KR100799659B1 - 광기능회로 - Google Patents

Abstract

홀로그램 파동전달매체를 적용하여, 투과 손실, 크로스 토크 등이 적은 회로특성이 양호한 광기능회로를 제공한다. 기판 위에 복수개의 회로요소가 형성된 광기능회로는, 회로요소의 소정의 출력포트로부터 출사되지 않는 누설광이 다른 회로요소와 결합하지 않도록, 누설광의 광로를 변환하는 파동전달매체를 구비하였다. 이 파동전달매체는 기판 위에 형성된 클래드층과, 클래드층에 매설된 코어로 이루어지는 광도파로에 의해 구성되며, 광도파로의 일부가 다중산란하는 굴절율 분포에 의해 형성되어 있다.

파동전달매체, 광기능회로, 누설광, 광도파로

Description

광기능회로{Optical Functional Circuit}

본 발명은 광기능회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 2차원적인 굴절율 분포에 따른 다중산란에 의해 홀로그램에 파동을 전달시키는 홀로그램 파동전달매체를 사용한 광기능회로에 관한 것이다.

광통신 분야에서는 광의 분기, 간섭을 용이하게 실현할 수 있는 광회로로서, 광도파로 구조를 이용한 집적광 부품이 개발되어 왔다. 광의 파동으로서의 성질을 이용한 집적광 부품은, 광도파로의 길이 조정에 의해 광 간섭계의 제작을 용이하게 하거나, 반도체 분야에서의 회로 가공 기술을 적용함으로써 광부품의 집적화가 용이해진다.

이와 같은 광도파로 구조는, 광도파로 안을 전파하는 광을 굴절율의 공간적 분포를 이용하여 공간적인 광가둠을 실현하는 '광가둠 구조'이다. 광회로를 구성하기 위해서는, 광배선 등을 사용하여 각 구성요소를 종렬(縱列)로 접속하게 된다. 이 때문에, 광도파로 회로의 광로 길이는, 광회로 안에서 간섭 현상 등을 일으키기 위하여 요구되는 광로 길이보다 길어지지 않을 수 없으며, 그 결과 광회로 자체가 매우 커지는 문제가 있다.

예를 들어, 전형적인 어레이 도파로 격자를 예로 들면, 입력포트로부터 입력 된 복수개의 파장(λ_j)의 광은 슬래브 도파로를 가지는 스타 커플러(Star Coupler)에 의해 분파, 합파를 반복하고, 분파된 광이 출력포트로부터 출력되는데, 파장의 1/1000 정도의 분해능력으로 광을 분파하기 위하여 필요한 광로 길이는, 도파로를 전파하는 광의 파장의 수만배가 된다. 또한, 광회로의 도파로 패터닝을 비롯하여, 편광상태에 의존하는 회로특성을 보정하기 위한 파장판 등을 설치하기 위한 가공을 실시할 필요도 있다(예를 들어, Y.Hibino, "Passive optical devices for photonic networks", IEIC Trans. Commun., Vol.E83-B No.10, (2000)).

또한, 광회로의 소형화를 위해서는, 광을 도파로 안에 강하게 가둘 필요가 있다. 따라서, 광도파로는 매우 큰 굴절율차를 가질 필요가 있다. 예를 들어, 종래의 스텝 인덱스형 광도파로에서는 비굴절율(比屈折率) 차가 0.1%보다 큰 값이 되도록, 굴절율의 공간적 분포를 가지도록 광도파로를 설계한다. 이와 같은 커다란 굴절율차를 이용하여 광을 가두면, 회로구성의 자유도가 제한되게 된다. 특히, 광도파로 안에서의 굴절율차를, 국소적인 자외선 조사, 열광학 효과 또는 전기광학 효과 등에 의해 실현하려고 하여도, 얻어지는 굴절율의 변화량은 겨우 0.1% 정도이다.

더욱이, 광의 전파 방향을 변화시키는 경우, 광도파로의 광로를 작은 곡률(曲率)로 구부리면, 전파하는 광이 광도파로로부터 새어나와 투과 손실이 커지는 등, 회로특성이 열화한다. 따라서, 광의 전파 방향을 변화시키기 위해서는, 광도파로의 광로에 따라 서서히 방향을 바꾸지 않으면 안되어, 광회로 길이가 필연적으로 매우 길기 때문에, 결과적으로 광회로의 소형화가 어려워진다.

그래서, 종래의 광도파로 회로, 홀로그램 회로를 사용한 광회로보다 소형으로, 완만한 굴절율 분포, 즉 작은 굴절율차로도 충분히 고효율의 광신호 제어를 가능하게 하는 파동전달매체를 사용함으로써, 고효율로 소형의 광회로를 실현한다.

하지만, 파동전달매체는 가상적인 메쉬에 의해 획정되는 가상적인 각각의 픽셀이 가지는 굴절율에 의해, 광신호를 다중산란시키면서 입력포트로부터 출력포트로 전파시킨다. 따라서, 메쉬형상의 픽셀을 제작할 때의 제작 오차에 의해, 전파광의 누설이 발생한다. 이에 의해, 출력포트로 출력되는 전파광과, 동일 파장의 누설된 전파광이 간섭을 일으키거나, 파장이 달라 간섭을 일으키지 않는 경우에도 크로스 토크(cross-talk)가 발생한다.

또한, 파동전달매체는 간섭의 효과를 사용하여 전파시키기 때문에, 광로가 커다란 각도를 가질 수 없으며 크로스 토크도 크다. 간섭의 효과는 입사하는 광의 각도에 따라 다르기 때문에, 비스듬히 입사하는 성분의 비율이 높은 것은, 크로스 토크를 열화시키는 하나의 원인이 된다. 특히, 입출력포트 근방에서의 광의 빔 직경이 작은 영역에서는, 광의 진행방향에 대하여 비스듬하게 입사하는 성분의 비율이 크기 때문에 크로스 토크를 열화시킨다. 이와 같은 크로스 토크의 열화에 의해 광회로의 투과손실이 커지는 등, 회로특성이 열화한다는 문제가 있었다.

더욱이, 파동전달매체에서의 입력포트 부근과 출력포트 부근의 메쉬형상의 픽셀은, 일종의 렌즈로서 기능하여 집광할 수 있다. 하지만, 메쉬형상의 픽셀 때문에 집광위치의 판별이 어려워, 다른 광소자와의 접속이 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명의 제 1 목적은 홀로그램 파동전달매체를 적용하여, 투과손실, 크로스 토크 등이 적은 회로특성이 뛰어난 광기능회로를 제공하는데 있다. 또한, 제 2 목적은 홀로그램 파동전달매체를 적용한 광도파로 디바이스의 접속을 용이하게 하여, 투과손실, 크로스 토크가 작은 광기능회로를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 기판 위에 복수개의 회로요소가 형성된 광기능회로는, 회로요소의 소정의 출력포트로부터 출사되지 않은 누설광이 다른 회로요소와 결합하지 않도록, 누설광의 광로를 변환하는 파동전달매체를 구비한다. 이 파동전달매체는 기판 위에 형성된 클래드층과, 클래드층에 매설된 코어로 이루어지는 광도파로에 의해 구성되며, 광도파로의 일부가 다중산란하는 굴절율 분포에 의해 형성되어 있다.

또한, 파동전달매체를 포함하는 광기능회로에서는, 파동전달매체에 획정된 입력포트로부터 입사된 광신호 중, 파동전달매체에 획정된 소정의 출력포트로 출사되지 않은 미광(stray light)이 다른 출력포트와 결합되지 않도록, 입력포트의 광축과 소정의 출력포트의 광축이 서로 일치하지 않도록 배치되어 있다.

더욱이, 기판 위에 파동전달매체에 획정된 입출력포트를 규정하는 얼라인align)용 마커(marker)를 형성한다. 입출력포트와 광학적으로 결합하는 광학부품을 가지는 부재에 형성된, 광학부품의 집광위치를 규정하는 얼라인용 마커와, 포트를 규정하는 얼라인용 마커의 위치맞춤에 의해 포트와 광학부품을 광학적으로 결합시킨다.

또한, 기판 위에 파동전달매체에 획정된 입출력포트를 규정하는 모니터용 도파로를, 입력포트가 형성된 단면(斷面)으로부터 출력포트가 형성된 단면까지 형성한다. 입출력포트와 광학적으로 결합되는 광학부품을 가지는 부재에 형성된, 광학부품의 집광위치를 규정하는 얼라인용 광 화이버와, 모니터용 도파로와의 위치맞춤에 의해 입출력포트와 광학부품을 광학적으로 결합시킨다.

도 1a는 파동전달매체의 기본구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1b는 파동전달매체의 기본구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 1c는 파동전달매체의 기본구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 파동전달매체의 공간적인 굴절율 분포를 결정하기 위한 계산순서를 나타내는 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 합분파(合分波) 회로를 나타내는 도면이다.

도 4는 광 합분파 회로의 투과 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

도 5는 광분기 회로에서의 누설광 제거방법을 나타내는 도면이다.

도 6은 실시예 1에 따른 누설광 제거방법을 적용한 광분기 회로의 삽입손실을 나타내는 도면이다.

도 7은 MZ형 파장 합분파 회로에서의 누설광 제거방법을 나타내는 도면이다.

도 8a는 미광 가이드가 없는 MZ형 파장 합분파 회로의 투과 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

도 8b는 실시예 2에 따른 누설광 제거방법을 적용한 MZ형 파장 합분파 회로의 투과 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 미광 제거방법을 나타내는 도면이다.

도 10은 실시예 3에 따른 광 합분파 회로의 투과 스펙트럼을 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명의 실시예 4에 따른 미광 제거방법을 나타내는 도면이다.

도 12는 본 발명의 실시예 5에 따른 미광 제거방법을 나타내는 도면이다.

도 13은 본 발명의 실시예 6에 따른 미광 제거방법을 나타내는 도면이다.

도 14는 본 발명의 실시예 7에 따른 미광 제거방법을 나타내는 도면이다.

도 15는 본 발명의 실시예 8에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타내는 도면이다.

도 16은 본 발명의 실시예 9에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타내는 도면이다.

도 17은 본 발명의 실시예 10에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타내는 도면이다.

도 18은 본 발명의 실시예 11에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타내는 도면이다.

도 19는 본 발명의 실시예 12에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타내는 도면이다.

도 20은 본 발명의 실시예 13에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타내는 도면이다.

도 21은 본 발명의 실시예 14에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타내는 도면이다.

도 22는 본 발명의 실시예 15에 따른 광회선 종단장치의 구성을 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 실시예의 광기능회로는 복수개의 산란점에 의해 획정되는 홀로그램 파동전달매체로서, 2차원적인 굴절율 분포에 따른 다중산란에 의해 홀로그램에 파동을 전달시킨다.

먼저, 본 발명에 사용하는 파동전달매체의 기본적인 개념에 대하여 설명한다. 여기서는 광회로에 적용할 것이기 때문에, 파동전달매체 안을 전파하는 '파동'은 '광'이다. 한편, 파동전달매체에 따른 이론은 일반적인 파동방정식에 근거하여 매질의 특성을 지정하는 것이며, 일반적인 파동에 있어서도 원리적으로 성립할 수 있는 것이다. 파동전달매체는 가간섭성(coherent) 광의 패턴을 입력하여 원하는 광의 패턴을 출력하기 위하여, 파동전달매체 안을 전파하는 순전파광과 역전파광의 위상차이가, 파동전달매체 안의 어느 장소에서도 작아지도록 굴절율 분포가 결정된다. 굴절율 분포에 따른 국소적인 레벨의 홀로그램 제어를 다중으로 반복함으로써, 원하는 광의 패턴이 출력된다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하여 본 발명에 따른 파동전달매체의 기본구조를 설 명한다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 광회로기판(1) 안에 파동전달매체에 의해 구성되는 광회로의 설계영역(1-1)이 존재한다. 광회로의 한쪽 단면은 입력광(IN)이 입사하는 입사면(2-1)이다. 입력광(IN)은 파동전달매체로 구성된 공간적인 굴절율 분포를 가지는 광회로 안을 다중산란하면서 전파하고, 다른 쪽 단면인 출사면(2-2)으로부터 출력광(OUT)으로서 출력된다. 도 1a에서의 좌표 z는 광의 전파방향의 좌표(x=0이 입사면, z=z_e가 출사면)이며, 좌표 x는 광의 전파방향에 대한 가로방향의 좌표이다. 한편, 본 실시예에서 파동전달매체는 유전체로 이루어지는 것으로 가정하고, 공간적인 굴절율 분포는 파동전달매체를 구성하고 있는 유전체의 국소적인 굴절율을 후술하는 이론에 근거하여 설정함으로써 실현된다.

입력광(IN)이 형성되어 있는 '장(場)'(입력필드)은, 광회로를 구성하는 파동전달매체의 굴절율의 공간적 분포에 따라 변조되어, 출력광(OUT)이 형성하는 '장'(출력필드)으로 변환된다. 바꿔 말하면, 본 발명의 파동전달매체는 그 공간적인 굴절율 분포에 따라 입력필드와 출력필드를 상관시키기 위한 (전자)필드 변환수단이다. 한편, 이 입력필드 및 출력필드에 대하여, 광회로 안에서의 전파방향(도면에서 z축방향)에 수직한 단면(도면에서 x축에 따른 단면)에서의 광의 필드를, 그 장소(x,z)에서의 (순)전파상(전파 필드 혹은 전파광)이라고 부른다(도 1b 참조).

여기서, '필드'란, 일반적으로 전자장(전자계) 혹은 전자장의 벡터 포텐셜장을 의미한다. 본 실시예에서 전자장의 제어는, 광회로 안에 설치된 공간적인 굴절율 분포, 즉 유전율의 분포를 바꾸는 것에 상당한다. 유전율은 텐서(tensor)로서 주어지는데, 통상 편광상태 사이의 천이는 그다지 크지 않기 때문에, 전자장의 한 성분만을 대상으로 하여 스칼라파 근사(approximation)하여도 좋은 근사가 된다. 그래서, 본 명세서에서는 전자장을 복소(complex) 스칼라파로 한다. 한편, 광의 '상태'에는 에너지 상태(파장)와 편광 상태가 있기 때문에, '필드'를 광의 상태를 표현하는 것으로서 사용하는 경우에는, 광의 파장과 편광 상태도 포함할 수 있게 된다.

또한, 통상 전파광의 증폭이나 감쇠를 일으키기 않는 광회로에서는, 굴절율의 공간적 분포를 결정하면, 초점 이외의 입력광(IN)의 상(입력필드)은, 출력광(OUT)의 상(출력필드)에 대하여 일의적으로 정해진다. 이와 같은 출사면(2-2)측으로부터 입사면(2-1)측으로 향하는 광의 필드를, 역전파상(역전파 필드 혹은 역전파광)이라고 부른다(도 1c 참조). 이와 같은 역전파상은 광회로 안의 장소마다 정의할 수 있다. 즉, 광회로 안의 임의의 장소에서의 광의 필드를 생각했을 때, 그 장소를 가상적인 '입력광'의 출사점으로 생각하면, 상기와 마찬가지로 출력광(OUT)의 상에 대하여, 그 장소에서의 역전파상을 생각할 수 있다. 이와 같이 광회로 안의 각 장소마다 역전파상을 정의할 수 있다.

특히, 단일 광회로에서 출사필드가 입사필드의 전파 필드로 되어 있을 경우에는, 광회로의 임의의 점에서 전파 필드와 역전파 필드가 일치한다. 한편, 필드는 일반적으로 대상으로 하는 공간 전체 위에서의 함수인데, '입사필드' 또는 '출사필드'라고 하는 경우에는, 입사면 혹은 출사면에서의 필드의 단면을 의미한다. 또한, '필드 분포'라고 하는 경우에도, 어느 특정 단면에 관하여 논의하는 경우에는, 그 단면에 대한 필드의 단면을 의미한다.

굴절율 분포의 결정방법을 설명하기 위해서는 기호를 사용하는 것이 알아보기 쉽기 때문에, 각각의 양을 나타내기 위하여 아래와 같은 기호를 사용하기로 한다. 또한, 대상이 되는 광(필드)이 단일 상태의 광으로 한정되지는 않기 때문에, 복수 상태의 광이 중첩된 광을 대상으로 할 수 있게 하기 위하여, 개개의 상태의 광에 인덱스(j)를 대응시켜 일반적으로 표기한다.

·φ^j(x) : j번째의 입사필드(복소 벡터값 함수이며, 입사면에서 설정하는 강도 분포 및 위상의 분포, 그리고 파장 및 편파 특성에 의해 규정된다)

·φ^j(x) : j번째의 출사필드(복소 벡터값 함수이며, 출사면에서 설정하는 강도 분포 및 위상의 분포, 그리고 파장 및 편파 특성에 의해 규정된다)

그리고, φ^j(x) 및 φ^j(x)는 회로 안에서 강도증폭, 파장변환, 편파변환이 이루어지지 않는 한, 광 강도의 총합이 같고(혹은 무시할 수 있을 정도의 손실), 이들의 파장 및 편파 특성 또한 같다.

·{φ^j(x), φ^j(x)}: 입출력 페어(입출력필드의 조합)

{φ^j(x), φ^j(x)}는 입사면 및 출사면에서의 강도분포 및 위상분포, 그리고 파장 및 편파에 의해 규정된다.

·{n_q}: 굴절율 분포(광회로 설계영역 전체 값의 조합)

주어진 입사필드 및 출사필드에 대하여 굴절율 분포가 하나 주었을 때 광의 필드가 결정되기 때문에, q번째 반복 연산으로 주어지는 굴절율 분포 전체에 대한 필드를 생각할 필요가 있다. 그래서, (x,z)를 부정변수로 하여, 굴절율 분포전체를 n_q(x,z)로 표시하여도 되지만, 장소(x,z)에서의 굴절율의 값 n_q(x,z)와 구별하기 위하여, 굴절율 분포 전체에 대해서는 {n_q}로 표시한다.

·n_core : 광도파로에서의 코어부분과 같은, 주위의 굴절율에 대하여 높은 굴절율값을 나타내는 기호.

·n_clad : 광도파로에서의 클래드 부분과 같은, n_core에 대하여 낮은 굴절율값을 나타내는 기호.

·φ^j(z,x,{n_q}) : j번째의 입사필드 φ^j(x)를 굴절율 분포 {n_q} 안에서 z까지 전파시켰을 때의 장소(x,z)에서의 필드값.

·φ^j(z,x,{n_q}) : j번째의 출사필드 φ^j(x)를 굴절율 분포 {n_q} 안에서 z까지 역전파시켰을 때의 장소(x,z)에서의 필드값.

본 실시예에서 굴절율 분포는, 모든 j에 대하여 φ^j(z_e,x,{n_q})=φ^j(x), 또는 그에 가까운 상태가 되도록 {n_q}가 주어진다.

'입력포트' 및 '출력포트'란, 입사단면 및 출사단면에서의 필드가 집중한 '영역'이며, 예를 들어, 그 부분에 광 화이버를 접속함으로써 광 강도를 화이버에 전파할 수 있는 영역이다. 여기서, 필드의 강도분포 및 위상분포는 j번째의 것과 k번째의 것으로 서로 다르게 설계할 수 있기 때문에, 입사단면 및 출사단면에 복수개의 포트를 설치할 수 있다. 또한, 입사필드와 출사필드의 조합을 생각했을 경우, 그 사이의 전파에 의해 발생하는 위상이 광의 주파수에 따라 다르기 때문에, 주파수가 서로 다른 광(즉, 파장이 서로 다른 광)에 대해서는 위상을 포함한 필드 형상이 같은지, 혹은 교차하고 있는지에 상관없이, 서로 다른 포트로서 설정할 수 있다.

여기서, 전자계는 실수 벡터값의 장이며, 또한 파장과 편광상태를 파라메터로서 가지는데, 그 성분의 값을 일반적인 수학적 사용이 용이한 복소수로 표시하고, 전자파의 풀이를 표기한다. 또한, 아래의 계산에서 필드 전체의 강도는 1로 규격화되어 있는 것으로 한다. 도 1b 및 도 1c에 나타낸 바와 같이, j번째의 입사필드 φ^j(x) 및 출력필드 φ^j(x)에 대하여, 전파 필드와 역전파 필드를 각각의 장소의 복소 벡터값 함수로 하여, φ^j(z,x,{n}) 및 φ^j(z,x,{n})으로 표기한다. 이들의 함수 값은 굴절율 분포 {n}에 의해 변하기 때문에, 굴절율 분포 {n}가 파라메터가 된다. 기호의 정의에 의해, φ^j(x) = φ^j(0,x,{n}), 및 φ^j(x) =φ^j(z_e,x,{n})이 된다. 이 함수들의 값은 입사필드 φ^j(x) , 출사필드 φ^j(x) , 및 굴절율 분포 {n}가 주어지면, 빔 전파법 등의 공지의 방법에 의해 쉽게 계산할 수 있다.

이하, 공간적인 굴절율 분포를 결정하기 위한 일반적인 알고리즘을 설명한 다. 도 2에 파동전달매체의 공간적인 굴절율 분포를 결정하기 위한 계산 방법을 나타낸다. 이 계산은 반복 실행되기 때문에, 반복 횟수를 q로 나타내고, (q-1) 번째까지 계산이 실행되어 있을 때의 q번째 계산의 모습이 도시되어 있다. (q-1) 번째 계산에 의해 얻어진 굴절율 분포 {n_q-1}를 근거로, 각 j번째 입사필드 φ^j(x) 및 출사필드 φ^j(x) 에 대하여, 전파 필드와 역전파 필드를 수치 계산에 의해 구하고, 그 결과를 각각 φ^j(z,x,{n_q-1}) 및 φ^j(z,x,{n_q-1})으로 표기한다(스텝 S220).

이 결과들을 근거로, 각 장소 (z,x)에서의 굴절율 n_q(z,x)을 아래의 식에 의해 구한다(스텝 S240).

n_q(z,x) = n_q-1(z,x)-αΣ_jIm[φ^j(z,x,{n_q-1})^*·φ^j(z,x,{n_q-1})] …(1)

여기서, 오른쪽 변 두번째 단항식에서의 기호 '·'는, 내적(內積, inner product)연산을 의미하고, Im[]은 []안의 필드 내적연산 결과의 허수 성분을 의미한다. 한편, 기호 '*'은 공액 복소수(complex conjugate)이다. 계수 α는 n_q(z,x)의 수분의 1 이하의 값을 더욱 필드 조합의 수로 나눈 값으로, 아주 작은 값이다. Σ_j는 인덱스 j에 대하여 합을 구한다는 의미이다.

스텝 S220과 S240을 반복하여, 전파 필드의 출사면에서의 값 φ^j(z_e,x,{n}) 과 출사필드 φ^j(x)의 차이의 절대값이 원하는 오차 d_j보다 작아지면(스텝 S230: YES) 계산이 종료한다.

이상의 계산에서 굴절율 분포의 초기값 {n₀}은 적당히 설정되면 되는데, 이 초기값 {n₀}이 예상되는 굴절율 분포에 근접하면, 그만큼 계산의 수렴이 빨라진다(스텝 S200). 또한, 각 j에 대하여 φ^j(z,x,{n_q-1}) 및 φ^j(z,x,{n_q-1})을 계산하는데 있어서는, 동시(parallel) 계산이 가능한 계산기의 경우에는, j마다(즉, φ^j(z,x,{n_q-1}) 및 φ^j(z,x,{n_q-1})마다) 계산하면 되기 때문에, 클러스터 시스템(cluster system) 등을 이용하여 계산의 효율화를 도모할 수 있다(스텝 S220). 또한, 비교적 적은 메모리로 계산기가 구성되어 있는 경우에는, 식 1의 인덱스 j에 대한 합의 부분에서, 각 q로 적당한 j를 선택하여, 그 만큼의 φ^j(z,x,{n_q-1}) 및 φ^j(z,x,{n_q-1})만을 계산하고, 이후의 계산을 반복하는 것도 가능하다(스텝 S220).

이상의 연산에 있어서, φ^j(z,x,{n_q-1})의 값과 φ^j(z,x,{n_q-1})의 값이 근접한 경우에는, 식 1에서의 Im[φ^j(z,x,{n_q-1})^*·φ^j(z,x,{n_q-1})]는 위상차이에 대응하는 값이 되어, 이 값을 감소시킴으로써 원하는 출력을 얻을 수 있다.

굴절율 분포의 결정은 파동전달매체에 가상적 메쉬를 결정하고, 이 메쉬에 의해 획정되는 미소 영역(픽셀)의 굴절율을 각 픽셀마다 결정하는 것과 바꾸어 말할 수 있다. 이와 같은 국소적인 굴절율은 원리적으로는 그 장소마다 임의의 (원하는) 값으로 할 수 있다. 가장 단순한 계는 저굴절율(n_L)을 가지는 픽셀과 고굴절율(n_H)을 가지는 픽셀만으로 이루어지는 계이며, 이 2종의 픽셀의 공간적 분포에 의해 전체적인 굴절율 분포가 결정된다. 이 경우, 매체 안의 저굴절율 픽셀이 존재하는 장소를 고굴절율 픽셀의 빈틈으로서 관념하거나, 반대로 고굴절율 픽셀이 존재하는 장소를 저굴절율 픽셀의 빈틈으로서 관념할 수 있다. 즉, 본 발명의 파동전달매체는 균일한 굴절율을 가지는 매체 안의 원하는 장소(픽셀)를, 이와 다른 굴절율의 픽셀로 치환한 것으로 표현할 수 있다.

상술한 굴절율 분포결정을 위한 연산 내용을 요약하면 다음과 같다. 파동을 홀로그램으로 전달시킬 수 있는 매체(광의 경우, 유전체)에 입력포트와 출력포트를 마련하고, 입력포트로부터 입사한 전파광의 필드 분포(1)(순전파광)와, 입력포트로부터 입사한 광신호가 출력포트로부터 출력될 때 기대되는 출력필드를 출력포트측으로부터 역전파시킨 위상 공액 광의 필드분포(2)(역전파광)를 수치계산에 의해 구한다. 필드분포(1) 및 필드분포(2)를 전파광과 역전파광의 각 점(x,z)에서의 위상차를 없애도록, 매체안에서의 공간적인 굴절율 분포를 구한다. 한편, 이와 같은 굴절율 분포를 얻기 위한 방법으로서 최급강하법을 채용하면, 각 점의 굴절율을 변수로 하여 최급하강법에 의해 얻어지는 방향으로 굴절율을 변화시킴으로써, 굴절율을 식 1과 같이 변화시켜, 2개의 필드 사이의 차이를 감소시킬 수 있다. 이와 같은 파 동전달매체를 입력포트로부터 입사한 광을 원하는 출력포트에 출사시키는 광부품에 응용하면, 매체안에서 발생하는 전파파끼리의 다중산란에 의한 간섭현상에 의해, 실효적인 광로길이가 길어져, 완만한 굴절율 변화(분포)로도 충분히 높은 광신호 제어성을 가지는 광회로를 구성할 수 있다.

도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 광 합분파 회로를 나타낸다. 상술한 알고리즘에 따라 약 200회 반복함으로써 도 3에 나타낸 굴절율 분포를 가지는 1×2 광 합분파 회로가 얻어진다. 여기서, 도면에서 광회로 설계영역(1-1) 안의 검은색 부분은 코어에 상당하는 고굴절율부(유전체 다중산란부)(1-11)이고, 검은 색 부분 이외의 부분은 클래드에 상당하는 저굴절율부(1-12)이며, 도파로보다 굴절율이 낮은 산란점이다. 클래드의 굴절율은 석영 글래스의 굴절율을 상정하고, 코어의 굴절율은 석영 글래스에 대한 비굴절율이 1.5%만큼 높은 값을 가진다. 광회로의 크기는 세로 300㎛, 가로 140㎛이다. 굴절율 분포를 구할 때의 계산에 사용된 메쉬는 300×140이다. 도 4에 광 합분파 회로의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 투과 스펙트럼으로부터 파장에 따른 광 합분파기가 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

실시예 1

상술한 바와 같이 홀로그램 파동전달매체는, 입력포트로부터 입사한 광을 원하는 출력포트로 출사시킬 수 있다. 그래서, 기판 위에 복수개의 회로요소가 형성된 광기능회로에 있어서, 각각의 회로요소로부터 흘러나온 광(이하, 누설광이라고 한다) 즉, 회로요소의 소정의 출력포트로부터 출사되지 않은 광을 제거하는 광부품으로서 홀로그램 파동전달매체를 사용한다.

도 5에 광 분기 회로에서의 누설광 제거방법을 나타낸다 1x4 광분기 회로는 기판(101)에 형성된 도파로형의 분기회로이며, 입력도파로(102)로부터 입사된 광은 3개의 분기도파로(104a~104c)를 투과하여 4개의 출력도파로(103a~103d)로부터 출사된다. 이 때, 입출력 도파로와 광학적으로 결합하는 광 화이버의 축 어긋남, 모드 부정합에 의해, 1x4 광 분기 회로(101) 안에 누설광이 발생한다. 또한, 분기도파로(104a)에서 발생하는 방사광 또는 소멸광(evanescent light)이 누설광이 되어, 분기도파로(104b, 104c) 및 출력도파로(103a~103d)에 재결합하여, 분기광의 출력 파워의 일양성(一樣性)을 떨어뜨린다. 마찬가지로, 분기도파로(104b,104c)에서 발생한 방사 또는 소멸광이 누설광이 되어 출력도파로(103a~103d)에 재결합하여, 분기광의 출력 파워의 일양성을 떨어뜨린다.

그래서, 분기도파로(104a~104c)에서 발생하는 누설광이 도파로에 다시 결합하는 것을 방지하기 위하여 미광 가이드(105a~105c)를 설치한다. 미광 가이드(105a~105c)는 상술한 파동전달매체이며, 기판(101) 안의 클래드부의 유한 영역에 배치되어 있다. 분기도파로(104a~104c)에서 발생하는 누설광은 미광 가이드(105a~105c)에 의해 기판(101)의 입출력 도파로가 형성되어 있지 않은 측면으로 출사된다.

도 6에 1x4 광분기 회로의 삽입손실을 나타낸다. 파장 1.55㎛의 광을 입사했을 때의, 입력도파로와 각 출력도파로 사이의 삽입손실을 나타낸다. 미광 가이드(105a~105c)를 가지는 경우의 삽입손실의 편차는 0.1dB이고, 미광 가이드가 없는 경우의 삽입손실 편차는 1dB이다. 파동전달매체를 사용한 미광 가이드에 의해 누설 광이 제거되고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 2

도 7에 MZ형 파장 합분파 회로에서의 누설광 제거방법을 나타낸다. MZ형 파장 합분파 회로는 입력도파로(112a,112b)에 결합된 광 커플러(114a)와, 출력도파로(113a,113b)에 결합된 광 커플러(114b)와, 광 커플러(114a)와 광 커플러(114b)를 결합하는 암(arm) 도파로(116a,116b)로 구성되어 있다. 실시예 1과 마찬가지로, 입출력 도파로와 광학적으로 결합하는 광 화이버의 축 어긋남, 모드 부정합에 의해, MZ형 파장 합분파 회로 안에 누설광이 발생한다. 또한, 광 커플러(114a,114b)에서 발생하는 방사광 또는 소멸광이 누설광이 되어, 암 도파로(116a,116b), 출력도파로(113a,113b)에 재결합하여 크로스 토크를 열화시킨다.

그래서, 광 커플러(114a,114b)에서 발생하는 누설광이, 광도파로에 다시 결합하는 것을 막기 위하여, 미광 가이드(115a,115b)를 설치한다. 미광 가이드(115a,115b)는 상술한 파동전달매체로서, 기판(111) 안의 클래드부의 유한 영역에 배치되어 있다. 광 커플러(114a,114b)에서 발생하는 누설광은 미광 가이드(115a,115b)에 의해, 기판(111)의 입출력 도파로가 형성되어 있지 않은 측면으로 출사된다.

도 8a 및 도 8b에 MZ형 파장 합분파 회로의 투과 스페트럼을 나타낸다. 도 8a는 미광 가이드가 없는 MZ형 파장 합분파 회로의 투과 스펙트럼이고, 크로스 토크는 25dB이다. 도 8b는 실시예 2에 따른 누설광 제거방법을 적용한 MZ형 파장 합분파 회로의 투과 스펙트럼이고, 크로스 토크는 40dB이다. 파동전달매체를 사용한 미광 가이드(115a,115b)에 의해 누설광이 제거되고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 1,2에서는 홀로그램 파동전달매체를 누설광을 제거하는 광 부품으로서 적용함으로써, 종래의 광회로에서 복수개의 출력포트 사이에서 간섭을 일으키지 않고, 투과 손실, 크로스 토크 등이 적은 회로특성이 양호한 광기능회로를 실현할 수 있게 된다.

실시예 3

도 4에 나타낸 광 합분파 회로의 투과 스펙트럼을 참조하면, 출력포트 b로 출사되어야 할 전파광의 일부가, 출력포트 a로 출사되고 있는 것을 알 수 있다. 이는 메쉬형상의 파동전달매체를 제작할 때의 제작오차에 의해, 파동전달매체를 투과하는 광의 일부가 소정의 출력포트로 출력되지 않고, 다른 출력포트로 출사되거나 출력포트 이외의 부분으로부터 누설되기 때문이다. 이와 같이, 입력포트로부터 입사된 광 신호 중, 소정의 출력포트로 출사되지 않는 광 즉, 설계상 상정된 회로동작에 기여하지 않거나, 또는 회로동작을 저해하는 전파광을 이하 '미광'이라고 한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 출력포트 b로 출사되어야 할 전파광이, 출력포트 a로 미광이 되어 출사되고 있는 것을 알 수 있다.

이하, 이 미광 제거방법에 대하여 도 3에 나타낸 광 합분파 회로를 예로 들어 상세히 설명한다. 도 9에 본 발명의 실시예 3에 따른 미광 제거방법을 나타낸다. 광 합분파 회로의 입력포트(3-1)의 광축(3-11)에 대하여, 출력포트(3-2)의 광축(3-12a,b)을 좌표 x상에서 가로방향으로 어긋나게 하고 있다. 구체적으로는 도 9를 참조하여 입력포트(3-1)로부터 입사된 광 신호의 빔 퍼짐각의 반값을 θ으로 한 다. 입력포트(3-1)의 광축(3-11)에 대하여 입력포트(3-1)로부터 각도 θ의 2개의 선과, 출사면(2-2)과의 교점보다 바깥쪽에 출력포트(3-2)를 배치하면 된다.

즉, 설계상 상정된 회로동작에 기여하지 않는 전파광 성분은, 굴절율이 서로 다른 픽셀에 의해 산란되기는 하지만, 전체적으로는 거의 직진하기 때문에, 출력포트(3-2)의 광축(3-12a,b)을 입력포트(3-1)의 광축(3-11)에 대하여 어긋나게 설정하는 것만으로, 미광을 제거하는 일정한 효과를 가진다.

도 10에 실시예 3에 따른 광 합분파 회로의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 도 4에 나타낸 스펙트럼과 비교하면, 출력포트 a로 출사되고 있던 미광이 억제되고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 하여, 홀로그램 파동전달매체를 적용함으로써 소형화를 실현할 수 있으며, 복수개의 출력포트 사이에서 간섭을 일으키지 않고, 투과손실, 크로스 토크가 적은 회로특성이 양호한 광기능회로를 실현할 수 있다.

실시예 4

도 11에 본 발명의 실시예 4에 따른 미광 제거방법을 나타낸다. 실시예 3과 마찬가지로, 입력포트(3-1)의 광축(3-11)에 대하여 출력포트(3-2)의 광축(3-12a,b)을 어긋나게 한다. 실시예 4에서는 출력포트(3-2)를 x=x_e 상의 출사면(2-3)으로 설정하여, 광축(3-11)과 광축(3-12a,b)이 직각을 이룬다.

이 때, 굴절율 분포를 구하는 계산은 입력포트(3-1)와 출력포트(3-2)를 잇는 직선을 따라 계산하면 되고, 이 경우, 입력필드와 출력필드를 기울여 주게 된다.

실시예 5

도 12에 본 발명의 실시예 5에 따른 미광 제거방법을 나타낸다. 실시예 4의 구성에 더하여 미광 가이드(4)를 배치한다. 실시예 4에서는 입력포트의 광축(3-11)을 따라 출사면(2-2)의 방향으로 미광이 출력된다고 생각할 수 있다. 그래서, 광축(3-11) 주변의 미광을 모아, 출사면(2-2)의 좌단부로 모아 출력할 수 있도록, 미광 가이드(4)를 배치한다.

미광 가이드(4)의 굴절율 분포를 구하는 계산은, 미광 가이드의 입력 단면을 적당히 결정하고, 입력 단면에서의 미광 필드를 구한다. 이어서, 입력 단면을 기준으로 하는 축을 따라 상술한 알고리즘으로 계산한다.

실시예 6

도 13에 본 발명의 실시예 6에 따른 미광 제거방법을 나타낸다. 실시예 3의 구성에 더하여, 입력 도파로(5-1)와 출력 도파로(5-2a,b)를 배치한다. 도 9에 나타낸 광회로는 광회로 설계영역(1-1) 안에 형성된 파동전달매체의 입력포트(3-1) 및 출력포트(3-2)가 구조적인 경계를 가지지 않기 때문에, 광 화이버와의 접속이 어렵다.

그래서, 광회로 설계영역(1-1) 주변의 기판(1-2)에, 입력포트에 접속된 도파로(5-1) 및 출력포트에 접속된 도파로(5-2a,b)를 형성한다. 광도파로(5-1, 5-2)는 코어부 및 그 주위의 클래드부로 이루어지는 직선 도파로이며, 구조적인 경계를 가지지 않기 때문에, 광 화이버(6-1,6-2)와의 접속이 용이하다.

한편, 실시예 6에서는 직선 도파로를 나타내었지만, 광도파로는 레이아웃에 자유성이 있어, 곡선 도파로도 가능하다. 따라서, 광회로 설계영역(1-1)의 입력포 트 및 출력포트와, 광 화이버와의 위치관계의 자유도가 늘어난다.

실시예 7

도 14에 본 발명의 실시예 7에 따른 미광 제거방법을 나타낸다. 실시예 7은 기판(1-2) 위에 도 2에 나타낸 설계 순서에 의해 설계된 파동전달매체가 형성된 복수개의 광회로 설계영역을 가지는 복합 광회로의 일례이다. 광 화이버(6-1)는 광회로 설계영역(1-1a)의 입력포트에 접속되어 있는 입력 도파로(5-1)와 광학적으로 결합되어 있다. 광회로 설계영역(1-1a)은 예를 들어 광 합분파기이며, 2개의 출력포트를 가진다. 출력포트는 각각 접속도파로(5-3a,b)를 통하여 광회로 설계영역(1-1b)의 입력포트에 접속되어 있다. 광회로 설계영역(1-1b)은 예를 들어 필터회로이며, 2개의 출력포트를 가진다. 출력포트는 각각 출력 도파로(5-2a,b)를 통하여 광 화이버(6-2a,b)에 광학적으로 결합되어 있다.

광회로 설계영역(1-1a)은 실시예 3에 나타낸 바와 같이, 입력포트의 광축에 대하여 출력포트의 광축이 좌표 x상에서 가로방향으로 어긋나 있다. 입력 도파로(5-1)의 주위에는 실시예 5와 마찬가지로, 광 화이버와 입력 도파로와의 접속부에서 발생하는 미광이, 광회로 설계영역(1-1a)에 입력되지 않도록 미광 가이드(4-2)를 배치한다.

또한, 도파로(5-3a,b)의 주위에는 출력포트와 도파로와의 접속부에서 발생하는 미광이 광회로 설계영역(1-1b)으로 입력되지 않도록, 미광 가이드(4-3)를 배치한다. 출력 도파로(5-2a,b)의 주위에도 출력포트와 도파로와의 접속부에서 발생하는 미광이 광 화이버에 결합되지 않도록 미광 가이드(4-4a,b)를 배치한다.

이와 같이 하여, 접속부에서 발생하는 미광, 파동전달매체에서 발생하는 미광이, 다음 단의 광회로에 입력되지 않도록 하여, 각각 회로특성이 좋은 광회로를 구성할 수 있다. 또한, 홀로그램 파동전달매체를 적용함으로써 광회로의 소형화를 실현할 수 있다.

실시예 3 내지 실시예 7에서는 홀로그램 파동전달매체를 적용함으로써 광회로의 소형화를 꾀하고, 더욱이 입력포트의 광축과 출력포트의 광축이 서로 일치하지 않도록 배치함으로써 복수개의 출력포트 사이에서 간섭을 일으키지 않아, 투과손실, 크로스 토크가 적은 회로특성이 뛰어난 광기능회로를 실현하는 것이 가능해진다.

실시예 8

상술한 바와 같이, 입출력 도파로와 광학적으로 결합하는 광 화이버의 축 어긋남, 모드 부정합에 의해 누설광이 발생하거나, 미광이 발생한다. 그래서, 홀로그램 파동전달매체를 적용한 광도파로 디바이스의 접속을 용이하게 하여, 투과손실, 크로스 토크가 작은 광기능회로를 실현한다.

도 15에 본 발명의 실시예 8에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타낸다. 도 3에 나타낸 광 합분파 회로에 광 화이버를 접속하고, 도시하지 않은 패키지에 밀봉함으로써 광도파로 디바이스를 구성한다. 기판(10)에 형성된 파동전달매체(11)의 입사단면에서의 입력포트와, 출사단면에서의 출력포트에, 광 화이버(13a~13c)의 단면을 결합한다. 광 화이버(13a~13c)는 고정할 글라스 블록(12a~12c)에 고정되며, 기판(10)과 글라스 블록(12a~12c)의 위치를 맞 추면서 입출력포트에 결합한다.

파동전달매체(11)는 메쉬형상의 픽셀이기 때문에, 구조적인 경계를 가지지 않으므로, 입출력포트의 집광위치를 육안으로 판별하는 것이 어렵다. 그래서, 기판(10)에는 연산시에 결정된 입출력포트의 좌표를 기준으로, 얼라인용 마커(15a~15c)를 형성한다. 얼라인용 마커(15a~15c)는 기판(10)에 도파로 코어를 형성하여도 좋고, 기판(10) 표면에 금속을 형성하여도 좋다. 마주보는 글라스 블록(12a~12c)에도 광 화이버(23a~23c)의 집광위치에 대응한 마커를 형성해 둠으로써, 위치맞춤을 용이하게 실시할 수 있다.

실시예 9

도 16에 본 발명의 실시예 9에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타낸다. 입출력포트 근방의 광의 빔 직경이 작은 영역에 있어서, 광의 진행방향에 대하여 비스듬하게 입사하는 성분의 비율을 줄여 크로스 토크를 억제할 필요가 있다. 그래서, 도 3에 나타낸 광 합분파 회로인 파동전달매체(21)의 입력포트에 도파로(25a)를 접속하고, 출력포트에 광도파로(25b,25c)를 접속한다. 더욱이, 기판(20)에는 모드필드 변환용 파동전달매체(24a~24c)를 형성하여, 광도파로(25a~25c)와 광 화이버(23a~23c)의 결합효율을 향상시킨다.

모드필드 변환용 파동전달매체(24a~24c)와 광 화이버(23a~23c)의 접속에 있어서도, 얼라인용 마커(26a~26c)를 사용한다. 즉, 기판(20)에는 연산시에 결정된 입출력포트의 좌표를 기준으로 얼라인용 마커(26a~26c)를 형성하고, 마주보는 글라스 블록(22a,22b)에도 광 화이버(23a~23c)의 집광위치에 대응한 마커를 형성해 둠 으로써 위치맞춤을 용이하게 실시할 수 있다.

실시예 10

도 17에 본 발명의 실시예 10에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타낸다. 실시예 9와 다른 점은 모드필드 변환용 파동전달매체(24a~24c)의 구성이다.

실시예 9의 파동전달매체(24a~24c)에서는, 가상적인 메쉬에 의해 획정되는 가상적인 각각의 픽셀이 가지는 굴절율(여기서는 2값의 굴절율)에 의해, 파동전달매체의 전체적인 굴절율 분포를 결정하였었다. 실시예 10에서는 상술한 공간적인 굴절율 분포를 결정하기 위한 일반적인 알고리즘을 사용하여, 도 17에 나타낸 바와 같이 광도파로의 코어폭을 광축 방향으로 변조함으로써 굴절율 분포를 결정한다.

파동전달매체(24a)의 코어 폭의 구성방법에 대하여 간단히 설명한다. 광 화이버(23a)로부터 입력된 신호광의 필드와, 파동전달매체(21)로 출력되는 원하는 신호광의 필드의 위상을 반전시킨 필드를 광 화이버(23a)로 전파시킨 필드와의 위상 차이가, 최소가 되는 굴절율 분포를 부여하면, 입력시킨 신호광을 원하는 출력신호광으로 변환할 수 있다. 구체적으로는 광축방향의 각 위치에서의 위상차를 계산하여, 위상차가 정인 경우에는 광도파로의 코어폭을 확대하고, 위상차가 음인 경우에는 광도파로의 코어폭을 축소함으로써 위상차이를 최소화한다. 이와 같은 구성방법에 근거하여, 위상차이가 최소가 되는 광도파로의 코어 폭을 각각 계산하여 구함으로써, 입력한 신호광을 원하는 출력신호광으로 변환할 수 있다.

실시예 11

도 18에 본 발명의 실시예 11에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타낸다. 도 3에 나타낸 광 합분파 회로인 파동전달매체(21)가 형성된 기판(20)과, 발광소자(41)와 수광소자(42)가 놓인 기판(40)을 결합하여, 도시하지 않은 패키지로 밀봉함으로써 광도파로 디바이스를 구성한다. 파동전달매체(21)의 출력포트에 광도파로(25b,25c)를 접속하고, 집광렌즈가 되는 파동전달매체(27a~27b)를 형성하여, 발광소자(41) 및 수광소자(42)의 결합효율을 향상시킨다.

집광렌즈가 되는 파동전달매체(27a~27b)와 발광소자(41) 및 수광소자(42)의 접속에 있어서도, 얼라인용 마커(26b,25c)를 사용한다. 이와 같이 하여 집광렌즈를 파동전달매체로서 기판 위에 형성함으로써, 광도파로 디바이스의 소형화를 꾀할 수 있다. 종래, 광도파로 디바이스를 제작할 때, 발광소자 및 수광소자와, 집광렌즈와, 광 합분파기의 사이에서 광축맞춤이 필요하였지만, 본 실시예에 따르면, 얼라인용 마커에 의한 위치맞춤을 하기만 하면 되므로, 광도파로 디바이스의 제작공정을 단축시킬 수 있다.

실시예 12

도 19에 본 발명의 실시예 12에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타낸다. 도 3에 나타낸 광 합분파 회로인 파동전달매체(21)가 형성된 기판(20)과, 예를 들어 광 스위치(51)와 광 필터(52)가 형성된 기판(50)을 결합하여, 도시하지 않은 패키지로 밀봉함으로써 광도파로 디바이스를 구성한다. 기판(20)의 광도파로(25b,25c)와 기판(50)의 광도파로를, 모드필드 변환용 파동전달매체(24b,24c)에 의해 접속한다.

접속을 위한 위치맞춤에는 도 16의 광 화이버의 경우와 마찬가지로, 얼라인용 마커(26b,26c)를 사용한다. 이와 같이 하여 종래의 PLC 회로와 파동전달매체의 접속도 얼라인용 마커에 의해 쉽게 실시할 수 있으며, 실시예 8, 9와 본 실시예에 따르면, 여러가지 구성의 광도파로 디바이스를 쉽게 조합할 수 있다.

실시예 13

도 20에 본 발명의 실시예 13에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타낸다. 기판(30) 위의 파동전달매체(31)의 입력포트에는 광도파로(35a)를 접속하고, 출력포트에는 광도파로(35b,35c)를 접속한다. 실시예 9와 마찬가지로, 모드필드 변환용 파동전달매체(34a~34c)를 더욱 형성하여, 광도파로(35a~35c)와 입출력용 광 화이버(33a,33b)의 결합 효율을 향상시킨다.

모드필드 변환용 파동전달매체(34a~34c)와 입출력용 광 화이버(33a,33b)의 접속에는 모니터용 도파로(36a,36b)를 사용한다. 즉, 기판(30)에는 연산시에 결정된 입출력포트의 좌표를 기준으로 모니터용 도파로(36a,36b)의 포트를 형성하고, 마주보는 글라스 블록(32a,32b)에도 광 화이버의 집광 위치에 대응한 얼라인용 광 화이버(33a,33b)를 보유시켜 둔다. 얼라인용 광 화이버(33a,33b)와 모니터용 도파로(36a,36b)를 통하여 광원과 광 파워 마커를 접속하고, 광 강도를 측정하면서 접속위치를 정함으로써, 모드필드 변환용 파동전달매체(34a~34c)와 입출력용 광 화이버(33a,33b)의 위치맞춤을 쉽게 실시할 수 있다.

실시예 14

도 21에 본 발명의 실시예 14에 따른 광 합분파 회로를 포함하는 광도파로 디바이스의 구성을 나타낸다. 실시예 13과의 차이는 모드필드 변환용 파동전달매체(34a~34c)가 실시예 10과 마찬가지로 광도파폭을 변조한 파동전달매체로 되어 있는 것이다.

실시예 8 내지 실시예 14에서는 기판 상에 형성된 얼라인용 마커 또는 모니터용 도파로에 의해, 홀로그램 파동전달매체를 적용한 광도파로 디바이스의 접속을 용이하게 할 수 있게 된다.

실시예 15

도 22에 본 발명의 실시예 15에 따른 광회로 종단장치(ONU)의 구성을 나타낸다. ONU는 광 화이버 가입자망의 가입자 집에 설치되는 기기로, 국쪽의 광회선 종단장치(OLT)와의 사이에서 광신호를 송수신한다. OLT-ONU의 다운링크 신호에는 파장 1.55㎛을 사용하고, ONU-OLT의 업링크 신호에는 파장 1.55㎛을 사용한다.

ONU는 PLC 기판(201) 위에 다운링크 신호를 수신하는 PD(202)와, 업로드 신호를 송신하는 LD(203)와, LD(203)의 출력광의 파워를 감시하는 모니터PD(204)와, 업로드 및 다운로드 신호를 합분파하는 WDM필터(205)를 구비하고 있다. 또한, WDM 필터(205)로 파장다중된 신호는 글라스 블록(206)에 고정된 광 화이버(207)를 통하여 OLT와 접속된다. ONU에서는 PD(202)와 광도파로, LD(203)와 광도파로, WDM필터(205)와 광도파로, 광 화이버(207)와 광도파로의 접속부분에서 누설광이 발생한다.

그래서, 상술한 실시예에 기재된 누설광 제거방법 등을 적용한다. 파동전달체(211,212)는 실시예 11에 나타낸 바와 같이 집광 렌즈의 기능을 가지며, 각각 PD(202)와 광도파로, LD(203)와 광도파로의 결합효율을 향상시킨다. WDM 필터와 광도파로의 교차 부분에는 실시예 1, 2에 나타낸 바와 같이 파동전달체로 이루어지는 미광 가이드(213a,213b)를 설치하여, 누설광이 다시 광도파로에 결합하는 것을 방지한다. 또한, PLC 기판(201)과 글라스 블록(206)의 접속에는 실시예 8에 나타내는 바와 같이 마커(215a,215b)를 사용하고, 광 화이버(207)와 광도파로의 결합에는 실시예 9에 나타내는 바와 같이 모드필드 변환용 파동전달매체(214)를 사용한다.

이와 같이 하여, 각각의 접속 부분에서의 광결합의 결합효율을 향상시키는 동시에, 크로스 토크를 억제함으로써, 광수신기로서 S/N의 열화를 피할 수 있다. 또한, 실장공정에서의 접속이 용이해지기 때문에, 실장을 위한 공정수를 줄이고, 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 명세서 내용 중에 포함되어 있음.

Claims (10)

1. 기판 위에 복수개의 회로요소가 형성된 광기능회로에 있어서,

   상기 회로요소의 소정의 출력포트로부터 출사되지 않은 누설광이 다른 회로요소와 결합하지 않도록, 상기 누설광의 광로를 변환하는 파동전달매체를 구비하고,

   상기 파동전달매체는 기판 위에 형성된 클래드층과, 이 클래드층에 매설된 코어로 이루어지는 광도파로에 의해 구성되며, 상기 광도파로의 일부가 다중산란하는 굴절율 분포에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광기능회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 파동전달매체는 가상적인 메쉬에 의해 획정되는 가상적인 각각의 픽셀이 가지는 굴절율에 의해, 상기 파동전달매체의 굴절율 분포가 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 광기능회로.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 파동전달매체는 상기 광도파로의 폭을 광축 방향으로 변조함으로써, 상기 파동전달매체의 굴절율 분포가 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 광기능회로.
4. 기판 위에 형성된 클래드층과, 이 클래드층에 매설된 코어부로 이루어지는 광도파로에 의해 구성되며, 상기 광도파로의 일부가 다중산란하는 굴절율 분포에 의해 형성되어 있는 파동전달매체를 포함하는 광기능회로로서,

   상기 파동전달매체에 획정된 입력포트로부터 입사된 광신호 중, 상기 파동전달매체에 획정된 소정의 출력포트로부터 출사되지 않은 미광이 다른 출력포트와 결합되지 않도록, 상기 입력포트의 광축과 상기 소정의 출력포트의 광축은 서로 일치하지 않도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광기능회로.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 입력포트로부터 입사된 광신호의 빔 퍼짐각의 반값을 θ라고 하면, 상기 입력포트의 광축에 대하여 상기 입력포트로부터의 각도 θ의 2개의 선에 끼워진 영역의 바깥쪽에, 상기 소정의 출력포트가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광기능회로.
6. 기판 위에 형성된 클래드층과, 이 클래드층에 매설된 코어부로 이루어지는 광도파로에 의해 구성되며, 상기 광도파로의 일부가 다중산란하는 굴절율 분포에 의해 형성되어 있는 파동전달매체를 포함하는 광기능회로로서,

   상기 기판 위에, 상기 파동전달매체에 획정된 입출력포트를 규정하는 얼라인용 마커가 형성되고,

   상기 입출력포트에 광학적으로 결합하는 광학부품을 가지는 부재에 형성된, 상기 광학부품의 집광위치를 규정하는 얼라인용 마커와, 상기 포트를 규정하는 얼라인용 마커와의 위치맞춤에 의해 상기 포트와 상기 광학부품을 광학적으로 결합시키는 것을 특징으로 하는 광기능회로.
7. 기판 위에 형성된 클래드층과, 이 클래드층에 매설된 코어부로 이루어지는 광도파로에 의해 구성되며, 상기 광도파로의 일부가 다중산란하는 굴절율 분포에 의해 형성되어 있는 파동전달매체를 포함하는 광기능회로로서,

   상기 기판 위에, 상기 파동전달매체에 획정된 입출력포트를 규정하는 모니터용 도파로가, 입력포트가 형성된 단면으로부터 출력포트가 형성된 단면까지 형성되고,

   상기 입출력포트에 광학적으로 결합하는 광학부품을 가지는 부재에 형성된, 상기 광학부품의 집광위치를 규정하는 얼라인용 광 화이버와, 상기 모니터용 도파로와의 위치맞춤에 의해 상기 입출력포트와 상기 광학부품을 광학적으로 결합시키는 것을 특징으로 하는 광기능회로.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 입출력포트에 광학적으로 결합되는 광학부품은 광 화이버이고, 상기 부재는 상기 광 화이버를 고정하는 글라스 블럭인 것을 특징으로 하는 광기능회로.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 입출력포트에 광학적으로 결합되는 광학부품은 발광소자 또는 수광소자이고, 상기 파동전달매체는 집광렌즈인 것을 특징으로 하는 광기능회로.
10. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 입출력포트에 광학적으로 결합되는 광학부품은 광도파로인 것을 특징으로 하는 광기능회로.

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