KR20180046340A - 파장분할 다중화 장치 - Google Patents

파장분할 다중화 장치 Download PDF

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KR20180046340A
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주지호
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김경옥
박재규
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 파장분할 다중화 장치에 관한 것으로, 다중화된 광신호를 각각의 광신호로 분리하기 위한 복수의 브래그격자들을 포함하는 입력도파로 및 입력도파로와 연결되고, 복수의 브래그격자들로부터 분리된 광신호를 수신하는 복수의 출력도파로들을 포함하되, 복수의 브래그격자들은: 제 1 폭을 갖는 제 1 돌기부들을 포함하는 제 1 브래그격자; 및 제 1 폭보다 큰 제 2 폭을 갖는 제 2 돌기부들을 포함하는 제 2 브래그격자를 포함하고, 제 1 및 제 2 돌기부들의 각각은 상응하는 광신호가 입사되는 곡면 형태의 측면을 갖는 파장분할 다중화 장치가 제공된다.

Description

파장분할 다중화 장치{Wavelength division multiplexer}
본 발명은 파장분할 다중화 장치에 관한 것으로, 상세하게는 브래그 격자를 포함하는 파장분할 다중화 장치에 관한 것이다.
파장분할 다중화(WDM, wavelength division multiplexing)는 하나의 광섬유를 통해 더 많은 수의 신호를 전송하기 위한 광통신 기술이다. 파장분할 다중화 기술을 이용하면 서로 다른 여러 파장을 사용하여 광전송 장치의 용량을 사용 파장의 수만큼 더 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 신호전송 시스템의 비용 절감과 효율적인 네트워크 구축이 가능할 수 있다.
광통신 및 광 집적회로(photonic integrated circuit) 분야 등에서 광신호의 다중화(optical multiplexing) 및 역다중화(optical demultiplexing)를 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 최근 데이터 통신의 사용량이 증가하면서 파장분할 다중화장치에 대한 연구 및 개발의 필요성이 더욱 증가되는 추세이다.
현재 대표적인 파장분할 다중화 장치로는 배열격자도파로(AWG, arrayed waveguide grating), 마크젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer)를 이용한 필터, 에첼격자(Echelle grating) 등이 있다. 파장분할 다중화 장치의 응용에 있어서, 소자의 제작 가격을 가능한 낮추는 것이 중요하며, 이를 해결하기 위해서는 대량 생산이 가능한 구조를 갖는 파장분할 다중화 장치에 대한 연구가 필요하다. 또한, 광 신호의 다중화 및 역다중화가 높은 효율로 이루어 지도록 우수한 광학적 특성을 갖는 파장분할 다중화 장치에 대한 연구가 필요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제조비용이 저렴하고, 우수한 광학적 특성을 갖는 파장분할 다중화 장치를 제공하는데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 파장분할 다중화 장치는 다중화된 광신호를 각각의 광신호로 분리하기 위한 복수의 브래그격자들을 포함하는 입력도파로; 및 상기 입력도파로와 연결되고, 상기 복수의 브래그격자들로부터 분리된 광신호를 수신하는 복수의 출력도파로들을 포함하되, 상기 복수의 브래그격자들은: 제 1 폭을 갖는 제 1 돌기부들을 포함하는 제 1 브래그격자; 및 상기 제 1 폭보다 큰 제 2 폭을 갖는 제 2 돌기부들을 포함하는 제 2 브래그격자를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 돌기부들의 각각은 상응하는 광신호가 입사되는 곡면 형태의 측면을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 복수의 출력도파로들은: 상기 제 1 브래그격자로부터 반사된 제 1 파장의 광신호를 수신하기 위한 제 1 출력도파로; 및
상기 제 2 브래그격자로부터 반사된 제 2 파장의 광신호를 수신하기 위한 제 2 출력도파로를 포함하되, 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 길 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제 1 출력도파로 및 상기 제 2 출력도파로는 상기 입력도파로의 일측면에 연결되고, 상기 입력도파로의 길이 방향을 따라 순차적으로 배치되되, 상기 제 1 및 제 2 출력도파로들의 각각은 상기 입력도파로의 길이 방향과 교차하는 방향으로 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제 1 출력도파로는 상기 입력도파로의 일측면에 연결되고, 상기 제 2 출력도파로는 상기 일측에 대향하는 상기 입력도파로의 타측면에 연결되되, 상기 제 1 및 제 2 출력도파로들의 각각은 상기 입력도파로의 길이 방향과 교차할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제 1 돌기부의 곡면 형태의 측면은 평면적 관점에서 상기 입력도파로의 타측면보다 상기 입력도파로의 일측면에 인접한 곡률중심을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제 1 브래그격자는 서로 인접한 상기 제 1 돌기부들 사이에 배치되는 제 1 물질부를 더 포함하되, 상기 제 1 물질부의 굴절률은 상기 제 1 돌기부의 굴절률보다 작을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제 1 물질부의 폭은 상기 제 1 돌기부의 상기 제 1 폭과 동일할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제 2 브래그격자는 서로 인접한 상기 제 2 돌기부들 사이에 배치되는 제 2 물질부를 더 포함하되, 상기 제 2 물질부의 굴절률은 상기 제 2 돌기부의 굴절률보다 작을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제 2 브래그격자는 상기 제 1 브래그격자로부터 상기 입력도파로의 길이 방향으로 이격될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 제 2 출력도파로는 상기 제 1 브래그격자 및 상기 제 2 브래그격자 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실시예들에 따르면, 기판; 및 기판 상의 클래딩층을 더 포함하되, 상기 입력도파로들 및 상기 출력도파로들은 상기 클래딩층 상에 배치되고, 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부는 상기 클래딩층의 상면과 접할 수 있다..
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 클래딩층은 하부클래딩층이고, 상기 입력도파로들 및 상기 출력도파로들을 덮는 상부 클래딩층을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 입력도파로는; 상기 다중화된 광신호를 입력받는 입력부 및 상기 입력부보다 폭이 넓은 평판도파로부를 더 포함하되, 상기 입력부는 상기 평판도파로부의 일단에 연결되고, 상기 제 1 브래그격자 및 상기 제 2 브래그격자는 상기 평판도파로 내에 배치되어, 상기 입력도파로의 길이방향으로 배열될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 평면적 관점에서, 상기 평판도파로부의 폭은 상기 입력부와 멀어질수록 넓어질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 복수의 출력도파로들은 상기 평판도파로의 상기 일단에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 입력도파로 내에 브래그격자들이 일 방향으로 배치되고, 각각의 브래그격자들은 서로 다른 파장의 광신호를 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 높은 광 효율로 다중화 동작 및 역 다중화 동작을 수행할 수 있는 파장분할 다중화 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 브래그격자들의 일 측면이 평면적 관점에서 곡선의 형태를 가짐에 따라 입력도파로로 입력된 광신호가 단일모드를 유지한 채로 출력도파로로 출력될 수 있다. 이에 따라, 다중화 및 역다중화 동작에 광 손실이 감소될 수 있고 높은 소광비를 가질 수 있는 파장분할 다중화 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 파장분할 다중화 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 I-I'에 대응하는 단면도들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 장치를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 7은 도 2의 II-II'에 대응하는 단면도이다.
도 8 내지 도 10는 도 7의 R1 및 R2 부분에 대응하는 단면도들이다.
도 11 및 도 12은 도 5의 A 부분에 대응하는 확대도들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
이하 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 파장분할 다중화 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 파장분할 다중화 시스템을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 파장분할 다중화 시스템은 파장분할 다중화 장치(1), 광섬유(11) 및 다수의 트랜스폰더들(12, transponder)을 포함할 수 있다. 파장분할 다중화 장치(1)는 광 다중화 장치(optical multiplexer) 및/또는 광 역다중화 장치(optical demultiplexer)일 수 있다. 트랜스폰더들(12)은 광신호와 전기신호 간의 변환을 수행하는 송신 및/또는 수신 장치일 수 있다.
광섬유(11) 및 다수의 트랜스폰더들(12)이 파장분할 다중화 장치(1)에 연결될 수 있다. 파장분할 다중화 장치(1)는 광 다중화 동작 또는 광 역다중화 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 광 다중화 동작의 경우, 각각의 파장을 갖는 다수의 광신호들이 트랜스폰더들(12)에서 파장분할 다중화 장치(1)로 입력될 수 있다. 파장분할 다중화 장치로 입력된 다수의 광신호들은 파장 분할 다중화 장치(1) 내에서 다수의 파장을 포함하는 광신호로 다중화되어 광섬유(11)로 출력될 수 있다.
반대로, 역 다중화 동작의 경우, 다수의 파장을 포함하는 광신호가 광섬유(11)에서 파장분할 다중화 장치(1)로 입력될 수 있다. 파장분할 다중화 장치(1)로 입력된 다중화된 광신호는 파장분할 다중화 장치(1) 내에서 각각 다른 파장을 갖는 광신호들로 역 다중화되어 트랜스폰더들(12)로 입력될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 3 및 도 4는 도 2의 I-I'에 대응하는 단면도들이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 장치를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 파장분할 다중화 장치(1)는 기판(10), 하부클래딩층(20), 입력도파로(100) 및 다수의 출력도파로들(200, 300)을 포함할 수 있다. 기판(10)은 반도체 기판일 수 있다. 예컨대, 기판(10)은 실리콘(silicon)을 포함할 수 있다. 기판(10)은 평탄면을 제공할 수 있다. 하부클래딩층(20)이 기판(10)의 평탄면 상에 배치될 수 있다. 하부클래딩층(20)은 실리콘 산화막(SiO2)을 포함할 수 있다.
하부클래딩층(20) 상에 입력도파로(100) 및 다수의 출력도파로들(200, 300)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 입력도파로(100) 및 다수의 출력도파로들(200, 300)은 상면 및 측면들이 노출될 수 있다. 입력도파로(100) 및 다수의 출력도파로들은, 도 3에 도시된 바와 같이, 리지 도파로(Ridge waveguide)의 형태를 가질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 입력도파로(100) 및 다수의 출력도파로들(200, 300)은 채널도파로(channel Waveguide)의 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 상부클래딩층(30)이 하부클래딩층(20) 상에 배치될 수 있다. 상부클래딩층(30)은 입력도파로(100) 및 다수의 출력도파로들(200, 300)의 측면들 및 상면을 덮을 수 있다. 상부 클래딩층(30)은 하부클래딩층(20)과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 입력도파로(100) 일정한 폭과 높이를 유지하며 제 1 방향(D1)으로 연장될 수 있다. 제 1 방향(D1)은 입력도파로(100)의 길이방향일 수 있다. 입력도파로(100)는 실리콘(silicon), 실리콘 산화막(silicon oxide), 실리콘 질화막(silicon nitride), 실리콘 산-질화막(Silicon oxi-nitride) 및 탄탈륨 산화막(Ta2O5)을 포함할 수 있다. 입력도파로(100)는 하부클래딩층(20)보다 굴절률이 높을 수 있다. 입력도파로(100)는 외부로부터 다중화된 광 신호를 입력받을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다수의 출력도파로들이 입력도파로(100)의 제 1 측면(100a)에 배치될 수 있다. 예컨대, 입력도파로가 n개의 파장을 포함하는 광신호를 수신하는 경우, 입력도파로(100)의 측면에는 n개의 출력도파로가 배치될 수 있다. 보다 간결한 설명을 위하여, n개의 출력도파로들 중 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)만을 도시하여 본 발명의 실시예들을 서술한다.
예컨대, 다수의 출력도파로들 중 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)가 입력도파로(100)의 제 1 측면(100a)에 배치될 수 있다. 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)는 입력도파로(100)와 소정의 각도를 이루며 비스듬하게 결합될 수 있다. 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)는 입력도파로(100)와 일체를 이룰 수 있다. 입력도파로, 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)는 동일한 높이를 가질 수 있다. 예컨대, 입력도파로(100), 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)는 하나의 마스크 패턴을 이용한 식각공정에 의해 형성된 것일 수 있다
다른 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 다수의 출력도파로들 중 일부는 입력도파로(100)의 제 1 측면(100a)에 배치될 수 있고, 다수의 출력 도파로들 중 다른 일부는 입력도파로(100)의 제 2 측면(100b)에 배치될 수 있다. 예컨대, 제 1 출력도파로(200)는 입력도파로(100)의 제 1 측면(100a)에 배치될 수 있고, 제 2 출력도파로(300)는 입력도파로(100)의 제 2 측면(100b)에 배치될 수 있다. 이와반대로, 제 1 출력도파로(200)가 입력도파로(100)의 제 2 측면(100b)에 배치될 수 있고, 제 2 출력도파로(300)가 입력도파로(100)의 제 1 측면(100a)에 배치될 수도 있다.
다수의 출력도파로들이 입력도파로의 제 1 측면(100a) 및 제 2 측면(200b)에 나뉘어 배치됨으로서 출력도파로들 간의 간격이 넓어질 수 있고, 출력도파로들 내의 광학적 노이즈가 감소될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 입력도파로(100)는 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)를 포함할 수 있다. 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)는 제 1 방향(D1)으로 배열될 수 있다. 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)는 서로 이격될 수 있다. 예컨대, 제 1 브래그격자(120)는 입력도파로(100) 내부에서 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 브래그격자(140)는 제 2 출력도파로(300)의 후단에 배치될 수 있다. 구체적으로 제 1 브래그격자(120)는 제 1 파장(λ1)의 광신호를 제 1 출력도파로(200)로 출력할 수 있도록 제 1 출력도파로(200)와 인접하게 배치될 수 있다. 제 2 브래그격자(140)는 제 2 파장(λ2)의 광신호를 제 2 출력도파로(200)로 출력할 수 있도록 제 2 출력도파로(300)와 인접하게 배치될 수 있다. 이하 도 7 내지 도 12를 참조하여 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)의 구조를 상세히 설명한다.
도 7은 도 2의 II-II'에 대응하는 단면도이다. 도 8 내지 도 10는 도 7의 R1 및 R2 부분에 대응하는 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 파장분할 다중화 장치(1)는 제 1 반사영역(R1) 및 제 2 반사영역(R2)을 포함할 수 있다. 제 1 반사영역(R1)은 제 1 파장(λ1)의 광신호를 반사하고 제 2 파장(λ2)의 광신호를 투과시키기 위한 영역일 수 있다. 제 2 반사영역(R2)은 제 1 파장(λ2)의 광신호를 반사하기 위한 영역일 수 있다.
도 8을 참조하면, 제 1 반사영역(R1) 내에 제 1 브래그격자(120)가 배치될 수 있다. 제 2 반사영역(R2) 내에 제 2 브래그격자(140)가 배치될 수 있다. 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)의 각각은 굴절률이 서로 다른 두 종류 이상의 물질이 교번적으로 배열된 형태일 수 있다.
제 1 브래그격자(120)는 제 1 돌기부들(122) 및 제 1 함몰부들(124)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 돌기부들(122) 및 제 1 함몰부(124)가 교번적으로 배열되어 제 1 브래그격자(120)를 구성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 브래그격자(120)는 30 내지 50개의 제 1 돌기부(122)를 포함할 수 있다. 제 1 돌기부(122)는 일정한 폭(W1)을 갖고, 기판(10)의 상면에 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 제 1 함몰부(124)가 제 1 돌기부들(122) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 함몰부(124)는 홈 또는 트랜치의 형태일 수 있다. 제 1 돌기부들(122)은 서로 제 1 거리(L1)만큼 이격될 수 있다. 즉 제 1 함몰부(124)는 제 1 거리(L1)와 동일한 폭을 가질 수 있다. 예컨대, 제 1 함몰부(124)는 입력도파로(100)의 일부를 식각하여 형성한 것일 수 있다. 제 1 브래그격자(120)는 제 1 파장(λ1)의 광을 반사시키는 거울로 기능할 수 있다.
제 1 브래그격자(120)가 제 1 파장(λ1)의 광을 반사시키는 거울로 기능하기 위해서, 제 1 돌기부(122)의 폭(W1)은 아래와 같은 수식에 의해 산출될 수 있다.
<수학식1>
W=λ/4*Nmaterial*cos(θ)
수학식 1에서 W는 돌기부의 폭이고, Nmaterial은 돌기부의 굴절률이고, θ는 브래그격자와 브래그격자에 입력되는 광신호의 사이의 각도일 수 있다. 브래그격자의 반사율과 소광비를 높이기 위하여 수학식 1에 소정의 상수들이 추가될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 돌기부들(122) 간의 거리인 제 1 거리(L1)는 제 1 돌기부(122)의 폭(W1)과 같을 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 제 1 거리(L1)는 제 1 브래그격자들(120)의 반사율과 소광비를 높이기 위하여 적절히 조절될 수 있다.
제 2 브래그격자(140)가 입력도파로(100) 내에 배치될 수 있다. 제 2 브래그격자(140)는 입력도파로(100)의 제 2 반사영역(R2) 내에 배치될 수 있다. 설명의 간소화를 위해 제 1 브래그격자(120)와 동일/유사한 구성의 상세한 설명은 생략한다. 제 2 브래그격자(140)는 제 2 돌기부(142) 및 제 2 함몰부(144)를 포함할 수 있다. 즉, 제 2 돌기부들(142) 및 제 2 함몰부(144)는 교번적으로 배열되어 제 2 브래그격자(140)를 구성할 수 있다.
제 2 브래그격자(140)는 제 2 파장(λ2)의 광을 반사시키는 거울로 기능할 수 있다. 제 2 돌기부(142)의 폭(W2)은 제 1 돌기부(122)의 폭(W1) 보다 클 수 있다. 예컨대, 제 2 돌기부(142)의 폭(W2)은 수학식 1에 의해 산출될 수 있다. 제 2 돌기부들(142)간의 거리인 제 2 거리(L2)는 제 2 돌기부(142)의 폭(W2)과 같을 수 있다. 예컨대, 제 2 거리(L2)는 제 1 거리(L1)보다 클 수 있다.
입력도파로 내에 일 방향으로 배치된 브래그 격자들이 서로 다른 폭을 갖는 돌기부들을 포함함으로서, 각각의 브래그 격자들은 서로 다른 파장의 광신호를 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 높은 광 효율로 역 다중화 동작을 수행할 수 있는 파장분할 다중화 장치가 제공될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 물질부(130)가 제 1 함몰부(124) 및 제 2 함몰부(144)의 내부에 배치될 수 있다. 즉, 제 1 물질부(130) 및 제 1 돌기부(122)가 교번적으로 배열되어 제 1 브래그격자(120)를 구성할 수 있다. 제 1 물질부(130) 및 제 2 돌기부(142)가 교번적으로 배열되어 제 2 브래그격자(140)를 구성할 수 있다. 제 1 물질부(130)는 제 1 돌기부(122) 보다 굴절률이 작은 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 제 1 물질부(130)는 실리콘(silicon), 실리콘 산화막(silicon oxide), 실리콘 질화막(silicon nitride), 실리콘 산-질화막(silicon oxi-nitride) 및 탄탈륨 산화막(Ta2O5) 중 제 1 돌기부(122) 보다 굴절률이 작은 물질을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1 함몰부(124) 및 제 2 함몰부(144)는 입력도파로(100)를 완전히 관통할 수 있다. 제 1 함몰부(124) 및 제 2 함몰부(144)는 하부클래딩층(20)의 상면을 노출할 수 있다. 즉, 하부클래딩층(20)의 일부가 제 1 브래그격자들(120) 및 제 2 브래그격자들(140)에 의해 노출될 수 있다. 제 1 돌기부(122)는 클래딩층(20)의 상면과 접할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 도 9을 참조하여 설명한 바와 같이 제 1 물질부(130)가 제 1 함몰부(124) 및 제 2 함몰부(144)의 내부에 배치될수도 있다. 이 경우, 제 1 물질부(130)는 하부클래딩층(20)과 접할 수 있다.
도 11 및 도 12은 도 5의 A 부분에 대응하는 확대도이다.
도 11을 참조하면, 제 1 브래그격자(120)는 평면적 관점에서 일 측면이 곡선의 형태를 가질 수 있다. 구체적으로, 제 1 브래그격자(120)는 일 측면이 곡선의 형태를 갖는 돌기부들 및 함몰부들을 포함할 수 있다. 상기 곡선의 곡률 중심(center of curvature, C1)은 입력도파로(100)의 제 2 측면(100b)보다 제 1 측면(100a)에 가까울 수 있다. 곡률 중심(center of curvature)은 곡선상의 한 점에서 그 법선 방향으로 곡률 반경과 같은 거리에 있는 점을 의미할 수 있다. 제 1 브래그격자(120)는 제 1 파장(λ1)의 광을 반사시키고, 집광하여 제 1 출력도파로(200)를 향하여 출력할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 브래그격자(120)는 일 측면이 사선의 형태를 포함하는 돌기부들을 포함할 수 있다 즉, 도 11을 참조하여 설명한 것과 달리, 제 1 브래그격자들(120)의 돌기부들은 직선의 형태로 제공되어, 제 1 방향(D1)과 비스듬하게 배치될 수 있다. 제 1 브래그격자(120)는 제 1 파장(λ1)의 광을 반사시켜 제 1 출력도파로(200)를 향하여 출력할 수 있다. 제 1 브래그격자(120)는 제 1 방향(D1)으로 진행하는 제 1 파장(λ1)을 갖는 광신호를 반사하여 제 1 출력도파로(200)에 입력할 수 있도록 제 1 방향(D1)과 소정의 각도(θ1)를 이루도록 배치될 수 있다. 제 1 브래그격자(120)는 제 1 파장을 갖는 광신호를 입력도파로(100)의 길이방향과 비스듬하게 반사할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 파장분할 다중화 장치(1)는 역다중화(demultiplexing) 동작을 수행할 수 있다. 다수의 파장을 포함하는 다중화된 광신호가 입력도파로(100) 입력될 수 있다. 다중화된 광신호는 입력도파로(100)의 내부에서 제 1 방향(D1)으로 진행할 수 있다. 다중화된 광신호 중 제 1 파장(λ1)을 포함하는 광신호가 제 1 브래그격자(120)에 의해 선택적으로 반사될 수 있다. 반사된 제 1 파장(λ1)을 포함하는 광신호는 제 1 출력도파로(200)를 향하여 출력될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 브래그격자(120)가 평면적 관점에서 곡선의 형태를 포함하는 경우, 제 1 파장(λ1)을 포함하는 광신호는 싱글모드(single-mode)로 제 1 출력도파로(200)에 입력될 수 있다. 즉, 제 1 브래그격자(120)가 소정의 곡률을 갖는 오목거울 형태로 제공되는 경우, 멀티모드(multi-mode)의 발생이 억제될 수 있다.
제 1 파장(λ1)을 포함하는 광신호를 제외한 다중화된 광신호들은 제 1 브래그격자(120)를 투과할 수 있다. 제 1 브래그격자(120)를 투과한 다중화된 광신호 중 제 2 파장(λ2)을 포함하는 광신호가 제 2 브래그격자(140)에 의해 선택적으로 반사될 수 있다. 반사된 제 2 파장(λ2)을 포함하는 광신호는 제 2 출력도파로(300)를 향하여 출력될 수 있다. 제 1 파장(λ1)을 포함하는 광신호는 제 1 출력도파로(200)에 입력될 수 있다. 도 5에 도시된 것과 달리, 파장분할 다중화 장치(1)는 제 2 브래그격자(140)의 후단에 n개의 브래그격자들 및 n개의 출력도파로들을 더 포함할 수 있다. 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)를 통과한 다중화된 광신호는 제 2 브래그격자(140)의 후단에 배치된 브래그격자(미도시)에 의해 반사될 수 있다. 반사된 광신호는 후단에 배치된 출력도파로(미도시)로 입력될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 파장분할 다중화 장치(1)는 다중화(multiplexing) 동작을 수행할 수 있다. 제 1 파장(λ1)을 갖는 광신호가 제 1 출력도파로(200)로 입력될 수 있다. 제 2 파장(λ2)을 갖는 광신호가 제 2 출력도파로(300)로 입력될 수 있다. 제 1 파장(λ1)을 갖는 광신호가 제 1 브래그격자(120)에 의해 반사되어 제 1 방향(D1)의 반대방향으로 진행할 수 있다. 제 2 파장(λ2)을 갖는 광신호가 제 2 브래그격자(140)에 의해 반사되어 제 1 방향(D1)의 반대방향으로 진행할 수 있다. 제 2 파장(λ2)을 갖는 광신호가 제 1 브래그격자(120)를 통과할 수 있다. 제 1 파장(λ1)을 갖는 광신호 및 제 2 파장(λ2)을 갖는 광신호는 서로 간섭되지 않도록 결합되어 파장분할 다중화 장치(1)의 외부의 단일 광섬유(미도시)로 출력될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 장치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장분할 다중화 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
설명의 간소화를 위해 중복되는 구성의 상세한 설명은 생략하고, 도 2 내지 도 12를 참조하여 설명한 파장분할 장치와의 차이점을 위주로 설명한다.
도 13및 도 14를 참조하면, 파장분할 다중화 장치(1)는 입력도파로(100), 및 다수의 출력도파로들(200, 300)를 포함할 수 있다. 입력도파로(100)가 하부클래딩층(20) 상에 배치될 수 있다. 입력도파로(100)는 입력부(102) 및 평판도파로부(104)를 포함할 수 있다. 입력부(102)는 일정한 폭과 높이를 갖고 제 1 방향(D1)과 평행하게 연장될 수 있다.
입력부(102)의 일단에 평판도파로부(104)가 배치될 수 있다. 평판도파로부(104)의 폭은 입력부(102)와 멀어질수록 증가할 수 있다. 구체적으로, 평판도파로부(104)의 제 1 측면(100a)은 제 1 방향(D1)과 평행할 수 있다. 즉, 평판도파로부(104)의 제 1 측면(100a)은 입력부(102)와 평행할 수 있다. 평판도파로부(104)의 제 2 측면(100b)은 제 1 방향(D1) 및 입력부(102)와 비스듬할 수 있다. 평면적 관점에서, 평판도파로부(104)는 입력부(102)와 인접한 일면이 상기 일면과 타면과 평행한 사다리꼴의 형태로 제공될 수 있다. 평판도파로부(104)의 높이는 일정할 수 있다. 입력부(102) 및 평판도파로부(104)는 도 2 를 참조하여 설명한 입력도파로(100)와 동일한 물질을 포함할 수 있다.
평판도파로부(104)는 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)를 포함할 수 있다. 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)는 평판도파로부(104) 내에서 제 1 방향(D1)으로 배열될 수 있다. 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)는 서로 이격될 수 있다. 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)간의 거리는 도 2를 참조하여 설명한 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)간의 거리보다 작을 수 있다.
제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)는 평면적 관점에서 일측면이 곡선의 형태를 가질 수 있다. 구체적으로 제 1 브래그격자(120) 및 제 2 브래그격자(140)는 일 측면이 곡선의 형태를 갖는 돌기부들 및 함몰부들을 포함할 수 있다. 상기 곡선의 곡률 중심(C1)은 평판도파로부(104)의 제 2 측면(100b)보다 평판도파로부(104)의 제 1 측면(100a)에 인접할 수 있다.
제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)가 입력도파로(100)의 일면 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)는 평판도파로부(104)의 일면에 상에 제 1 방향과 비스듬하게 배치될 수 있다. 예컨대, 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)는 평판도파로부(104)의 제 2 측면(100b)과 평행할 수 있다. 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)는 입력부(102)에 비하여 평판도파로부(104)의 제 1 측면(100a)과 가까울 수 있다.
제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)는 평판도파로부(104)와 접할 수 있다. 평판도파로부(104)와 접하는 제 1 출력도파로(200) 및 제 2 출력도파로(300)의 일단들은 평판도파로부(104)와 접하는 입력부(102)의 일단과 동일한 평면상에 배치될 수 있다. 입력도파로(100) 및 출력도파로들(200, 300)의 높이는 동일할 수 있다. 입력도파로(100) 및 출력도파로들(200, 300)는 서로 연결되어 일체를 이룰 수 있다. 예컨대, 입력도파로(100) 및 출력도파로들(200, 300)은 동일한 식각공정에 의해 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 파장분할 다중화 장치는 특정 파장의 광신호를 반사시킬 수 있는 브래그격자를 포함함에 따라 다중화 및 역다중화 동작에 따른 광 결합에 따른 광 손실이 감소될 수 있고 높은 소광비를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 파장분할 다중화 장치는 평면적 관점에서 곡선의 형태를 포함하는 브래그격자를 포함함에 따라 입력도파로로 입력된 광신호가 단일모드를 유지한 채로 출력도파로로 출력될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 파장분할 다중화 장치는 입력도파로 및 출력도파로가 서로 연결되어 일체를 이룰수 있다. 이에 따라 제조비용이 저렴하고, 대량생산이 가능한 파장분할 다중화 장치가 제공될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (15)

  1. 다중화된 광신호를 각각의 광신호로 분리하기 위한 복수의 브래그격자들을 포함하는 입력도파로; 및
    상기 입력도파로와 연결되고, 상기 복수의 브래그격자들로부터 분리된 광신호를 수신하는 복수의 출력도파로들을 포함하되,
    상기 복수의 브래그격자들은:
    제 1 폭을 갖는 제 1 돌기부들을 포함하는 제 1 브래그격자; 및
    상기 제 1 폭보다 큰 제 2 폭을 갖는 제 2 돌기부들을 포함하는 제 2 브래그격자를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 돌기부들의 각각은 상응하는 광신호가 입사되는 곡면 형태의 측면을 갖는 파장분할 다중화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 출력도파로들은:
    상기 제 1 브래그격자로부터 반사된 제 1 파장의 광신호를 수신하기 위한 제 1 출력도파로; 및
    상기 제 2 브래그격자로부터 반사된 제 2 파장의 광신호를 수신하기 위한 제 2 출력도파로를 포함하되,
    상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 긴 파장분할 다중화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 출력도파로 및 상기 제 2 출력도파로는 상기 입력도파로의 일측면에 연결되고, 상기 입력도파로의 길이 방향을 따라 순차적으로 배치되되,
    상기 제 1 및 제 2 출력도파로들의 각각은 상기 입력도파로의 길이 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 파장분할 다중화 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 출력도파로는 상기 입력도파로의 일측면에 연결되고, 상기 제 2 출력도파로는 상기 일측에 대향하는 상기 입력도파로의 타측면에 연결되되,
    상기 제 1 및 제 2 출력도파로들의 각각은 상기 입력도파로의 길이 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 파장분할 다중화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 돌기부의 곡면 형태의 측면은 평면적 관점에서 상기 입력도파로의 타측면보다 상기 입력도파로의 일측면에 인접한 곡률중심을 갖는 파장분할 다중화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 브래그격자는 서로 인접한 상기 제 1 돌기부들 사이에 배치되는 제 1 물질부를 더 포함하되,
    상기 제 1 물질부의 굴절률은 상기 제 1 돌기부의 굴절률보다 작은 파장분할 다중화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 물질부의 폭은 상기 제 1 돌기부의 상기 제 1 폭과 동일한 파장분할 다중화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 브래그격자는 서로 인접한 상기 제 2 돌기부들 사이에 배치되는 제 2 물질부를 더 포함하되,
    상기 제 2 물질부의 굴절률은 상기 제 2 돌기부의 굴절률보다 작은 파장분할 다중화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 브래그격자는 상기 제 1 브래그격자로부터 상기 입력도파로의 길이 방향으로 이격되는 파장분할 다중화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 출력도파로는 상기 제 1 브래그격자 및 상기 제 2 브래그격자 사이에 배치되는 파장분할 다중화 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    기판; 및
    기판 상의 클래딩층을 더 포함하되,
    상기 입력도파로들 및 상기 출력도파로들은 상기 클래딩층 상에 배치되고,
    상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부는 상기 클래딩층의 상면과 접하는 파장분할 다중화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 클래딩층은 하부클래딩층이고,
    상기 입력도파로들 및 상기 출력도파로들을 덮는 상부 클래딩층을 더 포함하는 파장분할 다중화 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력도파로는;
    상기 다중화된 광신호를 입력받는 입력부 및 상기 입력부보다 폭이 넓은 평판도파로부를 더 포함하되,
    상기 입력부는 상기 평판도파로부의 일단에 연결되고,
    상기 제 1 브래그격자 및 상기 제 2 브래그격자는 상기 평판도파로 내에 배치되어, 상기 입력도파로의 길이방향으로 배열되는 파장분할 다중화 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    평면적 관점에서, 상기 평판도파로부의 폭은 상기 입력부와 멀어질수록 넓어지는 파장분할 다중화 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 출력도파로들은 상기 평판도파로의 상기 일단에 연결되는 파장분할 다중화 장치.
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