KR20010022911A - Switchable optical components - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집적 광 및/또는 반 결합기 기술에 관한 다수의 소자, 장치 및 네트워크에 관한 것인데, 이는 홀로그래픽 중합체/분산된 액정 물질을 사용하여 실현되는 전기적으로 절환가능한 브래그 회절격자 장치 및 구조 장치의 사용과 연관된다. 대다수의 상기 소자 및 장치는 상세히는 파장 분리 멀티플렉싱(WDM)의 사용에 적합할 뿐 아니라, 절환가능한 부가/드롭 필터링(SADF) 및 파장 선택적인 교차접속 감쇠기, 외부결합기의 사용에 적합하며, 이로써 또한 다양한 기타 장치도 제공된다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a number of devices, devices, and networks relating to integrated light and / or semi-coupler technology, which are examples of electrically switchable Bragg diffraction grating devices and structural devices realized using holographic polymer / dispersed liquid crystal materials. Associated with use. Many of these devices and devices are not only particularly suited to the use of wavelength division multiplexing (WDM), but also to the use of switchable add / drop filtering (SADF) and wavelength selective cross-link attenuators, external couplers, thereby also Various other devices are also provided.
Description
대역폭 용량이 매우 증가함으로 인해서, 데이타의 전송에 있어서 광신호의 활용이 증가되고 있다. 또한, 제공되는 광섬유 케이블의 대역폭 용량은 파장 분리 멀티플렉싱(WDM)라고 알려진 기술인, 약간씩 다른 파장으로 단섬유내에 분리된 채널로 다수의 개별신호를 전송함으로써 더 증가될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 근소한 1550㎚ 광신호 섬유는 4, 8, 64, 80 또는 그 이상의 채널로 이루어지며 각각은 예를 들어, 대략 0.8㎚(100GHz에 대하여) 또는 대략 1.6㎚(200GHz에 대하여)만큼 분리된다. 다파장 조작은 광전송이나 다수의 비-상호작용하는 신호가 스위치를 동시에 통과하는 스위칭에 있어서 중요한 이점이 증가되도록 하는데, 상기 신호는 전체적으로 모순되는 데이타율, 서로 화합되지 않고 병렬된 인코딩 및 프로토콜을 운반한다. 하지만, 유용한 상기 신호에 있어서, 선택적으로 파장이 광섬유, 바람직한 드롭/데스터네이션이 되는 섬유/콘딧(conduit)에 대한 버스(또는 기타-광콘딧)로 전달되어 오는 광신호를 스위치하는 것이 가능하게 되고, 파장이 선택적으로 드롭으로부터 버스로 신호를 부가시키는 것 또는 파장이 선택적으로 섬유 또는 기타의 광콘딧 사이에 신호를 전달시키는 것이 가능하게 될 것이 확실하다. 때때로, 두가지 기능 중 처음의 기능을 절환가능한 부가/드롭 필터링(SADF)이라고 하고, 두번째의 기능을 파장 선택 교차접속(WSXC)이라고 하기도 한다. 기타 출원에 있어서, 전 파장 채널을 포함하여 전체의 섬유 신호를 절환하는 것(그러한 스위칭을 때때로 " 공간 스위칭 " 이라고 표시함)이 필요하다. 원격 통신 산업에 사용될 뿐 아니라, 센서 및 컴퓨터 데이타 네트워크를 위한 복잡한 섬유 광학 구조에 있어서, 광신호가 경로를 통하여 효율적으로 전송되거나, 광섬유로 인입하는 N 개 배열로부터 효율적으로 절환되어야 하는데, 이 때 섬유는 단일 모드이거나 다모드여도 좋고, 또한 광섬유로부터 인출되는 M개 배열로부터도 효율적으로 절환되어야 한다. 상기 공간 스위치를 때때로 이하, NXM 또는 교차접속이라고 할 것이다.Due to the very high bandwidth capacity, the utilization of optical signals in the transmission of data is increasing. In addition, the bandwidth capacity of the fiber optic cable provided can be further increased by transmitting multiple discrete signals in separate channels within short fibers at a slightly different wavelength, a technique known as wavelength separation multiplexing (WDM). Thus, for example, a slight 1550 nm optical signal fiber consists of 4, 8, 64, 80 or more channels, each of which is, for example, approximately 0.8 nm (for 100 GHz) or approximately 1.6 nm (for 200 GHz). As long as it is separated. Multi-wavelength manipulation results in an important increase in optical transmission or switching where multiple non-interacting signals pass through a switch simultaneously, which carries a totally inconsistent data rate, incompatible and parallel encoding and protocols. do. However, in the above useful signals, it is possible to selectively switch the optical signals that are delivered to the bus (or other optical conduit) for the fiber / conduit whose wavelength is the optical fiber, the desired drop / destination. It is certain that the wavelength will be able to selectively add a signal from the drop to the bus or that the wavelength can selectively pass the signal between the fiber or other optical conduit. Sometimes the first of the two functions is called switchable add / drop filtering (SADF), and the second is called wavelength selective cross-connection (WSXC). In other applications, it is necessary to switch the entire fiber signal, including the full wavelength channel (such switching is sometimes referred to as "spatial switching"). In addition to being used in the telecommunications industry, in complex fiber optics structures for sensors and computer data networks, the optical signal must be efficiently transferred through the N arrays entering the optical fiber either efficiently or through the path, where the fiber It may be a single mode or a multimode, and must also be switched efficiently from the M arrays drawn out from the optical fiber. The spatial switch will sometimes be referred to as NXM or cross connect.
광학적으로 NXM 스위칭을 행하기 위해서 수년간 많은 기술이 제안되어 오고 있지만, 이러한 기술중의 어느 것도 동시에 모든 필요조건을 충족시켜준다는 사실이 증명된 것이 없다. 이러한 사실은 부분적으로 상기 스위치에 있어서 요구되는 다양화된 구조물에 기인한다. 예를 들면, 하나 이상 또는 단 하나의 섬유 출력에 인입되는 각각의 섬유 광섬유를 매핑(mapping)하는 N개 섬유인, N 개 섬유 외부 스위치를 NXM 교차접속이라고 한다. 초기에 설치된 접속과는 상관없이 어떠한 접속이라고 가능하다면 폐색되지 않는다. 일부 출원에 있어서는, 재구성된 비폐색 스위치가 충분하다. 기타의 출원에 있어서는, 하나 이상의 출력에 인입되는 신호를 보내는 신호를 보내는 멀티캐스트나 브로드캐스트 또는 기타의 다양한 기능을 수행하는 스위치가 필요하다. 광섬유 네트워크에 필요한 상기 데이타 용량은 또한 점점 복잡해지고 있고, 바로 이전의 방법으로 작은 스위치(예를 들면, 64 ×64, 1024 ×1024 및 그 이상과 같은 확장된 스위치보다 더 큰 2 ×2 또는 4 ×4)로부터 확장시키기위해 스위칭 기술을 향상시켜야 하는 필요성도 부과되고 있다.Although many techniques have been proposed for years to perform optically NXM switching, none of these techniques have proven to meet all requirements at the same time. This is partly due to the diversified structures required for the switch. For example, N fiber external switches, which are N fibers that map each fiber optical fiber that enters one or more or only one fiber outputs, are referred to as NXM cross-connections. Regardless of the initially installed connection, any connection is not blocked if possible. In some applications, a reconfigured unoccluded switch is sufficient. In other applications, a switch is needed that performs a multicast or broadcast or other various function of sending a signal that sends a signal coming into one or more outputs. The data capacity required for a fiber optic network is also becoming increasingly complex, with 2 × 2 or 4 × larger than the smaller switches (e.g., 64 × 64, 1024 × 1024, and larger switches) in the previous method. There is also a need to improve switching technology to extend from 4).
또한 상기 스위치가 더 확장된 NXN 또는 NXM 교차-접속 구조가 설치하기 위해서 단일 칩이나 기판상에 다수의 다른 것들과 결합될 수 있는 각각의 축소화된 스위칭 소자와 같이 집적가능한 그러한 스위치가 바람직하다. 하지만, 단일 채널 동작에 있어서, 상기 구조 특히 확장된 스위치의 디자인은 매우 복잡한데, 다중채널의 WDM 동작(예를 들어, NxMxm이 있는 파장 선택 스위칭, 여기서, m은 WDM 채널의 수이다)시에 복잡성은 극적으로 증가하고 있다.It is also desirable for such a switch to be integrated, such as each miniaturized switching element, which can be combined with a number of others on a single chip or substrate for installation by a further extended NXN or NXM cross-connect structure. However, for single channel operation, the design of the above-described structure, particularly the extended switch, is very complex, in multichannel WDM operation (eg wavelength selective switching with NxMxm, where m is the number of WDM channels). Complexity is increasing dramatically.
상기 기재된 유형의 광 스위치 특히, 일반적으로 광학 소자 및 구조에 있어서의 또 다른 필요사항은 그것들을 효율적으로 광섬유와 밀착시키는 것인데, 이는 커플링 손실을 감소시키기 위한 방법으로 장거리에 높은 대역폭 신호를 전송하기위해서 일반적으로 많이 사용된다. 기타의 중요한 동작 파라미터에는 삽입 손실, 누화(crosstalk) 및 분극 감도를 최소화해 주고, 모든 스위치 상태에서 양호한 광학적 분리, 양호한 나선형의 대역폭 및 온/오프 대비에 있어서 양호한 동적 범위, 양호한 저전원 소비량을 보증해주는 것이 있다. 저동작 전원, 고 스위칭 속도, 저 전원 소비량, 안정성, 긴 서비스 시간/온도 무감각 및 고 신뢰성이 또한 중요한 파라미터이다. 하지만, 다수의 재구성된 네트워크 및 보호 스위치 기능에 있어서, 1 마이크로세컨드 ~ 1밀리세컨드의 범위에서의 스위칭 속도가 적합하고 충분하다.Another requirement for optical switches of the type described above, in particular optical elements and structures, is to contact them efficiently with optical fibers, which is a method for transmitting high bandwidth signals over long distances in a way to reduce coupling losses. In general, it is used a lot. Other important operating parameters include minimal insertion loss, crosstalk and polarization sensitivity, ensuring good optical separation at all switch states, good helical bandwidth and good dynamic range for on / off contrast and good low power consumption There is something to do. Low operating power, high switching speed, low power consumption, stability, long service time / temperature insensitivity and high reliability are also important parameters. However, for many reconfigured network and protection switch functions, a switching speed in the range of 1 microsecond to 1 millisecond is suitable and sufficient.
또한, 본 분야의 현재 상태에서, 공간 스위칭이나 파장 선택적 스위칭 기술중의 어느 하나도 충분히 만족스럽지 않다. 이에 대한 한 이유로, 다양한 네트워크 제어 및 필요한 재구성 기능이 일반적으로 다르고, 모순되는 기술로 이루어져있기 때문에 그러하다. 다수의 다른 별개의 네트워크 제어 기능이 하나의 기초를 이루는 기술을 근간으로 해서 이행될 수 있었다면, 광 네트워크 시스템은 제조 및 그 비용에 있어서 효율적으로 상당한 수준으로 진보되었을 것이다.In addition, in the present state of the art, neither spatial switching nor wavelength selective switching techniques are sufficiently satisfactory. One reason for this is that the various network controls and the necessary reconfiguration functions are generally made of different and inconsistent technologies. If a number of different discrete network control functions could be implemented on the basis of one underlying technology, the optical network system would have evolved to significant levels of efficiency in terms of manufacturing and its cost.
모든-광 스위치는 본질적으로 차세대 네트워크로 점차적으로 간주되고 있다. 상기 광스위치와 같은 기능을 행하는 만족스러운 제품이 존재하지 않았기 때문에, 광신호를 스위칭을 위해 전자적 신호로 전환시키는 것이 필요하다. 이러한 기술은 비용이 많이 들고, 시간이 소비될 수 있고, 시스템상에 대역폭 한계를 부과시킬 수 있으며, 또한 포텐셜 에러(potenial error)의 많은 원인을 제공한다. 또한 상기 시스템의 융통성을 제한할 수도 있는데, 이는 일반적으로 작동시 효율적인 방법이 아니다.All-optical switches are increasingly regarded as essentially next generation networks. Since there was no satisfactory product performing the same function as the optical switch, it is necessary to convert the optical signal into an electronic signal for switching. Such techniques are expensive, time consuming, can impose bandwidth limits on the system, and also provide many sources of potential errors. It is also possible to limit the flexibility of the system, which is generally not an efficient method of operation.
상기에 설명된 스위칭 출원에 있어서, 다양한 각각의 개별적인 파장이나 채널(또는 전체 채널)을 선택적으로 부가, 드롭, 통과 또는 폐색시키기기 위해, 다파장이나 다중채널 라인의 하나 이상의 신호를 포함하여 선택적으로 광신호를 감쇠시키기 위해, 또한 그 사이에 하나 이상의 채널의 전송을 용이하게 하는 다중채널 또는 다파장 광 경로를 포함하여 광 경로를 선택적으로 교차접속시키기 위해, 및/또는 상기 도파관 평면 밖으로 광 경로를 따라서 다파장 또는 다중채널을 선택적으로 결합시키기 위한 상기한 이 모든 목적으로, 광신호가 도파관을 통하여 전달되는 방향, 광신호를 동적인 필터 광신호, 특히 다파장 또는 다중채널을 변화시킬 수 있는 필요항목이 존재하는 다수의 출원이 있다. 광 소자 및/또는 상대적으로 제조가 용이하고 생산비가 저렴한 구조를 이용하는 모든 이러한 기능을 행하는 것이 가능해질 것이다. 상세히는, 모든 칩상에 프로그램가능한 감쇠와 같은 부가 기능과 더불어 복합적인 광 네트워크가 병렬결합 되어있고, 동시에 일어나며, 공간 스위칭, 파장 선택 스위칭, 절환가능한 부가-드롭 필터링, 파장 선택 교차-접속 스위칭을 실행하기 위해 단일 칩상에 다기능을 결합시킨 원-샷(one-shot) 제조 기술을 활용하고, 각 소자가 서로 분리되어 조립하는 것보다 단일 재료 기술을 사용하여 제조하는 제조 기술이 제공되는 경우가 바람직하다.In the switching application described above, one or more signals of a multiwavelength or multichannel line are optionally included to selectively add, drop, pass, or occlude a variety of individual individual wavelengths or channels (or entire channels). To attenuate the optical signal and to selectively cross-connect the optical path, including multi-channel or multi-wavelength optical paths, which facilitate transmission of one or more channels therebetween, and / or optical paths out of the waveguide plane Therefore, for all of the above purposes for selectively combining multiple wavelengths or multiple channels, the direction in which the optical signals are transmitted through the waveguide, the necessity to change the optical signals to dynamic filter optical signals, in particular multi-wavelength or multi-channel There are a number of applications that exist. It will be possible to perform all these functions using optical devices and / or structures that are relatively easy to manufacture and inexpensive to produce. Specifically, multiple optical networks are paralleled together, with additional functions such as programmable attenuation on all chips, occurring simultaneously, performing spatial switching, wavelength selective switching, switchable add-drop filtering, and wavelength selective cross-connection switching. In order to utilize the one-shot manufacturing technique that combines the multi-function on a single chip for this purpose, it is preferable that a manufacturing technique for manufacturing using a single material technology is provided rather than assembling each device separately. .
정의Justice
이하 단락에서, 다양한 용어가 사용되는데, 상기 용어는 이하 정의를 가진다고 간주한다.In the following paragraphs, various terms are used, which are considered to have the following definitions.
" 브래그(bragg) 회절격자 또는 회절격자 "는 공간적으로 변화하는 굴절률분포 또는 정의된 체적이나 유도영역의 경계를 통하여 일어나는 유사한 동요에 의해서 형성되는 주기적인 구조이다. 단순한 브래그 회절격자는 일차원내에서 주기성을 띤다. 이러한 정의내에서 본 발명의 목적이 포함될 수도 있는, 보다 복잡한 회절 구조는 체적 홀로그램(hologram), 회절 렌즈, 또는 기타의 컴퓨터로부터 발생되거나 광학적으로 기록된 굴절률 분포, 대부분의 경우에 실질적으로 입체적인 부피를 투과하는 굴절률 분포, 입사 레이저 또는 기타의 광 빔 또는 피유도파 광을 통하여 수신되는 광 빔을 바람직한 출력 상태나 어느 하나의 도파 모드에서 다른 도파 모드, 도파 모드에서 자유 공간 모드로 또는 그 반대로 결합시키기 위해서 디자인되고 제조된 굴절률 분포여도 좋다.A "bragg diffraction grating or diffraction grating" is a periodic structure formed by spatially varying refractive index distributions or similar fluctuations that occur through the boundaries of defined volumes or induced regions. Simple Bragg diffraction gratings are periodic in one dimension. More complex diffractive structures, which may include the object of the present invention within this definition, are indicative of volume distribution holograms, diffractive lenses, or other computer generated or optically recorded refractive index distributions, in most cases substantially three-dimensional volumes. Combining the transmitted refractive index distribution, the incident laser or other light beam or light beam received through the guided light from the desired output state or from one waveguide mode to another waveguide mode, from the waveguide mode to the free space mode or vice versa It may be a refractive index distribution designed and manufactured for this purpose.
" 절환가능한 회절격자 또는 절환가능한 브래그 회절격자 "는 회절격자"Switchable diffraction grating or switchable Bragg diffraction grating" means diffraction grating
주기율 변화가 조정될 수 있고, 유도되거나, 전기장에 의해서 소멸될Periodic changes can be adjusted, induced or extinguished by an electric field
수 있는 체적 측정의 회절격자이다. 이것은 절환가능하지 않는 표준It is a diffraction grating of volume measurement. This is a non-switchable standard
회절격자와는 다르다. 이러한 정의는 상기 회절격자의 주기의 변화를It is different from the diffraction grating. This definition shows the variation of the period of the diffraction grating.
의미하는 것이 아니라, 단지 공간적인 변화율을 의미한다. 간단한 예It does not mean just the rate of spatial change. Simple example
에서, 전송이나 반사형중 어느 하나의 절환가능한 회절격자는 회절격자Where the switchable diffraction grating of either transmission or reflection type
소자를 의미할 수도 있고, 스위치-온(switch-on)한 상태에서, 상기 절Device, or, in the switched-on state,
환가능한 회절격자는 필터링되거나 고품질의 종래 섬유나 도파관 브래Ringable diffraction gratings are filtered or high-quality conventional fiber or waveguide bra
그 회절격자와 비교해서 기타의 회절 특성을 가지며, 스위치-오프(swCompared with the diffraction grating, it has other diffraction characteristics and switches off (sw
itch-off)한 상태에서 이는 효율적으로 소멸되어 손실이 적은 도파관In the itch-off state, it is effectively dissipated and low loss waveguide
또는 일정한 부피의 투명한 광학 재료로 대체된다.Or with a volume of transparent optical material.
최근까지, 절환가능한 브래그 회절격자에 대한 어떠한 메커니즘도 활용되지 않았다. 어떠한 반도체 회절격자는 절환될 수 있지만, 이것은 단지 기하학적 구성에 제한될 뿐이고, 공간 지수 변동의 제어 동적 범위는 상대적으로 적디. 대개 물리적인 구조의 전극에 의해서 형성되는 액정 회절격자는 절환가능하지만, 이는 주로 자유 공간 비-체적 측정 회절격자와 관련이 있는데, 상기 액정 회절격자는 섬유 광신호로 사용될 때 과도하게 산란되지만, 밀리세컨드 범위에서는 스위칭이 상대적으로 느리다. 자석-광 재료 및 리튬 니오베이트 재료와 같은 공간적 주기성을 만들어내는 구조화 전극의 사용과 연관된 절환가능한 다방면의 회절격자는 공간적 주기 및 제조된 전극 패턴의 리소그래픽 공정에 의존하는 회절격자의 깊이에 있어서 그 적용에 제한된다. 그러한 회절격자는 구조화 전극 1 마이크로미터에 훨씬 못 미치는 공간 주기에서 실용적이지 못해서, 다양한 섬유 광학 출원에서 더 작은 주기가 더 중요하고, 상기 회절격자는 또한 상기 전극 주기가 무제한의 체적을 관통할 수 없기 때문에 체적 측정 (브래그) 회절격자를 제조하는 경향이 아니다.Until recently, no mechanism for switchable Bragg gratings has been utilized. Any semiconductor diffraction grating can be switched, but this is only limited to the geometry and the controlled dynamic range of spatial exponential fluctuations is relatively insignificant. Usually the liquid crystal diffraction grating formed by the electrode of the physical structure is switchable, but this is mainly related to the free space non-volume measuring diffraction grating, which is excessively scattered when used as a fiber optical signal, In the second range, switching is relatively slow. Switchable multi-faceted diffraction gratings associated with the use of structured electrodes to create spatial periodicities such as magneto-optical materials and lithium niobate materials have been shown to vary in their depth in the depth of the diffraction grating depending on the spatial period and the lithographic process of the produced electrode pattern. Limited to the application. Such diffraction gratings are not practical in space periods well below 1 micrometer of structured electrodes, so smaller periods are more important in various fiber optic applications, and the diffraction gratings also cannot penetrate an unlimited volume of electrode periods. Because of this, volumetric (bragg) diffraction gratings are not inclined.
" 홀로그래픽 중합체/ 분산된 액정 또는 H-PDLC "는 중합체내에 액정의"Holographic polymer / dispersed liquid crystal or H-PDLC"
어떤 초미세액적 복합물 또는 상호관통한 L.C가 있는 중합체 네트워크를Polymer networks with any microdroplet complex or interpenetrating L.C.
포함해서 기타의 형태학적인 변형체이다. 절환가능한 회절격자의 이러한Including other morphological variants. This of the switchable diffraction grating
군은 중합체 숙주(host)내 액정의 초미세액적 분산, 홀로그래픽 기록 및The group consists of ultrafine droplet dispersion of liquid crystals in polymer host, holographic recording and
광중합과정에 의해서 이루어지는 500 나노미터 이하만큼 작은 주기를Cycles as small as 500 nanometers or less
가지는 주기적 구조를 보유하는 체적 회절격자에 근거하고 있다. 그러The branches are based on volumetric diffraction gratings with periodic structures. Like that
한 회절격자의 스위칭은 상기 전극을 패터닝함으로써 상기 회절격자를Switching a diffraction grating by patterning the electrode
제조하는 것과는 반대로, 전 회절 영역에 대해서 균일하며 모놀리식(Contrary to fabrication, it is uniform for the entire diffraction region and monolithic (
monolithic)인 전극으로 전기장을 걸어줌으로써 얻어진다. H-PDLC에It is obtained by applying an electric field to a monolithic electrode. On H-PDLC
대한 예가 이하에 설명되어 있지만, 이하에 한정되는 것은 아니다.Examples are described below, but are not limited to the following.
1. R. L. Sutherland, L. V. Natarajan, V. P. Tondiglia, T. J. Bunning, 주기적인 중합체-분산된 액정판으로 이루어진 아크릴레이트 중합체내의 브래그 회절격자, Chem. of Materials, 1993, 5, 1533.38.1. R. L. Sutherland, L. V. Natarajan, V. P. Tondiglia, T. J. Bunning, Bragg diffraction gratings in acrylate polymers consisting of periodic polymer-dispersed liquid crystal plates, Chem. of Materials, 1993, 5, 1533.38.
2. R. L. Sutherland, L. V. Natarajan, V. P. Tondiglia, T. J. Bunning 및 W. W. Adams, 동적 홀로그램에 응용된 광중합/액정 복합물 재료의 개발, Proc. SPIE Vol. 2152, Paper 38.2. R. L. Sutherland, L. V. Natarajan, V. P. Tondiglia, T. J. Bunning and W. W. Adams, Development of Photopolymerization / Liquid Crystal Composite Materials for Dynamic Holograms, Proc. SPIE Vol. 2152, Paper 38.
3. V. P. Tondiglia, L. V. Natarajan, R. L. Sutherland 및 T. J. Bunning , W. W. Adams, 중합체 분산된 액정 필름내에서 체적 홀로그래픽 이미지 저장 및 전자-광 판독, Opt Lett. v. 20, p. 1325, 1995.3. V. P. Tondiglia, L. V. Natarajan, R. L. Sutherland and T. J. Bunning, W. W. Adams, Volume holographic image storage and electro-optical reading in polymer dispersed liquid crystal films, Opt Lett. v. 20, p. 1325, 1995.
4. R. L. Sutherland, L. V. Natarajan, V. P. Tondiglia, T. J. Bunning 및 W. W. Adams, 새로운 광중합체-액정 복합물내에서 절환가능한 홀로그램, Proc. SPIE Vol 2404, p. 132, 1995.4. R. L. Sutherland, L. V. Natarajan, V. P. Tondiglia, T. J. Bunning and W. W. Adams, Switchable Holograms in New Photopolymer-Liquid Crystal Composites, Proc. SPIE Vol 2404, p. 132, 1995.
5. R. L. Sutherland, L. V. Natarajan, V. P. Tondiglia, T. J. Bunning 및 W. W. Adams, PDLC에서 전기적으로 절환가능한 체적 회절격자, Appl. Phys. Lett., Vol. 64, p. 1074, 1994.5. R. L. Sutherland, L. V. Natarajan, V. P. Tondiglia, T. J. Bunning and W. W. Adams, electrically switchable volume diffraction gratings in PDLC, Appl. Phys. Lett., Vol. 64, p. 1074, 1994.
6. 미국 특허 4,938,568, July 3, 1990. John D. Margerum, et al.6. US Patent 4,938,568, July 3, 1990. John D. Margerum, et al.
7. 미국 특허 5,096,282. March 17, 1992. John D. Margerum, et al.7. US Patent 5,096,282. March 17, 1992. John D. Margerum, et al.
8. A. Golemme, B.L. Volodin, B. Kippelen, and N. Peyghambarian, 광-굴절성의 중합체-분산 액정, Optics Letters, Vol. 22, No. 16, p. 1226-1228, August 15, 1997.8. A. Golemme, B.L. Volodin, B. Kippelen, and N. Peyghambarian, Photo-Refractive Polymer-Dispersed Liquid Crystals, Optics Letters, Vol. 22, no. 16, p. 1226-1228, August 15, 1997.
9. Keiji Tanaka, Kinya Kato, Shinjui Tsuru, Shigenobu Sakai, 반사적인 컬러 디스플레이를 위한 홀로그래픽으로 형성된 액정/중합체 장치, Journal of the SID, Vol 2, No. 1, p. 37-40, 1994.9. Keiji Tanaka, Kinya Kato, Shinjui Tsuru, Shigenobu Sakai, Holographically Formed Liquid Crystal / Polymer Devices for Reflective Color Displays, Journal of the SID, Vol 2, No. 1, p. 37-40, 1994.
10. Emily W. Nelson, Adrian D. Williams, Gregory P. Crawford, Louis D. Silverstein, and Thomas G. Fiske, 풀-컬러 반사적인 디스플레이, IS & T's 50th Annual Conference, p. 669-673.10. Emily W. Nelson, Adrian D. Williams, Gregory P. Crawford, Louis D. Silverstein, and Thomas G. Fiske, Full-Color Reflective Display, IS & T's 50th Annual Conference, p. 669-673.
11. G. Crawford and S.Zumer, 중합체 및 다공성의 네트워크, Taylor and Francis, 1996, 런던.11. G. Crawford and S. Zumer, Network of Polymers and Porosity, Taylor and Francis, 1996, London.
넓은 범위의 장치 및 장치 기하학중의 어느 " 전기적으로 절환가능한 브래그 회절격자 또는 (ESBG) "는 H-PDLC 재료 기술을 활용하여 실현되었다.Any of the "electrically switchable Bragg diffraction gratings (ESBGs)" of a wide range of devices and device geometries have been realized utilizing H-PDLC material technology.
본 발명은 절환가능한 광학 소자에 관한 것이다. 상세히는, 절환가능한 도파관 회절 격자를 포함하여, 피유도파 광학에 활용되고, 파장 분리 멀티플렉싱(WDM) 시스템에 적절하게 사용되는 광학 소자에 관한 것이다. 또한, 절환가능한 부가/드롭 필터링(SADF) 및 파장 선택적인 교차 접속(WSXC), 반 결합기 또는 모서리-연마 섬유로 활용되고, 감쇠기 및 기타 광학 회절격자 또는 파장 개별 소자, 상기 소자가 사용되는 장치, 상기 소자 및 장치의 조립 방법 및 상기 장치의 집적 구조에 사용되는 절환가능한 광학 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a switchable optical element. In particular, it relates to optical elements, including switchable waveguide diffraction gratings, utilized in waveguide optics and suitably used in wavelength separation multiplexing (WDM) systems. It is also utilized as switchable add / drop filtering (SADF) and wavelength selective cross connection (WSXC), semi-coupler or edge-polishing fibers, attenuators and other optical diffraction gratings or wavelength discrete devices, devices in which the devices are used, A method of assembling the device and the device, and a switchable optical device used in the integrated structure of the device.
도1a 및 1b는 코어 영역 및 클래딩 영역에 각각 ESBG를 갖는 도파관의 구조도이다.1A and 1B are structural diagrams of waveguides having ESBGs in a core region and a cladding region, respectively.
도2a 및 2b는 오프-상태 및 온-상태에서 각각 전송 ESBG의 구조도이다.2A and 2B are structural diagrams of a transmitting ESBG in off-state and on-state, respectively.
도3a 및 3b는 오프-상태 및 온-상태에서 각각 ESBG의 구조도이다.3A and 3B are structural diagrams of an ESBG in off-state and on-state, respectively.
도4a 및 4b는 온-상태 및 오프-상태에서 각각 단일 절환가능한 도파관의 구조도이다.4A and 4B are structural diagrams of single switchable waveguides in on-state and off-state, respectively.
도5a는 본 발명에 있어서 절환가능한 부가/드롭 단일 채널 필터의 구조도이다.5A is a schematic diagram of a switchable add / drop single channel filter in the present invention.
도5b는 도5a의 필터에 있을 수 있는 다양한 커플링 모드의 구조도이다.5B is a structural diagram of various coupling modes that may be present in the filter of FIG. 5A.
도5c는 아포디제이션 하지 않는 도5a에서의 필터에 있어서 다양한 포트에서의 광학적 성능을 도시하는 그래프이고, 도5d는 아포디제이션하는 포트에서 그 성능을 도시하는 그래프이다.FIG. 5C is a graph showing the optical performance at various ports for the filter in FIG. 5A without apodization, and FIG. 5D is a graph showing the performance at the ports apodizing.
도5e는 도5a의 소자를 활용하는 집적된 평면의 4-채널 배열 필터의 구조도이다.5E is a structural diagram of an integrated planar four-channel array filter utilizing the device of FIG. 5A.
도5f는 집적된 광 교차접속 스위치의 구조도이다.5F is a structural diagram of an integrated optical cross-connect switch.
도6a 및 6b는 본 발명에 있어서 교차점 스위치에 대한 두개의 실시예를 도시하는 구조도이다.6A and 6B are structural diagrams showing two embodiments of cross point switches in the present invention.
도7a는 도5a의 필터가 있는 도6a에 표시된 교차접속의 필터 응답을 비교하는 그래프이다.FIG. 7A is a graph comparing the filter response of the cross-connect shown in FIG. 6A with the filter of FIG. 5A.
도7b는 도6a의 교차접속에 대한 전체 응답을 구체적으로 보여주는 그래프이다.FIG. 7B is a graph specifically showing the overall response to the cross connection of FIG. 6A.
도7c 및 도7d는 도6b에서 표시된 교차접속의 전형적인 광 반응을 도시하는 그래프이다.7C and 7D are graphs showing typical light response of the cross-connect shown in FIG. 6B.
도8a및 도8b는 도6b의 교차접속 소자를 활용하는 복합 파장에 대한 복합 도파관 사이의 교차배열을 도시하는 구조도이다.8A and 8B are structural diagrams showing cross-arrays between composite waveguides for composite wavelengths utilizing the cross-connect elements of FIG. 6B.
도9는 공진기의 일부로 사용되는 ESBG의 구조도이다.9 is a structural diagram of an ESBG used as part of a resonator.
도10a는 채널 드롭 필터에 대한 공진기 실시예의 구조도이다.10A is a structural diagram of a resonator embodiment for a channel drop filter.
도10b 및 도10c는 고차 결합된 공진기가 있는 상기 필터의 예이다.10b and 10c are examples of such filters with higher order coupled resonators.
도10d-10f는 본 발명에 있어서 공진기가 있는 세개의 가이드-채널 드롭핑 필터의 구조도이다.10D-10F are structural diagrams of three guide-channel dropping filters with resonators in the present invention.
도11은 도10a에 표시된 형태의 매치드(matched) 버스 공진기의 응답을 도시하는 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing the response of a matched bus resonator of the type shown in FIG. 10A.
도12a-12e는 본 발명의 집적된 배열의 제조 방법을 나타낸다.12A-12E illustrate a method of making an integrated arrangement of the present invention.
도13a 및 13b는 본 발명의 집적된 배열의 대체적인 제조 기술을 나타낸다.13A and 13B illustrate alternative fabrication techniques of the integrated arrangement of the present invention.
도14a는 본 발명의 기술에 있어서 반결합 장치의 구조도이고, 14b는 도14a에서 표시된 유형의 장치에 있어서의 다양한 부품의 지수 및 차원의 차트(chart)이다.FIG. 14A is a structural diagram of a semi-coupling device in the technique of the present invention, and 14B is a chart of the exponents and dimensions of the various components in the device of the type indicated in FIG.
도14c 및 14d는 상기 ESBG의 위와 아래 및 ESBG의 모서리상에 전극이 있는 도14a에서 라인 c-c를 따르는 단면도이다.14C and 14D are cross-sectional views along the line c-c in FIG. 14A with electrodes above and below the ESBG and on edges of the ESBG.
도15는 본 발명의 반결합 장치가 있는 절환가능한 브래그 필터의 구조도이다.Figure 15 is a structural diagram of a switchable Bragg filter with a semi-binding device of the present invention.
도16은 도15에서 표시된 유형의 장치의 제조 방법에 대한 구조도이다.16 is a structural diagram of a method of manufacturing a device of the type indicated in FIG.
도17은 본 발명의 반결합 기술을 활용하는 절환가능한 외부 결합기(out-coupler)의 구조도이다.Figure 17 is a schematic diagram of a switchable out-coupler utilizing the semi-bonding technique of the present invention.
도18은 본 발명의 반결합 기술을 활용하는 조정가능한 감쇠기의 구조도이다.18 is a structural diagram of an adjustable attenuator utilizing the anti-binding technique of the present invention.
도19a는 두개의 다른 분극에 대한 전기적-광학적으로 전환되는 ESBG의 함수로 섬유를 통하여 광전원이 전달되는 것을 보여주는 그래프이고, 도19b는 3단계 감쇠에 대한 파장의 함수로 전원이 전달되는 것을 도시하는 차트이다.FIG. 19A is a graph showing the photoelectric transfer through a fiber as a function of the electro-optically switched ESBG for two different polarizations, and FIG. 19B shows the power transfer as a function of wavelength for three-step attenuation. It is a chart.
도20은 본 발명의 반결합 기술을 활용하는 채널 부가/드롭 교차 결합 장치의 구조도이다.20 is a structural diagram of a channel add / drop crosslinking device utilizing the anti-bonding technique of the present invention.
도21은 반결합기 및 ESBG 기술을 활용하는 2 ×2 공간 스위치의 구조도이다.Figure 21 is a schematic diagram of a 2x2 spatial switch utilizing a semi-coupler and ESBG technique.
도22a 및 22b는 두개의 섬유 사이에 회절격자 보조 결합기의 구조도이다.22A and 22B are structural diagrams of a diffraction grating auxiliary coupler between two fibers.
도22c는 도22a, 도22b의 결합기에 대한 성능을 도시하는 그래프이다.22C is a graph showing the performance of the coupler of FIGS. 22A and 22B.
상기에 따라, 본 발명은, 한 예로 그 경로가 복합물 광 구조내에 형성되는 도파관일 수도 있는 상기 피유도파 광로상에 선택적으로 재구성되는 소자을 제공In accordance with the above, the present invention provides an element which is selectively reconstructed on the waveguide optical path, for example, whose path may be a waveguide formed in the composite optical structure.
한다. 상기 소자에는 그 경로가 광접촉되어 있는 적어도 하나의 ESBG와 선택적으로 적어도 하나에 전극을 설치한 다음 상기 ESBG를 가로질러 전압을 인가하는 전극이 포함되어 있고, 제1 전압이 ESBG를 가로질러 인가시키는 경우에 경로에 대한 광신호의 변화가 없고, 제2 전압이 ESBG를 가로질러 가해지는 경우에는 경로상에 광신호의 변화가 있다. 상기 광신호가 다중채널 WDM 신호일 경우에, 제2 전압이 ESBG를 가로지를 경우에 선택된 채널이 경로로부터 드롭(drop)될 수도 있는데, 이때의 드롭핑은 채널이 경로를 통하여 역 반사되거나 ESBG를 통하여 경로로부터 드롭/외부결합(out-couple)될 수도 있다.do. The device includes at least one ESBG whose path is optically contacted, and optionally at least one electrode, and then an electrode for applying a voltage across the ESBG, the first voltage being applied across the ESBG. In this case, there is no change in the optical signal for the path, and in the case where the second voltage is applied across the ESBG, there is a change in the optical signal on the path. If the optical signal is a multi-channel WDM signal, the selected channel may be dropped from the path when the second voltage crosses the ESBG, where dropping causes the channel to be reflected back through the path or routed through the ESBG. It may be dropped / out-coupled from.
상기 소자는 제2 전압이 ESBG를 가로지를 경우에, 그 경로 사이에 전송되는 적어도 하나의 선택된 채널이 있는 광학적으로 ESBG와 결합된 제2 도파관 광로를 포함할 수도 있다. 상세히는, 채널은 광로에 상기 ESBG에 가로지르는 전압이 가해지는 경우에, 상기 광로와 ESBG를 통하는 제2 광로 사이에 전달됨으로써 광로에 드롭되거나 부가될 수 있다. WDM 신호가 양 경로에 나타날 경우에, 제2 전압이 ESBG를 가로질러 인가되면 상기 경로들 사이에 적어도 하나의 선택된 채널의 WSXC 전송이 행해질 수도 있다.The device may comprise a second waveguide optical path coupled optically with the ESBG where there is at least one selected channel transmitted between the paths when the second voltage crosses the ESBG. In detail, the channel may be dropped or added to the optical path by being transferred between the optical path and the second optical path through the ESBG when a voltage across the ESBG is applied to the optical path. If the WDM signal appears in both paths, WSXC transmission of at least one selected channel may be done between the paths if a second voltage is applied across the ESBG.
다수의 ESBG 또는 ESBG 소자는 제2 전압이 인가하여 가해질 경우에, 각 ESBG에 의해 그 경로 사이에 전송되는 다른 채널이 있는 양 경로에 광학적으로 결합될 수도 있다. 본 발명의 일부의 실시예에 있어서, 각 경로와 광접촉하는 하나의 ESBG, 상기 ESBG류을 상호접속시키는 적어도 하나의 광로가 있고, 일반적으로 바람직한 실시예인 링(ring)를 형성하기 위해서 ESBG류을 상호접속시키는 두개의 광로가 있다. 상기 링중의 어느 하나는 각각의 WDW 채널이 경로 사이에 전송되게 하기 위해서 상기 경로 사이에 설치될 수도 있다. 상기 바람직한 두개의 신호-운반 광섬유는 처음의 유효지수와 같은 값을 가지며, 예로 주요한 광로의 것보다 다른 사이즈 링의 광로를 가짐으로써 다른 유효 지수들은 얻어질 수 있다.Multiple ESBGs or ESBG devices may be optically coupled to both paths with different channels transmitted between their paths by each ESBG when a second voltage is applied and applied. In some embodiments of the present invention, there is one ESBG in optical contact with each path, at least one optical path interconnecting the ESBGs, and interconnecting the ESBGs to form a ring, which is generally a preferred embodiment. There are two paths to let. One of the rings may be installed between the paths so that each WDW channel is transferred between paths. The two preferred signal-carrying optical fibers have the same value as the initial validity index, and for example, different effective indices can be obtained by having an optical path of a different size ring than that of the primary optical path.
상기 광로는 일례로 또한 다른 사이즈의 광로를 가짐으로써 얻을 수 있는 다른 지수를 가질 수도 있다. 회절격자 지수에 있어서의 차이는 ESBG 회절격자의 지수 변화n가 같거나 그 보다 더 큰것이 바람직하다.The optical path may also have other indices which can be obtained, for example, by having optical paths of different sizes. The difference in the diffraction grating index is the exponential change of the ESBG diffraction grating It is preferred that n is equal or greater.
광집적화하기 보다, 상기 소자는 예를 들어, 절환가능한 드롭 필터, 절환가능한 외부 결합기 또는 절환가능한 감쇠기와 같은 절환가능한 반결합 장치일 수도 있다. 상기 감쇠기에서는, ESBG가 서브미크론의 회절격자를 가진다.Rather than photointegrating, the device may be a switchable semicoupling device such as, for example, a switchable drop filter, a switchable external coupler or a switchable attenuator. In the attenuator, the ESBG has a submicron diffraction grating.
상기 ESBG는 또한 일부의 공진기가 될 수도 있다. 상기 공진기가 채널 드롭 필터로 사용될 경우에, 상기 소자는 각 광로상의 광신호의 전송방향으로 드롭되어지는 반파장 또는 한파장의 정수의 파장만큼 각각 분리되어 있는 제1 드롭 공진기 및 제2 드롭 공진기를 포함한다. 각 공진기는 또한 직렬 결합 또는 병렬 결합중의 어느 하나인 공진기 섹션(section)으로 형성된 다극성의 공진기일 수도 있다. 상기 공진기 소자는 또한 광로 사이에 공진기가 위치하는 가이드 채널 드롭핑 필터일 수도 있다. 또한, 스플리트(split) 공진기 섹션 사이에 상 지연 섹션을 갖는 스프리트 공진기일 수도 있다.The ESBG may also be some resonator. When the resonator is used as a channel drop filter, the device includes a first drop resonator and a second drop resonator, each separated by half or one wavelength of an integer wavelength dropped in a transmission direction of an optical signal on each optical path. do. Each resonator may also be a multipolar resonator formed of resonator sections, either in series coupling or in parallel coupling. The resonator element may also be a guide channel dropping filter in which the resonator is located between the optical paths. It may also be a split resonator having a phase delay section between split resonator sections.
두개의 도파관이나 광로가 있는 상기 ESBG는 클래딩(cladding)이 겹쳐지는 양 광로에 대한 클래딩에 사용될 수도 있다. 상기 두개의 광로의 클래딩이 겹쳐지지 않는 ESBG는 확장되거나 양 광로 위을 덮게되어, 상호접속에 영향을 미치게된다. 두개의 광로와 관련된 어느 소자에 있어서, 사이드로브는 아포디제이션(apod ization)에 의해 억제된다. 앞서 나타낸 대로, 상기 모두는 반결합 실시예를 제외한 집적 광학 기술의 사용을 통하여 유효화되는 것이 바람직하다.The ESBG with two waveguides or optical paths may be used for cladding for both optical paths where the cladding overlaps. ESBGs that do not overlap the cladding of the two optical paths may extend or cover the two optical paths, thus affecting the interconnect. In any device associated with two optical paths, the side lobes are suppressed by apodization. As indicated above, all of the above is preferably validated through the use of integrated optical technology except for the semi-coupled embodiment.
반결합 실시예에 있어서, 그 주위에 클래딩이 있는 코어(core)를 가진 광섬유가 제공되는데, 상기 클래딩이 적어도 부분적으로 선택된 영역이 제거된다면 이때 상기 코어의 지수는 n1, 클래딩의 지수는 n2및 섬유의 유효지수는 ne가 된다. 그 영역에서 ESBG는 섬유에 고정되고, 상기 ESBG는 처음 상태에서 실질적으로 nB는 n2와 같게되는 지수 nB를 갖는 지수를 갖는다. 전기적인 소자에는 ESBG를 가로질러 전압을 선택적으로 걸어주는 전극이 또한 포함되는데, 빛에 관한 ESBG의 효과는 교차하는 전압이 변화함에 따라 변하는 ESBG에 적용되고, 따라서 ESBG의 상태도 변화하게 된다. 광섬유에 가해지는 빛은 상기 ESBG가 처음 상태에 있을 경우에, 실질적으로 ESBG의 영향을 받지 않는다. 예를 들어, 메커니즘이 실질적으로 ESBG를 가로질러 어떠한 전압도 가해지지 않을 경우에 이러한 일이 일어난다. ESBG를 가로질러 전압을 변화시킨 결과로 발생하는 nB의 변화는 섬유에 걸어주는 빛의 선택된 감쇠에서 비롯될 수도 있는데, 특히 ESBG가 서브파장을 갖는 회절격자를 가지는 경우에 그러하다. 일반적으로 상기 감쇠는 실질적으로 파장과는 독립적이다.In a semi-bonded embodiment, an optical fiber having a core with a cladding around is provided, wherein the index of the core is n 1 and the index of the cladding is n 2 if the cladding is at least partially selected. And the effective index of the fiber is n e . In that region the ESBG is anchored to the fiber, which in its initial state has an index with an index n B where n B is substantially equal to n 2 . The electrical device also includes an electrode that selectively applies a voltage across the ESBG. The effect of the ESBG on light is applied to the ESBG, which changes as the crossing voltage changes, thus changing the state of the ESBG. Light applied to the optical fiber is substantially unaffected by the ESBG when the ESBG is in the initial state. This happens, for example, if the mechanism is not actually applying any voltage across the ESBG. The change in n B resulting from varying the voltage across the ESBG may result from the selected attenuation of the light over the fiber, especially if the ESBG has a diffraction grating with subwavelengths. In general, the attenuation is substantially independent of the wavelength.
상기 ESBG는 적어도 한 방향에서 ESBG를 통하여 결합되는 하나 이상의 선택된 파장에서 또는 처음 상태에서 ESBG를 교차하는 전압이 ESBG를 발생하는 전압으로부터 변화될 때 섬유로부터 빛이 발생할 수도 있다. 상기 ESBG 회절격자는 또한 섬유를 따라서 역반사되는 하나 이상의 선택된 파장에서 빛을 발생하는 주기를 가질 수도 있는데, 따라서 섬유내에 전파되는 빛으로부터 상기한 하나 이상의 선택된 파장이 필터링 될 수도 있다. 상기 섬유중의 두개를 인접하는 제거된 클래딩을 갖는 섬유 영역 및 양 영역내에서 섬유사이에 장착되어 있는 ESBG에 설치할 수도 있다. 이러한 재구성에 있어서, ESBG가 선택된 지수를 가질 경우에, 섬유중의 어느 하나상의 모든 빛이 다른 섬유로 ESBG를 변하지 않고 통과한다. 상기 섬유가 실질적으로 같은 지수를 가질 경우, 섬유중의 어느 하나에 가해지는 빛은 ESBG가 처음 상태에 있을 때 그 ESBG를 통과하여 다른 섬유로 전송된다. 상기 ESBG기 가로질러 걸어준 전압으로 인해 제2 상태에 있을 경우, 회절격자의 주기에 의해 결정되는 적어도 하나의 선택된 파장의 빛이 ESBG를 통과하는 것이 방해받게 되고, 그러한 빛은 원 섬유에 계속적으로 전파된다. 상기 섬유는 또한 2/= i- i'이 만족되는 조건에서 다파장의 광신호의 적어도 하나 이상의 파장을 가지는 이러한 경우에 다양한 지수를 갖는데, 상기 조건식에서,는 회절격자의 주기, i, i'는 각각의 두개의 섬유에 대한 전파 상수이고, 상기 파장에만 섬유 사이에 커플링이 있다. 상기 섬유가 다른 지수를 가지는 경우에, 유효 지수의 차가 ESBG 회절격자의 지수 변화n과 같거나 더 큰 것이 좋다.The ESBG may generate light from the fiber when the voltage across the ESBG at one or more selected wavelengths coupled through the ESBG in at least one direction or in the initial state changes from a voltage that generates the ESBG. The ESBG diffraction grating may also have a period of generating light at one or more selected wavelengths that are retroreflected along the fiber, so that the one or more selected wavelengths may be filtered from the light propagating within the fiber. Two of the fibers may be installed in the fiber region with adjacent removed cladding and in an ESBG mounted between the fibers in both regions. In this reconstruction, when the ESBG has a selected index, all the light on either of the fibers passes through the ESBG unchanged to the other fiber. If the fibers have substantially the same exponent, light applied to any of the fibers is transmitted through the ESBG to other fibers when the ESBG is in its initial state. When in the second state due to the voltage across the ESBG group, at least one selected wavelength of light, determined by the period of the diffraction grating, is prevented from passing through the ESBG and such light continues to the original fiber. It is spread. The fiber is also 2 Of = i- in this case having at least one or more wavelengths of the multi-wavelength optical signal under conditions where i 'is satisfied, where Is the period of the diffraction grating, i , i 'is the propagation constant for each of the two fibers, and there is a coupling between the fibers only at that wavelength. When the fibers have different indices, the difference in the effective indices is the exponential change of the ESBG diffraction grating It is better than or equal to n.
본 발명은 또한 서브파장 회절격자를 갖는 ESBG를 설치하는 것을 포함하는데, 여기서 이 회절격자는 실질적으로 0.5㎛ 보다 작은 주기를 가질 수도 있다. 상기 서브파장 회절격자는, 적당한 파장과 빔 사이의 반각 θ가 sin θ= λ/2 Λ(여기서, λ는 활용되는 ESBG의 광신호의 중심 파장임)에서보다 더 크게 되는 두개의 간섭하는 광 빔에 필름을 노광(a)시키는 것과; 적당한 이성분의 상 마스크를 통하여 필름을 노광(b)시키는 것;마스터 회절격자를 통하여 필름을 노광시키는 것(c)중의 어느 하나에 의해서 H-PDLC 필름을 노광시킴으로써 얻어질 수 있다.The present invention also includes installing an ESBG having a subwavelength diffraction grating, where the diffraction grating may have a period of substantially less than 0.5 μm. The subwavelength diffraction grating has two interfering light beams such that the half angle θ between the appropriate wavelength and the beam is greater than in sin θ = λ / 2 Λ, where λ is the central wavelength of the optical signal of the ESBG being utilized. Exposing the film to the film (a); (B) exposing the film through a suitable bicomponent image mask; exposing the film through a master diffraction grating; (c) can be obtained by exposing the H-PDLC film.
각 노드에 형성되는 적어도 하나의 ESBG가 있는 다수의 노드(node)를 갖는 집적된 광 네트워크는 노드를 통과하는 도파관의 선택된 광 도파관의 적어도 하나를 적당한 기판에 선택된 광 도파관을 형성시키고 또한 각 노드에 전극이 있는 ESBG를 형성시킬 뿐아니라, 상기 도파관 및 ESBG류을 커버링(covering)함으로써 만들어질 수도 있다. 상기 ESBG류은 전극 필름이나 각 노드에 H-PDLC 필름을 형성시켜 그 위에 ESBG 회절격자를 형성시키기 위해 각 노드에 H-PDLC 필름을 노광시킴으로써 만들어질 수도 있다. 도파관 및 ESBG류의 커버링은 각 노드에 덮개 면위에 제2 전극을 형성시켜 덮개판으로 도파관/H-PDLC 필름을 커버링 한 다음, 덮개판 상에 각 전극을 대응하는 노드에 대해 H-PDLC 필름을 덮어 씌움으로써 이루어진다. H-PDLC 필름의 노광은 이하 그 빔이 서로 선택된 각을 갖게하는 각 H-PDLC 필름에 적당한 파장을 갖는 간섭하는 광 빔을 노광(a)시키고;적합한 이성분의 상 마스크를 통하여 동시에 전 필름을 노광(b)시키는 것;적당한 마스크를 통하여 각 필름을 노광(c)시키는 것중의 어느 하나에 의해서 이루어진다. 선택된 광 도파관은 또한 제1 및 제2 기판에 형성될 수도 있는데, 상기 광 도파관은 커버링단계 공정동안 서로 인접하여 장착되고, 두 기판상의 도파관은 적어도 하나의 선택된 노드에 교차된다. 이러한 실시예에 있어서, 그 노드에 형성되어 있는 ESBG 회절격자가 있는 H-PDLC 필름은 어느 하나의 기판상에 형성되거나 상기 기판 사이에 개별적으로 형성되어 장착된다. 전극 필름은 각 노드의 도파관의 각 기판상에 형성될 수도 있다.An integrated optical network having a plurality of nodes with at least one ESBG formed at each node forms at least one of the selected optical waveguides of the waveguides passing through the node to form a selected optical waveguide on a suitable substrate and at each node. In addition to forming ESBGs with electrodes, they may also be made by covering the waveguides and ESBGs. The ESBGs may be made by exposing an H-PDLC film to each node to form an H-PDLC film on an electrode film or each node to form an ESBG diffraction grating thereon. Covering of waveguides and ESBGs covers the waveguide / H-PDLC film with a cover plate by forming a second electrode on the cover face at each node, and then applying an H-PDLC film to the corresponding node on each cover plate. By overwriting. Exposure of the H-PDLC film will then expose (a) an interfering light beam having an appropriate wavelength to each H-PDLC film that will have its beams selected at each other; Exposing (b) each of the films through a suitable mask. Selected optical waveguides may also be formed on the first and second substrates, wherein the optical waveguides are mounted adjacent to each other during the covering step process, and the waveguides on the two substrates cross at least one selected node. In this embodiment, the H-PDLC film with ESBG diffraction grating formed at that node is formed on either substrate or separately formed and mounted between the substrates. The electrode film may be formed on each substrate of the waveguide of each node.
최종적으로, 본 발명에는 ESBG의 상태에 따라서 N개 피유도파 광 입력 및 M개 피유도파 광 출력을 갖는 집적된 광 네트워크, 노드에서 교차하는 도파관 및 각 노드에서 도파관상의 노드에서 교차하는 하나의 도파관상에 광 신호를 통과시키거나 각노드에 교차하는 기타의 도파관에 그러한 광 신호의 적어도 한 부분을 전송시키는 것중 어느 하나로 작동되는 ESBG 스위치 소자가 포함된다. WDM 신호에 있어서, 노드에서 전송되기 위해서 ESBG 스위치 소자를 각 파장에 대한 노드에 제공할 수도 있다. 보다 바람직한 예로, 전 도파관이 실질적으로 같은 지수 n1을 가지는데, 상기 각 노드에서 ESBG 스위치 소자는 각 도파관에 광접촉하는 지수n이 있는 회절격자를 갖는 ESBG, 상기 ESBG류을 상호접속시키는 적어도 하나의 도파관, 지수 n2(여기서, n1-n2 n임)를 갖는 ESBG류을 접속시키는 도파관을 갖는 ESBG를 포함한다.Finally, in the present invention, an integrated optical network having N guide wave light inputs and M guide wave light outputs according to the state of the ESBG, a waveguide crossing at a node, and one crossing at a node on a waveguide at each node An ESBG switch element is included that operates either to pass an optical signal on the waveguide or to transmit at least one portion of the optical signal to other waveguides crossing each node. For WDM signals, an ESBG switch element may be provided to the node for each wavelength to be transmitted at the node. In a more preferred example, the waveguides have substantially the same exponent n 1 , where the ESBG switch element at each node has an optical contact with each waveguide. ESBG having a diffraction grating with n, at least one waveguide interconnecting the ESBG classes, index n 2 (where n 1 -n 2 n) and an ESBG having a waveguide for connecting the ESBGs.
상기한 본 발명의 목적, 특징 및 이점은 수반된 도면에서 설명한대로 본 발명의 바람직한 실시예로 이하에 보다 상세하게 설명함으로써 명백해질 것이다.The objects, features and advantages of the present invention described above will be apparent from the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention as described in the accompanying drawings.
상기 '950 출원은 다양한 스위칭, 반사, 필터링, 루팅 및 단파장이나 다파장 라인상에 광신호에 대한 기타 기능을 실행하기 위해서, ESBG 기술을 활용하는 다양한 자유 공간, 도파관 및 섬유 광 소자를 설명한다. 브래그 회절격자는 자유공간이나 도파관 회절격자로 분류될 수도 있고, 각 카테고리 이내에서 전송이나 반사 회절격자로 분류될 수도 있다. 각각의 상기 유형에 대응하는 ESBG류을 절환가능한 형태로 각각 전환한다. 도1a에서 도시한 대로, ESBG(12)는 평면의 도파관의 가이딩 영역(14)나 그 코어에 위치해도 좋다. 또는 도1b에 도시한 대로, ESBG(12)는 그에 관한 미미한 영역이나 클래딩 영역에 존재할 수도 있다. 상기 '950 출원에서 가리킨 대로, ESBG류는 활용되어 다양한 기능을 실행한다; 하지만, 이러한 기능들은 일반적으로 전송이나 반사 기능으로 특징지어진다. 반사용으로 사용될 때보다 전송용으로 사용되는 경우에 바람직한 성능 및 적합한 디자인구조가 다르기 때문에, 이러한 기능으로 사용되는 상기 ESBG류는 또한 그 구조, 재료적 특성, 주기, 공간 지수 변동 및 기타 파라미터가 다소 다르다.The '950 application describes various free space, waveguide and fiber optical devices utilizing ESBG technology to perform various switching, reflection, filtering, routing and other functions for optical signals on short or multi-wavelength lines. Bragg diffraction gratings may be classified as free space or waveguide diffraction gratings, or may be classified as transmission or reflection diffraction gratings within each category. Each ESBG class corresponding to each of these types is converted into a switchable form. As shown in Fig. 1A, the ESBG 12 may be located in the guiding region 14 of the planar waveguide or in its core. Alternatively, as shown in FIG. 1B, the ESBG 12 may exist in a minor area or cladding area thereof. As indicated in the '950 application, ESBGs are utilized to perform various functions; However, these functions are usually characterized by transmission or reflection functions. Because the desired performance and suitable design structure differ when used for transmission rather than when used for reflection, the ESBGs used for these functions also have somewhat different structures, material properties, periods, spatial index variations and other parameters. different.
상세히는, 전송 회절격자는 주로 파장-채널에 대한 구별이 없이, 대체적인 경로로 빔의 공간 분리를 위해 사용되고, 따라서 이것은 2 ×2 공간 스위치용으로 유용하다. (" 공간 스위치 "라는 용어를 " 자유 공간 스위치 "라는 말과 혼돈해서는 안된다, 공간 스위칭은 전체 빔이나 피유도파의 경로의 분리를 의미한다, 자유 공간 전파는 비유도되는 광 빔을 말한다,) 본 출원이 주로 자유 공간 스위칭보다 도파관 및/또는 광섬유에서의 피유도파에 관한 것이기 때문에, 이하 설명은 거의 전부가 피유도파 구조에 관한 것이다.In particular, the transmission diffraction grating is mainly used for spatial separation of the beam in an alternate path, with no distinction of wavelength-channel, thus it is useful for 2x2 spatial switches. (The term "space switch" should not be confused with the word "free space switch"; space switching refers to the separation of the entire beam or the path of the guided wave; free space propagation refers to uninduced light beams.) Since the present application mainly relates to the guided wave in the waveguide and / or the optical fiber rather than the free space switching, almost all of the following description relates to the waveguide structure.
전송용 회절격자Transmission diffraction grating
전송용 회절격자에 있어서, 브래그 매치드 각 및 파장에서 굴절 효율은 하기 근사식에 의해서 제공된다.In the transmission diffraction grating, the refractive efficiency at the Bragg matched angle and wavelength is given by the following approximation.
d.e.= sin2 [n L / λcos θ] 식 (1)de = sin 2 [ n L / λcos θ] (1)
여기서, θ는 브래그 각,는 파장, L은 상호작용 길이,n은 공간 지수 변동의 크기인데, 이것은 광범위에 걸쳐서 공식 및 H-PDLC의 공정을 변화시킴으로써(약n0.001~0.05)제어될 수 있는데, 이러한 사실이 ESBG류에 대한 이러한 재료 시스템의 장점중의 하나이다.Where θ is the Bragg angle, Is the wavelength, L is the interaction length, n is the magnitude of the spatial exponential fluctuations, which varies over a wide range of formulas and processes of H-PDLC (about n 0.001 ~ 0.05), which is one of the advantages of this material system for ESBGs.
완전 굴절은 d.e.= 1 또는n L / λcos θ] =1/2 인것을 의미한다.(이러한 원리가 명확하고, 단일 모드의 도파관내에서 커플링을 설명할 경우에, 이 공식이 현저하게 변화하고, 이는 회절격자가 코어 내 또는 오버레이(overlay) 영역에 있는지 없는지의 여부에 따라서 더 수정되어야 하지만, 일반적으로 기본적인 파라미터에 본질적으로 의존된다고 보여진다.) 빔의 조향 효율에 있어서, 전송용 회절격자에서의n이 예를 들어 2~5%만큼 상대적으로 커지고 따라서 L이 예를 들어 = 50㎛만큼 작아지는 것이 바람직하다. 상기 회절격자에 있어서, 파장의 1%변화가 커플링 강도에 있어서의 단지 약 1%의 변화를 야기하기 때문에, 커플링에 의존하는 파장은 상대적으로 약하다.Full refraction is de = 1 or n L / λcos θ] = 1/2. (When this principle is clear and describes coupling in a single mode waveguide, this formula changes significantly, which means that the diffraction grating in the core Or should be further modified depending on whether or not it is in the overlay area, but is generally seen to be inherently dependent on fundamental parameters.) In terms of beam steering efficiency, It is desirable for n to be relatively large, for example by 2 to 5% and thus L to be small, for example by = 50 μm. In the diffraction grating, the wavelength dependent on the coupling is relatively weak because a 1% change in wavelength causes a change of only about 1% in the coupling strength.
전송용 회절격자 및 그 전극(20)을 갖는 ESBG(12)의 방향은 도2a 및 도2b에 나타나 있다; 브래그 평면이 입사 빔(24)의 방향에 거의 반대되는 회절격자 벡터(22)를 가리킨다. 상기 회절격자 벡터는 회절격자의 평면에 직교하는 벡터로써 본 분야에서 사용되는 용어인데, 그 길이나 크기는 평면의 공간에 반비례한다, 도2a 및 도2가 가장 단순한 경우의 자유 공간 전송용 회절격자류를 도시하고 있는데, 한정된 영역에서 피유도파로 대체될 수 있는 유사구조로 또한 이해될 수가 있다.The direction of the ESBG 12 with the transmission diffraction grating and its electrode 20 is shown in Figs. 2A and 2B; The Bragg plane points to the diffraction grating vector 22 nearly opposite the direction of the incident beam 24. The diffraction grating vector is a term used in the art as a vector orthogonal to the plane of the diffraction grating, and its length or size is inversely proportional to the space of the plane. The diffraction grating for free space transmission of FIG. 2A and FIG. 2 is the simplest case. It is also understood that a similar structure can be substituted for the guided wave in a limited area.
또한, 도2a와 도2b 및 액정 미세액적의 타원형의 " 풋볼 " 은 ESBG 필름의 브래그 평면내에서 분산되어 도시되어 있는데, 이것은 각 액적이내에 액정 분자를 효율적으로 재배치하기 위해서 가능한 한 최단거리로 교차시켜 전압을 걸어주어 최대한으로 가능한 필드를 만들어내고, 자유 공간 경우에는, 전극배치에 대한 유일한 기회가 도시된 실질적인 평면 구조에만 활용된다. 상기 평면 구조의 장치로부터, 회절격자의 " 앞과 뒷면 " 에만 전극이 있다는 것을 알 수 있다.(빛이 들어가는 면을 정면으로 간주함) 하지만, 삼차원적인 회절격자의 부피가 대략적으로 비교될 수 있는 도파관 구조에서의 전송용 회절격자에 있어서, 부가적인 선택이 사용되고, 상기 전극은 상기에 기재한 대로 또는 위와 아래에(또는 오른쪽/왼쪽) 가해질 수도 있다. 도파관 회절격자의 경우에, 이러한 구조중의 어느 하나가 원칙적으로 유용하게 여겨질 수 있다고 하더라도, 실질적으로 평면 구조 및 필름의 두께는 전극의 위-아래 배치가 정상적으로 실용적인 선택이라는 것을 시사한다.(비평면 구조에 있어서, ESBG가 실질적으로 빛의 전파에 평행인 얇은 필름이 아니라 오히려 빛의 전파에 수직인 얇은 필름이 있는 자유 공간 출원은 액정의 복굴절 및 기타 소자와 위 지수 관계에 의존하는 특정한 출원에서 선택사항이 있다,)Also shown in FIGS. 2A and 2B and the elliptical "football" of liquid crystal microdroplets are dispersed in the Bragg plane of the ESBG film, intersecting at the shortest possible distance to efficiently rearrange the liquid crystal molecules within each droplet. The voltage is applied to create the maximum possible field, and in the case of free space, the only opportunity for electrode placement is only used in the practical planar structure shown. From the planar device, it can be seen that there are electrodes only at the "front and back" of the diffraction grating (refer to the front side where the light enters). However, the volume of the three-dimensional diffraction grating can be roughly compared. For transmission diffraction gratings in waveguide structures, additional selections are used and the electrodes may be applied as described above or above and below (or right / left). In the case of waveguide diffraction gratings, although either of these structures may be considered useful in principle, the substantially planar structure and the thickness of the film suggest that the up-and-down arrangement of the electrodes is normally a practical choice. In the face structure, free space applications where ESBG is not a thin film that is substantially parallel to the propagation of light, but rather a thin film that is perpendicular to the propagation of light, are found in certain applications that depend on the birefringence of liquid crystals and the above exponential relationship with other elements There is a choice,)
평면 장치내에서 ESBG를 함유하는 전송용 회절격자의 물리적인 궤적(locus)은 도1a 및 1b에 도시한 대로, 코어 영역(14) 또는 오버레이(또는 클래딩으로 알려짐) 영역(16) 중의 어느 하나에 있을 수도 있다. 회절격자간의 상호 작용은 전자의 경우보다 더 강해졌지만 손실은 실질적으로 후자의 경우에 더 감소될 지도 모른다. 이러한 대체적인 설계사이의 선택은 수적인 모델링에 근간한 특정한 장치 및 고도의 정확성을 요하는 성능 및 손실의 측정을 예측하는 컴퓨터 시물레이션에 필요한데,이는 대체적인 제조 경로의 상대적인 이점의 평가를 가능하게 한다. 하지만, 일반적으로, ESBG류에 기초한 H-PDLC의 사용하는데 양 구조는 유용하고, 다수의 용도로가 기능적으로 대등하다. 이러한 기능적인 등가성에도 불구하고, 상기 오버레이 구조는 계속적인 사용의 이점과 아울러, 제조가 상대적으로 용이하게 해주고,도파관 또는 광섬유의 손실을 저하시켜 준다; 하지만, 다수의 출원에 있어서 상기 코어 구조가 전반적으로 우수한 성능을 제공한다.The physical locus of the transmission diffraction grating containing the ESBG in the planar device is either in the core region 14 or in the overlay (or known as cladding) region 16, as shown in FIGS. 1A and 1B. There may be. The interaction between the diffraction gratings is stronger than in the former case, but the loss may actually be reduced further in the latter case. The choice between these alternative designs is necessary for computer simulations that predict the measurement of performance and losses that require a high degree of accuracy and specific devices based on numerical modeling, which allows the evaluation of the relative benefits of alternative manufacturing pathways. . However, in general, both structures are useful for the use of H-PDLC based on ESBG family and are functionally equivalent for many applications. Despite this functional equivalence, the overlay structure, along with the advantages of continued use, makes it relatively easy to manufacture and reduces the loss of waveguides or optical fibers; However, in many applications the core structure provides good overall performance.
반사용 회절격자Reflective diffraction grating
평면에서 반사용 회절격자를 보유하는 ESBG류12, 도파관 문맥은 도3a 및도3b에서 지시하는 브래그 평면의 방향으로 제조되고, 따라서 후방으로의 전파되는 파이 일부가 반사되는데, 이때 반사되는 파장 밴드(band)의 중심이 식= 2 neff 으로 결정된다. 여기서, neff는 필름의 유효 모드 지수를,는 회절격자의 물리적인 주기를 의미한다. 반사용 회절격자에서, 주요한 출원이 WDM용 절환가능한 파장 필터링이기 때문에 파장 선택성이 강조되는 것이 바람직하다. 상기 반사 노드의 스펙트럼의 폭은 공지된 도파관 설계의 수학적인 모델을 사용하여 산출되지만, 어디까지나 대략적인 값이다.ESBG class 12 having a reflective diffraction grating in the plane, the waveguide context is made in the direction of the Bragg plane indicated in FIGS. 3A and 3B, so that a portion of the pi propagating backwards is reflected, where the reflected wavelength band ( band) = 2 n eff Is determined. Where n eff is the effective mode index of the film, Denotes the physical period of the diffraction grating. In reflective diffraction gratings, it is desirable to emphasize the wavelength selectivity since the main application is switchable wavelength filtering for WDM. The width of the spectrum of the reflective node is calculated using a mathematical model of known waveguide design, but is only an approximate value.
식(2) Formula (2)
이러한 경우, 상기 전송용 회절격자와 다르게,n/n은 일반적으로 0.1%보다 작은 것이, L은 가능한한 2000~3000㎛까지 긴것이 바람직하다. H-PDLC 화학 분야에서, 이것은 전(前)-ESBG액내에 일정량의 액정을 아래로 조절하거나 공정 조건을 변화시키거나 화학식을 전환시킴으로써 상기 바람직한 상태로 유지할 수 있게된다. 정확하게 파장의 중심에서 반사용 회절격자의 반사도는 대략In this case, unlike the transmission diffraction grating, It is preferable that n / n is generally smaller than 0.1%, and L is as long as possible to 2000-3000 micrometers. In the field of H-PDLC chemistry, this can be maintained in the desired state by adjusting a certain amount of liquid crystals down in the pre-ESBG liquid, by changing process conditions or by changing the formula. The reflectivity of the diffraction grating for reflection at the center of the wavelength is approximately
식(3) Formula (3)
상기 값이 거의 1이되는 것이 바람직하다, 이는n/n이 작다(거의 0.001)고 하더라도, L/Λ를 크게하면(약 4000) 얻을 수 있다.It is preferred that the value is almost 1, which is Even if n / n is small (almost 0.001), it can be obtained by increasing L / Λ (about 4000).
따라서, 공간 스위칭에 있어서 전송용 회절격자가, L이 작고 Δn이 클 경우(교육적인 용도로 " 짧고 굵은 회절격자 " 라고 기재함)에 최적화하는 반면에, 파장 필터링으로 사용되는 반사용 회절격자는 L이 길고 Δn이 작을 경우(길고, 얇은 회절격자)에 최적화한다. ESBG류에 기초한 H-PDLC 재료로 사용하는 물질 군의 주용한 이점은 한 무리의 장치내에 이러한 필요사항을 수용하는 능력이 있고, 이러한 다양성을 어느 한 장치의 기판상에 여러가지 소자를 부착시킬 수 있고, 다른 재료 군은 어려운 한 범위에 걸쳐서 식과 공정을 변화시킴으로 해서, 한 제조 공정내에 하나의 기판상에 이러한 두개의 다른 소자 군을 결합시킬 수가 있게 된다. 이러한 범주의 가능성은 예를 들어, ESBG류에 관해 여기에서 공개된 다기능을 나타내는 반도체 회절격자에는 존재하지 않는다.Thus, in spatial switching, the transmission diffraction grating is optimized for small L and large Δn (denoted as "short and thick diffraction gratings" for educational purposes), while the reflective diffraction grating used for wavelength filtering Optimized for long L and small Δn (long, thin diffraction gratings). The main advantage of the group of materials used as ESBG-based H-PDLC materials is the ability to accommodate these requirements in a group of devices, and this diversity allows the attachment of various devices onto the substrate of any device. By changing the equations and processes over a range of difficult materials, different material groups can combine these two different groups of devices on one substrate in one manufacturing process. The possibility of this category does not exist, for example, in semiconductor diffraction gratings exhibiting the multifunctionality disclosed herein for ESBGs.
전송용 및 반사용 회절격자 사이의 더 큰 차이는 전극 배치의 관점에서 도2a-3b에 도시되어 있다. 반사용 회절격자에서 회절격자 벡터(22)는 실질적으로 앞뒤의 전파광과 회절격자 벡터가 " y " 방향에 있는 전송용 회절격자와 완전히 다른 방향으로 서로 나란하게 위치한다(예를 들어, " x " 방향으로). ESBG(12)내에 비구면 미세액적(26)(" 액정의 풋볼 ")은 항상 상기 회절격자 벡터에 나란한 방향으로 위치한다; 따라서, 반사용 회절격자의 미세액적은 광 전파와 같은 방향으로 연장된다(실질적으로 광전파의 방향에 수직으로 연장되는 전송용 회절격자와는 같지 않음). 그 내에 액정 " 풋볼 " 및 LC 분자의 방향은 상기 전기장의 재배치를 효율적으로 행한다는 것을 나타내고, 반사용 회절격자에 있어서 전극은 단지 회절격자의 위아래 또는 회절격자의 옆면에 위치할 수 있다. 전기적 신호의 효율을 최적화하기 위해서, 상기 전극은 이러한 공간중의 어느 하나를 단거리로 교차하여야 한다. 얇은 필름의 반사용 회절격자인 경우에는 교차가 아니라 직방향이다. 하기에 전송용 및 반사용 회절격자 둘다와 모든 평면 장치가 논의될 것이지만, 여기서 이것이 정상적으로 바람직한 구성이기 때문에, 이하 ESBG의 상하가 도포된 오버레이 필름 및 기판의 면에 병렬하여 전극(20)을 사용할 것이다. 하지만, 기타의 구성은 아직 본 발명에 나타나 있지않다.Larger differences between the transmission and reflecting diffraction gratings are shown in FIGS. 2A-3B in terms of electrode placement. In the reflective diffraction grating, the diffraction grating vector 22 is positioned substantially parallel to each other in a completely different direction from the transmission diffraction grating in which the forward and backward propagation light and the diffraction grating vector are in the "y" direction (e. Direction). Aspheric microdroplets 26 ("football of liquid crystal") in the ESBG 12 are always located in a direction parallel to the diffraction grating vector; Thus, the microdroplets of the reflective diffraction grating extend in the same direction as the light propagation (not substantially the same as the transmission diffraction grating extending substantially perpendicular to the direction of the light propagation). The direction of the liquid crystal "football" and the LC molecules therein indicates that the electric field is rearranged efficiently, and in the reflective diffraction grating, the electrode can only be located above or below the diffraction grating or on the side of the diffraction grating. In order to optimize the efficiency of the electrical signal, the electrodes must cross any one of these spaces for a short distance. In the case of a reflective diffraction grating of a thin film, it is not a cross but a direct direction. In the following both transmissive and reflective diffraction gratings and all planar devices will be discussed, but since this is a normally preferred configuration, hereafter the electrodes 20 will be used in parallel to the surface of the substrate and the overlay film to which the top and bottom of the ESBG are applied. . However, other configurations are not yet shown in the present invention.
전송용 회절격자의 경우에서와 같이, 반사용 회절격자는 원칙적으로 코어 영역(14) 또는 유사한 기능을 가진 오버레이 영역(16)중의 어느 하나에 위치하고, 각각의 장/단점이 또한 반사용 회절격자에서와 같게 될 것이다.As in the case of a transmission diffraction grating, the reflective diffraction grating is in principle located either in the core region 14 or in an overlay region 16 having a similar function, with each pros and cons also having a Will be the same as
H-PDLC의 상세한 물리학 및 화학적인 특성이 언급된 참고예로부터 알 수 있을 것이고, 도2및 3에 도시된 단순화된 물리적인 모델은 단지 H-PDLC를 사용하는 기본적인 ESBG 설계 변수의 물리적인 평가를 돕는 것을 목적으로 한다. 따라서, 여기에서 H-PDLC 미세동력학에 대한 설명이 지나치게 간략화할 수도 있거나 여기에서 설명한 본 발명을 한정짓거나 현저하게 변화시키지 않고, 차후에 H-PDLC의 과학적인 이해를 돕고자 부분적으로 변환될 수도 있다.The detailed physics and chemical properties of H-PDLC can be seen from the reference examples mentioned, and the simplified physical model shown in FIGS. 2 and 3 merely provides a physical evaluation of the basic ESBG design parameters using H-PDLC. The purpose is to help. Thus, the description of H-PDLC microdynamics herein may be too simplified or may be partially modified in order to aid the scientific understanding of H-PDLC in the future without limiting or significantly changing the invention described herein. .
도파관용 H-PDLC 공식화 필요조건H-PDLC Formulation Requirements for Waveguides
상기에 기재된 기능적인 융통성이 있는 구조적인 손실을 감소시키는 H-PDLC 공식화에 있어서의 굴절 지수 n에 관해서 두개의 요구사항이 있다.There are two requirements with respect to the refractive index n in H-PDLC formulation that reduces the functionally flexible structural loss described above.
먼저, 상기 H-PDLC의 공식화는 지수 공간 변동 Δn/n이 홀로그래픽에 노광 시킨후 광범위하게 디자인될 수 있는 0.01%보다 작은 것(길고 얇은 반사용 회절격자)부터 5%(짧고 굵은 전송용 회절격자)까지의 그러한 비율의 화학적인 조정을 행해야만 한다. 이러한 방식으로 회절격자의 비전원의 상태에서 지수 공간 변화가 제조된다고 할지라고, 이러한 공간적 변화는 실질적으로 일례로 1~10V/㎛가 되게 하기 위해 필름에 전기장을 걸어줌으로써 진폭을 증감하여 제어될 것이다. 이상적으로는 소멸된다고 말해도 좋을 정도까지 공간 지수 변동을 직접적으로 억제하기 위해서 전기장을 작용시키거나 또는 대체적으로 전기장을 실질적인 지수 변동을 감소시키기 위해서 작용시키는 경우와 회절격자를 전송용 또는 반사용 모드로 사용하는 할 때에, 광 피유도파 및 기타 인자의 편파는 상세한 액정액적 형태에 의존한다. 따라서, 이러한 면에서 본 발명은 적당한 전기장을 걸어주거나 제거하는 것중의 하나에 의해서 활성 상태-회절격자와 비활성 상태-회절격자 사이에서 절환되어도 좋은데, 이러한 차이점은 실질적으로 설명된 광 기능을 변화시키지 않는다.First, the formulation of the H-PDLC ranges from less than 0.01% (long and thin reflective diffraction gratings) to 5% (short and thick diffraction diffraction gratings) where exponential spatial variation Δn / n can be widely designed after exposure to holographic The chemical adjustment of such ratios up to the lattice) must be made. In this way, whether an exponential spatial change is produced in the state of the non-source of the diffraction grating, this spatial change will be controlled by increasing or decreasing the amplitude by applying an electric field to the film to make it substantially 1 to 10 V / μm, for example. . Ideally, an electric field is applied to directly suppress the spatial exponential fluctuations to the extent that it can be said to be extinct, or in general, the electric field is acted to reduce the substantial exponent fluctuations and the diffraction grating is used in transmission or reflection mode. In doing so, the polarization of the light guide wave and other factors depends on the detailed liquid crystal droplet form. Thus, in this respect, the present invention may be switched between the active-diffraction grating and the inactive state-diffraction grating by either applying or removing a suitable electric field, which does not substantially change the optical function described. .
또한, 노광과 공정후에, 광섬유에 결합시키거나 반-결합기를 이용한 장치에서 광섬유와 상호작용시키기 위해서, 그렇지 않으면 공지된 부착법으로 실리콘 디옥사이드 (실리카) 클래딩과 같은 바람직하게 부가시키기 위해서, 1.48/1.46의 전형적인 단일 모드 유전체 코어/클래딩 범위가 변화하는(전기장을 가해줌으로써 얻어지는 같은 범위에 걸쳐서) 평균 지수 n이 얻어지는 H-PDLC 공식화를 제공하는 일부의 이러한 구조가 매우 바람직하다. 하지만, 계획되어 있지 않던 실리카 또는 광섬유를 직접 접촉시키는 기타 장치에서, N=1.53 이상의 범위에서 더 큰 지수를 갖는 H-PDLC가 활용될 수도 있는데, 이것은 결합하여 다른 중합체 도파관과 상호작용시키기 위한 범위에 둔다.In addition, after exposure and processing, in order to bind to the optical fiber or to interact with the optical fiber in a device using a semi-coupler, or otherwise preferably added, such as silicon dioxide (silica) cladding by a known deposition method, Some such structures are highly desirable that provide H-PDLC formulations in which the average index n is obtained where the typical single mode dielectric core / cladding range changes (over the same range obtained by applying an electric field). However, in unplanned silica or other devices in direct contact with optical fibers, H-PDLC with a larger index in the range of N = 1.53 or higher may be utilized, which is bound to interact with other polymer waveguides. Put it.
절환가능한 도파관 회절격자Switchable Waveguide Diffraction Gratings
도4a 및 4b는 이하에서 고려될 한 블럭의 전 평면 설계의 기본적인 빌딩 블럭인 도파관 브래그 회절격자를 도시한다. 집적된 구조에서 전송용 회절격자로 접속된 이러한 간단한 ESBG는 버스 또는 도파관(31), 기판(33)에 예를 들어 실리콘이 침지된 도시되어 있는 코어(12), 상기 코어에 장착되거나 그 내부에 형성된 ESBG(12)가 있다. 전기적 신호가 전극(35)를 통하여 ESBG(35)에 가해진다. 도4b는 ESBG에 어떠한 전압도 걸지 않았을 경우에 ESBG가 자유로운 공간 주기 변화 지수를 갖게되는 그러한 상황을 도시하는데, 이것은 실질적으로 동일한 상화에서 도파관과 일치한다. 그 결과, 도파관31에 가해지는 WDM 신호의 모든 채널은 변화없이 도파관(31)을 통과한다. 도4a에서, ESBG에 적당한 전압이 가해질 경우, 회절격자는 수신되는 신호의 적어도 한 파장에 대해서 도4a에서 2로 표시되는 도파관의 유효 지수를 변환시키고, 수신되는 신호의 잔존 채널이 방해받지 않고 전달되는 동안, 이는 이러한 신호를 ESBG에서 반사되거나 전송되는 것을 드롭시키는 현상을 야기한다. 반사되거나 드롭되는 상기 채널이나 파장은 ESBG 회절격자의 주기의 함수로 변할 것이다.4A and 4B show a waveguide Bragg diffraction grating, which is the basic building block of the all planar design of a block to be considered below. This simple ESBG, connected to a transmission diffraction grating in an integrated structure, has a bus or waveguide 31, a core 12, for example, in which silicon is immersed in the substrate 33, mounted on or within the core. There is an ESBG 12 formed. An electrical signal is applied to the ESBG 35 via the electrode 35. Figure 4b shows such a situation where the ESBG has a free space period change index when no voltage is applied to the ESBG, which is substantially consistent with the waveguide in the same phase. As a result, all channels of the WDM signal applied to the waveguide 31 pass through the waveguide 31 without change. In FIG. 4A, when an appropriate voltage is applied to the ESBG, the diffraction grating is in FIG. 4A for at least one wavelength of the received signal. While converting the effective exponent of the waveguide, denoted as 2 , and while the remaining channel of the received signal is transmitted undisturbed, this causes the phenomenon of dropping the reflected or transmitted signal from the ESBG. The channel or wavelength reflected or dropped is the period of the ESBG diffraction grating. Will be a function of.
상기 ESBG 등의 제조 공정은 일반적으로 여러 공정중의 하나를 사용하는 실리콘 미세-광 구조상에 회절격자를 부착시키는 공정과 관련된다. 상기 제조 공정은 양각 그루브(groove)나 V형 그루브가 있는 실리콘위로 H-PDLC 전구체 용액을 부착시키는 것과 관련되는데, 이는 또한 산화에 의해 제조하여, 도파관에 대해 실리콘 디옥사이드 광 클래딩을 형성시킨다. 보다 더 낮은 전극을 실리콘상이나 그 이외의 것상에 부착시켜 전도성 있게 드롭시킨다. 그런 다음, 상기 H-PDLC는 간섭 레이저 빔(선택된 H-PDLC 변수의 화학성에 의존하는 가시광선이나 자외선), 또는 섬유 브래그 회절격자 분야에서 공지된 이성분 상 마스크와 함께 단일 레이저 빔에 의해서 중합된다. 하기 중합, 마스크 및 에칭 공정은 ESBG 섹션을 구성하는 것이 아니라 전 영역으로부터 H-PDLC를 제거한다. 그리고 나서, 상기 피유도 섹션은 H-PDLC에 정합되는 지수를 갖는 제 2의 피동성 중합체로 스핀-코팅된다.The manufacturing process of ESBG and the like generally involves attaching a diffraction grating on a silicon micro-light structure using one of several processes. The manufacturing process involves attaching an H-PDLC precursor solution onto silicon with embossed grooves or V-grooves, which are also produced by oxidation to form silicon dioxide photocladding for the waveguide. Lower electrodes are attached onto silicon or elsewhere and drop conductively. The H-PDLC is then polymerized by a single laser beam with an interfering laser beam (visible or ultraviolet depending on the chemistry of the selected H-PDLC variable), or a bicomponent phase mask known in the field of fiber Bragg diffraction gratings. . The following polymerization, mask and etch process does not constitute an ESBG section but removes H-PDLC from all regions. The induced section is then spin-coated with a second passive polymer having an index that matches H-PDLC.
이러한 공정이 지수가 거의 정합되는 H-PDLC에 대해서 유용한데, 이 지수는 실리콘 디옥사이드(N1.44)에 비해 약간 더 큰 반면에, 다른 공정은 1.53과 같은 그 지수가 더 커지는 H-PDLC에 대해서 적합하다. 이러한 경우에, 더 낮은 전도성을 갖는 전극을 걸어준 다음, 클래딩은 약간 더 작은 지수를 갖는 적당한 중합체일 수도 있다. 이에 대한 대체적인 공정에 있어서, 실리콘은 그루브없이 기계적인 평면의 기판을 형성한다. 연속적으로, 다수의 중합체 필름을 먼저 클래딩 층에, 그런 다음에는 H-PDLC 층에 부착시키고 나서, 마스킹(masking)과 회절격자를 만들기 위해서 홀로그래픽 중합을 행한다. 그런 다음, 리지 도파관을 형성하기 위해 에칭이 행해지고, 클래딩 층위를 스핀-코팅하고 마스킹하여 금속성이나 투명한 전도성 필름으로 형성된 상부의 전극 영역을 부착시킨다.This process is useful for H-PDLC, where the index is nearly matched, which is silicon dioxide (N). While slightly larger than 1.44), other processes are suitable for H-PDLC, where its index is greater, such as 1.53. In this case, after hanging the electrode with lower conductivity, the cladding may be a suitable polymer with a slightly smaller index. In an alternative process, silicon forms a mechanical planar substrate without grooves. Subsequently, a plurality of polymer films are first attached to the cladding layer and then to the H-PDLC layer and then subjected to holographic polymerization to make masking and diffraction gratings. Etching is then performed to form the ridge waveguide, spin-coating and masking the cladding layer to attach the upper electrode region formed of a metallic or transparent conductive film.
이하의 집적 광 회로에 대한 모든 설계에 있어서, 복합된 ESBG류은 필요한 수만큼의 ESBG류를 대표하는 마스크에 상기 공정을 확대 적용함으로써 동시에 간단하게 형성시킬 수 있는데, 상기 복합된 ESBG류는 하나의 기판내에 다양한 각각의 소자에 다른 H-PDLC 정식화, 다른 회절격자 주기, 방향을 가해줄 부가적인 가능성이 있는데. 이것으로 인해서 다양한 개별적인 특성의 보조소자를 가진 집적 장치가 형성된다. 하지만, 여기에 기재된 본 발명은 ESBG류에서 H-PDLC를 적절하게 사용하는 광 설계를 기초로 하고 있고, 이것은 특정한 제조 공정으로 한정하거나, 제한하여 생각하지 말아야 한다.In all designs for the integrated optical circuits below, the complex ESBGs can be formed at the same time by simply applying the above process to a mask representing the required number of ESBGs, which is a single substrate. There are additional possibilities within each of the various devices for different H-PDLC formulations, different diffraction grating periods, and orientations. This results in an integrated device having auxiliary elements of various individual characteristics. However, the present invention described herein is based on an optical design that suitably uses H-PDLC in the ESBG class, which should not be considered as being limited or restricted to any particular manufacturing process.
하기의 단락들은 둘 이상의 도파관을 결합시킨 기능적인 장치를 설명함으로써 상기에 기재한 기본적인 빌딩 블럭에 관한 부연 부분인데, 그 중의 하나 이상이 ESBG류에 관한 것이다.The following paragraphs describe the basic building blocks described above by describing functional devices incorporating two or more waveguides, one or more of which relate to the class of ESBGs.
도 5는 교환가능한 부가/드롭 단일 채널 필터의 바람직한 구성을 나타낸다. 기본 기능성은 예를들어 광학버스와 지역 또는 드롭 도파관 사이에 특정 채널을 추가하거나 중단하는 것을 제어하는 것이다. 버스도파관에서 입력신호(다수의 독립 파장채널로 이루어진)는 도면에 나타낸 바와같이 좌측에서 우측으로 전파된다. 드롭 채널에 연결된 회절격자는 드롭도파관에서 역전파 방향(도면으로 나타낸 바와같이 오른쪽에서 왼쪽으로)으로 이동된다.5 shows a preferred configuration of an exchangeable add / drop single channel filter. The basic functionality is to control the addition or interruption of specific channels, for example between the optical bus and the local or drop waveguide. In a bus waveguide, the input signal (consisting of a number of independent wavelength channels) is propagated from left to right as shown in the figure. The diffraction grating connected to the drop channel is moved in the back wave propagation direction (right to left as shown) in the drop waveguide.
버스 도파관 및 드롭 도파관은 회절격자 보조 연결 기계장치를 통하지 않는다면, 중요한 동기 커플링이 유도의 단지 근접에 의해 발생하지 않을 정도로 동일하지 않다(즉, 그들은 전파 상수에서 다르다). 이 불일치는 단일 모드 광학 섬유에 연결되는 버트(butt)가 모드매칭 개념때문에 두 도파관의 하나보다 다른 하나에 상대적으로 더 효과적일 거라는 점에서, 장치를 포장하는 결과를 가져올 수 있다.Bus waveguides and drop waveguides are not the same (ie they differ in propagation constants) unless critical synchronous couplings are caused by only close proximity of induction, unless via a diffraction grating auxiliary coupling mechanism. This mismatch can result in packaging the device in that a butt connected to a single mode optical fiber will be more effective relative to the other than one of the two waveguides due to the mode matching concept.
필터가 ESBG영역에서 회절격자를 구성하는 공간지수 변조를 억제함으로써 회로에서 교환될 때, 구성 요소가 모든 채널에 투과된다. 텔레커뮤니케이션 적용의 키성능표본은 35dB보다 큰 온/오프, 사이드로브를 억제하기 위한 아포디제이션을 포함하는 잘 디자인된 섬유 회절격자에 필적하는 통과 주파수 대역 특성, 저종속분극손실, 여과되고 인접하는 채널에 0.3dB보다 작은 스위치오프 삽입손실, 그리고 제로파워 래쳐빌리티나 저파워중의 하나의 낮은 드리프트 파워-온 상태를 포함한다.When filters are exchanged in the circuit by suppressing the spatial index modulations that make up the diffraction grating in the ESBG region, the components are transmitted through all channels. Key performance samples for telecommunication applications include on / off greater than 35 dB, pass frequency band characteristics comparable to well designed fiber diffraction gratings including apodization to suppress side lobes, low dependent polarization loss, filtered and contiguous Includes switch-off insertion loss of less than 0.3dB in the channel, and low drift power-on of either zero-power rationality or low power.
도 5는 코어의 폭에 다소 필적하고 도파관의 소멸 영역내에 있는 거리로 분리되는 한 쌍의 도파관(31a,31b)이 있는 기판(33)을 나타낸다. 그래서, 두 도파관의 소멸영역은 겹친다. 도시를 위해서, ESBG나 회절격자는 도파관(31a)의 안 또는 바깥에 나타낸다. 그러나, ESBG는 도파관 또는 소멸영역의 어느 쪽에 있을 수 있다.FIG. 5 shows a substrate 33 with a pair of waveguides 31a and 31b that are somewhat comparable to the width of the core and separated by distances within the extinction region of the waveguide. Thus, the extinction regions of the two waveguides overlap. For illustration purposes, the ESBG or diffraction grating is shown inside or outside the waveguide 31a. However, the ESBG can be in either the waveguide or the extinction region.
도 5b에 개략적으로 도시한 바와같이, 도시를 위해, 도파관(31b)의 좌측상의포트3에 들어가는 것으로서 나타낸 빛에 대한 다수의 커플링 기계장치가 있다. 입력에 포함된 파장에 커플링이 없을 시에는, 포트3에서 입력신호나 빛출현이 도파관(31b)을 통해 전파되고, 이 도파관의 우측편상의 포트1을 통하여 나오게 될 것이다. 다양한 커플링 기계장치를 이해하고 수치적으로 평가함으로써, 바람직한 채널 부가/드롭 공정이 강화될 수 있고 ESBG의 스위치에 의해 영향받지 않는 바람직하지 못한 커플링은 최소화될 수 있다.As schematically shown in FIG. 5B, there are a number of coupling mechanisms for the light shown as entering port 3 on the left side of the waveguide 31b for illustration purposes. If there is no coupling to the wavelength included in the input, the input signal or light output at port 3 will propagate through waveguide 31b and exit through port 1 on the right side of the waveguide. By understanding and numerically evaluating the various coupling mechanisms, the desired channel add / drop process can be enhanced and undesirable coupling not affected by the switch of the ESBG can be minimized.
제2 커플링 기계장치는 교환 브래그 기계장치로 불리우고, ESBG 회절격자의 주기 Λ에 의해 결정되는 파장 λj에 대해 발생할 것이다. 더 구체적으로는, 회절격자는 버스(31b)상의 WDM신호로부터 파장 채널 λj밖으로 쌍을 이루고, 포트(4)를 향하여 도파관(31a) 아래 반대방향으로 그것을 보낸다. 파장 λj에 대해 발생하는 교환 브래그 커플링을 위한 회절격자 주기Λ는 다음으로 결정된다.The second coupling mechanism is called the exchange Bragg mechanism and will occur for wavelength λ j determined by the period Λ of the ESBG diffraction grating. More specifically, the diffraction grating is paired out of the wavelength channel λ j from the WDM signal on the bus 31b and sends it toward the port 4 in the opposite direction below the waveguide 31a. The diffraction grating period Λ for the exchange Bragg coupling occurring for the wavelength λ j is determined as follows.
식(4) Formula (4)
여기서, na는 도파관(31a)의 유효지수이고, nb는 도파관(31b)의 유효지수이다. 도파관의 유효지수는 양 도파관의 코어와 클래딩 영역의 지수와 모달 필드해에 근거한 도파관의 모달(modal) 지수이다. 양 도파관에 대한 지수는 λj에서 어림잡는다. 필터반응의 대역폭은 다음에 의해 주어진다.Here, n a is the effective index of the waveguide 31a, and n b is the effective index of the waveguide 31b. The effective exponent of the waveguide is the modal index of the waveguide based on the index of the core and cladding region of both waveguides and the modal field solution. The index for both waveguides is estimated at λ j . The bandwidth of the filter response is given by
식(5) Formula (5)
여기서, κ는 연결모드 근사치 계산의 공지된 방식을 사용하여 결정될 수 있는 커플링계수이다. κ는 회절 지수변화에 의해 제어될 수 있고, ESBG에서, 광학적 전자로 변환될 수 있다. 사이드로브 반응은 종종 교환브래그 커플링에 대한 주채널 대역폭 외부에서 일어난다. 이들은 다양한 방법으로 회절격자계수 κ를 아포다이즈함으로써 억제될 수 있다. κ를 아포다이즈하는 간단한 방법은 도 5a에 나타낸 바와같이, 장치의 중심으로부터 떨어진 두 도파관 사이에 거리를 늘이는 것, 즉 버스도파관과 단부에 가장 근접한 중심으로 ESBG를 더 떨어져서 선회시키는 것이다.Where κ is a coupling coefficient that can be determined using a known manner of link mode approximation calculation. κ can be controlled by changing the diffraction index, and in ESBG, can be converted to optical electrons. Sidelobe reactions often occur outside the main channel bandwidth for the exchange Bragg coupling. These can be suppressed by apodizing the diffraction grating coefficient κ in various ways. A simple way to apodize κ is to increase the distance between two waveguides away from the center of the device, as shown in FIG. 5A, ie to swing the ESBG further away from the bus waveguide and the center closest to the end.
교환브래그 커플링에는 또한, 소멸 및 디렉트브래그 커플링이 있는데, 그 양자는 이상적인 스펙트럼 반응으로 방해받거나 그것을 저하시킬 수 있다. 소멸커플링은 두 도파관의 모달지수가 실질적으로 같아져서 빛이 도 5a의 1과 같은 드롭파장으로 발생하고 또한 포트(4)에 추가적으로 포트2에 출력되는 다소 불규칙한 경향으로 두 도파관 사이를 통과할 때 발생한다. λ2및 λ3는 또한 이 작용의 결과로 포트2로 통과한다. 그것이 ESBG를 교환함으로써 실질적으로 변하지 않고 누화를 유발시키기 때문에 이 커플링은 바람직하지 못하다. 도 5b에 나타낸 바와같이, 디렉트 브래그 반사는 또한 예를들어 ESBG(12)의 작용의 결과로서 도파관(31a)에 반사되도록, λ1과 같은 약간의 드롭 또는 교환파장을 발생시킴으로써 이상적인 스펙트럼 반응을 저하시킨다. 디렉트 브래그 커플링은 상당한 크기일 수 있고 완전히 제거될 수 없다. 그러나. 그것은 상매치 공정이기 때문에, 그 충격을 줄이는 한가지 방법은 교환 브래그 및 디렉트 브래그에 대한 상-매치 파장을 매우 다르게 만드는 것이다. 이것은 도파관(31a,31b)의 각각에 대한 지수값을 다르게 만들어서 이룰 수 있다. 스펙트럼 도메인에서, 양 브래그 기계장치는 정지대역에 이른다. 커플링 기계장치가 심하게 방해하지 않도록 확실히 하기 위한 필수조건은 정지대역이 파장도메인에서 겹치지 않도록 하는 것이다. 이 조건은,Exchange Bragg couplings also include extinction and direct Bragg coupling, both of which can be disturbed or degraded by an ideal spectral response. The quench coupling shows that the modal index of the two waveguides is substantially equal so that the light of FIG. It occurs with a drop wavelength equal to 1 and also occurs when passing between two waveguides with a somewhat irregular tendency output to port 2 in addition to port 4. λ 2 and λ 3 also pass to port 2 as a result of this action. This coupling is undesirable because it causes crosstalk without substantially changing by exchanging ESBG. As shown in FIG. 5B, the direct Bragg reflection also degrades the ideal spectral response by generating a slight drop or exchange wavelength, such as λ 1 , such that, for example, it is reflected on the waveguide 31a as a result of the action of the ESBG 12. Let's do it. The direct bragg coupling can be of considerable size and cannot be completely removed. But. Since it is a phase-matching process, one way to reduce the impact is to make the phase-match wavelengths very different for exchange Bragg and Direct Bragg. This can be done by varying the exponent value for each of the waveguides 31a and 31b. In the spectral domain, both Bragg mechanisms reach a stopband. A prerequisite for ensuring that the coupling mechanism does not disturb badly is that the stopbands do not overlap in the wavelength domain. This condition,
식(6) Formula (6)
여기서, Δn은 회절격자가 작동할 때 회절격자를 따라있는 지수 공간에 차이가 있는 회절격자의 지수변화이다. 두 도파관의 유효지수 사이에 차이가 커질수록, 디렉트 브래그는 필터성능에 있어서 더 적은 역효과를 가지게 되고, 요소의 필터 또는 드롭 특성은 예를들어 전파의 결과로서 도파관(31b)상에 신호로부터 바람직한 파장을 최소손실로서 더 이상적으로 드롭하는 것이다. 우연하게도, 소멸 커플링은 또한 도파관 사이에 지수 매치에 의해 발생하기 때문에, 두 도파관의 여러가지 유효지수는 실질적으로 소멸커플링을 제거한다.Here, Δn is the exponential change of the diffraction grating having a difference in the exponential space along the diffraction grating when the diffraction grating is operated. As the difference between the effective waveguides of the two waveguides increases, the direct Bragg has a less adverse effect on the filter performance, and the filter or drop characteristics of the element are desired wavelengths from the signal on the waveguide 31b, for example as a result of propagation. Is ideally dropped as the minimum loss. Incidentally, because the decay coupling is also caused by an exponential match between the waveguides, the various effective exponents of the two waveguides substantially eliminate the decay coupling.
그래서, 최대 필터 대역폭은 ESBG의 지수변화 Δn과 두 필터 도파관 사이에 박리에 의존한다. 대역폭은 회절격자 지수변화와 함께 선형적으로 스케일한다. n=0.01의 ESBG 공간 지수변조 매개변수에 대해서, 지수변화에 대한 고유값, 1μm의 도파관박리에 대한 도파관, 대역폭은 1nm일 수 있다. 이것은 WDM적용에 대하여 충분한다. 이 대역폭은 회절격자 주기를 선형적으로 쳐핑(chirping)하거나, 즉, 회절격자주기에서 경미한 공간 변환을 만드는 것에 의해서 크게 만들어질 수 있다.Thus, the maximum filter bandwidth depends on the delamination between the ESBG's exponential change Δn and the two filter waveguides. The bandwidth scales linearly with the diffraction grating exponent. For an ESBG spatial exponential modulation parameter of n = 0.01, the eigenvalue for exponential change, the waveguide for waveguide separation of 1 μm, and the bandwidth may be 1 nm. This is sufficient for WDM application. This bandwidth can be made large by linearly chirping the diffraction grating period, ie by making a slight spatial transformation in the diffraction grating period.
충분히 작은 파장에 대해서, ESBG 회절격자는 복사 모드를 상-매치할 수 있고, 이것은 파워손실로 이어진다. 두 도파관의 유효지수가 최소한 Δn만큼 차이가 있는 상기 룰에 맞추어 디자인한 교환-브래그 필터에 대해서, 복사-매치 영역은 5nm인 파장을 가지고 있고, 교환 브래그 중심파장보다 더 작다. 약 1.53의 지수를 가지는 고지수 ESBG에 대해서, 이들 파장은 50nm의 차이로 중심파장으로부터 재배치된다. 복사손실 정도는 필터 도파관상에 단지 회절격자를 놓고, 필터 도파관이 입력버스 도파관보다 더 높은 지수를 만들도록 함으로써 최소화 할 수 있다.For sufficiently small wavelengths, the ESBG diffraction grating can phase-match the radiation mode, which leads to power loss. For an exchange-bragg filter designed according to the above rule in which the effective exponents of the two waveguides differ by at least Δn, the radiation-matched region has a wavelength of 5 nm and is smaller than the center of the exchange Bragg. For high index ESBGs having an index of about 1.53, these wavelengths are rearranged from the central wavelength with a difference of 50 nm. The radiation loss can be minimized by simply placing a diffraction grating on the filter waveguide and having the filter waveguide make a higher exponent than the input bus waveguide.
도 5c는 다음과 같은 가상 매개변수를 사용하여 모의광학 성능을 나타낸다. 버스도파관 폭=8μm, N=1.4492, 드롭 도파관 폭=4μm, N=1.53, 길이=10mm, 회절격자 주=523nm, ESBG 공간지수대역=0.01, 최소유도 박리=3μm. 포트1,2,3,4는 도 5b의 대응하는 포트를 가리킨다. 이 예에서, 아포디제이션이 적용되지 않는다. 도 5d에서, 도파관 사이에 커브로 된 공유영역에 의해 커플링 아포디제이션의 이득이 나타난다.5C shows simulated optical performance using the following virtual parameters. Bus waveguide width = 8μm, N = 1.4492, drop waveguide width = 4μm, N = 1.53, length = 10mm, diffraction grating note = 523nm, ESBG spatial index band = 0.01, minimum inductive separation = 3μm. Ports 1, 2, 3, and 4 indicate the corresponding ports in FIG. 5B. In this example, apodization does not apply. In FIG. 5D, the gain of coupling apodization is shown by the curved shared region between the waveguides.
이 종류의 모델링에 근거하여, 도 5a에 보여지는 디자인은 아포디제이션에 의해 억제되는 박스형상의 드롭 대역폭과 사이드로브와 함께, 거의 최적의 필터 형상을 가지는 것으로 알려져있다. 또한, 길이가 드롭된 파워 균열을 최대화하도록 증가된다면 스펙트럼 반응 형상은 비슷하게 남아있듯이, 장치는 길이에 그다지 민감하지 않다. 그와같은 필터결점은 대역폭이 더 좁을 수록 더 긴 장치를 필요로하게 되는데, 대체할 수 있는 것은 아니며, 공진기형이 아래 밝히드록 디자인한다. 또한, 파워는 전파방향의 반대로 드롭되고, 디자인은 불일치된 두 도파관을 필요로한다(즉, 그들의 전파상수는 실질적으로 같지 않다.).Based on this kind of modeling, the design shown in FIG. 5A is known to have an almost optimal filter shape, with box-shaped drop bandwidths and side lobes suppressed by apodization. Also, the device is not very sensitive to length, as the spectral response shape remains similar if the length is increased to maximize the dropped power crack. Such filter defects require longer devices with narrower bandwidths, which are not a substitute, and are designed below by the resonator type. Also, power is dropped in the opposite direction of propagation, and the design requires two mismatched waveguides (ie, their propagation constants are not substantially equal).
도 5e는 독립적으로,드롭포트 내부에서 네개의 파장채널중 임의의 어느 하나를 드롭하는(즉, 반대방향으로 사용한다면, 입력이 출력으로 대체되고 반대로 출력이 입력으로 대체되는 부가) 네 개의 채널 배열로 단일 요소 SADF를 연장하는 분해된 평면 디자인을 근접하여 나타낸다. 또한, 버스 및 드롭도파관은 WSXC에 대한 이 디자인의 실용성을 제한하면서 불일치한다. 실질적으로, 성장성의 한정은 배열이 더 큰 복수의 채널을 어드레스 하도록 연장되면서 축적되는 각 노드에서 손실에 달려있다.Figure 5e shows a four-channel arrangement that independently drops any one of the four wavelength channels inside the dropport (i.e., if the input is used in the opposite direction, the input is replaced by the output and conversely the output is replaced by the input). The exploded planar design extends close to the single element SADF. In addition, the bus and drop waveguides are inconsistent, limiting the practicality of this design for WSXC. In practice, the limit of growth depends on the loss at each node that accumulates as the array extends to address a larger number of channels.
그러나, Δn만큼 다른 두 도파관에 대해 실제문제는 더 높은 지수도파관의 코어길이를 그것이 싱글 모드로 남아있게 하기 위해 광학섬유의 직경보다 더 작게 만들어야만 하는 것이다. 이것은 섬유꼬임으로 버트가 연결될 때 커플링 로스가 발생하는 원인이 된다. 작은 지수 ESBG(1.47의 코어지수, 1.444의 클래딩지수)에 대해서, 사각형의 코어폭은 4㎛이고, 결과적으로 버트 커플링 로스는 약 20%라고 할 수 있다. 큰 지수 ESBG(1.53의 코어지수, 1.444의 클래딩지수)에 대해서, 코어길이가 1㎛라면, 삽입로스는 여전히 그다지 크지않은 30%로 만들 수 있다. 그러나, 이 경우에 2㎛의 사각형 코어폭은, 용납할 수도 없고 이용되지도 않는 60%의 삽입손실을 줄 수 있다.However, for two waveguides as different as Δn, the real problem is that the core length of the higher exponential waveguide must be made smaller than the diameter of the optical fiber in order to remain in single mode. This causes the coupling loss to occur when the butts are connected by fiber twist. For a small index ESBG (core index of 1.47, cladding index of 1.444), the square core width is 4 mu m and consequently the butt coupling loss is about 20%. For a large index ESBG (core index of 1.53, cladding index of 1.444), if the core length is 1 μm, the interstitial loss can still be made to be not so large 30%. However, in this case, a square core width of 2 占 퐉 can give an insertion loss of 60% which cannot be tolerated or used.
도 5f는 도 21에 나타내고, 이 도면으로 접속부가 설명된 2 ×2 공간스위치로 통합된 평면와 실질적으로 같은 방식으로 기능하는 2 ×2 공간스위치로 통합된 평면를 도시한다. 도 5f는 평면 통합을 이용하여 그러한 스위치를 조성할 수 있음을 도시한다.FIG. 5F shows a plane integrated into a 2 × 2 space switch that functions in substantially the same way as the plane integrated into the 2 × 2 space switch described in FIG. 5F shows that such a switch can be constructed using planar integration.
파장 선택적인 교차접속(WSXC)Wavelength Selective Cross-Connect (WSXC)
WSXC의 기능은 지역노드에 분산되는 버스 대신에 그것이 두개 또는 그 이상의 광학버스에 내부접속된 구성을 제외하고, 거의 SADF와 관련된다. 일반적으로, WSXC는 선택적으로 각 파장을 분리되고 독립적인 "실질적인 섬유"로 간주하는 구조내에서 역동적으로 재구성하고 관계를 정하기 위하여, N ×N 출입 광학섬유 사이에서 M-채널 WDM을 교환한다. N ×N ×M WSXC는 N 섬유와 M 파장을 연결한다. 미래의 네트워크는 네트워크 용량을 배가시키도록 그의 완전한 잠재력을 실현시키는 WDM을 위한 그러한 장치에 의존할 것이다. 산업계획에 근거하여, 2 ×2 ×2에서 128 ×128 ×80에 이르는 크기 또는 그 이상의 크기로 분류되는 장치가 필요할 것이다.The function of WSXC is almost related to SADF, except for the configuration in which it is internally connected to two or more optical buses instead of a bus distributed to local nodes. In general, WSXC selectively exchanges M-channel WDMs between N × N entry and exit fibers to dynamically reconstruct and relate to each other within a structure that treats each wavelength as a separate and independent “substantial fiber”. N × N × M WSXC connects N fibers and M wavelengths. Future networks will rely on such devices for WDM to realize their full potential to double network capacity. Based on industry plans, devices will need to be classified in sizes ranging from 2 x 2 x 2 to 128 x 128 x 80 or more.
몇가지 WXSC에 접근하는 것들이 많은 연구소에서 활발하게 연구되고 있다. 상 시프터나 공간스위치와 결합된 WDM 라우터를 통합한 INP, 열적-광학 또는 다른 스위치에 연결된 모듈러 패시브 WGR 라우터 및 음향광학 필터들이 바로 그것이다. 아직까지 선두기술은 정립되지 않았고, 대부분 현재 접근들은 많은 비용이 든다.Several WXSC approaches are being actively researched in many laboratories. These include INP incorporating WDM routers combined with phase shifters or spatial switches, modular passive WGR routers and acousto-optic filters connected to thermo-optical or other switches. No leading technology has yet been established, and most current approaches are expensive.
본 발명에 따르면, WXSC의 단일 스위치 포인트는 2 입력과 2 출력이 있는 4 포트 활성화 스위치이다. 이 스위치는 각 선택된 요소 온 또는 오프에 대해 회절격자를 구성하는 주기적 공간지수 변조를 토글하는 ESBG에 의해, 전기광학적으로 활성화된다. 복수의 그러한 요소를 포함하는 통합된 칩 또는 기판상에 각 ESBG 요소에 대한 제어전압을 프로그램함으로써, 매우 많은 수의 스위칭 상태는 WDM신호의 교환을 재루트 및 재구성하는 것이 실현될 수 있다.According to the present invention, the single switch point of the WXSC is a four port enabled switch with two inputs and two outputs. This switch is electro-optically activated by the ESBG, which toggles the periodic spatial index modulation that constitutes the diffraction grating for each selected element on or off. By programming the control voltage for each ESBG element on an integrated chip or substrate comprising a plurality of such elements, a very large number of switching states can be realized to reroute and reconfigure the exchange of WDM signals.
도 6a 및 도6b는 ESBG에 근거한 두가지 다른 초기 교차-포인트 스위치를 나타낸다. 두 주요한 실시예의 각각은 요소마다 2 ESBG를 사용한다. 각자 요소의 기능은 초기 파장 선택적 교차-포인트 기능을 실시하는 것이다. 스위치가 활성화되지 않았을 때, 특별한 입력포트의 모든 파장 채널은 특별한 출력포트에 영향받지 않고 통과할 것이다. 스위치가 활성화될 때, 각 입력 포트의 특별한 파장채널(존재한다면)은 대체 출력포트로 교차접속될 것이다. 선택되지 않은 모든 파장은 영향받지 않은채로 있다.6A and 6B show two different initial cross-point switches based on ESBG. Each of the two major embodiments uses 2 ESBGs per element. The function of each element is to perform an initial wavelength selective cross-point function. When the switch is not activated, all wavelength channels of a particular input port will pass through unaffected by that particular output port. When the switch is activated, the particular wavelength channel (if present) of each input port will be cross-connected to the alternate output port. All wavelengths not selected remain unaffected.
도 6a 및 도 6b에서, 초기 SADF 장치과 다르게, 2 버스파장은 동일하고(같은 전파상수를 가지고), 오로지 내부적 "s" 또는 "링"유도가 실질적으로 다른 전파상수를 가진다. 그래서, 이들은 광학섬유에 좀더 효과적인 커플링을 제공한다.6A and 6B, unlike the initial SADF apparatus, the two bus wavelengths are the same (with the same propagation constants) and have only substantially different propagation constants in their internal "s" or "ring" induction. Thus, they provide a more effective coupling to the optical fibers.
도 6a의 처음을 참조하여, ESBG(12a)는 도파관(31a)의 소멸영역에 있고, 회절격자(12b)는 도파관(31b)의 소멸영역에 있다. 도파관은 충분히 분리되어 있어서 그들의 소멸영역은 겹치지 않는다. ESBG(12a,12b)는 커브가 되거나 "s"형 도파관(37)에 의해 연결된다. 이 구성에 있어서, 도파관(31a,31b)은 동일한 크기와 재료일 수 있고, 같은 지수를 가질 수 있다. 그래서 삽입손실을 최소화하기 위하여 의미있게 단순화한 구성과 표준화 커플링이 모든 도파관으로 사용된다. 그러나, 바람직하지 못한 커플링(즉, 소멸 및 디렉트 브래그 커플링)은 Δn만큼 초과하는 양으로 도파관(31)의 지수와 차이나는 지수를 가지도록 도파관(31)보다 더 작은 도파관(37)을 가짐으로써 의미있게 억제된다. 그래서, 도 6a의 구성은 바람직하지 못한 커플링의 훌륭한 억제를 제공하고 삽입손실 성능을 향상시키지만, 도 5a에 나타낸 구성보다 더 복잡하고 비용이 비싸다. 도 6a에서, 회절격자는 사이드-대역을 줄이는 아포다이즈로서 나타내지 않았지만, 이것 또는 다른 기술은 그러한 사이드-대역 감소를 위한 이러한 실시예로 이용될 수 있다.Referring to the beginning of FIG. 6A, the ESBG 12a is in the extinction region of the waveguide 31a and the diffraction grating 12b is in the extinction region of the waveguide 31b. The waveguides are sufficiently separated so that their extinction regions do not overlap. ESBGs 12a and 12b are curved or connected by "s" type waveguide 37. In this configuration, the waveguides 31a and 31b may be of the same size and material, and may have the same index. Therefore, in order to minimize insertion loss, a significantly simplified configuration and standardized coupling are used for all waveguides. However, undesirable coupling (i.e., extinction and direct Bragg coupling) has a waveguide 37 smaller than the waveguide 31 to have an exponent that differs from the exponent of the waveguide 31 by an amount in excess of Δn. As such, it is significantly suppressed. Thus, the configuration of FIG. 6A provides good suppression of undesirable coupling and improves insertion loss performance, but is more complex and expensive than the configuration shown in FIG. 5A. In FIG. 6A, the diffraction grating is not shown as an apodize reducing the side-band, but this or other technique can be used in this embodiment for such side-band reduction.
ESBG(12a,12b)를 내부연결하는 유일한 단일 도파관(37)대신에, ESBG(12) 및 도파관(37)이 폐링(39)를 형성하면서, 한 쌍의 도파관(37a,37b)이 이러한 기능을 수행하도록 제공된다는 점에서,도 6b는 도 6a와 다르다. 도 6a에 나타낸 구성에 있어서, 누화에 대한 잠재력을 높이면서, 어느 한 방향으로 도파관(31) 사이에 이동하는 신호는 모두 같은 도파관 단면(37)을 통하여 이동하는데, 도 6b에 있어서, 누화에 대한 잠재력을 줄이면서, 도파관(31b)상의 입력(1)로부터의 신호는 도파관 세그먼트(37a)를 통하여 이동하는 반면, 도파관(31a)상의 입력(2)로부터의 신호는 도파관 세그먼트(37b)를 통하여 이동한다는 점에 비추어, 도 6a에서 나타낸 것보다 나은 도 6b의 링구성의 이점이 있다. 도 6a의 실시예에 있어서, 교차접속에 영향받지 않는 신호는 도파관(31)상에 반대방향으로 이동하는데, 도 6b의 실시예에 있어서, 모든 신호는 임의의 도파관 내에서 같은 방향으로 전파하는 점에서 또 다른 중요한 이점이 있다. 드롭 신호가 입력에 따라 나란히 전파되는 도6b의 디자인으로 대규모 집적, 연결, 및 광 네트워크의 기타 소자와 상호작용이 보다 편리해질 것이라고 사료된다. 6a의 설계가 선택된 출원에 대해서 바람직할 수 있다 하더라도, 도6b의 설계가 현재까지 바람직한 설계이다.Instead of the only single waveguide 37 interconnecting the ESBGs 12a and 12b, the pair of waveguides 37a and 37b performs this function while the ESBG 12 and waveguide 37 form a closed ring 39. 6B differs from FIG. 6A in that it is provided to perform. In the arrangement shown in FIG. 6A, the signals traveling between the waveguides 31 in either direction, while increasing the potential for crosstalk, all travel through the same waveguide cross-section 37. In FIG. 6B, for crosstalk While reducing the potential, the signal from input 1 on waveguide 31b travels through waveguide segment 37a, while the signal from input 2 on waveguide 31a travels through waveguide segment 37b. In light of this, there is an advantage of the ring configuration of FIG. 6B that is better than that shown in FIG. 6A. In the embodiment of FIG. 6A, the signal unaffected by the cross connection travels in the opposite direction on the waveguide 31. In the embodiment of FIG. 6B, all signals propagate in the same direction within any waveguide. There is another important advantage. It is believed that the design of Figure 6b, where the drop signal propagates side by side with the input, will make it easier to interact with large scale integration, connectivity, and other elements of the optical network. Although the design of 6a may be preferred for the selected application, the design of FIG. 6b is the preferred design to date.
커플링되는 두개의 ESBG류가 있는 도6a 및 도6b의 구성은 각 신호가 두배로 필터된다는 면에서 파장 선택성이 향상될 수 있다는 점에서 또한 장점이 있다. 결과적으로, 사이드밴드(sidebands)는 50dB까지 억제될 수 있는데, 이는 단일의 ESBG에는 가능하지 않다.The configuration of Figs. 6A and 6B, in which there are two ESBG classes that are coupled, is also advantageous in that wavelength selectivity can be improved in that each signal is doubled filtered. As a result, sidebands can be suppressed up to 50 dB, which is not possible with a single ESBG.
도7a는 도5a(충돌된 라인)에 도시된 단일의 익스체인지 브래그 필터와 S 교차접속(솔리드 라인)의 필터응답을 비교한다.(여기서, S ESBG류는 또한 반응을 효율적으로 어포다이즈하기 위해 곡선형이 된다.) 상기 S-교차접속의 반응은 시각적으로 익스체인지 브래그 필터 반응의 배가 된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 사이드로브는 납작한 패스밴드(passband)가 보존되는 동안에 상당히 감소된다. 도7b는 상세한 처리량 응답을 나타내는데, 여기서 인밴드(inband) 누화가 30dB보다 작을 수 있다. 교차접속에서, 같은 파장에서 새로운 신호가 재-주입될 것이기 때문에 입력 버스로부터 드롭된 파장을 충분히 제거하는 것이 중요하고, 인밴드 누화가 최소화되기 쉽다. 또한 인밴드 누화는 회절격자의 반사성을 증가시키거나, 상기 ESBG의 공간지수 변동을 더 크게하거나 ESBG 영역의 평균지수를 증가 또는 ESBG를 더 길게하는 것중의 어느 하나로 향상될 수 있다. H-PDLC를 사용하여 이러한 파라미터의 자유로운 조절은 이러한 설계를 최적화하기 위한 이러한 군의 또 다른 장점이다.Figure 7a compares the filter response of the single exchange Bragg filter shown in Figure 5a (collision line) with the S cross-connect (solid line). Here, the S ESBGs are also used to efficiently affinity the response. Curve.) It can be seen that the response of the S-crossing connection is visually doubled the exchange Bragg filter response. Thus, the sidelobe is significantly reduced while the flat passband is preserved. 7B shows a detailed throughput response, where inband crosstalk may be less than 30 dB. In cross-connections, it is important to sufficiently remove the dropped wavelength from the input bus since new signals will be re-injected at the same wavelength, and in-band crosstalk is likely to be minimized. In-band crosstalk can also be enhanced by either increasing the reflectivity of the diffraction grating, increasing the spatial index variation of the ESBG, increasing the mean index of the ESBG region, or making the ESBG longer. Free adjustment of these parameters using H-PDLC is another advantage of this group for optimizing this design.
도7c는 링 교차점39의 전형적인 컴퓨터 광응답을 나타낸다. 이것은 고리내의 전원 트래핑(trapping)에 관한 가짜의 스파이크(spike)가 관찰된다는 것을 제외하고는 S-교차접속과 유사하다. 부가적으로, 상기 인밴드 응답이 링응답 때문에 다소 중첩된다. 상기 두개의 ESBG류가 도6b의 " 링 "에 대해서 도6a의 " s " 로 표시된다면, 이러한 디자인에서 각 " s " 또는 각 링내에서 상기 ESBG류는 전기적으로 동시에 절환될 것이고, 설명된 교차-접속 기능을 행하기 위해서 결합될 것이다.7C shows a typical computer photoresponse at ring junction 39. This is similar to S-crossing, except that a fake spike on power trapping in the ring is observed. In addition, the in-band response is somewhat overlapped because of the ring response. If the two ESBG classes are marked with "s" in Figure 6a for the "ring" in Figure 6b, then in each design the "s" or within each ring the ESBG classes will be electrically switched at the same time, as described cross- Will be combined to perform the connect function.
도5a의 구성이 주로 SADF로, 도6a, 6b 구성이 WSXC로 정의될 경우, 사실상 둘다는 SADF로 사용될 수 있다. 이러한 견지에서, 도5및 6에 도시된 소자에 있어서, 도5a의 소자는 상자형의 응답을 제공하고, 어포디제이션에 의해 사이드로브가 용이하게 감소되고, 길이가 강조되고 간단하고 직접적으로 제조할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 유용한 성능을 달성하기 위해서 상기 도파관을 비정합하는 것이 필요하기 때문에, 제조가 좀 더 어렵게 되고 커플링 손실 문제가 발생될 가능성이 있다. 좀 더 복잡해진 도6a 및 6b의 실시예는 도파관(31)이 균일한 크기로 이루어져 있기 때문에, 제조하기가 쉬워지고 바람직하지 않은 커플링 모드가 좀 더 용이하고 효과적으로 억제된다. 상기 장치가 단지 드롭 필터(예를 들어, 실시예 버스31b에 대한 다중채널 WDM)에만 사용될 때, 이는 예를 들어, 주요한 전송 버스일 수도 있는데, 적당한 로컬 버스(31a)로 전송되는 단일의 채널을 가지며, 도6a 구성은 바람직하게 된다. 하지만, 소자가 WSXC 또는 SADF(예를 들어, 부가적으로 채널이 메인 버스31b에서 로컬 버스(31a)로 전달되면, 바람직한 도파관의 버스31a상의 신호가 또한 회절격자(12)밍 도파관(37)을 통하여 버스(31b)로 전달된다.)와 같은 부가 및 드롭 필터로 사용될때, 도6b의 구성은 잠재적인 누화를 최소화하기 위해서 양호하게 될 수도 있다.If the configuration of Fig. 5A is mainly SADF, and the configurations of Figs. 6A and 6B are defined as WSXC, virtually both can be used as SADF. In view of this, in the device shown in Figs. 5 and 6, the device of Fig. 5A provides a box-like response, the side lobe is easily reduced by the apodization, the length is emphasized, and the production is simple and direct. There is an advantage to this. However, since it is necessary to mismatch the waveguide in order to achieve useful performance, the manufacturing becomes more difficult and there is a possibility of causing a coupling loss problem. The more complicated embodiments of FIGS. 6A and 6B are easier to manufacture because the waveguide 31 is of uniform size and undesirable coupling modes are more easily and effectively suppressed. When the device is only used for drop filters (e.g., multi-channel WDM for embodiment bus 31b), this may be, for example, a primary transmission bus, which can be used to provide a single channel to be transmitted to the appropriate local bus 31a. 6A configuration is preferable. However, if the device is a WSXC or SADF (e.g. additionally a channel is transferred from the main bus 31b to the local bus 31a), then the signal on bus 31a of the preferred waveguide also causes diffraction grating 12 and waveguide 37 When used as an add and drop filter, such as through a bus 31b), the configuration of FIG. 6B may be good to minimize potential crosstalk.
도8a, 및 8b는 복합 파장에 대한 복합 도파관 사이에 교차-결합을 도시하는 다이어그램이다. 예로 도8a는 그 각각이 4개의 채널이나 4개의 파장을 수반하는 두개의 도파관 31a, 31b를 나타낸다. 이러한 두개의 도파관의 접합점에서, 4개의 전달되는 링 391-394가 장착되고, 이 링은 각각 도6b에 도시된 링(39)와 같은데, 각각의 링은 상기 링이 특정한 대응하는 파장 채널1-4에 대한 부가/드롭 기능을 수행하도록 ESBG 회절격자 주기를 가진다. 따라서, 상기 링(39)의 하나 이상에 선택적으로 전류를 통해 주어, 선택된 채널상의 정보가 도파관(31)사이에 부가, 드롭 및 전송된다. 따라서, 이것이 4개의 파장을 가진 WSXC를 근간으로 하는 두개의 ESBG 섬유에 대한 디자인이다.(예를 들어, 2 ×2 ×4 네트워크). 링 391-394에는 또한 메인 버스 및 로컬 버스 사이에 전송될 수 있고, 각각은 메인 버스 상에 파장에 대해 제한된 부분집합을 수용한다.8A and 8B are diagrams showing cross-coupling between composite waveguides for composite wavelengths. For example, FIG. 8A shows two waveguides 31a and 31b, each of which carries four channels or four wavelengths. At the junction of these two waveguides, four transmitting rings 39 1 -39 4 are mounted, each of which is like a ring 39 shown in Figure 6B, each ring having a corresponding wavelength channel to which the ring is specific. It has an ESBG diffraction grating period to perform the add / drop function for 1-4. Thus, one or more of the rings 39 are optionally provided with current so that information on the selected channel is added, dropped and transmitted between the waveguides 31. Thus, this is a design for two ESBG fibers based on WSXC with four wavelengths (e.g., a 2x2x4 network). Rings 39 1 -39 4 can also be transmitted between the main bus and the local bus, each of which accepts a limited subset of wavelengths on the main bus.
도8b는 4개의 입력 및 4개의 출력 도파관을 연결하는 6, 3-익스체인지 섹션의 버네시 넷(benesh net) 형태의 보다 복잡한 네트워크를 보여주는데, 이것을 때때로 4 ×4 ×3 구성이라고 하기도 한다. 이러한 실시예는 4개의 도파관 중 어느 하나에 출력되는 4개 도파관에 입력되는 4개의 채널 중의 어느 하나에 전송되도록 하는 도8a에 나타난 실시예의 것과 유사하다.FIG. 8B shows a more complex network in the form of a benenet net of 6, 3-exchange sections connecting four input and four output waveguides, sometimes referred to as a 4x4x3 configuration. This embodiment is similar to that of the embodiment shown in FIG. 8A to be transmitted to any one of four channels input to four waveguides output to any one of the four waveguides.
도8a-8b에 표시된 상기 네트워크 디자인은 단지 본 발명의 네트워크를 구성하는 가능한 디자인 옵션을 도시하고, 일정수의 입력 및 출력 섬유, 일정수의 채널에 적당한 네트워크는 이러한 또는 기타의 네트워크 구성을 사용하여 구성되는데, 도6a의 " s " 폼이 여기에 포함된다.The network design shown in Figures 8A-8B merely illustrates the possible design options for constructing the network of the present invention, and a network suitable for a certain number of input and output fibers, a certain number of channels may use such or other network configurations. Which includes the " s " form of FIG. 6A.
재배열할 수 있게 블록되지 않는 이점을 가지는, 상호연결에 대한 도 8b의 베네시 넷의 이용은 효과적인 무블럭 구조물로서 기술분야에서 알고 있다. 그러나, 다섬유 네트워크 내에 상기 ESBG 파장 교환 영역을 상호연결하는 이 이점을 제공하는 유일하게 가능한 구조물이 결코 아니다. 네트워크 구조물의 개관은 "포토닉 스위칭 구조 개설(An Introduction to Photonic Switching Fabrics)", 에이치.에스.힌톤(H.S.Hinton) 저, 플래넘 프레스(Plenum Press), 1993 에 의해 알려졌다.The use of the Venenet net of FIG. 8B for interconnects, having the advantage of not being reorderablely blocked, is known in the art as an effective blockless structure. However, it is by no means the only possible structure that provides this advantage of interconnecting the ESBG wavelength switched regions within a multifiber network. An overview of network structures is known by "An Introduction to Photonic Switching Fabrics", H.S. Hinton, Plenum Press, 1993.
분명히, 커플링의 복잡성은 도파관과 채널이 증가하는 수만큼 증가한다. 그러나, 본 발명의 ESBG 기술을 채용하는 네트워크는 하기에 설명하듯이, 실질적으로 상승성을 제공하는 설명적 네트워크 디자인을 포함하고, 전 장치는 상당히 앞선 회로 조립 기술을 이용하여 조립될 수 있기 때문에, 네트워크의 규모나 복잡성에서 의미있는 증가의 결과는 비용면에서 대응하는 증가의 결과로 나타나지 않는다. 이것은 다른 중요한 기술적 이점이 있다. 그래서, 부가/드롭과 WSXC 장치에 근거한 ESBG의 이점은 칩상의 조립성, 가능성과 저비용으로 제작하는 중합체, 선택적으로 높은 채널로 연결되는 단일 단계 회절격자 조립, 수십의 마이크로세컨드 범위로 저누화와 삽입손실, 빠른 스위치 속도를 포함한다. 아마도 ESBG의 가장 중요한, 유연한 화학과 조립은 다르게 최적화된 많은 요소를 허용한다. 그와 동시에, 임의의 재료 기술의 다른 H-PDLC을 이용하여 수행하는 것이 가능하지 않다면 어려운 단일 기판상에 함께 조립하도록 지수, 회절격자 특성, 주기, 방향 및 다른 매개변수를 다르게 한다.Clearly, the complexity of the coupling increases by the increasing number of waveguides and channels. However, the network employing the ESBG technology of the present invention includes an explanatory network design that provides substantially synergy, as described below, and since the entire device can be assembled using a fairly advanced circuit assembly technique, The consequences of a significant increase in the size or complexity of the network do not result in a corresponding increase in cost. This is another important technical advantage. Thus, the benefits of ESBG based on add / drop and WSXC devices include on-chip assembly, possibility and low cost fabrication, single-stage diffraction grating assembly optionally connected to high channels, low crosstalk and insertion in dozens of microsecond ranges. Loss, fast switch speed. Perhaps the most important, flexible chemistry and assembly of ESBG allows many other optimized elements. At the same time, the exponent, diffraction grating properties, period, direction and other parameters are varied to assemble together on a difficult single substrate, if not possible, using different H-PDLCs of any material technology.
공진기 장치Resonator device
공진기는 여전히 SADF 및 WSXC 요소의 이행에 대해 이용할 수 있는 또 다른 도파관 및 회절격자 구성이다. 설정된 영역에서 광학에너지의 저장이 장치 기능의 중요한 원리인 회절격자에 근거한 도파관 구조로서 이 적용을 위해 공진기는 정의된다.The resonator is still another waveguide and diffraction grating configuration available for the implementation of SADF and WSXC elements. The resonator is defined for this application as a waveguide structure based on diffraction gratings where the storage of optical energy in a set area is an important principle of device function.
도파관 필터에 근거한 공진기는 다른 기계장치 상에 근거한 필터보다 우수한 몇가지 특성을 가진다. 이들 특성은 간섭 필터와 다른, 종속-커플링 다수로 이루어진 공진기에 의해 임의의 필터 형상을 종합하는 능력과, 장치 길이를 변환하는 것보다 다른 기술에 의해서 통과대역폭을 제어하는 능력을 포함한다. 또한, 공진기는 골치아픈 대역 밖의 사이드로브를 가지고 있지 않다. 대신에, 대역밖 반응은 채널 드롭 필터로 이루어지는 공진기의 수에 의해 결정되는 비율에서 단조롭게 줄어든다.Resonators based on waveguide filters have some properties that are superior to filters based on other mechanisms. These characteristics include the ability to synthesize arbitrary filter shapes by a resonator of dependent-coupling plurals, different from interference filters, and the ability to control passband by other techniques than converting device lengths. The resonator also has no side lobes outside the troublesome band. Instead, the out-of-band response is monotonically reduced at a rate determined by the number of resonators made of the channel drop filter.
공진기는 도 9에서 도파관(60)에 대해 도시하였듯이, 도파관 상에 또는 가까이 만들어진 쿼터 웨이브시프트와 결합한 브래그 회절격자를 이용하여 실현할 수 있다. 쿼터 웨이브시프트(62)는 공동으로서의 역할을 하는 반면, 회절격자(63)는 한 측면에 분산된 거울로서의 역할을 한다. 선택된 파장에서 광학에너지는 쿼터시프트 단면의 도파관 영역(64)에 사로잡히고 진동하며 회전한다(웨이브65). 회절격자의 주기는 다음식으로 결정된다.The resonator can be realized using a Bragg diffraction grating combined with a quarter wave shift on or near the waveguide, as shown for the waveguide 60 in FIG. Quarter waveshift 62 serves as a cavity, while diffraction grating 63 serves as a mirror dispersed on one side. At the selected wavelength, the optical energy is captured, vibrated and rotated in the waveguide region 64 of the quartershift cross section (wave 65). The period of the diffraction grating is determined by the following equation.
식(7) Formula (7)
여기서 ne는 공진하는 도파관에서 j에서 계산되는 모드의 유효지수이다.Where n e is the resonant waveguide Valid exponent of the mode computed in j .
드롭하는 채널로 선택된 도파관은 하나 또는 그 이상의 버스 도파관에 공진기를 측면 연결함으로써 완성된다. 도 10a-10c에 나타낸 바와같이 이것이 완성되는 방법은 여러가지이다. 모든 경우에 2 공진기는 원하는 채널의 뽑아내는 것이 100%가 되는 것이 요구된다. 반사공진기라고 불리우는 이 제2 공진기는 드롭공진기로 불리우는 제1 공진기에 의해 발생하는 후방 파를 없애기 위해 요구된다.The waveguide selected as the dropping channel is completed by laterally connecting the resonator to one or more bus waveguides. As shown in Figs. 10A-10C, there are several ways to accomplish this. In all cases, the two resonators require 100% extraction of the desired channel. This second resonator, called a reflection resonator, is required to eliminate back waves generated by the first resonator, called a drop resonator.
도 10a의 공진기 필터에서, 필터 출력 드롭, 포트(2)는 드롭공진기(68)에 직접 연결된다. 반사기 공진기(70)는 버스 도파관(72)에 연결되지만, 하프 도파관에 추가하여, 정수의 파장에 의해 공진기(68)의 쿼터-웨이브단면(62)로부터 공간적으로 위치한다. 필터 출력이 도 10a에서 전방으로 드롭되는 동안, 드롭공진기(68)의 반대방향으로 드롭포트(2)를 갖다 붙임으로써 반대방향으로 드롭될 수 있다. 회절격자 단면의 사라지지 않은 끝부는 파워가 그들을 통하여 피하지 않도록 충분히 길게 만들어져야만 한다. 남아있는 파장이 전송포트1에 영향없이 통과하는 동안, 포트(3)에 입력되는 다파장 가운데 하나는 드롭 포트(3)에 드롭될 것이다. 쿼터-웨이브단면(62)와 드롭포트(2) 사이에 회절격자(68)의 길이와 그의 지수변화는 장치의 대역폭을 결정한다.In the resonator filter of FIG. 10A, the filter output drop, port 2, is directly connected to the drop resonator 68. The reflector resonator 70 is connected to the bus waveguide 72 but is spatially located from the quarter-wave cross section 62 of the resonator 68 by an integer wavelength in addition to the half waveguide. While the filter output is dropped forward in FIG. 10A, it can be dropped in the opposite direction by attaching the drop port 2 in the opposite direction of the drop resonator 68. The non-disappearing end of the diffraction grating cross section must be made long enough so that power is not avoided through them. While the remaining wavelength passes through without affecting transmission port 1, one of the multiple wavelengths input into port 3 will drop into drop port 3. The length of the diffraction grating 68 and its exponential change between the quarter-wave section 62 and the drop port 2 determine the device bandwidth.
도 10의 구조와 다른 공진기 구성에서, 몇 개의 회절격자 소자로 이루어진 ESBG는 그들의 각각의 전극-인가 신호와 조정함으로써, 또는 다수 ESBG로 이루어진 전 공진기 부분 위로 단일 모노리식 전극을 제작함으로써, 모두 콘서트에서 스위치 온 또는 오프됨을 알 수 있다.In the resonator configuration different from that of FIG. 10, ESBGs consisting of several diffraction grating elements are all in concert by coordinating with their respective electrode-applied signals, or by making a single monolithic electrode over the entire resonator part consisting of multiple ESBGs. It can be seen that the switch is on or off.
도 10b-도 10d는 다수 공진기를 연결함으로써 필터 성능을 향상시킨 높은 등급 필터의 세가지 예를 나타낸다. 버스 도파관(72)이 일련의 드롭 공진기(68')와 또한 동일한 일련의 반사기 공진기(70')에 연결되는 점에서, 도 10b에서 채널 드롭 필터는 도 10a의 그것과 유사하다. 각 공진기는 대응하는 회절격자의 단면에 의해 그의 이웃들과 연결된다. 쿼터 웨이브시프트(62)사이에 연결되는 회절격자의 길이 L2는 필터 모양의 세부를 결정한다.10B-10D show three examples of high grade filters that improve filter performance by connecting multiple resonators. The channel drop filter in FIG. 10B is similar to that of FIG. 10A in that bus waveguide 72 is connected to a series of drop resonators 68 'and also to the same series of reflector resonators 70'. Each resonator is connected to its neighbors by the cross section of the corresponding diffraction grating. The length L2 of the diffraction grating connected between the quarter waveshifts 62 determines the detail of the filter shape.
도 10c의 채널 드롭 필터는 도 10b에서 나타낸 채널 드롭 필터과 성능이 유사하고, 연결된 드롭 공진기(68a,68b)와 연결된 반사기 공진기(70a,70b)는 연이어지는 대신에 서로 인접하여 걸린다는 점에서 도 10b에 나타낸 필터와 다르다.The channel drop filter of FIG. 10C is similar in performance to the channel drop filter shown in FIG. 10B, and the connected drop resonators 68a and 68b and the connected reflector resonators 70a and 70b are adjacent to each other instead of successively. It is different from the filter shown in.
상기한 바에서 한편, 공진기 도파관(74)과 버스 도파관(72)은 일치되었다면 이것은 필요하지 않다. 일치되지 않은 유도를 이용하는 주요 어려움은 동기의 방향의 결합기와 유사한 효과를 내면서, 입력버스에서 공진기로의 파워 이동 효율이 줄어드는 것이다. 그래서, 일반적으로 버스 및 공진기 도파기가 매우 강한 연결이고 및/또는 회절격자 지수변화가 크지 않다면 더 큰 라인폭을 실현하는 것이 더 어렵다. 또한, 전파상수가 다른 이유로 모드가 공간에서 사라지기 때문에, 더 높은 등급 필터는 도 10c에 도시한 바와같이 일련의 연결된 공진기에 의해 실현될 수 있다. 그러나, 섬유를 버스 도파관과 일치시키는 것이 바람직하고, 상대적으로 높은 지수 구성을 이용하는 ESBG를 위해 그러한 장치가 바람직하다.On the other hand, this is not necessary if the resonator waveguide 74 and the bus waveguide 72 are matched. The main difficulty with using inconsistent induction is to reduce the power transfer efficiency from the input bus to the resonator, with an effect similar to that of the synchronous coupler. Thus, in general, it is more difficult to realize larger line widths if the bus and resonator waveguides are very strong connections and / or the diffraction grating exponents are not large. Also, because the mode disappears in space for other reasons, higher class filters can be realized by a series of connected resonators as shown in FIG. 10C. However, it is desirable to match the fiber with the bus waveguide, and such a device is preferred for ESBGs that use relatively high exponential configurations.
필터를 드롭하는 3 유도-채널을 개략적으로 도 10d-10f에 나타낸다. 이들 실시예에서, 공진기는 양 입력과 출력 버스에 측면 연결된다(즉, 공진기는 클래딩이 겹치는 버스 사이에 클래딩에 있다). 상기 공진기의 필터 실시예를 드롭하는 채널에 대하여, 두 공진기는 여전히 필요된다. 도 10d-10f에서 나타낸 구성의 주요 이점은 공진기가 입력 또는 출력 도파관과 독립적이라는 것이다. 또한, 도 10e 및 10f의 실시예에 대하여, 이들 매개변수가 관련된 2-유도 구조에 대한 상황과 다르게, 도파관 분리 S와 공진기 길이 L은 디자인 매개변수와 독립적이다. 도 10d에서, 2공진기는 함께 연결된다. 모든 회절격자 단면의 길이가 적당히 선택될 때, 파워는 공진에서 포트2로 드롭된다. 도 10e의 실시예에서, 2공진기는 분리된다. 그러나, 상 지연 단면(78)은 버스 도파관을 따라 각 공진기 사이에 인도되어야만 한다. 이 상 지연은 입력 및 출력 버스 도파관이 길이에서 다르게 만들거나 또는 전파상수를 변경하도록 도파관 길이를 변경함으로써 실현될 수 있다. 일치된 도파관에 대해서, 입력버스의 상지연은 ±π/2가 되야만 한다. 반면에, 출력버스의 지연은π/2가 되어야만 한다. 이 실시예에서, 파워는 공진에서 포트(4)로 드롭된다. 공진기 길이 및 버스 대 공진기 분리가 독립적인 디자인 매개변수이기 때문에 이 실시예는 도 10d에서 나타나는 것보다 덜 제한적이다.Three induction-channel dropping filters are schematically shown in FIGS. 10D-10F. In these embodiments, the resonator is side connected to both input and output buses (ie, the resonator is in the cladding between the buses where the cladding overlaps). For the channel dropping filter embodiment of the resonator, two resonators are still needed. The main advantage of the configuration shown in FIGS. 10D-10F is that the resonator is independent of the input or output waveguide. Also, for the embodiment of FIGS. 10E and 10F, unlike the situation for a two-induction structure with which these parameters are related, waveguide separation S and resonator length L are independent of design parameters. In Fig. 10d, the two resonators are connected together. When the length of all the diffraction grating cross sections is properly selected, the power drops to the port 2 at resonance. In the embodiment of Figure 10E, the two resonators are separated. However, the phase delay cross section 78 must be guided between each resonator along the bus waveguide. This phase delay can be realized by making the input and output bus waveguides different in length or by changing the waveguide length to change the propagation constant. For matched waveguides, the phase delay of the input bus must be ± π / 2. On the other hand, the delay of the output bus must be π / 2. In this embodiment, power is dropped to the port 4 at resonance. This embodiment is less restrictive than that shown in FIG. 10D because the resonator length and bus-to-resonator separation are independent design parameters.
다른 상황에서, 도 10e은 도파관(72,74)사이에 위치한 스플릿 공진기(76 a,76b)가 있는 정리된 도파관(72,74)를 이용하여 필터를 드롭하는 공진기 채널을 나타낸다. 스플릿 공진기는 완전한 신호 뽑기를 완성하기 위하여 필요하다. 이 구성의 이점은 입력과 여과된 버스 도파관이 섬유 커플링 내/외로 최적화 될 수 있다, 한편, 공진기는 독립적으로 낮은 손실을 달성할 수 있는 등의 다른 이점이 있다. 상지연 단면(78)은 두 공진기 사이 안으로 버스 도파관을 따라 삽입되어야만 한다. 각 공진기의 쿼터-웨이브단면 사이에 상지연은 입력버스(72)에 ±π/2, 출력버스(74)에π/2가 되어야만 한다. 어느 한가지 경우에, 복수의 2π상은 성능에 영향을 주지 않고 도파관 지연에 추가될 수 있다.In another situation, FIG. 10E illustrates a resonator channel for dropping filters using organized waveguides 72 and 74 with split resonators 76 a and 76b located between waveguides 72 and 74. Split resonators are needed to complete the complete signal extraction. The advantage of this configuration is that the input and filtered bus waveguides can be optimized in and out of fiber coupling, while the resonator has other advantages, such as being able to independently achieve low losses. The phase delay cross section 78 must be inserted along the bus waveguide into between the two resonators. The phase delay between the quarter-wave cross section of each resonator is ± π / 2 on the input bus 72 and on the output bus 74. must be π / 2. In either case, multiple 2π phases can be added to the waveguide delay without affecting performance.
복수의 평행 연결된 공진기가 도 10c의 실시예로서 버스 사이에 제공되는 것을 제외하고, 도 10f의 채널 드롭 필터는 도 10e에 나타낸 것과 유사하다. 복수의 연결된 공진기는 또한 평행하다기 보다 도 10b와 같이 연이어 연결될 수 있다. 도 10e의 실시예에 대해서, 지연 단면(78)은 필요하다. 연이어서 또는 평행하게 연결된 복수의 공진기에 관한 이전 실시예에 대하여 기술한 것은 또한 도 10f의 실시예에서도 적용된다.The channel drop filter of FIG. 10F is similar to that shown in FIG. 10E, except that a plurality of parallel connected resonators are provided between the buses as the embodiment of FIG. 10C. The plurality of connected resonators may also be connected in series as shown in FIG. 10B rather than in parallel. For the embodiment of FIG. 10E, a delayed cross section 78 is required. The description of the previous embodiment of a plurality of resonators connected in series or in parallel also applies to the embodiment of FIG. 10F.
도 11은 채널 중심파장으로부터 일탈의 기능으로서 다양한 포트에서 파워에 대하여, 일치하는 버스/공진기에서 이러한 경우에 반응의 한 예를 나타낸다.FIG. 11 shows an example of a response in this case with a matching bus / resonator, relative to power at various ports as a function of deviation from the channel center wavelength.
평면 통합Flat surface integration
단일 기판에 상기한 카테고리의 다수의 다른 요소를 통합하기 위하여, 이전에 서술하였듯이, 그리고 이후에 도 12a-12e 및 도 13a-13b에서 서술하는 좀 더 복잡한 구조와 같이, 통합에 근거한 평면-도파관상에 기초한 구조를 채택하는 것이 바람직하다. 그러한 통합을 하는 한가지 방법은 상기한 실리콘 마이크로-광학 벤치 기술을 이용하는 조립공정의 연장에 달려있는데, 도파관은 미소전자공학 산업의 잘 정립된 방법에 의해 제작된 에칭한 실리콘 기판에서 순서대로 진행되는 순수 실리카 클래딩에 배열된 고지수 영역(실리카 또는 중합체로 도프칠된)으로 도파관이 이루어진다. 그래서, 복수디자이스 통합의 한가지 방법은 장치와 요소의 더 복잡한 네트워크로 그러한 조립이 연장되는 것이다. 도 12a-12e는 다른 장치의 결합을 둘러싸기 위한 통합방법의 전방직선방향 연장을 나타낸다. 도파관 구조(48)는 처음 제작된다. ITO 또는 다른 전극(20)은 필요한 곳에 배치된다(도 12a). 그리고, H-PDLC필름(30)은 스핀코팅 또는 다른 중합체 코팅 기술에 의해 구조에 적용된다(도 12b). 이중상 마스크(52)는 그때 회절격자에 필요한 방향과 다양한 주기를 생산하기 위하여, 그리고 상기한 다른 기능을 수행하기 위하여 기디자인한 회절격자 매개변수를 포함하는 곳에 들어간다(도 12c). 도 12d는 기판에 올려져 그 위에 현성되는 상부 전극을 가지는 커버 플레이트(예를들어 글래스 또는 실리카)를 나타내고, 도 12e는 마지막 어셈블리를 나타낸다.To integrate a number of different elements of the above categories into a single substrate, planar-waveguide phases based on integration, as previously described, and later as more complex structures described in FIGS. 12A-12E and 13A-13B. It is desirable to adopt a structure based on. One way of making such integration depends on the extension of the assembly process using the silicon micro-optical bench technique described above, where the waveguides are purely processed in sequential order on etched silicon substrates produced by well-established methods in the microelectronics industry. The waveguide consists of high index regions (doped with silica or polymer) arranged in the silica cladding. Thus, one way of integrating multiple devices is to extend such assembly to a more complex network of devices and elements. 12a-12e show a frontal straight extension of the integration method to surround the engagement of another device. Waveguide structure 48 is first manufactured. ITO or other electrode 20 is placed where needed (FIG. 12A). The H-PDLC film 30 is then applied to the structure by spin coating or other polymer coating technique (FIG. 12B). The biphasic mask 52 then enters where it includes the diffraction grating parameters predesigned to produce the direction and various periods necessary for the diffraction grating and to perform the other functions described above (FIG. 12C). FIG. 12D shows a cover plate (eg, glass or silica) with a top electrode mounted on and emerging on a substrate, and FIG. 12E shows a final assembly.
다장치 통합을 하는 다른 방법은 도 13a-13b에 나타낸다. 상기한 바와같이, ESBG는 평면 도파관의 코어 또는 클래딩 영역의 어느 것에 위치할 수 있다. 비록 일반적으로 코어 위치가 더 강한 상호작용과 더 우수한 성능을 가져오더라도, 밑에 깔리는 도파관 구조를 덮는 회절격자막이라는 점에서 또한 "오버레이(overlay)" ESBG라고 부를 수 있는 ESBG에 위치한 클래딩에 약간의 이점이 적용된다.Another method of multidevice integration is shown in FIGS. 13A-13B. As noted above, the ESBG may be located in either the core or cladding region of the planar waveguide. Although the core position generally results in stronger interactions and better performance, some of the cladding located in the ESBG, which can also be called an "overlay" ESBG, is a diffraction grating covering the underlying waveguide structure. This applies.
더 구체적으로는, 오버레이 ESBG는 모놀리식(monolith) ESBG막이 도파관의 상부 네트워크와 하부 네트워크 사이에 끼여있는 큰 규모 통합 기술에 대한 가능성을 연다. 오버레이 접근은 도 13a 및 도 13b에 도시한 샌드위치 기술에 의해 통합된 평면 도파관 기술로 이전될 수 있다. 하층(46)은 선택된 상호작용 영역에 있는 표면에 접근하는 네트워크에 다수의 실리카 베이스와 중합체 도파관(48)을 포함하는 실리카에 기초한 구조이다. 매칭 상부 실리콘층(46)은 도파관(48)의 제2 네트워크를 포함한다. 디자인은 선택된 로우사이(loci) 또는 노드(50)에서 상부평면으로부터 도파관이 하부평면으로부터 도파관과 접촉하거나 교차하거나 일치하는 그러한 것이고, 그렇지 않다면, 저손실전파를 보호하기 위하여 완전히 클래드한다.More specifically, overlay ESBG opens up the possibility for a large scale integration technique where a monolithic ESBG film is sandwiched between the upper and lower networks of the waveguide. The overlay approach can be transferred to the integrated planar waveguide technique by the sandwich technique shown in FIGS. 13A and 13B. Lower layer 46 is a silica-based structure that includes a plurality of silica bases and polymer waveguides 48 in a network accessing a surface in a selected interaction region. Matching top silicon layer 46 includes a second network of waveguides 48. The design is such that the waveguide from the top plane at the selected loci or node 50 contacts, intersects, or coincides with the waveguide from the bottom plane, otherwise it is fully clad to protect the low loss propagation.
상부단면의 도파관은 두 도파관 사이에 실질각에서 하부단면의 도파관에 노출된 소멸 영역 교차을 노출하는 곳에서, 그들 사이에 자리한 ESBG막(12)은 후에 설명하는 섬유 베이스 장치를 이용하고 원리는 같은, 2×2공간 스위치(44)로 그들을 연결한다. 기판의 어느 하나는 그 안에 다른 어딘가에 설명한 방법으로 ESBG 회절격자를 가진, 그 위에 형성한 H-PDLC막이어도 가능하다. 또는 그 안에 형성된 ESBG를 가진 H-PDLC, 떠 다니는 ESBG 디칼스가 기판 사이에 올려질 수 있다. 전극은 각 노드에 있는 기판상에 형성되는 것이 바람직하다.Where the waveguide of the upper section exposes the extinction zone intersection exposed to the waveguide of the lower section at the real angle between the two waveguides, the ESBG film 12 positioned between them uses the fiber base device described later and the principle is the same, Connect them with 2x2 space switch 44. One of the substrates may be an H-PDLC film formed thereon having an ESBG diffraction grating in a manner described elsewhere therein. Or H-PDLC with floating ESBG formed therein, floating ESBG decals can be loaded between the substrates. The electrode is preferably formed on the substrate at each node.
상부단면에서의 도파관은 평행패스로 하부단면의 도파관을 노출하는 소멸영역 교차를 노출하는데, ESBG막은 SADF, WSXC, 다른 결합기 또는 상기한 장치를 공급하듯이, 상부 및 하부 도파관은 커플링 영역에서, 채널 도파관 디자인의 잘 알려진 방법에 의해 공급 될 수 있는, 필요에 따라, 동일하거나 비동일하다는 가정하에, 도파관중의 하나 또는 그들 사이에 위치한다.The waveguide in the upper section exposes an extinction zone intersection that exposes the waveguide in the lower section in a parallel pass. The ESBG film feeds SADF, WSXC, another coupler, or the device described above, the upper and lower waveguides in the coupling region, One of the waveguides, or between them, is assumed to be identical or unequal, as required, which may be supplied by well-known methods of channel waveguide design.
그러한 각각의 장치를 네트워크에 결합함으로써, 무제한의 다양한 통합 장치 구조물이 각각의 스위칭, 패스-교환에서 조립될 수 있고, 도파관 선택량은 많은 구조물로 결합되고 변결될 수 있다.By coupling each such device to the network, an unlimited variety of integrated device structures can be assembled at each switching, pass-exchange, and the waveguide selectivity can be combined and modified into many structures.
결국, 후반부에 상기한 자유공간 원리에 입각한 도파관은 빛에 대한 실리콘층에 프리 공간의 밖으로 또는 도파관 내부로 연결되도록하는 홀이 있다는 가정하에 공급될 수 있다. 이것은 샌드위치 구조를 복수층으로 연장하기 위하여, 인터플래인 커뮤니케이션을 공급하는데 사용될 수 있다.As a result, the waveguide based on the above-described free space principle can be supplied under the assumption that there is a hole in the silicon layer for light to be connected out of the free space or into the waveguide. This can be used to supply interplanetary communication in order to extend the sandwich structure into multiple layers.
단일 공정 홀로그래픽의 복수의 노출과 역오버레이 노드Multiple exposure and reverse overlay nodes in a single process holographic
상기한 바와 같이, 평면 통합 해석에서, 샌드위치의 중앙은 다른 오리엔테이션과 주기(회절격자 벡터)를 가지지만, 보통층 두께를 가지는 다양한 각각의 회절격자로 이루어지는 오버레이 ESBG막의 집합체이다. 다양한 노드의 복수의 기능에 대해 필요한 모든 그러한 회절격자가 동시에 만들어진다면 효과적인 한 단계 제작공정이 성취될 것이다.As described above, in the planar integrated analysis, the center of the sandwich is a collection of overlay ESBG films composed of various respective diffraction gratings having different orientations and periods (diffraction grating vectors) but having a normal layer thickness. An effective one-step fabrication process will be achieved if all such diffraction gratings needed for the multiple functions of the various nodes are made simultaneously.
광학기술로 잘 알려진, 이중상 마스크는 단일 레이저 빔에 의해 측면을 조명할 때, 두 빔을 생산한다(이것은 빔을 노출하는 H-PDLC이고, 통상적으로 488nm). 이들 두 빔은 그 때 ESBG를 생산하면서, 가까운 근사치에서 중합체막으로 교차한다. 노출후에, 장소에 ESBG활성막을 가지는 마감질된 하부(또는 상부)평면이 이중 다-마스크를 포함하는 고정물로 부터 제거된다. 그래서 한 단계 홀로그래픽의 노출이 동시에 다수, 가능하면 수백개의 장치 노드를 단일 평면칩상에 생산한다. 그것의 몇가지는 다른 특성을 가질 수 있고, 그 디자이스 노드는 단일형식이거나 다양한 다른 형식 일 수 있다. 안정화 이후에 두 어중간한 것은 최종적으로 결합되고 포장된다.Well known in optics, a biphasic mask produces two beams when illuminated side by a single laser beam (this is H-PDLC which exposes the beam, typically 488 nm). These two beams then intersect the polymer film in a close approximation, producing ESBG. After exposure, the finished lower (or upper) plane with the ESBG active film in place is removed from the fixture comprising the double multi-mask. Thus, one-step holographic exposure produces multiple, possibly hundreds, of device nodes on a single planar chip simultaneously. Some of them may have different characteristics, and the device node may be of a single type or of various other types. After stabilization, the two intermediates are finally combined and packaged.
반결합기 장치Semi-coupler device
또한, 본 발명을 교수하는데 적합하고, 1980년대 초기부터 섬유광학기술로 알려져 있는 장치는 연마된 결합기이거나 반결합기이다(또한 사이드연마된 섬유). 단일 모드 광학 섬유는 긴 반경으로 구부러지고(15-50cm정도로) 실리카 블럭의 그루브(groove)내에 접합되는데, 그것은 섬유가 코어에 가까운 클래딩의 오벌 영역을 노출하도록 연마되는 동안 홀드하고 지지하는데 사용된다. 글래스 블럭의 기능은 섬유를 홀드하는 것이 주요한 것이지만, 또한 연마된 섬유 면과 결합되는 부드러운 평면을 제공하는 것이다. 충분히 깊은 폴리싱 깊이로서(예를들어, 8㎛ 직경코어의 2㎛ 이내로), 소멸 광학 필드의 실질적 강도가 처리된다. 일반적으로 실험되듯이, 그러한 반결합기 장치는 그 연마된 표면과 합쳐짐으로써 다양한 스필리팅비로서 이용된다. 또한 반결합기는 섬유광학 폴로라이저, 스펙트럼 필터 및 다른 성분을 만들 목적으로, 금속제, 중합체 또는 액정막으로 커플 단일 모드 섬유로 기판으로서 이용되어 왔다.In addition, devices suitable for teaching the present invention, and known to fiber optics since the early 1980s, are polished bonders or semi-bonders (also side polished fibers). Single mode optical fibers are bent to a long radius (about 15-50 cm) and bonded into grooves of silica blocks, which are used to hold and support while the fiber is polished to expose the oval region of the cladding close to the core. The function of the glass block is to hold the fibers, but also to provide a smooth plane that engages the polished fiber side. As a sufficiently deep polishing depth (eg, within 2 μm of an 8 μm diameter core), the substantial intensity of the extinction optical field is processed. As generally experimented, such semi-coupler devices are used as various splitting ratios by combining with the polished surface. Semi-couplers have also been used as substrates as coupled single mode fibers in metals, polymers or liquid crystal films for the purpose of making fiber optical poloisers, spectral filters and other components.
본 발명의 교수에 따르면, 반결합기는 또한 연마된 표면상에 쉽게 배치되거나 또는, 예를들어 열적-광학 필름과 같은 어떤 다른 타입의 필름인 오버레이 타입 ESBG 필름에 단일 모드 광학 섬유의 효과적인 커플링과 낮은 비용을 위해 이용될 수 있다. 광학 섬유에 기초한 장치는 제조가 단순하고, 평면 도파관 구조와 다르며, 자동으로 광학 섬유의 내부 및 외부로 쉽게 연결되고, 다른 섬유과 연결 될 수 있다.According to the teachings of the present invention, the semi-coupler can also be easily disposed on a polished surface, or an effective coupling of single mode optical fibers to an overlay type ESBG film, for example any other type of film such as a thermal-optical film. It can be used for low cost. Devices based on optical fibers are simple to manufacture, differ from planar waveguide structures, automatically connect easily into and out of the optical fiber, and can be connected to other fibers.
도 14a는 그러한 장치(32)를 나타낸다. 도 14b는 다양한 성분의 지수와 길이 및 상기 장치를 도해하기 위한 층의 차트이다. 실질적으로 다른 지수 프로파일은 또한 본 발명내에서 둘러싸이게 하고자 한다. 연결 모드 이론에 기초한 알려진 계산 접근은 상기 장치를 디자인하는데 이용된다. 도 14c는 도 14a의 c-c에 따른 단면도인데, ESBG의 꼭대기와 바닥에 수직 전기장을 제공하기 위한 전극(20)을 가지고 있다. 도 14d는 반대방향 전기장을 제공하기 위한 ESBG의 측면에 전극이 있는 대체 실시예를 위한 도 14c와 같은 도면이다. 도 14d 실시예에 있어서, 바람직한 구성을 위해 사용되는 금전극이거나 투명 전극일 필요가 없다.14A shows such a device 32. 14B is a chart of the exponents and lengths of the various components and the layers to illustrate the device. Substantially other exponential profiles are also intended to be enclosed within the present invention. Known computational approaches based on connection mode theory are used to design the device. FIG. 14C is a cross-sectional view taken along c-c of FIG. 14A, with electrodes 20 for providing vertical electric fields at the top and bottom of the ESBG. FIG. 14D is a view like FIG. 14C for an alternate embodiment with electrodes on the side of the ESBG to provide an opposite electric field. In the FIG. 14D embodiment, it does not need to be a gold electrode or a transparent electrode used for the preferred configuration.
교환가능한 드롭 필터Exchangeable drop filter
도 15는 반결합기/ESBG 기술을 이용하는 단일 채널(단일-파동)필터 스위치를 나타낸다. 끝 기능성에 의하여, 두 상태의 그러한 스위치는 단일 모드 광학 섬유( 36)가 복수의 그 파장 채널을 수송하는 것으로부터 이미 결정된 파장 채널의 필터(제거)이거나 필터가 아니거나 중에 하나이다(예를들어, (16)은 100GHz에 대응하여, 중심파장 0.8nm에서 분리된 광학 신호를 분리하고 독립적이다). 그러나, 평면, 상기 도파관 SADF, 이 결합기 하프 장치를 위한 드롭 포트는 광학 섬유에 연결하여 쉽게 포작하여 이용할 수 없다. 그래서 장치 기능은 단지 버스로부터 한 채널을 제거하는 것이다. 파워가 들어오지 않은 상태에서, 이 장치는 최소 또는 제로손실로 모든 다른 것을 통과할 때, 파장 λ=2neffΔ(특정 채널에 큰 손실을 적용하는)에서 한 파장 채널을 선택적으로 여과하는 기능을 수행한다.Figure 15 shows a single channel (single-wave) filter switch using a half combiner / ESBG technique. By end functionality, such a switch in either state is either a filter (removal) or not a filter of a wavelength channel already determined from the single mode optical fiber 36 carrying a plurality of its wavelength channels (eg, 16 corresponds to 100 GHz, and separates and separates an optical signal separated at a center wavelength of 0.8 nm). However, the plane, the waveguide SADF, and the drop port for this combiner half device are not readily available in connection with the optical fiber. So the device function is just to remove one channel from the bus. In the absence of power, the device performs the function of selectively filtering one wavelength channel at wavelength λ = 2n eff Δ (which applies a large loss to a particular channel) when it passes through all others with minimum or zero loss. do.
파워가 들어온 상태에서, 스위치는 손실없이 이상적으로 똑같이 모든 파장 채널을 통과한다. 그러한 스위치는 어떤 WDM적용에, 종종, 다른 그러한 성분과의 결합에 유용하다. 예를 들어, 일련의 (16) 독립적 평행 스위치는 별개로, 독립적으로 (16)파장 채널의 각각을 다루도록 제작될 수 있다.With the power on, the switch passes through all wavelength channels ideally equally without loss. Such switches are useful for certain WDM applications, often in combination with other such components. For example, a series of (16) independent parallel switches can be made separately and independently to handle each of the (16) wavelength channels.
도 15a의 장치(34)에, 연마된 결합기는 코어에 근접한 섬유의 단면을 노출시키는 형태로 약 3-4mm의 상호작용 영역을 제공하기 위하여 긴 반경 밴드 섬유(36)를 이용하여 준비한다. 섬유의 측면이 연마되어 떨어져 나간 후에, 모달 필드는 표면 위에 연장된다. 그 때, 투명 전극(20)(도 14a에 도시)은 마그네트론 스푸터링과 같은 방법에 의해, 두께 100-200nm, 산화 인듐 주석의 형태와 같이 연마된 표면상에 배치된다. 액정 디스플레이 산업에 아려진 스페이서를 이용하여, 커버 글래스(용해된 실리카) 또한 산화 인듐 주석과 같은 투명전극으로 도포된 후에, 글래스 마이교차피어, H-PDLC의 액막과 같은 것이 표면에 적용된다. 반대로, 중합체 전도 전극은 낮은 손실과 더 단순한 디자인 계산을 가지고, 지수가 실리카와 ESBG에 더 근접하여 맞게 하여 사용될 수 있다. ESBG막의 두께는 이용하는 재료의 디자인과 지수에 따라 1㎛이하에서부터 10㎛이상까지 다양하다. 평면 필름의 도파관 원리는 잘 이해된다. 단일 모드 도파관을 고려해 볼 때, ESBG 필름은 V 변수로 특정되고, 다음에 의해 구해진다.In the device 34 of FIG. 15A, the polished coupler is prepared using long radius band fibers 36 to provide an interaction area of about 3-4 mm in a form that exposes the cross section of the fiber proximate the core. After the sides of the fiber have been polished off, the modal field extends over the surface. At that time, the transparent electrode 20 (shown in Fig. 14A) is disposed on the polished surface, in the form of indium tin oxide, 100-200 nm thick, by a method such as magnetron sputtering. Using spacers known in the liquid crystal display industry, cover glass (dissolved silica) is also applied with a transparent electrode such as indium tin oxide, and then a glass my intersection peer, such as a liquid film of H-PDLC, is applied to the surface. In contrast, polymer conducting electrodes have low losses and simpler design calculations, and can be used with the index closer to silica and ESBG. The thickness of the ESBG film varies from less than 1 µm to more than 10 µm, depending on the design and index of the material used. The waveguide principle of a flat film is well understood. Given a single mode waveguide, the ESBG film is specified by the V-variable and is obtained by
식(8) Formula (8)
여기서, h=ESBG의 두께, λ=자유공간 파장, nESBG=ESBG막의 평균지수, nsubstrate=섬유 클래딩의 지수이다. 잘 알려진 바와같이, 단일 모드 전파를 위한 조건은 V<3.14이다. 장치 기능은 ESBG 필름의 지수에 민감하다.Where h = thickness of ESBG, lambda = free-space wavelength, n ESBG = average index of the ESBG film, and n substrate = index of fiber cladding. As is well known, the condition for single mode propagation is V <3.14. The device function is sensitive to the index of the ESBG film.
중합체 필름 평균지수가 예를 들어, 도면의 중합체 필름이 섬유의 광학파워를 초과하는 것을 막기 위한 실리카 클래딩 1.46에 비하여 상대적으로 높다면, 매우 얇은 필름이 저손실을 위해 필요하다. 그러나, 중합체 구성이 상기한 바와같이, 실리카 클래딩에 좀 더 근접하여 매치하는 지수를 가지고 있다면, 더 두꺼운 필름은 이용될 수 있고, 더 강한 커플링을 이룰 수 있다. 예를들어, 평균 지수가 파워상태에서 용해된 실리카=1.46에 합당하고, 비파워상태에서 약 0.5%정도 더 높을 정도로 명확해지고 제어될 수 있다면, ESBG 필름 8㎛ 두께는 이용될 수 있다.If the polymer film average index is relatively high compared to, for example, silica cladding 1.46 to prevent the polymer film in the figure from exceeding the optical power of the fiber, a very thin film is needed for low loss. However, if the polymer configuration has an index that more closely matches the silica cladding, as described above, thicker films can be used and achieve stronger coupling. For example, an ESBG film 8 μm thick can be used if the mean index is reasonable and can be controlled to be equivalent to dissolved silica = 1.46 in the power state and about 0.5% higher in the non-power state.
도 16에 나타낸 바와같이, 적용되는 레이저 빔처럼, 해석에 포함되는 감광기 흡수 스펙트럼에 따라서, 외부 488nm 아르곤 이온 레이저 또는 다른 적합한 레이저로부터 간섭하는 빔을 이용하는 홀로그래픽 중합체화에 의해 회절격자는 액정으로 나타난다. 회절격자의 효과는 실질적으로 섬유 모드에서 ESBG 필름에 후방 전파 방향까지 전방 전파광을 연결하는 것이다.As shown in FIG. 16, the diffraction grating is transformed into a liquid crystal by holographic polymerisation using an interfering beam from an external 488 nm argon ion laser or other suitable laser, depending on the photosensitive absorbance spectrum included in the analysis, such as the applied laser beam. appear. The effect of the diffraction grating is to couple the forward propagation light to the ESBG film in the fiber mode up to the rear propagation direction.
요구되는 회절격자 주기Λ는 공식 λ=(neff+ nfiber)Λ, 여기서, λ는 여과되도록하는 바람직한 중심파장이고, neff는 중합체 구성 필름의 모드지수이고, nfiber는 는 광학섬유의 모달 지수이다. 예를들어, λ=1448nm, neff=1.47, nfiber=1.45로 여과하는 것이 바람직하다면, 그 때, 회절격자는 주기Λ가 거의 493mm가 되도록 만들어져야만 한다. 이 주기의 회절격자는 액체 H-PDLC 얇은막(연마된 결합기 표면과 글래스 커버판 사이에 포착되는)을 노출함으로써, sinθ=λ'/2Λ의 중간각을 가진 488nm 레이저 빔으로 생산될 수 있다. 여기서, λ'은 아르곤 레이저의 현재 파장 488nm이다. 이 예에서, θ는 약 30도가 될 것이다. 공간지수 변조 Δn/n<0.001, L=3000㎛, 그 때, dλ/λ<2.5×10-4이라면, 그것은 바라는 대로, 채널 공간보다 더 작다.The required diffraction grating period Λ is the formula λ = (n eff + n fiber ) Λ, where λ is the preferred center wavelength to be filtered, n eff is the modal index of the polymer constituent film, and n fiber is the modal of the optical fiber Exponent. For example, if it is desirable to filter at λ = 1448 nm, n eff = 1.47, n fiber = 1.45, then the diffraction grating should be made such that the period Λ is nearly 493 mm. This period of diffraction grating can be produced with a 488 nm laser beam with an intermediate angle of sin θ = λ ′ / 2Λ by exposing a liquid H-PDLC thin film (captured between the polished coupler surface and the glass cover plate). Where λ 'is the current wavelength of the argon laser 488 nm. In this example, θ will be about 30 degrees. If the spatial index modulation Δn / n <0.001, L = 3000 mu m, then dλ / λ <2.5 × 10 −4 , it is smaller than the channel space, as desired.
파워가 들어오지 않은 상태에서, 1447.2nm, 1448.8, 등과 같이, 모든 다른 파장을 대략 일정하게 전파하는 동안, 중합체 필름에서 그것을 분산시킴으로써, 1448.0nm(이 예의 경우)에서 필터 장치(34)는 선택적으로 신호를 제거할 것이다. 전극(20)사이에 장치로 전기장이 인가되면서 ESBG(12)를 전환할 것이고, 그것은 주기 지수 변조가 구형의 마이크로액적 내부로 액정방향을 다시 방향위치 시킴으로써 사라지게 될 것을 의미하고, 액정지수를 중합체 호스트와 매치시키면서, 그리고 그것에 의해 회절격자 효과를 무효화 한다. 이것은 순서대로 여과하는 것을 억제하고 다른 채널 신호를 따라 바로 전파하는 문제에서 채널을 허용한다. 이 복수의 파장내에서 단일 파장의 전환은 때때로 단일-채널 드롭 스위치라고 불린다.In the absence of power, the filter device 34 selectively signals at 1448.0 nm (in this example) by dispersing it in the polymer film while propagating all other wavelengths approximately constant, such as 1447.2 nm, 1448.8, etc. Will remove it. The electric field is applied to the device between the electrodes 20 and will switch the ESBG 12, which means that the period exponential modulation will disappear by reorienting the liquid crystal direction into the spherical microdroplets, and the liquid crystal index is polymer host. And thereby negate the diffraction grating effect. This suppresses filtering in order and allows the channel in the problem of propagating right along the other channel signal. Switching of a single wavelength within these multiple wavelengths is sometimes called a single-channel drop switch.
그러한 스위치의 성능 측정은 영향받는 채널에 대한 동적범위(온/오프 비), 스펙트럼 반응 특성의 형상과 폭, 파워상태 및 비파워상태에서 모든 다른 채널에 대한 삽입손실, 이들 성질의 온도감응도, 작동전압, 작동속동, 전력소비 및 분극작용도를 포함한다. 그의 지수, 두께, 투명전극의 지수, ESBG 필름의 두께에 따라서, 장치가 그의 필터성질, 손실, 동적범위 및 다른 작동 특성에 있어서 상당한 분극작용도를 가질수 있다. 그러나 그러한 분극작용도는 광학 섬유 코어 클래딩 범위에 거의 일치하는 단일 H-PDLC 공식에 의해 최소화 또는 제거될 수 있다.Performance measurements of such switches include dynamic range (on / off ratio) for affected channels, shape and width of spectral response characteristics, insertion loss for all other channels in power and nonpower states, temperature sensitivity of these properties, and operation. Voltage, operating speed, power consumption and polarization. Depending on its index, thickness, transparent electrode index, and ESBG film thickness, the device may have a significant degree of polarization in its filter properties, loss, dynamic range and other operating characteristics. However, such polarization can be minimized or eliminated by a single H-PDLC formula that closely matches the optical fiber core cladding range.
교환가능한 외부결합기Exchangeable External Coupler
도 17은 브래그 필터와 유사하게 조립되었지만 교환가능한 회절격자 결합기로서 디자인 된 장치(38)를 나타낸다. 회절격자 결합기는1970대 초 섬유 광학으로 알려진 장치이고, 자유공간에서 단일 모드 광학 섬유(36) 내부로, 또는 섬유에서 자유공간으로 다른 방향으로 동등하게 전파하는 빛을 연결하도록 회절격자를 사용한다. 예를들어, 상기 장치는 외부 검파기 또는 검파기의 배열에 파를 유도하는 표본의 일부를 감독하고, 또는, 반대의 경우에 대해서, 컴퓨터 프로세서와 상호연결하기 위하여 또는 복잡한 전환시스템에서, 섬유에서 자유공간 내부로 커플링 광학 파워를 감독하다. 이러한 목적을 위한 오버레이 회절격자의 디자인은 섬유광학과 도파관 기술로 알려져 있는 반면, 상기 장치는 이전과 교환가능하지 않다. 도 15의 드롭 스위치 필터(34)에서 작동하는 차이는 단지 회절격자의 주기가 다소 더 길고, 조건에 만족스러운 디자인이라는 것이다(가장 간단한 경우에, 제1 오더 회절 모드).FIG. 17 shows a device 38 assembled similarly to a Bragg filter but designed as an exchangeable diffraction grating coupler. Diffraction grating couplers are devices known in the early 1970's of fiber optics and use diffraction gratings to couple light propagating equally in different directions from free space into single mode optical fiber 36 or from fiber to free space. For example, the device supervises a portion of a sample that directs a wave to an external detector or array of detectors, or vice versa, to interconnect with a computer processor or in a complex switching system, in free space on a fiber. Supervise the coupling optical power inside. The design of the overlay diffraction grating for this purpose is known in fiber optics and waveguide technology, while the device is not interchangeable as before. The difference operating in the drop switch filter 34 of FIG. 15 is that the period of the diffraction grating is only slightly longer and is a satisfactory condition (in the simplest case, the first order diffraction mode).
식(9) Formula (9)
여기서, θ는 수직에서 평면 표면으로 방사되는 빔의 각이다. 예와 같이, λ=1550nm, neff=1.47, 회절격자 주기 Λ=1200에 대해서는 수직에서의 각 θ=10.2°에서, 유도 모드에서 자유공간으로(또는 에서) 빛을 외부연결(또는 내부연결)할 것이다. 이 외부커플링각은 의존적인 파장인 것이 명확하고, 이 예에서는 파장범위 1550-1650 위에 10.2°에서 5.45°까지 다양할 것이다. 이러한 다양성은 스펙트로미터의 형식으로 이루어진 자유공간에서 다른 위치 또는 검파기에 다양한 파장 채널이 외부커플로 적용된다. 그래서, 섬유에서 다파장 WDM 신호 전파는, 다소 다른 방향으로 각 채널 전파로서, 신호의 팬형상 배열로서 자유공간으로 외부커플될 것이다. 그러한 장치를 교환하는 것은 스펙트로미터를 샘플로 하는 WDM 신호로서 이용될 수 있는데, 다양한 채널로 같은 광학파워에 공간으로 신호를 분리하고 또는 일반적으로 성능과 다파장 네트워크의 상태를 모니터하기 위한 특질적인 도구로서 신호를 분리한다.Where θ is the angle of the beam radiated from the vertical to the planar surface. As an example, for λ = 1550 nm, n eff = 1.47, and the diffraction grating period Λ = 1200, externally connect (or internally) the light to (or at) free space in the induction mode at θ = 10.2 ° in the vertical something to do. It is clear that this external coupling angle is a dependent wavelength, and in this example will vary from 10.2 ° to 5.45 ° over the wavelength range 1550-1650. This diversity is achieved by applying different wavelength channels to different locations or detectors in free space in the form of spectrometers. Thus, multi-wavelength WDM signal propagation in a fiber will be external coupled into free space as a fan-like arrangement of signals, with each channel propagation in a somewhat different direction. Exchanging such a device can be used as a spectrometer-sampled WDM signal, which is a specialized tool for separating signals into space at the same optical power over a variety of channels, or to monitor the performance and health of a multiwavelength network in general. To separate the signal.
전극(20)을 통해(도시되지 않음, 그러나 도 15에 대해서 같다) 회절격자 공간 지수 변조를 억제하도록 전기장을 인가함으로써, 방사되는 것과 유도 되는 것 사이의 커플링은 쓸모 없을 수 있다. 스위치의 파워 상태에서, 섬유에서 전파하는 빛은 그 때 실질적으로 장치를 통하여 계속되고, 손실없이 이상적으로 그의 먼 끝부에 섬유를 내보낸다. 이 장치에서, 스위칭 효과는 유도와 자유공간 모드를 연결 또는 분리하는 것이다. 그러한 장치의 이용은 전환가능하고 채널 감응 방법으로 광학섬유로 부터 빛을 뽑아내는 것(a)이고, 자유공간 검파기 또는 다양한 파장 채널의 테스트 또는 측정하기 위한 레이저 등에 섬유를 상호연결하는 것(b), 복잡한 스위칭 네트워크에서 도파관 평면에서 도파관 평면으로 또는 섬유에서 섬유로 빛을 상호연결 시키는 것(c)이다. 다른 사용은 또한 전문 기술자에게 배경기술로 알려져 있다. 적당한 회절격자 주기로서, 도 4a, 4b의 통합된 구조는 또한 공간에 연결되지만, 상기한 바와같이 도파관 사이에 일반적으로 더욱 연결되곤 한다.By applying an electric field to suppress the diffraction grating spatial exponential modulation through the electrode 20 (not shown, but the same for FIG. 15), the coupling between being emitted and induced can be useless. In the power state of the switch, the light propagating in the fiber then continues substantially through the device and ideally emits the fiber at its far end without loss. In this device, the switching effect is to connect or disconnect the induction and free space modes. The use of such a device is to extract light from the optical fiber in a switchable and channel sensitive manner (a) and to interconnect the fiber to a free space detector or a laser for testing or measuring various wavelength channels (b). (C) interconnecting light from the waveguide plane to the waveguide plane or from fiber to fiber in a complex switching network. Other uses are also known to the skilled artisan in the background. As a suitable diffraction grating period, the integrated structure of FIGS. 4A and 4B is also connected to space, but is generally more connected between waveguides as described above.
감쇠기Attenuator
반결합기 상의 ESBG 필름으로 이루어지는 다른 장치는 도 18의 섬유광학 감쇠기(40)이다. 감쇠기는 두 특징적인 상태, 온과 오프, 파워와 비파워에 대해 최적화하는 스위치와 다르다. 반대로, 감쇠기의 목적은 섬유를 통해 전파되는 광학 강도의 가치있는 제어에 대해 최소한 30dB(1000:1)의 범위이상으로 손실을 제어하는 전압의 긴 스케일을 제공하는 것이다. 그러한 기능은 예를 들어, 섬유 광학 네트워크에서 다른 소스로부터 신호의 강도를 동일화하는 것이 바람직하다.Another device consisting of an ESBG film on a semi-coupler is the fiber optic attenuator 40 of FIG. 18. The attenuator is different from a switch that optimizes for two characteristic states, on and off, power and nonpower. On the contrary, the purpose of the attenuator is to provide a long scale of voltage that controls the loss over the range of at least 30 dB (1000: 1) for valuable control of the optical intensity propagating through the fiber. Such a function is desirable, for example, to equalize the strength of the signal from different sources in a fiber optical network.
제공되는 ESBFG에 대한 다른 조립 계획을 제외하고, 이것은 상기한 ESBG장치와 유사하게 구성될 수 있다. 매우 작은 주기Λ를 가지는 회절격자를 생산함으로써, 실질적으로 약 0.5㎛보다 작은 것이 브래그 반사 필터로 1550nm에서 이용된다. ESBG 필름은 광학 신호에 손실을 만들겠지만, 매우 선택적인 파장은 아닐 것이다. 1550nm와 488nm 에 대해 H-PDLC의 감광성을 이용하는 예에서, 이 형식의 매우 짧은 주기 회절격자는 예를들어 30도 보다 큰, 이전 장치 보다 실질적으로 크게 되도록 레이저 빔을 노출하는 아르곤 레이저 또는 그 밖의 것 사이에 반각을 증가시킴으로써 생산될 수 있다. 그러한 방법은 "서브파장" 회절격자, 즉, 한 주기가 너무 짧아서 전방에서 후방 모드로, 또는 유도에서 복사 모드로, 또는 유도에서 유도 모드로 하는 커플링 대신에, 그의 역할이 현재 특별하게 광지수 범위 이상의 전기광학 지수 제어를 제공하는 것인 준호모지니어스 구성 광학적 미디엄으로서 역할을 한다. 이 경우에, 회절격자 주기 거의 동등하지 않기 때문에, ESBG 회절격자는 매우 작은 액적을 형성하는 중요한 역할을 한다. 노출되는 중간각 θ는 바람직한 회절격자 주기Λ에 달려있고, 배경 기술로 알려진 방법으로 주기로 부터 정해질 수 있다(즉, sinθ=λ/2λ, 여기서 λ는 감쇄시키는 밴드의 중심파장이고, Λ는 회절격자 주기이다). 그러한 서브파장 회절주기는 상기하였듯이 또한 마스터 회절격자 또는 이중상 마스크 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 매우 작은 마이크로액적의 분산에 의해 그 길이(30-100nm상에)와 그 상호평면 공간(100-400nm)가 너무 작다, ESBG필름은 흩어짐에서 작다. 광학적 활성 성질은 그때 평균 균열 지수가 적용되는 분야에 의해 조정될 수 있을 정도로 간단하다.Except for other assembly schemes for the ESBFG provided, this can be configured similarly to the ESBG apparatus described above. By producing a diffraction grating having a very small period Λ, substantially less than about 0.5 μm is used at 1550 nm as a Bragg reflection filter. ESBG films will cause loss in optical signals, but will not be very selective wavelengths. In the example using the photosensitivity of H-PDLC for 1550 nm and 488 nm, a very short periodic diffraction grating of this type is, for example, an argon laser or the like, which exposes the laser beam to be substantially larger than the previous device, eg greater than 30 degrees. It can be produced by increasing the half angle in between. Such a method is a "subwavelength" diffraction grating, i.e., instead of a coupling in which one cycle is so short that from front to back mode, or from induction to radiation mode, or from induction to induction mode, its role is now particularly indicative of the optical index. It serves as a quasi-homogenous composed optical medium that provides electro-optic index control over the range. In this case, since the diffraction grating periods are hardly equal, the ESBG diffraction grating plays an important role in forming very small droplets. The intermediate angle θ exposed depends on the desired diffraction grating period Λ and can be determined from the period in a manner known in the art (ie sinθ = λ / 2λ, where λ is the center wavelength of the attenuating band and Λ is the diffraction) Grid cycle). Such subwavelength diffraction periods can also be formed using a master diffraction grating or a biphasic mask technique as described above. Due to the dispersion of very small microdroplets the length (on 30-100 nm) and the interplanar space (100-400 nm) are too small, the ESBG film is small in scattering. The optically active properties are so simple that the average crack index can then be adjusted by the field in which it is applied.
또한, 매우 짧은 주기를 제공하는 효력에 의해, 마이크로액적(26)을 형성하는 " 풋볼 "에 발생하는 중합체화 변형은 줄어들고, 거의 구형 액적으로 된다. 마이크로액적에서 액정 디렉터의 갑작스런 스위칭은 액적의 구형 형성에 매우 의존하고, 발표된 수더란드(Sutherland) 등의 연구로부터 알려졌듯이, 더 나아가 거의 구형 액적은 감소한 임계전기장을 소유할 것이다. 이것은 한 방향에서 다른 방향으로 잘 정의된 임계전압에서 스위칭하는 것 대신에 액정은 점점 전기장이 증가하듯이 회전할 것을 의미한다. 이것은 섬유광학 감쇠기로서 작동에 대해 필요한 평균적인 균열지수를 제어하는 롱스케일 전압을 낳는다.In addition, the effect of providing a very short period reduces the polymerisation deformation occurring in the "football" forming the microdroplets 26, resulting in nearly spherical droplets. The abrupt switching of the liquid crystal director in the microdroplets is highly dependent on the spherical formation of the droplets and, as is known from the published Sutherland et al. Study, further the near-spherical droplets will possess a reduced critical electric field. This means that instead of switching at a well-defined threshold voltage from one direction to another, the liquid crystal will rotate as the electric field increases. This results in a long scale voltage that controls the average crack index needed for operation as a fiber optic attenuator.
감쇠기로서 좋은 성능을 위한 다른 조건은, 정확하게 파워가 들어온 상태에서, 액정과 중합체 호스트 스피시즈의 적당한 선택에 의해 완수될 수 있듯이, ESBG 필름의 평균굴절 지수(화학 공식과 연속하는 홀로그래픽 중합체화)가 섬유 광학 클래딩 지수(전형적으로, 1.46에서 순수한 실리카)와 맞도록 디자인해야만 한다. 이것은 파워가 꺼진 상태에서, 상기 필름의 평균지수는 예를들어, 약 1.47이고, 연마 광학 섬유의 소멸영역에서 상기 필름의 근사치는 실질적으로 파장 독립적 손실로 나타나게 된다. 완전히 파워가 켜진 상태에서, 지수는 1.46에서 실리카 클래딩과 맞도록 변한다. 그 경우에, 전파되는 모드의 스탠드포인트로부터 클래딩 내부에서 효과적으로 소멸해서, 제로 또는 매우 작은 광학 손실(감쇄)의 결과가 된다. 파워가 들어오지 않은 것과, 완전히 파워가 들어온 상태 사이에 인가된 전기장의 기능으로서 감쇠기의 긴 조정 범위가 있을 것이다.Another condition for good performance as an attenuator is that the average refractive index (holographic polymerisation following the chemical formula) of the ESBG film can be achieved, as can be accomplished by the proper choice of liquid crystal and polymer host species, with the power on correctly. It must be designed to match the fiber optical cladding index (typically pure silica at 1.46). This means that, with the power off, the average index of the film is, for example, about 1.47, and the approximation of the film in the extinction region of the abrasive optical fiber will result in substantially wavelength independent loss. At full power, the index changes to match the silica cladding at 1.46. In that case, it effectively vanishes inside the cladding from the standpoint of the propagating mode, resulting in zero or very small optical loss (attenuation). There will be a long adjustment range of the attenuator as a function of the applied electric field between no power and a fully powered state.
ESBG가 상기한 대로 글래스 섬유와 맞는 지수라면, 결과적인 감쇠기는 또한 실질적으로 독립적인 분극작용이 된다. 도 19a는 두 분극작용 TE 및 TM에 대하여, ESBG 지수를 변화시키는 전기광학적 기능의 역할을 하며 섬유을 통해 광학 파워가 전파되는 것을 나타내는데, 실질적으로 동일하다는 것을 주목할 필요가 있다. 도 19b는 파장의 실질적 독립을 지시하면서, 감쇄의 3단계에 대하여 파장의 기능으로서 파워가 전파됨을 나타낸다.If the ESBG is an index that fits the glass fiber as described above, the resulting attenuator is also substantially independent polarization. It should be noted that FIG. 19A shows the propagation of optical power through the fiber, acting as an electro-optical function to change the ESBG index, for both polarization TE and TM, which is substantially the same. 19B shows that power is propagated as a function of wavelength for the three stages of attenuation, indicating substantial independence of the wavelength.
상기 장치는 성능이 파장과 분극작용과 무관한 섬유 광학 감쇠기로 이루어진다. 오버레이 필름에서 순수한 액정을 포함하는 유사 구조상의 그 평균은 H-PDLC재료가 광학 분산을 더 떨어뜨리고 또한 분리한 방향단계를 요구하지 않는다. 그 이유는, 마이크로액적내에서 방향이 자연발생적이기 때문이다. 상기 장치의 삽입손실은 매우 적을 것이다.The device consists of a fiber optic attenuator whose performance is independent of wavelength and polarization. The average on the pseudo-structure, including pure liquid crystals in the overlay film, further reduces the optical dispersion and does not require a separate directional step. This is because the orientation is naturally occurring in the microdroplets. The insertion loss of the device will be very small.
ESBG 또는 그 필름 효과 감쇄에 의해 기계장치는 필름을 통하여 섬유(36)상에 신호의 퍼센트를 증가하면서 선택적으로 외부커플링 되기 때문에, 상기 필름은 또한 외부쿨러와 독립적인 파장으로서 기능을 한다. 또한, 호모지니어스 필름을 가지는 것보다, 채널 또는 스트라이프는 섬유(36)에 평행한 방향으로 필름에 형성될 수 있는데, 상기 섬유(36)는 삽입손실을 줄이기 위해 효과적일 수 있는 클래딩과 맞는 지수를 나타낸다.The film also functions as a wavelength independent of the external cooler because the ESBG or its film effect attenuation allows the mechanism to be selectively externally coupled while increasing the percentage of signal on the fiber 36 through the film. Also, rather than having a homogeneous film, channels or stripes can be formed in the film in a direction parallel to the fiber 36, which has an index that matches the cladding that can be effective to reduce insertion loss. Indicates.
결합기는 저지하거나 또는 돕는 회절격자 이용에 의한 채널 부가/드롭 교차접속The coupler blocks or adds / drops cross-connections by using a diffraction grating
추가적 장치그룹은 중간에 ESBG필름이 샌드위치 되어, 제1 결합기의 꼭대기상에 제2 결합기 중간에 위치함으로써 구서될 수 있다. 상기 장치는 4광학포트( 42A-42D)를 가지는, 2광학 섬유(36,36')와 조립된다. 이 경우에, ESBG 필름은 커버글래스에 의해 노출되고 중합체화한다. 그리고 나서, 커버글래스는 제거되고, 그 표면이 또한 ITO 또는 다른 투명전극(20)을 제공받는, 상부 반결합기(32')에 자리한다. 상대적으로, 리프트오프(liftoff(decal)) 배치 근접은 ESBG필름이 구비되고 실험실 고정물에서 중합체화하여, 화학적으로 낮은 반결합기(32)에 접합되어, 그의 기판에서 물에 떠다니거나 다른 방법을 통해, 그의 기판으로부터 자유롭게 되는 것이다.An additional device group can be prepared by sandwiching the ESBG film in the middle and placing it in the middle of the second coupler on top of the first coupler. The device is assembled with bi-optic fibers 36, 36 ', having four optical ports 42A-42D. In this case, the ESBG film is exposed and polymerized by the cover glass. The cover glass is then removed and its surface is placed in the upper semi-coupler 32 ', which is also provided with ITO or other transparent electrode 20. Relatively, the liftoff (decal) placement proximity is equipped with an ESBG film and polymerized in a laboratory fixture, bonded to a chemically low semi-coupler 32, suspended in water on its substrate, or through other means. It is free from the board | substrate.
도 20에 나타낸 장치에서, 다수의 도파관 채널은 1 단일 모드 섬유에서 장치내부로 전파한다. 2 결합기 중간에 있는 섬유는 동일하지 않고('950 적용의 도 16에 도시), 예를 들어, 제1 섬유( i)에 다양한 파장 채널이 제2 섬유의 그것(β'i)과 다른 것에 대한 전파 상수이므로, 경미하게 다른 직경과 코어지수를 가지는 단일 모드 섬유의 사용에 의해 성취될 수 있다. 이 경우에, 그들 사이에 회절격자 필름의 부재시에, 그들의 근접에도 불구하고, βi≠β'i이기 때문에, 커플링은 저하되거나 존재하지 않을 것이다.In the device shown in FIG. 20, multiple waveguide channels propagate into the device in one single mode fiber. The fibers in the middle of the two bonders are not identical (shown in FIG. 16 of the '950 application), for example, the first fiber ( Since the propagation constant for that i) the various wavelength channels that (β 'i) and the other of the second fiber to, can be achieved by the use of a single mode fiber having a slightly different diameter and the core index. In this case, in the absence of the diffraction grating film between them, since, i ≠ β and β 'i Despite their proximity, the coupling will not be reduced or presence.
그러나 ESBG 회절격자가 현재 두 동일하지 않은 결합기 중간사이에 제공된다면, 그리고 어느 한 채널 i에 대한 회절격자 주기 조건Λ이 다음을 만족하느 조건이라면,However, if an ESBG diffraction grating is present between the middle of two unequal couplers, and if the diffraction grating period condition Λ for either channel i satisfies
식(10) Formula (10)
그 때, 커플링은 보조-회절격자가 되고, 채널 i는 제2 섬유위로 연결될 것이다. 반면에 모든 다른 채널은 연결되지 않고, 그들 원섬유에 전파를 계속할 것이다. ESBG를 스위치 오프했을 때(즉, ESBG에 파워를 인가했을 때), 이 효과는 사라지게 될 것이고, 모든 신호는 영향없이 연결되지 않고 전파된다.The coupling then becomes the co-diffraction grating and the channel i will be connected on the second fiber. On the other hand, all other channels are not connected and will continue to propagate on their fibres. When the ESBG is switched off (ie power is applied to the ESBG), this effect will disappear and all signals propagate unconnected without effect.
그래서, 상기했던 동일하지 않은 결합기 하프들 사이에 ESBG를 이용하여 회절격자가 결합기를 보조했다. 유일한 한 채널은 제1 섬유에서 제2 섬유로 연결되면서, 다른 것은 변하지 않은채 전파되고, 파워가 들어온 상태에서 모든 채널은 변하지 않은채 전파한다.Thus, the diffraction grating assisted the combiner using ESBG between the non-identical coupler halves described above. The only one channel is connected from the first fiber to the second fiber, the other propagates unchanged, and all the channels propagate unchanged with power on.
( 2 ×2 공간 스위치)(2 x 2 space switch)
지금까지 상기한 장치는 선택적인 파장이다. 도 21은 종속하는 파장을 최소화하고, 반결합기(32)의 섬유(36)으로부터 빛을 반결합기(32')의 제2 동일한 섬유(36')로 선택적으로 연결되도록 디자인된 다른 구조를 나타낸다. 도 21에 나타낸 바와같이, 이 장치는 그 사이에 샌드위치 된 ESBG 필름(12)을 가지고, 2 하프는 각도 2θ에서 서로 결합된다는 점에서 상기의 실시예와 다르다. 회절격자Λ가 조건을 만족한다면,The devices described so far are selective wavelengths. FIG. 21 illustrates another structure designed to minimize dependent wavelengths and to selectively connect light from the fiber 36 of the semi-coupler 32 to a second identical fiber 36 ′ of the semi-coupler 32 ′. As shown in FIG. 21, this apparatus differs from the above embodiment in that it has an ESBG film 12 sandwiched therebetween, and the two halves are bonded to each other at an angle 2θ. If the diffraction grating Λ satisfies the condition,
식(11) Formula (11)
그 때, 빛은 회절격자의 파워가 들어가지 않은 상태를 이용하여, 섬유(36)의 입력포트(42A)에서 섬유(36')의 출력포트(42D)로, 섬유(36')의 입력포트(42B)에서 섬유(36)의 출력포트(42C)로 연결될 것이다. 즉 빛은 섬유에서 섬유로 변환될 것이다. 파워가 들어간 상태에서는, 원섬유에 모든 신호를 유지하면서, 회절격자로 이루어지는 주기적 지수변화는 소멸되고, 연결은 사라진다.At that time, the light is input to the output port 42D of the fiber 36 'from the input port 42A of the fiber 36 to the output port 42D of the fiber 36' using the state where the power of the diffraction grating does not enter. It will be connected to the output port 42C of the fiber 36 at 42B. That is, light will be converted from fiber to fiber. In the power-on state, the periodic exponential change made by the diffraction grating disappears while maintaining all the signals in the fibril, and the connection disappears.
이 적용에 대해서, 큰 지수변조를 얻기 위하여 H-PDLC를 공식으로 할 때 로드하는 큰 액정과 짧은 상호작용 길이를 이용하는 것이 바람직하다. 본질적으로, 이것은 '950출원서에 설명한 2×2공간 스위치의 실시예이다.For this application, it is desirable to use large liquid crystal loading and short interaction lengths when formulating H-PDLC to obtain large exponential modulation. In essence, this is an embodiment of the 2x2 space switch described in the '950 application.
도 22a 및 도22b는 결합기를 조조하는 회절격자의 다른 형식을 여전히 설명한다. 2 섬유(36,36')는 단일 실리카 블록에서 커브로 된 관에 올려진다. 연마된 표면에서, ESBG 회절격자(12)는 중합체 가이딩 필름으로 2소멸 영역에 연결된다. ESBG가 현재 채널 도파관에 한정되지 않고 평면 영역에 있는 것을 제외하고, 이 장치는 상기한 "s" 밴드 평면 장치와 유사하다. 회절격자는 드롭대역폭을 넓히면서, 축밖으로 전파하는 모드를 슬랩(slab)하도록 섬유모드를 연결할 수 있고, 제2 섬유에 의해 외부연결되기 전에 영역을 펼칠 수 있다. 이것은 도 22c에 나타내었듯이 효율을 낮추고 다소 스펙트럼의 반응을 저하시키는 결과를 낳는다. 그러나, ESBG필름이 2 길이 평면층이 있는 것보다, 섬유코어에 평행하게 좁은 채널로 그것을 줄이도록 에칭된다면, 그러한 반응은 실질적으로 향상될 것이다.22A and 22B still explain another form of diffraction grating assisting the combiner. The two fibers 36, 36 'are loaded into a curved tube in a single silica block. On the polished surface, the ESBG diffraction grating 12 is connected to the two extinction regions with a polymer guiding film. The device is similar to the "s" band planar device described above, except that the ESBG is not limited to the current channel waveguide and is in the planar region. The diffraction grating can connect the fiber mode to slab the mode propagating out of the axis, widening the drop bandwidth, and spread out the area before being externally connected by the second fiber. This results in lowering the efficiency and somewhat reducing the spectral response, as shown in FIG. 22C. However, if the ESBG film is etched to reduce it into narrow channels parallel to the fiber core, rather than having two length planar layers, such a response would be substantially enhanced.
다양한 실시예에 관하여 본 발명을 설명하면서, 복수의 상기 장치를 포함하는 각각의 장치와 구조를 조립하는 것에 대한 다양한 공정이 설명되었고, 이들 다양한 장치, 구조 및 방법은 단지 예를 통하여 제공되었으며, 이들 장치, 구조 및 방법상 상기한 것을 포함하여, 다음의 청구범위에 의해 제한되는 본 발명의 교수를 실행하는 동안 많은 변화가 가능함을 이 분야의 전문가들에게 명확해 질 것이다.In describing the present invention with respect to various embodiments, various processes for assembling structures with each device comprising a plurality of such devices have been described, and these various devices, structures, and methods have been provided by way of example only, and It will be apparent to those skilled in the art that many changes are possible while practicing the teachings of the invention, including those described above in terms of apparatus, structure and methods, as defined by the following claims.
Claims (85)
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