KR20010025072A - 다 파장 광 빔을 분할하기 위한 광 디바이스 - Google Patents

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KR20010025072A
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Abstract

다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 광을 포함하는 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스. 광 디바이스는 회절 격자(2)와 입사된 빔을 회절 격자(2) 내에 전송하기 위한 광 시스템(1)을 포함한다. 입사된 빔은 두 개의 부분으로 분할되고, 한 부분은 회절 격자(2) 내로 한 방향으로 전송되며, 다른 부분은 반대 방향으로 회절 격자(2) 내로 전송된다. 바람직하게는, 회절 격자(2)는 두 부분(3, 4)로 형성되어 있으며, 한 빔 부분은 한 방향으로 두 개의 회절 격자 부분 (3, 4)을 통하여 연속적으로 전송되며, 다른 빔 부분은 반대 방향으로 두 개의 회절 격자 부분(3, 4)을 통하여 연속적으로 전송된다. 공통 거울(1)이 광을 회절 격자로 향하게 전송하며, 회절 격자(2)로부터 되돌려진 광을 수신하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 디바이스는 디바이스를 통하여 전송되는 광의 방향을 역으로 함으로서 멀티플렉서로 사용할 수 있다.

Description

다 파장 광 빔을 분할하기 위한 광 디바이스{OPTICAL DEVICE FOR SPLITTING UP A MULTI-WAVELENTH LIGHT BEAM}
다 파장의 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위하여 광 전송 회절 격자를 사용하는 것이 알려져 있다. 이러한 디바이스는다 파장 빔을 회절 격자 내로 송신하기 위한 제 1 광 시스템, 예를 들면 거울을 포함한다. 회절 격자를 통하여 다 파장 빔을 전송하는 것은 서로 다른 각도에서 회절 격자로부터 발생하는 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하는 것이다. 각각의 빔들은 제 2 광 시스템, 예를 들면 또 다른 거울로 전송되어 지며, 이는 각각의 빔을 각각의 도파관 또는 다른 광 경로 디바이스로 송신한다. 이러한 디바이스에서는 광은 한번에 두 개의 광 시스템과 한번의 회절 격자를 통하여 전송된다.
또한, 다 파장 광 빔을 분할하기 위하여 거울 표면에 형성된 광 반사 회절 격자를 사용하는 것이 알려져 있다.
본 발명의 목적은 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 광을 포함하는 각각의 빔으로 분할하기 위한 향상된 광 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명은 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 광을 포함하는 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스에 관한 것이다. 이러한 디바이스를 일반적으로 디멀티플렉서라고 한다.
도 1은 디바이스가 입사된 다 파장 광 빔을 두 부분을 분할하고 각각의 부분을 개별적인 빔으로 분할하기 위하여 전송 회절 격자를 통하여 두 부분을 통과하기 위하여 사용되는 방법을 설명한 광 전송 회절 격자를 포함하는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광 디바이스의 도식적인 다이아그램이다.
도 2는 도 1의 광 디바이스에서 입사된 다 파장 빔의 제 1 부분이 광 전송 회절 격자를 통하여 한 방향으로 통과하는 방법을 보인 도식적인 다이아그램이다.
도 3은 도 1의 광 디바이스에서 입사된 다 파장 빔의 제 1 부분이 광 전송 회절 격자를 통하여 반대 방향으로 통과하는 방법을 보인 도식적인 다이아그램이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 광 디바이스에서 광 전송 회절 격자의 구조를 설명한 도식적인 다이아그램이다.
도 6은 광 반사 회절 격자의 구조를 설명한 도식적인 다이아그램이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따르고 또한 도 6에서 설명한 광 반사 회절 격자를 포함하는 광 디바이스를 보인 도시적인 다이아그램이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시 예에 따르고 도 6에서 설명한 광 반사 회절 격자를 사용한 광 디바이스의 도시적인 다이아그램이다.
도 9는 처프 회절 격자를 사용한 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 광 디바이스의 도식적인 다이아그램이다.
도 10은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 광 디바이스의 부분을 확장한 도식적인 다이아그램이다.
도 11은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 광 디바이스의 도식적인 다이아그램이다.
도 12는 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 광 디바이스의 도식적인 다이아그램이다.
본 발명의 제 1 측면에 따라서, 광 회절 격자와, 입사된 다 파장 광 빔을 회절 격자로 전송함으로서 광 빔의 제 1 부분은 한 방향으로 회절 격자를 통하여 전송되고, 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 광 빔의 제 1 세트로 분할되며, 광 빔의 제 2 부분은 반대 방향으로 회절 격자를 통하여 전송되고, 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 광 빔의 제 2 세트로 분할하기 위한 광 시스템을 포함하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 광의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라서, 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는 광 회절 격자와, 입사된 다 파장 광 빔을 회절 격자로 전송함으로서 입사 빔은 연속적으로 회절 격자의 두 부분을 통하여 전송되고, 입사된 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 광 빔의 세트로 분할하기 위하여 회절 격자의 두 부분이 입사된 광 빔에 연속적으로 동작하기 위한 광 시스템을 포함하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 광을 포함하는 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따라서, 광 회절 격자는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하고, 광 시스템은 입사된 빔의 제 1 부분을 회절 격자의 제 1 부분으로 전송되고, 입사된 빔의 제 2 부분은 회절 격자의 제 2 부분으로 전송되기 위하여 배열되어 있으며, 광 회절 격자는 입사된 빔의 제 1 부분, 즉 회절 격자의 제 1 부분을 지나간 광 빔은 회절 격자의 제 2 부분으로 전송되어 지고, 회절 격자의 두 부분은 입사된 빔의 제 1 부분을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔의 제 1 세트로 분할하기 위하여 구성되어 있고, 또한 입사된 빔의 제 2 부분, 즉 히절 격자의 제 2 부분을 지나간 광 빔은 회절 격자의 제 1 부분으로 전송되어 지고, 회절 격자의 두 부분은 입사된 빔의 제 1 부분을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔의 제 2 세트로 분할하기 위하여 구성되어 있다.
따라서, 상기의 바람직한 실시 예에 있어서, 입사된 다 파장 광 빔은 효과적으로 두 부분으로 분할되며, 이러한 부분의 각각은 광 회절 격자의 두 부분을 통하여 연속적으로 전송되어지며, 두 부분은 회절 격자의 두 부분을 통하여 반대 방향으로 전송되어 진다.
광 회절 격자는 전송 회절 격자 또는 반사 회절 격자중 하나가 될 수 있으며, 회절 격자를 "통하여" 전송되는 광을 여기서 인용되는 것은 광을 전송 회절 격자의 한 쪽에서 다른 족으로 전송하거나 또는 광이 반사 회절 격자의 한 쪽으로 입사되며 회절 격자의 그 쪽으로 되돌려 지는 것 중 하나로서 해석된다.
여기서 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 광 빔으로 인용되는 것은 이산 광 빔 및 인접된 광 빔의 일련을 포함하는 것으로서 간주할 수 있는 광의 연속적인 스펙트럼 둘 다를 포함하는 것으로서 해석될 수 있다.
상기에서 기술한 광 디바이스는 다 파장 빔을 각각의 빔으로 분할하는 것, 즉 디멀티플렉서로서 사용되어 진다. 또한, 동일한 장치가 디바이스를 통하여 광의 전송 방향을 역으로 함으로서 멀티플렉서로 사용될 수 있으며, 본 발명은 디멀티플렉서 또는 멀티플렉서로서 사용되어지는 디바이스를 포함한다.
본 발명의 바람직한 또는 임의적인 특징은 다음에 기술하는 부분 및 종속되는 본 발명의 청구항으로부터 명백하다.
본 발명이 더욱 쉽게 이해되기 위해서 실시 예를 단지 예제의 방법으로서 첨부된 도면을 참조하여 설명할 것이다.
본 발명은 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장을 포함하는 다수의 개별적인 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스에 관한 것이다. 광 디바이스는 광 회절 격자(2)와 광 회절 격자(2) 내에 입사된 광을 전송하기 위한 광 시스템(1)을 포함한다.
입사된 빔은 두 부분으로 분리되며, 이중 한 부분은 회절 격자(2) 내에서 한 방향으로 전송되며, 또 다른 부분은 회절 격자(2) 내에서 반대 방향으로 전송된다. 바람직하게는, 회절 격자(2)는 두 부분(3, 4)으로 형성되며, 한 빔 부분은 두 개의 회절 격자 부분(3, 4)을 통하여 순서적으로 한 방향으로 전송되고, 다른 빔 부분은 두 개의 회절 격자 부분(3, 4)을 통하여 순서적으로 반대 방향으로 전송된다. 공통적인 거울(1)은 광을 회절 격자(2)로 향하게 전송하고 또한 회절 격자(2)로부터 되돌아 오는 광을 수신하기 위하여 사용될 수 있다.
단일 부분을 포함하는 회절 격자가 사용될 수도 있으며, 이러한 구조는 빔의 제 1 부분이 회절 격자를 통하여 한 방향으로 전송되고, 빔의 제 2 부분은 회절 격자를 통하여 반대 방향으로 전송된다. 상기의 구조는 도면에 보인 것과 동일한 구조일 수도 있으나, 단지 회절 격자의 한 부분이 거울로 대치되거나 또는 대치된 회절 격자와 수직인 형태로 구성된 다른 반사 디바이스로 대체된다. 이러한 구조는 기존의 기술보다 더욱 컴팩트한 구조가 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광 디바이스는 종단면에 보인 것과 같은 오목 거울(1)과, 두 부분(3, 4)으로 구성된 광 전송 회절 격자(2)로 구성된다. 초냉광 발광 다이오드(SLD, 10)와 같은 물질에서의 광의 입사된 다 파장 발산 빔은 거울(1)의 표면으로 전송되어진다. 거울(1)의 표면에서 반사가 되면, 광의 다 파장 빔은 시준되어지고, 회절 격자(2)에 관련된 거울의 위치에 의해서 효율적으로 두 부분으로 분할되고 광 전송 회절 격자(2)로 전송되어 진다.
시준된 다 파장 빔의 한 부분(6)은 회절 격자(2)의 왼쪽 부분(도면에 도시된 바와 같이, 3)을 통하여 전송되며, 이곳은 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 개별적인 빔의 제 1 세트로 분할되는 곳이다. 회절 격자의 왼쪽 부분(3)을 떠나게 되면, 상기의 개별적인 빔의 제 1 세트는 회절 격자(2)의 오른쪽 부분(도면에 도시된 바와 같이, 4)을 향하여 전송되며, 이는 상기의 개별적인 빔을 더욱 더 분할하고 나서 그들을 거울(1)로 되돌려 전송한다.
시준된 다 파장 합성 빔의 다른 부분(7)은 회절 격자(2)의 오른쪽 부분(도면에 도시된 바와 같이, 4)을 향하여 전송되고, 이곳은 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 개별적인 빔의 제 2 세트로 분할하는 곳이다. 회절 격자의 오른쪽 부분(4)을 떠나게 되면, 개별적인 빔의 상기 제 2 세트는 회절 격자(2)의 왼쪽 부분(도면에 도시된 바와 같이, 3)을 향하여 전송되며, 이는 상기의 빔들을 더욱 더 분할하고 나서 그들을 거울(1)로 되돌려 전송한다.
따라서, 다 파장의 입사된 광 빔을 개별적인 광 빔으로 분해한 분해능은 입사된 빔을 연속적으로 두 개의 광 전송 회절 격자를 통하여 전송함으로서 증가되어 진다.
거울(1)에서 반사됨으로서, 개별적인 빔의 두 개의 세트는 포커스되어 지고 개별적인 빔들을 이에 대응되는 도파관에서 수신하기 위한 수신 도파관(8)의 세트로 전송되어 진다. 따라서, 다 파장 빔은 서로 다른 파장 또는 회절 격자(2)에 의한 파장의 개별적인 광 빔으로 분할되고, 각각의 개별적인 빔은 거울(1)에 의해서 서로 다른 위치로 포커스됨에 따라서, 수신 도파관(8)의 적절한 위치에 의해서 각각은 개별적인 빔에 대응되는 것을 수신한다. 광 시스템의 기하학적인 배열은 바람직하게는 빔의 두분에서 동일한 도파관의 광이 재결합되고 동일한 출력 도파ㅘㄴ으로 전송하도록 하기 위하여 구성되어 있다. 따라서, 빔의 두 부분은 재 결함됨으로서 공간적으로 일치하게 된다.
입사된 다 파장 광 빔의 두 부분(6,7)의 도 1의 광 디바이스를 통한 광 경로는 도 2 및 도 3에 더욱 명확하게 도시되어 있으며, 이는 각각 두 부분(6 및 7)의 광 경로를 설명한 것이다. 다 파장 광 빔의 각각의 부분(6,7)이 회절 격자(2)의 두 부분(3, 4)을 통하여 순서적으로 전송되며, 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 한 부분(6)은 시계 방향으로 전송되며, 도 3에 도시된 바와 같이, 다른 부분(7)은 반 시계 방향으로 전송되는 것이 명백하다. 그럼에도 불구하고, 상기에서 기술한 바와 같이, 구성은 주어진 파장 또는 협 파장 대역의 광이 상기의 광 회로 주위에서 전송되어 지는 방법에 관계없이 동일한 수신 도파관(8)에 의해서 수신되어 지도록 되어 있다.
광 전송 회절 격자(2)의 두 부분(3, 4)은 입사된 다 파장 광 빔이 요구되는 개별적인 빔으로 분할되도록 설계되어 있다. 회절 격자의 구조는 도 4 및 도 5에 확대되어 도시되어 있다. 도 4는 회절 격자(2)의 한 부분(3)의 평면을 도시한 것이고, 이는 회절 격자가 실리콘과 같은 투과성의 물질의 레이어(13) 상, 즉 실리콘-온-인슐레이터 칩 상에서 일반적인 삼각형의 레세스(11)의 선형 배열로 형성되어 있는 방법을 보인 것이다. 레세스(11)는 거리 d1, d2, d3 등에 의해서 간격져 있다. 도 5는 도 4에서의 선 B-B를 따라 절단한 단면도이며, 이는 레세스(11)가 실리콘-온-인슐레이터 칩의 실리콘 레이어(13)를 따라서 확장되어 있는 것을 보인다. 회절 격자(2)의 부분(4) (도면에 도시되지 않음)은 동일한 방법으로 형성되어 있다. 회절 격자(2)의 두 부분(3,4)은 바람직하게는 서로가 인접되어서 형성되어 있고, 이에 따라서 이들은 도시된 위치에서 만나게 된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 회절 격자(2)의 부분(3)을 형성하는 레세스(11) 어레이는 축(14)에 따라 확장되고, 회절 격자(2)의 부분(4)을 형성하는 레세스 어레이는 축(15)을 따라 확장된다. 두 개의 축(14, 15)은 서로가 각 A로 경사져 있음에 따라서 회절 격자(2)의 부분(3, 4)중 하나를 통하여 전송될 경우, 입사된 다 파장 합성 빔은 다른 부분으로 전송되어 지고, 다른 부분을 통하여 전송될 경우에는 도시된 바와 같이 거울(1)로 되돌려 전송된다.
상기에서 기술한 바와 같이, 거울은 광을 회절 격자(2)로부터 각각의 광 센서(9)로 차례로 인도하는 수신 도파관 (8)의 일련과 같은 광 수신 수단으로 되돌려 주기 위하여 재 전송된다. 예를 들어서, 도파관은 각각의 파장 빔을 수신하기 위하여 각각 위치되어진 집적 립 도파관의 일련을 포함함으로서 빔은 회절 격자(2)에서 산란되어지는 빔들의 파장에 따라서 서로 다른 각도로 거울로부터 되돌려 진다. 립 도파관(8)은 빔을 포토다이오드와 같은 각각의 광 센서(9)로 전송한다. 선택적으로, 도파관(8)은 광 파이버 (도 10에 관련되어서 아래에 기술되는 바와 같이) 어레이에 의해서 대치될 수 있거나 또는 광 파이버 어레이를 인도할 수 있다.
다른 구성으로서, 광 시스템의 기하학적인 구성은 회절 격자를 통하여 반대 방향으로 전송되는 빔의 두 부분을 재 결합하기 위하여, 즉 한 부분을 광원의 출력을 모니터하기 위하여 사용된 경우에서 구성되어 질 수 있다. 이러한 구성은 도 10과 관련되어서 아래에 기술된다.
도 1에 도시된 구성은 빔의 각 부분을 회절 격자의 두 부분을 통하여 연속적으로 전송함으로서 입사된 빔의 산란을 증가한다. 또한, 도 1에 도시된 구성은 컴팩트한 구성이며, 이에 따라서 빔은 회절 격자의 두 부분을 통하여 서로 반대 방향으로 전송되어지는 두 부분으로 분할된다. 또한, 도시된 구성은 광을 회절 격자를 향하여 전송하고 광을 그곳으로부터 되돌려 받기 위하여 동일한 거울을 사용함으로서 상당한 공간을 줄일 수 있다. 더구나, 산란이 증가됨에 따라서, 수신 도파관(8)과 회절 격자(2) 사이의 거리를 줄일 수 있고, 이에 따라서 서로 다른 파장의 빔 간의 바람직한 분할을 더욱 짧은 거리를 통하여 얻을 수 있다.
공간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 또한 구성 요소의 숫적인 면에서의 감소는 디바이스의 제로를 간단화할 수 있으며, 이에 따라서 구성 요소가 적을 수록 결함 요소가 디바이스의 성능에 영향을 끼치는 위험을 작게할 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같은 적은 수의 구성 요소를 포함하는 디바이스의 생산 효율은 더욱 높아지고, 이에 따라서 많은 수의 거울을 사용하는 알려진 구성과 비교하여 생산 단가를 줄일수 있다.
도면에 도시된 광 디바이스는 광 칩, 즉 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 칩을 형성할 수 있다. SOI 칩은 디바이스의 여러가지의 구성 요소를 쉽게 집적할 수 있으며, 상대적으로 낮은 제조 비용이 든다. SOI 칩 및 그 위에 형성된 립 도파관의 상세한 설명은 WO95/08787에 되어 있다.
포토 다이오드 검출기 (도 1에 도시된 바와 같은)와 같은 구성 요소를 실리콘-온-인슐레이터 칩 상에 마운팅하는 방법은 GB2307786A 및 GB2315595A에 설명되어 있다.
입사된 다 파장 빔은 롱 코히런스 렌스 SLD와 같은 광대역 소스에 의해서 제공될 수 있으며, 이는 또한 실리콘-온-인슐레이터 칩상에 마운팅하거나 또는 하이브리다이즈하는 방법이 GB2307786A 및 GB2315595A에 설명되어 있다. 또한, 입사된 다 파장 빔은 다른 소스, 즉 광 파이버에 의해서 도파관(5)에 연결된 외부 소스로부터 수신될 수 있다.
전자 빔 또는 사진 석판술에 위해서 레세스(11)의 선형 어레이를 포함하는 광 전송 회절 격자(2)의 구성 및 동작은 알려져 있으므로 자세하게 설명하지 않을 것이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 레세스(11)는 서로가 수직 각에서 일반적으로 확장되는 두 개의 표면(21, 22)로 형성되어 있으며 제 3 표면(23)에 의해서 연결되어 있다. 거울(1)로부터 반사된 입사된 광 빔(5)의 부분(6)은 레세스 (11) 어레이를 향하여 레이어(13)을 통하여 전송되고, 레이어(13)의 물질의 굴절율이 레세스 내의 물질 (이것은 일반적으로 공기이다)의 굴절율보다 더욱 크기 때문에 레세스의 표면(23)에서 전체 내부 반사를 수행한다. 광 빔은 축(14)에 대응되는 서로 다른 각 위치에서 일련의 피크를 포함하는 간섭 패턴의 형태로 잘 알려진 방법으로서 레세스(11) 어레이를 떠나게 되며, 이러한 각각의 피크는 특별한 파장 또는 협대역 파장의 광을 포함한다.
일반적으로 광 전송 회절 격자(2)는 5 - 20 마이크론의 범위의 길이의 반사 표면(21, 22, 23)을 구비하는 딥 에칭 레세스(11)의 어레이로 구성될 수 있다. 레세스(11) 간의 거리 (d1, d2, d3)은 일반적으로 약 5 - 20 마이크론의 범위가 될 수 있으며, 회절 격자는 일반적으로 500 마이크론에서 2 밀리미터의 범위에서 각각의 축(14, 15)에 따른 길이를 갖는다. 표면(23)은 일반적으로 축(14, 15)에 적절한 각을 갖느다. 축(14, 15)간의 각도 A는 바람직하게는 적절한 각도이고, 이에 따라고 빔 부분(6, 7)은 거울(1)과 회절 격자(2) 사이에서 서로 평행되게 전송된다.
또한, 거울(1)은 광 가이드 레이어를 통하여 모든 방향으로 확장된 딥 에치에 의해서 실리콘의 레이어 내에 형성될 수 있으며, 일반적으로 수 백 마이크론에서 수 밀리미터의 폭이 될 수 있다.
상기에서 기술한 바와 같이, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 광 디바이스의 장점은 광 빔 부분(6, 7)이 반대 방향으로 동일한 광 경로를 따라서 이동되고, 단지 하나의 광 시스템, 즉 거울(1)이 광 빔(5)을 시준하기 위하여 필요하며, 광 회절 격자(3, 4)로 전송하고 광 회절 격자로부터 수신 도파관(8)까지 발생되는 각각의 빔 세트를 전송하기 때문에 컴팩트하다는 것이다.
또한, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 광 시스템은 입사된 광 빔(5)에서 페이즈 분배를 유지하며, 이에 따라서 코히런스의 어떠한 손실도 발생되지 않는다.
도 6은 광 전송 회절 격자에 대한 도 4 및 도 5에 참조된 상기에서 기술된 동일한 방법으로 구성된 광 반사 회절 격자를 도시한 것이다. 반사 회절 격자는 투광성의 물질의 레이어(25)에서 일잔적인 삼각형의 레세스(24)의 선형 어레이로부터 형성된다. 각각의 레세스(24)는 일반적으로 서로가 적절한 각도로 확장된 두 개의 표면(26, 27)을 형성하고 제 3 표면(28)에 의해서 연결되어 있다. 레세스 어레이의 표면(28)은 축(29)을 따라서 확장된다. 레세스(24)는 거리 d1, d2, d3 등에 의해서 간격이 떨어져 있다. 회절 격자의 동작에 있어서, 입사된 광 빔의 부분(30)은 레세스 어레이를 향하여 레이어(25)를 통하여 전송되고, 레이어(25)의 물질의 굴절율이 레세스 내의 물질 (이것은 일반적으로 공기이다)의 굴절율보다 더욱 크기 때문에 레세스의 표면(28)에서 전체 내부 반사를 수행한다. 따라서, 입사된 광 빔은 반사 회절 격자로부터 떨어져서 반사되고, 전송 회절 격자에서와 같이, 반사된 광 빔은 축(29)에 대응되는 서로 다른 각 위치에서 일련의 피크를 포함하는 간섭 패턴의 형태로 잘 알려진 방법으로서 레세스를 떠나게 되며, 이러한 각각의 피크는 특별한 파장 또는 협대역 파장의 광을 포함한다.
도 7은 적절한 각도에서 축을 구성하는 두 부분(31, 32) 및 적절한 각도에서 또한 구성된 두 개의 거울(33, 34)을 포함하는 광 반사 회절 격자를 사용한 광 디바이스를 도시한다. 입사된 다 파장 광 빔(35)은 반사 회절 격자의 제 1 부분(31)에서 제 1 거울(33)로 반사되어 진다. 빔은 회절 격자의 제 2 부분(32)에서 회절 격자의 제 1 부분(31)으로 반사되어 지고, 제 2 거울(34)에서 이것으로부터 반사되어 진다. 입사된 빔(35)은 초기에 회절 격자의 제 1 부분(31)으로부터의 반사에 의해서 서로 다른 파장 및 협대역 파장의 각각의 광 빔으로 분할되고, 회절 격자의 제 2 부분(32)으로부터의 반사에 의해서 더욱 더 분할된다. 도 1에 도시된 디바이스에서 두 부분의 전송 회절 격자에서와 같이, 입사된 다 파장 광 빔을 각각의 단일 파장 또는 협 대역 광 빔으로 분해하는 분해능은 광 반사 회절 격자의 두 부분으로부터 연속적으로 입사된 광 빔을 반사함으로서 증가된다.
도 7은 회절 격자의 제 1 부분(31)을 향하여 전송되어 지고 그것으로부터 회절 격자의 제 2 부분(32)으로 반사되어 지며 이에 따라서 거울(34)에 반사되어 지는 입사 빔(35)을 도시한 것이다. 이러한 경우에 있어서, 빔(35)은 두 부분으로 분할되지 않고, 이것은 각각 회절 격자의 대응되는 부분으로 전송되어 지며, 이에 따라서 회절 격자의 다른 부분에서 반사되어 진다. 그러나, 구성은 이러한 방법, 즉 적절한 거울의 위치에 의해서, 하나 이상의 반 반사 거울 또는 광 시스템의 다른 형태의 사용에 의해서 동작을 향상시킬 수 있다.
도 8은 두 부분(51, 52) 및 렌즈(53)을 포함하는 광 반사 회절 격자를 포함하는 다른 광 디바이스를 도시한다. 입력 도파관(57)으로부터의 입사된 다 파장 광 빔(54)는 렌즈(53)을 통하여 전송됨으로서 시준되어지고, 효율적으로 회절 격자 부분(51, 52)에 대응되는 렌즈(53)의 위치에 의해서 두 개의 빔 부분(55, 56)으로 분할된다. 빔 부분(55)은 회절 격자(51)에 의해서 반사되어지고 분할되며, 빔 부분 (56)은 회절 격자(52)에 의해서 반사되어지고 분할된다. 분할된 빔 부분(55)은 회절 격자(52)에 의해서 전송되어 지고 더욱 반사되며 분할되고, 분할된 빔 부분(56)은 회절 격자(51)에 의해서 전송되어 지고 더욱 반사되며 분할된다. 따라서, 분할된 빔 부분은 렌즈(54)에서 되돌려 전송되며, 이러한 렌즈는 대응되는 출력 도파관 (58)에서 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 광 빔을 포커스한다. 도 1에 도시된 디바이스에서의 두 부분의 전송 회절 격자에서와 같이, 입사된 다 파장 광 빔을 각각의 단일 파장 또는 협 대역 광 빔으로 분해하는 분해능은 입사된 광 빔을 두 개의 광 회절 부분을 통하여 연속적으로 전송함으로서 증가된다.
입력 도파관(57) 및 출력 도파관(58)은 도 1에 따라서 상기에서 보이고 기술한 동일한 방법으로 구성될 수 있다. 편리하게도, 입력 및 출력 도파관은 각각의 광 파이버 (도시되지 않음), 즉 광 파이버 리본을 유도하는 립 도파관을 포함할 수 있다. 도파관은 각각의 빔을 전송할 수 있도록하기 위한 광 파이버르르수신하기 적절한 파이버 결합 수단 (도시되지 않음)을 인도한다.
렌즈(53)는 칩 상에서 에칭된 적절하게 형태를 갖춘 딥-에치 레세스의 형태로 집적회로에서 제공될 수 있다. 이러한 집적 렌즈는 잘 알려져 있음으로 더 설명하지 않는다.
도 9는 두 부분(61, 62)을 포함하는 처프된 광 전송 회절 격자를 사용하는 또 다른 광 디바이스를 도시한다. 입력 도파관(66)으로부터 입사된 다 파장 광 빔 (63)은 효율적으로 두 개의 빔 부분(64, 65)으로 분할된다. 빔 부분(64)은 회절 격자 부분(61)을 통하여 분할되고 전송되어지며, 빔 부분(65)은 회절 격자 부분(62)을 통하여 분할되고 전송되어 진다. 분할된 빔 부분(64)은 회절 격자(62)을 통하여 전송되어지고 더욱 분할되고 전송되어지며, 분할된 빔 부분(65)은 회절 격자(61)을 통하여 전송되어지고 더욱 분할되고 전송되어 진다. 회절 격자(61, 62)가 처프되어 있기 때문에, 회절 격자 부분으로부터 발생된 분할된 빔 부분은 도 8에 도시된 렌즈가 필요하지 않고 포커스된다.
따라서, 빔 부분은 서로 다른 파장 및 협대역 파장의 각각의 광 빔으로 분할되고 이것들은 대응되는 출력 도파관(67)에서 포커스된다. 도 1에 도시된 디바이스에서의 두 부분의 전송 회절 격자에서와 같이, 입사된 다 파장 광 빔을 각각의 단일 파장 또는 협 대역 광 빔으로 분해하는 분해능은 입사된 광 빔을 두 개의 광 회절 부분을 통하여 연속적으로 전송함으로서 증가된다.
입력 및 출력 도파관 (66 및 67)은 도 8에 도시된 도파관과 동일하다. 일반적으로 도파관(66, 67)은 서로로부터 주변 10에서 20 마이크론 간격으로 떨어져 있으며, 도파관(66, 67)을 형성함으로서 광 파이버 리본 (일반적으로 서로로부터 약 250 마이크론 간격으로 떨어져 있다)에서 광 파이버 (도시되지 않음)에 연결되어 있고, 이에 따라서 이들은 광 파이버 리본에서 광 파이버의 간력과 결합되는 서로로부터 적절한 간격으로 발산되어 있다.
도 9에 도시된 디바이스에서 사용된 처프된 광 전송 회절 격자는 공지의 사실이며, 바람직한 포커싱 효과를 얻기위한 공지의 방법에서 축(14, 15)을 따라 인접된 레세스(11) 간의 간격이 가변적이라는 사실만 제외하고 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 일반적으로 제조되어 진다.
도 9에 도시된 구성의 더 큰 장점은, 빔 부분(64, 65)의 분할 또는 분산이 두 개의 회절 격자(61, 62) 사이에서 공유하기 때문에 회절 격자의 "처핑"에 의해서 제공된 포커싱은 또한 각각의 회절 격자에 의해서 제공되어 지는 두 개의 반으로 분할된다는 것이다. 이것은 레세스(11)의 표면(23)에 광 빔의 입사 각을 임계 각보다 더 작게 할 수 있고, 이에 따라서 전체 내부 반사가 발생되며, 따라서 표면 (23)을 통한 광 손실을 적게할 수 있다. 처프된 회절 격자을 사용하는 공지의 구성으로 인하여, 입사 각을 임계 각보다 작게하는 배열하는 종종 어려운 사실이며, 따라서 광의 일 부분만 회절 격자로부터 반사시키고, 광의 대 부분이 회절 격자을 통하여 전송함으로서 손실되어 진다.
상기에서 설명한 바와 같이, 도 9에 도시된 구성은 서로 다른 파장의 광을 분광하고 출력 광은 포커스하는 처프된 회절 격자를 사용함으로서 서로 다른 파장을 해당되는 수신 도파관에 포커스하기 위하여 거울 또는 다른 수단을 제공할 필요가 없다.
기술한 실시 예의 각각은 전송 회절 격자 또는 반사 회절 격자를 사용할 수 있다는 사실을 인지한 것이다. 도 1 - 도 3 및 도 9에 도시된 전송 회절 격자는 반사 회절 격자로 대치할 수 있으며, 도 7 및 도 8에 도시된 반사 회절 격자는 전송 회절 격자로 대치할 수 있다.
이용된 광 시스템은 다른 형태를 취할 수 있고, 바람직한 디바이스의 기능에 따라서 하나 이상의 거울 또는 반 반사 거울, 다른 형태의 거울, 렌즈 등을 포함할 수 있다.
또한, 단일 파장 또는 협대역 파장의 광원 각각을 광 수신기(9)로 대치하고, 광 수신 수단을 상기에서와 같은 다 파장 원으로 대치함으로서 디바이스는 디멀티플렉서라기보다는 멀티플렉서로서 사용될 수 있다. 디바이스가 멀티플렉서로 동작되는 것은 디바이스를 통하여 전송되는 광의 방향을 역으로 함으로서 디멀티플렉서로서의 동작과 동일하다.
도 10은 도 1에 도시된 것과 같이 구성의 부분을 확장한 도면이며, 이는 광 시스템 및/또는 거울 또는 회절격자의 기하학적인 구성이 배열된 것이고, 이에 따라서 빔의 두 부분이 재 결합되지 않는다. 대신에, 빔의 제 1 부분으로부터의 신호, 즉 신호 λ1, λ2, λ3, λ4, λ5및 λ6은 포토 다이오드(9)의 제 1 세트를 유도하는 도파관(8)으로 전송되어 지며, 반면에 신호 λ'1, λ'2, λ'3, λ'4, λ'5및 λ'6은 포토 다이오드(9')의 제 2 세트를 유도하는 도파관(8')으로 전송되어 진다. 포토 다이오드의 한 세트는 출력 신호를 제공하기 위하여 사용될 수 있으며, 반면에 다른 세트는 출력을 모니터하기 위하여 사용될 수 있음으로 해서 피드백 제어가 SLD(10)에서 제공되어 진다. 여기에서 기술한 광 디바이스는 GB9727013.6 (편찬 번호 GB2321130A) 에서 기술한 장치에서 사용될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 디바이스는 고 반사 (HR) 코팅된 백 페이세트( 10') 및 비 반사 (AR) 코팅된 백 페이세트(10") (SLD로 형성된 레이저 케이비티를 방지하기 위한) 를 구비한 광 대역 레이저 소스, 즉 SLD(10)으로부터 광을 수신할 수 있으며, 도파관(8)은 반 바나 코팅을 구비한 종단 페이세트(11)을 유도한다. 따라서, 레이저 케이비티는 HR 코팅된 페이세트(10')와 대응되는 반 반사 코팅된 페이세트(11) 사이에 형성되어 지며, 레이저 출력은 반 반사 코팅된 페이세트(11)를 통하여 제공되어 지고, 각각의 도파관(8)은 서로 다른 파장을 제공한다. 이러한 구성에 있어서, SLD(10)은 모든 파장에 대해서 레이저 증폭기로서 역할을 수행하고, 분리된 모듈레이터 (도시되지 않음)는 출력 신호를 모듈레이트하기 위하여 각각의 도파관(8) 내에 제공될 수 있다.
도 12는 광 디바이스가 디멀티플렉서보다도 멀티플렉서로 사용된 또 다른 실시 예를 보인 것이다. 이러한 구성에 있어서, 레이저 다이오드(12)는 각각의 도파관(8)에서 제공되어 지며, 각각의 레이저 다이오드는 고 반사 (HR) 코팅된 백 페이세트(12') 및 비 반사 (AR) 코팅된 백 페이세트(12") (레이저 다이오드로 형성된 레이저 케이비티를 방지하기 위한) 를 구비하고, 도파관(5)은 출력 도파관으로서 사용되며, 반 반사 코팅을 제공하는 종단 페이세트(5')을 구비한다. 따라서, 레이저 케이비티는 반 반사 코팅된 페이세트(5') 및 대응되는 hr 코팅된 페이세트(12') 사이에 형성되어 있고, 반 반사 코팅된 페이세트(5')을 통한 출력 신호는 각각의 레이저 다이오드(12)의 출력의 멀티플렉스된 신호를 포함한다. 이러한 구성에 있어서, 각각의 레이저 다이오드(12)는 게인 요소로 작용하고, 제거되는 대응되는 파장을 모듈레이트한다.
레이저 다이오드(12)는 각각 칩 상에 상기에서 인용한 GB2307786A에 기술된 방법으로 하이브리드할 수 있으며, 또는 레이저 바의 형태, 즉 칩 상에 하이브리드된 공통 스트립에서 레이저 다이오드의 일련의 형태로 제공될 수 있다.
신호가 광 파이버로부터 전송되거나 또는 수신되어지는 실시 예에 있어서, 바람직하게도 이러한 신호들이 WO-A-97/42534에 기술된 것과 같은 파이버 커플링 수단에 의해서 디바이스에 집적된 도파관에 연결되어 있다.
상기의 구성에 있어서, 따라서, 디바이스는 레이저 케이비티 또는 다중 케이비티 내에 집적되어 있고, 케이비티 또는 케이비트들 내에서 파장을 레이징하는 멀티플렉서 또는 디멀티플렉서로 사용되어 진다. 이러한 구성은 다 파장에서 수신기 동작으로서 사용될 수 있거나 또는 파장 분할 멀티플렉싱 또는 레이저 광의 디멀티플렉싱을 요구하는 다른 장치에서 사용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 광 회절 격자와,
    입사된 다 파장 광 빔을 회절 격자로 전송함으로서 광 빔의 제 1 부분은 한 방향으로 회절 격자를 통하여 전송되고, 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 광 빔의 제 1 세트로 분할되며, 광 빔의 제 2 부분은 반대 방향으로 회절 격자를 통하여 전송되고, 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 광 빔의 제 2 세트로 분할하기 위한 광 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  2. 제 1 부분 및 제 2 부분을 구비한 광 회절격자와,
    입사된 다 파장 광 빔을 회절 격자 내로 전송함으로서 입사된 빔은 회절 격자의 두 부분을 통하여 연속적으로 전송하고 회절 격자의 두 부분은 입사된 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역의 파장의 각각의 광 빔의 세트로 분할하는 작용을 하는 광 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 회절 격자는 제 1 부분 및 제 2 부분을 구비하고, 광 시스템은 입사된 빔의 제 1 부분을 회절 격자의 제 1 부분으로 전송하며, 입사된 빔의 제 2 부분은 회절 격자의 제 2 부분으로 전송되도록 구성되어 있고, 광 회절 격자는 회절 격자의 제 1 부분을 떠나면서 입사된 빔의 제 1 부분이 회절 격자의 제 2 부분으로 전송되며 회절 격자의 두 부분은 입사된 빔의 제 1 부분을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 제 1 세트로 분할되도록 구성되어 있으며, 회절 격자의 제 2 부분을 떠나면서 입사된 빔의 제 2 부분이 회절 격자의 제 1 부분으로 전송되며 회절 격자의 두 부분은 입사된 빔의 제 2 부분을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 제 2 세트로 분할되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 빔의 제 1 및 제 2 부분은 광 회절 격자를 통하여 전송된 후 광 시스템에 의해서 재 결합되는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 회절 격자의 두 부분은 서로 공면으로 되어 있으며 각도로 경사지어 있는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 각은 적절한 각도인 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  7. 상기의 임의의 청구항에 있어서, 광 회절 격자로부터 각각의 빔을 수신하고, 각각의 빔을 대응되는 광 수신 수단으로 전송하는 부가적인 광 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 광 시스템 및 부가적인 광 시스템은 입사된 다 파장 광 빔을 회절 격자 내로 전송하고, 회절 격자로부터 되돌려진 각각의 빔을 수신하며, 각각의 빔을 대응되는 광 수신 수단으로 전송하기 위한 공통 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 광 수신 수단은 각각의 빔 중에 대응되는 것을 수신하기 위하여 각각 위치가 설정된 대 다수의 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  10. 제 7 항, 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 레이저 케이비티 또는 다중 레이저 케이비티 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 광을 닺 파장 원으로부터 수신하고 대 다수의 레이저 파장을 포함하는 출력을 제공하기 위하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  12. 제 9 항에 있어서, 도파관은 광 센서, 바람직하게는 포토 다이오드로 유도되는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  13. 제 9 항에 있어서, 도파관은 대응되는 각각의 빔을 전송하기 위한 광 파이버를 수신하기 적합한 파이버 커플링 수단을 유도하는 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  14. 상기의 임의의 청구항에 있어서, 광 회절 격자는 전송 회절 격자인 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항에 있어서, 광 회절 격자는 반사 회절 격자인 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  16. 상기의 임의의 청구항에 있어서, 광 회절 격자는 처프된 회절 격자인 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 입력 도파관 또는 광 파이버로부터의 다 파장 광 빔은 입력 도파관 또는 광 파이버로부터 발산되고, 처프된 회절 격자로 입사되며, 회절 격자로부터 되돌려진 광은 회절 격자로부터 주어진 파장 또는 협대역 파장의 광을 수신하기 위하여 각각 위치가 설정된 수신 도파관 또는 광 파이버의 일련에 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  18. 상기의 임의의 청구항에 있어서, 실리콘 칩, 바람직하게는 실리콘-온-인슐레이터 칩 상에 집적된 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  19. 상기의 임의의 청구항에 있어서, 이들을 통하여 전송되는 광 빔의 방향을 역으로 함으로서 멀티플렉서로 사용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다 파장 광 빔을 서로 다른 파장 또는 협대역 파장의 각각의 빔으로 분할하기 위한 광 디바이스.
  20. 첨부된 도면을 참조하여 실제적으로 상기에서 기술한 멀티플렉서 또는 디멀티플렉서.
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