KR20170048946A - 비냉각 파장 가변 광필터 - Google Patents

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박준오
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박수현
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Abstract

본 발명은 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터 및 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게 폴리머로 광 도파로를 제작하는 공정상에서 광 도파로와 온도 분포가 동일한 등고선 상의 위치에 온도에 따른 금속 박막의 저항 변화를 이용한 메탈 온도 센서가 형성되도록 함으로써, 광 도파로의 정확한 온도 측정이 가능하여, 히터 영역 밑의 도파로 영역과 히터가 없는 영역의 도파로 상의 온도를 정확히 측정 할 수 있어, 별도의 써미스터나 열전 냉각기가 없이 파장 가변 및 파장 안정화를 달성할 수 있는 파장가변 필터 및 파장가변 레이저 모듈에 관한 것이다.

Description

비냉각 파장 가변 광필터 {Uncooled Tunable wavelength filter}
본 발명은 파장가변 수신기나 파장가변 레이저 모듈에 사용되는 파장가변 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게 폴리머로 광 도파로를 제작하는 공정상에서 광 도파로와 온도 분포가 동일한 등온선 상의 위치에 온도에 따른 금속 박막의 저항 변화를 이용한 메탈 온도센서가 형성되도록 하고, 기존에 사용하던 별도의 온도 조절용 열전냉각기 (thermoelectric cooler) 없이 파장 안정화를 달성할 수 있는, 저가형 파장가변 수신기나 외부 공진기형 파장가변 레이저 구현을 가능케 하는 파장 가변 광필터에 관한 것이다.
WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광통신 기술은 현재 대부분 기간망 및 메트로망에 적용되는 기술로 하나의 광섬유로 구성된 광선로에 파장분할 다중화 하여 다수의 고속신호를 전송하는 기술이다. WDM 방식의 전송망은 광전변환 없이 일부의 광파장을 선별적으로 분기/결합할 수 있고 또 일부는 통과시킬 수 있는 OADM(Optical Add/Drop Multiplexer) 기능이 필수적이다. OADM은 전송선로에 존재하는 중간 노드들 사이를 파장단위로 연결할 수 있도록 함으로써 망의 연결성을 확장하고 효율성을 높일 수 있다. ROADM(Reconfigurable OADM)은 전문 기술자의 투입 없이 원격지에서 노드의 분기/결합 파장을 재구성 할 수 있고 전체 망의 파장연결 상태를 효율적으로 재구성하여 트래픽 상황변화에 유연하게 대처할 수 있게 함으로써 망의 유지/보수비용을 획기적으로 줄일 수 있는 장점을 가진다.
ROADM은 크게 스위치 기반의 구조와 Broadcast and select(BS) 방식의 구조로 구분되어 활용되고 있고 최근에는 후자의 방식이 경로의 손실이 적어 다수의 노드를 수용하는데 유리한 특징이 있어 시스템에서 더 선호하는 방식으로 자리잡고 있다. BS 방식의 ROADM 시스템은 광분배기, 파장다중/역다중화기, 광감쇄기(VOA; Variable Optical Attenuator), 파장가변 필터 및 파장가변 레이저 등이 시스템을 구성하는 핵심 부품이다. 특히 파장가변 레이저와 파장가변 필터가 통합된 파장가변 트랜스폰더(tunable transponder)는 원격지에서 파장을 가변시켜 망을 재구성할 수 있는 기능을 제공하기 때문에 망 운영자에게 백업용 광부품의 재고 부담을 줄여주며 망 관리에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, add/drop의 파장선택에 있어 임의 파장을 add/drop 할 수 있어 트래픽 상황변화에 효율적으로 대처 할 수 있어 망의 유지/보수 비용을 줄이는 가장 효율적인 ROADM 기술이다.
그러나 파장가변 필터 기술이 성숙되지 않았고, 파장가변 레이저가 매우 고가이기 때문에 파장가변 트랜스폰더 개발에 많은 장애가 되고 있다.
파장가변 필터의 경우 현재 광섬유 브래그 격자 기반의 필터가 개발되어 활용되고 있으나 파장가변 응답 시간이 5초로 매우 느리고 가격 또한 높아 상용시스템에 활용도가 낮다.
파장가변 레이저 또한 DFB(Distributed Feed Back)구조를 활용한 레이저가 개발되어 활용되고 있어나 DFB 레이저의 파장가변 범위가 10 nm 이하로 좁아 C-밴드(1535 nm ~1565 nm) 내의 모든 파장을 지원하기 위하여 3-4 세트(set)의 파장가변 DFB 레이저 모듈을 사용해야 하는 단점이 있다. 또한 DFB 레이저를 이용한 파장가변 트랜스폰더는 광원이 고가이기 때문에 다채널 트랜스폰더를 백업용으로 구비해야 하기 때문에 망 운영자에게 재고 부담을 줄이는데 효율적인 해결책을 제공하지 못하고 있다.
따라서 효율적이고 경제성이 높은 ROADM 시스템용 파장가변 트랜스폰더를 구현하기 위해, 한 개의 모듈로 필요한 WDM 밴드(예를 들면 C-band)의 모든 파장을 가변할 수 있는 파장가변 필터 및 광대역 파장가변 기능을 제공하는 파장가변 필터를 이용한 외부 공진기형 파장가변 광원 개발이 필요한 실정이다.
파장가변 필터 기술로 가변 파브리-페로 필터 (Tunable Fabry-Perot Filter), 미세 기계 소자 (Micro Machined Device), 막 젠더 간섭계 (Mach-Zehnder Interferometer), 광섬유 브래그 회절 격자 (Fiber Bragg Gratings), 음향 광학 가변 필터 (Acousto-Optic Tunable Filters), 전기 광학 가변 필터 (Electro-Optic Tunable Filters), 배열 도파로 격자 (Arrayed Waveguide Grating, AWG), 활성 필터 (Active Filter), 링 공진기 가변 필터 (Ring Resonator Tunable Filters) 등이 있다.
브래그 격자를 이용한 광 도파로형 폴리머 파장가변 필터 기술은 미국등록특허 제6,303,040호(등록일 2001.10.16, 명칭 : Method of fabricating thermooptic tunable wavelength filter)에 개시된 바 있다.
폴리머 광 도파로 기반의 파장가변 필터 구현을 위한 종래의 기술은 열광학 효과를 이용하여 매질의 굴절률을 변화시켜 필요로 하는 특정 파장의 광을 선택적으로 반사 혹은 투과시키는 기술로, 폴리머 광 도파로의 유효 굴절률을 변화시켜 필터의 동작파장을 가변하기 위해 광 도파로 상단에 국부적으로 열을 발생할 수 있는 발열체(일반적으로 금속 박막)를 이용하였다.
그러나 금속 발열체를 이용한 종래 기술은 외부 온도가 변할 때, 금속 발열체에서 발생되는 발열량과 필요로 하는 필터동작 파장 사이의 관계가 외부환경에 따라 변하기 때문에, 외부 환경에 무관하게 항상 일률적인 필터 동작파장을 제공할 수 없는 단점이 있다.
따라서 외부 환경 변화에 따른 온도를 보상하는 구도를 반드시 사용하여야 한다.
하지만, 일반적으로 사용하는 온도측정 칩인 써미스터(thermistor)와 열전냉각기를 사용하여 주변 온도에 따라서 가열 및 냉각 하여 항온을 유지 하게 된다. 써미스터는 특성상 빛이 지나가는 도파로와는 거리가 떨어져 있는 웨이퍼 표면이나, 그 옆에 위치해야 하므로, 실제 온도 변화를 직접 겪는 도파로와 온도 차이가 날 수밖에 없다.
이때, 온도변화를 직접 겪어 레이저의 파장에 영향을 주는 도파로의 온도와 써미스터의 온도 차이는 파장의 안정화에 상당한 악영향을 주게 된다는 문제점이 있다.
또한, 열전냉각기는 고가의 원이이 되고 전력 소모량이 높아 저전력 소자 구현에 커다란 장애가 된다.
미국등록특허 제6,303,040호(등록일 2001.10.16, 명칭 : Method of fabricating thermooptic tunable wavelength filter)
본 발명은 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터 및 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게 폴리머로 광 도파로를 제작하는 공정상에서 광 도파로와 온도 분포가 동일한 등고선 상의 위치에 온도에 따른 금속 박막의 저항 변화를 이용한 메탈 온도 센서가 형성되도록 함으로써, 광 도파로의 정확한 온도 측정이 가능하여, 히터 영역 밑의 도파로 영역과 히터가 없는 영역의 도파로 상의 온도를 정확히 측정 할 수 있어, 별도의 써미스터나 열전 냉각기가 없이 파장 가변 및 파장 안정화를 달성할 수 있는 파장가변 필터 및 파장가변 레이저 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터는 광 도파로; 상기 광 도파로 상에 형성된 하나 이상의 브래그 격자; 상기 브래그 격자가 구비된 광 도파로 상부에 형성된 파장가변용 박막 히터; 상기 광 도파로상부에 형성되되, 상기 광 도파로 상부에 형성되며, 상기 파장가변용 박막 히터와 너비방향으로 일정거리 이격된 위치에 형성되는 메탈 온도센서1, 2 ; 상기 메탈 온도센서와 도파로 방향으로 일정 거리 이격 되어 상부에 히터가 없는 영역의 도파로 온도를 측정하는 메탈온도 센서 3, 4 를 포함하여 이루어지며, 상기 메탈 온도센서 1,2,3,4를 통해 측정된 온도를 바탕으로 별도의 써미스터나 열전 냉각기 없이 외부 환경과 무관하게 상기 브래그 격자의 반사 대역이 조절될 수 있다.
상기 메탈 온도센서는 상기 광 도파로의 코어와 온도 분포가 동일한 등온선 상에 위치할 수 있다.
이 때, 상기 메탈 온도센서는 상기 파장가변용 박막 히터의 너비방향으로 양측에 각각 형성될 수 있으며, 상기 파장가변용 박막 히터와 동일 재질의 메탈로 제조될 수 있다.
또, 상기 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터는 상기 파장가변용 박막 히터 제조 공정 시 동일 공정을 이용하여 상기 메탈 온도센서가 제조될 수 있다.
또한, 상기 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터는 상기 브래그 격자의 온도를 가변함으로써 상기 광 도파로의 코어를 통과하는 광 신호의 세기를 감쇄시키는 가변 광 감쇄기(VOA; Variable optical attenuator)로 이용될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터를 포함하여 형성될 수 있으며, 연속적으로 파장가변이 가능할 수 있다.
본 발명은 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터 및 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게 폴리머로 광 도파로를 제작하는 공정상에서 광 도파로와 온도 분포가 동일한 등고선 상의 위치에 온도에 따른 금속 박막의 저항 변화를 이용한 메탈 온도 센서가 형성되도록 함으로써, 광 도파로의 정확한 온도 측정이 가능하여, 히터 영역 밑의 도파로 영역과 히터가 없는 영역의 도파로 상의 온도를 정확히 측정 할 수 있어, 별도의 써미스터나 열전 냉각기가 없이 파장 가변 및 파장 안정화를 달성할 수 있는 파장가변 필터 및 파장가변 레이저 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 메탈 온도센서와 위상 조절용 박막 히터, 파장가변용 박막 히터의 재질이 동일하도록 함으로써, 추가 공정 없이 기존의 박막 히터 공정을 이용하여 간편하게 제조가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은 상술한 바와 같은 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터를 사용함으로써, 양산시 생산성이 높고, 열적ㆍ전기적ㆍ기계적 안정성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 전력 소모량과 제품 원가에 커다란 상승 효과를 가져오는 열전 냉각기를 제거 할 수 있어, 제품 경쟁력 제고에 크게 이바지할 것으로 사료된다.
도 1은 기존의 써미스터와 열전 냉각기를 사용한 파장가변 필터를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터를 나타낸 사시도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터는 광 도파로; 상기 광 도파로 상에 형성된 하나 이상의 브래그 격자; 상기 브래그 격자가 구비된 광 도파로 상부에 형성된 파장가변용 박막 히터; 상기 광 도파로상부에 형성되되, 상기 광 도파로 상부에 형성되며, 상기 파장가변용 박막 히터와 너비방향으로 일정거리 이격된 위치에 형성되는 메탈 온도센서1, 2 ; 상기 메탈 온도센서와 도파로 방향으로 일정 거리 이격 되어 상부에 히터가 없는 영역의 도파로 온도를 측정하는 메탈온도 센서 3, 4 를 포함하여 이루어지며, 상기 메탈 온도센서 1,2,3,4를 통해 측정된 온도를 바탕으로 별도의 써미스터나 열전 냉각기 없이 외부 환경과 무관하게 상기 브래그 격자의 반사 대역이 조절될 수 있다.
상기 메탈 온도센서는 상기 광 도파로의 코어와 온도 분포가 동일한 등온선 상에 위치할 수 있다.
이 때, 상기 메탈 온도센서는 상기 파장가변용 박막 히터의 너비방향으로 양측에 각각 형성될 수 있으며, 상기 파장가변용 박막 히터와 동일 재질의 메탈로 제조될 수 있다.
또, 상기 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터는 상기 파장가변용 박막 히터 제조 공정 시 동일 공정을 이용하여 상기 메탈 온도센서가 제조될 수 있다.
또한, 상기 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터는 상기 브래그 격자의 온도를 가변함으로써 상기 광 도파로의 코어를 통과하는 광 신호의 세기를 감쇄시키는 가변 광 감쇄기(VOA; Variable optical attenuator)로 이용될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈은 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터를 포함하여 형성될 수 있으며, 연속적으로 파장가변이 가능할 수 있다.

Claims (7)

  1. 광 도파로;
    상기 광 도파로 상에 형성된 하나 이상의 브래그 격자;
    상기 브래그 격자가 구비된 광 도파로 상부에 형성된 파장가변용 박막 히터;
    상기 광 도파로 상부에 형성되되, 상기 파장가변용 박막 히터와 너비방향으로 일정거리 이격된 위치에 형성되는 메탈 온도센서 1, 2,; 및
    상기 메탈온도 센서 1,2,와 길이방향으로 일정 거리 이격된 위치에 형성 된 메탈온도 센서 3, 4, ;
    를 포함하여 이루어지는 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 메탈 온도센서는
    상기 광 도파로의 코어와 온도 분포가 동일한 등온선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 메탈 온도센서는
    상기 파장가변용 박막 히터의 너비방향으로 양측에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 메탈 온도센서는
    상기 파장가변용 박막 히터와 동일 재질의 메탈로 제조되는 것을 특징으로 하는 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터는
    상기 파장가변용 박막 히터제조 공정 시 동일 공정을 이용하여 상기 메탈 온도센서가 제조되는 것을 특징으로 하는 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 의한 메탈 온도센서 내장형 파장가변 필터를 포함하여 형성된 외부 공진기형 파장가변 레이저 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 파장가변 레이저 모듈은
    연속적으로 파장가변이 가능한 것을 특징으로 하는 외부 공진기형 파장가변레이저 모듈.
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