KR20070019302A - 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광 분배기 - Google Patents

다중 모드 간섭을 이용한 가변 광 분배기 Download PDF

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KR20070019302A
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Abstract

본 발명은 다중 모드 간섭을 이용하고 소정의 폭과 길이를 갖는 스트롱 가이딩(strong guiding) PLC 도파로 구조를 갖는 광 분배기에 관한 것으로서, 다중 모드 도파로와 온도 조절용 히터가 부착되어 있는 전송로로 구성하여 입력 광 신호를 다중 모드 간섭에 의한 위상변화 및 박막 히터의 열광학 효과에 의한 위상변화로써 원하는 크기의 광 전력으로 분배하며, 제작허용 오차를 넓힐 수 있고, 임의의 광 전력 분배를 얻기 위한 결합기의 길이가 짧아지며, 온도 조절용 히터에 의한 위상 변화 범위를 낮춤으로써 소비 전력을 줄일 수 있다.
다중 모드 도파로, 간섭, 광 분배기

Description

다중 모드 간섭을 이용한 가변 광 분배기{Variable Optical Distributors Using Multi-Mode Interference}
도 1은 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제1실시예.
도 2는 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제2실시예.
도 3은 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제3실시예.
도 4는 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제4실시예.
도 5는 본 발명에 따른 광 파장 분배/결합기의 제5실시예.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제1 단일 모드 도파로 2 : 제2 단일 모드 도파로
3 : 제1 다중 모드 도파로 4 : 제3 단일 모드 도파로
5 : 제4 단일 모드 도파로 6 : 온도 조절용 히터
7 : 제2 다중 모드 도파로 8 : 제5 단일 모드 도파로
9 : 제6 단일 모드 도파로
본 발명은 다중 모드 간섭을 이용한 가변 광 분배기에 관한 것이다.
가변 광 분배기는 통신용 광회로에 있어서, 광신호의 전송을 제어하기 위한 중요한 광소자 중 하나로서, WDM (Wavelength Division Multiplexing) system의 각 채널간의 광전력 균등화를 위한 Add/Drop 기능을 한다. 또한, EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)의 총 전력이 변화할 경우, 파장에 따른 출력변화의 발생을 방지하기 위해 Gain을 평탄화 하는데 사용된다. 가변 광 분배기는 다수의 출력단으로 임의의 광 전력을 분배하거나 제어하기 위해서도 사용되고 있다.
종래의 광 분배기의 기술은 광섬유를 이용한 섬유형이 사용되었으나, 이 기술은 제조 공정의 복합성뿐만 아니라 낮은 수율로 인한 고가격 및 부피가 커지는 문제점이 있다. 또한 기존의 PLC(Planar Lightwave Circuits) 광 감쇄기(한국특허공개번호, 특1999-0020073)는 방향성 결합기를 사용하기 때문에 소자의 길이와 폭이 커지고, 낮은 제작 허용오차의 문제점과 방향성 결합기로 인해 굽은 도파로를 여러 부분에 사용해야 하기 때문에 소자의 길이가 더욱 길어지게 되고, 손실도 커지게 된다. 또한 종래의 가변 광 감쇄기(한국특허번호 제0424606, 미국특허 US 6,728,463 B2)에 비해 보다 향상된 동작 특성, 생산 수율 및 저가격화를 기대할 수 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다중 모드 도파로, 단일 모드 도파로 그리고 온도 조절용 박막 히터로 구성된 PLC 도파로 구조의 광분배기에 있어서, 입력 광 신호를 다중 모드 간섭에 의한 위상변화 및 온도 조절용 히터의 열광학 효과에 의한 위상변화로써 원하는 크기의 광 전력을 분배할 수 있는 광 분배기를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 첫째, 소정의 폭, 길이와 두께를 갖는 스트롱 가이딩(strong guiding) 다중 모드 도파로 구조의 광 분배기에 있어서, 제1 다중 모드 도파로(3)의 일 측으로 입력된 광 신호는 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상으로 분포되어 소정의 광 전력이 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 반대 측으로 출력되고, 상기의 출력된 광 신호는 온도 조절용 히터(6)가 부착된 한 개 내지는 여러 개의 전송로를 통하여 제2 다중 모드 도파로(7)의 일 측으로 입력되어 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상으로 분포되어, 소정의 광 전력이 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 반대 측으로 출력되는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제공한다.
둘째, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 입력되는 한 개 내지는 여러 개의 광 신호는 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 직접 입력되거나, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 연결되는 전송로를 통하여 입력되는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제공한다.
셋째, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에서 출력되는 한 개 내지는 여러 개의 광 신호는 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에서 직접 출력되거나, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에 연결되는 전송로를 통하여 출력되는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제공한다.
넷째, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)와 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)를 연결하는 한 개 내지는 여러 개의 전송로에 부착된 상기의 온도 조절용 히터(6)는 열광학 효과로 인하여 상기의 한 개 내지는 여러 개의 전송로를 진행하는 각각의 광 신호의 위상을 0°∼180°로 가변하는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제공한다.
다섯째, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 길이(LMM1), 폭(WMM1), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제공한다.
여섯째, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 길이(LMM1), 폭(WMM1), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제 공한다.
일곱째, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 길이(LMM1), 폭(WMM1), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 대칭간섭(Symmetric Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제공한다.
여덟째, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 길이(LMM1), 폭(WMM1), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제공한다.
아홉째, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 길이(LMM1), 폭(WMM1), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기를 제공한다.
열째, 상기의 광 분배기를 직렬과 병렬로 소정의 개수로 추가 연결하여, 다수의 출력단으로 임의의 광 전력 분포를 출력할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 광 분배기를 제공한다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 다양한 실시예에서는 광 신호가 다중 모드 도파로에 입력되어 진행하면서 입력 광신호의 분배가 일어나고, 특정한 길이에서 모드간의 보강 간섭에 의하여 입력 광 신호에서 여기된 파의 상을 재생시킨다. 이것은 자기상 맺힘이라고 하는 광 고유의 특성으로, 도파로의 진행 방향에 따라 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 상을 만들게 되는 현상으로 그 기본적인 원리는 광학회논문(J. Lightwave Technol., vol.13 p.615, 1995.)에 기재되어 있으며, 상기 다중 모드 도파로 내의 광파의 분포는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112005044493867-PAT00001
ψ는 유기 모드이고, ν는 모드의 차수이다.
광 신호의 입력 위치가 다중 모드 도파로의 일반적인 지점인 경우, 일반간섭(General Interference)을 이용하게 되면, 원하는 개수의 자기상이 맺히는 길이는 수학식 2와 같다.
Figure 112005044493867-PAT00002
M은 주기성을 나타내는 정수이고, N은 자기상의 개수, Lπ는 결합 길이로서 수학식 3으로 표현된다.
Figure 112005044493867-PAT00003
여기서 β0 , β1 은 기본 모드와 1차 모드의 전파 상수이고, λ0 는 파장, ne 는 유효 굴절률, We 는 유효 폭으로 기본 모드가 실제 유기되는 폭을 나타낸다. 또한 입출력 위치가 다중 모드 도파로의 폭 방향의 1/3 또는 2/3 되는 지점에서의 경우는 쌍간섭(Paired Interference)을 이용하게 되며, 원하는 개수의 자기 상이 맺히는 길이는 수학식 4로 표현된다.
Figure 112005044493867-PAT00004
또한 입출력 위치가 다중 모드 도파로의 폭 방향의 1/2되는 지점에서의 경우는 대칭간섭(Symmetric Interference)을 이용하게 되며, 원하는 개수의 자기 상이 맺히는 길이는 수학식 5로 표현된다.
Figure 112005044493867-PAT00005
본 발명의 제1 실시예는 도 1에 보인 바와 같이, 스트롱 가이딩(strong guiding) 도파로 구조의 광 분배기에 있어서, 제1 다중 모드 도파로(3)의 일 측에 제1 단일 모드 도파로(1)와 제2 단일 모드 도파로(2)가 직접 연결되어 광 신호가 입력되고, 제1 다중 모드 도파로(3)의 반대 측에 직접 연결된 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)의 일 측으로 광 신호가 분배되어 출력되고, 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4) 및 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)의 반대 측에 제2 다중 모드 도파로(7)의 일 측이 직접 연결되어 상기의 분배된 광 신호가 상기의 제2 다중모드 도파로(7)로 입력되며, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 반대 측에 직접 연결된 제5 단일 모드 도파로(8)와 제6 단일 모드 도파로(9)의 일 측으로 광 신호가 분배되어 출력되며, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)와 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에서의 입력 광 신호의 위상 변화 및 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)에서의 열광학 효과로 가변된 광 신호의 위상의 합성으로, 소정의 광 전력 분포가 상기의 제5 단일 모드 도파로(8)와 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)로 출력된다.
상기의 제1 단일 모드 도파로(1), 상기의 제2 단일 모드 도파로(2), 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4), 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5), 상기의 제5 단일 모드 도파로(8), 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)의 폭(WSM)과 두께(d)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정된다. 또한 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭(WMM1), 두께(d), 길이(LMM1)와 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭(WMM2), 두께(d), 길이(LMM2)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 일반간섭(General Interference)의 경우에는 수학식 2와 수학식 3에 의해서 결정된다.
일반간섭(General Interference)의 경우, 광 신호는 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)와 제2 단일 모드 도파로(2)를 통하여 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 입력되며, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)를 진행하는 동안 일반간섭(General Interference)에 의해 270°위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(5)로 출력된다. 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(5)는 열광학 효과에 의해서 유효 굴절률이 변화되도록 온도 조절용 히터(6)가 부착되어 있다. 상기의 온도 조절용 박막 히터가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)를 진행하는 각각의 광 신호는 변화된 유효 굴절률에 의해 소정의 위상의 변화(0°∼180°)를 갖는다. 가변된 위상의 광 신호는 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결되며, 입력된 각각의 광 신호는 제2 다중 모드 도파로(7)를 진행하는 동안 일반간섭(General Interference)에 의해 270°위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된 상기의 제5 단일 모드 도파로(8)와 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)로 출력된다. 출력단에 나타나는 각각의 광 신호는, 열광학 효과에 의해 가변된 위상(0°∼180°) 및 다중 모드 간섭에 의한 270°위상이 합성되어 상쇄되거나 증가하여, 원하는 광 전력 분배를 만들 수 있다.
본 발명의 제2실시예는 도 2에 보인 바와 같이, 스트롱 가이딩(strong guiding) 도파로 구조의 광 분배기에 있어서, 제1 다중 모드 도파로(3)의 일 측에 제1 단일 모드 도파로(1)와 제2 단일 모드 도파로(2)를 직접 연결되어 광 신호가 입력되고, 제1 다중 모드 도파로(3)의 반대 측에 직접 연결된 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 온도 조절용 히터(6) 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)의 일 측으로 광 신호가 분배되어 출력되고, 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4) 및 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)의 반대 측에 제2 다중 모드 도파로(7)의 일 측이 직접 연결되어 상기의 분배된 광 신호가 상기의 제2 다중모드 도파로(7)로 입력되며, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 반대 측에 직접 연결된 제5 단일 모드 도파로(8)와 제6 단일 모드 도파로(9)의 일 측으로 광 신호가 분배되어 출력되며, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)와 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에서의 입력 광 신호의 위상 변화 및 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)에서의 열광학 효과로 가변된 광 신호의 위상의 합성으로, 소정의 광 전력 분포가 상기의 제5 단일 모드 도파로(8)와 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)로 출력된다.
상기의 제1 단일 모드 도파로(1), 상기의 제2 단일 모드 도파로(2), 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4), 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5), 상기의 제5 단일 모드 도파로(8), 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)의 폭(WSM)과 두께(d)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정된다. 또한 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭(WMM1), 두께(d), 길이(LMM1)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 일반간섭(General Interference)의 경우에는 수학식 2와 수학식 3에 의해서 결정되며, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭(WMM2), 두께(d), 길이(LMM2)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 쌍간섭(Paired Interference)의 경우에는 수학식 2와 수학식 4에 의해서 결정된다.
일반간섭(General Interference)의 경우, 광 신호는 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)와 제2 단일 모드 도파로(2)를 통하여 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 입력되며, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)를 진행하는 동안 일반간섭(General Interference) 에 의해 270°위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(5)로 출력된다. 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(5)는 열광학 효과에 의해서 유효 굴절률이 변화되도록 온도 조절용 히터(6)가 부착되어 있다. 상기의 온도 조절용 박막 히터가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)를 진행하는 각각의 광 신호는 변화된 유효 굴절률에 의해 원하는 위상의 변화(0°∼180°)를 갖는다. 가변된 위상의 광 신호는 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭 방향의
Figure 112005044493867-PAT00006
과
Figure 112005044493867-PAT00007
에 직접 연결되며, 입력된 각각의 광 신호는 제2 다중 모드 도파로(7)를 진행하는 동안 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 270°위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭 방향의
Figure 112005044493867-PAT00008
과
Figure 112005044493867-PAT00009
에 직접 연결된 상기의 제5 단일 모드 도파로(8)와 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)로 출력된다. 출력단에 나타나는 각각의 광 신호는, 열광학 효과에 의해 가변된 위상(0°∼180°) 및 다중 모드 간섭에 의한 270°위상이 합성되어 상쇄되거나 증가하여, 원하는 광전력 분배를 만들 수 있다.
본 발명의 제3실시예는 도 3에 보인 바와 같이, 스트롱 가이딩(strong guiding) 도파로 구조의 광 분배기에 있어서, 제1 다중 모드 도파로(3)의 일 측에 제1 단일 모드 도파로(1)를 직접 연결하여 광 신호가 입력되고, 제1 다중 모드 도파로(3)의 반대 측에 직접 연결된 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 온도 조절용 히터(6) 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)의 일 측으로 광 신호가 분배되어 출력되고, 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4) 및 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)의 반대 측에 제2 다중 모드 도파로(7)의 일 측이 직접 연결되어 상기의 분배된 광 신호가 상기의 제2 다중모드 도파로(7)로 입력되며, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 반대 측에 직접 연결된 제5 단일 모드 도파로(8)와 제6 단일 모드 도파로(9)의 일 측으로 광 신호가 분배되어 출력되며, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)와 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에서의 입력 광 신호의 위상 변화 및 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)에서의 열광학 효과로 가변된 광 신호의 위상의 합성으로, 소정의 광 전력 분포가 상기의 제5 단일 모드 도파로(8)와 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)로 출력된다.
상기의 제1 단일 모드 도파로(1), 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4), 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5), 상기의 제5 단일 모드 도파로(8), 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)의 폭(WSM) 과 두께(d)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정된다. 또한 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭(WMM1), 두께(d), 길이(LMM1)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 대칭간섭(Symmetric Interference)의 경우에는 수학식 2와 수학식 5에 의해서 결정되며, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭(WMM2), 두께(d), 길이(LMM2)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 일반간섭(General Interference)의 경우에는 수학식 2와 수학식 3에 의해서 결정된다.
대칭간섭(Symmetric Interference)의 경우, 광 신호는 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭 방향의
Figure 112005044493867-PAT00010
에 직접 연결된 상기의 제1 단일 모드 도파로(1)를 통하여 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 입력되며, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)를 진행하는 동안 대칭간섭(Symmetric Interference)에 의해 0°위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭 방향의
Figure 112005044493867-PAT00011
과
Figure 112005044493867-PAT00012
에 직접 연결된 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(5)로 출력된다. 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(5)는 열광학 효과에 의해서 유효 굴절률이 변화되도록 온도 조절용 히터(6)가 부착되어 있다. 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파 로(5)를 진행하는 각각의 광 신호는 변화된 유효 굴절률에 의해 원하는 위상의 변화(0°∼180°)를 갖는다. 가변된 위상의 광 신호는 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결되며, 입력된 각각의 광 신호는 제2 다중 모드 도파로(7)를 진행하는 동안 일반간섭(General Interference)에 의해 270°위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭 방향의 모서리에 직접 연결된 상기의 제5 단일 모드 도파로(8)와 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)로 출력된다. 출력단에 나타나는 각각의 광 신호는, 열광학 효과에 의해 가변된 위상(0°∼180°) 및 다중 모드 간섭에 의한 270°위상이 합성되어 상쇄되거나 증가하여, 원하는 광 전력 분배를 만들 수 있다.
본 발명의 제4실시예는 도 4에 보인 바와 같이, 스트롱 가이딩(strong guiding) 도파로 구조의 광 분배기에 있어서, 제1 다중 모드 도파로(3)의 일 측에 제1 단일 모드 도파로(1)를 직접 연결하여 광 신호가 입력되고, 제1 다중 모드 도파로(3)의 반대 측에 직접 연결된 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 온도 조절용 히터(6) 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)의 일 측으로 광 신호가 분배되어 출력되고, 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4) 및 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)의 반대 측에 제2 다중 모드 도파로(7)의 일 측이 직접 연결되어 상기의 분배된 광 신호가 상기의 제2 다중모드 도파로(7)로 입력되며, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 반대 측에 직접 연결된 제5 단일 모드 도파로(8)와 제6 단일 모드 도파로(9)의 일 측으로 광 신호가 분배되어 출력되며, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)와 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에서의 입력 광 신호의 위상 변화 및 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)에서의 열광학 효과로 가변된 광 신호의 위상의 합성으로, 소정의 광 전력 분포가 상기의 제5 단일 모드 도파로(8)와 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)로 출력된다.
상기의 제1 단일 모드 도파로(1), 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4), 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5), 상기의 제5 단일 모드 도파로(8), 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)의 폭(WSM)과 두께(d)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 결정된다. 또한 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭(WMM1), 두께(d), 길이(LMM1)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 대칭간섭(Symmetric Interference)의 경우에는 수학식 2와 수학식 5에 의해서 결정되며, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭(WMM2), 두께(d), 길이(LMM2)는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n)에 의하여 쌍간섭(Paired Interference)의 경우에는 수학식 2와 수학식 4에 의해서 결정된다.
대칭간섭(Symmetric Interference)의 경우, 광 신호는 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭 방향의
Figure 112005044493867-PAT00013
에 직접 연결된 상기의 제1 단일 모드 도파로 (1)를 통하여 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 입력되며, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)를 진행하는 동안 대칭간섭(Symmetric Interference)에 의해 0°위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 폭 방향의
Figure 112005044493867-PAT00014
과
Figure 112005044493867-PAT00015
에 직접 연결된 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(5)로 출력된다. 상기의 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 제4 단일 모드 도파로(5)는 열광학 효과에 의해서 유효 굴절률이 변화되도록 온도 조절용 히터(6)가 부착되어 있다. 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제3 단일 모드 도파로(4)와 상기의 온도 조절용 히터(6)가 부착된 제4 단일 모드 도파로(5)를 진행하는 각각의 광 신호는 변화된 유효 굴절률에 의해 원하는 위상의 변화(0°∼180°)를 갖는다. 가변된 위상의 광 신호는 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭 방향의
Figure 112005044493867-PAT00016
과
Figure 112005044493867-PAT00017
에 직접 연결되며, 입력된 각각의 광 신호는 제2 다중 모드 도파로(7)를 진행하는 동안 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 270°위상의 차이를 갖고 50:50 비율로 분배되어 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 폭 방향의
Figure 112005044493867-PAT00018
과
Figure 112005044493867-PAT00019
에 직접 연결된 상기의 제5 단일 모드 도파로(8)와 상기의 제6 단일 모드 도파로(9)로 출력된다. 출력단에 나타나는 각각의 광 신호는, 열광학 효과에 의해 가변된 위상(0°∼180°) 및 다중 모드 간 섭에 의한 270°위상이 합성되어 상쇄되거나 증가하여, 원하는 광 전력 분배를 만들 수 있다.
본 발명의 제5실시예는 도 5에 보인 바와 같이, 상기의 제1실시예의 광 분배기의 출력단에 복수의 상기의 제1실시예의 광 분배기를 직렬과 병렬로 추가 연결하여 다수의 출력단으로 임의 광 전력을 분포할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 임의의 광 전력 분포를 얻기 위한 광 분배기의 길이가 짧아지며, 온도 조절용 히터의 열광학 효과에 의한 위상 변화 범위를 축소할 수 있으며, 제작 허용 오차가 확대됨으로써 생산 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 소정의 폭, 길이와 두께를 갖는 스트롱 가이딩(strong guiding) 다중 모드 도파로 구조의 광 분배기에 있어서,
    제1 다중 모드 도파로(3)의 일 측으로 입력된 광 신호는 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상으로 분포되어 소정의 광 전력이 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 반대 측으로 출력되고, 상기의 출력된 광 신호는 온도 조절용 히터(6)가 부착된 한 개 내지는 여러 개의 전송로를 통하여 제2 다중 모드 도파로(7)의 일 측으로 입력되어 진행 방향으로 주기적인 간격을 두고 한 개 내지는 여러 개의 자기상으로 분포되어, 소정의 광 전력이 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 반대 측으로 출력되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광 분배기는 소정의 개수로 직렬과 병렬로 추가 연결되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 입력되는 한 개 내지는 여러 개의 광 신호는 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 직접 입력되거나, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)에 연결되는 전송로를 통하여 입력되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에서 출력되는 한 개 내지는 여러 개의 광 신호는 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에서 직접 출력되거나, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)에 연결되는 전송로를 통하여 출력되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)와 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)를 연결하는 한 개 내지는 여러 개의 전송로에 부착된 상기의 온도 조절용 히터(6)는 열광학 효과로 인하여 상기의 한 개 내지는 여러 개의 전송로를 진행하는 각각의 광 신호의 위상을 0°∼180°로 가변하는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3) 또는 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 길이, 폭, 두께 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 도파로 상의 간섭(Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 길이(LMM1), 폭(WMM1), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 길이(LMM1), 폭(WMM1), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기의 제1 다중 모드 도파로(3)의 길이(LMM1), 폭(WMM1), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 대칭간섭(Symmetric Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 길이(LMM2), 폭(WMM2), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 일반간섭(General Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기의 제2 다중 모드 도파로(7)의 길이(LMM2), 폭(WMM2), 두께(d) 및 광 신호의 입출력 위치는 적용되는 광 신호의 파장(λ), 도파로의 굴절률(n) 및 쌍간섭(Paired Interference)에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광 분배기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180118428A (ko) * 2017-04-21 2018-10-31 엘지이노텍 주식회사 광출력모듈

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KR20180118428A (ko) * 2017-04-21 2018-10-31 엘지이노텍 주식회사 광출력모듈

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