KR20110067164A - 실질적인 파장 둔감형 하이브리드 디바이스용 방법 및 장치 - Google Patents

실질적인 파장 둔감형 하이브리드 디바이스용 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예들은 광 디바이스와 관련된 적어도 하나의 단자내에서 진동 모드를 야기함으로써 광 디바이스의 파장 의존성을 감소시키는 수단을 포함한다.

Description

실질적인 파장 둔감형 하이브리드 디바이스용 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR A SUBSTANTIALLY WAVELENGTH INSENSITIVE HYBRID DEVICE}
본 발명은 전자기 신호를 프로세싱하는 디바이스들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 하이브리드 전자기 프로세싱 디바이스들에 관한 것이다.
하이브리드 광 커플러와 같은 광 프로세싱 및 커플링 디바이스들이 당업계에 공지되어 있다. 이러한 컴포넌트들은 전력 분할, 결합 및 다른 기능들을 수행하기 위해 신중하게 선택된 물리적 치수의 엘리먼트들을 활용한다. 통상적으로, 이들 타입의 디바이스들은 특정한 광 주파수에서 동작하도록 구성된다.
다양한 실시예들은, 자유 공간 광 영역 및 거기에 단부 접속(end connecting)하는 입력 및 출력 광 도파관을 포함하는 광 디바이스를 제공한다. 광 도파관들 중 적어도 하나의 광 도파관은 그 광 도파관의 2개의 세그먼트들 사이에서 측방향 오프셋(lateral offset)을 갖는다. 이 측방향 오프셋은 자유 공간 광 영역 근처에 위치된다.
종래 기술의 몇몇 결함이 실질적인 파장 둔감형(insensitive) 하이브리드 광 디바이스용 광 디바이스의 몇몇 실시예들에 의해 다루어진다. 구체적으로는, 이러한 실시예들에서, 측방향 오프셋은 측방향 모드 진동을 생성하여, 디바이스의 파장 의존성이 상기 오프셋이 없는 디바이스에 대해 감소된다.
일 실시예가 장치를 특징으로 한다. 이 장치는 평면 집적 광 디바이스를 포함한다. 이 평면 집적 광 디바이스는 적어도 하나의 입력 광 도파관, 자유 공간 광 영역 및 복수의 출력 광 도파관을 갖는다. 광 도파관은 자유 공간 광 영역에 단부 접속한다. 적어도 하나의 입력 광 도파관은 그 적어도 하나의 입력 광 도파관의 입력부와 출력부의 결합된 단부들에서 그 적어도 하나의 입력 광 도파관의 코어에 오프셋을 갖는다.
본 실시예들의 교시들은 첨부한 도면들과 함께 아래의 상세한 설명을 고려함으로써 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 종래 기술의 하이브리드 광 디바이스의 예를 도시한다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 기능들을 수행하는 90도의 실질적인 파장 둔감형 2×4 하이브리드 광 디바이스를 도시한다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 모드 진동 프로파일을 도식적으로 보여준다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능하면 도면들에서 유사한 기능을 갖는 동일한 엘리먼트 또는 엘리먼트들을 지정하기 위해 동일한 참조 부호가 사용되었다.
듀얼 입력(dual input), 쿼드 출력(quad output)(2×4) 90도 하이브리드 평면 광 디바이스내에서 수행되는 광 커플링/프로세싱 기능들의 컨텍스트내에서 다양한 실시예들이 예시될 것이다. 다른 실시예들은 상이한 수의 광 입력부(예를 들어, 3개 이상) 및 상이한 수의 광 출력부를 가질 수도 있다. 일반적으로, 이러한 광 디바이스(예를 들어, 스타 커플러(star coupler))의 파장 의존성은, 필드가 광 도파관에서 진동하게 하는 비교적 급격한 오프셋 내지 변위(abrupt offsets or displacements)을 갖는 입력 광 도파관을 구성함으로써 감소될 수도 있고, 이 진동은 여기에 논의될 것이다. 진동의 주기는 파장에 따라 변화될 것이다. 여기에 논의되는 몇몇 실시예들에 따라 설계 파라미터들을 제어함으로써, 필드의 이동은 스타 커플러의 파장 의존성을 실질적으로 감소시키도록 구성될 수 있다.
도 1은 종래 기술의 평면 광 디바이스, 즉, 스타 커플러(100)의 예를 도시한다. 스타 커플러(100)는 광을 재분배(예를 들어, 스플릿 및/또는 결합)하는 광 90도 평면 광 디바이스(optical 90 degree planar optical device)로서 작용하는 2×4 평면 광 커플러이다. 광 90도 하이브리드는 수동 디바이스이다. 제 1 및 제 2 입력 포트들이 신호들(A 및 B)을 각각 수신한다. 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 출력 포트들이 4개의 상이한 위상(0도, 90도, 180도 및 270도)를 각각 갖는 A와 B 사이의 간섭인 신호를 송신한다. 다시 말해서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 출력 포트들로부터의 출력 진폭은 (A+B)/2, (A+iB)/2, (A-B)/2, 및 (A-iB)/2 각각에 의해 표현될 수 있고, 여기서, i는 허수이다. 종래의 평면 스타 커플러의 예들의 동작은, 예를 들어 그 전체가 참조로서 여기에 포함되는 I. Kaminow / T. Li, Optical Fiber Telecommunications IVI Components, Chapter 9 sections 2.4-2.6 by Chris Doerr, copyright 2002, Elsevier Science, ISBN: 0-12-395172-0에 설명되어 있다.
스타 커플러(100)는 입력 도파관(1101-2), 자유 공간 영역(120), 및 출력 도파관(1301-4)을 포함한다. 스타 커플러(100)는 또한, 스타 커플러(100)의 광 커플링 및 제조를 입력 및 출력 도파관들(1101-2 및 1301-4) 주위에서 더욱 균일하게 하는 것을 돕기 위한 선택적 미사용 더미 도파관(140)을 포함할 수도 있다. 스타 커플러(100)가 광 전력 스플리터로서 작용할 때, 소정의 강도의 전자기(EM)파(즉, 광 신호)가 입력 도파관(1101-2)을 통해 진입하고, 자유 공간 영역(120)을 통해 확산하며, 출력 도파관(1301-4)을 통해 분리되어 출력된다.
스타 커플러(100)와 같은 기존의 평면 광 디바이스에서의 90도 광 하이브리드는, EM파가 디바이스의 입력과 출력 사이에서 전파하는 커플러 내의 상이한 광 경로상에서의 광 경로 길이의 차이에 대해 적절히 대비하는 구조에 의해 형성된다. 광 경로 길이 차이는, 디바이스의 각각의 출력 도파관에 도달하는 (그리고 각각의 출력 도파관을 통해 전파하는) 광파들 사이의 상이한 상대적 위상을 초래한다. 이들 위상차(
Figure pct00001
)는 하이브리드 디바이스의 물리적 치수에 기초하는 정밀한 설계 파장값(
Figure pct00002
)의 함수이다. 커플러(100)와 같은 2×4 스타 커플러에 대해, 도파관(m1)으로부터 도파관(m2)로의
Figure pct00003
는 아래의 식으로 표현되고,
Figure pct00004
여기서,
Figure pct00005
는 디바이스를 통과하는 EM파의 파장이고, m1은 (4개의 가능한 도파관 중 중앙의 2개의 도파관이 90도 하이브리드의 입력측에서 사용되기 때문에) 정수값 2 또는 3과 동일할 수 있고, m2는 정수값 1, 2, 3 또는 4와 동일할 수 있다. 구체적으로는, 도파관(1101)에 대해 m1=2이고, 도파관(1102)에 대해 m1=3이다. 도파관들(1301, 1302, 1303, 및 1304) 각각에 대해 m2=1, 2, 3, 및 4이다. 따라서, 이러한 기존의 하이브리드 디바이스의 동작 특징은 파장 의존형이고, 이것은 몇몇 광대역 광 애플리케이션에서 이들의 사용을 방해할 수도 있다.
도 2는 몇몇 실시예들에 따라 기능하는 90도 실질적 파장 둔감형 2×4 하이브리드 광 디바이스를 도시한다. 구체적으로는, 실질적 파장 둔감형 2×4 평면 광 커플러(200)는 입력 도파관(2101-2), 자유 공간 영역(220), 출력 도파관(2301-4) 및 선택적 더미 도파관(140)을 포함하는 2×4 평면 광 커플러를 포함한다. 그러나, 도 1의 종래의 스타 커플러(100)와는 다르게, 커플러(200)의 입력 도파관(2101-2)의 각 입력부는, 단부 접속되고 그 사이에 상대적 측방향 오프셋(240)을 갖도록 위치되는 입력부(2121-2) 및 출력부(2141-2)를 갖는다. 특히, 각 입력 도파관(2101-2)의 입력부(2121-2)의 축은 동일한 입력 도파관(2101-2)의 출력부(2141-2)의 축에 관하여 측방향으로 오프셋된다. 예를 들어, 입력 도파관(2101-2)의 입력부(2121-2) 및 출력부(2141-2)의 측벽은 결합된 단부(joined ends)에서 급격한 상대적 오프셋을 갖는다.
각 입력부(2121-2)는 예를 들어, 동일한 입력 도파관(2101-2)의 출력부(2141-2)에 관하여 커플러(200)의 중심 대칭선을 향해 상대적으로 변위된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 오프셋이 커플러(200)로부터 떨어져 배향될 수도 있다는 것이 또한 예상된다. 오프셋(240)은 입력 도파관(2101-2)내 모드의 측방향 이동을 생성하도록 동작하고, 이것은 후술되는 몇몇 실시예들에 따라 가이드에서 모드의 진동을 초래하고 디바이스의 어느 정도의 파장 둔감도를 제공한다. 이 진동은 도파관의 길이에 관하여 횡적이고, 가이드를 종으로 따라 "지그-재그" 패턴으로 이동하고 가이드의 중심에 관하여 상이한 위치에서 가이드를 벗어나는 전파하는 파(propagating wave)라 칭한다. 본 명세서에서 "진동"의 특정한 의미는 도 3(a) 내지 도 3(c)에 관하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 예시적인 커플러(200)의 치수(예를 들어, 값들
Figure pct00006
및
Figure pct00007
)의 더욱 상세한 논의가 아래에 먼저 제공될 것이다.
도 2에서의 실시예를 참조하면, 동일한 입력 광 도파관(2101-2)의 입력부(2121-2)와 출력부(2141-2) 사이의 각 오프셋(240)은 비단열적(non-adiabatic)이도록 구성된다. 즉, 입력 광 도파관(2101-2)의 각 입력부(2121-2)는 접속 영역에서 동일한 광 도파관(2101-2)의 출력부(2141-2)에 관하여 급격하게 측방향으로 시프트된다. 입력 도파관(2101-2)의 각각의 입력부(2121-2)와 출력부(2141-2)는 또한 그 내부에서 멀티-모드 광 전파를 지원하기에 충분히 넓다.
멀티-모드 도파관에서의 모드(
Figure pct00008
)의 전파 상수(
Figure pct00009
)는 아래의 식으로 표현된다.
Figure pct00010
여기서, k는 자유공간의 전파 상수이고(즉,
Figure pct00011
),
Figure pct00012
는 코어 굴절률이며,
Figure pct00013
는 편광 방향으로 배향된 도파관의 유효 폭이다.
논의될 다양한 특정한 실시예들 및 후속하는 식들은 대략 5개 모드까지 지원하는 도파관을 참조한다. 그러나, 본 명세서에 설명된 실시예들의 일반 원리에 여전히 따르면서 더 큰 수의 모드를 지원하는 도파관을 이용하는 다른 실시예들이 또한 고려된다. 멀티-모드 파 전파가 입력 도파관(2101-2)중 하나에서 지원될 때, 동일한 입력 도파관(2101-2)의 입력부(2121-2)와 출력부(2141-2) 사이에 오프셋(240)을 구성함으로써 용이해진 측방향 모드 진동은,
Figure pct00014
와 같이 표현된 근사적인 맥동 길이(beat length)(
Figure pct00015
)를 갖고, 여기서,
Figure pct00016
이다. 이와 같이, 근사치(3a)는 또한,
Figure pct00017
와 같이 표현될 수도 있다.
식들 (3a) 및 (3b) 양자에서,
Figure pct00018
는
Figure pct00019
에 의존한다. 발명자는, 여기 모드의 수가 대략 5 이하이면, 이보다 3배 짧은 근사 맥동 길이가 존재한다고 여긴다. 설명의 간략화를 위해, 모드의 수가 대략 5 이하이다고 가정한다. 따라서, 하기의 식,
Figure pct00020
이 사용될 것이고, 여기서,
Figure pct00021
=적어도 하나 또는 하나 이상의 입력 광 도파관의 코어 굴절률이고,
Figure pct00022
=각각의 입력 도파관의 유효 폭이며,
Figure pct00023
=1,550nm의 C-대역 통신 파장과 같은 표준 통신 파장이다. 실용적인 문제로서, 일 실시예에서,
Figure pct00024
가
Figure pct00025
로 근사화된다는 것에 유의한다.
비트 사이클(beat cycle)의 최대경사 포인트(steepest point)에서 동작하는 것이 바람직하다. 따라서, 맥동 길이의 대략 1/4+A/2배와 동일하도록 멀티모드 도파관의 길이를 갖는 것이 바람직하고, 여기서 A는 제로(0) 이상의 임의의 정수이다. 따라서, 커플러(200)의 입력 도파관(2101-2)의 출력부(2141-2)는 하기의 식,
Figure pct00026
에 의해 표현되는 도 2 에 도시된 바와 같은 길이(
Figure pct00027
)를 갖는다.
커플러(200)의 자유 공간 영역의 입력 및 출력 경계들은 곡률 반경(R)을 갖는다. 커플러(200)의 치수는 각도들(
Figure pct00028
및
Figure pct00029
)을 포함한다.
Figure pct00030
은 광 파면(light wavefront)이 다양한 실시예들에 따라 입력 도파관(2101)을 출사할 때 입력 경계(222)에서 광파의 파면의 중심의 위치(예를 들어, 에너지의 중심)와 커플러(200)의 대향측에서 자유 공간 영역(220)의 출력 경계(222)에서 수직 중심선(250)에 관한 출력 도파관(2302 및 2303)의 교점(252) 사이의 각도이다.
Figure pct00031
는 자유 공간 영역(220)의 입력 경계(222)에서 입력 도파관(2101 및 2102)의 교점(254)과 출력 경계(222)에서 중심선(250)에 관한 출력 도파관(2304)의 중심 사이의 각도이다. (예를 들어, 식 4에 따라)
Figure pct00032
및
Figure pct00033
의 적절한 값들을 선택함으로써, 모드 진동이 용이해진다.
이제, 광 모드 진동의 예시를 논의할 것이다. 식 (3b)에 관하여 이미 설명한 바와 같이,
Figure pct00034
는 파장(
Figure pct00035
)에 의존한다. 일 실시예에서,
Figure pct00036
는 1,550nm의 C-대역 통신 파장과 같은 표준 통신 파장이다. 평면 광 커플러(200)를 수반하는 참조 실시예에서,
Figure pct00037
에서의 포트로부터
Figure pct00038
에서의 다른 포트로의 위상차, 즉,
Figure pct00039
는 하기의 식,
Figure pct00040
으로 표현된다.
식 (5)로부터,
Figure pct00041
는
Figure pct00042
에 의존하고, 이것은 커플러의 원치않는 파장 의존성을 발생시킨다는 것을 알 수 있다. 도파관(2101)이 멀티-모드 전파를 지원하기에 충분히 넓기 때문에, 광 도파관에서 전파 광 모드의 중심의 상대적 측방향 위치는
Figure pct00043
가 변화할 때
Figure pct00044
의 값을 변화시킨다는 것을 알 것이다.
Figure pct00045
의 이러한 이동은
Figure pct00046
에 대한
Figure pct00047
의 순의존성(net dependence)을 부분적으로 또는 대부분 소거하도록 설계될 수 있어서, 커플러의 파장 의존성을 실질적으로 감소시키거나 제거한다.
커플러(200)의 다양한 실시예에서, 동일한 입력 도파관(2101-2)의 입력부(2121-2)와 출력부(2141-2) 사이의 측방향 오프셋(240)의 사이즈는 변화할 수도 있다. 일반적으로, 측방향 오프셋(240)이 클수록, 입사파에 발생할 전송 손실이 크다. 너무 큰 오프셋은 너무 큰 손실을 발생시키지만, 너무 작은 오프셋은 광 커플러(200)의 파장 의존성을 현저하게 감소시키기 위한 도파관에서의 광 모드의 충분한 측방향 진동의 부족을 초래한다. 발명자에 의해 이용된 통상의 오프셋(240)은
Figure pct00048
을 포함한다. 즉, 입력 도파관의 입력부(2121 및 2122)의 오프셋 입력부는 입력 도파관의 출력부(2141 및 2142)에 관하여
Figure pct00049
의 길이 만큼 안쪽으로(커플러(200)의 중심선을 향해) 설정된다. 그러나, 더 많은 오프셋이 커플러(200)의 중심선에 관하여 외부로 향해 설정되는 실시예들이 또한 고려된다. 다양한 실시예에서, 예를 들어, 식 (4)에서의 값 'A'가 짝수 정수이면, 입력부(2121-2)의 오프셋(240)은 커플러(200)의 중심선(250)을 향해 안쪽으로 위치된다. 반대로, 'A'가 짝수 정수이면, 입력부(2121-2)의 오프셋(240)은 커플러(200)의 중심선(250)을 벗어나 외부로 위치된다. 스타 커플러 자유 공간 영역 경계에서 멀티-모드 도파관에서의 전파의 방향에 대해 측방향의 전파 광 모드의 중심의 위치는
Figure pct00050
에 따라 변화한다. 전파 모드의 측방향 중심의 이러한 이동은 인접 출력 도파관의 단부, 즉, 스타 커플러(220)의 제 2 또는 출력 경계(222)에서 수신된 광 사이의 상대적 위상차에서의 파장 의존성을 보상할 수 있다.
일 실시예에서, 오프셋은 약
Figure pct00051
의 사이즈를 갖고, 여기서,
Figure pct00052
는 하나 이상의 입력 광 도파관 중 적어도 하나의 코어의 폭이다.
일반적으로, 커플러(200)와 같은 실시예들에서 이용될 때,
Figure pct00053
이하의 오프셋은 오프셋을 실질적으로 비단열적으로 유지할 수 있고 원하는 진동 효과를 생성할 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 특정한 오프셋(240) 값(예를 들어,
Figure pct00054
및
Figure pct00055
)의 임의의 특정한 언급이 단지 예로서 제공된다는 것이 강조되어야 하고, 임의의 특정한 치수적 제약(들)에 임의의 참조 또는 다른 실시예들의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다. 오히려, 진동을 생성하는 임의의 적합한 오프셋 값 또는 다른 수단이 전체 원리에 여전히 충실하면서 이용될 수도 있다.
본 명세서에서의 교시가 평면 광 디바이스에서 인접 출력 도파관에서의 상대적 위상의 실질적 파장 독립성을 용이하게 하는데 널리 적용가능하다는 것에 유의하는 것이 중요하다. 실시예들은 디바이스의 입력 및/또는 출력 도파관에서 광 또는 전기 진동의 다양한 모드를 구성하거나 초래한다. 따라서, 도파관(2101-2)에서 오프셋(240)에 의해 초래된 진동은 단지 하나의 특정한 실시예에 관한 예이다.
도 3(a) 내지 도 3(c)는 도 2의 실시예에 관하여 설명한 바와 같은 다양한 실시예를 이해하는데 유용한 광 전파 모드의 예시적인 진동 프로파일(310, 320 및 330)을 도시한다. 광 전파 모드의 모드 진동 프로파일(310, 320 및 330)은 오프셋(240) 및 오프셋과 넌-오프셋(non-offset) 도파관부(212 및 214)를 각각 갖는, (커플러(200)의) 도파관(210)에서 발생하는 것으로서 예시하기 위해 도시된다. 모드 진동 프로파일(310, 320 및 330)은 임의의 특정한 스케일로 또는 임의의 특정한 파장에 관하여 도시되지 않지만, 도파관(2101-2)과 같은 도파관 구조에서
Figure pct00056
에 대한
Figure pct00057
에 따라 맥동 길이가 어떻게 변화하는지의 개념을 예시하기 위해 서로에 비교하여 보이도록 의도된다.
모드 진동 프로파일(310)은 다양한 실시예에 따라, 도파관이 접속되는 디바이스(예를 들어 커플러(200))의 감소된 파장 민감도를 생성하기 위해, 도파관(210)의 넌-오프셋 도파관부(214)를 종으로 따라 전파하면서 "지그-재그" 패턴으로 (오프셋(240)으로 인해) 측방향으로 진동하는 하나 이상의 모드의 중심 에너지의 경로를 도시한다. 진동의 주기(
Figure pct00058
)는 식 (3a) 및 식 (3b)에 의해 정의된 바와 같은 맥동 길이에 대응한다. 모드 진동 프로파일(310)의 맥동 길이()는
Figure pct00060
을 나타낸다. 그에 반하여, 모드 진동 프로파일(320)은
Figure pct00061
때의 (모드 진동 프로파일(310)에 대한) 맥동 길이의 예를 도시한다. 이어서, 식 (3a) 및 식 (3b)로, 모드 진동 프로파일(320)의 맥동 길이(
Figure pct00062
)는 모드 진동 패턴(310)의
Figure pct00063
맥동 길이 예에 비하여 증가된다. 최종으로, 진동 모드 프로파일(330)은 진동 프로파일(310)에 비하여 감소된
Figure pct00064
에 따른 예시적인 맥동 길이를 예시한다.
도 3(a) 내지 도 3(c)에 관하여 논의한 모드 진동 프로파일은 다양한 실시예에 따라 디바이스의 응답 특징에 영향을 미치도록 구성될 수도 있어서, 이러한 디바이스가 덜 민감한 파장은 장애물을 거의 갖지 않거나 전혀 갖지 않고 디바이스를 통과하고, 디바이스가 더욱 민감한 파장은 감소되거나 감쇠된다. 다양한 실시예는 본 명세서에 더욱 상세히 설명하는 바와 같은 상이한 구조 및 기술을 사용하여 모드 진동을 제공한다. 일반적으로, 모드 진동은 디바이스의 특정한 파장 민감도에 적합한 방식으로 구현된다. 본 명세서에 논의된 다양한 식들은 적절한 모드 진동 프로파일을 계산하기 위해 사용될 수도 있다. 다르게는, 모드 진동 프로파일은 경험적으로 결정될 수도 있다.
도 3(d)는 커플러(200)와 유사한 커플러(340)를 도시하는바, 다양한 실시예에 따라 단자(예를 들어, 도파관)에서 모드 진동을 생성하고 파장 민감도를 감소시키기 위해, 도 2의 오프셋(240)과 같은 오프셋을 이용하여 디바이스의 접속 단자에서 모드 진동이 어떻게 용이하게 되는지의 추가의 상세를 예시한다. 커플러(200)와 유사하게, 커플러(340)는 입력 도파관(2101-2), 자유 공간 영역(220), 출력 도파관(2301-4), 더미 도파관(140), 오프셋(240) 및 각각의 오프셋부(2121-2) 및 넌-오프셋부(2141-2)를 포함하는 90도의 실질적인 파장 둔감형 2×4 하이브리드 광 디바이스이다. 도 2 및 식 (5)에 나타낸 예시적인 실시예와 관련하여 언급한 바와 같이, 커플러(200)(및 커플러(340))에서의 여기 파장(
Figure pct00065
)의 변화는
Figure pct00066
의 시프트를 생성하고, 이것은 다양한 실시예에 따른 커플러(들)의 파장 둔감도를 제공한다.
도 3(a) 내지 도 3(c)와 관련하여 이전에 논의한
Figure pct00067
의 동적 시프팅 능력은 도 3(d)에서
Figure pct00068
시프트 범위(345)로서 표시된다. 여기 파장(
Figure pct00069
)이 설계 파장()과 동일하면(
Figure pct00071
), 광 에너지가 도파관(210)을 빠져나올 때의 광 에너지의 측방향 배향은 가이드의 중심에 있고,
Figure pct00072
은 오프셋(240)이 존재하지 않는 경우와 동일한 값을 유지한다. 도 3(c)의 모드 진동 프로파일(330)에 도시된 바와 같이 커플러(200 또는 340) 여기 파장(
Figure pct00073
)이 설계 파장(
Figure pct00074
) 보다 크면, 맥동 길이(
Figure pct00075
)는 (예를 들어, 식 (3b)에 따라) 감소되고, 이것은 도파관(210)을 빠져나오는 광 에너지의 측방향 배향이
Figure pct00076
인 경우의 위치에 비하여 커플러의 수평 중심선(250)으로부터 더 멀리 이격하여 위치되게 하고,
Figure pct00077
을 더 크게 한다. 반대로, 도 3(c)의 진동 프로파일(320)에서와 같이 여기 파장(
Figure pct00078
)이 설계 파장(
Figure pct00079
) 보다 작으면, 맥동 길이는 증가되고, 이것은 도파관(210)에서의 광 에너지의 측방향 배향이 (
Figure pct00080
경우에 비하여) 커플러의 수평 중심선(250)에 더 근접하게 위치되게 하고,
Figure pct00081
을 더 작게 한다.
다양한 실시예가 본 명세서에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 상이한 구조 및 기술을 사용하여 모드 진동을 제공한다. 일반적으로, 모든 진동은 디바이스의 특정한 파장 민감도에 적합한 방식으로 구현된다. 본 명세서에 논의된 다양한 식들은 적절한 모드 진동 프로파일을 계산하기 위해 사용될 수도 있다. 다르게는, 적절한 모드 진동 프로파일은 경험적으로 결정될 수도 있다.
도 2 및 도 3(a) 내지 도 3(d)는 입력 도파관(2101-2)의 외부측상의 오프셋(240)을 도시한다. 즉, 입력 경계(222)에 위치된 단부로서 넌-오프셋 출력부(214)가 자유 공간(220)과 오프셋부(212) 사이에 있다. 다양한 실시예에서, 도 2에서의 길이(
Figure pct00082
)가 1/2보다 작으면, (예를 들어, 식 3a 및/또는 식 2b에 따른) 맥동 길이(
Figure pct00083
)는 인접 출력 도파관(2301 및 2302)의 단부에서 상대적 위상의 파장 의존성을 부분적으로 보상하는 가이드 모드의 측방향 이동을 제공할 것이다. 다른 실시예들에서,
Figure pct00084
가
Figure pct00085
보다 크면, 입력 도파관의 입력부(212) 및 입력 도파관의 출력부(214)의 상대적 측방향 오프셋 위치가 역전되어야 한다. 입력 광 도파관의 입력부(212) 및 출력부(214)가 선행 배향 양자에 있는 평면 광 디바이스가 구성되는 다양한 실시예가 또한 고려된다.
가이드된 광 모드에서 생성된 진동이 조절가능한 다양한 실시예가 또한 고려된다. 즉, 도 3(a) 내지 도 3(c)의 각각의 진동 프로파일(310, 320 및 330)과 같은 진동 프로파일은 디바이스의 물리적 치수 및 재료 조성에만 기초하지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 커플러(200)와 같은 평면 광 디바이스가 2141-2와 같은, 멀티-모드 도파관(리드)의 길이에 따라 위치된 전극과 함께 인듐 인 (InP) 반도체 기판상에 구성된다는 것이 예상된다. 전극을 적절하게 바이어싱함으로써, 가이드에서 생성된 전류가 길이에 따라 굴절률을 변화시킨다. 굴절률(예를 들어, 맥동 길이)을 조절함으로써, 진동의 특성은 이동될 수도 있고/있거나, 커플러는 튜닝될 수도 있다.
그러나, 전체로서 다양한 실시예가 본 명세서에 논의된 임의의 예시적인 실시예에 대해 특정한 임의의 특징적 치수 및/또는 구성에 의해 제한되는 것으로서 해석되어서는 안된다는 것이 강조되어야 한다. 유사하게, 본 명세서에 논의된 특정할 실시예들이 광 디바이스이지만, 전체로서 다양한 실시예의 전체적 기본 개념은 광 디바이스에 결코 제한되지 않는다. 전체로서 다양한 실시예의 기본 개념이 분산 엘리먼트 다양성을 포함하는 전기 디바이스, 또는 파장 의존성이 적어도 하나의 리드에서 진동 모드를 야기함으로써 제어되는 임의의 다른 타입의 디바이스에 동일하게 적용될 수 있다는 것이 충분히 고려된다.
다양한 실시예에 관하여 전술하였지만, 다른 실시예 및 추가의 실시예가 본 발명의 기본 개념을 벗어나지 않고 고안될 수 있다. 이와 같이, 아래의 청구범위에 따라 적합한 범위가 결정된다.

Claims (10)

  1. 자유 공간 광 영역과,
    제 1 표면을 따라 상기 자유 공간 광 영역에 단부 접속된 하나 이상의 입력 광 도파관과,
    상기 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면을 따라 상기 자유 공간 광 영역에 단부 접속된 하나 이상의 출력 광 도파관을 포함하고,
    상기 하나 이상의 입력 광 도파관 중 적어도 하나는 멀티-모드 전파(multi-mode propagation)를 지원하며 상기 적어도 하나의 입력 광 도파관의 입력부와 출력부의 결합된 단부들에서의 오프셋을 포함하고, 상기 출력부는 상기 제 1 표면에 단부 접속하며,
    상기 입력 광 도파관 및 상기 출력 광 도파관의 세트가 적어도 3개의 광 도파관을 포함하는
    광 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 오프셋은, 상기 하나 이상의 입력 광 도파관 중 상기 적어도 하나에서 진동 모드를 야기하도록 구성되는
    광 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동 모드는
    대략
    Figure pct00086
    의 맥동 길이(beat length)(
    Figure pct00087
    )를 갖고,
    Figure pct00088
    = 상기 하나 이상의 입력 광 도파관 중 상기 적어도 하나의 코어 굴절률이고,
    Figure pct00089
    = 각각의 입력 도파관의 유효 폭이며,
    Figure pct00090
    = 표준 통신 파장인
    광 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 입력 광 도파관 중 상기 적어도 하나의 상기 출력부는,
    Figure pct00091

    로서 표현되는 길이(
    Figure pct00092
    )를 갖고,
    Figure pct00093
    = 도파관의 코어 굴절률이고,
    Figure pct00094
    = 상기 하나 이상의 입력 광 도파관 중 상기 적어도 하나의 유효 폭이고,
    Figure pct00095
    = 표준 통신 파장이며,
    Figure pct00096
    = 0 이상(
    Figure pct00097
    )의 정수인
    광 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 오프셋은 약
    Figure pct00098
    의 사이즈를 갖고,
    Figure pct00099
    는 상기 하나 이상의 입력 광 도파관 중 상기 적어도 하나의 코어의 폭인
    광 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 디바이스는 스타 커플러(star coupler)인
    광 디바이스.
  7. 적어도 하나의 입력 광 도파관과, 자유 공간 광 영역과, 복수의 출력 광 도파관을 갖는 평면 집적 광 디바이스로서, 상기 광 도파관들은 상기 자유 공간 광 영역에 단부 접속하는 상기 평면 집적 광 디바이스를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 입력 광 도파관은 상기 적어도 하나의 입력 광 도파관의 입력부 및 출력부의 결합된 단부에서 상기 적어도 하나의 입력 광 도파관의 코어에서의 오프셋을 갖는
    장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 평면 집적 광 디바이스는 평면 반도체 기판 상에 구성되고, 상기 적어도 하나의 입력 광 도파관의 일부의 굴절률은 상기 적어도 하나의 입력 광 도파관에 인가된 전기 바이어스를 통해 조절가능한
    장치.
  9. 입력 광 도파관, 자유 공간 광 영역 및 복수의 출력 광 도파관을 갖는 평면 집적 광 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    상기 입력 광 도파관의 제 1 단부로 광을 전송하는 단계 - 상기 광의 도파 모드(guiding mode)의 중심은 상기 입력 광 도파관에서 상기 입력 광 도파관의 제 2 단부의 근처 및 앞으로 측방향으로 진동함 - 를 포함하고,
    상기 제 2 단부는 상기 자유 공간 광 영역의 표면에 접속하며, 상기 복수의 출력 광 도파관은 상기 자유 공간 광 영역에 단부 접속하는
    평면 집적 광 디바이스를 동작시키는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 도파 모드의 상기 중심으로 하여금 상기 제 2 단부 근처의 상기 입력 광 도파관에서 측방향으로 진동하게 하기 위해 상기 제 2 단부 근처의 상기 입력 광 도파관의 일부의 굴절률을 조절하는 단계를 더 포함하는
    평면 집적 광 디바이스를 동작시키는 방법.
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