KR20160092855A - 광신호 모니터링 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광신호 모니터링 장치로, 코어층과 상/하부 클래드층으로 구성되는 광도파로 위에 형성되는 광 흡수층과, 상기 광도파로 및 광 흡수층에 각각에 전극이 형성되는 포토다이오드를 포함한다.
Description
본 발명은 광통신에 관한 것으로, 특히 광도파로 기반 광소자에서 광신호를 모니터링하기 위한 장치에 관한 것이다.
광통신 시스템에서 광-전기 및 전기-광 신호로 변환하는 핵심적인 역할을 하는 광송수신 모듈은 향후 능동 및 수동 광소자가 하나의 공정 플랫폼상에서 구현하여 단일 집적화되어 소형화, 저가화, 저전력화가 가능할 것이다. 이러한 단일 집적화를 위해서는 광도파로 기반 광신호 모니터링 구조가 요구된다.
미국의 광소자 및 모듈 업체인 Enablence사의 미국 등록 특허(US 7305185)는 광신호 채널 모니터링 구조를 개시하고 있다. 여기서, 파장 채널별 광신호를 모니터링하기 위해 광도파로상에 광학적으로 탭(tap)을 내어 원하는 광량만큼 분기시켜 별도의 역다중화 소자에 의해 파장 분리한다. 분리된 파장별 광신호는 외부에 포토다이오드에 의해 전기 신호로 변환된다. 이는 외부에 다채널 포토다이오드가 필요하여 모듈의 크기가 전체적으로 커지게 되는 단점이 있다.
미국의 JDS Uniphase사의 미국 등록 특허(US 7957438)는 광신호 모니터링 구조를 개시하고 있다. 이는 광원으로부터 광섬유에 입사되는 광은 광섬유 코어부분을 통해 대부분의 광신호가 전송되며 나머지 광신호는 광섬유의 클래드층을 통해 전송된다. 이때 광섬유 클래드층 윗 부분에 포토다이오드를 위치시켜 광신호를 모니터링하는 구조이다. 이러한 구조는 포토다이오드 실장시 패키지의 구조적 복잡성을 가중시키고 전체적인 패키징 크기를 증가시키는 요인이 된다.
본 발명은 단일 집적에 유리한 광도파로 기반 광신호 모니터링 장치를 제공한다.
본 발명은 광신호 모니터링 장치로, 코어층과 상/하부 클래드층으로 구성되는 광도파로 위에 형성되는 광 흡수층과, 상기 광도파로 및 광 흡수층에 각각에 전극이 형성되는 포토다이오드를 포함한다.
본 발명은 광신호 모니터링 장치로, 코어층과 상/하부 클래드층으로 구성되는 광도파로 위에 형성되는 광 흡수층과, 상기 광 흡수층에 전극이 형성되는 포토 다이오드를 포함한다.
본 발명에 구성에 따르면, 광도파로상에 광 검출기인 포토다이오드를 형성하여 광신호 모니터링을 할 수 있어 광신호 모니터링 기능을 가지는 광집적회로의 크기를 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 포토 다이오드 전극 형상의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 포토 다이오드 전극 형상의 예를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 포토 다이오드 전극 형상의 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 포토 다이오드 전극 형상의 예를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시 예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 광도파로에 집적되어 광 신호를 모니터링하는 장치를 제공하는데, 광 신호를 검출하는 포토 다이오드의 전극들의 형성 위치에 따라 크게 두 가지 실시 예가 가능하다.
제 1 실시 예로, 광신호 모니터링 장치는 포토 다이오드의 전극들이 광도파로 및 광 흡수층에 형성되는 형태를 갖는다.
제 2 실시 예로, 광신호 모니터링 장치는 포토 다이오드의 전극들이 모두 광 흡수층에 형성되는 형태를 갖는다.
상기 모니터링 장치인 포토다이오드는 광도파로로부터 검출된 광신호를 전기신호로 변환하는 역할을 수행한다.
각각의 실시 예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.
<제 1 실시 예>
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치 평면도의 일 예이다.
도 1을 참조하면, 광신호 모니터링 장치는 모니터링 대상인 광도파로(10)의 상부에 형성되는 광 흡수층(20-1)과, 광도파로(10) 및 광 흡수층(20-1)의 상부에 형성되는 포토다이오드(30)를 포함한다.
광도파로(10)는 광 신호가 모니터링되는 대상으로, 코어층(11)과 상/하부 클래드층(12)으로 구성된다.
광 흡수층(20-1)은 광도파로(10)의 코어층(11)에 형성되는 것으로, 코어층(11)을 통해 전파되는 광 신호를 흡수한다.
포토다이오드(30-1)는 광 흡수층(20-1)에 형성되는 전극(31-1)과, 광도파로 코어층(11)에 형성되며 전극들(32-1)을 포함하며, 각 전극들(31-1, 32-2)는 이온 주입(ion doping: n-type doping, p-type doping)에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 포토다이오드(30-1)의 전극(양극, 음극)(31-1, 32-1)은 직사각형인 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 일 실시 예일 뿐, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 포토다이오드(30-1)의 전극(양극, 음극)(31-1,32-1)은 직사각형뿐만 아니라 원형 등과 같은 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 포토 다이오드(30-1)의 전극 형상은 광 진행 방향(1)에 대해 다양한 실시 예가 가능하다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 포토 다이오드 전극 형상의 예를 도시한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 광신호가 진행하는 방향에 대해 포토다이오드는 전극(양극, 음극)이 수평 방향으로 형성되어 있다. 도 2b를 참조하면, 광신호가 진행하는 방향에 대해 포토다이오드는 전극(양극, 음극)은 수직 방향으로 형성되어 있다. 또한, 도 2a 및 도 2b의 각각 좌측에 도시된 도면은 광도파로의 코어층에 두 개의 전극들이 형성된 형태를 도시하고 있고, 도 2a 및 도 2b의 각각 우측에 도시된 도면은 광도파로의 코어층에 하나의 전극만이 형성된 형태를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치 평면도의 다른 예이다.
도 3을 참조하면, 광 흡수층(20-2)을 굴절률을 점진적으로 변하게 하여 광 흡수층 부근에서의 반사되는 현상을 감소시키기 위해 태이퍼드(tapered) (tapered) 형태로 구현한 예를 도시하고 있다. 다른 구성에 도 1에 도시된 광신호 모니터링 장치와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 도 3에 도시된 포토 다이오드(30-2)의 전극 형상은 광 진행 방향(1)에 대해 다양한 실시 예가 가능하다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 포토 다이오드 전극 형상의 예를 도시한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 광신호가 진행하는 방향에 대해 포토다이오드는 전극(양극, 음극)이 수평 방향으로 형성되어 있다. 도 4b를 참조하면, 광신호가 진행하는 방향에 대해 포토다이오드는 전극(양극, 음극)은 수직 방향으로 형성되어 있다. 또한, 도 4a 및 도 4b의 각각 좌측에 도시된 도면은 광도파로의 코어층에 두 개의 전극들이 형성된 형태를 도시하고 있고, 도 4a 및 도 4b의 각각 우측에 도시된 도면은 광도파로의 코어층에 하나의 전극만이 형성된 형태를 도시한다.
다음으로, 도 1 및 도 3의 광신호 모니터링 장치가 집적된 광 도파로의 A-A' 부분의 단면도에 대해 살펴보기로 하는데, 이는 다양한 실시 예가 가능하다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
우선, 도 5a를 참조하면, 광도파로(10) 위에 형성된 포토다이오드를 통해 광신호가 어떻게 모니터링되는지 알 수 있다. 인가되는 광신호는 굴절률 차이가 있는 코아층(n2)(11-1)와 클래드층(n3)(12-1, 12-2)로 구성된 광도파로를 통해 전송된다. 매질인 코아층(n2)(11-1)와 클래드층(n3)(12-1, 12-2) 굴절률 크기는 하기의 <수학식 1>과 같다.
<수학식 1>
n2 > n3
상기 광도파로(10)를 통해 진행하는 광신호는 광도파로의 코어층(굴절률=n2)(11-1)보다 굴절률이 높은 광 흡수층(굴절률=n1)(21)으로 광결합(evanescent-wave coupling)하게 된다. 매질인 광도파로의 코아층(n2)(11-1)과 광 흡수층(n1)(21)의 굴절률 크기는 하기의 <수학식 2>와 같다.
<수학식 2>
n1 > n2
이때, 광 흡수층(굴절률=n1)(21)으로 결합되는 광신호의 양은 고정된 광도파로 너비에서 포토다이오드의 길이(광결합 길이, LmPD), 광도파로의 코어층(11-1) 두께(HWG)와 광 흡수층(21)의 두께(HmPD)의 두께 비율, 광 흡수층(21)의 동작 파장에 대한 양자효율(quantum efficiency)에 따라 달라질 수 있다. 즉. 포토다이오드 길이(LmPD)가 길어질수록, 광도파로의 코어층(11-1) 두께에 비해 광 흡수층(21) 두께가 두꺼울수록, 광 흡수층(21)의 양자 효율이 클수록 포토다이오드에 입사되는 광신호양이 커진다.
일반 통신용 포토다이오드의 실례를 들면, 실리콘 포토닉스 기반 포토다이오드는 광도파로(코어층: 실리콘(Si, n2~3.5, 클래드층: SiO2, n3~1.44)위에 광 흡수층인 게르마늄(Germanium)(Germanium) n1~4.3으로 구성되어 있다. 여기서, 굴절률은 파장이 1.5um에서의 값이다.
도 5b는 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 평면 구성은 도 5a와 동일하나, 광 흡수층(22)이 광도파로의 코어층(11-1)의 위에 형태로 형성되지 않고, 클래드층(12-1)의 위에 형성된 구조를 갖는다. 이러한 구조에서는, 광도파로내에 진행하는 광신호 이외 클래드층(12-1)을 통해 진행하는 나머지 광신호를 검출하여 모니터링하는 구조이다. 이는 광 흡수층(22)이 광도파로의 클래드층(12-1)에 공정적으로 집적이 가능해야 해야 한다. 광 흡수층(22)으로의 광결합량은 도 5a 구조에서 언급한 파라미터이외에 광도파로 코어층(11-1)과 광 흡수층(22) 사이의 간격(GmPD)에 따라 달라질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 광도파로의 코어층(11-2)에 격자(grating)와 같은 변화(perturbation)을 형성하여 광도파로 내에서 진행하는 광신호의 일부를 원하는 방향으로 분기시킨다.
도 6a는 광 흡수층(23)이 광도파로의 코어층(11-2) perturbation에 형성된 구조이고, 도 6b는 광 흡수층(24)이 광도파로의 코어층(11-2) perturbation 위에 형성된 클래드층(12-1) 상에 형성된 구조이다. 이러한 구조는 격자의 주기에 따라 광도파로 내에 진행하는 광신호의 원하는 파장 채널을 모니터링 할 수 있는 장점이 있다. 광 흡수층(23, 24)으로의 광결합량은 고정된 광도파로 너비에서 광도파로의 코어층에 형성된 perturbation의 길이(Length, LPert) 및 깊이(depth, DPert)에 따라 달라질 수 있다.
<제 2 실시 예>
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 광도파로 위에 집적된 형태의 광신호 모니터링 장치의 평면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도 1 및 도 3에 도시된 구성과 거의 동일하나, 포토 다이오드(30-3, 30-4)의 전극(양극, 음극)(33)이 광 흡수층(20-3, 20-4)에 모두 형성된다는 점에서 차이점을 가진다. 이러한 구조의 경우, 도 1 및 도 3에 도시된 전극 구성을 가지는 포토다이오드에 비해 좀더 작은 모니터링용 포토다이오드를 구현할 수 있는 이점이 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 포토 다이오드(30-3, 30-4)의 전극은 광 진행 방향(1)에 대해 전극(양극, 음극)이 수평 또는 수직 방향으로 형성될 수 있다.
그리고, A-A'의 단면도의 구성은 도 5a 내지 도 6b에 도시된 바와 동일한 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 1 및 도 3에 도시된 구조와 비교하여 전극 형성 위치만 다르며, 기본 동작 원리는 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
Claims (16)
- 코어층과 상/하부 클래드층으로 구성되는 광도파로 위에 형성되는 광 흡수층과,
상기 광도파로 및 광 흡수층에 각각에 전극이 형성되는 포토 다이오드를 포함함을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 포토다이오드는
그 전극들이 상기 광 흡수층과 상기 광도파로 코어층에 형성되며, 이온 주입에 의해 형성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 포토다이오드의 전극 형상은 광신호가 진행하는 방향에 대해 수직 방향으로 형성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 포토다이오드의 전극 형상은 광신호가 진행하는 방향에 대해 수평 방향으로 형성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 광 흡수층은
양단으로 태이퍼드(tapered) (tapered) 형태로 구현됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 광 흡수층이
광도파로의 코어층에 형성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 광 흡수층이
광도파로의 클래드층 위에 형성되되, 상기 광 도파로의 코어층과 소정 간격 (GmPD)을 가짐을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 광 도파로의 코어층이
격자를 형성함을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치. - 코어층과 상/하부 클래드층으로 구성되는 광도파로 위에 형성되는 광 흡수층과,
상기 광 흡수층에 전극이 형성되는 포토 다이오드를 포함함을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 포토다이오드는
그 전극들이 이온 주입에 의해 형성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 9항에 있어서,
상기 포토다이오드의 전극 형상은 광신호가 진행하는 방향에 대해 수직 방향으로 형성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 9항에 있어서,
상기 포토다이오드의 전극 형상은 광신호가 진행하는 방향에 대해 수평 방향으로 형성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 광 흡수층은
양단으로 태이퍼드(tapered) (tapered) 형태로 구현됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 광 흡수층이
광도파로의 코어층에 형성됨을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 광 흡수층이
광도파로의 클래드층 위에 형성되되, 상기 광 도파로의 코어층과 소정 간격 (GmPD)을 가짐을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
- 제 9항에 있어서, 상기 광 도파로의 코어층이
격자를 형성함을 특징으로 하는 광신호 모니터링 장치.
Priority Applications (2)
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| KR1020150013768A KR20160092855A (ko) | 2015-01-28 | 2015-01-28 | 광신호 모니터링 장치 |
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