KR20020008455A - Low loss Multi Mode Interferometer for optical distributer and Wavelength division Multiplexer module - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A multi mode interferometer is provided to reduce insertion loss due to an optical fiber and reflection and emission loss due to abrupt unmatching mode. CONSTITUTION: Each of input and output terminals of a beam splitter and a wavelength division multiplexor has a tapered shape so that a connection portion with a multi mode interferometer is wider than that of a single mode optical waveguide. Each input/output terminal of the multi mode interferometer, which is a channel-type optical waveguide made by silica or polymer, has a substrate(A1), a buffer film(A2) made by SiO2 and polymer, waveguide layers(A3, A4), and an air layer(A5).

Description

광분배기와 파장분할다중화 모듈을 위한 저손실 다중모드간섭계{Low loss Multi Mode Interferometer for optical distributer and Wavelength division Multiplexer module}Low loss Multi Mode Interferometer for optical distributer and Wavelength division Multiplexer module

본 발명은 광통신 망에서 광 파워를 분배하는데 쓰이는 광분배기와 여러 채널의 정보를 각각 다른 파장에 실어 한 개의 광섬유를 이용해 전송해주는 파장분할다중화(Wavelength Division Multiplexer;이하 WDM라 함.) 소자를 만드는데 사용되는 다중모드간섭계에 관한 것으로서, 특히 다중모드간섭계의 재료를 실리카나 폴리머로 하여 다중모드간섭계의 입출력단에 종래의 다중모드간섭계와는 다르게 나팔모양 또는 사다리꼴모양 등의 테이퍼를 두어서 광의 삽입손실을 작게한 광분배기와 파장분할다중화 모듈을 위한 저손실 다중모드간섭계에 관한 것이다.The present invention is used to make an optical splitter used for distributing optical power in an optical communication network and a wavelength division multiplexer (WDM) device that transmits information of various channels in different wavelengths and transmits them using a single optical fiber. The present invention relates to a multi-mode interferometer. In particular, the material of the multi-mode interferometer is made of silica or polymer, and at the input and output ends of the multimode interferometer, a taper such as a trumpet shape or a trapezoid shape is placed on the input / output terminal of the multimode interferometer to reduce the insertion loss of light. A low loss multimode interferometer for small optical splitters and wavelength division multiplexing modules.

종래의 다중모드간섭계의 전형적인 형태는 도3에 도시된 바와 같이 상대적으로 넓은 평판에 여러 개의 입력 및 출력단을 단일모드 도파로로 구성해 놓은 것으로 이들의 설계방법과 해석은 다음과 같다.A typical form of a conventional multimode interferometer is a plurality of input and output stages composed of a single mode waveguide on a relatively wide plate as shown in FIG. 3, and their design method and analysis are as follows.

상기 다중모드간섭계는 도3처럼 각각 N개의 입력단과 출력단이 다중모드간섭이 발생하는 평판의 앞뒤에 대칭적으로 연결되어 있다. 입출력단이 연결된 넓은 평판 영역(30)은 다중 모드가 존재할 수 있게끔 폭(W)이 충분히 넓어서, 입력단의 특정 포트에 입사된 광이 이 영역에 도달하면 여러개의 모드가 여기될 수 있다.In the multi-mode interferometer, as shown in FIG. 3, N input and output terminals are symmetrically connected to the front and rear of the flat plate where the multi-mode interference occurs. The wide plate region 30 to which the input / output terminals are connected is wide enough to allow multiple modes to exist, so that when the light incident on a specific port of the input terminal reaches this region, several modes may be excited.

그러면 평판도파로의 출력단에서의 광파는 여기된 모든 다중모드들을 중첩하면 얻을 수 있다.The optical wave at the output of the flat waveguide can then be obtained by superimposing all the excited multimodes.

그 결과, 종래의 다중모드간섭계 이론에 의하면 "N개중에 i번째 단일모드 도파로에 입사된 광파는 넓은 평판(30)을 길이 LC만큼 지난 후, 모든 출력단 N개의 광도파로에 진폭만 적어진 상태로 처음 입력단에서의 형상을 그대로 재현되지만(self image focusing) 위상은 달라진다"는 것이다. 즉 i번째 광도파로에 fin(x)분포의 광파를 입사시키면, 출력단에서 광파의 분포 fout(x)는 다음과 같이 입사광파의 위상만 바뀌고 진폭이 적어진 상태로 다시 분배된다는 것이다. 즉 수학식1과 같다.As a result, according to the conventional multimode interferometer theory, "the light wave incident on the i-th single-mode waveguide among the N elements has passed the wide plate 30 by the length L C , and only the amplitude of all the output N waveguides is reduced. The image at the input is first reproduced (self image focusing) but the phase is different. In other words, when the light wave having the f in (x) distribution is incident on the i-th optical waveguide, the distribution f out (x) of the light wave at the output terminal is redistributed in a state where only the phase of the incident light wave is changed and the amplitude is reduced as follows. That is, as shown in equation (1).

여기서,,,,,here, , , , ,

, M: 1이상의 정수, β0과 β1은 각각 0차 및 1차모드의 진행축방향(z-축)의 전파상수 성분. , M: an integer greater than or equal to 1, and β 0 and β 1 are propagation constant components in the advancing axis direction (z-axis) of the 0th and 1st modes, respectively.

만일 입력 단일모드 도파로들의 간격이만큼 분리되어 위치한다면(출력단도 동일), i번째 입력단의 광파가 j번째 출력단 광도파로에 자기 자신의 상을 맺을 때 i번재 입력 도파로의 위상에 대한 j번째 출력 도파로상의 광파의 상대 위상는 다음 수학식2와 같다.If the spacing of input single mode waveguides Relative to the phase of the i-th input waveguide relative to the phase of the i-th input waveguide when the optical wave of the i-th input stage bears its own phase in the j-th output waveguide. Is as shown in Equation 2 below.

이 사실은 다중모드간섭계가 N×N 균일 광파워 분배기로 이용될 수 있음을 의미한다.This fact means that a multimode interferometer can be used as an N × N uniform optical power splitter.

한편 입사도파로의 위치를 적절히 조정하여, 출력단에서 광파들간에 간섭이발생하게 하면, 보강 또는 소멸간섭에 의하여 비 균일 광파워 분배기도 실현할 수 있다.On the other hand, if the position of the incident waveguide is properly adjusted to cause interference between the light waves at the output terminal, a non-uniform optical power distributor can be realized by constructive or extinction interference.

여기서 미설명 부호 X, Y는 좌표축을 나타내며 C1은 기판이고, C2는 반도체 재료로된 완충막이며, C3은 반도체 재료로된 도파층이고, C4는 측면으로 광의 구속시키기 위하여 반도체 재료로된 다중모드간섭계의 덮개층이다.Here, reference numerals X and Y represent coordinate axes, C1 is a substrate, C2 is a buffer film made of a semiconductor material, C3 is a waveguide layer made of a semiconductor material, and C4 is a multi-mode made of semiconductor material to confine light to the side. The cover layer of the interferometer.

이상은 종래의 다중모드간섭계가 광분배기로 이용될 수 있음을 설명하였고, 지금부터서는 WDM으로도 이용될 수 있음을 설명하겠다.The foregoing has described that a conventional multi-mode interferometer can be used as an optical splitter, and from now on it can be used as a WDM.

도4는 다중모드간섭계를 이용한 WDM의 개략도이다.4 is a schematic diagram of WDM using a multi-mode interferometer.

도4에서 두 개의 입출력 다중모드간섭계(II,IV)를 이어주는 것은 배열도파로(III)로서, 이 배열도파로(III)들의 경로차를 다르게 하므로서 파장의존형 WDM 역할을 할 수 있게 하였다.In FIG. 4, two input / output multi-mode interferometers (II, IV) are connected to each other as a waveguide (III). The path difference between the waveguides (III) can be changed to act as a wavelength-dependent WDM.

입력단(I) 다중모드간섭계(II)의 i번째 입사도파로에 광을 입사시켜서 출력단(V) 다중모드간섭계(IV)의 k번째 출사도파로로 파장가 보강 간섭할 각 배열도파로(III)의 길이(Lj)가 만족할 조건은 위상관계식으로부터 다음 수학식3과 같다The wavelength of the k-th output waveguide of the output-mode (V) multi-mode interferometer (IV) is incident on the i-th incident waveguide of the input (I) multi-mode interferometer (II). The condition that the length L j of each array waveguide III to which constructive interference is to be reinforced is satisfied is expressed from Equation 3 from the phase relation equation.

: 가장짧은 배열도파로의 길이를 나타내는 첨자 : Subscript representing the length of the shortest array waveguide

: 정수 : essence

상기 수학식3은 파장에 대해서만 성립하는 보강관계식이지만,로부터의 정수배 만큼 떨어진 파장에 대해서도 여전히 k이외의 출력포트에서 보강간섭 관계식이 발생하려면 각 배열도파로들의 경로차는 다음 수학식4로 주어지는의 정수배가 되어야 한다.Equation 3 is the wavelength It is a reinforcement formula that holds only for from For constructive interference relations at output ports other than k, even for wavelengths separated by an integer multiple of, the path difference between the arrayed waveguides is given by Must be an integer multiple of.

: 중심파장,:중심파장에서 배열도파로의 유호굴절률,: 일반파장에서 배열도파로의 유효굴절률 : Center wavelength, The good refractive index of the arrayed waveguide at the central wavelength, : Effective refractive index of arrayed waveguide at normal wavelength

상술한 다중모드간섭계를 사용하여 구현한 광 분배기와 WDM은 종래의 Y자 분기형 광분배기나 AWG(Arrayed Waveguide Grating)형의 WDM보다는 모양이 간단하고 손실도 적지만, 광섬유와 굴절률차가 큰 반도체 재료를 사용하여 돌출형모양(rib type)의 광도파로로 제작되어서 광섬유와 pigtail시 반사손실이 크고, 특히 다중모드간섭계 자체의 입출력단 경계에서의 급격한 기하학적 모양의 변화는 광의 손실을 초래하는 원인으로 지적된다.The optical splitter and WDM implemented using the above-described multi-mode interferometer have a simpler shape and less loss than the conventional Y-branched optical splitter or AWG (Array Waveguide Grating) type, but the semiconductor material has a large refractive index difference. It is designed as a rib-type optical waveguide, so the reflection loss is large in optical fiber and pigtail. Especially, the sharp geometrical change at the input / output boundary of the multimode interferometer itself causes the loss of light. do.

즉, 첫째 문제점은, 광통신영역의 파장대에서 광섬유의 굴절률이 1.4-1.5사이인 것에 반하여, 종래의 다중모드간섭계를 사용한 광분배기와 WDM은 재료의 굴절률이 3.0 이 넘는 반도체 재질을 사용하므로, 소자들을 광 섬유와 연결시 반사율이 커서 삽입손실이 크는 점이고, 둘째 문제점은, 다중모드간섭계에서 다중모우드의 간섭이 발생하는 평판영역의 폭과, 이 평판에 연결된 단일모우드 광도파로 폭의 차이가 커서, 광이 진행 시 연결지점에서 모드들의 불일치로 광의 손실이 증가하게된다는 점이다.That is, the first problem is that the optical splitter using optical multimode interferometer and WDM uses semiconductor material with refractive index of more than 3.0, whereas the refractive index of optical fiber is 1.4-1.5 in the wavelength band of optical communication region. When the optical fiber is connected to the optical fiber, the insertion loss is large because the reflectance is large, and the second problem is that the difference between the width of the flat panel region where the multimode interference occurs and the width of the single-mode optical waveguide connected to the flat panel is large. In this process, the loss of light increases due to the inconsistency of the modes at the connection point.

따라서 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 첫째, 종래의 반도체 재질을 사용한 다중모드간섭계를 실리카나 폴리머 재질의 다중모드간섭계로 대치하므로서, 광섬유와 pigtail시 반사로 인한 삽입손실을 줄이고, 둘째, 다중모드간섭계의 입력단과 출력단에 여러모양의 테이퍼를 주고 동시에 다중모드간섭계의 길이를 컴퓨터 시뮤레이션에 의해서 적절히 줄여서, 급작스런 모우드 불일치에 기인한 방사손실을 감소시켜 광통신 시스템망의 필수 소자인 저손실의 광분배기와 WDM를 제공하는데 있다.Therefore, the present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is first, by replacing the conventional multi-mode interferometer using a semiconductor material with a multi-mode interferometer of silica or polymer material, the optical fiber and pigtail It reduces the insertion loss caused by reflection, and secondly, it gives various types of taper to the input and output terminals of the multimode interferometer and at the same time reduces the length of the multimode interferometer appropriately by computer simulation to reduce the radiation loss due to sudden mode mismatch. It is to provide low loss optical splitter and WDM which are essential elements of optical communication system network.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 광통신 시스템용 광분배기 및 파장분할다중화모듈에 있어서, 상기 광분배기 및 파장분할다중화모듈의 입ㆍ출력단 단일모드 광도파로보다 다중모드간섭계의 연결부위를 더 넓게하는 구조의 테이퍼를 주는 것을 특징으로 한다.The configuration of the present invention for achieving the above object, in the optical splitter and wavelength division multiplexing module for an optical communication system, the connection portion of the multi-mode interferometer than the single mode optical waveguide of the input and output stage of the optical splitter and wavelength division multiplexing module To give a taper of the structure to make it wider.

또한 바람직하게는 입ㆍ출력단 단일모드 광도파로보다 다중모드간섭계의 연결부위를 더 넓게하는 구조의 테이퍼에 있어서, 상기 테이퍼의 모양을 위쪽/아래쪽으로 볼록/오목한 형태로 하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the taper has a structure in which the connection portion of the multimode interferometer is wider than the input / output single mode optical waveguide, wherein the taper has a convex / concave shape up / down.

또한 본 발명은 상기 광분배기 및 파장분할다중화모듈을 제작하기 위한 다중모드간섭계의 재료를 광섬유와 굴절률이 유사한 실리카나 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized in that the material of the multimode interferometer for manufacturing the optical splitter and wavelength division multiplexing module is made of silica or polymer similar in refractive index to the optical fiber.

도1a는 본 발명에서 채택한 재료인 이산화규소나 또는 폴리머를 사용하여 구현된 다중모드간섭계의 입력단의 단면 구조도,1A is a cross-sectional structure diagram of an input terminal of a multimode interferometer implemented using silicon dioxide or a polymer which is a material adopted in the present invention;

도1b는 본 발명에서 도입한 다중모드간섭계의 입출력단에서의 가능한 여러 형태의 테이퍼 구조도,Figure 1b is a possible taper structure of various forms at the input and output stage of the multi-mode interferometer introduced in the present invention,

도2는 저손실용 다중모드간섭계를 위하여 본 발명에서 도입한 테이퍼의 효용성을 증명하기 위하여 테이퍼가 없는 구조(빗금친 영역이 없는 구조)와 테이퍼가 있는 구조(빗금친 영역도 포함)에 대해 계산 실례로서 계산하여본 3×3 다중모드간섭계도,Fig. 2 is a calculation example for a taperless structure (without hatched area) and a tapered structure (including hatched area) in order to prove the effectiveness of the taper introduced in the present invention for a low loss multimode interferometer. 3 × 3 multimode interferometer, calculated as

도3은 종래 기술에 의한 반도체 재료로 된 다중모드간섭계의 구조도,3 is a structural diagram of a multimode interferometer made of a semiconductor material according to the prior art;

도4는 종래 기술에 의한 파장분할다중화기의 개략적인 평면도.4 is a schematic plan view of a wavelength division multiplexer according to the prior art.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

A1: 기판A1: Substrate

A2: 재료가 이산화규소나 폴리머인 완충막A2: Buffer membrane whose material is silicon dioxide or polymer

A3: A5층이 공기층일 때 A3층은 폴리머이며 도파층이고, A5층이 A3층과 유사한 굴절률의 이산화규소이면 A3층 역시 A2층과 같은 완충막임A3: When the A5 layer is an air layer, the A3 layer is a polymer and a waveguide layer.If the A5 layer is a silicon dioxide with a refractive index similar to that of the A3 layer, the A3 layer is also the same buffer layer as the A2 layer.

A4: A5층이 공기층일 때 A4는 폴리머로서 광파의 측면 구속을 주기위함이고, A5층이 A3층과 유사한 굴절률의 이산화규소이면 A4층 역시 재료가 이산화 규소로서 도파층임A4: When the A5 layer is an air layer, A4 is a polymer to impart lateral confinement of light waves.If the A5 layer is silicon dioxide with a refractive index similar to that of the A3 layer, the A4 layer is also a waveguide layer of silicon dioxide.

T1: 포물선형 테이퍼T1: parabolic taper

T2: 사다리꼴형 테이퍼T2: trapezoidal taper

T3: 나팔형 테이퍼T3: Bugle Taper

C1 : 기판C1: Substrate

C2: 반도체 재료로된 완충막C2: buffer film made of semiconductor material

C3: 반도체 재료로된 도파층C3: waveguide made of semiconductor material

C4: 측면으로 광의 구속시키기 위하여 반도체 재료로된 다중모드간섭계의 덮개층C4: cover layer of a multimode interferometer made of semiconductor material to confine light to the side

1,2~N-1,N: 입출력단1,2 ~ N-1, N: I / O

W: 폭W: width

i: 입력도파로i: input waveguide

k: 출력도파로k: output waveguide

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 광분배기와 파장분할다중화 모듈을 위한 저손실 다중모드간섭계에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a low loss multimode interferometer for an optical splitter and a wavelength division multiplexing module of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서는 다중모드간섭계의 재질을 반사손실이 큰 종래의 반도체 재질 대신에 굴절률이 광섬유에 상대적으로 훨신 가까운 실리카나 폴리머로 다중모드간섭계의 재질로 선택한 것을 특징으로 하며, 특히 다중모드간섭계모양의 급작스런 변화에 기인한 방사손실을 줄이기 위하여 다중모드간섭계의 입출력단에 도1b처럼 테이퍼를 주는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the material of the multimode interferometer is selected as a material of the multimode interferometer by using silica or polymer whose refractive index is much closer to the optical fiber instead of the conventional semiconductor material having a large reflection loss. In order to reduce the radiation loss caused by the change, the taper is applied to the input / output terminal of the multi-mode interferometer as shown in FIG.

도1a는 본 발명에서 채택한 재료인 실리카나 폴리머로 만든 채널형 광도파로인 다중모드간섭계의 입력단(출력단)를 절단한 단면이다.Fig. 1A is a cross-sectional view of an input end (output end) of a multimode interferometer, which is a channel type optical waveguide made of silica or polymer, which is the material adopted in the present invention.

A1층은 기판이며, A2층은 재료가 이산화규소나 폴리머인 완충막이고, A3층은 후술하는 A5층이 공기층일 때 폴리머로서 도파층이고, A5층이 A3층과 유사한 굴절률의 이산화규소이면 A3층 역시 A2층과 같은 완충막이며, A4는 후술하는 A5층이 공기층일 때 A4는 폴리머로서 광파의 측면 구속을 주기위함이고, A5층이 A3층과 유사한 굴절률의 이산화규소이면 A4도 역시 재료가 이산화 규소로서 도파층이다.The A1 layer is a substrate, the A2 layer is a buffer film made of silicon dioxide or a polymer, the A3 layer is a waveguide layer as a polymer when the A5 layer described later is an air layer, and the A5 layer is silicon dioxide having a refractive index similar to that of the A3 layer. The layer is also the same buffer layer as the A2 layer. A4 is a polymer to impart lateral confinement of light waves when the A5 layer described later is an air layer. A4 is also a material if the A5 layer is silicon dioxide having a refractive index similar to that of the A3 layer. Silicon dioxide is a waveguide layer.

즉, 굴절률이 다른 경계면에서 광의 반사율은 두 경계 면의 굴절률 차이에 비례한다. 따라서 반사로 인한 전송손실을 줄이기 위해서 다중모드간섭계의 재료를 광섬유의 굴절률과 가장 가까운 실리카로 하였고, 다중모드간섭형 광도파로(Multi Mode Interferometer:이하 MMI이라 함.) 소자 자체의 도파층과 클래드사이의 굴절률 차이를 크게하기 위해서는 폴리머 재료를 사용한다.That is, the reflectance of light at the interface with different refractive indices is proportional to the difference in refractive indices between the two interfaces. Therefore, in order to reduce the transmission loss due to reflection, the material of the multimode interferometer was made of silica closest to the refractive index of the optical fiber, and between the waveguide layer and the clad of the multimode interferometer (hereinafter referred to as MMI) device itself. In order to increase the refractive index difference of the polymer material is used.

도1b는 다중모드간섭계의 입력단과 출력단에서 급작스런 굴절률 변화로 인한방사손실을 줄이기 위하여 창안한 여러모양(포물선형(T1), 사다리꼴형(T2), 나팔형(T3))의 테이퍼형이다.Figure 1b is a tapered shape of various shapes (parabolic (T1), trapezoidal (T2), trumpet (T3)) created to reduce the radiation loss due to sudden refractive index changes at the input and output of the multimode interferometer.

즉, 상기 광분배기 및 파장분할다중화모듈의 입ㆍ출력단 단일모드 광도파로보다 다중모드간섭계의 연결부위를 더 넓게하는 구조의 테이퍼를 주는 것(사다리꼴형(T2))과, 상기 테이퍼의 모양을 위쪽/아래쪽으로 볼록/오목한 형태로 하는 것(포물선형(T1), 나팔형(T3))이다.That is, to give a taper of a structure that makes the connection portion of the multimode interferometer wider than the single mode optical waveguide of the input / output stage of the optical splitter and the wavelength division multiplexing module (trapezoid type T2) and the shape of the taper upward / It is convex / concave downward (parabolic (T1), trumpet (T3)).

입력단에서 테이퍼의 길이를 길게 할수록 평판 다중모드간섭계의 길이는 종래의 Lc가 아니고 더 줄어 들어야 한다(Lc-α).As the length of the taper is increased at the input terminal, the length of the flat panel multimode interferometer should be shortened rather than the conventional Lc (Lc-α).

줄어드는 길이(α)는 파동방정식의 해를 정확히 구할 수 없으므로 이 길이는 수치해석적 방법으로 구할 수 밖에 없는데, 광속전파법(BPM)을 사용하여 광파의 거동을 살피면 결정할 수 있다. 이때 다중모드간섭계의 입력단에서 테이퍼의 길이는 너무 길게하면 다중모드간섭계의 특성이 생기지 않으므로 수치해석시 주의를 요한다.Since the decreasing length (α) cannot be accurately solved by the wave equation, this length can only be obtained by numerical analysis. At this time, if the length of the taper is too long at the input of the multimode interferometer, the characteristics of the multimode interferometer are not generated.

본 발명에서는 테이퍼 구조를 도입한 경우와 도입하지 않을 때의 삽입손실을 비교하기 위하여 도2와 같은 구조의 다중모드간섭계에 대하여 광속전파법(BPM)을 사용하여 계산하여 보았다.In the present invention, in order to compare the insertion loss with and without the tapered structure, the multi-mode interferometer having the structure as shown in FIG. 2 was calculated using the BPM.

도2는 3×3 다중모드간섭계이므로 손실이 전혀없는 완전한 이상적인 경우에 입력단의 특정한 포트에 광 파워 1[W]를 입사시키면 출력단의 세 포트에 각각 1/3 [W]씩 분배되어야 한다.Figure 2 is a 3x3 multimode interferometer, so in the ideal case where there is no loss at all, injecting optical power 1 [W] into a particular port at the input stage, 1/3 [W] should be distributed to each of the three ports at the output stage.

BPM으로 계산한 결과 입출력단에 테이퍼 구조가 전혀없는 종래의 간섭기의세 출력단에서는 각각 0.266, 0.268, 0.268씩 분배가 되었으나, 본 발명에서 창안한 테이퍼의 구조(이 경우에는 입력단 테이퍼길이는 250 ㎛, 폭은 작은쪽이 단일모드 도파로와 같게 하였고 큰쪽은 W/3 인 나팔형(T3)으로 하였다)를 주면 0.311, 0.318, 0.318 로써 삽입손실이 훨신 적어짐을 알 수 있다.As a result of calculation by BPM, the three output stages of the conventional interferometer having no taper structure at the input / output stage were distributed by 0.266, 0.268 and 0.268, respectively, but the taper structure created in the present invention (in this case, the input taper length is 250 μm, If the width is smaller than that of a single mode waveguide, and the larger side is made of a trumpet (T3) of W / 3), the insertion loss is much smaller as 0.311, 0.318, and 0.318.

이때 MMI의 길이는 입력단에 테이퍼를 주었으므로 종래의 것보다 길이는 75 ㎛만큼(α) 줄도록 하였다.At this time, since the length of the MMI was tapered at the input end, the length of the MMI was reduced by 75 μm (α).

상기한 바와 같이 다중모드간섭계의 재료과 모양을 바꾸어 줌으로서 다중모드간섭계를 사용하여 구현한 광분배기와 WDM의 손실을 종래의 것보다 더 줄일 수 있음을 알 수 있다.As described above, by changing the material and shape of the multimode interferometer, it can be seen that the loss of the optical splitter and WDM implemented using the multimode interferometer can be further reduced.

이상과 같이 본 발명에 따르면 종래의 N ×N 다중모드간섭기의 재료와 구조를 변화시켜 주므로서, 이를 사용한 광분배기와 WDM의 삽입손실을 줄일 수 있다.According to the present invention as described above, by changing the material and structure of the conventional N × N multi-mode interferer, it is possible to reduce the insertion loss of the optical splitter and WDM using the same.

그리고 설계, 제조 및 공정을 통한 실질적인 설계 기술을 확보함으로써 여러 가지 광소자를 개발할 수 있고, 또한 IMT2000, WLL, CATV등 응용범위가 넓고 향후 광통신 활성화에 기여하는 효과가 있다.Also, by securing practical design technology through design, manufacturing and process, various optical devices can be developed, and the application range of IMT2000, WLL, CATV, etc. is wide and contributes to the activation of optical communication in the future.

Claims (3)

광통신 시스템용 광분배기 및 파장분할다중화모듈에 있어서,In the optical splitter and wavelength division multiplexing module for an optical communication system, 상기 광분배기 및 파장분할다중화모듈의 입ㆍ출력단 단일모드 광도파로보다 다중모드간섭계의 연결부위를 더 넓게하는 구조의 테이퍼를 주는 것을 특징으로 하는 광분배기와 파장분할다중화 모듈을 위한 저손실 다중모드간섭계.A low loss multimode interferometer for an optical splitter and a wavelength division multiplexing module, characterized in that a taper having a structure that makes the connection portion of the multimode interferometer wider than the input / output stage single mode optical waveguide of the optical splitter and the wavelength division multiplexing module. 제1항에 있어서, 입ㆍ출력단 단일모드 광도파로보다 다중모드간섭계의 연결부위를 더 넓게하는 구조의 테이퍼에 있어서,The taper according to claim 1, wherein the taper of the structure which makes the connection part of the multi-mode interferometer wider than the input-output single-mode optical waveguide, 상기 테이퍼의 모양을 위쪽/아래쪽으로 볼록/오목한 형태로 하는 것을 특징으로 하는 광분배기와 파장분할다중화 모듈을 위한 저손실 다중모드간섭계.Low-loss multi-mode interferometer for the optical splitter and wavelength division multiplexing module characterized in that the shape of the tapered convex / concave up / down. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 광분배기 및 파장분할다중화모듈을 제작하기 위한 다중모드간섭계의 재료를 광섬유와 굴절률이 유사한 실리카나 폴리머로 이루어진 것을 특징으로 하는 광분배기와 파장분할다중화 모듈을 위한 저손실 다중모드간섭계.A low loss multimode interferometer for an optical splitter and a wavelength division multiplexing module, characterized in that the material of the multimode interferometer for manufacturing the optical splitter and the wavelength division multiplexing module is made of silica or a polymer having a refractive index similar to that of an optical fiber.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100762153B1 (en) * 2004-03-19 2007-10-01 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 Waveguide type optical splitter and waveguide type optical module comprising the same
US9176277B2 (en) 2011-09-09 2015-11-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical links, manufacturing methods thereof, and memory systems having the same
WO2016169054A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 华为技术有限公司 Waveguide structure and silicon-based chip
CN114153027A (en) * 2022-01-24 2022-03-08 吉林大学 Few-mode waveguide optical power distributor based on MMI structure and preparation method thereof

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100762153B1 (en) * 2004-03-19 2007-10-01 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 Waveguide type optical splitter and waveguide type optical module comprising the same
US9176277B2 (en) 2011-09-09 2015-11-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical links, manufacturing methods thereof, and memory systems having the same
US9325414B2 (en) 2011-09-09 2016-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Data processing systems, systems on chip, and data processing systems comprising systems on chip
WO2016169054A1 (en) * 2015-04-24 2016-10-27 华为技术有限公司 Waveguide structure and silicon-based chip
CN107407775A (en) * 2015-04-24 2017-11-28 华为技术有限公司 A kind of waveguiding structure and silicon base chip
CN114153027A (en) * 2022-01-24 2022-03-08 吉林大学 Few-mode waveguide optical power distributor based on MMI structure and preparation method thereof
CN114153027B (en) * 2022-01-24 2023-12-19 吉林大学 MMI structure-based few-mode waveguide optical power divider and preparation method thereof

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