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KR20040053199A - 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치, 광파장 선택 필터 및필터 제조방법 - Google Patents

광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치, 광파장 선택 필터 및필터 제조방법 Download PDF

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Publication number
KR20040053199A
KR20040053199A KR10-2004-7006088A KR20047006088A KR20040053199A KR 20040053199 A KR20040053199 A KR 20040053199A KR 20047006088 A KR20047006088 A KR 20047006088A KR 20040053199 A KR20040053199 A KR 20040053199A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refractive index
filter
optical
transmission
wavelength
Prior art date
Application number
KR10-2004-7006088A
Other languages
English (en)
Inventor
지아코모 고르니
마우리지오 토르멘
마르코 로마그놀리
마테오 체르치
Original Assignee
피렐리 앤 씨. 에스.피.에이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 피렐리 앤 씨. 에스.피.에이. filed Critical 피렐리 앤 씨. 에스.피.에이.
Publication of KR20040053199A publication Critical patent/KR20040053199A/ko

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Abstract

본 발명의 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치는 기판, 상기 기판의 표면상에 복수의 도파관들(45,46,47,48) 및 복수의 파장선택필터(452,462,472,482)를 구비한다. 상기 복수의 필터 각각은 파장들(PB')의 제 1 기설정된 대역은 전송하고 파장들(SB')의 제 2 기설정된 대역은 반사시킬 수 있다. 각각의 상기 복수의 파장선택필터중 하나는 기설정된 위치에 배치된 상기 도파관상에 제공된 복수의 횡단컷(4521,4522,4523)을 포함한다. 상기 컷들은 상기 제 1 기설정된 대역을 제공하는 복수의 전송커플과 상기 제 2 기설정된 대역을 제공하는 복수의 반사커플을 형성한다. 상기 전송커플들과 상기 반사커플들은 직렬로 배치되어 있다. 파장선택필터 및 필터 제조방법이 개별적으로 개시되어 있다.

Description

광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치, 광파장 선택 필터 및 필터 제조방법{Optical Multi/Demultiplexer Device, Optical Wavelength Selective Filter And Method Of Making Filter}
본 발명은 파장분할 멀티플렉싱(wavelength division multiplexing) 광신호용 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치(optical multi/demultiplexer device)에 관한 것이다.
파장분할 멀티플렉싱, 또는 WDM에 대하여, 광신호, 즉 복수의 상호독립적인 광신호가 광파장 영역에서 멀티플렉싱에 의하여 광섬유 또는 광도파관을 구비하는 라인을 따라 전송되어 진다; 전송된 신호들은 디지털 또는 아날로그 신호일 수 있으며, 이들 각각은 다른 신호들의 파장과 구별되는 고유의 파장을 가진다는 점에서 서로 식별될 수 있다.
라인을 따라 이 WDM 전송을 실행하기 위해, 하기 문장에서 "채널(channels)"이라고 하는 기설정된 진폭의 고유 파장들이 각각의 다른 파장들의 신호에 할당되게 한다. 중앙 채널파장이라고 하는 파장 값에 의하여 하기 문장에서 각각 식별되는 이들 채널들은 중심 파장값 부근에 소정의 스펙트럼 진폭을 가지며, 상기 진폭은, 특히, 신호 소스 레이저의 특징들에 따라 그리고 데이터 요소와 상기 신호를 연관시키기 위해 이에 전해지는 변조에 따른다. 전형적인 채널의 스펙트럼 진폭 값들은 200GHz 또는 100GHz(ITU 대역)이다. 이 스펙트럼 진폭으로 인해 한 채널과 다른 채널 사이의 갭(gap)은 1.6㎚ 또는 0.8㎚이다.
실질적으로 200GHz 보다 더 높은 스펙트럼 진폭의 경우, WDM 신호는 CWDM 신호 또는 "거친 WDM"신호로서 알려져 있다.
현재, 통신분야에서, 광기술은 주로 광섬유에 의하여 제공된 알려진 광대역 성질을 이용하여 광신호의 장저리 전송에 사용된다. 반대로, 신호(예를 들어, 아날로그 및/또는 디지털 텔레비젼 및/또는 전화신호)를 복수의 사용자에게로 분배하기 위해 그리고 전자기기(예를 들어, LAN 네트워크의 개인용 컴퓨터) 사이의 디지털 데이터를 전송하기 위해 주로 사용되는 기술은, 예를 들면, 동축 케이블 또는 구리쌍으로 구성된 케이블과 같은 전기 케이블을 이용한다.
그럼에도 불구하고, 전기 케이블은 비교적으로 낮은 대역을 가지고, 전송되는 신호 대역에 대하여 병목장애(bottleneck)가 된다. 더욱이, 전기 케이블들은 전자기간섭 문제, 임피던스 매칭(impedence matching) 문제가 있고, 경직되어 있으므로 건물의 적절한 배전관에 삽입되기가 어렵다. 전기 케이블은 또한, 부피가 커서, 배전관에 삽입될 수 있는 케이블의 수를 상당히 감소킨다. 더욱이, 전기 안전성 요건에 기인하여, 전기 케이블들은 전기에너지 분배에 사용되는 배전관과는 분리되는 배전관 배열을 필요로 한다.
따라서, 본 연구는 신호의 장거리 전송에서 뿐만 아니라 공통 분기점에서부터 복수의 사용자 기기에까지 신호 분배 통신망에 광학기기를 사용하는 가능성을 조사하는 것이다. 실제로, 광섬유 케이블들은 너무 부피가 크지않고, 가요성이 있으며, 가볍고 전자기간섭이 없고, 광섬유 케이블의 벤딩손실(bending loss)이 매우 낮기 때문에 건물의 적절한 배전관에 삽입되기에 적합하다. 또한, 광섬유 케이블은 전기에너지를 분배하기 위해 사용되는 동일한 배전관에 삽입되기에 적합하다. 또한, 광섬유는 잠재적으로 매우 넓은 대역과, 낮은 감쇠값을 가지며, 비트율(bit rate), 포맷(format) 및 전송 코드에 좋다.
더욱이, 여러 종류의 광섬유 중에서, 단일모드 광섬유들은 벤딩 손실에 훨씬 덜 민감하고, 다중모드 섬유보다 더 낮은 흡수손실을 가지며, 값이 저렴하고, 더 주름지기 때문에 선호되며; 단일모드 광섬유들은 WDM 또는 CWDM 전송에 사용하기가 적합하고, 더 넓은 대역을 가지므로, 신호분배 네트워크를 용이하게 업그레이드시킬 수 있다.
미국특허 제5,911,019호는 중앙관리소로부터 피더(feeder) 광케이블로 이송되는 섬유분배노드를 포함하고, 복수의 통신망 유닛은 광섬유 신호로부터의 신호를 전기신호로 변환시키도록 작동하는 광섬유 통신망을 설명하고 있다. 상기 섬유분배노드는 통신신호를 상기 통신망 유닛으로 분배하는 멀티플렉서/스플리터 (splitters)를 포함한다. 마지막으로, 상기 네트워크 유닛들을 복수의 거주단위과 연결시키기 위한 전기 케이블이 사용된다. 일반적으로 1300㎚ 및 1550㎚의 파장을 갖는 주파수 스펙트럼의 2개 대역이 거주단위에서 중앙관리소까지 전후로 각각의 음성 채널을 전송하는데 사용된다. 1550㎚ 범위의 대역은 단일 음성채널을 거주단위에서 중앙관리소로 전송하는데 사용되고 1300㎚ 범위의 대역은 반대방향으로 또는 중앙관리소에서 거주단위으로 전송하는데 사용된다.
광 근거리 통신망이 WO 0150644에 설명되어 있다.
본 발명의 출원인은 광 근거리 통신망에서 WDM 신호가 장거리 전송에서 발생하는 복수의 텔레비젼 및/또는 전화 및/또는 인터넷 디지털 또는 아날로그 신호를 광섬유를 거쳐 복수의 사용자 전자기기에 분배하는데 사용될 수 있음을 관찰하였다. 예를 들어, 상기 WDM 신호의 한 채널은 인터넷 디지털 신호용으로 사용될 수 있고, 또 다른 채널은 텔레비젼 신호 등의 용도로 사용될 수 있다. 이런 식으로, 각 신호는 이용가능한 큰 대역을 갖는다. 이들 전송신호(WDM)의 정확한 수신을 위해, 상기 신호들이 해당하는 통신망(광 근거리 통신망) 사용자들에게 향하도록 다른 파장의 신호들 사이의 분리를 제공하는 것이 필요하다. 디멀티플렉서 장치는 신호들 사이의 상기 분리를 구현하도록 제공된다. 더욱이, 컴퓨터와 같은 사용자 기기의 신호(인터넷 디지털 신호 또는 아날로그 신호) 및 전화 신호들은 양방향이다. 이 경우 디멀티플렉서 장치는 또한 멀티플렉서 장치처럼 사용되어야 한다.
광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치를 구현시키 위해 많은 기술들이 알려져 있다. 한 기술은 이동된 브래그 필터(shifted Bragg filters)를 이용한다. 이들 필터들은 또한 하나의 협대역 채널의 선택 및 다중채널 파장 디멀티플렉싱을 위해 편리하게 사용된다. 1995년 12월 Journal of Lightwave Techonology 제12호에 출간된 논문 "Phase-Shifted Bragg grating filters with improved transmission characteristics"에는 정지대역의 중앙에 매우 좁은 전송피크를 갖는 1/4 파장이동 브래그 격자(bragg grating)를 갖는 필터를 설명하고 있으나 그 형태는 시스템 설계에 적합하지 않다. 수 개의 위상 이동 영역을 도입하고 적절히 이들의 위치와 크기를 선택함으로써, 전송 스펙트럼은 거의 직사각형 형태로 맞추어질 수 있다.
본 출원인은 상기 논문에서 상기 필터는 채널과 인접한 채널 사이의 거리가 0.4㎚(3dB 대역폭)인 고속의 광시스템에 적용될 수 있음을 관찰하였다. 일반적으로, 고속의 광전송 시스템에서 갭은 실제로 약 200GHz 또는 100GHz(ITU 대역)이며, 한 채널과 다른 채널 사이의 파장에서의 갭은 1.6㎚ 또는 0.8㎚이다.
광 근거리 통신망은 예를 들어 통신망, 광멀티플렉서, 스플리터 및 전자장치를 통하여 광신호를 전송하기 위해 저가의 전송 레이저와 같은 저가장치들과 부품들을 사용할 수 있다. 대개, 상기 레이저들은 고가의 레이저인 롱홀(long-haul) 광통신 시스템의 전송 레이저와는 상당히 다르다. 롱홀 광통신 시스템의 레이저는 전송파장의 요동이 크면 해롭기 때문에 온도안정화되어 있다. DWDM(밀한 WDM) 통신 시스템에서, 채널들은 서로 1㎚ 이하로 떨어져 있다. 레이저에서 온도 및 파장을 안정화시키기 위한 장치들은 고가이다.
상기 광 근거리 통신망용 레이저들은 바람직하게는 서로 1㎚ 이상 떨어져 있는 채널들을 전송한다. 바람직하기로, 일반적인 광 근거리 통신망용 레이저는 800-900㎚ 범위의 파장들을 전송하는 수직공동 레이저이다. 상기 레이저의 중심 파장의 요동은 0.5㎚ 이상일 수 있다.
본 출원인은 바람직하게는 광 근거리 통신망에 사용되는 광 WDM신호에 응용할 수 있는 CWDM 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치를 제공하는데 있어서의 문제점에 역점을 두어 다루어왔다. 특히, 본 출원인은 큰 스펙트럼 진폭을 갖는 광 WDM 신호를 분리하는데 있어서의 문제점에 역점을 두어 다루어왔다. 각 채널은 수신기에 의하여 검출되어야만 하는 정보를 전송한다. CWDM 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치는 각 채널의 전송된 정보의 검출도(detectability)를 유지하는 식으로 각 채널의 중심 파장 값 주위로 충분히 편평한 대역을 가져야 한다. 더욱이, 본 출원인은 저가의, 작은 치수를 가지고 전자장치와 용이하게 결합될 수 있는 CWDM 멀티플렉서/디멀티플렉서를 제공하는 문제를 표명하였다.
본 출원인은 크고 편평한 스펙트럼 반응을 갖는 CWDM 광신호의 채널들을 분리할 수 있는 필터가 큰 갭의 변조 굴절률을 갖는 격자와 같은 광학적 구조들에 의하여 구현될 수 있음을 찾았다. 이들 필터들은 큰 대역을 갖는 광 WDM 신호를 분리시킬 수 있다.
큰 갭 굴절률을 갖는 광학적 구조는 제 1 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 1 영역과 제 2 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 2 영역을 포함하는 구조이고, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 서로 인접해 있고, 상기 제 1 굴절률과 상기 제 2 굴절률 사이의 갭은 0.1 이상인 구조이다. 특히, 상기 제 1 영역(예를 들어, 약 1.5의 굴절률을 갖는 실리카로 된 블록)은 고굴절률을 갖는 영역이고, 상기 제 2 영역(예를 들어, 도파관상에 구현된 컷(cut)으로, 공기는 약 1의 굴절률을 갖는다)은 저굴절률을 갖는 영역이다.
큰 갭의 변조 굴절률을 갖는 광학적 구조는 고굴절률의 복수의 영역들과 저굴절률의 복수의 영역들을 포함하고, 고굴절률의 2개의 연속한 영역들 사이에 저굴절률의 한 영역이 형성되며, 상기 구조에서 고굴절률로 된 상기 복수의 영역들 중 적어도 2개는 서로 다른 치수를 갖는다.
이점적으로, 저굴절률의 적어도 2개의 상기 복수의 영역들은 서로 다른 치수를 갖는다.
고굴절률의 영역들과 저굴절률의 영역들 사이에 연속 또는 교번으로 복수의 전송커플 및 복수의 반사커플을 생성하고, 상기 전송커플과 반사커플 모두는 상기 고굴절률 영역중 하나와 상기 저굴절률 영역중 하나를 포함한다. 특히, 각각의 전송커플은 기설정된 전송파장 대역에서 광빔을 전송하고 각각의 반사커플은 기설정된 반사파장 대역에서 광빔을 반사시킨다.
바람직하기로, 상기 광학적 구조는 실질적으로 빛 진행방향에 대하여 대칭구조이다; 즉, 상기 구조의 제 1 절반이 제 2 절반에 대하여 대칭적이다.
전체 구조는 직렬로 복수의 전송커플과 반사커플을 포함한다. 바람직하기로, 전송커플의 치수는 서로 다르다. 더욱이, 반사커플의 치수도 서로 다르다.
상기 전송커플과 반사커플의 교번은 2개의 인접한 반사대역(정지대역) 사이에 충분히 넓은 전송대역(통과대역)을 생성한다.
상기 구조의 스펙트럼 반응은 모든 (전송 및 반사) 커플의 스펙트럼 반응 곱이다. 이런 식으로 전체 스펙트럼 반응은 각각 하나의 커플의 스펙트럼 반응보다 더 가파르다.
제 1 전송 커플과 제 2 전송 커플 사이에 적어도 하나의 반사커플이 배치된 "애포다이즈(apodized)" 구조는 연속한 전송커플이 배치된 구조에서보다 더 편평한 전송대역(통과대역)을 생성한다. 상기 애포다이즈 구조에서 연속한 블록 폭의 증가는 또한 편평한 통과대역을 얻는데 기여한다. 상기 연속한 반사커플 수의 증가는편평한 통과대역을 얻기 위한 또 다른 단계이다.
특히, 본 출원인은 상기 필터가 제공되는 도파관을 포함하는 반도체 기판상에 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치를 구현하였다. 상기 필터들은 상기 도파관의 기설정된 위치에 배치된 고굴절률을 갖는 복수의 영역들과 저굴절률을 갖는 복수의 영역들에 의하여 형성된 공진구조를 포함한다.
본 발명의 제 1 태양은
기판;
상기 기판상에 복수의 도파관들; 및
상기 복수의 도파관들 중 하나에 구현된 적어도 하나의 파장선택필터를 구비하고,
상기 적어도 하나의 파장선택필터는 파장들(PB')의 제 1 기설정된 대역을 전송하고 파장들(SB')의 제 2 기설정된 대역을 반사시킬 수 있으며,
상기 적어도 하나의 파장선택필터는 고굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 1 영역과 저굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 2 영역을 구비하고, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 서로 인접해 있고, 큰 갭의 변조 굴절률을 갖는 구조를 형성하는 식으로, 서로 직렬로 배치된 상기 제 1 기설정된 대역을 제공하는 복수의 전송커플들과 상기 제 2 기설정된 대역을 제공하는 복수의 반사커플들을 형성하는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치에 관한 것이다.
바람직하기로, 저굴절률을 갖는 영역들은 상기 도파관들 상에 제공된 복수의 횡단컷에 의하여 구현되고 고굴절률을 갖는 영역들은 2개의 연속 컷사이에 형성된블록을 포함한다.
바람직하기로, 제 1 전송커플과 제 2 전송커플 사이에 적어도 하나의 반사커플이 배치된다.
바람직하기로, 상기 필터의 제 1 절반에서 상기 전송커플의 블록들은 빛의 전파방향으로 폭이 증가된다.
바람직하기로, 상기 제 1 절반에서 연속 반사커플들은 광 전파방향으로 수적으로 증가된다.
바람직하기로, 상기 반사커플들은 동일한 폭을 갖는다.
바람직하기로, 상기 필터의 제 2 절반은 상기 제 1 절반과 대항 대응한다.
특히, 상기 구조의 제 2 절반은 상기 제 1 절반과 대칭이다.
특히, 상기 반사커플에서 상기 컷의 폭과 상기 블록의 폭의 합은 실질적으로 상기 제 2 기설정된 대역의 중심 파장의 1/4 홀수배이다.
특히, 상기 전송커플에서 상기 컷의 폭과 상기 블록의 폭의 합은 실질적으로 상기 제 1 기설정된 대역의 중심 파장의 1/4 짝수배이다.
이점적으로, 상기 복수의 도파관 중 적어도 하나는 릿지를 포함한다.
특히, 상기 기판은 반도체 기판이다.
본 발명의 또 다른 태양은
고굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 1 영역과 저굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 2 영역을 구비하고,
상기 제 1 영역과 제 2 영역은 서로 인접해 있으며, 큰 갭의 변조 굴절률을갖는 구조를 형성하는 식으로, 서로 직렬로 배치된 제 1 기설정된 대역을 제공하는 복수의 전송커플과 제 2 기설정된 대역을 제공하는 복수의 반사커플을 형성하는 것을 특징으로 하고, 파장의 제 1 기설정된 대역(PB')은 전송하고 파장의 제 2 기설정된 대역(SB')은 반사시킬 수 있는, 광도파관상에 구현되는 광파장선택필터에 관한 것이다.
바람직하기로, 저굴절률을 갖는 영역들은 상기 도파관들 상에 제공된 복수의 횡단컷에 의하여 구현되고 고굴절률을 갖는 영역들은 2개의 연속한 컷 사이에 형성된 블록들이다.
본 발명의 또 다른 태양은 기판상의 광투과성 재료에 도파관을 제공하는 단계; 및
서로 직렬로 배치된 파장들의 제 1 기설정된 대역을 제공하는 복수의 전송커플과 제 2 기설정된 파장대역을 제공하는 복수의 반사커플을 형성하는 식으로 상기 도파관상에 복수의 컷을 제공하는 단계를 포함하는 기판상에 광파장선택필터를 구현하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 특징들 및 이점들은, 첨부도면을 참조로 한, 아래의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 더 명확하게 알게 된다. 이러한 도면들에서,
도 1은 본 발명에 따른 건물내에 설치된 광 근거리 통신망을 개략적으로 도시한 것이다;
도 2는 도 1의 건물의 지하실 또는 하부구조에 설치된 분배장치를 개략적으로 도시한 것이다;
도 3은 본 발명에 따른 도 1의 통신망에 대한 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치를 도시한 것이다;
도 4는 본 발명에 따른 복수의 층들이 도시되어 있는 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치의 일부분의 측면도를 예시한 것이다;
도 5는 본 발명에 따른 파장선택필터의 한 도면을 예시한 것이다;
도 6a는 파장선택필터의 한 도면을 예시한 것이다;
도 6b는 도 6a 필터의 스펙트럼 반응의 한 그래프를 예시한 것이다;
도 7a는 본 발명에 따른 파장선택필터의 한 도면을 예시한 것이다;
도 7b는 도 7a 필터의 스펙트럼 반응의 한 그래프를 예시한 것이다;
도 8은 본 발명에 따른 파장선택필터의 한 시뮬레이션 도면을 예시한 것이다;
도 9는 도 8 필터의 스펙트럼 반응의 한 그래프를 예시한 것이다;
도 10은 본 발명에 따른 도 1의 통신망에 대한 또 다른 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치의 실시예를 도시한 것이다; 그리고
도 11은 반사커플용 블록 및 컷의 폭에 대한 그래프를 도시한 것이다.
도 1은, 예를 들어, 외부의 통신 시스템으로부터 들어오는 외부 광케이블(2)을 포함하는 건물(1)내에 설치된 광 근거리 통신망의 예를 개략적으로 도시한 것으로, 상기 외부 광케이블(2)은 전형적으로 상기 건물(1)의 지하실이나 하부구조에 설치된 또는 건물내에서나 인접한 또 다른 적절한 위치에 설치된 분배장치(3)에 연결된다.
일반적으로, 광 근거리 통신망은, 예를 들어, 위성 및/또는 동축 케이블 및/또는 광섬유 및/또는 대기를 통하여 복수의 사용자 전자기기로의 장거리 전송에서 발생하는 복수의 텔레비젼 및/또는 전화 및/또는 인터넷 디지털 또는 아날로그 신호를 분배하는데 사용될 수 있다.
도 1에서, 건물(1)은 복수의 거주단위(living units)(A1-A6)들을 포함한다; 예를 들어, 상기 거주단위들은 3층으로 나누어진다. 각각의 상기 거주단위에는 디지털 또는 아날로그 신호를 전하는 적어도 하나의 연결 케이블(C1-C6)을 수용하는데 알맞는 적절한 배전관(raceway)이 제공된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이 용어 거주단위(living units)는 네트워크로부터/네트워크에게로 서비스를 수신 및/또는 전송하는 임의의 가입자를 포함하는 것으로서 약간 명칭상의 오류가 있다.
상기 연결 케이블은 광신호 및 전기신호 모두가 있는 광케이블이나 전기 케이블 또는 하이브리드 케이블(hybrid calbe)일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분배장치(3)는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치(4)와 분배장치(5)를 구비한다. 상기 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치(4)는 외부 광케이블(2)로부터 들어오는 WDM 신호의 채널들 또는 채널들의 그룹을 서로 분리시키고, 상기 분배장치(5)는 바람직하기로는 거주단위들의 수에 해당는 신호 수들로 각각의 단일파장채널들 또는 각 채널들의 그룹을 분리시키고 상기 신호들을 복수의 상기 연결 케이블에 연결시킨다. 상기 연결 케이블의 예가 US 5978536에 개시되어 있다.
바람직하기로, 상기 분배장치(5)는 입력/출력 광포트상의 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치(4)에서 발생한 디지털 광신호들의 경로를 정하는데 적합한 빔 스플리터(beam splitter)를 구비한다. 상기 입력/출력 포트는 이롭기로는 양방향 포트이다.
분배장치(3)는 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치(4)로부터의 광신호들을 전기신호로 변환시킬 수 있는 광전자 변환기(미도시)를 구비할 수 있다.
이 실시예에서, 분배장치(5)는, 예를 들어, 100 Mbit/s 패스트이더넷(FastethernetTM) 프로토콜에 따라, 디지털 신호를 복수의 사용자에게 분배한다. 상기 신호들은 광형태로 상기 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치(4)에 도달한다. 그런 후, 상기 신호들은 상기 광전자 변환기에 의하여 해당하는 전기신호들로 변환된다.
더욱이, 상기 분배장치는, 전기 신호들 중에서, (예를 들어, 10 Mbit/s 이더넷(Ethernet)TM프로토콜에 따라) 각 사용자에 제공하려고 의도된 디지털 신호를 선택하고 상기 디지털 신호를 해당하는 광전자 변환기로 전송하는데 적합하다. 상기 변환기는 사용자에게 제공하려고 의도된 디지털 전기신호를 해당하는 광신호로 변환시키고 상기 광신호를 상기 연결 케이블을 통하여 해당하는 사용자 기기로 전송한다.
광 근거리 통신망은 이점적으로 저가의 전송 레이저를 사용하여 네트워크를 통해 광신호를 전송한다. 통상, 상기 레이저들은 고가의 레이저인 롱홀(long haul)광통신 시스템의 전송 레이저들과는 현저히 다르다. 롱홀 광통신 시스템의 레이저들은 전송 파장들의 요동이 크면 해롭기 때문에 온도 안정적이다. DWDM 통신 시스템에서 채널들은 대개 서로 1㎚ 이하로 분리되어 있다.
광 근거리 통신망에서 바람직하기로 채널들은 서로 1㎚ 이상 분리되어 있다. 더 구체적으로, 상기 채널들은 서로 1.6㎚ 이상 분리되어 있다.
전형적인 광 근거리 통신망용 레이저로는 800-900㎚ 범위의 파장을 전송하는 수직공동 레이저이다. 그러나, 본 발명의 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치는 대안으로 다른 범위의 파장(예를 들어 1300㎚ 부근)에 있는 채널들을 분리시키도록 설계될 수 있다.
상기 레이저들은 온도 안정화되어야 하며, 중앙의 전송파장들은, 예를 들어, 온도 변화의 영향하에서, 0.5㎚ 이상 요동되지 않는다. 본 발명의 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치는 중심 파장의 이러한 요동들을 극복하기 위해 큰 대역을 갖는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치(4)는 바람직하게는 반도체 재료, 예를 들어 실리콘으로 구현되는 기판(41)을 구비한다. 상기 기판 상에 복수의 층이 중첩된다. 특히, 상기 기판(41)의 상단에 제 1 층(42)이 중첩된다. 바람직하기로, 상기 제 1 층은 실리카(실리콘 디옥사이드(silicon dioxide))로 된다. 상기 제 1 층(42)의 상단에 제 2 층(43)이 배열된다. 바람직하기로, 상기 제 2 층은 실리콘 니트라이드(SiOxNy)로 된다. 상기 제 2 층(43)의 상단에 제 3 층(44)이 배열되고, 상기 제 3 층은 실리카로 된다.
상기 제 1 층과 상기 제 3 층은 각각 도파관의 기저 클래딩(bottomcladding)과 상부 클래딩(top cladding)이고, 상기 제 2 층은 상기 도파관의 코어(core)를 나타낸다. 재료들은 모두 광투과성 재료이다.
상기 제 3 층(44)의 표면상에 복수의 릿지(ridges)들이 제공된다. 상기 릿지들의 형태는 도파관을 따라 이동하는 광 빔의 측면 가둠(lateral confinement) 및 전파방향을 결정한다. 도 4에서, 도 3의 단면도로 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치의 부분 P가 상기 복수의 층들이 보이게 도시되어 있다.
도 3 및 도 4의 예에서, 상기 릿지들을 갖는 도파관들이 제공된다. 다른 종류의 도파관들로, 예를 들어, 가이드 요소가 예컨데 실리카 층에 매립되는 매립형 도파관들이 제공될 수 있다. 상기 가이드 요소는 릿지와 같이 작용하고 도파관을 따라 이동하는 광 빔의 측면 가둠 및 전파방향을 결정한다. 또 달리 사용되는 광도파관은 광 기판상에 복수의 구멍(holes)들이 있는 광결정(photonic crystal)과 같은 애로우 도파관(arrow waveguide)이다. 상기 구멍들의 위치는 상기 광기판상의 도파관을 결정한다.
특히, 도 3에서 제 1 릿지(45), 제 2 릿지(46), 제 3 릿지(47) 및 제 4 릿지(48)가 있다. 바람직하기로, 제 1 릿지는 전체 층을 가로지르고, 상기 제 1 릿지의 일단은 WDM 신호용 입력포트(451)이다.
상기 제 1 릿지(45)를 따라 제 1 필터(452)가 있다. 상기 입력포트(451)로 들어오는 광빔은 부분적으로 상기 제 1 필터에 의해 반사되고 상기 제 1 릿지(45)의 타단에 있는 제 1 출력포트(453)로 부분적으로 전송된다. 반사된 빔은 상기 제 2 릿지(46)의 일단으로 향한다. 상기 제 2 릿지(46)를 따라 제 2 필터(462)가 있다. 상기 제 2 릿지(46)의 일단으로 들어오는 광빔은 부분적으로 상기 제 2 필터(462)에 의해 반사되고 상기 제 2 릿지(46)의 타단에 있는 제 2 출력포트(463)로 부분적으로 전송된다. 반사된 빔은 상기 제 3 릿지(47)의 일단으로 향한다. 상기 제 3 릿지(47)를 따라 제 3 필터(472)가 있다. 상기 제 3 릿지(47)의 일단으로 들어오는 광빔은 부분적으로 상기 제 3 필터(472)에 의해 반사되고 상기 제 3 릿지(47)의 타단에 있는 제 3 출력포트(473)로 부분적으로 전송된다. 반사된 빔은 상기 제 4 릿지(48)의 일단으로 향한다. 상기 제 4 릿지(48)를 따라 제 4 필터(482)가 있다. 상기 제 4 필터(482)로 전송된 광빔은 제 4 출력포트(483)에서 출력된다.
상기 필터들은 바람직하기로는 광파장선택 필터들이다. 특히, 각 필터는 기설정된 대역폭에서 기설정된 파장 또는 기설정된 파장간격을 반사시킬 수 있다. 기설정된 대역폭에서 나머지 파장들은 바람직하게는 필터를 가로질러 전송된다.
도 3의 예에서 상기 릿지들을 따라 상기 필터들이 제공된다. 동일하게, 상술한 바와 같이 다른 종류의 도파관상에 상기 필터가 제공될 수 있다.
상기 필터는 높은 갭의 변조된 굴절률(gap modulated refraction index)을 갖는 격자들(gratings)과 같은 광학적 구조들에 의하여 구현될 수 있다.
높은 갭 굴절률을 갖는 광학적 구조는 제 1 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 1 영역과 제 2 굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 2 영역을 구비하고, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역은 서로 인접해 있으며, 상기 제 1 굴절률과 상기 제 2 굴절률 사이의 갭이 0.1 이상인 구조이다. 특히, 상기 제 1 영역은 고굴절률을 갖는 영역이다. 상기 제 2 영역은 저굴절률을 갖는 영역이다.
높은 갭의 변조 굴절률을 갖는 광학적 구조는 고굴절률의 복수의 영역들과 낮은 굴절률의 복수의 영역들을 구비하고, 고굴절률의 2개의 연속한 영역들 사이에는 저굴절률의 한 영역이 형성되며, 상기 고굴절률의 복수의 영역들 중 적어도 2개는 서로 다른 치수를 갖는 구조이다.
이점적으로, 저굴절률의 복수의 영역들 중 적어도 2개는 서로 다른 치수를 갖는다.
상기 광학적 구조는 바람직하기로는 광전파방향에 대하여 대칭구조이다; 즉, 상기 구조의 제 1 절반은 제 2 절반에 대해 대칭적이다.
상기 고굴절률 영역들과 저굴절률 영역들은 다른 광학적 특징들로 된 재료에 의하여 구현될 수 있다. 특히, 상기 고굴절률 영역은 실리카 기반의 재료(굴절률=1.5)일 수 있고, 상기 저굴절률 영역은 상기 실리카 재료에서 구현된컷(cut)(공기 굴절률=1)에 의하여 구성될 수 있다. 대안으로, 고굴절률 영역과 저굴절률 영역 사이에서 큰 굴절률 갭이 있으면, 상기 영역들은 다른 재료에 의하여 구현될 수 있다. 특히 도 3, 도 4 및 도 5에 예시된 실시예에서, 저굴절률 영역들은 컷에 의하여 구현된다. 실제로, 컷은 릿지상에 용이하게 구현된다. 다른 종류의 도파관에서 상기 저굴절률 영역들은 기설정된 재료로 된 피스(piece)를 삽입함으로써 구현될 수 있다.
도 5에서, 상기 릿지를 따라 복수의 컷들이 제공된다. 상기 컷들은 바람직하게 릿지와 3개층들의 깊이(depth)와 동일한 깊이를 갖는다. 컷들은 릿지를 따라 컷이 되는 릿지의 길이방향에 대하여 가로의 기설정된 컷팅 방향을 가진다. 컷들은 예를 들어 전자빔 리소그라피(electron beam lithography)에 의하여 그리고 연이은 엣칭(etching)에 의하여 구현될 수 있다. 이는 마이크로전자공학 기술분야에서 공지된 기술이다. 다른 기술들이 컷을 하기 위해 사용될 수 있다.
예를 들어, 도 5에서 제 1 컷(4521), 제 2 컷(4522) 및 제 3 컷(4523)이 예시되어 있다. 상기 컷들은 진공을 생성하기 위해 비워질 수 있거나 공기, 다른 가스 또는 액체로 채워질 수 있으며, 상기 컷들은 격자와 같이 적어도 공진구조를 생성한다; 특히, 변조된 굴절률을 갖는 구조가 광도파관을 따라 제공된다. 실제로, 굴절단(refraction step) 또는 굴절갭(refraction gap)의 굴절률은 층들의 굴절률(예를 들어, 실리카 굴절률=1.5) 및 공기의 굴절률(굴절률=1) 사이에 있다. 2개의 연속컷들 사이에 블록이 형성된다.
이러한 필터는 기설정된 대역(정지대역)에서 일부 파장들을 반사시키고 기설정된 대역(통과대역)에서 다른 파장들을 전송시킨다. 바람직하기로, 컷팅 방향은 상기 정지대역의 파장에서 상기 반사된 빔을 기판상의 또 다른 릿지로 지향하도록 선택된다.
상기 릿지를 컷팅함으로써 생성된 구조들의 예가, 도 6a 및 도 7a에서, 측면도로 예시되어 있다.
상기 2개의 도면들은 그 둘 사이의 비교를 용이하게 하기 위한 식으로 배치되어 있다. 특히, 구조들은 직각좌표계의 축 X,Z의 쌍에 대하여 배치되어 있고, 여기서 X는 전파방향을 따른 위치를 나타내고, Z는 컷의 깊이 방향으로의 위치를 나타낸다.
특히, 도 6a에서 각각이 바람직하게는 동일한 폭을 갖는 복수의 횡단 컷들을 갖는 구조가 예시되어 있다. 이런 종류의 구조는 공진구조이고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 기설정된 파장에서 전송 스펙트럼 반응을 갖게 한다. 특히, 도 6b의 그래프는 파장(λ) 영역에서 반사대역(SB)과 전송대역(PB)을 나타낸다. 컷들의 폭 및 컷과 다음 컷 사이의 거리는 정지대역(SB)의 중심 파장(λSB), 통과대역(PB)의 중심 파장(λPB) 및 상기 SB 와 PB 사이의 폭을 결정한다.
도 6a에서 셀요소(cell element)(C)는 층들의 컷과 블록을 포함한다. 특히, 셀의 길이(dc)는:
dc= dcut+ dblock
이다. 상기 정의에 대해, 컷과 블록의 치수는 컷과 블록 재료의 굴절률(예들 들어, 블록에 대하여 SiO2이고 컷에 대하여는 공기)에 대하여 계산된다.
특히,
dcut= dcut' / neff cut
dblock= dblock' / neff block
여기서, dcut'과 dblock'은 각각 컷과 블록의 실제 치수이고, neff cut와 neff block은 각각 컷과 블록의 유효 굴절률이다.
정지대역(SB)의 중심 파장(λSB) 값은 dc로부터 결정되고, 특히 dc는 실질적으로 λSB/2의 배수이다.
셀요소는 실질적으로 λSB/2배의 길이(dc)를 갖는다.
상기 조건은 예를 들어
dcut= λSB/4nair및
dblock= λSB/4nblock이면 검증된다.
위 관계식으로부터 일단 필터에 대한 정지대역(SB)이 선택되면 컷들의 치수와 2개의 인접한 컷들 사이의 거리를 선택할 수 있다.
도 6b의 그래프로부터, 본 출원인은 도 6a 필터의 통과대역(PB)이 일부 원하지 않는 피크들을 포함함을 관찰하였다. 또한, 모두가 동일한 치수의 컷을 도입함으로써(도 6a), 통과대역의 폭과 무관하게 정지대역폭을 선택할 수 없다.
도 7a에서, "애포다이즈(apodized)" 구조의 예가 예시되어 있다. 특히, 상기 구조는 릿지의 기설정된 위치에서 복수의 컷들을 포함한다. 필터의 구조는 상기 블록중 적어도 하나에 대한 다른 치수로써 표현되는 적어도 하나의 결함(defect)을 포함한다. 바람직하기로, 상기 컷들에 의하여 생성된 상기 블록들은 치수가 다르고, 상기 컷들은 서로 등거리에 있지 않다.
이는 유효 굴절률의 변화가 엄격히 주기적이지 않음을 말한다; 그러나, 굴절률의 변화는 컷과 블록의 굴절률에 따라 적어도 2개의 값 사이에서 변한다. 상기변화의 피치는 필터에 따라 가변적이다.
이런 종류의 구조는 도 6a 필터의 정지대역에 포함되는 새로운 통과대역을 생성한다(도 6b의 그래프 참조). 도 6b 및 도 7b의 그래프는 대응하는 수직축과 동일한 파장(수평축) 스케일(scale)을 갖는다. 도 7a의 구조는 각각이 적어도 하나의 블록과 컷을 포함하는 복수의 구조를 갖는다. 상기 기판구조는 서로 인접하여 배치되어 있다.
본 발명에서, 반사 하부구조 또는 반사커플은 하나의 컷과 하나의 블록을 포함하고, 상기 컷의 폭과 상기 블록의 폭의 합은 실질적으로 λSB/4의 짝수배이며, 여기서 λSB는 정지대역 또는 반사대역의 중심 파장이다.
본 발명에서, 전송 하부구조 또는 전송커플은 하나의 컷과 하나의 블록을 포함하고, 상기 컷의 폭과 상기 블록의 폭의 합은 실질적으로 λpB/4의 홀수배이며, 여기서 λpB는 정지대역 또는 반사대역의 중심 파장이다. 상기 반사커플의 상기 블록은 상술한 결함을 포함한다.
상기 하부구조중 각각은 또한 위에서 정의한 바와 같이 λSB및 λpB에서 각각 중심에 있는 반사대역과 전송대역을 갖는 공진구조이다.
본 발명에서, "애포다이즈"구조는 복수의 전송커플과 복수의 반사커플을 구비하고, 제 1 전송커플과 제 2 전송커플 사이에 적어도 하나의 반사커플이 배치되어 있다.
바람직하기로, 구조의 제 1 절반은 적어도 하나의 제 1 및 제 2 전송커플을 구비하고, 상기 제 2 전송커플의 블록 폭이 상기 제 1 전송커플의 블록 폭보다 더 크다.
달리 말하면, 빛의 전파 방향으로 필터의 상기 제 1 절반에서, 연속한 전송커플의 블록 폭이 증가한다.
또한, 상기 제 1 절반에서 반사커플들의 치수는 서로 다를 수 있다. 이점적으로, 상기 구조의 제 1 절반에서 연속한 반사커플들이 수적으로 증가한다.
특히, 본 발명에서, "수적 증가"라고 하는 것은 상기 제 1 절반에서 빛의 전파방향으로 필터의 연속한 반사커플들의 수가 같거나 증가되는 것을 말한다.
바람직하기로, 상기 반사 커플들은 동일한 폭을 갖는다.
바람직하기로, 상기 구조의 제 2 절반은 상기 제 1 절반과 대항 대응한다. 본 발명에서, "대항 대응(opposite correspondence)"이라는 것은 구조의 제 1 절반이 전송커플과 반사커플의 수에 대하여 그리고 이들의 시퀀스에서의 배치에 대하여 동일한 구성을 가짐을 말한다.
바람직하기로, 상기 구조의 제 2 절반은 상기 제 1 절반과 대칭적이다. 즉, 상기 제 1 절반에서 굴절률의 변조는 상기 제 2 절반에서 굴절률의 변조에 반비례한다. 특히 대칭구조는 제 2 절반에 대하여 거울상의 제 1 절반을 갖는다.
상술한 바와 같이 구조는 직렬로 복수의 하부구조들 또는 (반사 및 전송) 커플들을 구비하며; 각각의 상기 하부구조는 자체적으로 필터이고 전체 구조는 많은 필터들을 직렬로 구비한다. 상기 전송커플과 반사커플의 교번은 2개의 인접한 반사대역(정지대역) 사이에 충분히 넓은 전송대역(통과대역)을 생성한다.
또한, 통과대역에서와 또한 정지대역에서 전체 구조의 스펙트럼 반응은 단일 필터의 스펙트럼 반응보다 더욱 단차가 있다. 다르게 말하면, 전송커플들의 결함 수는 구조의 통과대역 및 정지대역의 단차(stepness)를 결정한다. 전체 구조의 가장 큰 결함을 갖는 전송커플은 실질적으로 통과대역의 폭을 결정한다. 사실, 결함의 폭은 통과대역의 대역폭과 대항관계에 있다.
제 1 전송커플과 제 2 전송커플 사이에 적어도 하나의 반사커플이 배치되어 있는 "애포다이즈"구조는 연속한 전송커플들이 배치되어 있는 구조에서 보다 더 편평한 전송대역(통과대역)을 생성한다. 애포다이즈 구조에서 상기 연속한 블록들의 폭 증가는 편평한 통과대역을 얻도록 하는데 더 기여한다. 상기 연속한 반사커플들의 수의 증가는 편평한 통과대역을 얻기 위한 또 다른 단계이다.
이점적으로, 대칭구조는 통과대역의 중심 파장(λSB)에 대하여 대칭적인 통과대역을 생성한다.
도 7a의 예에서 필터는 5개의 결함(D1-D5)을 포함한다. 상기 필터의 제 1 절반에서, 한 결함과 다음 결함 사이에 컷들의 수가 증가되고 결함들의 폭도 증가된다. 상기 필터의 제 2 절반에서, 결함과 다음 결함 사이에 컷들의 수가 감소되고 결함들의 폭도 감소된다.
도 7a의 완전한 구조는 서로 대칭적인 제 1 구조 및 제 2 구조를 포함한다. 특히, 상기 구조는 수직축(Y)에 대해 대칭이다. 상기 수직축(Y)은 상기 제 3블록(D3)의 중간에 있다.
상기 제 1 블록(D1)은 바람직하게는 폭(d1= m1λpB/2)을 가지고, 상기 제 2 블록(D2)은 바람직하게는 폭(d2= m2λpB/2)을 가지며, 상기 제 3 블록(D3)은 바람직하게는 폭(d3= m3λpB/2)을 가지고, 상기 제 4 블록(D4)은 바람직하게는 폭(d4= m4λpB/2)을 가지며, 상기 제 5 블록(D5)은 바람직하게는 폭(d5= m5λpB/2)을 가지고, 여기서 m1≤m2≤m3≥m4≥m5는 정수이다. 바람직하기로, m1= m5이고 m2= m4이다. 일반적으로, 매개변수(m)의 선택으로 생성된 새로운 통과밴드(PB')의 폭을 결정한다. 이점적으로, m1∼ m5의 값을 변경함으로써 통과대역의 편평해진 대역을 결정할 수 있다.
도 7b에서, 도 7a 필터의 파장에서의 스펙트럼 반응 그래프가 도시되어 있다. 새로운 통과밴드(PB')는 도 6b의 정지대역의 중심 파장 λSB에 해당하는 파장 λpB'을 중심으로 한다. 도 6 및 도 7 예의 컷들의 치수들이 동일함을 주목해야 한다.
이 새로운 통과대역(PB')은 실질적으로 편평하며, 또한 새로운 정지대역(SB')도 실질적으로 편평하다. 이는 필터에 의하여 반사된 채널과 전송된 채널 모두가 실질적으로 동일한 모양을 유지함을 의미한다. 반사되거나 전송된 채널과 연관된 각 신호는 실질적으로 왜곡에 의하여 영향받지 않는다.
컷들은 빛이 가이드되지 않는 영역들이다; 이와 반대로 빛이 블록들로 가이드된다. 이러한 컷들의 폭은 채널의 광학적 세기의 손실을 결정할 수 있다. 1500㎚ 부근의 파장에서 컷들은 약 360-380㎚일 수 있다. 이 경우, 손실들은 컷들의 치수를 줄이고 동일한 커플로의 해당하는 블록의 치수를 증가시킴으로써 감소될 수 있다.
예를 들어, 도 11에서 반사커플을 제공하는 블록과 컷의 치수 그래프가 도시되어 있다. 특히, 4개의 곡선들이 도시되어 있다. 제 1 곡선(C1)은 dcut+ dblock= λ/2이고, 재료(블록)의 굴절률 n1=1.5을 갖는다. 상기 곡선은 실질적으로 직선이다. 제 2 곡선(C2)은 재료(블록)의 굴절률 n2=1.45을 갖는다. 제 3 곡선(C3)은 재료(블록)의 굴절률 n3=3을 갖는다. 제 4 곡선(C4)은 재료(블록)의 굴절률 n4=3.33을 갖는다.
상기 곡선(C2, C3 및 C4)은 컷의 폭 변화를 블록의 또 다른 폭 변화로 어떻게 보상시킬 수 있는 지를 도시하고 있다. 포인트(P)는 필터의 공진이 완전한 점, 즉, 조건(dcut+ dblock)이 정확히 λ/2배인 점이다. 그러나, 곡선들은 컷과 블록의 다른 치수로 충분한 공진조건이 발견될 수 있음을 도시한 것이다.
예
본 출원인은 도 3 및 도 4에 도시된 구성을 갖는 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치 중 한 필터의 시뮬레이션을 실행하였다. 특히, 시뮬레이션에서 층들과 릿지들의 치수는:
기저 클래딩(42) 높이 = 8.57㎛
코어(43) 높이 = 896㎚
상부 클래딩(44) 높이 = 208㎚
층(42, 43 및 44) 폭 = 40㎛
모든 릿지들의 높이 = 100㎚
모든 릿지들의 폭 = 6㎛
이다. 사용된 재료들(릿지용 실리카, 기저 클래딩 및 상부 클래딩용 실리카, 코어용 실리카 니트라이드)은 전송된 파장들과 관계있다. 특히, 도 3의 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치는 각각의 810, 830, 850 및 870㎚ 파장에서 4개의 채널을 분리할 수 있다. 다른 파장에서는 다른 재료들, 예를 들어, 갈륨 아르세나이드(gallium arsenide), 인듐 포스페이트 알루미늄(indium phosphate aluminum)을 사용할 수 있다.
각 필터는 상기 전송파장 중 하나에 집중된다. 특히, 제 1 필터(452)는 810㎚에서 신호를 전송하고 다른 파장들은 반사시킨다. 제 2 필터(462)는 830㎚에서 신호를 전송하고 다른 파장들은 반사시킨다. 제 3 필터(472)는 850㎚에서 신호를 전송하고 다른 파장들은 반사시킨다. 제 4 필터(482)는 870㎚에서 신호를 전송하고 다른 파장들은 반사시킨다.
시뮬레이션은 장치의 제 2 필터(462)에 대한 것이다. 다른 필터들은 실질적으로 유사한 방법으로 설계될 수 있다. 도 8에서 필터의 계략도가 예시되어 있다.
필터는 10개의 결함(DF1-DF10)과 36개 컷들을 포함한다. 특히, 필터는 수직축(Y')에 대하여 대칭이다(D1의 치수는 D10의 치수와 같고, D2의 치수는 D9의 치수와 같으며, 이하동일함). 구조는 직렬로 제 1 전송커플(제 1 결함 DF1), 2개의 반사커플, 제 2 전송커플(제 2 결함 DF2), 3개의 반사커플, 3개의 반사커플, 제 3 전송커플(제 3 결함 DF3), 3개의 반사커플, 제 4 전송커플(제 4 결함 DF4), 3개의 반사커플, 제 5 전송커플(제 5 결함 DF5), 3개의 반사커플, 제 6 전송커플(제 6 결함 DF6), 3개의 반사커플, 제 7 전송커플(제 7 결함 DF7), 3개의 반사커플, 제 8 전송커플(제 8 결함 DF8), 3개의 반사커플, 제 9 전송커플(제 9 결함 DF9), 2개의 반사커플, 제 10 전송커플(제 10 결함 DF10)을 포함한다.
컷들과 결함들의 치수는 다음과 같다:
컷(dcut)의 폭 = 102㎚,
결함(D1, ..., D10")이외의 다른 컷들 사이의 블록 폭 d = 204㎚,
결함 D1 및 D2의 폭 d1= 1725㎚,
결함 D2 및 D9의 폭 d2= 2000㎚,
결함 D3 및 D8의 폭 d3= 3103㎚,
결함 D4, D5, D6 및 D7의 폭 d4= 3379㎚.
상기 필터의 스펙트럼 반응이 도 9에 도시되어 있다. 상기 그래프는 지향된, 예를 들어 컷 면에 수직한, 입사광 빔에 대한 스펙트럼 반응이다. 도 9의 그래프는 도 3의 필터와 같이 입사빔이 릿지의 방향과 동일한 경사진 필터의 스펙트럼 반응의 양호한 실질적인 근사이다. 이러한 경우에서, 도파관들의 릿지들은 컷 면에 수직하지 않고, 상지 릿지들은 다음 도파관에서 반사된 빔을 안내하도록 하는 방식으로 지향된다.
통과대역(PB')의 중심 파장은 실질적으로 약 830㎚이다; 이는 이러한 파장에서 채널이 상기 필터에 의하여 전송됨을 말한다.
본 발명의 멀티플렉서/디멀티플렉서는 양방향 장치이다. 다른 파장의 신호들은 양방향으로 도파관을 따라 이동될 수 있다. 더욱이, 필터들은 양방향 필터들이다. 광 근거리 통신망에서 양방향 신호들이 잇점적으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 전화 및/또는 인터넷 디지털 또는 아날로그 신호들은 양방향 장치를 필요로 한다. 예에서 4개의 채널 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치가 도시되어 있다. 동일하게, 더 많은 채널들이 추가될 수 있다. 특히, 제 5 채널, 예를 들어 모니터 신호가 반대방향으로 사용될 수 있다. 이 경우 기판상에 또 다른 도파관(릿지) 및 또 다른 필터가 제공된다.
본 발명의 장치는 반도체 기판상에 구현된다. 이점적으로, 동일한 기판상에 전자회로를 구현할 수 있다. 기판은 이점적으로 광학장치 및 전자장치 모두를 포함할 수 있다; 따라서, 본 발명은 감소된 치수를 갖는 컴팩트 장치를 제공한다.
본 발명은 많은 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 구성들을 제공할 수 있다. 도 10에서, 예를 들어, 멀티플렉서장치(4')의 다른 구성이 도시되어 있다. 예에서 상기 장치는 각각 810㎚, 830㎚, 850㎚ 및 870㎚의 4개 채널을 갖는 CDWM 신호를 분리할 수 있다. 특히, 본 장치는 제 1 도파관(45'), 제 2 도파관(46'), 제 3 도파관(47') 및 제 4 도파관(48')을 포함한다. 상기 제 1 도파관상에 제 1필터(451')와 제 2 필터(452')가 형성된다. 상기 제 2 도파관(46')상에 제 3 필터(461')가 형성된다. 제 1 도파관의 단부에 CWDM 신호가 입력된다. 제 1 필터(451')는 850㎚ 및 870㎚의 채널들은 전송시키고 2개의 나머지 채널들은 제 2 도파관(46')으로 반사시킨다. 제 2 필터(452')는 850㎚의 채널은 출력부로 전성시키고 870㎚의 채널은 상기 제 4 도파관(48') 및 또 다른 출력부로 반사시킨다. 제 3 필터는 830㎚의 채널은 출력부로 전송시키고 810㎚의 채널은 상기 제 3 도파관(47') 및 또 다른 출력부로 반사시킨다. 이 실시예에서 상기 제 1 필터는 2개의 채널(예를 들어 840에서 880까지)을 포함하는 대역을 전송할 수 있다. 본 발명에 의하여 매우 큰 대역을 갖는 필터를 제공할 수 있다; 상기 큰 대역은 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판상에 복수의 도파관들; 및
    상기 복수의 도파관들 중 하나에 구현된 적어도 하나의 파장선택필터를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 파장선택필터는 파장들(PB')의 제 1 기설정된 대역을 전송하고 파장들(SB')의 제 2 기설정된 대역을 반사시킬 수 있으며,
    상기 적어도 하나의 파장선택필터는 고굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 1 영역과 저굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 2 영역을 구비하고, 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 서로 인접해 있고, 큰 갭의 변조 굴절률을 갖는 구조를 형성하는 식으로, 서로 직렬로 배치된 상기 제 1 기설정된 대역을 제공하는 복수의 전송커플들과 상기 제 2 기설정된 대역을 제공하는 복수의 반사커플들을 형성하는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저굴절률을 갖는 영역들은 상기 도파관들 상에 제공된 복수의 횡단컷에 의하여 구현되고, 상기 고굴절률을 갖는 영역들은 2개의 연속 컷사이에 형성된 블록들인 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각각의 커플은 하나의 컷과 하나의 블록을 포함하는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 전송커플과 제 2 전송커플 사이에 적어도 하나의 반사커플이 배치되는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 필터의 제 1 절반에서 상기 전송커플의 블록들은 빛의 전파방향으로 폭이 증가되는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 절반에서 연속한 반사커플들은 빛의 전파방향으로 수적으로 증가되는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사커플들은 동일한 폭을 갖는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터의 제 2 절반은 상기 제 1 절반과 대항 대응하는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 구조의 제 2 절반은 상기 제 1 절반에 대하여 대칭인 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사커플에서 상기 컷의 폭과 상기 블록의 폭의 합이 실질적으로 상기 제 2 기설정된 대역(SB')의 중심 파장의 1/4 짝수배인 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 전송커플에서 상기 컷의 폭과 상기 블록의 폭의 합이 실질적으로 상기 제 1 기설정된 대역(PB')의 중심 파장의 1/4 홀수배인 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 도파관 중 적어도 하나가 릿지를 포함하는 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 반도체 기판인 광 멀티플렉서/디멀티플렉서 장치.
  14. 파장의 제 1 기설정된 대역(PB')은 전송하고 파장의 제 2 기설정된 대역(SB')은 반사시킬 수 있도록 광도파관상에 구현되는 광파장선택필터에 있어서,
    고굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 1 영역과 저굴절률을 갖는 적어도 하나의 제 2 영역을 구비하고,
    상기 제 1 영역과 제 2 영역은 서로 인접해 있으며, 큰 갭의 변조 굴절률을 갖는 구조를 형성하는 식으로, 서로 직렬로 배치된 제 1 기설정된 대역을 제공하는 복수의 전송커플과 제 2 기설정된 대역을 제공하는 복수의 반사커플을 형성하는 것을 특징으로 하는 광파장선택필터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저굴절률을 갖는 영역들은 상기 도파관들 상에 제공된 복수의 횡단컷에 의하여 구현되고, 상기 고굴절률을 갖는 영역들은 2개의 연속한 컷 사이에 형성된 블록들인 광파장선택필터.
  16. 기판상에 광파장선택필터를 제조하는 방법에 있어서,
    기판상의 광투과성 재료에 도파관을 설치하는 단계; 및
    서로 직렬로 배치된 파장들의 제 1 기설정된 대역을 제공하는 복수의 전송커플과 제 2 기설정된 파장대역을 제공하는 복수의 반사커플을 형성하며 상기 도파관상에 복수의 컷을 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광파장선택필터 제조방법.
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