KR20040104655A - 실효 굴절율 파장천이된 브래그 회절격자 - Google Patents

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KR20040104655A
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루아이 엘다다
아론 피어
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이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니
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Abstract

본 발명은 점감형 중합체 광학 도파관, 기판 및 상기 도파관 내에 배치된 균일 주파의 브래그 회절격자를 포함하고, 상기 도파관이 상기 기판 위에 배치되어 있는, 실효-굴절율 파장천이된 브래그 회절격자를 제공한다. 본 발명은 추가로 균일 주파를 가진 브래그 회절격자에 온도 구배를 적용하는 것을 포함하는, 파장천이된 브래그 회절격자의 제조 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 균일-주기 브래그 회절격자, 기판, 상기 균일-주기 브래그 회절격자와 상기 기판 사이에 배치된 첫번째 히터, 및 상기 첫번째 히터 반대쪽의 상기 파장천이된 브래그 회절격자의 면 위에 배치된 두번째 히터를 포함하고, 상기 히터들 중의 하나가 폭 또는 두께에서 필수적으로 포물선 형태를 포함하고, 상기 히터들의 다른 하나가 폭 또는 두께에서 필수적으로 사다리꼴 프로파일을 제공하며, 열을 제공하기 위한 활성화 시에 포물선형 온도 프로파일 및 선형 온도 프로파일 양쪽 모두가 상기 균일-기간 브래그 회절격자 위에 겹쳐지도록 상기 히터들이 배치되어 있는, 조합된 색 분산 보정 및 색 분산 경사 보정을 동시에 제공하는 장치를 제공한다.

Description

실효 굴절율 파장천이된 브래그 회절격자{EFFECTIVE REFRACTIVE INDEX CHIRPED BRAGG GRATINGS}
예정된 중심 파장에서의 광 신호를, 다른 파장에서의 신호를 전하는 파장 분리 다중화 섬유 광학 전송 시스템에 첨가하거나 이로부터 사라지게 하는데 사용하기 위하여, 섬유 브래그 회절격자가 당 기술분야에 알려져 있다. 현재 기술 상태의 충분한 요약이 문헌 [R.Kashyap, Fiber Bragg Gratings, Academic Press (1999)]에 주어져 있다.
브래그 회절격자는 넓은 띠 신호로부터 선택된 좁은 파장 띠를 반사시킨다. 이에 관한 기술은, 회절격자 시스템에서 반사된 빛의 파장이 하기 식에 따라 결정됨을 교시하고 있다.
λ = 2 neffΛ
상기 식에서, λ는 반사된 파장 범위의 중심점이고, neff는 도파관의 실효 굴절율이고, Λ는 회절격자의 주기이다.
또한, 유한 폭의 광학 펄스가 색 분산을 겪고, 이것이 바람직하지 못한 펄스의 확대를 유발한다는 것이 당 기술분야에 알려져 있다. 파장천이된 브래그 회전격자가 색 분산 보정기로서 사용된다. 파장천이는 회절 성질의 점차적인 공간적 변화이고, 약간 상이한 파장들이 회절 길이를 따라 상이한 지점에서 반사되도록 한다.
상기 식으로부터, 회절 주기의 변화에 의해 또는 브래그 회절격자가 배치된 도파관 매질의 실효 굴절율의 변화에 의해, 반사된 빛의 파장이 변경될 수 있음을 명백히 알 수 있다. 양쪽 방법 모두 당 기술분야에 교시되어 있다.
첫번째 방법은, 전파 방향을 따라 고 및 저 굴절율의 인접한 부위의 간격이서서히 변화된다는 점에서, 주기-파장천이로 불리운다. 두번째 방법은 실효 굴절율-파장천이로 불리운다. 이 방법에서, 회절 주기가 균일하게 유지되지만, 매질의 평균 실효 굴절율은 변경된다.
실효 굴절율의 변동에 의해 섬유 브래그 회절격자에서 파장천이 효과가 생성되는 것이 문헌 [Byron 등, Electron. Lett. 29, (18) 1659 (1993)]에 개시되어 있다. 이러한 변동은 도파관 치수의 점감(tapering)에 의해 달성된다. 파장천이 효과를 달성하기 위하여, 점감형 도파관에서 선형 회절이 기록된다.
문헌 [Hill 등, Tech. Dig. of Post Deadline Pap., PD-21, Opt. Fib. Comm. Conf. OFC, '94]은 균일 주기 회절격자의 길이에 걸쳐 굴절율의 변화를 개시하고 있다.
애포다이즈(apodized) 및 디-애포다이즈(de-apodized) 파장천이된 브래그 회절격자가 공지되어 있다 [Kashyap, 상기 인용됨, §7.2.1]. 애포디제이션 (apodization)은, 반사된 신호에서 사이드 로브의 효과를 최소화하기 위하여, 브래그 회절격자에서 특정한 선들의 진폭을 제어하에 변화시키는 것과 연관된다.
중합체 도파관에서 균일-주기 브래그 회절의 제조를 위한 위상 마스크의 사용이 미국 특허 6,023,545호(Eldada 등)에 개시되어 있다.
미국 특허 5,982,963호는, 순환장치가 혼입되거나 혼입되지 않은 양쪽 모두에서, 파장천이된 브래그 회절격자의 사용에 의한 색 분산 보정을 개시하고 있다. 변형, 전기장, 전자기 복사선, 또는 음파를 도파관 구조에 적용함으로써 가변성이 달성된다. 개시된 브래그 회절격자는 회절격자를 따른 주기 변화에 의해 파장천이된다.
미국 특허 6,317,539호는, 샘플채취된 브래그 회절격자를 기초로 한 색 분산 보정기의 캐스케이드를 개시하고 있다. 순환기가 혼입되거나 혼입되지 않은 채로 파장천이 브래그 회절격자의 사용이 개시되어 있다. 회절에 따른 주기 변화에 의해 브래그 회절격자가 파장천이된다. 또한, 색 분산 및 파장에 대한 색 분산 의존성의 경사 양쪽 모두의 보정이 개시되어 있다.
미국 특허 6,330,383호는, 가변 색 분산 보정기 및 가변 분산 경사 보정기를 개시하고 있으며, 보정기들은 변형, 전기장, 전자기 복사선 또는 음파의 적용에 의해 동조되는 파장천이된 브래그 회절격자를 포함한다.
문헌 [Fritze 등, SOI 컨퍼런스, IEEE International 2002, 165-166 (2002)]은 광 통신 부품을 실현하기 위한 그레이 톤 영상화를 개시하고 있다. 그레이-스케일(gray-scale) 마스크가 여기에 개시되어 있다.
문헌 [Matsumoto 등, IEEE Photonics Technology Letters, 13(8), 827-829 (2001)]은 섬유 브래그 회절격자에 파라볼릭 인덱스 프로파일을 적용함에 의한 색 분산 경사 보정을 개시하고 있다. 이 방법은 동시적인 분산 보정 및 분산 경사 보정을 제공하지 않는다.
발명의 요약
본 발명은, 점감형 중합체 광학 도파관, 기판, 및 상기 도파관 내에 배치된 균일한 주파의 브래그 회절격자를 포함하고, 상기 도파관이 상기 기판 상에 배치되어 있는, 실효 굴절율 파장천이된 브래그 회절격자를 제공한다.
또한, 본 발명은, 균일한 주파를 가진 브래그 회절격자에 온도 구배를 적용하는 것을 포함하는, 파장천이된 브래그 회절격자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 광굴절 광학 도파관의 그레이 스케일 노출에 이어서, 그 안에서 균일-주기 브래그 회절격자를 제조하는 것을 포함하는, 파장천이된 브래그 회절격자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 균일-주기 브래그 회절격자, 기판, 상기 균일-주기 브래그 회절격자와 상기 기판 사이에 배치된 첫번째 히터, 및 상기 첫번째 히터 반대쪽의 상기 파장천이된 브래그 회절격자의 측면 상에 배치된 두번째 히터를 포함하는, 조합된 색 분산 보정 및 색 분산 경사 보정을 동시에 제공하는 장치를 제공하며, 상기 히터들 중의 하나는 필수적으로 포물선 형태 (폭 또는 두께에서)를 포함하고, 상기 히터의 다른 하나는 필수적으로 사다리꼴 프로파일 (폭 또는 두께에서)을 제공하며, 열을 제공하기 위한 활성화 시에, 포물선형 온도 프로파일 및 선형 온도 프로파일 양쪽 모두가 균일-주기 브래그 회절격자 상에 포개지도록 히터가 배치된다.
본 발명은 또한, 편광 고유모드 분할기/조합기 및 2개의 색 분산 또는 색 분산 경사 보정기를 포함하는, 편광-비의존성 색 분산 또는 색 분산 경사 보정기를 제공하는 장치를 제공한다.
본 발명은 파장천이된(chirped) 브래그 회절격자의 신규 제조 방법 및 이것으로 조립된 광 통신 장치에 관한 것이다.
도 A: 각각의 보정기가 넓은 스펙트럼 띠의 부속-띠를 보정하는, 보정기 캐스케이드를 도식적으로 나타낸다.
도 B: 원래의 입력 신호 및 보정된 출력 신호를 별개의 광학 경로로 물리적으로 분리하기 위해 첨가된 순환기를 나타낸다.
도 1: 각각 전체 주요 파장 띠의 부속 띠에 색 분산 보정을 제공하고, 디멀티플렉서와 멀티플렉서 사이에 CDC가 위치하는, 다수의 CDC로 구성된 모듈로서, 상기 모듈은 전체 주요 띠에 대해 색 분산 보정을 제공한다.
도 2: 각각 전체 주요 파장 띠의 부속 띠에 색 분산 보정을 제공하고, 입력 신호를 위한 디멀티플렉서 및 출력 보정 신호를 위한 멀티플렉서로서 작용하는 부품과 CDC가 조합되는, 다수의 CDC로 구성된 모듈로서, 상기 모듈은 전체 주요 띠에 대한 색 분산 보정을 제공한다.
도 3: 입력 신호 및 출력 보정 신호가 별개의 포트를 사용하는 것이 가능하도록 광학 순환기를 첨가하여, 출력 신호를 쉽게 접근가능하고 이용가능하게 만든,도 2의 모듈과 유사한 모듈.
도 4: 주기-파장천이된 브래그 회절격자 및 동조를 위해 사용된 필수적으로 선형 히터로 구성된 가변 CDC. 현재 기술상태의 대표적인 예. 도면에서 직사각형 히터로 나타낸 히터는, 균일할 수 있거나 필수적으로 선형으로 점감된 두께 및 폭을 가질 수 있는 선형 히터를 나타낸다. 이러한 도면 양식은, 색 분산 또는 색 분산 경사의 보정을 동조하기 위해 사용되는 비교적 완만하게 점감된 히터를, 회절격자를 파장천이하기 위해 (그리고 가능하다면, 추가로 색 분산 또는 색 분산 경사의 보정을 동조하기 위해) 사용되는 더욱 적극적으로 점감된 히터와 구별하기 위해 사용된다.
도 5: 히터-파장천이된 브래그 회절격자로 구성된 가변 CDC. 브래그 회절격자를 파장천이하기 위해 사용되는 적극적으로 점감된 히터는 필수적으로 선형 점감된 폭(또는 필수적으로 사다리꼴)을 가진 것으로 여기에서 표현되지만, 상기 히터들은 필수적으로 선형 점감되는 두께를 교대로 가질 수 있다.
도 6: 실효 굴절율-파장천이된 브래그 회절격자 및 동조를 위해 사용된 필수적으로 선형 히터로 구성된 가변 CDC. 도파관의 치수 또는 굴절율을 변화시킴으로써 실효 굴절율이 변화될 수 있다.
도 7: 파장천이된 브래그 회절격자 및 2개의 히터로 구성된 가변 CDC. 여기에서 색 분산을 보정하기 위해 하나의 히터가 사용되고, 색 분산 경사를 보정하기 위해 다른 히터가 사용된다. 바람직한 통합 광학 구현양태에서, 히터들 중의 하나는 도파관 위에 있고 다른 히터는 도파관 아래에 있다. 다른 바람직한 구현양태에서, 색 분산 경사 보정 히터는 필수적으로 포물선 형태로 변화하는 프로파일을 갖는다.
도 8 - 도 11: 도 4 내지 도 7에서와 유사하게, 회절격자가 애포다이즈된다. (굴절율의 엔벨로프는 균일하지 않고, 상기 진폭은 회절격자를 따라 일부 지점에서, 전형적으로 회절격자의 중간 주위에서 더욱 크며, 말단쪽을 향해 서서히 작아진다). 이러한 애포디제이션은 회절격자의 반응에서 스펙트럼 사이드로브를 최소화한다.
도 4 - 11의 CDC 구조에서, 브래그 회절격자가 반사성일 때, 입력 신호 및 출력 보정 신호는 동일한 포트를 공유한다.
도 12: 단일 파장천이된 브래그 회절격자로 구성된 CDC. 여기에서 입력 신호 및 출력 보정 신호가 별개의 포트를 사용하는 것이 가능하도록 광학 순환기를 사용하여, 출력 신호를 쉽게 접근가능하고 이용가능하게 만든다. 도 2 및 도 3의 모듈에서와 같이, 각각의 CDC 사용을 위해 입력 신호와 출력 보정 신호를 갖는 경우에 별개의 포트가 항상 요구되는 것은 아니며, 여기에서 멀티플렉서 뿐만 아니라 디멀티플렉서를 사용하기 위하여 양쪽 신호가 동일한 포트를 공유하는 것이 바람직하다. 이어서, 도 3에 나타낸 것과 같이, 단일 광학 순환기를 사용하여 입력 신호로부터 최종 다중화 출력 신호를 분리할 수 있다.
도 13: 분산 보정 공정에서 서로 다르게 처리되는(예를들어, 회절격자가 상당히 복굴절인 경우) 2개의 편광 고유모드 문제를 경감시키는 CDC. 이 구현양태에서, 편광 모드 분할기/조합기를 사용하면, 각각의 모드를 개별적으로 분산 보정하는 2개의 별개 CDC로, 2개의 편광 고유모드를 보낼 수 있다.
도 14: 하부피복 층(6) 및 상부피복 층(8)을 그 위에 가진 기판(4)을 포함하는 브래그 회절격자(2)의 하나의 구현양태를 나타낸다. 피복 층(6) 및 (8) 사이에 코어 층(10)이 삽입된다.
도 4 내지 13에서, 광학 도파관을 나타내기 위해 가운데의 진한 수평 직선이 사용된다. 회절격자 선을 도식적으로 나타내기 위해 수직 대시 기호를 사용하는 반면, 대시 길이의 변화는 진폭 지수 진동의 변화를 나타낸다. 회절격자 선과 도파관의 조합이 브래그 회절격자를 구성한다. 히터를 도식적으로 나타내기 위하여, 포물선형으로 변형되는 프로파일을 가진 직사각형, 사다리꼴 또는 "나비넥타이" 상자 형태의 회절격자 주위에 있는 상자들을 사용한다. 실제 실행에서, 히터들은 브래그 회절격자에 대해 다수의 상이한 방식으로 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 위에 침착된 광학 도파관 형태의 브래그 회절격자가 제공된다. 본 발명의 브래그 회절격자의 제조를 위해 사용되는 기판은 유리, 실리콘, 및 폴리우레탄 및 폴리카르보네이트와 같은 플라스틱을 포함한 다양한 재료로부터 선택될 수 있다. 도 14에 나타낸 것과 같이, 브래그 회절격자(2)의 하나의 구현양태는 하부피복 층(6) 및 상부피복 층(8)을 그 위에 가진 상기 정의된 것과 같은 기판(4)을 포함한다. 피복 층(6) 및 (8) 사이에 코어 층(10)이 삽입된다.
하부피복 층(6), 상부피복 층(8) 및 코어 층(10)은 광굴절 재료 - 즉, 이들이 노출되는 UV 광의 강도에 비례한 굴절율의 변화를 나타내는 재료로 만들어진다.바람직한 광굴절 재료는 서로 상이한 굴절율을 갖도록 선택된 공단량체를 포함한 중합체이다.
적절한 공단량체들은, 단량체들의 하나가 당 기술분야의 방법, 바람직하게는 여기에서 참고문헌으로 포함된 엘다다(Eldada) 등의 문헌(앞서 인용됨)에 따른 회절격자 제조 동안에 입사광 광선의 줄무늬로부터 벗어나는 경향을 갖고, 다른 단량체는 그대로 유지되는 경향을 갖도록, 상이한 확산 속도를 나타낸다. 빛에 노출하에 유지되는 공단량체는 빠른 중합 속도를 겪는 반면, 빛 줄무늬에 있지 않은 단량체들은 더욱 느리게 중합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실행을 위해 바람직한 중합체는 2개 이상의 디아크릴레이트 단량체로부터 제조된 가교 폴리메타크릴레이트이다. 바람직한 디아크릴레이트 단량체는 에톡실화 비스페놀 디아크릴레이트(EBDA), 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(HDDA), 에톡실화 비스페놀 디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트 및 할로겐화 디메타크릴레이트로 구성된 군에서 선택된다. 가장 바람직한 것은 플루오르화 디메타크릴레이트 단량체이다.
상기 언급된 내용에 따른 본 발명의 실행에서, 단량체들의 특정한 조합이 다른 것에 비해 선호된다. 예를들어, 빨리 중합되는 HDDA 단량체 및 HDDA에 비해 더욱 느리게 중합되는 EBDA가 바람직한 단량체 쌍을 나타낸다.
당업자라면, 본 발명의 어느 구현양태에서, 의도되는 특별한 용도의 지시에 따라 브래그 회절격자가 애포다이즈되거나 그렇지 않을 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 하나의 구현양태에서, 점감형 중합체 도파관 칩을 포함하는 파장천이된 브래그 회절격자가 제공되며, 상기 도파관은 단지 하나의 치수에서 점감을 나타내고, 균일한 주파의 브래그 회절격자가 당 기술분야의 방법에 따라 상기 도파관 내에 배치된다.
실효 굴절율 변화에 의해 파장천이된 당 기술의 브래그 회절격자는, 상 마스크를 통해 보내진 UV 광을 받는, 원추모양 점감형 유리 섬유를 포함한다. 이에 의해 유도된 굴절율 진동의 주기는 균일한 반면, 굴절율 변화가 가능한 유리 섬유 고유의 부위는 점감을 발생시키기 위해 필요한 섬유의 연신에 의하여 따로 흩어지기 때문에, 진동 폭은 균일하지 않다. 또한, 응력-유도 복굴절이 섬유의 연신으로부터 발생하기 쉽고, 그 결과 편광-의존성의 매우 바람직하지 못한 결과가 얻어진다. 실제적인 관점에서, 당 기술분야의 방법으로 파장천이된 브래그 회절격자는 구조 및 재생에서 상당한 어려움을 제공한다.
다양한 사진평판 및 그를 위해 당 기술분야에 공지된 다른 방법에 따라서, 칩 위에서 점감형, 바람직하게는 중합체 도파관이 점감형 형태로 직접적으로 제조된다. 이러한 점감형, 바람직하게는 중합체 도파관에서, 도파관 전체에 걸쳐 도파관 조성이 균일하다. 단지 치수 변화 만이 존재하고, 굴절율 진동 폭에서의 부수적인 변화는 일어나지 않는다. 또한, 칩 위에서 "인쇄된" 점감형 도파관은 점감의 형성시에 응력을 가하지 않고 이에 의해 복굴절을 최소화한다. 또한, 점감형, 바람직하게는 고분자 도파관의 제조 방법은, 적용 요건에 따라서 임의의 단면 형태의 도파관을 형성할 수 있다.
다른 구현양태에서, 본 발명은 균일한 주파를 가진 브래그 회절격자에 온도 구배를 적용하는 것을 포함하는, 파장천이된 브래그 회절격자의 제조 방법을 제공한다. 광학 재료가 온도에 대한 굴절율의 의존성을 나타낸다는 것이 당 기술분야에 알려져 있다. 그러나, 당 기술분야에서, 주기-파장천이된 브래그 회절격자를 동조하기 위하여 선형 가열이 적용된다. 당 기술분야의 구현양태를 도 4에 도식적으로 나타낸다. 놀랍게도, 본 발명의 실행에서, 균일-주기 브래그 회절격자에 점감형 가열 프로파일을 사용하여 온도 구배를 적용하는 것이, 파장천이된 브래그 회절격자를 형성하기에 적합한 점감형 실효 굴절율 프로파일을 생성하는데 매우 효과적인 방법이라는 것을 알아내었다. 본 발명의 하나의 구현양태를 도 5에 나타낸다.
물론, 균일한 주파를 가진 파장천이된 브래그 회절격자 및 비-가열 수단에 의해 생성된 다양한 실효 굴절율 프로파일을 동조하기 위하여, 선형 가열을 적용할 수도 있다.
균일 주기 브래그 회절격자를 가열함으로써 실효 굴절율 프로파일을 제조하는 것은, 유리, 실리콘 또는 플라스틱을 포함한 필수적으로 어떠한 도파관 재료에 대해서도 달성될 수 있다. 가변성 범위를 확장시키기 위해, 온도에 대하여 비교적 높은 굴절율의 감수성을 가진 도파관 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 플라스틱이 바람직하다.
가열 프로파일은 당 기술분야에 공지된 수단에 의하여 균일-주기 브래그 회절격자에 적용될 수 있다. 프로파일은 바람직하게는 연속적이지만, 하나 이상의불연속성을 나타낼 수도 있다. 바람직한 방법은, 점감의 방향이 도파관을 따라 세로 방향인, 간단하게 점감형 프로파일 히터이다.
바람직한 구현양태에서, 본 발명의 실효 굴절율 파장천이된 브래그 회절격자는 기판, 코어와 피복층으로 구성된 중합체 도파관에 배치된 균일-주기 브래그 회절격자, 및 가열 수단을 포함하고, 상기 가열 수단은 상기 기판과 상기 광학 도파관 사이에 배치되며, 상기 가열 수단은 상기 광학 도파관 내에서 연속 또는 반-연속 온도 구배를 제공하기 위해 배치되거나 형태화된다. 실효 굴절율 구배는 가열 수단에 의해 열을 적용함으로써 활성화된다. 가장 바람직하게는, 상기 가열 수단과 상기 기판 사이에 절연 층이 존재한다. 상기 가열 수단은 바람직하게는 전기 저항 히터이다.
본 발명의 추가의 구현양태에서, 파장천이된 중합체 브래그 회절격자의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은 당 기술에 따른 균일-주기 브래그 회절격자를 제조하기에 앞서서 광굴절 광학 도파관의 그레이-스케일 노출을 포함한다. 이 구현양태에서 사용하기에 적절한 광반응성 재료는 상기 기재된 것과 동일하다.
이 구현양태에서, 포토마스크를 제조하기 위한 기술에 공지된 방법에 따라서 그레이-스케일 마스크를 제조한다. 포토마스크는 전형적으로, 주어진 영역이 완전히 투명하거나 완전히 불투명하도록 제조되며, 이에 의해 어둡거나 밝은 조사된 기판 위에 선이 생성된다. 반대로, 노출된 기판 위의 입사 광이 연속적인 강도 범위를 갖도록 하기 위하여, 마스크의 투명성에서 연속적 또는 반-연속적 구배가 존재하도록 그레이-스케일 마스크를 제조한다. 본 발명의 실행에서, 광원이 중합체 재료 내로 통과할 때 거치게 되는 그레이-스케일 마스크는, 유리 및 석영을 포함한 각종 재료로부터 선택될 수 있다.
본 발명에 따르면, 광굴절 재료를 포함한 광학 도파관을 그레이-스케일 조사하고, 이에 의해 굴절율의 연속적인 구배를 유도한다. 그레이-스케일 조사에 노출시킨 후에, 이렇게 노출된 광학 도파관을 처리하여, 그 안에서 균일-주기 브래그 회절격자를 제조한다. 본 구현양태의 브래그 회절격자를 제조하기 위해 바람직한 방법은 상기 인용된 엘다다(Eldada) 등의 문헌의 방법이다. 이 결과 본 발명에 따른 실효 굴절율 파장천이된 균일 주기 도파관이 얻어진다.
여기에 기재된 것과 같이 실효 굴절율 프로파일이 비-열적 수단에 의해 광학 도파관 내에서 발생될 때, 본 발명의 하나의 구현양태는, 도 6에 도식적으로 나타낸 것과 같이 유효 굴절율 파장천이된 브래그 회절격자에 가변성을 제공하기 위해 선형 히터를 사용하는 것을 포함한다.
상기 기재된 본 발명의 구현양태는, 균일-주기 브래그 회절격자에 실효-굴절율 파장천이를 적용함으로써 브래그 회절격자에서의 색 분산 보정에 관한 것이다. 이러한 모든 구현양태에서, 굴절율 프로파일은 회절격자의 길이를 따라 거리의 단조 함수이다. 프로파일은 단조롭게 증가하거나 감소할 수 있다.
분산은 파장에 따라 일정하지 않다는 것이 당 기술분야에 공지되어 있으며; 상이한 파장에서의 신호는 섬유 아래로 이동할 때 상이한 정도로 손상된다. 매우 빠르게 변조된 광학 신호는 더 넓은 스펙트럼 폭을 갖고, 그 결과 이들은 단일 분산치를 사용해서는 적절하게 보정될 수 없다. 문제는 속도가 증가할 때 더욱 악화된다. 예를들어, 40Gbit/s 신호는 0.64 나노미터의 전형적인 전성을 갖는다. 4배 속도에서, 이러한 전성은 4배 더 넓어지고 2.56나노미터가 된다. 경사 보정을 사용하지 않고, 색 분산 보정을 사용할 때, 160-Gbit/s 신호는 너무 뒤틀려서 판독하기 어렵다. 분산 경사 보정기를 첨가하는 것이 뒤틀림 문제점을 해결한다.
고속 데이타 전송을 위해 적절한 분산 보정을 달성하기 위하여, 색 분산의 파장 의존성을 보정하거나 당 기술의 용어인 분산 경사 보정을 사용하는 것이 필요하다. 브래그 회절격자에 이차 파장천이 프로파일을 적용함으로써 분산 경사에 대한 보정을 실행하는 것이 당 기술분야에 공지되어 있다.
본 발명의 대안적인 구현양태에서, 상기 기재된 어느 방법에 따라 제조된 이차 실효-굴절율 프로파일을 갖는 광학 도파관에, 균일-주기 브래그 회절격자를 적용할 수 있다.
가변성을 제공하기 위하여, 이차 굴절율 프로파일 파장천이된 브래그 회절격자를 가열과 조합할 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 구현양태에서, 파장천이된 브래그 회절격자, 기판, 상기 파장천이된 브래그 회절격자와 상기 기판 사이에 배치된 첫번째 히터, 및 상기 첫번째 히터 반대쪽의 상기 파장천이된 브래그 회절격자의 면 위에 배치된 두번째 히터를 포함하는, 색 분산 보정기 및 색 분산 경사 보정기의 조합이 제공되며, 상기 히터들 중의 하나는 이차 실효 굴절율 프로파일을 수행하기 위해 "나비넥타이" 형태 (폭 또는 두께에서)이고, 상기 히터 중의 다른 하나는 단조 굴절율 프로파일을 수행하기 위해 연속 점감형 사다리꼴 형태 (폭 또는 두께에서)이다. 얻어지는 2가지 열적 효과의 중첩은 색 분산 보정 및 색 분산 경사 보정을 모두 제공한다. 이러한 구현양태를 도 7에 도식적으로 나타낸다.
본 발명의 추가의 구현양태에서, 편광 고유모드 분할기/조합기 및 본 발명에 따라 제조된 2개의 색 분산 또는 색 분산 경사 보정기를 포함하는, 편광-의존성 색 분산 또는 색 분산 경사 보정기가 제공된다. 본 구현양태에서, 당 기술분야에 잘 알려진 바와 같은 편광 분할기/조합기를 사용하여 입력 신호의 2개의 편광 고유모드를 분리한다. 이어서, 별개의 보정기에 의해 각각의 편광 고유모드를 보정한다. 이어서, 편광 분할기/조합기를 사용하여, 2개의 반사된 개별적으로 보정된 편광 고유모드를 재조합한다.
본 발명의 파장천이된 브래그 회절격자에서, 2개의 편광 고유모드는 상이한 실효 굴절율 값을 갖는다. 본 발명의 이 구현양태는, 그로부터 얻어지는 색 분산 보정의 편광 의존성을 보정한다.
파장천이 방식 또는 조립 방법과 무관하게, 파장천이된 브래그 회절격자에 동일한 기술을 적용할 수 있다. 이것을 도 13에 도식적으로 나타낸다.
당 업자라면, 다수의 특정한 용도 및 배열이 본 발명에 따라 제조된 실효-굴절율 파장천이된 브래그 회절격자를 보정한다는 것을 이해할 것이다. 이 일부를 도면에 나타낸다. 이들은 보정기의 캐스케이드를 포함하고, 상기 보정기의 각각은 도 A에 도식적으로 나타낸 것과 같은 넓은 스펙트럼 띠의 부속 띠를 보정한다. 원래의 입력 신호와 보정된 출력 신호를 도 B에 도식적으로 나타낸 것과 같이 별개의 광학 경도로 물리적으로 분리시키기 위하여 순환기를 첨가할 수 있다.
도 1에 도식적으로 나타낸 것과 같이, 넓은 띠 광학 신호를 더욱 좁은 띠 채널로 분리하고, 상기 각각의 채널을 보정기로 보내기 위하여 디멀티플렉서를 사용한다.
도 2에 도식적으로 나타낸 것과 같이, 넓은 띠 광학 신호를 보정을 위한 별개의 채널들로 분리한 다음 반사된 보정 신호를 다시 한번 다중화 신호로 재조합하기 위해 디멀티플렉서를 사용한다.
도 3에 도식적으로 나타낸 바와 같이, 원래의 입력 신호와 보정된 출력 신호를 별개의 광학 경로로 물리적으로 분리하기 위해 순환기를 포함시킨다.
가변 보정기는 예컨대 도 5 내지 7에서 나타낸 것과 같지만, 애포디제이션 을 첨가한 경우는 도 8 내지 11에 도식적으로 나타낸다.
가변 보정 기구로 구성된 장치를 도 5 내지 11에 나타내며, 여기에서 하나의 보정기가 보정되어질 전체 스펙트럼 범위를 다루고, 도 12에 도식적으로 나타낸 것과 같이 원래의 입력 신호 및 보정된 출력 신호를 별개의 광학 경로로 물리적으로 분리하기 위해 순환기를 포함시킨다.
본 발명을 하기 실시예에서 더욱 설명한다.
다음 용어들이 사용된다.
ARC는 31.5중량%의 디-트리메틸롤프로판 테트라아크릴레이트, 63중량%의 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 5중량%의 비스-(디에틸아민)벤조페논 및 0.5중량%의 다로커(Darocur) 4265의 혼합물이다.
B3은 94중량%의 에톡실화 퍼플루오로폴리에테르 디아크릴레이트(MW 1100), 4중량%의 디-트리메틸롤프로판 테트라아크릴레이트 및 2중량%의 다로커 1173의 혼합물이다.
BF3은 98중량%의 에톡실화 퍼플루오로폴리에테르 디아크릴레이트(MW 1100) 및 2중량%의 다로커 1173의 혼합물이다.
C3은 91중량%의 에톡실화 퍼플루오로폴리에테르 디아크릴레이트(MW 1100), 6.5중량%의 디-트리메틸롤프로판 테트라아크릴레이트, 2중량%의 다로커 1173 및 0.5중량%의 다로커 4265의 혼합물이다.
6-인치 산화 실리콘 웨이퍼(기판)를 KOH로 세정한 다음 (3-아크릴옥시프로필)트리클로로실란으로 처리하였다. B3 단량체의 17㎛ 두께 층을 웨이퍼 상에 스핀-침착시킨 다음, UV 광으로 중합하였다. Cr, Au 및 Cr의 연속 층을 각각 10/200/10 나노미터의 두께로 중합체-코팅 웨이퍼 상에 스퍼터 침착시켜 히터 스택(stack)을 형성하였다. SiO2의 20나노미터 두께층을 접착 층으로서 하부 히터 스택 상에 침착시켰다. ARC 반사방지 코팅의 6㎛ 두께 층을 실리카 층 위에 침착시켰다. 네가티브-톤 감광성 단량체를 사용하여 하기 방식으로 중합체 도파관을 상기 ARC 상에 형성하였다: 10㎛ 두께 BF3 하부피복 층을 스핀-침착시키고, 암시야 포토마스크를 통해 UV 광을 비추어 7㎛ × 7㎛ 단면 직선 도파관을 그 안에 패턴화한 다음, 비노출 영역을 유기 용매로 현상시키고, 10㎛ 두께 B3 상부피복 층을 스핀 침착시키고, UV 광으로 블랭킷 경화시켰다. 상 마스크를 통한 UV 노출에 의하여,상기 각각의 도파관에서 균일한 브래그 회절격자가 형성되었다. 100-나노미터 Ni 층을 스퍼터-침착시키고 RIE를 위한 마스크로서 사진평판술에 의해 패턴화하였다. 반응성 이온 에칭(RIE)을 사용하여 상기 도파관을 패턴화하여, 말단에서 더욱 큰 크기를 가진 포물선형-변화 프로파일의 메사 구조(바람직한 하부 히터의 형태)를 형성하고, 이들 사이에 Cr/Au/Cr의 히터 스택을 노출시켰다. 니켈 RIE 마스크 및 메사 사이의 Cr을 완전히 부식시키고, 메사 사이에 Cr/Au 층을 남겼다. 도금 마스크로서 메사를 사용하여 웨이퍼를 Au로 전기도금시켰다. Cr/Au의 10/200 나노미터 스택을 스퍼터-침착시키고 상기 스택을 사진평판술로 패턴화함으로써, 메사의 윗쪽에 사다리꼴 상부 히터(폭 또는 두께에서, 회절격자의 한쪽 말단에서 좁고 다른쪽 말단에서 더 넓다)를 형성하였다. 상기 사다리꼴 히터에 전력을 적용할 때, 상기 히터의 다양한 형태에 의해 유발된 다양한 히터 온도에 기인하여, 회절격자에서의 평균 실효 굴절율이 회절격자를 따라 변하며, 이것은 브래그 회절격자가 열적으로 실효-굴절율 파장천이되는 원인이 된다. 이어서, 100nm Ni 층을 스퍼터-침착시키고, RIE를 위한 마스크로서 사진평판술에 의해 패턴화하였다. 상기 메사를 양쪽 측면으로부터 더욱 RIE 부식시키고, 아래의 Cr/Au/Cr를 노출시켰다. 메사와 도금된 연(runs) 사이의 상기 Ni RIE 마스크 및 Cr을 완전히 부식시켜, 메사 사이에 Cr/Au 층을 남기고 이것을 사진평판술로 패턴화하여, 얻어진 가변 색 분산/분산 경사 보정 광학 부품을 단리하였다.

Claims (28)

  1. 점감형 중합체 광학 도파관, 기판 및 상기 도파관 내에 배치된 균일 주파의 브래그 회절격자를 포함하고, 상기 도파관이 상기 기판 위에 배치되어 있는, 실효-굴절율 파장천이된 브래그 회절격자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중합체 광학 도파관이 할로겐화 메타크릴레이트 단량체 단위를 포함하는 것인 회절격자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 할로겐화 메타크릴레이트가 플루오르화 메타크릴레이트인 회절격자.
  4. 균일 주파를 가진 브래그 회절격자에 온도 구배를 적용하는 것을 포함하는, 파장천이된 브래그 회절격자의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 브래그 회절격자가 중합체인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중합체 회절격자가 할로겐화 메타크릴레이트 단량체 단위를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 할로겐화 메타크릴레이트가 플루오르화 메타크릴레이트인 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 온도 구배를 제공하기 위해 폭 또는 두께에서 점감형 프로파일의 히터를 사용하는 것을 더욱 포함하는 방법.
  9. 광굴절 광학 도파관의 그레이-스케일 노출에 이어서 그 안에서 균일 주기 브래그 회절격자를 제조하는 것을 포함하는, 파장천이된 브래그 회절격자의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광학 도파관이 중합체인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광학 도파관이 할로겐화 메타크릴레이트 단량체 단위를 포함하는 것인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 할로겐화 메타크릴레이트가 플루오르화 메타크릴레이트인 방법.
  13. 균일-주기 브래그 회절격자, 기판, 상기 균일-주기 브래그 회절격자와 상기 기판 사이에 배치된 첫번째 히터, 및 상기 첫번째 히터 반대쪽의 상기 파장천이된브래그 회절격자의 면 위에 배치된 두번째 히터를 포함하고, 상기 히터들 중의 하나가 폭 또는 두께에서 필수적으로 포물선 형태를 포함하고, 상기 히터들의 다른 하나가 폭 또는 두께에서 필수적으로 사다리꼴 프로파일을 제공하며, 열을 제공하기 위한 활성화 시에 포물선형 온도 프로파일 및 선형 온도 프로파일 양쪽 모두가 상기 균일-기간 브래그 회절격자 위에 겹쳐지도록 상기 히터들이 배치되어 있는, 조합된 색 분산 보정 및 색 분산 경사 보정을 동시에 제공하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 히터가 전기 저항 히터인 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 균일-주기 브래그 회절격자가 중합체 광학 도파관을 포함하는 것인 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 중합체 광학 도파관이 할로겐화 메타크릴레이트 단량체 단위를 포함하는 것인 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 할로겐화 메타크릴레이트가 플루오르화 메타크릴레이트인 장치.
  18. 편광 고유모드 분할기/조합기 및 2개의 색 분산 또는 색 분산 경사 보정기를 포함하는, 편광-비의존성 색 분산 또는 색 분산 경사 보정기를 제공하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 하나 이상의 상기 색 분산 보정기가 파장천이된 브래그 회절격자인 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 파장천이된 브래그 회절격자가 실효 굴절율 파장천이된 균일-주기 브래그 회절격자인 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 브래그 회절격자가 중합체 광학 도파관을 포함하는 것인 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 중합체 광학 도파관이 할로겐화 메타크릴레이트 단량체 단위를 포함하는 것인 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 할로겐화 메타크릴레이트가 플루오르화 메타크릴레이트인 장치.
  24. 색 분산 보정기 또는 색 분산 경사 보정기를 포함하고, 상기 보정기가 실효-굴절율 파장천이된 균일-주기 브래그 회절격자를 포함하는 것인, 광학 신호를 다중화 및/또는 탈다중화하기 위한 장치.
  25. 제24항에 있어서, 순환기를 더욱 포함하는 장치.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 브래그 회절격자가 중합체 광학 도파관을 포함하는 것인 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 중합체 광학 도파관이 할로겐화 메타크릴레이트 단량체 단위를 포함하는 것인 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 할로겐화 메타크릴레이트가 플루오르화 메타크릴레이트인 장치.
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