KR20080108501A - 복합 회절 부품들을 갖는 평면 광파 필터 - Google Patents

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KR20080108501A
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서지 비드니크
아쇼크 발라크리쉬난
매트 피어슨
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인에이블런스 아이엔씨.
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Abstract

슬랩 도파관을 포함하며, 복수 개의 입력 및 출력 포트들과 광학적으로 결합하는 복수 개의 회절 필터링 부품들을 갖는 평면 광파 회로는, 다중화, 역 다중화, 다이플렉서 및 트리플렉서를 포함하는 다양한 기능을 제고한다. 기본적인 구성에서 하나 또는 그 이상의 출력 포트들은 상기 슬랩 도파관의 클래딩에서 에칭하는 격자 필터들을 통해 입력 포트와 광학적으로 결합된다. 트리플렉서 플랫폼은, 2개의 클래딩 에칭 필터들에 의해 입력 신호로부터 역 다중화된 파장 채널들을 받는 2개의 출력 포트들에 광-검출기들을 광학적으로 결합함으로써 그리고 최초 입력 신호를 발사한 섬유와 결합하기 위해 단부 벽 에칭 격자 필터에서 출사 레이저 신호를 발사하는 다른 입력 포트로 레이저를 광학적으로 결합함으로써 제공된다.

Description

복합 회절 부품들을 갖는 평면 광파 필터{Planar lightwave filter with mixed diffraction elements}
본 발명은 평면 광파 필터 회로(planar lightwave filter circuit)에 관한 것으로, 상세하게 동일한 칩(chip)에서 다른 특징을 갖는 필터링 부품들(filtering elements)의 조합을 제공하는 복합 회절 부품(mixed diffraction elements)을 갖는 평면 광파 필터 회로에 관한 것이다.
양방향 멀티플렉서(multiplexers)/디멀티플렉서(demultiflexers), 특히 트리플렉서(triplexers)와 다이플렉서(diplexers)는 주택광랜(fiber to the home)(FTTH) 광가입자망(optical network)과 가입자의 집 사이에서 광학 게이트웨이(optical gates)의 역할을 한다. 트리플렉서들과 다이플렉서들은 한 개(다이플렉서) 또는 두 개(트리플렉서)의 고속 채널(high-speed channels)(예를 들어, 전화와 인터넷용 1490nm 및 영상용 1550nm)을 수신하면서, 동시에 제 3 채널(예를 들어, 정보 출력용 1310nm)을 전송할 수 있는 매우 단순하고 저렴한 액세스 장치(access devices)이다. 이러한 모든 신호들은 단순한 설치를 위해 단일 광 섬유 상으로 다중화된다(multiplexed).
통상적인 트리플렉서의 요구는 종래의 광 부품 설계자들에게 도전을 제공한 다. 트리플렉서 광 설계는, 명목상으로 1310nm의 파장인 레이저(laser)가 집으로부터의 광 신호들(optical signals)을 전송하기 위하여 단일 모드 섬유에 결합 될 것을 요구한다. 그 동일한 섬유 상의 다른 방향에서는, 집 밖으로부터의 명목상 1490nm 및 1550nm 파장에서의 광이 포착되고, 역 다중화되며(demuliplexed) 광 검출기로 향한다. 이러한 파장들에서의 작용 통과 대역(operational passbands) 때문에 어려움이 야기되며, 특히 1310nm 채널에서, 50nm 내지 100nm 대역(band)이 기대되며, 레이저가 기본적으로 비열적으로(athermally) 작용할 수 있는 큰 마진(margin)을 제공하는 반면, 단지 10nm 내지 20nm 폭의 대역들은 검출기 채널용으로 요구된다. 더욱이, 레이저 다이오드(laser diode)는 단일 횡단 모드(single transverse mode)에서 작동하고, 공통 입/출력 섬유는 단일 모드 섬유이므로, 레이저 채널이 뒤따르는 경로는 모든 점에서 단일-모드 광과 양립 가능하여야 하며, 특히 레이저 채널의 경로는 가역적이어야 한다. 종래 기술, 특히 평면 광파 회로에 단일 회절 구조를 사용한 설계에는, 실질적으로 상이한 통과 대역을 갖는 채널들의 넓은 파장 범위(1250nm 내지 1600nm)를 어드레싱하는(addressing) 실용적인 수단이 없다.
2002년 12월 10일 등록된 알사우스(Althas)의 미국 특허 제6,493,121호에 개시되고, 도 1에 도시된 트리플렉서(1)와 같은 종래 장치들은, 시준된(collimated) 광선 경로를 따라 특정 위치에 배치되며, 개별적으로 제조된 다수의 박막 필터들(thin film filers, TFF)(2a 및 2b)을 이용하여 트리플렉서의 기능을 수행한다. 박막 필터들(2a 및 2b)은 분리된 레이저(3) 및 광-검출기(4a 및 4b)에 결합되고, 트랜지스터 외관(transister outline, TO) 용기(6)에 패키징 된 다음, 개별적으로 하나의 구성으로 조립된다. 두 개의 입사 채널을 갖는 입사 신호들(1490nm 및 1550nm)이 광 섬유(7)을 통하여 트리플렉서(1)로 들어간다. 제1 채널은 제1 박막 필터(2a)에 의해 역 다중화되어 제1 광 검출기(4a)로 향하고, 제 2 채널은 제 2 박막 필터(2b)에 의해 역 다중화되어 제2 광 검출기(4b)로 향한다. 출사 채널(1310nm)은 제1 및 제2 박막 필터들(2a 및 2b)을 통하여 레이저(3)와 출력 광 섬유(7)에서 생성된다. 불행히도, 이러한 장치의 조립은 모든 구성요소들이 매우 낮은 공차로 정렬될 것을 요구하는 것으로 매우 힘든 노동이다.
하우징 구조를 단순화시키는 시도 및 이에 의한 조립 공정은 2004년 5월 4일 등록된 알사우스(Althaus) 등의 미국 특허 제6,731,882호와, 2004년 6월 29일 등록된 멜코어(Melchoir) 등의 미국 특허 제6,757,460호에 개시되어 있다. 도 2에 도시된 트리플렉서(5)로 제공되는 더 나은 진보된 형태는, TFF(2a, 2b, 및 2c), 레이저(3) 및 광검출기(4a, 4b)를, 반복적이고 정확한 정렬을 가능하게 하는 반도체 미세 벤치(9) 상에 장착하는 것을 수반한다. 불행히도, 상기 해결책들은 모두 여전히 트랜지스터 외관(TO)을 갖는 TFF들의 정렬을 수반한다. TFF들을 구비하지 않는 종래 기술의 해결책의 한 예가 2004년 2월 17일에 등록된 바우만(Baumann) 등의 미국 특허 제6,694,102호에 개시되어 있으며, 이 특허는 복수 개의 마흐젠더(Mach-Zehnder) 간섭계를 이용한 양방향 다중화기를 개시하고 있다.
본 발명의 출원인에 의해 2006년 6월에 등록된 미국 특허 제7,068,885호는, 슬랩 도피관(slab waveguide)의 서로 대향하는 쪽에 서로 마주보는 한 쌍의 회절 격자(diffraction gratings)를 포함하여, 상기 격자들은 각각에 대하여 다이플렉서의 트리플렉서 기능을 제공하는 대향하는 방향으로 광학 신호를 반사하는 평면 광파 회로를 개시한다.
2005년 4월 12일에 등록된, 모스버그(Mosgerg)의 미국 특허 제6,879,441호에서 개시된 것들과 같은 오목 분산 브래그 반사기들(concave distributed Bragg reflectors)은 단순한 멀티플랙서/디플랙서 기능을 제공하지만; 상기 분산된 브래그 반사기들에 대해, 상기 반사된 채널의 스펙트럼 폭은 상기 브래그 반사기의 길이에 비례에 하며, 예를 들면 브래그 반사기의 2nm가 10nm의 대역폭을 반사하므로, 20mm의 브래그 반사기는 100nm의 대역을 반사한다. 불행히도, 레이저와 결합하기 위해 100nm의 대역폭을 필요로 하는 다이플랙서들 및 트리플랙서들과 같은 응용에서, 3개 모두의 채널에 대한 상기 브래그 반사기들의 가중적인 크기(cumulative size)는 실제적인 응용에 대해 너무 크다.
본 발명의 목적은 복잡된 회절 부품을 갖는 평면 광파 필터를 제공함으로써 종래 기술의 단점들을 극복하는 것이며, 이에 의하여 여러 형태의 회절 필터들의 장점을 단일 평면 광파 필터 회로에 활용할 수 있다.
따라서, 본 발명은,
코어 영역(core region)을 포함하는 슬랩 도파관;
제1 입력 광 신호를 상기 슬랩 도파관으로 발사하기 위한 제1 포트;
상기 슬랩 도파관에서부터 상기 입력 광 신호의 적어도 제1 부분을 출력하기 위해 상기 제1 포트와 광학적으로 결합되는 제2 포트;
상기 제1 포트와 광학적으로 결합된 제3 포트;
상기 제2 포트로 상기 입력 광 신호의 제1 부분의 방향을 바꾸기 위해 상기 슬랩 도파관에 형성된 제1 평면 필터; 및
상기 제1 포트를 상기 제3 포트에 광학적으로 결합하고 그들 사이에서 광의 초점이 맺히게 할 수 있는 상기 슬랩 도파관의 단부 벽에서 형성된 광 출력(optical power)를 갖는 오목 반사 부품;을 구비하는 평면 광파 회로에 관한 것이다.
본 발명은 바람직한 실시예를 나타내는 첨부된 도면들을 참조하여 더 자세하게 설명될 것이다.
도 1은 박막 필터들을 이용하는 종래의 트리플렉서 장치를 도시하며,
도 2는 반도체 기판 상에 실장된 박막 필터들을 이용하는 종래의 트리플렉서를 도시하며,
도 3은 광학 신호들을 역 다중화(demultiplexing)하기 위한 본 발명에 따른 평면 광파 회로를 나타내며,
도 4는 도 3의 평면 광파 회로의 출력 포트로 오는 전송파들(transmissions) 한 세트를 나타내며,
도 5는 도 3의 평면 광파 회로의 출력 포트로 오는 전송파들의 다른 세트를 나타내며,
도 6은 광학 신호들을 다중화(multiplexing)하기 위한 본 발명에 따른 평면 광파 회로를 나타내며,
도 7은 다른 채널 간격(channel spacing)을 갖는 두 세트의 광 신호들을 다중화하기 위한 본 발명에 따른 평면 광파 회로를 나타내며,
도 8은 광 신호들을 역 다중화하고 다중화하기 위한 본 발명에 따른 평면 광파 회로를 나타내며,
도 9는 양 방향성의 트리플렉서 기능을 제공하는 본 발명에 따른 평면 광파 회로를 나타내며,
도 10은 양 방향성의 트리플렉서 기능을 제공하는 본 발명에 따른 평면 광도파관 소자를 나타내며,
도 11은 레이저에 파장 잠금 기능(wavelength locking functionality)을 제공하는 본 발명에 따른 평면 광파 회로를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 평면 광파 회로(10)는 입력 포트(input port)(12)와 광학적으로 결합된 입력 도파관(11)을 포함하며 상기 입력 포트를 통해 하나 또는 그 이상의 파장 채널을 갖는 입력 광 신호, 예를 들면 λ1, λ2, λ3+가 2 차원의 슬랩 도파관(13)으로 들어간다. 슬랩 도파관(13)은 도파관 구조에 의해 정의되며, 3차원적으로 광(light)의 회절을 제한하면서, 주로 2차원적으로 광을 제한한다. 일반적으로, 슬랩 도파관(13)은 상부 및 하부 클래딩(cladding) 영역 또 는 층을 구비하고, 그 사이에 하나 또는 그 이상의 중심 영역을 가지지만; 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator)(SOI)와 같은 몇몇 실시예에서, 상기 상부 클래딩 영역은 공기이다. 상기 도파관 구조에 의해 제한되는 경우, 상기 입력 광 신호는 중심 영역에서 수평으로 연장되며, 특히 수평면에서 발산한다. 그 결과로서, 상기 입력 광 신호는 제1 필터 부품(14), 예를 들면 제1 분배 브래그 반사기와 같은 제1 평면 필터와 만난다. 가장 일반적으로, 브래그 반사기들(14)은 멀티 코어 구조, UV선 조절 코어 영역 또는 식각된 클래딩 층들을 기초로 한다. 제1 필터 부품(14)은, 예를 들면 중심이 λ1인 하나 또는 그 이상의 파장 채널을 갖는 소정의 통과 대역을 역 다중화하기 위해 좁은 파장 범위에서 또는 감시 목적으로 각각의 파장 채널의 작은 부분을 꺼내기 위해 광범위한 파장 범위에서 상기 입력 광 신호의 일부분을 반사하며, 상기 입력 광 신호, 예를 들면 중심이 λ2 및 λ3인 남아 있는(remaining) 파장 채널 또는 각각의 파장 채널의 남아 있는 부분을, 슬랩 도파관(13)을 통해 통과시키는 동안, 제1 반사 광 신호를 형성한다. 상기 제1 반사 광 신호는 제1 출력 포트(16)에서 제1 출력 도파관, 예를 들면 섬유(17)로 상기 제1 필터 부품(14)(또는 광 출력를 갖는 다른 수단)에 의해 다시 초점이 맞춰진다.
바람직하게는, 제1 필터(14)를 통과한 상기 입력 광 신호는 추가적인 필터 부품들, 예를 들면 제2 필터 부품(18)과 만나며, 제2 필터 부품은 제2 분산 브래그 반기와 같은 제2 평면 필터를 구비한다. 제2 필터 부품(18)은 예를 들어 중심이 λ2인 하나 또는 그 이상의 다른 파장 채널들을 갖는 서로 다른 소정의 통과 대역과 같은, 상기 입력 광 신호의 일부분을, 제1 필터 부품(14)과는 다른 파장의 제2 다른 범위에서, 반사하며, 제2 반사 광 신호를 형성한다. 제2 반사 광 신호는 제2 출력 포트(19)에서 제2 출력 도파관, 예를 들면 섬유(21)로 제2 필터 부품(18)(또는 광 출력(optical power)를 갖는 다른 수단)에 의해 다시 초점이 맞춰진다. 바람직하게는, 제1 및 제2 필터 부품(14 및 18) 각각은, 추가적인 렌즈없이 상기 입력 광 신호의 소정의 부분을 제거하고 다시 초점을 맞추는, 2005년 4월에 등록되어 참조로써 본 출원에 포함된 모스버그(Mosberg)의 미국 특허 제 6,879,441호에서 개시된 것과 같은 오목 분산 브래그 반사기를 구비한다. 앞서 설명한 광 신호로 또는 광 신호부터 추가적인 채널들 또는 대역들을 다중화하거나 역 다중화하기 위한 유사하거나 다른 통과 대역들을 갖는 슬랩 도파관(13) 내의 한 개, 두 개, 또는 그 이상의 필터는 또한 본 발명의 범위 내에 속한다.
제1 및 제2 필터(14 및 18)는 반사된 스팩트럼을 확장시키는, 첩(chirp)이라고 불리우는 격자 주기(grating period)에서 선형 변화(linear variation)와 같은 다른 특징들을 추가하도록 수정될 수 있다. 첩을 구비하는 격자는 분산을 추가하는 특성을 가지며, 다시 말하면, 상기 격자로부터 반사된 여러 파장들은 다양하게 지연될 것이다.
제1 및 제2 필터(14 및 18)를 통과한 상기 입력 광 신호 중 나머지, 예를 들면 남아 있는 파장 채널(λ3+)는, 제3 반사 부품(22)과 만나며, 제3 반사 부품은 제1 및 제2 필터(14, 18)와는 다르며, 예를 들면 1 또는 그 이상의 회절 차 수(diffraction order)를 갖는 광 출력를 보유한 평면 오목(planar concave)(또는 아치형(arcuate)) 회절 격자, 또는 광 출력 특히 영 차수(zero-order) 회절 격자를 갖는 평면 오목(또는 아치형) 반사 거울이다. 바람직하게는, 제3 반사 부품(22)은 슬랩 도파관(13)의 단부 벽(end wall)에서 에칭되고(etched) 또는 코팅되어(coated) 형성된다. 평면 오목 거울과 같이, 제3 반사 부품(22)은 남아 있는 모든 입력 광 신호, 예를 들면 남아 있는 파장 채널들을 제3 출력 포트(23) 및 제3 출력 도파관, 예를 들면 섬유(24)로 반사하고 초점을 다시 맞춘다. 제3 반사 부품(22)이 거울(반사율 R=1)일 때, 제3 출력 도파관(24)에서의 투과(T3)는 T3=1-T1-T2로 계산될 수 있으며, 여기서 T1과 T2는 각각 제1 및 제2 출력 도파관(17 및 21)에서의 투과이다(도 4 참조). 그러나, 제3 반사 부품(22)은 또한 본 발명의 출원에 의해 2006년 12월에 등록되었으며 참조로서 본 출원에 포함된 미국 특허 제7,151,635호에서 개시된 오목 확산 격자와 같은 평면 반사 격자 또는 에셀 격자(Echelle grating)일 수 있다. 따라서, 제3 반사 부품(22)은, 원치 않는 신호들 및/또는 노이즈가 제거되는 동안에, 별도의 렌즈 없이도, 상기 입력 광 신호로부터 소정의 통과 대역을 갖는 하나 또는 그 이상의 특정 파장 채널들을 제3 출력 포트(23)로 반사시키고 초점을 맺게 할 수 있다.
회절 필터의 다른 형태인 제3 반사 부품(22)은, 남아 있는 파장 채널(들)을 필터링하는 경우, 설계자에 의해 활용될 수 있는 제1 및 제2 필터들(14 및 18)과는 다른 강점과 약점으로 반응할 수 있다. 분산 브래그 반사기들(14 및 18)에 대해, 상기 반사된 채널의 스펙트럼 폭은 상기 브래그 반사기의 거리에 비례한다. 예를 들면, 만약 2mm 브래그 반사기로 10nm의 대역폭을 반사한다면, 20mm 브래그 반사기로 100nm의 대역으로 반사한다. 불행히도 레이저 다이오드 채널을 결합하는데 100nm의 대역폭을 요구하는 다이플렉서와 트리플렉서와 같은 응용에서, 3개 모두의 채널들을 위한 브래그 반사기들의 가중된 크기는 실제 응용에서는 너무 크다. 그러나, 반사 회절 격자들 또는 거울들(거울 = 영 회절 차수 격자(zero-dffraction order grating)로부터 반사된 신호의 스펙트럼 폭은 상기 반사기의 길이에 의존하지 않으며, 특히 상기 광은 상기 회절 격자 또는 거울과 같은 구조를 투과하지 않으므로 '상기 반사기의 길이'와는 관련이 없다. 좁은 채널들에 대해, 브래그 반사기들은 50nm까지(이상적으로 10 내지 20nm)의 좁은 채널들에 대한 저 손실의 스펙트럼적으로 평평한 투과(low-loss spectrally flat transmission)를 제공하기 때문에, 현재 분산 브래그 반사기들과 회절 격자 반사기들의 조합은 장점이 있으며; 거울 구조 또는 저 분산 강도 격자(low dispersion strength grating)는 매우 넓은 스펙트럼 응답, 예를 들면 상기 레이저와 결합하기 위해 75nm 보다 더 큰 또는 제1 및 제2 필터(14 및 18)의 응답보다 5배는 더 큰 응답을 제공하며(이상적으로, 대략 100nm 또는 제1 및 제2 필터(14 및 18)보다 5 내지 10배나 더 넓음), 칩 길이의 2cm를 효과적으로 제거하고, 실제 장치에 추가적인 렌즈없이 구성될 수 있게 한다.
도 3에 도시된 본 발명의 평면 광파 회로로 필터들의 다양한 조합이 가능하다: 1) 3개의 필터(14, 18, 및 22) 각각은 소정의 파장 채널들(예를 들면 같거나 다른 채널 폭)을 역 다중화하기 위해 다른 소정의 통과 대역을 반사하고; 2) 제3 반사 부품(22)이 남아있는 광 신호(remaining optical signal) 모두를 반사하는 경우, 제1 및 제2 필터(14 및 18) 각각은 소정의 파장 채널들(예를 들면 같거나 다른 채널 폭들)을 역 다중화하기 위한 다른 소정의 통과 대역을 반사하고; 3) 제1 및 제2 필터(14 및 18) 중 하나는 상기 광 입력 신호에서 상기 파장 채널들의 각각의 부분을 탭핑(tapping)하는 필터이지만 다른 하나는 소정의 채널 쪽으로 파장 채널을 역 다중화하기 위한 소정의 통과 대역을 반사하고, 제3 반사 부품(22)은 남아 있는 광 신호 모두 또는 소정의 파장 채널을 역 다중화하기 위해 소정의 통과 대역을 소정의 채널 쪽으로 반사한다.
도파관(17, 21, 23)은 광 섬유일 수 있으며, 상기 평면 광파 회로에서 평면 도파관은 제거될 수 있으며, 이에 의해 섬유 또는 다른 광 부품들은 슬랩 도파관(13)에 직접 결합될 수 있다.
도 4는, 제3 반사 부품(22)이 오목 거울, 예를 들면 영 차수(zero order) 회절 격자일 때, 평면 광파 회로(10)의 성능을 상술한 실시예 2)에 대한 투과 그래프이다. 제1 필터 부품(14)은, 특정 범위에서의 파장들(투과 T1), 예를 들면 중심 파장 λ1인 파장 채널이 제1 출력 포트(16)를 통해 나가는 것을 확실하게 하며, 이에 반하여 제2 필터(18)는, 다른 파장 범위(T2), 예를 들면 중심 파장이 λ2인 파장 채널이 제2 출력 포트(19)를 통해 나가는 것을 확실하게 한다. 입력 광 신호(투과 T3)의 나머지는 제3 출력 포트(23)에서 초점이 다시 맞춰진다.
제3 반사 부품(24)이 평면 반사 격자(1 또는 그 이상의 회절 차수)일 때, 상 술한 실시예 1)의 투과 그래프가 도 5에 도시되어 있다. 제1 및 제2 필터(14 및 18)는 도 4에 도시된 투과 T1 및 T2와 유사한 성능을 제공하지만: 제3 반사 부품(22)의 성능, 투과 T3은 격자(22)의 회절 특성에 의해 영향을 받는다. 설명된 실시예에서, 제3 반사 부품(22)의 통과 대역은 제1 및 제2 필터(14 및 18)의 폭에 비해 대략 5배이며 λ3 주변에서 중심을 갖는다. 남는 광은 산란된다. 도 5의 투과 그래프는 도 3에서의 역 다중화된 채널들을 나타낼 수 있으며 또는 도 6과 관련하여 다중화된 입사 채널들을 나타낸다. 또한, 투과 T2 및 T3은 도 9에서의 입력 역 다중화 채널들을 나타내며, 이에 반하여 T3는 다중화된 출력 레이저 채널을 나타낸다.
도 3에 따른 평면 광파 회로는 도 6에 도시된 멀티플렉서(10')와 같이 역으로 작동할 수 있으며, 여기서 슬랩 도파관(13)의 제1, 2, 및 3 필터 부품들(14, 18, 및 22)은 출력 포트(16, 19 및 23)으로부터 발사된 파장 중심 λ1, λ2, λ3을 갖는 입력 광 신호들 각각을 출력 입력 포트(12)에 대한 단일 출력 광선으로 다중화한다. 위에서와 같이, 여러 스펙트럼 특징들, 예를 들면 대역폭 및 롤-오프(roll-off)는 여러 형태의 회절 필터들을 이용하는 여러 채널들에 제공될 수 있다.
도 7에 도시된 본 발명에 따른 멀티플렉서/디멀티플렉서(MUX/DEMUX)의 다른 실시예는 슬랩 도파관(33)에서 복수 개의 파장 채널들을 갖는 광 신호를 발사(또는 출력)하기 위한 입력 포트(12)를 구비한다. 광 신호는 제1 채널 간격을 갖는 제1 파장 채널 세트, 예를 들면 채널 간격이 20nm인 저밀도파장분할다중화된(CWDM) 채널들(λc1 및 λc2)과, 제2 파장 채널 세트 예를 들면 상기 제1 세트와 다른, 예를 들면 0.4인 채널 간격을 갖는 고밀도파장분할다중화된 채널들(λD1 및 λD2)을 구비한다. 제2 채널 세트의 채널 간격은 상기 제1 세트의 상기 채널 간격의 절반, 상기 채널 간격의 10분의 1, 또는 채널 간격의 15분의 1일 수 있다. 또는 파장 채널들의 제2 세트는 더 큰 채널 간격, 예를 들면 제1 파장 채널 세트의 채널 간격에 적어도 두 배, 5배 또는 10배일 수 있다. 제1 및 제2 필터(14 및 18)는, 출력 도파관(17 및 21)으로 출력하기 위해, 파장 채널의 제1 세트로부터 파장 채널, 예를 들면 λc1 및 λc2이 역 다중화(또는 다중화)되게 하고 출력 포트들(16 및 19)에 다시 향하도록 할 수 있다. 미국 특허 제7,151,635호에 개시된 것과 같이, 광 출력를 갖는 오목 회절 격자(122)는 도파관들(24a 내지 24d)을 통한 출사를 위해 각각의 출력 포트들(23a 내지 23d)에 여러 채널 간격을 갖는 제2 파장 채널 세트를 분산시키고 초점을 맞춘다. 상술한 바와 같이 MUX/DEMUX(25)는 또한 입력 포트(12)로의 출력을 위해 포트들(16, 19, 및 23a 내지 23d)에서부터 발사된 채널들을 다중화할 수 있다. 또는, MUX/DEMUX(25)는 양방향 필터링을 제공할 수 있으며, 예를 들면 제1 및 제2 필터들(14 및 18)은 출력 포트(16 및 18)로의 출력을 위해 입사하는 파장 채널들을 역 다중화할 수 있으며, 반면에 오목 회절 격자(122)는 입력 포트(12)로의 출력을 위해 또는 그 반대의 경우를 위하여 출력 포트(23a 내지 23d)로 입력되는 출사 파장 채널들을 다중화한다.
다양한 회절 구성들은 많은 수의 입력 및 출력 파장 채널들에 대해 실행될 수 있으며 또는 상기 실행에서 제1 및 제2 필터(14 및 18)는 하나 또는 그 이상의 입력 포트(12), 제1 출력 포트(16), 및 제2 출력 포트(19)로 선택된 파장 채널들의 방향을 바꾸며, 특히 출력 포트(16, 19 및/또는 24a 내지 24d) 중 하나를 통해 입력 광 신호 입력으로부터의 하나 또는 그 이상의 파장 채널들은 입력 포트(12)를 통해 입력되는 하나 또는 그 이상의 파장 채널들과 결합되며, 그 후 다른 출력 포트들(16, 19 및/또는 24a 내지 24d) 중의 하나를 출력시킨다.
예를 들면:입력 포트(12)를 통해 슬랩 도파관(43)으로 발사되는, λ1 및 λ2를 포함하는 제1 입력 광 신호의 일부분, 예를 들면 중심이 λ1인 파장 채널은 제1 분산 브래그 반사 필터(34)에 의해 제2 출력 포트(19)로 방향이 바뀌고 초점이 다시 맺혀지지만, 입력 포트(16)를 통해 발사되는, λ3 및 λ4를 포함하는 제2 입력 광 신호의 일부분, 예를 들면 중심이 λ3인 파장 채널은 제2 분산 브래그 반사 필터(38)에 의해 제2 출력 포트(19)로 방향이 바뀌고 초점이 다시 맺히는 경우, 크로스-컨넥트(cross-connect)(31)의 기능이 될 수 있다. λ1 및 λ2를 포함하는, 제1 및 제2 입력 광 신호들의 나머지들은 회절 격자의 형태에서 제3 반사 부품(42)으로 통과하며, 모두 또는 일부분은 도 8에 도시된 바와 같이 제3 출력 포트(23)로 다중화되고 방향이 바뀐다.
도 9에 도시된, 본 발명에 따른 평면 광파 회로에 대한 다른 응용은 엑세스 전기통신 시장(access telecommunication market)을 위한 트리플렉스(71)이다. 슬랩 도파관(73)에서 형성된, 상술된 오목 분산 브래그 반사기들의 형태에서의, 제1 및 제2 파장 필터들(74 및 78)은, 입력 포트(12)를 통해 입력 도파관(11)에서 발사된 입력 광 신호로부터, 예를 들면 아날로그 비디오 및 데이터 채널들을 위한 1550nm 및 1490nm 파장에서, 제1 및 제2 파장 채널들을 역 다중화한다. 제1 및 제2 필터들(74 및 78)은 폭에 있어서 10nm 내지 20nm 파장 채널들을 제공하는 좁은 통과 대역을 갖는다. 제1 및 제2 파장 채널들은, 제1 및 제2 출력 포트들(16 및 19) 각각과 광학적으로 결합된 광 검출기(PD1 및 PD2)에 의해 전기 신호로 변환된다. 제3 반사 부품(72)은, 상술된 상기 오목 회절 격자(1 또는 그 이상의 회절 차수)의 형태에서, 입력 포트(12)를 통해 입력 도파관(11)으로 나가는 신호를 포트(23)를 통하여 발사시키는 레이저(LD)로부터의 신호, 예를 들면 대략 1310nm를, 다중화한다. 제조상의 변경과 온도 변화로 인하여, 레이저들은 광 다중 대역(broad multiplexing band), 예를 들면 50nm 내지100nm(제1 및 제2 필터들(74 및 78)보다 적어도 5배는 넓음)를 요구하며, 상기 밴드는 제3 필터(72)에 의해 제공된다. 제3 필터의 설계된 통과 대역은 또한 다른 포트들(12, 16 및 19)로부터 오는 원치 않는 파장이 제3 포트(23)에 들어가는 것을 방지한다. 도파관(17, 21 및 23)은 평면 광파 회로에서 광섬유, 평면 도파관이거나 모두 제거된 것일 수 있으며, 이에 의해 섬유(10), PD1, PD2 및 LD는 슬랩 도파관(73)에 직접 결합된다. 또한, 출력 포트들 및 도파관들(12, 16, 19, 및 23)의 순서와 위치는 중요하지 않으며 도 9는 하나의 가능성 있는 조합이다.
도 10을 참조하면, 다이플렉서 장치(81)는 제2 필터(78), 제2 출력 포트(19), 제2 출력 도파관(21), 및 제2 광 검출기(PD2)를 제거함으로써 트리플렉서(71)와 동일한 플랫폼을 이용하여 구성될 수 있다. 남은 부품들은 트리플렉서와 동일하며, 이에 의하여 단일 채널(λ1)은, 예를 들면 폭에 있어서의 10nm 내지 20nm, 제1 필터(74)에 의한 분리를 위해 입력 포트(12)를 통해 슬랩 도파관(83)으로 입력되며, 제1 광 검출기(PD1)에 의해 변환되며, 단일 채널(λ2)은 포트(23)를 통하여 레이저(LD)에 의해 발사되며 오목 회절 격자(72)를 이용한 입력 포트(12)를 통해 섬유(11)로 다중화된다.
도 11에 도시된 또 다른 실시예는, 레이저 다이오드(LD)를 위한 파장 락커(wavelength locker)로서 본 발명에 따른 평면 광파 회로(91)를 이용한다. 슬랩 도파관(93)은 상술한 제1 필터(14)와 같이, 분산된 브래그 반사기인 제1 필터(94)를 포함하며, 제1 포트(92)를 통해 레이저 다이오드(LD)에서 방출된 광의 일부분을 제1 포트(92)를 통해 레이저 다이오드(LD)로 반사시키며, 특히 제1 및 제2 포트들은 동일한 위치이며, 상기 레이저 다이오드의 파장을 고정한다(lock). 오목 반사 부품(96)은, 예를 들면 오목 평면 회절 격자 또는 오목 거울, 상기 레이저 다이오드(LD)에서 방출된 광의 나머지를 출력 포트(98)에 그리고 출력 도파관, 예를 들면 섬유(99)에 다시 초점을 맺히게 한다. 회절 격자(96)는 원치 않는 파장을 걸러내는데 이용될 수 있으며, 예를 들면 상기 레이저 다이오드에서 임의의 방사를 제거할 수 있다. 따라서 단일 평면 도파관 칩은 상기 레이저에 피드백을 제공하고, 남아 있는 광을 출력 포트에 초점이 맺히도록 한다. 또한, 상기 동일한 평면 도파관 칩은 상기 출력 신호에서의 노이즈를 제거하기 위해 추가적인 필터링을 제공한다.

Claims (21)

  1. 코어 영역(core region)을 포함하는 슬랩 도파관(slab waveguide);
    제1 입력 광 신호를 상기 슬랩 도파관으로 발사하기 위한 제1 포트;
    상기 슬랩 도파관에서부터 상기 입력 광 신호(optical signal)의 적어도 제1 부분을 출력하기 위해 상기 제1 포트와 광학적으로 결합되는 제2 포트;
    상기 제1 포트와 광학적으로 결합된 제3 포트;
    상기 제2 포트로 상기 입력 광 신호의 제1 부분의 방향을 바꾸기 위해 상기 슬랩 도파관에 형성된 제1 평면 필터; 및
    상기 제1 포트를 상기 제3 포트에 광학적으로 결합하고 그들 사이에서 광의 초점이 맺히게 할 수 있는 상기 슬랩 도파관의 단부 벽(end wall)에서 형성된 광 출력(optical power)를 갖는 오목 반사 부품(concave reflective element);을 구비하는 평면 광파 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 필터는 상기 제1 입력 광 신호의 제1 부분을 상기 제2 포트로 방향을 바꾸고 초점을 다시 맺히게 하기 위해 오목 분산 브래그 반사기(concave distributed Bragg reflector)를 구비하는 평면 광파 회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사 부품은 상기 제1 및 3 포트 사이에서 적어도 하나의 파장 채널을 필터링하고 초점을 다시 맺히게 하기 위해 상기 슬랩 도파관의 상기 단부 벽에 형성되는 오목 회절 격자(concave diffraction grating)를 구비하는 평면 광파 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회절 격자는 상기 제1 입력 광 신호로부터의 적어도 하나의 파장 채널을 상기 제3 포트로 분리하고 초점을 다시 맺히게 하는 평면 광파 회로.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 회절 격자는 상기 제3 포트에서 출사된 제2 광 신호로부터의 파장 채널을 상기 제1 포트로 다중화는 평면 광파 회로.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 회절 격자는 상기 제1 필터의 스펙트럼 응답보다 적어도 5배는 더 넓은 스펙트럼 응답을 갖는 평면 광파 회로.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포트와 광학적으로 결합되는 제4 포트; 및
    상기 제1 포트를 상기 제4 포트와 광학적으로 결합시키는 상기 슬랩 도파관에서 형성되는 제2 평면 필터;를 더 구비하는 평면 광파 회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 입력 광 신호는 복수 개의 파장 채널들을 포함하며;
    상기 제1 부분은 상기 제1 필터가 역 다중화하는 제1 파장 채널을 구비하며;
    상기 오목 반사 부품은 제2 파장 채널을 상기 제1 입력 광 신호로부터 상기 제3 포트로 방향을 다시 바꾸며;
    상기 제2 필터는 상기 제1 입력 광 신호로부터 제3 파장 채널을 역 다중화하고 상기 제3 파장 채널을 상기 제4 포트로 방향을 다시 바꾸는 평면 광파 회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제4 포트에 광학적으로 결합되는 제5 포트를 더 구비하며;
    상기 오목 반사 부품은 상기 제1 입력 광 신호에서부터 상기 제5 포트로 제4 파장 채널을 역 다중화하고 초점을 맺히게 하는 오목 회절 격자를 구비하는 평면 광파 회로.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 필터들은 제1 채널 간격으로 채널들을 역 다중화하며; 상기 오목 회절 격자는 상기 제1 채널 간격과는 다른 제2 채널 간격으로 채널들을 역 다중화하는 평면 광파 회로.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 입력 광 신호는 복수 개의 파장 채널들을 포함하며;
    상기 제1 부분은 상기 제1 필터가 상기 제2 포트로 향하게 하는 상기 파장 채널들의 각각의 부분을 구비하며;
    상기 반사 부품은 상기 제3 포트로 제2 파장 채널의 방향을 바꾸며;
    상기 제2 필터는 상기 제1 입력 광 신호로부터 제3 파장 채널을 역 다중화하고 상기 제4 포트로 상기 제3 파장 채널의 방향을 바꾸는 평면 광파 회로.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 입력 광 신호는 복수 개의 파장 채널들을 포함하며;
    상기 제1 부분은, 제2 파장 채널을 통과하는 동안, 상기 제1 필터가 상기 제2 포트로 방향을 바꾸는 제1 파장 채널을 구비하며;
    상기 제2 필터는, 제4 파장 채널을 통과하는 동안, 상기 제4 포트를 통해 발사되는 제3 파장 채널을 상기 제2 포트로 방향을 바꾸며;
    상기 반사 부품은 상기 제2 및 4 파장 채널들을 상기 제3 포트로 방향을 바꾸고 초점을 맺히게 하는 평면 광파 회로.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 입력 광 신호는 복수 개의 파장 채널들을 포함하며;
    상기 제1 부분은 상기 제1 필터가 역 다중화하는 제1 파장 채널을 구비하며;
    상기 제2 필터는 상기 제1 입력 광 신호로부터 상기 제4 포트로 제2 파장 채널을 역 다중화하고 방향을 바꾸며;
    상기 반사 부품은 상기 제3 포트를 통해 제2 입력 광 신호에서 발사되는 제3 파장 채널을 상기 제1 포트로 다중화하는 평면 광파 회로.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 파장 채널을 제1 전기적 신호로 변환시키기 위해 상기 제2 포트에 광학적으로 결합되는 제1 광 검출기;
    상기 제2 파장 채널을 제2 전기적 신호로 변환시키기 위해 상기 제4 포트에 광학적으로 결합되는 제2 광 검출기; 및
    상기 제3 파장 채널을 구비하는 광 신호를 발생시키기 위해 상기 제3 포트에 광학적으로 결합되는 레이저;를 더 구비하는 평면 광파 회로.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 필터들 각각은 상기 제1 및 제2 파장 채널 각각을 상기 제2 및 제4 포트로 방향을 바꾸고 초점을 다시 맺히게 하기 위해 오목 분산 브래그 반사기를 구비하며;
    상기 반사 부품은, 상기 제1 및 제2 채널들보다 적어도 5배 넓은 소정의 채널을 가지며, 상기 제3 파장 채널을 상기 제3 포트에서부터 상기 제1 포트로 초점을 다시 맞추기 위해 상기 슬랩 도파관의 상기 단부 벽에서 형성된 회절 격자를 구 비하는 평면 광파 회로.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포트와 광학적으로 결합되는 레이저를 더 구비하며;
    상기 제2 포트는 상기 제1 포트와 동일한 위치에 있으며, 이에 의해 상기 제1 평면 필터는 소정의 파장에서 상기 파장을 고정시키기 위해 상기 입력 광 신호의 제1 부분을 상기 레이저 쪽으로 방향을 바꾸고 초점을 다시 맞추며, 상기 입력의 나머지를 상기 오목 반사 부품으로 통과시키는 평면 광파 회로.
  17. 코어 영역(core region)을 포함하는 슬랩 도파관(slab waveguide);
    제1 입력 광 신호를 상기 슬랩 도파관로 발사하기 위한 제1 포트;
    상기 입력 광 신호의 제1 부분을 출력하기 위한 제2 포트;
    상기 입력 광 신호의 제1 부분을 상기 제2 포트로 방향을 바꾸고 초점을 다시 맞추기 위해, 그리고 상기 입력 광 신호의 제2 부분을 통과시키기 위해 상기 슬랩 도파관에 형성된 제1 오목 분산 브래그 반사기 필터;
    상기 입력 광 신호의 제2 부분을 출력하기 위한 제3 포트;
    제로 차수 또는 그 이상을 가지며, 상기 제1 및 제3 포트 사이에서 광의 초점을 맞추기 위해 상기 슬랩 도파관의 단부 벽에 형성된 오목 회절 격자;를 구비하는 평면 광파 회로 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    제4 포트; 및
    상기 제4 포트와 상기 제1 포트를 광학적으로 결합하기 위해 제2 오목 분산 브래그 반사기 필터;를 더 구비하는 평면 광파 회로 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 포트를 출력하기 위한 상기 오목 회절 격자에서 출력 신호를 발사하기 위해 상기 제4 포트에 광학적으로 결합된 레이저를 더 구비하는 평면 광파 회로 장치.
  20. 코어 영역을 갖는 슬랩 도파관;
    상기 슬랩 도파관로 입력 광 신호를 발사하는 레어저에 광학적으로 결합되는 제1 포트;
    소정의 파장에서 상기 파장을 고정하기 위해 상기 제 포트로 상기 입력 광 신호의 제1 부분을 방향을 바꾸고 초점을 다시 맞기 위해, 그리고 상기 입력 광 신호의 나머지를 통과시키기 위해 상기 슬랩 도파관에 형성된 제1 오목 분산 브래그 반사기;
    상기 슬랩 도파관에서부터 상기 입력 광 신호의 나머지를 출력하기 위해 상기 제1 포트에 광학적으로 결합된 제2 포트; 및
    상기 입력 광 신호를 상기 제2 포트로 방향을 바꾸고 초점을 다시 맞추기 위해 상기 제3 포트에 상기 제1 포트를 광학적으로 결합하는 슬랩 도파관의 단부 벽에 형성된 오목 반사 부품;을 구비하는 파장 잠금 장치
  21. 제20항에 있어서,
    상기 반사 부품은 상기 입력 광 신호의 나머지의 원치 않는 부분들을 필터링하기 위해 오목 회절 격자를 구비하는 파장 잠그 장치.
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