KR20130058291A - 그레이팅 커플러 - Google Patents

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KR20130058291A
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Abstract

본 발명은 그레이팅 커플러에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의한 그레이팅 커플러는 광신호를 전달하는 광도파로 및 상기 광도파로 상부에 형성되는 회절 격자를 포함하며, 상기 회절 격자는 연속적으로 형성되는 돌출부들을 포함하고, 상기 돌출부들은 다른 높이를 가진다. 따라서 본 발명에서 제공하는 그레이팅 커플러는 감소된 광손실을 가져 효율적인 정보 전송을 가능하게 한다.

Description

그레이팅 커플러{GRATING COUPLER}
본 발명은 그레이팅 커플러에 관한 것이다.
급격한 정보 통신 기술의 발전에 따라 정보 전송 속도는 지속적으로 증가되기를 요구되고 있다. 이에 대응하여 최근 정보 전송에 있어 가장 각광받는 방법으로서 실리콘 포토닉스 기술을 이용한 광전송 기술(optical interconnection)이 활발하게 연구되고 있다. 광을 이용한 데이터 전송 기술은 고속 정보 전송의 가장 큰 해결 과제인 전자파 간섭과 크로스토크 (crosstalk)에 의한 손실의 정도가 작은 장점이 있다.
실리콘 포토닉스 IC에 광을 연결하기 위한 광접속(optical coupling) 기술 중 하나는 그레이팅 커플러(grating coupler)를 이용하여 광을 연결하는 것이다. 그레이팅 커플러를 이용한 기술은 수직 광입사가 가능한 장점을 가지고 있어 연결 작업이 용이하다. 또한 연결 작업에 대한 웨이퍼(wafer) 레벨의 테스트가 가능하다. 그러나 그레이팅 커플러를 사용하여도 광연결 과정에서 일어나는 손실은 여전히 존재한다. 따라서 효율적인 정보 전송을 위해 그레이팅 커플러의 광손실을 감소시키는 기술이 요구된다.
본 발명은 감소된 광손실을 가지는 그레이팅 커플러를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 의한 그레이팅 커플러는 광신호를 전달하는 광도파로 및 상기 광도파로 상부에 형성되는 회절 격자를 포함하며, 상기 회절 격자는 연속적으로 형성되는 돌출부들을 포함하고, 상기 돌출부들은 다른 높이를 가진다.
실시예에 있어서, 상기 돌출부들의 높이는 일정 비율로 증가된다.
실시예에 있어서, 상기 돌출부들의 높이는 일정 방향으로 증가된다.
실시예에 있어서, 상기 돌출부들의 높이는 상기 그레이팅 커플러에서 전송되는 광신호의 진행 방향에 따라 증가된다.
실시예에 있어서, 상기 돌출부들의 높이는 일정 비율로 감소된다.
실시예에 있어서, 상기 돌출부들은 높이가 같은 적어도 하나의 돌출부로 이루어진 그룹들을 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 그룹들의 높이는 상기 그레이팅 커플러에서 전송되는 광신호의 진행 방향에 따라 증가된다.
실시예에 있어서, 상기 그룹들은 서로 다른 높이를 가지는 복수 개의 그룹을 포함하며, 상기 복수 개의 그룹들은 반복적으로 배치된다.
본 발명에서 제공하는 그레이팅 커플러는 감소된 광손실을 가져 효율적인 정보 전송을 가능하게 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 그레이팅 커플러와 광섬유 간의 광연결 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개선된 그레이팅 커플러와 광섬유 간의 연결 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 1의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 진폭을 도시하는 그래프이다.
도 4는 도 1의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 순속(net flux)을 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 2의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 진폭을 도시하는 그래프이다.
도 6은 도 2의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 순속을 도시하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 그레이팅 커플러와 광섬유 간의 광연결 구조를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 그레이팅 커플러와 광섬유 간의 광연결 구조를 도시하는 단면도이다.
도 9는 도 7의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 진폭을 도시하는 그래프이다.
도 10는 도 7의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 순속을 도시하는 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 의해 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 그레이팅 커플러와 광섬유 간의 광연결 구조를 도시하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 그레이팅 커플러(10)는 광도파로(optical waveguide)(11) 및 회절 격자(12)를 포함한다.
광도파로(11)는 광신호가 전송되기 위한 광채널이다. 광도파로(11)는 그레이팅 커플러(10)의 상부면과 평행한 일방향을 따라 연장된다. 광도파로(11)가 연장된 일방향은 도 1에 도시된 x축 방향이다. 광도파로(11)는 회로 내부에서 전송된 전송 광신호(31) 및 회로 외부에서 입사된 입사 광신호(41)를 전달한다.
회절 격자(12)는 광도파로(11) 상에 배치된다. 회절 격자(12)는 복수 개의 돌출부들(13)을 포함한다. 돌출부들(13)은 일정 깊이와 일정 너비로 형성되어 회절 격자(12)를 구성한다. 돌출부들(13)의 양측 벽은 광도파로가 연장된 일방향에 대하여 수직(vertical)될 수 있다.
돌출부들(13)로 구성된 회절 격자(12)의 격자 크기는 광도파로(11)를 통해 전송된 전송 광신호(31) 및 회로 외부에서 입사된 입사 광신호(41)의 파장 길이보다 작다. 따라서 전송 광신호(31) 및 입사 광신호(41)는 회절 격자(12)에 의해 반사, 회절 및 산란된다. 이 과정에서 전송 광신호(31) 및 입사 광신호(41)의 광로가 변경된다. 이를 이용하여 전송 광신호(31) 및 입사 광신호(41)가 그레이팅 커플러(10)를 통과할 때의 광손실을 감소시킬 수 있다.
광섬유(20)는 그레이팅 커플러(10)의 상부에 제공된다. 광섬유(20)로부터 출력된 입사 광신호(41)는 그레이팅 커플러(10)의 회절 격자(12)를 경유하여 광도파로(11)로 전송된다. 그레이팅 커플러(10)를 통한 광신호의 전달은 가역적이다. 즉, 전송 광신호(31)는 광도파로(11)로부터 회절 격자(12)를 경유하여 광섬유(20)로 전송될 수 있다.
광섬유(20)로부터 출력된 입사 광신호(41)는 그레이팅 커플러(10)의 상부면과 수직으로 입사될 수 있다. 그러나, 입사 광신호(41)는 그레이팅 커플러(10)의 상부면과 일정 각도로 기울어져서 입사될 수 있다. 이를 통해 광섬유(20)와 그레이팅 커플러(10) 간의 손실은 감소될 수 있다.
따라서 본 실시예에 의한 그레이팅 커플러는 일정 크기의 돌출부들로 구성된 회절 격자를 제공하는 것으로서 광결합 손실을 감소시킨다. 그러나, 본 실시예에 의한 그레이팅 커플러는 광도파로 말단으로 방출되는 광에 의한 광손실, 광도파로를 투과하여 그레이팅 커플러의 하부면으로 방출되는 광에 의한 광손실, 광섬유와의 광접속시 발생하는 광손실 및 그레이팅 커플러와 광섬유 사이의 모드불일치(mode mismatch)에 의한 광손실 등을 가진다. 따라서 본 발명에서는 광결합 효율을 더욱 높이기 위하여 그레이팅 커플러의 회절 격자를 구성하는 격자의 높이를 변화시켜 광손실을 감소시킨다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개선된 그레이팅 커플러와 광섬유 간의 연결 구조를 도시하는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 그레이팅 커플러(100)는 광도파로(110) 및 회절 격자(120)를 포함한다.
도 2의 광도파로(110)는 도 1의 광도파로(11)와 그 구성 및 동작이 유사하다. 광도파로(110)는 회로 내부에서 전송된 전송 광신호(131) 및 회로 외부에서 입사된 입사 광신호(141)를 전달한다.
회절 격자(120)는 돌출부들(130)을 포함한다. 돌출부들(130)은 연속적으로 형성되어 회절 격자(120)를 구성한다. 이때 돌출부들(130)의 높이는 전송 광신호(131)가 진행되는 방향으로 증가된다.
전송 광신호(131)는 광도파로(110)로부터 회절 격자(120)를 통해 광섬유(140)로 전달된다. 광도파로(110)로 전달된 전송 광신호(131)는 먼저 회절 격자(120)에 도달된다. 전송 광신호(131)의 파장은 회절 격자(120)의 너비보다 길다. 따라서 전송 광신호(131)는 회절 격자(120)에 의해 반사, 산란 및 회절된다.
입사 광신호(141)는 광섬유(140)로부터 회절 격자(120)를 통해 광도파로(110)로 전달된다. 광섬유(140)로부터 입사된 입사 광신호(141)는 먼저 회절 격자(120)에 도달된다. 입사 광신호(141)의 파장은 회절 격자(120)의 너비보다 길다. 따라서 입사 광신호(141)는 회절 격자(120)에 의해 반사, 산란 및 회절된다.
이때 회절 격자(120)의 높이는 돌출부들(130)의 높이가 전송 광신호(131)가 진행되는 방향으로 증가됨에 따라 증가된다. 따라서 전송 광신호(131)는 회절 격자(120)를 통과하여 광섬유(140)로 전달될 때 순차적으로 반사, 산란 및 회절 정도가 변화된다. 이를 통해 전송 광신호(131)가 광섬유(140)로 전달될 때의 광손실이 감소된다. 마찬가지로, 광섬유(140)를 통해 전송된 입사 광신호(141)는 회절 격자(120)를 통과하여 광도파로(110)로 전송될 때 순차적으로 반사, 산란 및 회절 정도가 변화된다. 이를 통해 입사 광신호(141)가 광도파로(110)로 전달될 때의 광손실이 감소된다. 본 실시예의 돌출부들의 높이는 일정한 비율로 증가될 수 있다.
도 3은 도 1의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 진폭을 도시하는 그래프이다.
도 4는 도 1의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 순속(net flux)을 도시하는 그래프이다.
도 5는 도 2의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 진폭을 도시하는 그래프이다.
도 6은 도 2의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 순속을 도시하는 그래프이다.
도 3 내지 6을 참조하면, 도 2의 개선된 그레이팅 커플러의 광손실이 도 3의 일정 높이의 회절 격자구조를 가지는 그레이팅 커플러의 광손실에 비해 낮음을 확인할 수 있다. 광신호는 실험에서 사용된 그레이팅 커플러의 조건과 동일하게 그레이팅 커플러의 하단부로부터 700nm 위치에서 측정되었다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 그레이팅 커플러와 광섬유 간의 광연결 구조를 도시하는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 그레이팅 커플러(200)는 광도파로(210) 및 회절 격자(220)를 포함한다.
광도파로(210)는 회로 내부에서 전송된 전송 광신호(231) 및 회로 외부에서 입사된 입사 광신호(241)를 전달한다.
회절 격자(220)는 돌출부들(230)을 포함한다. 돌출부들(230)은 연속적으로 형성되어 회절 격자(220)를 구성한다. 돌출부들(230)은 복수 개의 그룹들로 구성된다. 각 그룹은 높이가 같은 복수 개의 돌출부들로 구성된다. 이때, 회절 격자(220)는 전송 광신호(231)가 진행되는 방향으로 높이가 높아지는 돌출부들(230)의 그룹으로 구성된다.
전송 광신호(231)는 광도파로(210)로부터 회절 격자(220)를 통해 광섬유(240)로 전달된다. 이때 회절 격자(220)의 높이는 그룹화된 돌출부들(230)에 의하여 전송 광신호(231)가 진행되는 방향으로 높아진다.
따라서 전송 광신호(231)는 회절 격자(220)를 통과하여 광섬유(240)로 전달될 때 순차적으로 반사, 산란 및 회절 정도가 변화된다. 이를 통해 전송 광신호(231)가 광섬유(240)로 전달될 때의 광손실이 감소된다. 마찬가지로, 광섬유(240)를 통해 전송된 입사 광신호(241)는 회절 격자(220)를 통과하여 광도파로(210)로 전송될 때 순차적으로 반사, 산란 및 회절 정도가 변화된다. 이를 통해 입사 광신호(241)가 광도파로(210)로 전달될 때의 광손실이 감소된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 그레이팅 커플러와 광섬유 간의 광연결 구조를 도시하는 단면도이다. 도 8을 참조하면, 그레이팅 커플러(300)는 광도파로(310) 및 회절 격자(320)를 포함한다.
광도파로(310)는 회로 내부에서 전송된 전송 광신호(331) 및 회로 외부에서 입사된 입사 광신호(341)를 전달한다.
회절 격자(320)는 돌출부들(330)을 포함한다. 돌출부들(330)은 연속적으로 형성되어 회절 격자(320)를 구성한다. 돌출부들(330)은 복수 개의 그룹들로 구성된다. 각 그룹은 높이가 같은 복수 개의 돌출부들로 구성된다.이때 회절 격자(320)는 서로 다른 높이를 가진 돌출부들의 그룹이 반복적으로 형성되어 구성된다.
전송 광신호(331)는 광도파로(310)로부터 회절 격자(320)를 통해 광섬유(340)로 전달된다. 광도파로(310)로 전달된 전송 광신호(331)는 먼저 회절 격자(320)에 도달된다. 이때 회절 격자(320)는 반복적인 높이를 가진다. 따라서 전송 광신호(331)는 회절 격자(320)를 통과하여 광섬유(340)로 전달될 때 반복적으로 반사, 산란 및 회절 정도가 변화된다. 이를 통해 전송 광신호(331)가 광섬유(340)로 전달될 때의 광손실이 감소된다. 마찬가지로, 광섬유(340)를 통해 전송된 입사 광신호(341)는 회절 격자(320)를 통과하여 광도파로(310)로 전송될 때 순차적으로 반사, 산란 및 회절 정도가 변화된다. 이를 통해 입사 광신호(341)가 광도파로(310)로 전달될 때의 광손실이 감소된다.
도 9는 도 7의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 진폭을 도시하는 그래프이다.
도 10는 도 7의 그레이팅 커플러에서 시뮬레이션된 광신호의 순속을 도시하는 그래프이다.
도 3, 도 4, 도 9 및 도 10을 참조하면, 도 8의 개선된 그레이팅 커플러의 광손실이 도 1의 일정 높이의 회절 격자구조를 가지는 그레이팅 커플러의 광손실에 비해 낮음을 확인할 수 있다. 광신호는 실험에서 적용된 그레이팅 커플러의 조건과 동일하게 그레이팅 커플러의 하단부로부터 700nm 위치에서 측정되었다.
위 실시예들에서는 일정 방향으로 격자의 깊이가 증가하는 그레이팅 커플러 및 반복적인 격자 깊이를 가지는 그레이팅 커플러에 대하여만 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 격자가 서로 다른 깊이를 가지는 것으로서 광신호의 손실을 줄이는 모든 그레이팅 커플러에 대하여 적용될 수 있다.
10, 100, 200, 300: 그레이팅 커플러
20, 140, 240, 340: 광섬유
11, 110, 210, 310: 광도파로
12, 120,220, 320: 회절 격자
13, 130, 230, 330: 돌출부들

Claims (8)

  1. 광신호를 전달하는 광도파로;및
    상기 광도파로 상부에 형성되는 회절 격자를 포함하며,
    상기 회절 격자는 연속적으로 형성되는 돌출부들을 포함하고,
    상기 돌출부들은 다른 높이를 가지는 그레이팅 커플러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부들의 높이는 일정 비율로 증가되는 그레이팅 커플러.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부들의 높이는 일정 방향으로 증가되는 그레이팅 커플러.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 돌출부들의 높이는 상기 그레이팅 커플러로부터 전송되는 광신호의 진행 방향에 따라 증가되는 그레이팅 커플러.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부들의 높이는 일정 비율로 감소되는 그레이팅 커플러.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 돌출부들은 높이가 같은 적어도 하나의 돌출부로 이루어진 그룹들을 포함하는 그레이팅 커플러.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 그룹들의 높이는 상기 그레이팅 커플러로부터 전송되는 광신호의 진행 방향에 따라 증가되는 그레이팅 커플러.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 그룹들은 서로 다른 높이를 가지는 복수 개의 그룹을 포함하며,
    상기 복수 개의 그룹들은 반복적으로 배치되는 그레이팅 커플러.
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