KR100513846B1 - Bi-directional transceiver using photonic crystal structures - Google Patents
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Abstract
포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기가 개시된다. 본발명에 따른 포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기는 제 1파장(λ1)의 송신광을 출력하는 발광소자, 발광소자의 출력 광신호를 제어하는 모니터 광검출소자, 제 2파장( λ2)의 수신광을 전기신호로 변환하여 출력하는 수광소자, 및 제 1파장(λ1)의 송신광을 광파이버 링크로 가이딩하고, 제 2파장( λ2)의 수신광을 수광소자로 가이딩하며, 포토닉크리스탈로 형성된 광가이드를 포함한다. 본 발명에 의한 포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기는 컴팩트하게 일체형으로 제작이 가능하고 2D의 경우는 반도체 공정을 그대로 이용가능하므로 정렬 및 조립공정이 필요없어 제조단가를 감소시킬 수 있다.Disclosed is a bidirectional optical transceiver using a photonic crystal. The bidirectional optical transceiver using the photonic crystal according to the present invention includes a light emitting device for outputting a transmission light of a first wavelength λ 1 , a monitor photodetecting device for controlling an output optical signal of the light emitting device, and a second wavelength λ 2 . A light receiving element for converting the received light into an electrical signal and outputting the light, and guiding the transmitted light of the first wavelength λ 1 to the optical fiber link, and guiding the received light of the second wavelength λ 2 to the light receiving element, And an optical guide formed of a photonic crystal. The bidirectional optical transceiver using the photonic crystal according to the present invention can be manufactured in one compact body, and in the case of 2D, the semiconductor process can be used as it is, thus eliminating the alignment and assembly process, thereby reducing the manufacturing cost.
Description
본 발명은 광 송수신기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 특정 파장대에서 포토닉밴드갭(photonic bandgap, 이하 'PBG'라 한다)을 갖는 포토닉크리스탈 또는 포토닉크리스탈 수퍼프리즘을 이용한 양방향 광 송수신기에 관한 것이다.The present invention relates to an optical transceiver, and more particularly, to a bidirectional optical transceiver using a photonic crystal or photonic crystal superprism having a photonic bandgap (hereinafter referred to as 'PBG') in a specific wavelength band. .
파장분할다중(Wavelength Division Multiplexing, 이하 'WDM'이라 한다) 기술은 한 가닥의 광섬유에 서로 다른 여러 파장의 광신호를 동시에 전송함으로서, 전송능력을 확대하고 시스템 비용 절감과 효율적인 네트워크 구축을 가능케 하는 차세대 광통신 기술로 기하급수적으로 증대하는 데이터 및 IP를 모두 지원할 수 있는 기술이다. 최근 인터넷과 비대칭디지털가입자망(ADSL)을 비롯한 초고속 정보통신 시장의 눈부신 성장에 힘입어 전세계적으로 수요가 폭발적으로 늘어나고 있고, 현재 WDM 기술에 의한 대용량의 고속 광통신망을 구현하기 위한 다각적인 노력이 진행되고 있다. 그러나, 향후 초고속 정보통신망의 효율적인 이용과 FTTH(Fiber-To-The-Home)의 실현을 위해서는 저가의 광가입자망을 구현해야 할 필요성이 있다. Wavelength Division Multiplexing (WDM) technology is the next generation that extends transmission capacity, reduces system cost and enables efficient network construction by simultaneously transmitting optical signals of different wavelengths on one strand of optical fiber. It is a technology that can support both exponentially increasing data and IP with optical communication technology. Recently, due to the remarkable growth of the high-speed information and communication market including the Internet and the asymmetric digital subscriber network (ADSL), the demand is exploding all over the world. It's going on. However, there is a need to implement a low-cost optical subscriber network for efficient use of high-speed information communication networks and realization of fiber-to-the-home (FTTH).
광가입자망을 조기에 실현하기 위한 핵심기술로서 양방향 송수신모듈이 있으며, 이 양방향 송수신모듈을 개발하기 위한 다양한 방법들이 제시되었다. 이러한 방법들 중 전형적인 두 가지 기술은 TDM(Time Division Multiplexing) 방식과 WDM 방식이다.As a key technology for realizing the optical subscriber network early, a bidirectional transmit / receive module has been proposed, and various methods for developing the bidirectional transmit / receive module have been proposed. Two typical techniques are Time Division Multiplexing (TDM) and WDM.
상기한 TDM 방식은 시간대를 나누어 서로 다른 타임슬롯(Time Slot)에서 송신신호와 수신신호를 하나의 단일모드 광섬유를 통해 전달하는 방법으로서, 미국특허 제 5,793,789 호에서 Lucent Tech.사의 Rafael Ben-Michael 등에 의해 제시되었다. 이 특허는 레이저다이오드(Laser Diode)와 수신 광검출소자 및 광모드변환기를 집적하고, 하나의 단일모드 광섬유에 의해 각각의 타임슬롯(Time Slot)에서 송신 및 수신을 하는 기술로써 광가입자망에서 매우 유망한 기술 중의 하나이다. 그러나, 이 방법은 송신 및 수신을 서로 다른 시간대로 나누어 처리하므로 신호처리 속도가 반감되는 단점이 있다.The TDM method is a method of transmitting a transmission signal and a reception signal through one single-mode optical fiber in different time slots by dividing time zones. In US Pat. No. 5,793,789, Rafael Ben-Michael et al. Of Lucent Tech. Presented by This patent integrates a laser diode, a receiving photodetector and an optical mode converter, and transmits and receives in each time slot by a single mode optical fiber, which is very promising in the optical subscriber network. One of the techniques. However, this method has a disadvantage in that the signal processing speed is halved because the transmission and reception are processed in different time zones.
또한, 상기한 WDM 방식은 1.3um/1.55um의 두 파장을 이용하여 송신신호와 수신신호를 주고받는 방법이다. 이 WDM 방식은 레이저다이오드(Laser Diode)와 수신 광검출소자 및 광도파로소자를 PLC(Planar Light Circuits) 기판에 하이브리드(Hybrid) 혹은 단일칩으로 집적하고, 1.3um/1.55um의 파장을 이용하여 송수신하는 방법으로 지금까지 다양한 방법들이 제시되었다.In addition, the WDM method is a method of transmitting and receiving a transmission signal and a reception signal using two wavelengths of 1.3um / 1.55um. This WDM method integrates a laser diode, a receiving photodetector, and an optical waveguide device into a hybrid or single chip on a PLC (Planar Light Circuits) substrate, and transmits and receives using a wavelength of 1.3um / 1.55um. Various methods have been proposed so far.
일본의 NTT에서는 Junichi Yoshida가 "Low-cost optical transceiver for access networks"라는 제목의 논문을 OFC97 Technical Digest Thl1(invited) pp.275~276 에 발표하였다. 도 1에 상기 발표된 양방향 광 송수신기를 도시하고 있다. 이는 PLC(Planar Light Circuits) 플랫폼(Platform, 10) 위에 1.3㎛ SS-레이저다이오드(Laser Diode, 21)와, 모니터 광검출소자(Monitor Photo Diode, 22), 도파로 광검출소자(Waveguide Photo Diode, 23), 및 1.3um/1.55um WDM 필터(Filter, 24)를 하이브리드(Hybrid) 집적함으로써, 1.3um 양방향 TCM(Time Compression Multiplexing) 또는 1.3um/1.55um WDM(Wavelength Division Multiplexing) 통신이 가능한 기술을 개발하였다. 이 방법은 우수한 기술이지만, 몇 개의 개별소자를 PLC 플랫폼 위에 하이브리드 집적하는 동안에 광결합 손실이 커지고, PLC 플랫폼의 제작이 난해하며, 집적칩을 사용한 경우에 비해 부피가 크다는 단점이 있다.In Japan's NTT, Junichi Yoshida published a paper entitled "Low-cost optical transceiver for access networks" in OFC97 Technical Digest Thl1 (invited) pp.275-276. 1 shows the published bi-directional optical transceiver. It has a 1.3 μm SS-Laser Diode (21), Monitor Photo Diode (22), Waveguide Photo Diode (23), on a Planar Light Circuits (PLC) Platform (10). And a 1.3um / 1.55um WDM filter (Filter) 24 by the hybrid (Hybrid) integration, a technology capable of 1.3um bidirectional Time Compression Multiplexing (TCM) or 1.3um / 1.55um Wavelength Division Multiplexing (WDM) communication has been developed. This method is an excellent technology, but has the disadvantage of increasing the optical coupling loss during hybrid integration of several individual devices on the PLC platform, making the PLC platform difficult, and bulkier than using an integrated chip.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 포토닉크리스탈의 PBG 또는 포토닉크리스탈의 분산현상을 이용한 컴팩트한 일체형의 양방향 광 송수신기를 제공하는데 있다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a compact integrated bi-directional optical transceiver using the photonic crystal PBG or photonic crystal dispersion phenomenon.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기는, 외부로부터 입력되는 전기신호에 대응하여 기 설정된 제 1파장(λ1)의 송신광을 출력하는 발광소자, 상기 송신광의 일부를 흡수하여 상기 송신광을 모니터링하고, 상기 모니터 결과에 대응하여 상기 발광소자의 출력 광신호를 제어하는 모니터 광검출소자, 외부의 광파이버 링크로부터 입력되는 제 2파장( λ2)의 수신광을 전기신호로 변환하여 출력하는 수광소자, 및 상기 발광소자로부터 출력되는 상기 제 1파장(λ1)의 송신광을 상기 광파이버 링크로 가이딩하고, 상기 광파이버 링크로부터 입력되는 상기 제 2파장( λ2)의 수신광을 상기 수광소자로 가이딩하며, 포토닉크리스탈로 형성된 광가이드를 포함한다.The bidirectional optical transceiver using the photonic crystal of the present invention for achieving the above object is a light emitting device for outputting a transmission light of a first wavelength (λ 1 ) is set in response to an electrical signal input from the outside, a part of the transmission light A monitor light detector for controlling the output light signal of the light emitting device in response to the monitor result by absorbing the light, and receiving light having a second wavelength λ 2 input from an external optical fiber link. A light-receiving element for converting to and outputting the light-transmitting element, and guiding the transmitted light of the first wavelength λ 1 output from the light-emitting element to the optical fiber link, and receiving the second wavelength λ 2 input from the optical fiber link. And guides the received light to the light receiving element, and includes a light guide formed of photonic crystal.
바람직하게는, 상기 발광소자, 상기 모니터 광검출소자, 상기 수광소자, 및 상기 광가이드는 기판상에 일체형으로 형성된다.Preferably, the light emitting element, the monitor light detecting element, the light receiving element, and the light guide are integrally formed on a substrate.
바람직하게는, 상기 광가이드는, 상기 송신광의 파장영역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈 A로 형성된 제1영역, 상기 송신광의 파장영역 및 상기 수신광의 파장영역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈 B로 형성된 제2영역, 및 상기 수신광의 파장영역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈 C로 형성된 제3영역을 포함한다.Preferably, the optical guide is formed of a first region formed of photonic crystal A having PBG in the wavelength region of the transmission light, a photonic crystal B having PBG in the wavelength region of the transmission light and the wavelength region of the reception light. And a third region formed of photonic crystal C having PBG in the wavelength region of the received light.
한편, 상기 광가이드는, 상기 수신광의 파장영역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈로 형성되고, 상기 광가이드의 입출력단 및 상기 수광소자의 입력단을 연결하는 도파로를 구비할 수 있다.On the other hand, the optical guide is formed of a photonic crystal having a PBG in the wavelength region of the received light, it may include a waveguide connecting the input and output terminals of the optical guide and the light receiving element.
또한, 상기 광가이드는, 상기 수신광의 파장영역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈로 형성되고, 상기 수신광의 입사각이 45도를 이루도록 배치될 수있다.The light guide may be formed of a photonic crystal having a PBG in a wavelength region of the received light, and may be disposed such that an incident angle of the received light is 45 degrees.
바람직하게는, 본 포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기는, 상기 광가이드의 입출력단에 인접하여 일체형으로 형성되고, 상기 송신광을 상기 광파이버 링크의 코어반경에 대응되도록 집광시키는 렌즈를 더 포함한다.Preferably, the bidirectional optical transceiver using the present photonic crystal is formed integrally adjacent to the input and output terminal of the optical guide, and further comprises a lens for condensing the transmission light to correspond to the core radius of the optical fiber link.
바람직하게는, 상기 광가이드의 입출력단 부분은, 상기 송신광을 상기 광파이버 링크의 코어반경에 대응되도록 집광시키는 테이퍼 형태를 가질 수 있다.Preferably, the input and output terminal portion of the optical guide may have a tapered shape for condensing the transmitted light to correspond to the core radius of the optical fiber link.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기는, 외부로부터 입력되는 전기신호에 대응하여 기 설정된 제 1파장(λ1)의 송신광을 출력하는 발광소자, 상기 송신광의 일부를 흡수하여 상기 송신광을 모니터링하고, 상기 모니터링 결과에 대응하여 상기 발광소자의 출력 광신호를 제어하는 모니터 광검출소자, 외부의 광파이버 링크로부터 입력되는 제 2파장(λ2)의 수신광을 전기신호로 변환하여 출력하는 수광소자, 및 상기 제 1파장 및 상기 제 2파장대역에서 각각 다른 굴절각을 갖는 포토닉크리스탈로 형성되며, 상기 발광소자로부터 출력되는 상기 제 1파장(λ1)의 송신광을 상기 광파이버 링크로 출력하고, 상기 광파이버 링크로부터 입력되는 제 2파장(λ2)의 수신광을 상기 수광소자로 출력하는 수퍼프리즘(super prism)을 포함한다.The bidirectional optical transceiver using the photonic crystal of the present invention for achieving the above object is a light emitting device for outputting a transmission light of a first wavelength (λ 1 ) is set in response to an electrical signal input from the outside, a part of the transmission light Monitors the transmission light by monitoring the transmission light and controls the output light signal of the light emitting device in response to the monitoring result, and receives the received light of the second wavelength λ 2 input from an external optical fiber link. And a photonic crystal having different refractive angles in the first wavelength and the second wavelength band, respectively, and outputting the converted light into the first wavelength and the second wavelength band, and transmits the transmitted light of the first wavelength λ 1 output from the light emitting element. A superprism (su) for outputting to the optical fiber link and outputting the received light having a second wavelength λ 2 input from the optical fiber link to the light receiving element per prism).
바람직하게는, 상기 발광소자, 상기 모니터 광검출소자, 상기 수광소자, 및 상기 수퍼프리즘은 기판상에 일체형으로 형성된다.Preferably, the light emitting element, the monitor light detecting element, the light receiving element, and the superprism are integrally formed on a substrate.
바람직하게는, 본 발명의 포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기는, 상기 수퍼프리즘의 입출력단에 인접하여 일체형으로 형성되고, 상기 송신광을 상기 광파이버 링크의 코어반경에 대응되도록 집광시키는 렌즈를 더 포함한다.Preferably, the bidirectional optical transceiver using the photonic crystal of the present invention further comprises a lens integrally formed adjacent to the input and output terminal of the superprism, and condensing the transmitted light to correspond to the core radius of the optical fiber link. do.
또한, 본 발명의 포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기는, 상기 수퍼프리즘의 입출력단에 인접하여 일체형으로 형성되고, 상기 송신광을 상기 광파이버 링크의 코어반경에 대응되도록 집광시키는 테이퍼 형태의 광가이드를 더 포함할 수 있다.In addition, the bidirectional optical transceiver using the photonic crystal of the present invention is formed integrally adjacent to the input and output terminal of the superprism, and has a tapered optical guide for condensing the transmitted light so as to correspond to the core radius of the optical fiber link. It may further include.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 포토닉 밴드갭을 이용한 본 발명의 바람직한 일실시예를 나타내는 개념도이다. 도면을 참조하면, 본 발명의 포토닉크리스탈을 이용한 양방향 광 송수신기는, 발광소자(120), 모니터 광검출소자(130), 수광소자(140), 광가이드(150), 및 집광소자(160)로 포함하며 모든 소자는 기판상에 일체형으로 형성된다.2 is a conceptual diagram illustrating a preferred embodiment of the present invention using a photonic bandgap. Referring to the drawings, the bidirectional optical transceiver using the photonic crystal of the present invention, the light emitting device 120, the monitor light detecting device 130, the light receiving device 140, the light guide 150, and the light collecting device 160 And all devices are integrally formed on a substrate.
발광소자(120)는 레이저다이오드(laser diode)로서 외부의 전기신호에 대응하는 제 1파장(λ1)의 레이저 빔(송신광)을 출력한다. 송신광(λ1)은 광가이드(150)에 의해 가이딩되고, 집광소자(160)에 의해 집광되어 외부 광섬유 링크로 전송된다.The light emitting device 120 outputs a laser beam (transmitted light) having a first wavelength λ 1 corresponding to an external electric signal as a laser diode. The transmission light λ 1 is guided by the light guide 150, collected by the light collecting element 160, and transmitted to the external optical fiber link.
발광소자(120)에 인접하는 모니터 광검출소자(130)는 출력된 송신광(λ1)의 일부를 검출하여 송신광(λ1)의 출력을 모니터링한다. 레이저다이오드를 장기간사용하면 레이저빔의 크기가 달라질 수 있는데, 모니터 광검출소자(130)는 원하는 크기의 송신광(λ1)을 얻기 위하여 송신광(λ1)을 모니터링한 후 피드백함으로서 송신광(λ1)을 제어한다.Optical detection monitor chulsoja 130 adjacent to the light emitting device 120 by detecting a portion of the output transmission light (λ 1) monitors the output of the transmission light (λ 1). Prolonged use of the laser diode there is a size of the laser beam may vary, the monitor optical detection chulsoja 130 transmits light (λ by the feedback and then monitoring the transmission light (λ 1) to obtain the transmission light (λ 1) of desired size, 1 ).
수광소자(140)는 포토다이오드(photo diode)로서 광섬유 링크등을 통해 전송되어 입력되는 제 2파장(λ2)의 광신호를 검출하여 전기신호로 출력한다.The light receiving element 140 detects an optical signal having a second wavelength λ 2 transmitted through an optical fiber link or the like as a photo diode and outputs it as an electrical signal.
광가이드(150)는 발광소자(120)로부터 출력되는 송신광(λ1)은 광섬유 링크로, 광섬유 링크를 통해 입력되는 수신광(λ2)은 수광소자(140)로 가이딩하며, 포토닉크리스탈로 형성된다.The optical guide 150 guides the transmission light λ 1 output from the light emitting element 120 to the optical fiber link, and the reception light λ 2 input through the optical fiber link to the light receiving element 140. It is formed into a crystal.
포토닉크리스탈은, 유전상수가 서로 다른 물질들을 주기적으로 배열하여 전자기파의 에너지 스펙트럼에 PBG가 형성되도록 만든 인공결정을 말하는 것으로서, PBG내에 속하는 파장을 갖는 전자기파가 입사할 때, 매질내로 전파되지 못하고 반사하므로 효과적인 반사 거울이 된다. 즉 포토닉크리스탈은 유전물질을 주기적으로 배열하여 형성된 것으로, 굴절률과 주기, 주기적인 구조의 형태 등에 따라 PBG의 크기나 위치가 가변한다. Photonic crystal refers to an artificial crystal in which PBG is formed in the energy spectrum of electromagnetic waves by periodically arranging materials having different dielectric constants. When electromagnetic waves having a wavelength belonging to PBG are incident, they do not propagate into the medium and reflect. Therefore, it becomes an effective reflecting mirror. That is, the photonic crystal is formed by periodically arranging dielectric materials, and the size or position of the PBG varies depending on the refractive index, the period, and the shape of the periodic structure.
상기한 바와 같이 포토닉크리스탈이 갖는 PBG를 이용하여 광가이드를 구성함으로서, 특정파장의 광만을 투과 또는 반사시킴으로서 광의 전파방향을 제어할 수 있다.As described above, by configuring the light guide using the PBG of the photonic crystal, the propagation direction of the light can be controlled by transmitting or reflecting only light having a specific wavelength.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 있어서 광가이드부분의 보다 상세한 설명을 위한 도면으로서, 각각 광가이드(150)를 형성하고 있는 포토닉크리스탈의 PBG 특성과 광가이드부분의 평면도를 나타낸다.3A and 3B are views for explaining the light guide portion in FIG. 2, and show a plan view of the PBG characteristics and the light guide portion of the photonic crystal forming the light guide 150, respectively.
광가이드(150)는 제 1파장(λ1)대역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈 A로 형성된 제1영역, 제 1파장(λ1) 및 제 2파장(λ2)대역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈 B로 형성된 제2영역, 및 제 2파장(λ2)대역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈 C로 형성된 제3영역으로 구성된다. 도 3b에 도시된 바와 같이 포토닉크리스탈 B로 'ㅗ'형태의 도파로를 형성하여, 송신광(λ1) 및 수신광(λ2)이 외부로 벗어나지 않고 가이딩되도록 한다. 도면에서 좌우를 관통하는 도파로의 일영역에는 포토닉크리스탈 C가 송신광(λ1)에 대해 90도, 수신광(λ2)에 대해 45도를 이루도록 배치되고, 포토닉크리스탈 C에 인접한 상측에는 소정두께의 포토닉크리스탈 A가 배치된다.Light guide 150 picture having a first wavelength (λ 1) a first region formed of a photonic crystal A having a PBG in the band, the first wavelength (λ 1) and second wavelengths PBG in (λ 2) band Nick And a second region formed of crystal B and a third region formed of photonic crystal C having PBG in the second wavelength (λ 2 ) band. As shown in FIG. 3B, a waveguide having a 'ㅗ' shape is formed of the photonic crystal B so that the transmission light λ 1 and the reception light λ 2 are guided without escaping to the outside. In the drawing, the photonic crystal C is arranged in one region of the waveguide penetrating right and left to form 90 degrees with respect to the transmission light λ 1 and 45 degrees with respect to the reception light λ 2 . Photonic crystal A of a predetermined thickness is disposed.
좌측(발광소자)으로부터 입사되는 송신광(λ1)은 도파로를 직진하여 우측(광섬유 링크)으로 전파되고, 우측(광섬유 링크)으로부터 입사되는 수신광(λ2)은 포토닉크리스탈 C에 의해 반사된후 포토닉크리스탈 A를 통과하여 상측(수광소자)로 전파된다.Left transmission light (λ 1), which is incident from the (light emitting elements) is spread by straight along the waveguide to the right (fiber optic links), can Kwang (λ 2), which is incident from the right side (fiber link) is reflected by the photonic crystal C After passing through the photonic crystal A, it propagates to the upper side (light receiving element).
도 4a 및 도 4b는 포토닉크리스탈의 PBG를 이용하여 광가이드를 구성한 다른 실시예를 나타낸다. 발광소자(220,320), 모니터 광검출소자(230,330), 수광소자(240,340)에 있어서는 전술한 예와 동일하므로 생략하고 , 광가이드(250,350)에 대해 설명한다.4A and 4B show another embodiment in which an optical guide is constructed using PBG of photonic crystal. Since the light emitting elements 220 and 320, the monitor photodetecting elements 230 and 330, and the light receiving elements 240 and 340 are the same as the above-described examples, the light guides 250 and 350 will be omitted.
도 4a에 있어서 광가이드(250)는, 광섬유 링크와 수광소자(240)를 연결하며,수신광(λ2)의 파장대역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈로 형성된 도파로를 구비한다. 따라서 수신광(λ2)은 도파로를 따라 전파되고, 송신광(λ1)은 포토닉크리스탈에 대해 PBG를 가지지 않으므로 직진한다.In FIG. 4A, the optical guide 250 connects the optical fiber link and the light receiving element 240 and includes a waveguide formed of photonic crystal having PBG in the wavelength band of the received light λ 2 . Therefore, the reception light λ 2 propagates along the waveguide, and the transmission light λ 1 does not have a PBG with respect to the photonic crystal, so it goes straight.
도 4b에 있어서 광가이드(350)는, 수신광(λ2)의 파장대역에서 PBG를 갖는 포토닉크리스탈로 형성되며, 수신광(λ2)에 대해서 45도의 각도를 이루도록 배치된다.In Figure 4b the light guide 350, it can be formed in a wavelength band of Kwang (λ 2) in the photonic crystal having a PBG, the number is arranged to achieve an angle of 45 degrees relative to the Kwang (λ 2).
집광소자(160)은 송신광을 광파이버 링크의 코어반경에 대응되도록 집광시키는 렌즈로서, 광가이드의 입출력단에 인접하여 일체형으로 형성된다. 또한 집광소자(160)는 광가이드의 입출력단 부분을 테이퍼 형태로 구성할 수도 있다.Condensing element 160 is a lens for condensing the transmitted light so as to correspond to the core radius of the optical fiber link, is formed integrally adjacent to the input and output terminal of the optical guide. In addition, the light collecting element 160 may be configured in the tapered form of the input and output terminal portion of the optical guide.
도 5는 트라이앵귤러홀(triangular hole) 구조의 포토닉크리스탈에서 TM모드에 대한 PBG 계산예를 나타내는 그래프이다. 유전율이 11.4인 GaAs에 트라이앵귤러홀 구조의 포토닉크리스탈을 구성할 때, 홀의 반경(r)을 0.46a(a는 홀간 간격)로 하고, a를 715.5nm로 선택하면, 1.5㎛(λ2)에서는 PBG를 갖고,1.34㎛(λ1)에서는 PBG가 없는 구조를 만들 수 있다. 마찬가지로 r을 0.47a로 할 경우는 두 파장 모두에서 PBG를 갖고,0.49a일 경우는 1.34㎛에서는 PBG를 갖고, 1.5㎛에서는 PBG가 없는 구조가 된다. 이 구조에서 각각 1.34㎛와 1.5㎛의 파장을 갖는 TM모드 파를 입사했을 때의 FDTD방법을 이용한 시뮬레이션 결과를 도 6a 및 도 6b에 각각 도시한다.FIG. 5 is a graph showing an example of PBG calculation for TM mode in a photonic crystal having a triangular hole structure. When forming a photonic crystal having a triangular hole structure in GaAs having a dielectric constant of 11.4, when the radius r of the hole is 0.46a (a is the interval between holes) and a is selected at 715.5 nm, 1.5 μm (λ 2 ) Has a PBG and at 1.34 탆 (λ 1 ), a structure without PBG can be made. Similarly, when r is 0.47a, PBG is obtained at both wavelengths, and in the case of 0.99a, PBG is 1.34 µm, and 1.5 µm has no PBG. 6A and 6B show simulation results using the FDTD method when a TM mode wave having a wavelength of 1.34 mu m and 1.5 mu m in this structure is incident, respectively.
입사광의 파장에 따라 각각 다른 각도로 굴절시키는 프리즘을 포토닉크리스탈로 제작할 경우, 일반 프리즘보다 분산각을 크게 할 수 있다. 예컨대 일반 프리즘의 경우 백색광이 입사되었을때 분산각은 약 10도 정도에 불과하지만, 포토닉크리스탈로 제작된 프리즘은 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이 1%의 파장차에 대하여 약 50도의 분산각을 얻을 수 있다. 이러한 특성 때문에 이와 같은 프리즘을 포토닉크리스탈 수퍼프리즘이라 부른다. When a prism that is refracted at different angles depending on the wavelength of incident light is made of photonic crystal, the dispersion angle can be made larger than that of a general prism. For example, in the case of a general prism, when the white light is incident, the dispersion angle is only about 10 degrees, but the prism made of photonic crystal shows a dispersion angle of about 50 degrees for a wavelength difference of 1% as shown in FIG. You can get it. Because of these characteristics, such prisms are called photonic crystal superprisms.
이와 같은 2D 포토닉크리스탈 수퍼프리즘을 이용한 양방향 광 송수신기의 바람직한 일실시예를 도 8에 도시한다. 도면을 참조하면, 2D 포토닉크리스탈 수퍼프리즘을 이용한 양방향 광 송수신기는 발광소자(420), 모니터 광검출소자(430), 수광소자(440), 2D 포토닉크리스탈 수퍼프리즘(450), 집광소자(미도시)로 구성된다.8 illustrates a preferred embodiment of the bidirectional optical transceiver using the 2D photonic crystal superprism. Referring to the drawings, the bidirectional optical transceiver using the 2D photonic crystal superprism includes a light emitting device 420, a monitor light detecting device 430, a light receiving device 440, a 2D photonic crystal superprism 450, and a light collecting device (not shown). It consists of o).
발광소자(420)에서 출력되는 제 1파장(λ1)의 송신광은 2D 포토닉크리스탈 수퍼프리즘(450), 집광소자를 통해 외부 광섬유 링크로 전송되고, 외부로부터 전송되는 제 2파장( λ2)의 수신광은 2D 포토닉크리스탈 수퍼프리즘(450)에 의해 소정의 각도로 굴절하여 수광소자(440)로 전송된다.The transmission light of the first wavelength λ 1 output from the light emitting element 420 is transmitted to the external optical fiber link through the 2D photonic crystal superprism 450 and the light converging element, and is transmitted from the second wavelength λ 2. ), The received light is refracted by the 2D photonic crystal superprism 450 at a predetermined angle and transmitted to the light receiving element 440.
측면발광 LD를 발광소자로 이용하는 경우에는 상기한 바와 같이 2D 포토닉크리스탈 수퍼프리즘을 이용하고, 면발광 LD를 발광소자로 이용하는 경우에는 3D 포토닉크리스탈 수퍼프리즘을 이용하여 양방향 광 송수신기를 제공할 수 있다. 2D의 경우는 PBG를 이용한 경우와 마찬가지로 일체형으로 제작이 가능하고, 3D의 경우는 제작된 PD, LD쌍 위에 별도로 제작된 3D 포토닉크리스탈 수퍼프리즘을 접착시키거나 상부에 직접 제작할 수 있다.In the case of using the side emitting LD as the light emitting device, as described above, the 2D photonic crystal superprism is used, and in the case of using the surface emitting LD as the light emitting device, the bidirectional optical transceiver can be provided using the 3D photonic crystal superprism. have. In the case of 2D, as in the case of using PBG, it can be manufactured in one-piece, and in the case of 3D, the 3D photonic crystal superprism manufactured separately on the PD and LD pairs can be bonded or manufactured directly on top.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. In the above described and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific preferred embodiment described above, the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims Anyone of ordinary skill in the art that various modifications can be made, as well as such changes are within the scope of the claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 포토닉크리스탈의 PBG를 이용하거나 포토닉크리스탈의 분산효과를 이용함으로서, 모든 구성소자를 일체형(monolithic)으로 제작가능하며 컴팩트한 양방향 광 송수신기를 제공할 수 있다. 또한, 2D의 경우 정렬 및 조립공정이 필요없어 제조단가를 감소시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, by using the PBG of the photonic crystal or the dispersion effect of the photonic crystal, all the components can be manufactured in a monolithic manner and a compact bidirectional optical transceiver can be provided. . In addition, in the case of 2D it is not necessary to align and assemble process can reduce the manufacturing cost.
도 1은 종래의 양방향 광 송수신기를 나타내는 개념도,1 is a conceptual diagram illustrating a conventional bidirectional optical transceiver;
도 2는 본발명에 따른 포토닉크리스탈의 PBG를 이용한 양방향 광 송수신기의 바람직한 일실시예를 나타내는 도면,2 is a view showing a preferred embodiment of a two-way optical transceiver using PBG of the photonic crystal according to the present invention,
도 3a 및 도 3b는 도 2에 있어서 광가이드부분의 구성을 보다 상세히 도시한 도면,3a and 3b are views showing in more detail the configuration of the light guide portion in FIG.
도 4a 및 도 4b는 본발명에 따른 포토닉크리스탈의 PBG를 이용한 양방향 광 송수신기의 다른 실시예,4a and 4b is another embodiment of a bidirectional optical transceiver using a PBG of the photonic crystal according to the present invention,
도 5는 트라이앵귤라홀 구조의 포토닉크리스탈에서 TM모드에 대한 PBG를 나타내는 그래프,5 is a graph showing PBG versus TM mode in a photonic crystal having a triangular hole structure,
도 6a 및 도 6b는 입사파장이 각각 1.34㎛, 1.5㎛의 TM모드를 입사했을 경우의 FDTD 계산예,6A and 6B show an example of calculating the FDTD when the incident wavelength enters the TM mode of 1.34 µm and 1.5 µm, respectively.
도 7은 포토닉크리스탈로 구현된 수퍼프리즘, 그리고7 shows a superprism implemented with photonic crystals, and
도 8은 본발명에 따른 포토닉크리스탈 수퍼프리즘을 이용한 양방향 광 송수신기의 바람직한 일실시예를 나타내는 도면이다.8 is a view showing a preferred embodiment of a two-way optical transceiver using a photonic crystal superprism according to the present invention.
* 도면의 주요부호에 대한 설명** Explanation of the major symbols in the drawings *
120,220,320,420 : 발광소자 130,230,330,430 : 모니터 광검출소자120,220,320,420: Light emitting element 130,230,330,430: Monitor photodetector
140,240,340,440 : 수광소자 150,250,350 : 광가이드140,240,340,440: Light receiving element 150,250,350: Optical guide
160 : 집광소자 450 : 수퍼프리즘160: light collecting element 450: superprism
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