KR20170115851A - 위상 오차 보상 장치 - Google Patents

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KR20170115851A KR1020160043580A KR20160043580A KR20170115851A KR 20170115851 A KR20170115851 A KR 20170115851A KR 1020160043580 A KR1020160043580 A KR 1020160043580A KR 20160043580 A KR20160043580 A KR 20160043580A KR 20170115851 A KR20170115851 A KR 20170115851A
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Abstract

광 신호가 입력되는 입력 포트에 대응하는 입력 도파로, 광 신호가 출력되는 출력 포트에 대응하는 출력 도파로, 입력 도파로를 통해 입력되는 광 신호가 확산되는 제1 자유 확산부, 출력 도파로를 향해 광 신호가 확산되는 제2 자유 확산부 및 제1 자유 확산부 및 제2 자유 확산부 사이에 배치되며, 제1 자유 확산부를 통과한 광 신호가 제2 자유 확산부를 향해 이동하도록 하는 도파로열을 포함하고, 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 길이는, 복수의 도파로들을 통과한 광 신호의 위상 오차를 보상하도록 조절되는 위상 오차 보상 장치가 제공된다.

Description

위상 오차 보상 장치{PHASE ERROR COMPENSATING APPARATUS}
본 발명은 광 통신 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배열형 도파로 격자(AWG, Arrayed Waveguide Grating)에 관한 것이다.
광 통신에서 파장 분할 다중화(WDM, Wavelength Division Multiplexing)는 복수의 신호를 서로 다른 파장 대역에 할당한 다음, 하나의 광 섬유를 통하여 동시에 전송하는 전송 방법이다. AWG는 WDM에 필수적인 소자로써, AWG는 서로 다른 길이를 가지는 복수의 도파로로 구성된 도파로열(array waveguide)을 포함한다. AWG는 광 신호를 파장 별로 복수의 도파로 각각에 분배할 수 있는데, 이에 따른 광 경로 차이를 이용하여 광 신호를 다중화 하거나 또는 역다중화할 수 있다.
복수의 도파로를 통과하는 복수의 광 신호는 AWG를 통과하면서, 위상 오차로 인하여 손실 및 누화될 수 있다. AWG를 통과하는 광 신호의 위상 오차는 AWG의 입력 포트에서의 방사 패턴의 왜곡, 도파로열 및 자유 확산부간의 경계에서 발생한 왜곡, 도파로열에 포함된 복수의 도파로간의 간섭에 따른 왜곡 등에 의하여 발생할 수 있다. 위상 오차를 보정하기 위하여, 복수의 도파로간의 길이 차이를 유지하면서, 앞서 언급한 위상 오차의 원인을 제거하는 접근법이 사용되고 있다.
본 발명은 위상 오차의 원인을 제거할 수 없는 경우에도, 위상 오차를 보상할 수 있는 위상 오차 보상 장치를 제안한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 광 신호가 입력되는 입력 포트에 대응하는 입력 도파로, 광 신호가 출력되는 출력 포트에 대응하는 출력 도파로, 상기 입력 도파로를 통해 입력되는 광 신호가 확산되는 제1 자유 확산부, 상기 출력 도파로를 향해 광 신호가 확산되는 제2 자유 확산부 및 상기 제1 자유 확산부 및 상기 제2 자유 확산부 사이에 배치되며, 상기 제1 자유 확산부를 통과한 광 신호가 상기 제2 자유 확산부를 향해 이동하도록 하는 도파로열을 포함하고, 상기 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 길이는, 상기 복수의 도파로들을 통과한 상기 광 신호의 위상 오차를 보상하도록 조절되는 위상 오차 보상 장치가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 도파로열에 포함된 복수의 도파로들은, 상기 복수의 도파로들이 곧게 형성된 직선 구간 및 상기 복수의 도파로 들이 원호의 형태로 형성된 원호 구간을 포함하는 위상 오차 보상 장치가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 직선 구간의 길이는, 상기 원호 구간의 중심각에 기초하여 조절되는 위상 오차 보상 장치가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 원호 구간의 반지름의 길이는, 상기 원호 구간의 중심각 및 상기 직선 구간의 길이에 기초하여 조절되는 위상 오차 보상 장치가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 도파로열에 포함된 도파로의 길이는, 상기 도파로를 통과한 광 신호의 상기 위상 오차, 파장, 및 상기 도파로의 유효 굴절율에 기초하여 조절되는 위상 오차 보상 장치가 제공된다.
일실시예에 따르면, 상기 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 길이는, 상기 복수의 도파로들을 통과한 상기 광 신호중에서, 위상 오차가 가장 큰 상기 광 신호에 대응하는 도파로의 위상을 기준으로 조절되는 위상 오차 보상 장치가 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 오차의 원인을 제거할 수 없는 경우에도, 위상 오차를 보상할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 구조를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3a 내지 3b는 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 길이가 조정되기 이전의 위상 오차를 예시한 도면이다.
도 4a 내지 4b는 도 3a 내지 3b의 실시예의 위상 오차가 보상된 이후의 복수의 도파로들 각각의 길이를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 5b는 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 구조를 간략하게 도시한 도면이다.
도 6a 및 6b는 각각 종래의 AWG 및 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치에서 출력되는 광 신호의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참고하면, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치는 입력 도파로(110), 제1 자유 확산부(120), 도파로열(130), 제2 자유 확산부(140) 및 출력 도파로(150)를 포함할 수 있다. 입력 도파로(110)는 광 신호가 입력되는 입력 포트에 대응하고, 출력 도파로(150)는 광 신호가 출력되는 출력 포트에 대응한다.
도 1을 참고하면, 도파로열(130)은 복수의 도파로를 포함할 수 있다. 복수의 도파로는 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 복수의 도파로는 중심이 동일한 복수의 부채꼴의 원호의 형태로 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 도파로간의 길이는 상기 중심에서 멀어질수록 점점 증가한다.
예를 들어, 도파로(131)는 복수의 도파로 중에서 부채꼴의 중심에 가장 근접하므로, 도파로(131)의 길이는 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로의 길이 중에서 가장 짧다. 또한, 도파로(132)는 도파로열(130)의 가장 외곽에 위치하므로, 도파로(132)의 길이는 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로 중에서 가장 길다. 따라서, 복수의 도파로 각각의 광 경로의 길이는 서로 다를 수 있다.
도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로, 입력 도파로(110) 및 출력 도파로(150)는 빛의 전반사 성질을 이용함으로써, 광 신호를 전송하는 소자이다. 도파로는 고분자 화합물(polymer), 유리, 리튬나오베이트 (LiNbO3) 또는 리튬탄탈레이트 (LiTaO3), 실리콘 (Si)을 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치는 입력 도파로(110)를 통해 입력되는 광 신호가 확산되는 제1 자유 확산부(120) 및 도파로열(130)을 통과한 광 신호가 출력 도파로(150)를 향해 확산되는 제2 자유 확산부(140)를 포함할 수 있다. 즉, 입력 도파로(110)를 통해 입력된 광 신호는 제1 자유 확산부(120)에서 자유롭게 확산될 수 있다. 또한, 도파로열(130)을 통과한 광 신호는 제2 자유 확산부(140)에서 자유롭게 확산될 수 있다.
제1 자유 확산부(120) 및 도파로열(130) 간의 경계면의 형태는 입력 도파로 (110)와 제1 자유 확산부 (120) 가 만나는 점을 중심으로 하는 원주와 동일할 수 있다. 이 경우, 통상적으로는 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로 각각에 전달되는 광 신호들은 동일한 위상을 가질 수 있다. 또한, 제2 자유 확산부(140) 및 도파로열(130) 간의 경계면의 형태는 출력 도파로(150)를 중심으로 하는 부채꼴의 원주와 동일할 수 있다. 이 경우, 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로를 통과한 복수의 광 신호 간의 위상 차이는 제2 자유 확산부에서 유지될 수 있다.
도 1에서 입력 도파로(110) 및 출력 도파로(150)는 각각 한 개의 도파로로 도시하였지만, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 입력 도파로(110) 또는 출력 도파로(150)는 복수의 도파로를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로 각각의 광 경로의 길이는 서로 다를 수 있다. 복수의 출력 도파로(150)가 제2 자유 확산부(140)의 서로 다른 곳에 연결된다고 가정하자. 복수의 도파로가 서로 다른 파장의 광 신호를 전송할 경우, 광 신호들 각각은 제2 자유 확산부(140)에서 파장에 따라 제2 자유 확산부(140)에서 서로 다른 곳에 상을 맺는다. 따라서, 서로 다른 파장의 광 신호가 복수의 출력 도파로(150) 각각에 도달할 수 있다.
이를 이용하여, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광 신호를 포함하는 광 신호를 역다중화할 수 있다. 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광 신호를 하나의 광 신호로 다중화할 수 있다.
원칙적으로, 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로로부터 출력된 복수의 광 신호들의 위상은설계된 값과 같아야 한다. 하지만, 복수의 광 신호들의 위상이 제1 자유 확산부(120) 및 도파로열(130)을 통과하는 도중에 왜곡됨으로써, 위상 오차가 발생할 수 있다. 위상 오차는 광 신호의 위상이 제1 자유 확산부(120) 및 도파로열(130)을 통과하면서 왜곡된 정도를 의미한다. 출력 도파로(150)에 도달하는 광 신호는 위상 오차로 인하여 설계된 값과 다른 위상을 가질 수 있다. 위상 오차는 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로 각각에서 다를 수 있다.
위상 오차가 발생하는 원인은 다양하다. 예를 들어, 광 신호가 제1 자유 확산부(120)에서 확산 되면서 방사 패턴이 왜곡될 수 있는데, 이로부터 위상 오차가 발생할 수 있다. 다른 예로써, 위상 오차는 제1 자유 확산부(120)에서 확산된 광 신호가 제1 자유 확산부(120) 및 도파로열(130) 간의 경계면을 통과하면서 발생할 수 있다. 또 다른 예로써, 위상 오차는 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로간의 간섭에 의하여 발생할 수 있다.
위상 오차는 출력 도파로(150)로 출력되는 광 신호의 손실을 야기할 수 있다. 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 출력 도파로(150)가 복수의 도파로를 포함하는 경우, 위상 오차는 복수의 도파로 간의 간섭을 야기할 수 있다. 이는 위상 오차 보상 장치가 출력한 광 신호간의 크로스토크(crosstalk)를 야기할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 오차 보상 장치의 도파로열(130)에 포함된 복수의 도파로 각각의 길이가 조절됨으로써, 위상 오차가 보상될 수 있다. 따라서, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치는 상기 열거한 위상 오차의 원인을 제거할 수 없는 경우에도, 위상 오차를 보상할 수 있다. 이로써, 위상 오차 보상 장치는 출력 도파로(150)를 통해 출력하는 광 신호의 손실, 누화 내지 크로스토크를 줄일 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 구조를 개념적으로 도시한 도면이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 대응하여 위상 오차 보상 장치를 보다 구체적으로 설명한다.
도 2의 입력 포트(210)는 도 1의 입력 도파로(110)에 대응한다. 도 2의 제1 자유 확산 구간(220)은 도 1의 제1 자유 확산부(120)에 대응한다. 도 2의 격자(grating)(230)는 도 1의 도파로열(130)에 대응한다. 도 2의 제2 자유 확산 구간(240)은 도 1의 제2 자유 확산부(140)에 대응한다. 도 2의 출력 포트(250)는 도 1의 출력 도파로(150)에 대응한다.
도 2를 참고하면, 입력 포트(210)를 통하여 입력된 광 신호는 제1 자유 확산 구간(220)에서 확산될 수 있다. 도 2를 참고하면, 제1 자유 확산부 및 도파로열 간의 경계면은 렌즈(221)에 대응한다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 자유 확산부 및 도파로열 간의 경계면의 형태가 제1 자유 확산부에서 확산되는 광 신호의 원주와 동일하므로, 렌즈(221)를 통과한 광 신호들의 위상은 동일해야 한다.
도 2를 참고하면, 격자(230)를 통과한 광 신호는 제2 자유 확산 구간(240)으로 진행될 수 있다. 제2 자유 확산 구간(240)을 통과하는 광 신호들은 출력 포트(250)에 상을 맺을 수 있다. 도 2를 참고하면, 광 신호의 위상이 파면의 형태로 도시된다. 도 2를 참고하면, 광 신호의 위상은 제1 자유 확산 구간(220) 내지 렌즈(221)를 통과하면서 왜곡될 수 있다. 위상의 왜곡으로 발생되는 위상 오차는 출력 포트(250)에 맺히는 상을 왜곡할 수 있다. 이는 광 신호의 손실 및 서로 다른 파장을 가지는 광 신호간의 누화를 야기할 수 있다.
일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 도파로열에 포함된 복수의 도파로 각각의 길이는 위상 오차에 기초하여 조절될 수 있다. 복수의 도파로 각각의 길이의 조절량이 보상부(260)로 개념적으로 도시된다. 도 2를 참고하면, 보상부(260)는, 광 신호가 출력 포트(250)에서 제2 자유 확산 구간(240)으로 진행할 때의 파면에 기초하여, 위상을 보상할 수 있다. 따라서, 보상부(260)를 통과한 광 신호의 위상의 파면의 형태는 출력 포트(250)에서 제2 자유 확산 구간(240)으로 진행할 때의 파면의 형태와 일치할 수 있다. 즉, 위상 오차는 위상 오차 보상 장치의 보상부(260)를 통하여 보상될 수 있다.
도 3a 내지 3b는 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 길이가 조정되기 이전의 위상 오차를 예시한 도면이다. 이하에서는 위상 오차 보상 장치의 도파로열은 총 6개의 도파로를 포함하는 것으로 가정한다. 또한, 각 도파로의 길이의 차이는 ΔL로 일정하다고 가정한다.
도 3a를 참고하면, z=0인 지점에 위치한 z 축(310)은 도파로열의 끝 부분을 의미한다. 즉, z 축(310)은 도파로열 및 제2 자유 확산부간의 경계면에 대응한다. 또한, 앞서 가정한 바에 의하면, k번째 도파로의 길이는 L(k)라 할 때, L(k+1)-L(k)=ΔL이 성립한다.
앞서 설명한 바와 같이, 6개의 도파로 각각을 통과한 6개의 광 신호들은 위상 오차를 가질 수 있다. 따라서, 도 3을 참고하면, 6개의 광 신호의 위상은 z 축(310)에서 서로 다를 수 있다. 동위상면(320)은 6개의 광 신호들의 위상 차이를 시각화한 선분으로써, 6개의 광 신호의 위상이 동일한 도파로 상의 위치를 연결한 것이다. 도 3을 참고하면, 세번째 도파로를 통과한 광 신호는, 광 신호들 중에서 동위상면(320)과 z 축(310)간의 거리가 가장 멀기 때문에, 그 위상 오차가 최대임을 알 수 있다. 마찬가지로, 첫번째 도파로를 통과한 광 신호의 위상 오차는 최소일 것이다.
도 3b는 z 축(310)에서 측정한 위상 오차를 그래프(330)로 도시한 도면이다.
Figure pat00001
는 k번째 도파로를 통과한 광 신호의 위상 오차를 의미한다. 도 3b를 참고하면, 앞서 설명한 바와 같이,
Figure pat00002
은 최소이고,
Figure pat00003
은 최대임을 알 수 있다. 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 k 번째 도파로의 길이는
Figure pat00004
에 기초하여 조절될 수 있다.
도 4a 내지 4b는 도 3a 내지 3b의 실시예의 위상 오차가 보상된 이후의 복수의 도파로들 각각의 길이를 도시한 도면이다. 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 k 번째 도파로의 길이는 L(k)에 위상 오차를 보상하기 위한 길이 c(k)를 더함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 위상 오차 보상 장치의 k 번째 도파로의 최종 길이 L’(k)는 수학식 1로 정의될 수 있다.
Figure pat00005
일실시예에 따르면, 위상 오차 보상 장치의 c(k)가 조절됨으로써, 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각을 통과한 광 신호들의 위상은 도파로열의 끝 부분에서 설계된 값과 일치할 수 있다. 도 4a를 참고하면, 위상 오차 보상 장치는 L(k)에 c(k)를 더함으로써, 동위상면(410)을 도파로열의 끝 부분과 일치하게 만들 수 있다. 이로써, 상기 복수의 도파로들 각각을 통과한 광 신호들의 위상은 도파로열의 끝 부분에서 설계된 값과 일치할 수 있다. 따라서, 위상 오차에 따른 광 신호의 손실, 크로스토크 등이 감소될 수 있다.
일실시예에 따르면, c(k)는 도파로열에 포함된 복수의 도파로들을 통과한 광 신호 중에서, 위상 오차가 가장 큰 광 신호에 대응하는 도파로의 위상을 기준으로 결정될 수 있다. 도 4a를 참고하면, c(k)는 위상 오차가 최대인 세번째 도파로의 위상을 기준으로 조절될 수 있다. 따라서, 위상 오차 보상 장치에서 위상 오차를 보상하기 위해 추가하여야 하는 도파로의 길이가 최소화될 수 있다.
도 4b는 c(k)를 그래프(420)로 도시한 도면이다. 도 4b를 참고하면, 위상 오차가 가장 큰 광 신호에 대응하는 도파로의 위상을 기준으로 복수의 도파로 각각의 길이가 조절되므로, 위상 오차가 최대인 세번째 도파로에 대응하는 c(3)는 0이다. 또한, 위상 오차가 최소인 첫번째 도파로에 대응하는 c(1)은 최대가 된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 오차 보상 장치의 위상 오차를 보상하기 위한 길이 c(k)는
Figure pat00006
에 기초하여 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, c(k)는 수학식 2에 기초하여 결정될 수 있다.
Figure pat00007
수학식 2를 참고하면, α는 임의의 실수로써, 도파로열에 포함된 복수의 도파로 전부에 대하여 일정하게 설정될 수 있다. neff는 k 번째 도파로의 유효 굴절율을 의미하며, λ는 k 번째 도파로를 통과하는 광 신호의 파장을 의미한다. mk는 임의의 정수로써, 임의로 선택될 수 있다.
최종적으로, 수학식 1 및 수학식 2를 참고하면, 위상 오차 보상 장치의 k 번째 도파로의 최종 길이 L’(k)는 수학식 3으로 결정될 수 있다.
Figure pat00008
AWG는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 박스 타입(box type), 플랫 타입(flat type) 및 편자 타입(horse shoe type) 등이 있다. 이하에서는, 편자 타입의 AWG에 기초하여, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 도파로열에 포함된 복수의 도파로들의 길이가 조절되는 실시예를 설명한다.
도 5a 내지 5b는 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 구조를 간략하게 도시한 도면이다. 도 5a를 참고하면, 점 P(501)는 제1 자유 확산부 및 도파로열 간의 경계면인 원호 C(502)의 중심점이다. 입력 도파로를 통하여 입력된 광 신호는 점 P(501)에서 확산될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 편자 타입의 AWG에 기초한 위상 오차 보상 장치의 도파로열은, 도파로열에 포함된 복수의 도파로가 곧게 형성된 직선 구간 및 복수의 도파로가 원호의 형태로 형성된 원호 구간으로 구분될 수 있다. 도 5a를 참고하면, 점 S(503)는 도파로열에 포함된 k 번째 도파로의 직선 구간 및 원호 구간 간의 경계를 나타낸다. lk(504)는 선분 PS의 길이로써, k 번째 도파로의 직선 구간의 길이는 lk(504)에서 원호 C(502)의 반지름을 뺀 값이다.
도 5a를 참고하면, θk(506)는 선분 PS 및 선분 PW 각각이 z축과 이루는 각이며, Rk(507)는 k 번째 도파로의 원호 구간의 반지름이다. 일실시예에 따르면, k 번째 도파로의 원호 구간의 원호 B(508)의 중심각은 θk(506)로 설계될 수 있다. 점 Q는 선분 PW의 중점이며, 선분 QU(509)는 도파로열의 대칭축이다. Lg(510)는 선분 PQ의 길이이다. 점 W(505)는 제2 자유 확산부에서 점 P(501)에 대응하는 점이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 오차 보상 장치의 k 번째 도파로의 직선 구간의 길이 또는 원호 구간의 반지름의 길이가 조절됨으로써, 위상 오차가 보상될 수 있다. 보다 구체적으로, k 번째 도파로의 직선 구간의 길이 또는 원호 구간의 반지름의 길이는 k 번째 도파로의 원호 구간의 중심각에 기초하여 조절될 수 있다.
도 5a를 참고하면, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치는 선분 QU(509)를 기준으로 대칭일 수 있다. k 번째 도파로를 통과하는 광 신호의 제1 자유 확산부, 도파로열 및 제2 자유 확산부 전체에 대한 광 경로의 길이를 La(k)라 하면, 앞서 설명한 대칭성을 이용하여 La(k)를 수학식 4로 표현할 수 있다.
Figure pat00009
도 5b를 참고하면, 수학식 5의 관계가 Rk(507) 및 lk(504) 간에 성립한다.
Figure pat00010
수학식 5를 수학식 4에 대입함으로써, 수학식 6을 얻을 수 있다.
Figure pat00011
수학식 6을 참고하면, La(k)는 lk(504)에 선형적으로 비례함을 알 수 있다. 또한, La(k)는 k 번째 도파로의 원호 구간의 중심각 θk(506)에 의해 결정될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 오차 보상 장치의 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 직선 구간의 길이가 조절됨으로써, 위상 오차가 보상될 수 있다. 보다 구체적으로, k 번째 도파로의 직선 구간의 길이의 변화량을 δ(k), 위상 오차를 보상하기 위하여 조절된 k 번째 도파로의 직선 구간의 최종 길이를 La'(k)라 하자. 이 경우, 이들의 관계를 수학식 7과 같이 c(k)를 이용하여 표현할 수 있다.
Figure pat00012
수학식 6 및 수학식 7에서, La(k)를 제거함으로써, 수학식 8과 같이 c(k) 및 δ(k)간의 관계가 도출될 수 있다.
Figure pat00013
수학식 8을 참고하면, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 k 번째 도파로의 직선 구간의 길이는 수학식 2의 c(k) 및 θk(506)에 기초하여 조절될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 위상 오차 보상 장치의 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 원호 구간의 반지름의 길이가 조절됨으로써, 위상 오차가 보상될 수 있다. Lg(510) 및 θk(506)는 위상 오차를 보상하기 위하여 복수의 도파로들 길이를 조절하기 전, 후로 동일하다고 가정하자. 이 경우, k 번째 도파로의 원호 구간의 반지름 Rk(507)의 변화량을 ε(k)라 하면, 수학식 5를 수학식 9로 변환할 수 있다.
Figure pat00014
수학식 5 및 수학식 9로부터, ε(k) 및 c(k)의 관계가 수학식 10과 같이 도출될 수 있다.
Figure pat00015
수학식 10을 참고하면, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치의 k 번째 도파로의 원호 구간의 반지름의 길이는 수학식 2의 c(k) 및 θk(506)에 기초하여 조절될 수 있다.
도 6a 및 6b는 각각 종래의 AWG 및 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치에서 출력되는 광 신호의 스펙트럼을 도시한 도면이다. 도 6a 및 6b를 참고하면, 종래의 AWG 및 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치는 1540 nm 에서 1560nm 사이의 서로 다른 파장을 가지는 복수의 광 신호들을 역다중화할 수 있다.
도 6a를 참고하면, 종래의 AWG에서 출력되는 역다중화된 복수의 광 신호들의 크로스토크(crosstalk)는 -18 dB 이상이다. 이에 비하여, 도 6b를 참고하면, 일실시예에 따른 위상 오차 보상 장치를 적용한 AWG에서 출력되는 광 신호들의 크로스토크는 -20 dB 이하(일부 광 신호는 -30 dB 이하)임을 알 수 있다. 즉, 위상 오차 보상 장치는 복수의 광 신호들의 위상 오차를 보상함으로써, 위상 오차 보상 장치의 크로스토크는 종래의 AWG의 크로스토크에 비해 개선될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110 : 입력 도파로
120 : 제1 자유 확산부
130 : 도파로열
131 : 도파로
132 : 도파로
140 : 제2 자유 확산부
150 : 출력 도파로

Claims (6)

  1. 광 신호가 입력되는 입력 포트에 대응하는 입력 도파로;
    광 신호가 출력되는 출력 포트에 대응하는 출력 도파로;
    상기 입력 도파로를 통해 입력되는 광 신호가 확산되는 제1 자유 확산부;
    상기 출력 도파로를 향해 광 신호가 확산되는 제2 자유 확산부; 및
    상기 제1 자유 확산부 및 상기 제2 자유 확산부 사이에 배치되며, 상기 제1 자유 확산부를 통과한 광 신호가 상기 제2 자유 확산부를 향해 이동하도록 하는 도파로열
    을 포함하고,
    상기 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 길이는, 상기 복수의 도파로들을 통과한 상기 광 신호의 위상 오차를 보상하도록 조절되는,
    위상 오차 보상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파로열에 포함된 복수의 도파로들은,
    상기 복수의 도파로들이 곧게 형성된 직선 구간 및 상기 복수의 도파로 들이 원호의 형태로 형성된 원호 구간을 포함하는 위상 오차 보상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직선 구간의 길이는,
    상기 원호 구간의 중심각에 기초하여 조절되는 위상 오차 보상 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 원호 구간의 반지름의 길이는,
    상기 원호 구간의 중심각 및 상기 직선 구간의 길이에 기초하여 조절되는 위상 오차 보상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도파로열에 포함된 도파로의 길이는,
    상기 도파로를 통과한 광 신호의 상기 위상 오차, 파장, 및 상기 도파로의 유효 굴절율에 기초하여 조절되는 위상 오차 보상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도파로열에 포함된 복수의 도파로들 각각의 길이는,
    상기 복수의 도파로들을 통과한 상기 광 신호중에서, 위상 오차가 가장 큰 상기 광 신호에 대응하는 도파로의 위상을 기준으로 조절되는
    위상 오차 보상 장치.
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