KR20050049559A - 파장 둔감성 광집적 편광 스플리터 - Google Patents

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Abstract

광집적 편광 스플리터(2)는 다수의 도파관 코어층으로부터 형성된 수평 방향인 제 1 도파관 요소(10)와 수직 방향인 제 2 도파관 요소(12)를 포함한다. 제 1 및 제 2 도파관 요소는 구조의 한 말단에서는 교차하거나 근접 교차하고 구조의 다른 말단에서는 분리되고 이들 사이의 변화는 단열적으로 이루어진다. 도파관 요소들은 TE 성분과 TM 성분을 갖는 광신호를 수신한다. TE 성분은 수평 방향의 도파관(10) 요소를 따라 전파되고 TM 성분은 수직 방향의 도파관 요소(12)를 따라 전파된다.

Description

파장 둔감성 광집적 편광 스플리터{WAVELENGTH INSENSITIVE INTEGRATED OPTIC POLARIZATION SPLITTER}
본 출원은 전문이 참조로 본 명세서에 포함된 2002년 10월 30일에 출원된 가출원 제 60/422,413호 및 2003년 6월 16일에 출원된 가출원 제 60/478,767호로부터 우선권을 주장한다.
본 발명은 광집적 편광 스플리터, 특히 수직 및 수평 방향의 도파관의 교차점 또는 근접 교차점을 기초로한 광집적 편광 스플리터에 관한 것이다.
섬유 광통신의 보급이 증대됨에 따라, 광신호의 보다 복잡한 처리에 대한 요구가 계속해서 증가되고 있다. 광집적 소자는 칩에 많은 광학 기능을 집적하는 것이 가능하기 때문에, 광집적법은 보다 복잡한 신호 처리에 대한 요구를 충족시킬 것이다. 그러나, 기능성을 향상시키고 기능 당 비용을 감소시키기 위하여 칩 상의 구성요소의 밀도는 증가되어야 한다.
주어진 파장에 대해, 유전체 도파관에서 모드의 제한은 코어 굴절률과 클래딩 굴절률 사이의 차이에 의해 결정되고, 차이가 크면 클수록, 제한은 더 엄격해진다. 더 엄격한 제한으로 파생된 결과는 실질적인 방사 손실 없이 도파관을 더 밀접하게 묶는 능력과 날카로운 만곡부 주위로 빛을 유도하는 능력이다. 이 능력들이 소자 밀도에 영향을 미치는 두 개의 가장 중요한 파라미터들이기 때문에, 일반적으로 굴절률의 차이가 크면 클수록 소자의 밀도도 커진다고 말할 수 있다. 그러나, 굴절률 차이가 증가함에 따라, 도파관에서 전파되는 횡전기장(TE) 모드와 횡자기장(TM) 모드는 다른 특성들을 나타내기 시작한다. 정사각형 도파관의 직선 부분에서 TE 및 TM 모드는 동일한 속도에서 전파되는 반면, 만곡부에서 TE 및 TM 모드는 실질적으로 다른 속도로 전파된다. 한 쌍의 정사각형 고굴절률(HIC) 도파관이 결합될 때, TE 및 TM 모드는 다른 속도로 결합된다. 대부분의 광집적 구성요소는 전파속도와 도파관 대 도파관 결합에 민감하기 때문에, 이들 효과는 편광 의존 성능을 나타내고, 이 결과는 전기통신 용도로 사용되는 표준 단일모드 섬유로부터 나온 랜덤 편광 상태와 호환될 수 없다.
이런 효과들을 보상하는 한 가지 방식은 직사각형 도파관 형태를 사용하고 만곡부 주위의 전파에서 자연적인 차이를 보상하기 위해 도파관의 종횡비를 변화시키고/시키거나 도파관 대 도파관 결합을 균일하게 하는 것이다. 그러나, 이런 효과들의 하나 또는 다른 것은 특정 소자에 대해 이 방식으로 보상될 수 있는 반면, 굴절률 차이가 증가함에 따라 칩 상의 모든 소자들에 적용되는 방식으로 양자를 동시에 보상하는 것은 불가능하지는 않더라도 어려워진다.
HIC 광집적소자의 편광 민감성(polarization sensitivity)을 극복하기 위한 다른 방법은 편광 빔 스플리터(Polarizing beam splitter(PBS))를 가진 단일 모드 섬유로부터 나온 랜덤 입력 편광을 분리하고, 출력부를 편광 유지(PM) 섬유와 결합하고, 이 PM 섬유들의 하나를 90˚로 꼬고 두 개의 섬유를 광집적 소자 상의 개별 통로와 결합하는 것이다. 이들 통로의 각각에서 동일한 구조가 두 개의 구성요소를 독립적으로 가공하는데 사용된다. 출력부에서, 이들 구성요소들은 PM 섬유의 다른 쌍과 결합되고, 이전에 꼬이지 않은 통로의 PM 섬유를 꼬고 SM 섬유 출력부를 가진 다른 PBS에 양 섬유를 결합함으로써 재결합된다. 통상 "편파 다이버시티(polarization diversity)" 체계라고 불리는 이런 방법은 실현가능하지만, 대형 광집적 소자에 삽입될 때는 부담이 된다. PM 섬유를 정렬하는 것은 어렵고 비용이 많이 든다. 신호의 무결성을 유지하기 위하여, 통로 길이는 비트 길이의 적어도 1/10(즉, 1.5의 굴절률을 가진 10Gb/s 신호에 대해 ~2mm 및 40Gb/s 신호에 대해 ~0.5mm)이내에서 일치되어야 한다
더 좋은 방법은 PBS의 분리 기능과 꼬인 PM 섬유의 회전 기능을 광집적 칩에 통합하는 것이다. 그렇게 하면 PM 섬유를 정렬할 필요가 없게 되고 통로 길이는 리소그래피를 통해 쉽게 일치될 수 있다.
여러 광집적 편광 스플리터와 로테이터(또는 컨버터)가 제안되었다. 그러나, 지금까지 제안된 대부분의 장치들은 한 쌍의 도파관 모드의 결합에 의존한다. 결합된 모드에 기초한 소자들은 일반적으로 구조에서 전파되는 슈퍼-모드의 분산에서의 차이로부터 기인된 파장 민감성을 나타낸다. 또한, 이런 방법은 조립 실수에 매우 민감하다. 비록 도파관 형태 또는 분리에서 작은 변화는 소자 성능에 현저한 영향을 미칠 수 있다.
편광 스플리터 또는 로테이터를 형성하는 더 좋은 방법은 모드 진화의 원리를 사용하는 것이다. 도파관의 형태에 점진적(또는 단열) 변화를 가함으로써, 도파관의 모드는 조절될 수 있고 편광 상태는 분리되거나 회전될 수 있다. 이런 방법은 모드가 도파관의 적절한 설계와 구조의 느린 변화에 의해 보증될 수 있는 전력을 변화시키지 않는 것만 필요하다. 모드 결합의 예방은 상대적으로 느슨한 조건이기 때문에, 모드 진화에 기초한 소자들은 파장에 둔감하고 조립에 잘 견딘다. 모드 진화에 기초한 편광 스플리터가 형성될 수 있다고 제안되고 증명되었으나, 이 방법은 여러 도파관 재료를 필요로 하는 단점을 가진다. 현재까지 모드 진화의 원리를 사용하는 편광 컨버터가 제안되지 않았다.
일반적으로, 모드 진화의 원리에 기초한 광집적 소자를 가진 편광 상태를 분리하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 역으로 작동할 때 소자가 편광 결합기(polarization combiner)로 작동하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소자가 파장에 둔감하고, 조립 실수에 잘 견디며, 제조하는데 단일 재료 시스템만을 필요로 하는 것이다.
본 발명의 목적들은 다음의 상세한 설명 및 첨부한 도면들로부터 당업자에게 명백해 질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 편광 스플리터의 개략도이다.
도 2a-2b는 도 1에 도시된 편광 스플리터에서 전파되는 TE 및 TM 필드의 모드 산란 계산의 개략도이다.
도 3a-3b는 도 1에 도시된 편광 스플리터의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 4a-4c는 수직 및 수평 방향의 도파관 부재의 중간 코어층들 사이의 간격으로 세 개의 코어층들을 사용하는 편광 스플리터의 개략도이다.
도 5는 수직 및 수평 방향의 도파관 부재의 중간 코어층들 사이의 간격으로 단지 두 개의 코어층들을 사용하는 편광 스플리터의 개략도이다.
도 6a-6b는 도 5에 도시된 편광 스플리터의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 7a-7b는 구조 속의 교대 변화 영역으로 두 개의 코어층을 사용하는 편광 스플리터의 개략도이다.
본 발명의 한 태양에 따라, 광집적 편광 스플리터가 제공된다. 편광 스플리터는 TE 및 TM 성분을 가진 광신호를 입력하는 입력 도파관 요소를 포함한다. 다수의 코어층을 포함하는 수직 방향의 도파관 요소는 입력 도파관 요소와 결합되고 광신호의 TM 성분을 전파시킨다. 수평 방향의 도파관 요소는 입력 도파관 요소와 결합되고 광신호의 TE 성분를 전파시킨다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 광집적 편광 스플리터를 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 TE 및 TM 성분을 가진 광신호를 입력하는 입력 도파관 요소를 제공하는 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은 입력 도파관 요소와 결합되고 광신호의 TM 성분을 전파시키는 수직 방향의 도파관 요소를 형성하는 것을 포함한다. 수직 방향의 도파관 요소는 다수의 코어층을 포함한다. 또한, 상기 방법은 광신호의 TE 성분을 전파시키는 입력 도파관 요소와 결합되는 수평 방향의 도파관 요소를 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 광집적 편광 스플리터가 제공된다. 광집적 편광 스플리터는 다수의 도파관 코어층으로부터 형성된 수평 방향인 제 1 도파관 요소와 수직 방향인 가진 제 2 도파관 요소를 포함한다. 상기 제 1 및 제 2 도파관 요소는 구조의 한 말단에서 교차되거나 근접 교차되고 구조의 다른 말단에서 분리되어 변화가 단열적으로 이루어진다. 도파관 요소들은 TE 성분과 TM 성분 모두를 갖는 광신호를 수용한다. TE 성분은 수평 방향의 도파관 요소를 따라 전파되고 수직 방향의 도파관 요소를 따라 전파된다.
본 발명의 편광 스플리터는 한 쌍의 도파관의 교차점 또는 근접 교차점으로부터 제조된다. 도파관이 가장 근접해 있는 지역은 스플리터 입력부이고 가장 멀리 떨어져 있는 지역은 스플리터 출력부이다. 소자가 편광 상태를 효과적으로 분리하기 위하여, 소자 입력부에서 결합된 구조의 기본 TE(또는 유사 TE) 모드는 TE 도파관을 나타내는 도파관들의 하나의 기본 모드로 진화되어야 하는 반면, 기본 TM(또는 유사 TM) 모드는 TM 도파관을 나타내는 다른 도파관의 기본 모드로 진화된다. 이것이 일어나기 위해서, TM 도파관의 TM 모드는 TE 도파관의 TM 모드보다 더 강하게 도파(더 높은 유효 굴절률)되어야 한다. 유사하게, TE 도파관의 TE 모드는 TM 도파관의 TE 모드보다 더 강하게 도파되어야 한다.
도파관의 진화는 시스템에서 모드들 사이의 결합(coupling)을 유도하는 모드 구조에 대한 섭동으로 작용하고, 진화가 빠르면 빠를수록, 결합은 더 강해진다. 구조가 편광 스플리터로 작용하도록 하기 위하여, 시스템에서 기본 모드들 사이 및 기본 모드들과 다른 모드들 사이의 결합은 반드시 억제되어야 한다. 구조에서 모드의 전체 스펙트럼은 기본 도파 TE 및 TM 모드, 비도파(또는 복사) 모드 및 수평 및 수직 방향 부분 분리체로서 나타나는 보조 도파 TE 및 TM 모드로 이루어진다.
비도파 모드는 기본 모드보다 상당히 더 빠른 속도로 전파된다. 그 결과, 변화가 충분히 약할 때, 모드는 실질적인 전력 교환이 일어나기 전에 탈위상(de-phase)된다. 따라서, 기본 모드와 복사 모드 사이의 전력 교환은 변화가 천천히(또는 단열적으로) 일어나게 함으로써 상당히 감소될 수 있다. 기본 모드들과 보조 도파 모드들 사이의 결합은 보조 모드가 상당히 높은 속도로 전파되게 함으로써 유사하게 억제될 수 있다. 이것은 직각 방향인 주요 축들을 가진 한 쌍의 도파관으로부터 구조를 형성함으로써 이루어질 수 있다. 전기장적인 관점에서, 주요 축은 도파관의 기본 모드의 전기장 편광에 의해 정의된다. 직사각형 매립 도파관의 경우, 주요 축은 직사각형을 이루는 두 크기 중의 더 큰 것을 따라간다. 본 명세서에서, 도파관의 방향을 지정할 때, 도파관의 주요 축을 참조한다. 예를 들어, "수직 방향의 도파관 부분"이란 표현은 수직, 즉, 도파관 소자의 주요 평면(예를 들어, 기판 표면)에 직각인 주요 축을 갖는 도파관 부분을 나타내는 것을 의미하는 반면, "수평 방향의 도파관 부분"이란 표현은 수평, 즉, 도파관 소자의 주요 평면(예를 들어, 기판 표면)과 평행인 주요 축을 갖는 도파관 부분을 나타내는 것을 의미한다.
마지막으로, 기본 모드들 사이의 결합은 기본 모드들을 다른 속도로 전파시키고 모드 대칭을 통해 결합을 막는 방식으로 도파관을 위치시킴으로써 억제될 수 있고 다른 속도로 전파시키거나 모드 대칭을 통해 결합을 막는 방식으로 도파관을 위치시킴으로써 억제될 수 있다.
결정적인 일반론으로, 효과적인 편광 스플리터로 작용하는 소자는 상호주의 원칙을 통해, 반대로 작동될 때 효과적인 편광 결합기로 작용하는 것을 아는 것이 중요하다.
소자의 실제적인 실행은 통상적으로 리소그래피를 통해 정해진 형태를 가진 적층 과정으로부터 구조가 형성되는 것을 요하는 마이크로 조립 기술로부터 형성되는 것이 필요하다. 따라서, 가능한 한 적은 수의 층을 가진 구조를 만드는 것이 바람직하다. 여기서, 층은 수직 방향으로 굴절률의 변화가 없는 도파관 단면을 통하는 수평 조각으로 정의된다.
본 발명의 편광 스플리터를 형성하는 광도파관들은 통상적으로 다양한 굴절률의 유전체 재료로 형성된다. 일반적으로, 고굴절률 재료는 코어 재료로 고려되는 반면 저굴절률 재료는 클래딩 재료로 고려된다. 보다 구체적으로, 클래딩 재료는 층 내의 가장 낮은 굴절률의 재료로 정의된다. 따라서, 층 내의 모든 다른 재료는 코어 재료이다. 코어층은 코어 재료를 함유하는 층으로 정의된다.
구조가 편광 스플리터로 작동하기 위한 기본적인 조건들은 매우 애매하고, 주요 조건은 구조가 분리되어 직각 방향의 모드를 개별 직각 방향의 도파관 부분으로 분리하는 한 쌍의 직각 방향의 도파관의 교차점 또는 근접 교차점으로부터 형성되는 것이다. 몇 개의 가능한 기하학적 배열은 아래 기술된다.
도 1은 본 발명에 따른 편광 스플리터(2)의 개략도이다. 스플리터(2)는 중앙으로 교차된 후에 하나는 수평 방향(10)이고 다른 하나는 수직 방향(12)인 한 쌍의 직사각형 도파관(10, 12)으로 점진적으로 분리되어 도 1에 도시된대로 거리 s 로 최종 분리되는 한 쌍의 직각 방향의 직사각형 도파관(14)으로 시작된다. 코어층보다 더 낮은 굴절률을 가진 클래딩은 통상적으로 광 가둠(light confinement)을 제공하기 위해 코어층 주위를 둘러싼다. 도 1의 편광 스플리터는 기본 도파관 모드들 사이의 결합을 억제하기 위해 중앙으로 교차된 도파관을 사용한다. 그 결과로, 구조는 통상적으로 높이 h 1 , h 2 및 h 3 의 최소 세 개의 코어층(4, 6 및 8)을 요할 것이고, h 1 및 h 3 는 동일하게 설계되는 것이 바람직하다. 수평 방향의 도파관(10)은 넓이 w 2와 높이 h 3 를 갖고, 수직 방향의 도파관(12)은 넓이 w 1 과 h 1 , h 2 및 h 3 의 합인 높이를 가진다. 편광 스플리터의 입력부에서, 단지 두 개의 도파관 모드, 기본 TE 모드와 기본 TM 모드가 존재한다. 수평 방향 및 수직 방향 부분의 큰 분리점에서, 기본 TE 모드는 거의 전부가 수평 방향 부분에 갇히고 기본 TM 모드는 수직 방향 부분에 갇힌다. 따라서, 기본 모드의 자연적 진화는 TE 및 TM 성분의 분리를 초래한다.
상기한 실시예들에 대한 많은 변화가 가능하다는 인식하는 것이 중요하다. 도파관은 기하학적 배열이 직사각형일 필요가 없고 코어층은 동일한 굴절률 또는 동일한 기하학적 배열을 가질 필요가 없다.
도 2a-2b는 도 1의 편광 스플리터에서 전파되는 TE 및 TM 필드 모드-산란 시뮬레이션의 개략도이다. 모든 산란 기술은 구조의 길이를 따라 각 단면에서 국부 모드들 사이의 오버랩을 사용하고 단면들 사이의 필드를 전파시킨다. 모드의 축소된 세트는 일반적으로 계산 시간을 최소화하는데 사용되기 때문에, 모드 분산 시뮬레이션은 도파관 단면 당 소수의 모드가 시스템을 나타내는데 필요한 경우에만 특히 유용한 모델링 장치이다. 복사 모드는 모드 진화를 기초로한 작동법에 실질적으로 영향을 미치지 않기 때문에, 모드 산란 기술은 이런 문제들에 매우 적합하다. 이런 시뮬레이션에 사용되는 실시예에서, 코어 굴절률은 2.2이고 클래딩 굴절률은 1.445이다. 수평 및 수직 방향의 도파관 코어의 크기는 각각 0.25 x 0.75㎛ 및 0.75 x 0.25㎛이고, 0.25㎛의 층 두께를 나타낸다. 스플리터의 길이는 30㎛이고 수평 방향의 직사각형 도파관(22)과 수직 방향의 직사각형 도파관(20)을 분리시키는 거리는 소자 입력부에서 1㎛이다. 그러나, 다른 크기가 다른 실시예들에 사용될 수 있다.
도 2a는 스플리터(2)에서 전파되는 TE 필드를 도시한다. 특히, TE 필드는 수평 방향의 직사각형 도파관(22)에서 전파되나 수직 방향의 직사각형 도파관(20)에서는 도파되지 않는다.
도 2b는 스플리터(2)에서 전파되는 TM 필드를 도시한다. TM 필드는 수직 방향의 직사각형 도파관(22)에서 전파되나 수평 방향의 직사각형 도파관(20)에서는 도파되지 않는다. 따라서, 도 2a-2b는 무작위로 편광되는 입력 신호의 TE 및 TM 성분을 분리시키는 스플리터의 능력을 나타낸다.
도 3a-3b는 도 1에 도시된 편광 스플리터의 성능을 나타내는 각각 모드 산란 및 전체 3차원 시간 영역 유한 차분법(finite difference time domain)(FDTD)) 시뮬레이션의 그래프이다. 여기서, 코어 굴절률은 2.2이고 클래딩 굴절률은 1.445이다. 도파관 코어의 크기는 각각 0.25 x 0.75㎛ 및 0.75 x 0.25㎛이고, 0.25㎛의 층 두께를 나타낸다. 도파관 부재들은 거리 s = 1㎛ 만큼 출력부에서 분리된다. 도 3a는 본 발명의 편광 스플리터의 길이와 TE 및 TM 모드에 대한 정규화 출력 모달 전력(nomalized output modal power) 사이의 관계를 도시한다. 특히, 도 3a는 25㎛보다 큰 길이의 경우, TE11(기본 TE) 모드 및 TM11(기본 TM) 모드 모두에 대한 정규화 출력 모달 전력은 전체 1.45㎛ 내지 1.65㎛ 밴드에 걸쳐 매우 적은 크로스-토크(cross-talk)(TE11 내지 TE21 및 TM11 내지 TM21 결합)를 가진 거의 1 인 것을 나타낸다. 본 발명의 스플리터의 성능은 변화가 보다 단열적으로 됨에 따라 향상된다.
도 3b는 전체 3차원 FDTD 시뮬레이션을 사용하는 통신 파장을 포함하는 소자(1.45㎛ 내지 1.65㎛)의 파장 둔감성을 나타내다. FDTD 방법은 에러는 단지 그리드 이산화(discretization)에 의해 발생되는 맥스웰 방정식의 수치적 실행이다. 모드 산란 기술과 반대로 시스템의 모든 모드가 고려된다. 본 시뮬레이션의 경우 소자 길이는 25㎛이다. 이 범위에서, TE11 모드와 TM11 모드 모두에 대한 정규화 출력 모달 전력은 전체 1.45㎛ 내지 1.65㎛ 밴드에 걸쳐 매우 적은 크로스 토크(TE11 내지 TE21 및 TM11 내지 TM21 결합)를 가진 거의 1 인 것을 나타낸다. 이것은 본 발명의 스플리터 소자는 통신 파장 체제에서 어떤 현저한 파장 민감성도 갖지 않는다.
도 4a-4c는 수직(106, 108 및 110) 및 수평 방향의 도파관(112, 114 및 116)은 교차점을 갖지 않는 편광 스플리터(100, 102 및 104)의 그래프이다. 비록 이론상으로 도 1에 도시된 소자의 성능은 거의 이상적이지만, 제작시에 일부 라운딩(rounding)은 두 개의 도파관이 교차하는 지역에서 발생될 수 있다. 상기 라운딩은 중간층(118, 120 및 122)에서만 발생될 것이고 광리소그래피의 제한된 해상도의 결과이다.
그러나, 성능에 대한 영향은 도 1의 도파관(10 및 12)에서 다소 가파른 접속점을 유도할 수 있는 것과 같이 현저할 수 있다. 반면, 교차점을 제거하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 수평 방향의 도파관(112, 114 및 116)으로부터 분리된 수직 방향의 도파관의 중간층(118, 120, 122)을 작은 간격 s 1 만큼 분리시킴으로써 성취될 수 있다. 간격 s 1 이 리소그래피 시스템의 해상도 한계보다 큰 한, 제작 실수는 사라질 것이다. 수직 방향의 도파관(106, 108 및 110)과 수평 방향의 도파관(112, 114 및 116)의 크기는 도 1의 수직 방향의 도파관(12)과 수평 방향의 도파관(10)에 대해 기술한 것과 유사하다는 것을 주목하라. 수직 방향의 도파관(106, 108 및 110)과 수평 방향의 도파관(112, 114 및 116)은 거리 s 2 만큼 분리된다.
도 4a-4c는 중간층(118, 120 및 122)의 도파관 사이의 간격을 가진 본 발명의 편광 스플리터로 변화되는 많은 방식의 몇몇을 도시한다. 특히, 도 4a는 입력 모드를 편광 스플리터로 단열적으로 변화시키기 위해 수직 방향의 도파관(106)을 가늘게 만든다. 도 4b에서 수직 방향의 도파관(108)을 형성하는 층(130, 120, 134)에서 코어의 여러 조각들은 기본 TE 및 TM 모드 모두가 수직 방향의 도파관(114)에서 시작되도록 하기 위해 하나씩 단열적으로 수평 방향의 도파관(114)과 근접하게 모아진다. 마지막으로, 도 4c에서, 수축된 넓이의 수직 방향의 도파관(110)은 수평 방향의 도파관(116)과 근접하게 모아지고 뒤이어 기본 모드가 입력 수평 방향의 도파관(116)에서 시작되도록 전체 넓이 구조 속으로 다시 가늘어진다.
모든 이런 방법들은 동일한 원칙으로 작동한다. 입력 도파관의 모드는 본 발명의 편광 스플리터에서 반드시 단열적으로 변화되어야 하고 직각 방향의 도파관들은 근접해 있다. 선택된 이 방법은 일반적으로 사용된 제작 기술에 의존될 것이다. 이런 기하학적 배열들은 본 발명의 편광 스플리터에 결합하는 여러 가능한 방식들의 몇몇을 나타낸다. 도파관 부분은 기하학적 배열이 직사각형일 필요가 없고 코어층들은 동일한 굴절률 또는 기하학적 배열을 갖지 않는다.
도 5는 제작되는 단지 두 개의 코어층(60, 62)을 필요로 하는 편광 스플리터(54)를 도시한다. 이 실시예에서, 수직 방향(58)과 수평 방향(56)의 도파관은 더 이상 중앙으로 교차되지 않는다. 그 결과, 기본 TE 및 TM 모드는 서로 결합한다. 그러나, 이런 결합은 기본 모드가 다른 속도로 전파되게 하고 실질적인 전력 변환이 일어나기 전에 탈위상되게 함으로써 다시 약화될 수 있다. 이것은 수평 방향(56) 및 수직 방향(58) 도파관을 다른 크기로 만듦으로써 성취된다. 소자의 성능은 층의 순서(즉, 상부에 놓인 층)에 의해 영향을 받지 않는다. 두 코어층(60, 62)들은 높이(h 1 , h 2 )를 가진다는 것을 주목하라. 또한 구조는 제작을 용이하게 하기 위해 입력부에서 수직 방향의 도파관들 사이에 간격 s 1 을 남겨둔다. 출력부에서 수직 방향의 도파관(58) 및 수평 방향의 도파관(56)은 거리 s 2 로 분리된다. 또한, 수평 도파관(56)은 넓이(w 2 ) 및 높이(h 2 )를 갖고, 수직 도파관(12)은 넓이(w 1 )와 h 1 과 h 2 의 합인 높이를 가진다.
상기한 실시예의 많은 변형이 가능하다는 것을 아는 것이 중요하다. 도파관 부분은 기하학적 배열이 직사각형일 필요는 없고 코어층은 동일한 굴절률 또는 기하학적 배열을 가질 필요가 없다.
도 6a-6b는 각각 도 5에 도시된 소자의 성능의 모드-산란 및 FDTD 시뮬레이션의 그래프이다. 이 특정 실시예에서, 코어 굴절률은 2.2이고 클래딩 굴절률은 1.445이다. 층 두께는 각각 0.4㎛이고 도파관 넓이는 수직 및 수평 방향의 도파관의 경우 각각 0.35㎛ 및 0.8㎛이다. 도파관의 입력부 및 출력부 분리는 각각 s 1 = 0.25㎛와 s 2 = 1.0㎛로 선택된다.
특히 도 6a는 1.55㎛의 도파관에서 소자 길이의 작용으로 도 5에 도시된 소자의 성능을 도시한다. 그래프는 길이가 150㎛ 이상인 경우, 이 두 층 편광 스플리터의 성능은 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 도 6b는 143㎛의 소자길이에 대한 도포관의 작용으로 도 5에 도시된 소자의 성능을 도시한다. 도 6b는 소자는 전체 1.45㎛ 내지 1.65㎛ 범위에 걸쳐 매우 적은 크로스 토크(TE11 대 TE21 및 TE11 대 TM21 결합)에 둔감한 대형 도파관이라는 것을 나타낸다.
도 7a-7b는 중간층(82,84)들에서 도파관들 사이의 간격(s 1 )을 가진 본 발명의 두 층 편광 스플리터로 변화하는 많은 방식의 둘을 도시한다. 이런 방법들은 세 개층 소자에서 사용한 것과 동일하다. 도 7a에서, 감소된 넓이의 수직 방향의 도파관(68)은 수평 방향의 도파관(66)과 근접하게 모아지고 뒤이어 전체 넓이 구조로 가늘어진다. 도 7b에서, 수직 방향의 도파관(76)을 형성하는 여러 층(72, 74)은 분리되어 수평 방향의 도파관(80)과 근접하게 단열적으로 모아진다. 또한, 이런 방법들의 각각은 제작면에서 장점과 단점을 가지나, 모두 동일한 원칙으로 작용한다. 입력 도파관의 모드는 점진적으로 수직 방향의 도파관을 근접하게 모음으로써 본 발명의 편광 스플리터로 단열적으로 변화되어야 한다. 선택된 방법은 통상적으로 사용된 제작 기술에 의존할 것이다. 이런 기하학적 배열은 본 발명의 스플리터에 결합되는 많은 방식들의 단지 몇몇을 나타낸다. 도파관 부분은 기하학적 배열이 직사각형일 필요가 없고 코어층은 동일한 굴절률 또는 기하학적 배열을 가질 필요가 없다.
중요한 것은, 상호주의 원칙은 상기한 모든 실시예들은 반대로 작동할 때 편광 결합기로 작용할 것을 보증한다.
비록 본 발명은 여러 바람직한 실시예들에 대해 도시하고 기술하였지만 실시예의 형태와 세부사항에 대한 다양한 변화, 생략 및 첨가는 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않고 가해질 수 있다.
본 발명의 내용 중에 있음

Claims (6)

  1. TE 및 TM 성분을 갖는 광신호를 입력하는 입력 도파관 요소;
    상기 광신호의 상기 TM 성분을 전파하는 상기 입력 도파관 요소와 결합되는 다수의 코어층을 포함하는 수직 방향의 도파관 요소; 및
    상기 광신호의 상기 TE 성분을 전파하는 상기 입력 도파관 요소와 결합되는 수평 방향의 도파관 요소를 포함하는 광집적 편광 스플리터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 방향의 도파관 요소와 상기 수평 방향의 도파관 요소는 수직 및 수평 방향의 도파관 부분으로 분리되기 전에 교차하거나 근접 교차하는 광집적 편광 스플리터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어층은 두 개의 코어층을 포함하는 광집적 편광 스플리터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어층은 세 층을 포함하는 광집적 편광 스플리터.
  5. TE 및 TM 성분을 갖는 광신호를 입력하는 입력 도파관 요소를 제공하는 단계;
    상기 광신호의 상기 TM 성분을 전파하는 상기 입력 도파관 요소와 결합되는 다수의 코어층을 포함하는 수직 방향의 도파관 요소를 형성하는 단계; 및
    상기 광신호의 상기 TE 성분을 전파하는 상기 입력 도파관 요소와 결합되는 수평 방향의 도파관 요소를 형성하는 단계를 포함하는 광집적 편광 스플리터 형성법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수직 방향의 도파관 요소와 상기 수평 방향의 도파관 요소는 수직 및 수평 방향의 도파관 부분으로 분리되기 전에 교차하거나 근접 교차하는 광집적 편광 스플리터 형성법.
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