KR20220164964A - 편광 회전 반사기 - Google Patents

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KR20220164964A
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최중선
윤천주
강수민
고영호
김갑중
김민철
백주희
임경천
최병석
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 50:50의 분배비를 갖는 광 커플러, 상기 광 커플러의 일 단부와 연결되는 제1 및 제2 입력 광 도파로들, 상기 광 커플러의 타 단부와 연결되는 제1 및 제2 연결 광 도파로들, 및 상기 제1 및 제2 연결 광 도파로들과 연결되는 루프형 광 도파로를 포함하되, 상기 루프형 광 도파로는 중심을 관통하는 코어부, 상기 코어부의 양 측에 인접한 응력 부여부들 및 상기 코어부와 상기 응력 부여부들을 둘러싸는 클래딩부를 포함하고, 상기 루프형 광 도파로의 제1 단부의 단면은 상기 루프형 광 도파로의 제2 단부의 단면을 90도만큼 회전시킨 형상을 갖는 편광 회전 반사기 및 이를 포함하는 편광 무의존 간섭계를 개시한다.

Description

편광 회전 반사기{POLARIZATION ROTATING REFLECTOR}
본 발명은 편광 회전 반사기에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 간단한 구조로 입사광의 편광을 90도 회전시켜 반사하는 편광 회전 반사기 및 이를 포함하는 편광 무의존 간섭계에 대한 것이다.
정보화 사회에서 컴퓨터와 인터넷 기술의 급속한 발달로 인해 다양한 형태의 대용량 정보들을 빠르게 처리해야 하는 기술이 요구되고 있다. 구리 배선을 기본으로 하여 전자기술에 의존하는 기존 기술은 전송량과 그 속도에서 한계를 나타내고 있다. 초고속 정보 통신 사회의 요구에 부응하기 위해서는 대규모의 정보용량을 수용하는 광통신 기술의 개발이 필수적이다.
광통신 기술 개발을 위해, 자기 광학 패러데이 효과(magneto-optic Faraday effect)를 이용하여 입사광의 편광을 회전시켜 반사하는 패러데이 거울(Faraday mirror)과 달리, 자기 광학 물질 및 자석 없이 편광 상태를 변화시키는 광 소자에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 간단한 구조로 입사광의 편광을 90도 회전시켜 반사하는 편광 회전 반사기 및 이를 포함하는 편광 무의존 간섭계를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 편광 회전 반사기는 50:50의 분배비를 갖는 광 커플러, 상기 광 커플러의 일 단부와 연결되는 제1 및 제2 입력 광 도파로들, 상기 광 커플러의 타 단부와 연결되는 제1 및 제2 연결 광 도파로들, 및 상기 제1 및 제2 연결 광 도파로들과 연결되는 루프형 광 도파로를 포함하되, 상기 루프형 광 도파로는 중심을 관통하는 코어부, 상기 코어부의 양 측에 인접한 응력 부여부들 및 상기 코어부와 상기 응력 부여부들을 둘러싸는 클래딩부를 포함하고, 상기 루프형 광 도파로의 제1 단부의 단면은 상기 루프형 광 도파로의 제2 단부의 단면을 90도만큼 회전시킨 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 편광 회전 반사기는 간단한 구조로 입사광의 편광을 90도 회전시켜 반사할 수 있고, 저비용으로 제작 가능하여 편광 무의존 간섭계에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기의 구조 및 단면을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 및 도 4a는 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 4b는 도 4a를 Ⅰ-Ⅰ' 선으로 자른 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기를 포함하는 편광 무의존 간섭계를 설명하기 위한 평면도들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 명세서에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
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.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 영역, 개념 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 개념이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 개념을 다른 영역 또는 개념과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서 제1 부분으로 언급된 부분이 다른 실시예에서는 제2 부분으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 펄스 레이저 장치의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기의 구조 및 단면을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 편광 회전 반사기는 제1 입력 광 도파로(110), 제2 입력 광 도파로(120), 광 커플러(200), 제1 연결 광 도파로(310), 제2 연결 광 도파로(320) 및 루프형 광 도파로(500)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 입력 광 도파로들(110, 120)은 광 커플러(200)의 일 단부와 연결될 수 있고, 제1 및 제2 연결 광 도파로들(310, 320) 각각의 일 단부는 광 커플러(200)의 타 단부와 연결될 수 있다. 제1 및 제2 연결 광 도파로들(310, 320) 각각의 타 단부는 루프형 광 도파로(500)의 제1 및 제2 단부들(EP1, EP2) 중 어느 하나와 연결될 수 있다. 광 커플러(200)는, 예를 들어, 50:50의 분배비를 갖는 DC(directional coupler) 또는 2X2 MMI(multi-mode interference device)일 수 있다.
제1 및 제2 입력 광 도파로들(110, 120), 제1 및 제2 연결 광 도파로들(310, 320) 및 루프형 광 도파로(500)는, 예를 들어, 광섬유들일 수 있다. 루프형 광 도파로(500)는, 도 2를 참조하면, 중심을 관통하는 코어부(CR), 코어부(CR)의 양 측에 인접한 응력 부여부들(stress applying part; SAP) 및 코어부(CR)와 응력 부여부들(SAP)을 둘러싸는 클래딩부(CL)를 포함하는 편광 유지 광섬유(polarization maintaining fiber; PMF)가 90도만큼 비틀어진(twisted) 것일 수 있다.
편광 유지 광섬유(PMF)란, 코어부(CR)를 진행하는 광의 편광 성분에 따라서 유효 굴절률이 다른, 복굴절(birefringence)을 갖는 광섬유이다. 이러한 복굴절에 의하여 입사광은 편광 성분에 따라서 서로 다른 전파 특성을 갖게 되어 두 편광 간의 에너지 교환이 억제된다. 따라서, 입사광이 진행하더라도 처음의 편광 상태를 그대로 유지하게 된다. 편광 유지 광섬유(PMF)는 코어부(CR)의 중심을 지나는 고속축(fast axis; FA) 및 저속축(slow axis; SA)을 갖는다. 편광 유지 광섬유(PMF)의 응력 부여부들(SAP)은 저속축(SA) 상에서 고속축(FA)을 기준으로 대칭적으로 제공된다.
루프형 광 도파로(500)의 제1 단면(CS1)은 지면과 나란한 고속축(FA) 및 지면에 수직한 저속축(SA)을 가질 수 있다. 루프형 광 도파로(500)의 제2 단면(CS2)은 지면과 나란한 저속축(SA) 및 지면에 수직한 고속축(FA)을 가질 수 있다. 다시 말하면, 루프형 광 도파로(500)의 제2 단면(CS2)은 제1 단면(CS1)을 90도만큼 회전시킨 형상을 가질 수 있다. 또한, 다시 말하면, 제1 단면(CS1)의 저속축(SA)은 제2 단면(CS2)의 저속축(SA)과 직교할 수 있고, 제1 단면(CS1)의 고속축(FA)은 제2 단면(CS2)의 고속축(FA)과 직교할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 루프형 광 도파로(500)의 제1 단부(EP1)의 단면은 제1 단면(CS1)과 같을 수 있고, 루프형 광 도파로(500)의 제2 단부(EP2)의 단면은 제2 단면(CS2)과 같을 수 있다. 루프형 광 도파로(500)의 길이(L)는 하기 [수학식 1]에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
이때, λ는 편광 회전 반사기로 입사되는 광의 파장이고, ns는 제1 연결 광 도파로(310)를 통해 제1 단부(EP1)로 입사되어 시계 방향으로 회전한 후 제2 단부(EP2)에 도착하는 광이 겪는 모드 굴절률이고, nf는 제2 연결 광 도파로(320)를 통해 제2 단부(EP2)로 입사되어 반시계 방향으로 회전한 후 제1 단부(EP1)에 도착하는 광이 겪는 모드 굴절률이며, i는 정수(integer)이다.
제1 연결 광 도파로(310)를 통해 제1 단부(EP1)로 입사되어 시계 방향으로 회전한 후 제2 단부(EP2)에 도착하는 광 및 제2 연결 광 도파로(320)를 통해 제2 단부(EP2)로 입사되어 반시계 방향으로 회전한 후 제1 단부(EP1)에 도착하는 광은 각각 처음의 편광 상태에서 90도 회전한 편광 상태가 될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기를 설명하기 위한 평면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1 및 도 2를 참조한 것과 실질적으로 동일한 사항에 대한 설명은 생략하고 차이점에 대하여 상세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 루프형 광 도파로(500)의 제1 및 제2 단부들(EP1, EP2) 각각은 제1 입력 광 도파로(110), 제2 입력 광 도파로(120), 광 커플러(200), 제1 연결 광 도파로(310) 및 제2 연결 광 도파로(320)를 포함하는 광섬유 링크(10)와 연결 및 결합될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기를 설명하기 위한 평면도이다. 도 4b는 도 4a를 Ⅰ-Ⅰ' 선으로 자른 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1 및 도 2를 참조한 것과 실질적으로 동일한 사항에 대한 설명은 생략하고 차이점에 대하여 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 루프형 광 도파로(500)의 제1 및 제2 단부들(EP1, EP2) 각각은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 나란하고 제3 방향(D3)과 직교하는 상면을 갖는 기판(100) 상에 집적된 제1 입력 광 도파로(110), 제2 입력 광 도파로(120), 광 커플러(200), 제1 연결 광 도파로(310) 및 제2 연결 광 도파로(320)를 포함하는 광집적회로 칩(20)과 연결 및 결합될 수 있다. 제1 방향(D1), 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)은, 예를 들어, 서로 직교하는 방향들일 수 있다.
이때, 제1 입력 광 도파로(110), 제2 입력 광 도파로(120), 광 커플러(200), 제1 연결 광 도파로(310) 및 제2 연결 광 도파로(320)는, 예를 들어, 기판(20) 상에 제공되는 실리콘 광 도파로들일 수 있다. 루프형 광 도파로(500)의 제1 및 제2 단부들(EP1, EP2)은, 예를 들어, V-그루브 블록(400)을 통해 광집적회로 칩(20)과 연결 및 결합될 수 있다. V-그루브 블록(400)은 상부에 V자 형태의 그루브들(GR)을 갖는 블록일 수 있다. V-그루브 블록(400)의 그루브들(GR)은 루프형 광 도파로(500)의 제1 및 제2 단부들(EP1, EP2)을 지지 및 고정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기를 포함하는 편광 무의존 간섭계를 설명하기 위한 평면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1 및 도 2를 참조한 것과 실질적으로 동일한 사항에 대한 설명은 생략하고 차이점에 대하여 상세히 설명한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 편광 무의존 간섭계는 편광 회전 반사기(PRR)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 편광 무의존 간섭계는 입력광(IL)이 입력되는 광 도파로, 제1 및 제2 출력광들(OL1, OL2)이 출력되는 광 도파로들, 광 서큘레이터(CC), 제1 광 커플러(210), 제1 및 제2 입력 광 도파로들(110, 120), 제2 광 커플러(220), 제1 및 제2 연결 광 도파로들(310, 320) 및 루프형 광 도파로(500)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 입력 광 도파로들(110, 120), 제2 광 커플러(220), 제1 및 제2 연결 광 도파로들(310, 320) 및 루프형 광 도파로(500)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것과 같은 편광 회전 반사기(PRR)를 구성할 수 있다.
입력광(IL)이 입력되는 광 도파로 및 제1 출력광(OL2)이 출력되는 광 도파로는 제1 광 커플러(210)의 일 단부에 연결될 수 있다. 광 서큘레이터(CC)는 어느 한 포트로 들어온 신호를 반시계 방향(또는 시계 방향)으로 인접하는 다른 포트로 나가도록 설계된 광 소자일 수 있다. 제1 입력 광 도파로(110)의 적어도 일부분은 반원 형태로 휘어질 수 있다.
본 발명에 따른 편광 무의존 간섭계에서 제2 광 커플러(220)로 진행하는 광은 루프형 광 도파로(500)를 회전한 이후 편광 상태가 바뀔 수 있다(예를 들어, TE 성분이 TM 성분으로, TM 성분이 TE 성분으로). 이에 따라, 제1 광 커플러(210)로 돌아오는 두 경로의 광들의 위상 차는 입사광(IL)의 편광 상태와 관계 없이 일정할 수 있고(즉, 편광 무의존), 제1 및 제2 출력광들(OL1, OL2)은 입력 편광에 둔감하여 안정적으로 동작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 편광 회전 반사기를 포함하는 편광 무의존 간섭계를 설명하기 위한 평면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1, 도 2 및 도 5를 참조한 것과 실질적으로 동일한 사항에 대한 설명은 생략하고 차이점에 대하여 상세히 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 편광 무의존 간섭계는 제1 편광 회전 반사기(PRR1) 및 제2 편광 회전 반사기(PRR2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 편광 회전 반사기들(PRR1, PRR2)은 각각 제1 입력 광 도파로(110) 또는 제2 입력 광 도파로(120)를 통해 제1 광 커플러(210)와 연결될 수 있다. 제1 입력 광 도파로(110)의 길이 및 제2 입력 광 도파로(120)의 길이는 서로 다를 수 있다. 다시 말하면, 본 발명에 따른 편광 무의존 간섭계는 서로 다른 길이의 제1 및 제2 입력 광 도파로들(110, 120)을 포함하는 비대칭 간섭계일 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 편광 회전 반사기(PRR1)는 제2 광 커플러(220), 제1 연결 광 도파로(311), 제2 연결 광 도파로(321) 및 제1 루프형 광 도파로(510)를 포함할 수 있고, 제2 편광 회전 반사기(PRR2)는 제3 광 커플러(230), 제3 연결 광 도파로(312), 제4 연결 광 도파로(322) 및 제2 루프형 광 도파로(520)를 포함할 수 있다. 제2 및 제3 광 커플러들(220, 230)은 각각 제1 입력 광 도파로(110) 또는 제2 입력 광 도파로(120)를 통해 제1 광 커플러(210)와 연결될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 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 (1)

  1. 50:50의 분배비를 갖는 광 커플러;
    상기 광 커플러의 일 단부와 연결되는 제1 및 제2 입력 광 도파로들;
    상기 광 커플러의 타 단부와 연결되는 제1 및 제2 연결 광 도파로들; 및
    상기 제1 및 제2 연결 광 도파로들과 연결되는 루프형 광 도파로를 포함하되,
    상기 루프형 광 도파로는 중심을 관통하는 코어부, 상기 코어부의 양 측에 인접한 응력 부여부들 및 상기 코어부와 상기 응력 부여부들을 둘러싸는 클래딩부를 포함하고,
    상기 루프형 광 도파로의 제1 단부의 단면은 상기 루프형 광 도파로의 제2 단부의 단면을 90도만큼 회전시킨 형상을 갖는 편광 회전 반사기.
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