닉 결정(1d)측까지 그 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려 있는 점에서 도 1의 실시예 1과 상이하다.
이러한 실시예 2에 있어서, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)의 도파로(3) 내에 입사된 광에 포함되는 특정 파장 λi의 광 중에서, 그 제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 광 부분이 공진기(4)에 포획되어 거기에서부터 방사된다.
제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)의 공진기(4)에 의해 포획되지 않은 나머지 광은 편파 보존 파이버(14b) 내에 도입된다. 그 편파 보존 파이버(14b) 내에 도입되는 광 중에는, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)의 주면에 직교하는 전계 벡터 성분을 갖는 특정 파장 λi의 광 부분이 남아 있다. 여기서, 편파 보존 파이버(14b)는 제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)측으로부터 제 2의 2차원 포토닉 결정(1d)측까지 π/2만큼 비틀려 있기 때문에, 그에 따라, 특정 파장 λi의 광 부분의 전계 벡터도 π/2만큼 회전시켜져, 제 2의 2차원 포토닉 결정(1d)의 도파로(3) 내에 도입된다.
즉, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)의 주면에 대하여 직교하는 전계 벡터 성분을 갖고 있었던 특정 파장 λi의 광 부분은, 제 2의 2차원 포토닉 결정(1d) 내에서는 그 주면에 평행하게 되어 있다. 그리고, 제 2의 2차원 포토닉 결정(1d)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 특정 파장 λi의 광 부분은, 그 제 2의 2차원 포토닉 결정(1d)의 공진기(4)에 포획되어 거기에서부터 방사된다.
따라서, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1c)의 공진기(4)로부터 방사되는 특정 파장 λi의 제 1 광 부분과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1d)의 공진기(4)로부터 방사되는 특정 파장 λi의 제 2 광 부분은, 원래는 서로 직교하는 전계 벡터를 갖고 있었던 광 부분이다. 따라서, 이들 제 1과 제 2 광 부분의 강도를 광 검지기에 의해 검지하여 합성함으로써, 특정 파장 λi의 광이 편광되어 있는지 여부에 관계없이, 입사 신호광 중 그 특정 파장 λi의 광의 강도 비율을 정확히 모니터할 수 있다.
(실시예 3)
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기를 모식적인 사시도로 나타내고 있다. 이 파장 분합파기는 1개의 광 파이버(11)에 대하여 등분파 광 커플러(15)와 제 1 및 제 2 편파 보존 파이버(14c, 14d)를 거쳐서 병렬로 접속된 제 1 및 제 2의 2차원 포토닉 결정(1e, 1f)을 포함하고 있다. 이들 2차원 포토닉 결정은, 도 5의 경우와 마찬가지로, 관통 구멍(2), 도파로(3) 및 공진기(4)를 포함하고 있다. 그리고, 이들 2개의 2차원 포토닉 결정에 포함되는 도파로 및 공진기는 서로 동일한 도파 특성 및 공진 특성을 갖고 있다.
제 1의 2차원 포토닉 결정(1e)의 도파로(3) 내에는, 광 커플러(15)에 의해서 등분되어 제 1 편파 보존 파이버(14c) 내에 도입된 광 신호가, 바람직하게는 스포트 사이즈 변환기(12)와 세선 도파로(13)를 거쳐서 입사된다. 제 1의 2차원 포토닉 결정(1e)의 도파로(3) 내에 입사된 광에 포함되는 특정 파장 λi의 광 중에서, 그 제 1의 2차원 포토닉 결정(1e)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 광 부분이 공진기(4)에 포획되어 거기에서부터 방사된다.
마찬가지로, 제 2의 2차원 포토닉 결정(1f)의 도파로(3) 내에는, 광 커플러(15)에 의해서 등분되어 제 2 편파 보존 파이버(14d) 내에 도입된 광 신호가, 바람직하게는 스포트 사이즈 변환기(12)와 세선 도파로(13)를 거쳐서 입사된다. 제 2의 2차원 포토닉 결정(1f)의 도파로(3) 내에 입사된 광에 포함되는 특정 파장 λi의 광 중에서, 그 제 2의 2차원 포토닉 결정(1f)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 광 부분이 공진기(4)에 포획되어 거기에서부터 방사된다.
여기서 중요한 것은, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1e, 1f)의 주면이 서로 직교 관계로 되도록 배치되어 있는 점이다. 즉, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1e)의 공진기(4)로부터 방사되는 특정 파장 λi의 제 1 광 부분과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1f)의 공진기(4)로부터 방사되는 특정 파장 λi의 제 2 광 부분은 서로 직교하는 전계 벡터를 갖고 있다. 따라서, 이들 제 1과 제 2 광 부분의 강도를 광 검지기에 의해 검지하여 합성함으로써, 특정 파장 λi의 광이 편광되어 있는지 여부에 관계없이, 입사 신호광 중의 그 특정 파장 λi의 광의 강도 비율을 정확히 모니터할 수 있다. 또, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1e, 1f)은 편파 보존 파이버(14c, 14d)를 거치는 일없이 등분파 커플러(15)에 직접 접속되더라도 된다.
(실시예 4)
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기를 모식적인 사시도로 나타내고 있다. 이 실시예 4의 파장 분합파기에 있어서도, 제 3 실시예와 유사하며, 1개의 광 파이버(11)에 대하여 등분파 광 커플러(15)와 제 1 및 제 2 편파 보존 파이버(14e, 14f)를 거쳐서 병렬로 접속된 제 1 및 제 2의 2차원 포토닉 결정(1g, 1h)을 포함하고 있다. 그리고, 이들 2개의 2차원 포토닉 결정에 포함되는 도파로(3) 및 공진기(4)는 서로 동일한 도파 특성 및 공진 특성을 갖고 있다.
그러나, 도 4의 실시예 4에서는, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1g, 1h)의 주면이 서로 평행 관계로 되도록 배치되고, 제 2 편파 보존 파이버(14f)가 광 커플러(15)측으로부터 제 2의 2차원 포토닉 결정(1h)측까지 그 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려 있는 점에서 도 3의 실시예 3과 상이하다.
제 1의 2차원 포토닉 결정(1g)의 도파로(3) 내에는, 광 커플러(15)에 의해서등분되어 제 1 편파 보존 파이버(14e) 내에 도입된 광 신호가 입사된다. 제 1의 2차원 포토닉 결정(19)의 도파로(3) 내에 입사된 광에 포함되는 특정 파장 λi의 광 중에서, 그 제 1의 2차원 포토닉 결정(1g)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 광 부분이 공진기(4)에 포획되어 거기에서부터 방사된다. 마찬가지로, 제 2의 2차원 포토닉 결정(1h)의 도파로(3) 내에는 광 커플러(15)에 의해서 등분되어 제 2 편파 보존 파이버(14f) 내에 도입된 광 신호가 입사된다. 제 2의 2차원 포토닉 결정(1h)의 도파로(3) 내에 입사된 광에 포함되는 특정 파장 λi의 광 중에서, 그 제 2의 2차원 포토닉 결정(1h)의 주면에 평행한 전계 벡터 성분을 갖는 광 부분이 공진기(4)에 포획되어 거기에서부터 방사된다.
여기서 중요한 것은, 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1g, 1h)의 주면은 서로 평행 관계로 되도록 배치되어 있지만, 광 커플러(15)측으로부터 제 2의 2차원 포토닉 결정(1h)측까지 제 2 편파 보존 파이버(14f)가 그 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려 있는 점이다.
즉, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1g)의 공진기(4)로부터 방사되는 특정 파장 λi의 제 1 광 부분과 제 2의 2차원 포토닉 결정(1h)의 공진기(4)로부터 방사되는 특정 파장 λi의 제 2 광 부분은, 원래는 서로 직교하는 전계 벡터를 갖고 있었던 광 부분이다. 따라서, 이들 제 1과 제 2 광 부분의 강도를 광 검지기에 의해 검지하여 합성함으로써, 특정 파장 λi의 광이 편광되어 있는지 여부에 관계없이, 입사 신호광 중의 그 특정 파장 λi의 광의 강도 비율을 정확히 모니터할 수 있다. 또, 제 1의 2차원 포토닉 결정(1g)은 제 1 편파 보존 파이버(14e)를 거치는 일없이 등분파 커플러(15)에 직접 접속되더라도 된다.
그런데, 상술한 실시예에서 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려진 편파 보존 파이버 대신에, 광의 전계 벡터를 π/2만큼 회전시키는 패러데이 회전자 또는 1/2 파장판이 등가적으로 이용될 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 그 경우, 상술한 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정이 패러데이 회전자 또는 1/2 파장판을 사이에 두고 1칩의 광학 부품으로서 형성하는 것도 가능하다.
또한, 이상의 실시예에서의 하나의 2차원 포토닉 결정에서는 하나의 도파로 근방에 하나의 공진기만이 배치되어 있지만, 도 6에 예시되어 있는 바와 같이, 하나의 2차원 포토닉 결정 중에서 서로 공진 주파수가 다른 복수의 공진기를 하나의 도파로를 따라 근접 배치함으로써, 서로 파장이 다른 복수 채널의 광 신호를 처리할 수 있는 다중 채널 파장 분합파기를 형성할 수 있는 것도 말할 필요도 없다.
또한, 공진기(4)에 근접 대면시켜 광 파이버의 단면을 배치함으로써, 공진기(4)로부터 판재(1)의 면직 방향으로 방사되는 광을 그 광 파이버 내에 도입할 수 있고, 반대로 광 파이버로부터 공진기(4) 내로 광을 주입할 수도 있다. 또한, 공진기(4)에 근접 대면하여 광전 변환 소자를 배치함으로써, 공진기로부터의 광의 파장을 모니터하고 또는 강도 변조를 수신할 수 있다. 물론, 공진기(4)와 광 파이버 단면 또는 광전 변환 소자와의 사이에 집광 렌즈(콜리메이터)가 삽입되더라도 된다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 2차원 포토닉 결정을 이용한 파장 분합파기에서 입사광의 편광 상태에 관계없이 정확한 강도비로 특정 파장의 광을 추출할 수 있고, 또한, 그렇게 개선된 파장 분합파기와 광 검지기를 조합하여 파장 모니터를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정을 포함하는 파장 분합파기로서,
    상기 제 1의 2차원 포토닉 결정은 선 형상 결함으로 이루어지는 제 1 도파로(導波路)와 점 형상 결함으로 이루어지는 제 1 공진기를 포함하며, 상기 제 1 공진기는 상기 제 1 도파로로부터 특정 파장의 광을 취입하여 상기 제 1 포토닉 결정 밖으로 방사하거나 또는 반대로 상기 제 1 포토닉 결정 밖으로부터 상기 특정 파장의 광을 상기 제 1 도파로 내로 도입하도록 작용하고,
    상기 제 2의 2차원 포토닉 결정은 상기 제 1 도파로와 실질적으로 동일 특성의 제 2 도파로 및 상기 제 1 공진기와 실질적으로 동일 특성의 제 2 공진기를 포함하며,
    상기 제 1의 2차원 포토닉 결정의 주면(主面)과 상기 제 1 도파로 중의 광의 전계 벡터가 임의의 각도 α를 이루는 경우에, 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정의 주면과 상기 제 2 도파로 중 광의 전계 벡터가 α+(π/2)의 각도를 이루도록 상기 제 1과 상기 제 2 도파로가 서로 광을 수수하도록 광학적으로 직렬 접속되어 있는 것
    을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 직교하도록 배치되고, 상기 제 1과 제 2 도파로가 직접 서로 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 직교하도록 배치되고, 상기 제 1과 제 2 도파로가 편파 보존 파이버를 거쳐서 서로 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1과 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되고, 상기 제 1과 상기 제 2 도파로는 편파 보존 파이버를 거쳐서 서로 직렬 접속되어 있으며, 상기 편파 보존 파이버는 상기 제 1 도파로측으로부터 상기 제 2 도파로측까지 그 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1과 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되고, 상기 제 1과 상기 제 2 도파로는 상기 광의 전계 벡터를 π/2만큼 회전시키는 패러데이(faraday) 회전자를 거쳐서 서로 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1과 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되고, 상기 제 1과 상기 제 2 도파로는 상기 광의 전계 벡터를 π/2만큼 회전시키는 1/2 파장판을 거쳐서 서로 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  7. 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정을 포함하는 파장 분합파기로서,
    상기 제 1의 2차원 포토닉 결정은 선 형상 결함으로 이루어지는 제 1 도파로와 점 형상 결함으로 이루어지는 제 1 공진기를 포함하며, 상기 제 1 공진기는 상기 제 1 도파로로부터 특정 파장의 광을 취입하여 상기 제 1 포토닉 결정 밖으로 방사하거나 또는 반대로 상기 제 1 포토닉 결정 밖으로부터 상기 특정 파장의 광을 상기 제 1 도파로 내로 도입하도록 작용하고,
    상기 제 2의 2차원 포토닉 결정은 상기 제 1 도파로와 실질적으로 동일 특성의 제 2 도파로 및 상기 제 1 공진기와 실질적으로 동일 특성의 제 2 공진기를 포함하며,
    상기 제 1과 상기 제 2 도파로는 등분파(等分波) 광 커플러를 거쳐서 하나의 광 파이버에 병렬 접속되어 있고,
    상기 제 1의 2차원 포토닉 결정의 주면과 상기 제 1 도파로 중의 광의 전계 벡터가 임의의 각도 α를 이루는 경우에, 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정의 주면과 상기 제 2 도파로 중 광의 전계 벡터가 α+(π/2)의 각도를 이루도록 상기 제 1과 상기 제 2 도파로가 상기 등분파 광 커플러와 광학적으로 접속되어 있는 것
    을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1과 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 직교하도록 배치되고, 상기 제 1과 상기 제 2 도파로는 각각에 대응하는 제 1과 제 2 편파 보존 파이버를 거쳐서 상기 등분파 광 커플러에 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1과 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 직교하도록 배치되고, 상기 제 1과 상기 제 2 도파로는 직접 상기 등분파 광 커플러에 병렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되며, 상기 제 1 도파로는 제 1 편파 보존 파이버를 거쳐서 상기 등분파 커플러에 접속되고, 상기 제 2 도파로는 제 2 편파 보존 파이버를 거쳐서 상기 등분파 광 커플러에 접속되어 있으며, 상기 제 2 편파 보존 파이버는 상기 광 커플러측으로부터 상기 제 2 도파로측까지 그 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되며, 상기 제 1 도파로는 직접 상기 등분파 커플러에 접속되고, 상기 제 2 도파로는 제 2 편파 보존 파이버를 거쳐서 상기 등분파 광 커플러에 접속되어 있으며, 상기 제 2 편파 보존 파이버는 상기 광 커플러측으로부터 상기 제 2 도파로측까지 그 파이버축의 주위로 π/2만큼 비틀려 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되며, 상기 제 1과 상기 제 2 도파로는 각각에 대응하는 제 1과 제 2 편파 보존 파이버를 거쳐서 상기 등분파 광 커플러에 병렬 접속되어 있으며, 상기 광 커플러측으로부터 상기 제 2 도파로측까지의 사이에 상기 광의 전계 벡터를 π/2만큼 회전시키는 패러데이 회전자 또는 1/2 파장판이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1과 제 2의 2차원 포토닉 결정은 그들의 주면이 서로 평행하게 되도록 배치되며, 상기 제 1과 상기 제 2 도파로는 직접 상기 등분파 광 커플러에 병렬 접속되어 있고, 상기 광 커플러측으로부터 상기 제 2 도파로측까지의 사이에 상기 광의 전계 벡터를 π/2만큼 회전시키는 패러데이 회전자 또는 1/2 파장판이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1의 2차원 포토닉 결정은 서로 공진 주파수가 다른 복수의 상기 공진기를 포함하며, 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정도 상기 제 1의 2차원 포토닉 결정 중의 공진기와 실질적으로 동일 특성의 복수의 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1의 2차원 포토닉 결정은 서로 공진 주파수가 다른 복수의 상기 공진기를 포함하며, 상기 제 2의 2차원 포토닉 결정도 상기 제 1의 2차원 포토닉 결정 중의 공진기와 실질적으로 동일 특성의 복수의 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 분합파기.
  16. 청구항 1에 기재된 파장 분합파기를 포함하는 파장 모니터로서,
    상기 공진기로부터 방사되는 광을 직접 또는 광 파이버를 거쳐서 검지하는 광 검지기를 구비한 것을 특징으로 하는 파장 모니터.
  17. 청구항 7에 기재된 파장 분합파기를 포함하는 파장 모니터로서,
    상기 공진기로부터 방사되는 광을 직접 또는 광 파이버를 거쳐서 검지하는 광 검지기를 구비한 것을 특징으로 하는 파장 모니터.
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