KR20230121923A - 어레이형 도파관 격자 및 그 제조 방법, 트랜시버 및광통신 시스템 - Google Patents

Abstract

본 출원은 어레이형 도파관 격자 및 그 제조 방법, 트랜시버 및 광통신 시스템에 관한 것으로서, 광통신 분야에 속한다. 어레이형 도파관 격자는 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 포함한다. 제1 도파관은 제1 커플러에 n개의 광 신호를 입력하도록 구성된다. 제1 커플러는 전송을 위해 n개의 광 신호를 m개의 도파관에 결합하도록 구성된다. 제2 커플러는 m개의 도파관에서 전송된 광 신호를 전송을 위해 p개의 도파관에 결합하도록 구성된다. 제2 도파관은 p개의 광 신호를 출력하도록 구성된다. 사전 확산 컴포넌트는 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 위치한다. 사전 확산 컴포넌트의 연장 방향을 따라 배열된 서브파장 격자는 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역에 배치되고, 사전 확산 컴포넌트는 어레이형 도파관 격자의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성된다. 본 출원은 광 신호의 파장 시프트으로 인한 삽입 손실을 줄일 수 있다.

Description

어레이형 도파관 격자 및 그 제조 방법, 트랜시버 및 광통신 시스템

본 출원은 2021년 1월 8일자로 중국 특허청에, "어레이형 도파관 격자 및 그 제조 방법, 트랜시버 및 광통신 시스템"이라는 제목으로 출원된 중국 특허 출원 번호 202110025612.6에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로 통합된다.

본 출원은 광통신 분야, 특히 어레이형 도파관 격자(arrayed waveguide grating) 및 이의 제조 방법, 트랜시버 및 광통신 시스템에 관한 것이다.

어레이형 도파관 격자(arrayed waveguide grating, AWG)는 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing, WDM) 기술에서 핵심 구성 요소이다.

AWG는 순차적으로 연결된 제1 도파관, 제1 스타 커플러, 어레이형 도파관, 제2 스타 커플러 및 제2 도파관을 포함한다. 어레이형 도파관을 통과하는 광 신호는 가우스 형태의 스펙트럼(가우스 스펙트럼이라고도 함)을 형성하여, AWG에 의해 출력되는 광 신호의 스펙트럼은 가우스 형태의 스펙트럼이 된다. 가우스 형태의 스펙트럼의 3dB 대역폭(전력 스펙트럼 밀도의 피크 포인트가 전력 스펙트럼 밀도의 1/2로 감소할 때 결정되는 주파수 범위)은 작다. 작은 3-dB 대역폭을 갖는 AWG를 기반으로 광 신호를 전송하면, 입력 광 신호의 파장 시프트(파장 드리프트라고도 함)으로 인해 큰 삽입 손실(줄여서 삽입 손실이라고도 하며 컴포넌트 삽입 손실이라고도 함)이 쉽게 발생한다.

본 발명은 어레이형 도파관 격자 및 이의 제조 방법, 트랜시버 및 광통신 시스템을 제공한다. 기술적 해결 방법은 다음과 같다.

일 양상에 따르면, 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트(pre-spreading component), 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 포함하는 어레이형 도파관 격자가 제공된다. 어레이형 도파관은 m개의 도파관을 포함하고, 제1 도파관은 n개의 도파관을 포함하고, 제2 도파관은 p개의 도파관을 포함하며, m은 1보다 큰 양의 정수이고, n과 p는 모두 양의 정수이며, n과 p는 서로 다르다.

제1 도파관은 제1 커플러에 n개의 광 신호를 입력하도록 구성된다. 제1 커플러는 전송을 위해 n개의 광 신호를 m개의 도파관에 결합하도록 구성된다. 제2 커플러는 m개의 도파관에서 전송된 광 신호를 전송을 위해 p개의 도파관에 결합하도록 구성된다. 제2 도파관은 p개의 광 신호를 출력하도록 구성된다. 제1 커플러 및/또는 제2 커플러는 스타 커플러/스타 커플러들일 수 있다. 스타 커플러는 롤랜드 원형 구조(Rowland circle structure)를 갖는 평면 도파관(자유 전파 영역이라고도 함)이다. 롤랜드 원형 구조는 회절 왜곡을 감소시키고 광 전력의 균일한 분포를 달성하기 위한 것이다.

사전 확산 컴포넌트는 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 위치한다. 사전 확산 컴포넌트의 연장 방향을 따라 배열된 서브파장 격자(subwavelength grating)는 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역에 배치되고, 사전 확산 컴포넌트는 어레이형 도파관 격자의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 서브파장 격자가 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역에 배치된다는 것은, 서브파장 격자가 사전 확산 컴포넌트에 배치되거나, 또는 서브파장 격자가 사전 확산 컴포넌트의 경계에 의해 둘러싸인 영역에 배치된다는 것을 의미한다.

본 출원에 제공된 AWG에 따르면, 서브파장 격자 구조를 갖는 사전 확산 컴포넌트는 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 추가된다. 사전 확산 컴포넌트는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성되어, 최종적으로 AWG에서 평탄한 상단 스펙트럼이 출력된다. 평탄한 상단 스펙트럼의 3dB 대역폭은 커서, 광 신호의 파장 시프트로 인한 삽입 손실을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, AWG는 광 신호의 파장 시프트에 저항할 수 있기 때문에, 추가적인 파장 제어 시스템을 배치 할 필요가 없으므로 제조 비용이 절감되고 AWG의 구조 복잡성이 감소된다.

격자의 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함한다. 격자 주기성은 격자의 인접한 두 슬릿 사이의 거리이다. 듀티 사이클은 격자의 인접한 슬릿 사이의 간격 폭과 격자 주기성의 비율이다. 서브파장 격자는 격자 주기성이 작동 파장보다 작은 격자이다. 서브파장 격자에서, 격자 주기성의 값 범위는 [0.1 μm, 1 μm]이고, 듀티 사이클의 값 범위는 (0, 1)이다.

본 출원에 있어서, 사전 확산 컴포넌트 상의 서브파장 격자 구조는 복수의 타입을 가질 수 있다. 정렬 방향에 따라, 사전 확산 컴포넌트 상의 서브파장 격자 구조는 아래의 제1 선택적 예와 제2 선택적 예에서 제공되는 두 가지 타입으로 분류될 수 있다. 격자 파라미터에 기초하여, 사전 확산 컴포넌트 상의 서브파장 격자 구조는 아래의 제3 선택적 예 및 제4 선택적 예에서 제공된 두 가지 타입으로 분류될 수 있다.

제1 선택적 예에서, 사전 확산 컴포넌트 상의 서브파장 격자는 1차원 서브파장 격자이다. 즉, 서브파장 격자는 하나의 정렬 방향만을 갖는다.

제2 선택적 예에서, 사전 확산 컴포넌트 상의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자(3D 서브파장 격자라고도 함)이다. AWG에서, 사전 확산 컴포넌트의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자이며, 다시 말해, 사전 확산 컴포넌트의 서브파장 격자는 두 개의 정렬 방향을 갖는다.

제3 선택적 예에서, 서브파장 격자는 균일 격자이다. 균일 격자는 격자 주기성 및 듀티 사이클이 모두 고정된 값인 격자이다.

제4 선택적 예에서, 서브파장 격자는 비균일 격자이다. 비균일 격자는 격자 주기성 및 듀티 사이클이 고정된 값이 아닌 격자이다. 다시 말해, 비균일 격자는 적어도 두 개의 격자 주기성을 갖는 격자 및/또는 적어도 두 개의 듀티 사이클을 갖는 격자이다. 예를 들어, 비균일 격자는 그레디언트 격자(gradient grating)일 수 있다. 그레디언트 격자는 격자 주기성이 점진적으로 증가 또는 감소하는 격자이다.

실제 구현 시, 제1 선택적 예 내지 제4 선택적 예는 상황에 따라 조합될 수 있다. 예를 들어, 사전 확산 컴포넌트의 서브파장 격자는 1차원 서브파장 격자이며, 균일 격자이다. 또는, 사전 확산 컴포넌트의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자이며 균일 격자이다. 또는, 사전 확산 컴포넌트의 서브파장 격자는 1차원 서브파장 격자이며 비균일 격자이다. 또는, 사전 확산 컴포넌트의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자이며 비균일 격자이다. 또는, 사전 확산 컴포넌트 상의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자이고, 서브파장 격자의 한 그룹은 균일 격자이고, 서브파장 격자의 다른 그룹은 비균일 격자이다.

전술한 설명은, 서브파장 격자의 슬릿이 스트립 슬릿인 예를 사용하여 제공된다는 점에 유의해야 한다. 실제 구현 시, 서브파장 격자의 슬릿은 다른 형상의 슬릿, 예를 들어 곡선 슬릿일 수 있다. 서브파장 격자의 슬릿의 길이는 동일하거나 상이할 수 있다.

AWG가 제조되기 전에, 서브파장 격자의 격자 파라미터가 먼저 결정될 수 있고, 결정된 격자 파라미터에 기초하여 AWG가 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, AWG의 출력 스펙트럼의 상단은 평평하다. 구현에서, AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도는 서브파장 격자의 격자 파라미터와 관련이 있다. 서브파장 격자의 격자 파라미터는 제조될 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도에 기초하여 결정될 수 있다. 다른 구현에서, AWG의 등가 굴절률은 서브파장 격자의 격자 파라미터와 관련되고, AWG의 등가 굴절률은 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도와 관련된다. 서브파장 격자의 격자 파라미터는 제조될 AWG의 등가 굴절률에 따라 결정될 수 있다. 격자 주기성이 변경되지 않은 경우, 더 큰 듀티 사이클은 AWG의 더 큰 등가 굴절률을 나타낸다. 듀티 사이클이 변경되지 않는 경우, 더 큰 격자 주기성은 AWG의 더 큰 등가 굴절률을 나타낸다.

선택적 구현에서, 사전 확산 컴포넌트는 축대칭 구조이고, 사전 확산 컴포넌트의 대칭 축은 사전 확산 컴포넌트의 연장 방향과 평행하다. 축대칭 사전 확산 컴포넌트는 쉽게 제조될 수 있으며 대칭적인 이중 피크 광학 필드를 형성하여 AWG의 출력 스펙트럼의 상단이 평평하고 기울어지지 않도록 할 수 있다.

제1 도파관은 축대칭 구조(axisymmetric structure)이고, 사전 확산 컴포넌트의 대칭 축은 제1 도파관의 대칭 축과 정렬된다. 축대칭 제1 도파관은 쉽게 제조될 수 있으며 대칭 가우스 형태의 스펙트럼을 형성할 수 있다. 사전 확산 컴포넌트의 대칭 축은 제1 도파관의 대칭 축과 정렬되어, 광 신호의 안정적인 전송을 용이하게 한다. 실제 구현 동안, 사전 확산 컴포넌트의 대칭 축은 제1 도파관의 대칭 축과 정렬되지 않을 수도 있다.

사전 확산 컴포넌트는 다중 모드 간섭(Multimode interference, MMI) 컴포넌트이다. MMI 컴포넌트는 직사각형 구조이고, 서브파장 격자는 MMI 컴포넌트 상에, 즉 MMI 컴포넌트의 직사각형 표면 상에 배치된다. 도 8에서, 사전 확산 컴포넌트는 Y자형 구조(Y-분기 구조라고도 함)이고, 서브 파장 격자는 Y자형 구조의 경계로 둘러싸인 영역에 배치된다. 본 출원에서, 사전 확산 컴포넌트는 대안으로, AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정할 수 있는 또 다른 구조, 예를 들어, 이중 피크 광학 필드를 생성할 수 있는 또 다른 구조를 가질 수 있다.

제2 양상에 따르면, 송신기 머신이 제공되며, 광원, 변조기, 및 제1 양상의 임의의 하나에서의 어레이형 도파관 격자를 포함한다. 광원, 변조기 및 어레이형 도파관 격자는 순차적으로 연결되며, n은 p보다 크다. 광원은 광 신호를 출력하도록 구성된다. 변조기는 수신된 광 신호를 변조하여, 다중 파장 광 신호를 얻고, 다중 파장 광 신호를 어레이형 도파관 격자에 입력하도록 구성된다.

제3 양상에 따르면, 수신기 머신이 제공되며, 제1 양상의 임의의 하나에서의 어레이형 도파관 격자, 및 복수의 수신기를 포함한다. 어레이형 도파관 격자는 복수의 수신기에 개별적으로 연결되고, n은 p보다 작다. 수신기는 어레이형 도파관 격자에 의해 출력되는 광 신호를 수신하도록 구성된다.

제4 양상에 따르면, 광통신 시스템이 제공되며, 제2 양상의 송신기 머신, 제3 양상의 수신기 머신, 및 송신기 머신과 수신기 머신에 각각 연결된 광섬유를 포함한다.

제5 양상에 따르면, 어레이형 도파관 격자의 제조 방법이 제공되며, 다음을 포함한다: 즉,

기판을 제공하는 단계, 및 기판 상에 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 제조하는 단계를 포함하되, 어레이형 도파관은 m개의 도파관을 포함하고, 제1 도파관은 n개의 도파관을 포함하고, 제2 도파관은 p개의 도파관을 포함하고, m은 1보다 큰 양의 정수이고, n과 p는 모두 양의 정수이며, n과 p는 상이하고, 제1 도파관은 제1 커플러에 n개의 광 신호를 입력하도록 구성되고, 제1 커플러는, n개의 광 신호를 전송을 위해 m개의 도파관에 결합하도록 구성되고, 제2 커플러는, 전송을 위해 p개의 도파관에, m개의 도파관에서 전송된 광 신호를 결합하도록 구성되고, 제2 도파관은 p개의 광 신호를 출력하도록 구성되고, 사전 확산 컴포넌트는 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 위치하며, 사전 확산 컴포넌트의 연장 방향을 따라 배열된 서브파장 격자가 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역에 배치되고, 사전 확산 컴포넌트는 어레이형 도파관 격자의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조절하도록 구성된다.

서브파장 격자의 격자 파라미터는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도 또는 AWG의 등가 굴절률과 관련되기 때문에, 격자 파라미터는 다음의 두 가지 선택적 구현을 사용하여 결정될 수 있다.

선택적 구현에서, 기판 상에 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 제조하기 전에, 방법은: 제조될 어레이형 도파관 격자의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도에 기초하여 서브파장 격자의 격자 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함하되, 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함한다.

다른 선택적 구현에서, 기판 상에 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 제조하기 전에, 방법은: 제조될 어레이형 도파관 격자의 등가 굴절률에 기초하여 서브파장 격자의 격자 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함하되, 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함한다.

본 출원에 제공된 AWG에 따르면, 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 서브파장 격자 구조를 갖는 사전 확산 컴포넌트가 추가된다. 사전 확산 컴포넌트는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성되므로 최종적으로 AWG에서 평탄한 상단 스펙트럼이 출력된다. 평탄한 상단 스펙트럼의 3dB 대역폭은 커서 광 신호의 파장 시프트으로 인한 삽입 손실을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, AWG는 광 신호의 파장 시프트에 저항할 수 있기 때문에, 추가적인 파장 제어 시스템을 배치할 필요가 없으므로, 제조 비용이 절감되고, AWG의 구조 복잡성이 감소된다.

본 발명에 따른 AWG에 따르면, 서브파장 격자를 갖는 사전 확산 컴포넌트에 의해 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도가 높기 때문에, AWG에서 광 신호의 파장 시프트로 인한 삽입 손실이 감소될 수 있다. 또한, AWG의 출력 스펙트럼을 사용하여 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정한다. 따라서, 추가적인 열(thermal) 튜닝 컴포넌트를 배치할 필요가 없고, AWG의 복잡성이 감소되고, AWG의 전력 소비가 감소되며, 온도 드리프트에 의한 삽입 손실을 피할 수 있다.

본 출원에 제공된 AWG에 따르면, 서브 파장 격자의 격자 파라미터는 사전 확산 컴포넌트와 협력하여 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 조정되어, 설계 자유도가 높고 호환성이 높으며 AWG는 다른 기판 재료 및 광 도파관 재료에 적용가능하다. 또한, 서브파장 격자를 갖는 사전 확산 컴포넌트를 배치하여 AWG의 전체적인 컴포넌트 크기가 거의 증가하지 않고 제조 비용이 낮으며 AWG를 소형화할 수 있다.

도 1은 종래의 AWG에 의해 출력되는 광 신호의 스펙트럼의 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 구조의 개략도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 또 따른 AWG의 구조의 개략도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 제1 커플러의 작동 원리의 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 제2 커플러의 작동 원리의 개략도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 작동 원리의 개략도이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 구조의 일부의 개략도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 AWG의 구조의 일부의 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 AWG의 작동 원리의 개략도이다.
도 10은 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 구조의 일부의 개략도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 구조의 일부의 개략도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 단면의 개략도이다.
도 13은 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 출력 스펙트럼의 개략도이다.
도 14는 본 출원의 실시예에 따른 송신기 머신의 구조의 개략도이다.
도 15는 본 출원의 실시예에 따른 또 다른 송신기 머신의 구조의 개략도이다.
도 16은 본 출원의 실시예에 따른 수신기 머신의 구조의 개략도이다.
도 17은 본 출원의 실시예에 따른 광통신 시스템의 구조의 개략도이다.
도 18은 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 제조 방법의 흐름도이다.

본 출원의 원리 및 기술적 해결책을 보다 명확하게 하기 위해, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시예를 상세히 설명한다.

종래의 AWG는 순차적으로 연결된 제1 도파관, 제1 스타 커플러, 어레이형 도파관, 제2 스타 커플러, 및 제2 도파관을 포함한다. 도 1은 종래의 AWG에 의해 출력되는 광 신호의 스펙트럼(출력 스펙트럼이라고도 함)의 개략도이다. 스펙트럼은 가우스 모양의 스펙트럼이다. 스펙트럼의 개략도에서, 가로축은 마이크로미터(μm) 또는 나노미터(nm) 단위의 파장을 나타낸다. 세로축은 데시벨(dB) 단위의 전력 투과율(power transmittance)을 나타낸다(세로축은 밀리와트(mw) 또는 데시벨 밀리와트(dBm) 단위의 광 출력을 나타낼 수도 있음). 전력 투과율은 광 신호의 출력 광 전력과 입력 광 전력의 비율이다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 가우스 모양의 스펙트럼은 주로 광 신호가 어레이형 도파관을 통과할 때 생성되는 가우스 모양의 광학 필드에 의해 발생된다. 가우스 모양의 스펙트럼의 상단은 돌출되어 있으며, 3dB 대역폭은 작다. 3dB 대역폭은 일반적으로 가우스 모양의 스펙트럼의 전체 대역폭의 약 40%에 불과하다. 3-dB 대역폭이 작은 AWG를 기반으로 광 신호를 전송할 때, 입력 광 신호의 파장이 불안정하고 작은 파장 시프트가 발생하면, 광 전력이 감소하고 큰 삽입 손실(줄여서 삽입 손실이라고 함)이 발생할 수 있다. 도 1에 표시된 스펙트럼 모식도를 참조한다. 파장 시프트은 광 신호의 파장이 전력 투과율이 가장 큰 위치에 해당하는 파장에서 다른 위치에 해당하는 파장으로 이동하는 것을 의미한다. 삽입 손실을 줄여야 하는 경우, 입력 광 신호의 파장을 제어하기 위해 파장 제어 시스템을 추가해야 한다. 그러나, 파장 제어 시스템은 AWG의 제조 비용을 증가시키고 AWG의 구조적 복잡성을 증가시킨다.

도 2 및 도 3은 본 출원의 실시예에 따른 2개의 AWG(10)의 구조에 대한 개략도이다. AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도가 높고, 3dB 대역폭에 대응하는 파장 범위가 증가될 수 있으므로, AWG 내의 광 신호의 파장 시프트에 의한 삽입 손실이 감소되고, 추가적인 파장 제어 시스템을 배치할 필요가 없다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, AWG(10)는 제1 도파관(101), 사전 확산 컴포넌트(102), 제1 커플러(103), 어레이형 도파관(104), 제2 커플러(105) 및 제2 도파관(106)을 포함한다.

어레이형 도파관(104)은 m개의 도파관을 포함하고, 제1 도파관(101)은 n개의 도파관을 포함하고, 제2 도파관(106)은 p개의 도파관을 포함하며, m은 1보다 큰 양의 정수이고, n과 p는 모두 양의 정수이며, n과 p는 서로 다르다. 도 2에서는, m=10, n=1, p=5인 예를 사용하여 설명한다. 도 3에서는, m=10, n=5, p=1인 예를 사용하여 설명한다. 본 출원의 실시예에서, m, n, 및 p의 값은 제한되지 않는다.

제1 도파관(101)은 제1 커플러(103)에 n개의 광 신호를 입력하도록 구성되고, 제2 도파관(106)은 p개의 광 신호를 출력하도록 구성된다.

제1 커플러(103)는 n개의 광 신호를 전송을 위해 m개의 도파관에 결합하도록 구성된다. 도 4는 본 출원의 실시예에 따른 제1 커플러의 작동 원리를 개략적으로 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 커플러(103)에 대해, n개의 광 신호의 각각은 제1 도파관(101)으로부터 입력되어 제1 커플러(103)의 결합 영역(즉, 롤랜드 원)으로 들어가서 결합 영역으로부터 발산한 후 동시에 m개의 도파관으로 들어간다. 제1 커플러(103)는 n개의 광 신호 각각의 전력을 m개의 도파관에 균등하게 분배하도록 구성된다. 도 4에서는 n=1 및 m=5인 예를 사용하여 설명하지만, n과 m의 특정 값은 제한되지 않는다. 예를 들어, 파장이 1550nm인 광 신호가 제1 커플러(103)의 결합 영역으로 들어가면, 해당 파장의 광 신호는 어레이형 도파관(104)의 m개의 도파관으로 동시에 들어간다.

어레이형 도파관(104)은 다중 빔 간섭 원리를 사용하여 광 신호를 전송하도록 구성된다. 어레이형 도파관(104)에는 인접한 도파관 사이에 고정된 길이 차이가 존재한다. 광 경로 차이가 도입되어 m개의 광 신호가 어레이형 도파관(104)을 통해 전송된 후 서로 다른 파면 기울기를 형성하고 제2 커플러(105)의 서로 다른 위치에 초점을 맞출 수 있도록 한다. 따라서, m개의 광 신호는 제2 커플러(105)를 통해 제2 도파관(106) 내의 상이한 도파관에 의해 수신된다.

제2 커플러(105)는, 전송을 위해 p개의 도파관에, m개의 도파관에서 전송된 광 신호를 결합하도록 구성된다. 도 5는 본 출원의 실시예에 따른 제2 커플러의 작동 원리에 대한 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 커플러(105)의 경우, 어레이형 도파관(104)에서 m개의 광 신호가 고정된 길이 차이를 두고 전송된 후, m개의 광 신호는 제2 커플러(105)의 결합 영역(즉, 롤랜드 원)에서 회절되고, p개의 위치에 초점을 맞추어 제2 도파관(106)의 p개의 도파관에서 개별적으로 출력된다. 제2 커플러(105)의 결합 영역에서, 동일한 파장을 갖는 광 신호는 결합 영역의 동일한 위치에 초점을 맞추고, 상이한 파장을 갖는 광 신호는 결합 영역의 상이한 위치에 초점을 맞춘다. 제2 커플러(105)는 디멀티플렉싱 기능을 구현할 수 있다. 구체적으로, 제2 도파관(106)의 p개의 도파관으로 유입되는 광 신호의 파장은 서로 다르다. 도 5에서는, m=5 및 p=3인 경우를 예로 들어 설명한다. 제2 커플러(105)는 파장이 다른 3개의 광 신호를 출력하며, 이 광 신호는 파장(λ1 ~ λ3의)을 갖는 광 신호라고 가정한다. 그러나, m, p 및 λ의 특정 값은 제한되지 않는다.

제1 커플러(103) 및/또는 제2 커플러(105)는 스타 커플러/스타 커플러들일 수 있다. 스타 커플러는 롤랜드 원형 구조를 갖는 평면 도파관(자유 전파 영역이라고도 함)이다. 롤랜드 원형 구조는 회절 왜곡을 감소시키고 광 전력의 균일한 분포를 달성하기 위한 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 사전 확산 컴포넌트(102)는 제1 도파관(101)과 제1 커플러(103) 사이에 위치하며, 사전 확산 컴포넌트(102)는 제1 도파관(101)과 제1 커플러(103) 사이에 전이 영역을 형성한다. 예를 들어, 제1 도파관(101), 사전 확산 컴포넌트(102) 및 제1 커플러(103)의 폭은 점차적으로 증가하거나 점차적으로 감소할 수 있다. 또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 사전 확산 컴포넌트(102)는 제2 커플러(105)와 제2 도파관(106) 사이에 위치하며, 사전 확산 컴포넌트(102)는 제2 커플러(105)와 제2 도파관(106) 사이에 전이 영역을 형성한다. 예를 들어, 제2 커플러(105), 사전 확산 컴포넌트(102) 및 제2 도파관(106)의 폭은 점차적으로 증가하거나 점차적으로 감소할 수 있다.

도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 사전 확산 컴포넌트(102)의 연장 방향(즉, 길이 방향)(r1)을 따라 배치된 서브파장 격자(1021)는 사전 확산 컴포넌트(102)가 위치한 영역에 배치되고, 사전 확산 컴포넌트(102)의 폭의 방향(r2)은 사전 확산 컴포넌트(102)의 연장 방향(r1)에 수직이다. 사전 확산 컴포넌트(102)와 서브파장 격자(1021)는 동일한 조성 기술을 사용하여 제조함으로써 얻을 수 있다. 예를 들어, 서브파장 격자가 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역에 배치된다는 것은 서브파장 격자가 사전 확산 컴포넌트 내에 배치되거나, 서브파장 격자가 사전 확산 컴포넌트의 경계로 둘러싸인 영역에 배치된다는 것을 의미한다.

사전 확산 컴포넌트(102)는 AWG(10)의 출력 스펙트럼 상단의 평탄도를 조정하도록 구성된다. 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도는 광 신호의 파장이 변화함에 따라 전력 투과율의 진폭의 변화 정도이다. 전력 투과율의 진폭 변화가 작을수록 평탄도가 높음을 나타낸다. 사전 확산 컴포넌트(102)에 의해 수행된 조정에 기초하여, AWG(10)는 평탄한 상단 스펙트럼을 출력할 수 있다. 평탄한 상단 스펙트럼의 3dB 대역폭이 크게 향상되어 3dB 대역폭에 해당하는 파장 범위가 효과적으로 증가되고 입력 광 신호의 불안정성으로 인한 삽입 손실이 어느 정도 감소된다.

본 출원의 본 실시예에서 제공되는 AWG에 따르면, 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에, 서브파장 격자 구조를 갖는 사전 확산 컴포넌트가 추가된다. 사전 확산 컴포넌트는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성되므로 최종적으로 AWG에서 평탄한 상단 스펙트럼이 출력된다. 평탄한 상단 스펙트럼의 3dB 대역폭이 커서 광 신호의 파장 시프트으로 인한 삽입 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.

또한, AWG는 광 신호의 파장 시프트에 저항할 수 있기 때문에, 추가적인 파장 제어 시스템을 배치할 필요가 없으므로, 제조 비용이 절감되고, AWG의 구조 복잡성이 감소된다.

본 실시예의 실시예에서, 사전 확산 컴포넌트(102)는 이중 피크 광학 필드(이중 험프(double-hump) 광학 필드 또는 험프 광학 필드라고도 함)를 형성할 수 있다. 이중 피크 광학 필드는 2개의 파동 피크(돌출부라고도 함)와, 2개의 파동 피크 사이에 위치한 하나의 파동 트로프(함몰부라고도 함)를 갖는 광학 필드이다. 도 6은 본 출원의 실시예에 따른 AWG(10)의 작동 원리에 대한 개략도이다. 예를 들어, 도 6은 도 2의 광 신호가 제1 도파관(101), 사전 확산 컴포넌트(102) 및 제1 커플러(103)를 통과하는 과정에서 광 신호에 대응하는 광학 필드(w)의 변화 과정을 보여준다. 제1 도파관(101)으로부터 입력된 광 신호의 광학 필드는 가우스 형태의 광학 필드이다. 광 신호가 사전 확산 컴포넌트(102)를 통과한 후, 제1 커플러(103)로 입력된 광 신호의 광학 필드는 이중 피크 광학 필드로 변경된다.

선택적인 방식으로, 사전 확산 컴포넌트(102)는 셀프-매핑 원리를 사용하여 이중 피크 광학 필드를 형성한다. 셀프 이미징이라고도 하는 셀프 매핑은 다중 모드 도파관의 특징이다. 셀프 매핑 특징에 기초하여, 도파관의 광 신호 전송 방향을 따라 입력 광학 필드를 분배함으로써 입력 광학 필드의 N개의 중복 이미지(여기서 N은 양의 정수)를 간격을 두고 주기적으로 재현한다. 예를 들어, 1 대 2 광학 필드(즉, 이중 피크 광학 필드), 1 대 3 광학 필드(즉, 삼중 피크 광학 필드) 또는 1 대 4 광학 필드(즉, 4중 피크 광학 필드)와 같이 동일하게 분할된 상이한 광학 필드는 다중 모드 도파관의 광 신호 전송 방향을 따라 상이한 위치에 나타난다. 본 출원의 실시예에서, 사전 확산 컴포넌트(102)는 다중 모드 도파관이다. 사전 확산 컴포넌트(102)의 길이는 사전 확산 컴포넌트(102)의 출력단에 1 대 2 광학 필드가 나타나도록 보장할 수 있다. 도 7은 본 출원의 실시예에 따른 AWG 구조의 일부에 대한 개략도이다. 도 7에서, 사전 확산 컴포넌트(102)는 MMI 컴포넌트이며, 셀프 매핑 원리를 사용하여 이중 피크 광학 필드를 형성한다.

다른 선택적인 방식으로, 사전 확산 컴포넌트(102)는 전력 등분 원리(power equal division principle)를 사용하여 이중 피크 광학 필드를 형성한다. 전력 등분 원리에 기초한 사전 확산 컴포넌트(102)는 전력 분할 구조로 되어 있다. 사전 확산 컴포넌트(102)는 입력 광 신호의 전력을 2개의 동일한 부분으로 분할하고, 2개의 분기 도파관을 사용하여, 분할 후 얻은 2개의 광 신호를 출력한다. 두 분기 도파관 사이의 거리가 짧으면, 두 분기 상의 광 신호의 광학 필드는 에지 에너지의 중첩으로 인해 이중 피크 광학 필드를 형성한다. 도 8은 본 출원의 실시 예에 따른 또 다른 AWG 구조의 일부에 대한 개략도이다. 도 8에서, 사전 확산 컴포넌트(102)는 Y자형 구조(Y-분기 구조라고도 함)이다. Y자형 구조는 주 도파관(a1)과 주 도파관(a1)에 연결된 2개의 분기 도파관(a2)을 포함한다. Y자형 구조에서는, 전력 등분 원리를 사용하여 이중 피크 광학 필드가 형성된다.

본 출원의 실시예에서, 사전 확산 컴포넌트(102)는 대안으로, AWG의 출력 스펙트럼 상부의 평탄도를 조정할 수 있는 다른 구조일 수 있는데, 예를 들어, 이중 피크 광학 필드를 생성할 수 있는 다른 구조일 수 있다. 이는 본 출원의 실시예에서 제한되지 않는다.

예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 사전 확산 컴포넌트(102)는 축대칭 구조이고, 사전 확산 컴포넌트(102)의 대칭 축은 사전 확산 컴포넌트(102)의 연장 방향(r1)과 평행하다. 축대칭 사전 확산 컴포넌트(102)는 쉽게 제조할 수 있고, 대칭 이중 피크 광학 필드를 형성할 수 있으므로, AWG(10)의 출력 스펙트럼의 상단이 평평하고 기울어지지 않는다.

본 출원의 이 실시예에서, 제1 도파관(101)은 대안적으로 축대칭 구조일 수 있고, 사전 확산 컴포넌트(102)의 대칭 축은 제1 도파관(101)의 대칭 축과 정렬된다. 축대칭 제1 도파관(101)은 쉽게 제조할 수 있으며, 대칭 가우스 형태의 스펙트럼을 형성할 수 있다. 사전 확산 컴포넌트(102)의 대칭 축은 제1 도파관 (101)의 대칭 축과 정렬되어 이중 피크 광학 필드의 두 돌출부 (즉, 두 피크)의 전력은 동일하다. 따라서, 이중 피크 광학 필드의 대칭이 보장된다. 실제 구현 동안, 제1 도파관(101)은 대안적으로 비축대칭 구조일 수 있다.

예를 들어, 도 9는 사전 확산 컴포넌트(102)에 의해 출력되고 광 신호에 대응하는 이중 피크 광학 필드와 어레이형 도파관(104)에 의해 출력되는 가우스 형상의 광학 필드의 중첩에 대한 개략도이다. 이중 피크 광학 필드의 함몰부와 가우스 형상의 광학 필드의 돌출부는 서로 상쇄될 수 있기 때문에, AWG(10)에서 최종적으로 출력되는 광 신호의 광학 필드의 상단의 평탄도가 더 높아진다. 이 광학 필드를 평탄한 상단 광학 필드라고 하며, 광학 필드에 대응하는 출력 스펙트럼을 평탄한 상단 스펙트럼이라고 한다. 도 9에서는, 각 광학 필드의 개략도의 가로축은 광 신호가 통과하는 도파관의 폭을 나타내며 단위는 마이크로미터이다. 세로축은 광 신호에 대응하는 자기장 세기를 나타내며 단위는 a.u이며, 여기서 a.u.는 상대값의 단위를 나타내며 임의의 설정된 단위일 수 있다. 도 9는 각 광학 필드의 개략도의 두 좌표축을 도시하지 않았다.

격자(grating)는 다량의 평행 슬릿(또는 스케일)을 포함하는 광학 컴포넌트이다. 격자의 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함한다. 격자 주기성은 격자 상수라고도 하며, 격자의 인접한 두 슬릿 사이의 거리이며, 두 슬릿의 동일한 면 사이의 거리로 나타낼 수 있다. 격자 주기성은 격자의 한 슬릿의 폭과, 슬릿과 다른 슬릿 사이의 간격의 폭의 합과 같을 수 있다. 듀티 사이클은 격자의 인접한 슬릿 사이의 간격의 폭 대 격자 주기성의 비율이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 격자 주기성(a)은 두 슬릿의 우변 사이의 거리이고, b는 두 슬릿 사이의 간격의 폭(즉, 두 슬릿 사이의 영역의 폭)인 예가 도 7에서 식별을 위해 사용된다.

서브파장 격자는 격자 주기가 동작 파장보다 작은 격자이다. 예를 들어, 본 출원의 실시예에서 제공되는 서브파장 격자의 격자 주기성의 값 범위는 [0.1 μm, 1 μm]이고, 듀티 사이클의 값 범위는 (0, 1)이다. AWG에서, 동작 파장은 AWG가 지원하는 광 신호의 파장이다. 예를 들어, AWG의 출력단에 하나의 광 채널이 포함된 경우, 동작 파장은 광 채널에 대응하는 광 신호의 파장이다. AWG의 출력단이 복수의 광 채널을 포함하는 경우, AWG를 통과하는 광 신호는 복수의 광 채널에 대응하는 복수의 광 신호이다. 이 경우, 동작 파장은 복수의 광 신호의 지정된 파장이다. 예를 들어, 지정된 파장은 중심 파장, 임의의 파장, 최소 파장, 최대 파장 또는 평균 파장이다.

다른 유형의 사전 확산 컴포넌트(102)의 경우, 서브파장 격자는 사전 확산 컴포넌트(102)의 다른 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7에서, 사전 확산 컴포넌트(102)는 MMI 컴포넌트이고, MMI 컴포넌트는 직사각형 구조이다. 서브파장 격자는 MMI 컴포넌트 상에, 즉 MMI 컴포넌트의 직사각형 표면 위에 배치된다. 도 8에서, 사전 확산 컴포넌트(102)는 Y자형 구조(Y-분기 구조라고도 함)이고, 서브파장 격자는 Y자형 구조의 경계에 의해 둘러싸인 영역에, 즉 2개의 분기 도파관(a2) 사이에 배치된다.

본 출원의 이 실시예에서, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자(1021)는 복수의 타입을 가질 수 있다. 배열 방향에 기초하여, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자(1021)는 아래의 제1 선택적 예 및 제2 선택적 예에서 제공되는 두 가지 타입으로 분류될 수 있다. 격자 파라미터에 기초하여, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자(1021)는 아래의 제3 선택적 예 및 제4 선택적 예에 제공된 두 가지 타입으로 분류될 수 있다.

제1 선택적 예에서, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 1차원 서브파장 격자이다. 즉, 서브파장 격자는 하나의 배열 방향만을 갖는다. 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자의 구조는 도 2, 도 3, 도 7 또는 도 8에 도시되어 있다.

제2 선택적 예에서, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자(3차원 서브파장 격자라고도 한다)이다. 도 10은 본 출원의 실시예에 따른 AWG 구조의 일부에 대한 개략도이다. AWG에서, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자인데, 즉, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 2개의 배열 방향을 갖는다. 이 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 사전 확산 컴포넌트(102)의 연장 방향(r1)을 따라 배열된 서브파장 격자 이외에, 또 다른 방향(r2)을 따라 배열된 서브파장 격자가 사전 확산 컴포넌트(102)에 추가로 배치된다. 다른 방향(r2)은 사전 확산 컴포넌트(102)의 연장 방향(r1)에 수직이다. 이러한 방식으로, 사전 확산 컴포넌트(102)의 연장 방향을 따라 배치된 서브파장 격자와 다른 방향을 따라 배치된 서브파장 격자는 그리드 격자 구조를 형성한다. 선택적 구현에서, 사전 확산 컴포넌트(102)의 연장 방향(r1)을 따라 배열된 서브파장 격자의 슬릿과 다른 방향(r2)을 따라 배열된 서브파장 격자의 슬릿이 사전 확산 컴포넌트의 표면에 배치되고, 그리드 격자의 각 그리드는 사전 확산 컴포넌트의 표면에 대해 상대적으로 돌출된 블록 형상의 바디이다.

제3 선택적 예에서, 서브파장 격자는 균일 격자이다. 균일 격자는 격자 주기성 및 듀티 사이클이 모두 고정된 값인 격자이다. 균일 격자의 구조는 도 2, 도 3, 도 7, 도 8 또는 도 10에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 격자의 듀티 사이클은 격자 주기성(a)에 대한 슬릿들 사이의 간격의 폭(b)의 비율, 즉 b/a이다.

제4 선택적 예에서, 서브파장 격자는 비균일 격자이다. 비균일 격자는 격자 주기성 및 듀티 사이클이 고정된 값이 아닌 격자이다. 다시 말해, 비균일 격자는 적어도 2개의 격자 주기성을 갖는 격자 및/또는 적어도 2개의 듀티 사이클을 갖는 격자이다. 도 11은 본 출원의 실시예에 따른 AWG 구조의 일부에 대한 개략도이다. AWG에서, 사전 확산 컴포넌트(102)의 서브파장 격자는 비균일 격자이다. 예를 들어, 비균일 격자는 그레디언트 격자일 수 있다. 그레디언트 격자는 격자 주기성이 점차적으로 증가하거나 감소하는 격자이다.

실제 구현 시, 제1 선택적 예 내지 제4 선택적 예는 상황에 따라 조합될 수 있다. 예를 들어, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 1차원 서브파장 격자이며, 균일 격자이다. 또는, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자이며, 균일 격자이다. 또는, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 1차원 서브파장 격자이고, 비균일 격자이다. 또는, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자이며, 비균일 격자이다. 또는, 사전 확산 컴포넌트(102) 상의 서브파장 격자는 2차원 서브파장 격자이고, 서브파장 격자의 한 그룹은 균일 격자이고, 서브파장 격자의 다른 그룹은 비균일 격자이다.

전술한 모든 실시예에서, 서브파장 격자의 슬릿이 직선을 따라 분포된 슬릿인 예가 설명에 사용되었음에 유의해야 한다. 실제 구현 동안, 서브파장 격자의 슬릿은 다른 형태의 슬릿, 예를 들어 곡선 슬릿일 수 있다. 서브파장 격자의 슬릿의 길이는 같거나 다를 수 있다. 사전 확산 컴포넌트(102)의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하는 기능을 구현할 수 있는 임의의 서브파장 격자는 본 출원의 실시예의 보호 범위 내에 속해야 한다.

본 출원의 이 실시예에서, 이중 피크 광학 필드의 두 피크의 위치는 사전 확산 컴포넌트(102)의 폭에 기초하여 결정된다(도 2, 도 3 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 폭의 방향은 r2이다). 사전 확산 컴포넌트(102)의 등가 굴절률은 이중 피크 광학 필드의 함몰부의 깊이에 영향을 미친다. 일반적으로, 사전 확산 컴포넌트(102)의 등가 굴절률은 이중 피크 광학 필드의 깊이와 음의 상관 관계가 있다. 즉, 사전 확산 컴포넌트(102)의 등가 굴절률이 작을수록 이중 피크 광학 필드가 더 깊게 함몰된다는 것을 나타낸다. 사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률은 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역의 등가 굴절률이라는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 사전 확산 컴포넌트가 MMI인 경우, 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역은 MMI의 경계로 둘러싸인 영역이다. 사전 확산 컴포넌트가 Y자형 구조인 경우, 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역은 Y자형 구조의 경계에 의해 둘러싸인 영역이다. 사전 확산 컴포넌트(102)에 서브파장 격자가 없는 경우, 예를 들어, 사전 확산 컴포넌트가 서브파장 격자가 없는 MMI 컴포넌트인 경우, MMI 컴포넌트의 폭과 등가 굴절이 모두 고정되어 있기 때문에, MMI 컴포넌트는 이중 셀프 매핑 효과에 의해 생성된 이중 피크 광학 필드의 진폭 분포를 정확하게 조정하고 제어할 수 없다. MMI 컴포넌트가 출력하는 이중 피크 광학 필드에서, 두 이미지 포인트(즉, 두 피크) 사이의 광학 필드는 전체적으로 겹쳐지고 상승한다. 그 결과, 광학 필드의 중간 영역(즉, 함몰 영역)의 함몰 정도가 불충분하고 함몰부의 깊이가 AWG의 출력 스펙트럼의 평탄도 요건을 충족하지 못한다. 따라서, 서브파장 격자가 없는 사전 확산 컴포넌트(102)를 사용하면 AWG(10)의 출력 스펙트럼의 상단이 목표 평탄도에 도달할 수 없다. 서브파장 격자는 사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률에 영향을 미쳐 (예를 들어, 사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률을 감소시켜) 이중 피크 광학 필드의 함몰부의 깊이를 조정하여 AWG(10)의 출력 스펙트럼의 형상에 영향을 줄 수 있다. 서브파장 격자를 배치함으로써, 사전 확산 컴포넌트(102)는 사전 확산 컴포넌트(102)의 등가 굴절률을 조정하여 AWG(10)의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하는 데 도움을 받을 수 있으므로, 사전 확산 컴포넌트(102)가 폭을 갖는다는 전제하에 AWG(10)의 출력 스펙트럼의 상단이 목표 평탄도에 도달하도록 할 수 있다.

이러한 방식으로, AWG(10)가 제조되기 전에, 서브파장 격자의 격자 파라미터가 먼저 결정될 수 있고, 결정된 격자 파라미터에 기초하여 AWG(10)가 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, AWG(10)의 출력 스펙트럼의 상단은 평평하다. 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함한다. 구현에서, AWG(10)의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도는 서브파장 격자의 격자 파라미터와 관련이 있다. 서브파장 격자의 격자 파라미터는 제조될 AWG(10)의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도에 기초하여 결정될 수 있다. 다른 실시예에서, AWG(10)의 등가 굴절률(또는 사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률)은 서브파장 격자의 격자 파라미터와 관련있고, AWG의 등가 굴절률은 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도와 관련된다. 격자 주기성이 변경되지 않은 경우, 보다 큰 듀티 사이클은 AWG의 보다 큰 등가 굴절률을 나타낸다. 듀티 사이클이 변경되지 않은 경우, 보다 큰 격자 주기성은 AWG의 보다 큰 등가 굴절률을 나타낸다. 이 경우, 서브파장 격자의 격자 파라미터는 제조될 AWG(10)의 등가 굴절률에 기초하여 결정될 수 있다. 두 실시예의 특정 프로세스에 대해서는, 후속 방법 실시예의 프로세스를 참조한다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 AWG(10)는 기판(기판 플레이트라고도 함)을 더 포함할 수 있고, AWG 패턴(pattern)이 기판 상에 배치된다는 점에 유의해야 한다. AWG 패턴은 제1 도파관(101), 사전 확산 컴포넌트(102), 제1 커플러(103), 어레이형 도파관(104), 제2 커플러(105) 및 제2 도파관(106)을 포함한다. 다른 제조 시나리오의 경우, 기판의 재료가 다를 수 있으며 AWG 패턴의 재료도 다를 수 있다. 예를 들어, 기판의 재료는 리튬 니오베이트(LiNbO₃), III-V족 반도체 화합물, 실리콘 이산화물(SiO₂), 실리콘(Si), 고분자(폴리머) 또는 유리일 수 있다. AWG 패턴을 제조하기 위한 광 도파관 재료는 실리콘(Si), 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 옥시니트라이드(SiON) 또는 실리콘 이산화물일 수 있다.

선택적으로, AWG(10)는 다른 재료 층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, AWG(10)는, AWG 패턴을 가지며 기판에 가까운 측면에 위치한 제1 보호 층 및/또는 AWG 패턴을 가지며 기판에 가까운 측면에 위치한 제2 보호 층을 더 포함할 수 있다. 제1 보호 층 및 제2 보호 층은 모두 AWG 패턴의 서비스 수명을 향상시키기 위해 AWG 패턴을 보호하도록 구성된다. 예를 들어, 제1 보호 층과 제2 보호 층의 재료는 모두 실리콘 이산화물이다. 도 12는 본 출원의 실시예에 따른 AWG(10)의 단면의 개략도이다. AWG(10)는 기판(107), 제1 보호층(108), AWG 패턴(M) 및 제2 보호층(109)을 포함한다. AWG 패턴(M)은 전술한 실시예에서의 제1 도파관(101), 사전 확산 컴포넌트(102), 제1 커플러(103), 어레이형 도파관(104), 제2 커플러(105) 및 제2 도파관(106)을 포함한다. 서브파장 격자(1021)는 사전 확산 컴포넌트(102) 상에 배치된다.

이해를 돕기 위해, 아래에서는 실제 AWG의 구조를 예로 들어 설명한다. AWG에서, 어레이형 도파관은 16개의 도파관(16개 채널이라고도 함)을 포함하며, 인접한 도파관 사이의 길이 차이는 100(GHz)이고, 즉 채널 간격은 100기가헤르츠(GHz)라고 가정한다. 채널 간격은 인접한 도파관의 출력 스펙트럼의 파동 피크에 대응하는 파장 대 주파수 간격의 비율이다. AWG 패턴의 재료는 실리콘 질화물이며 실리콘 질화물 층의 두께는 80 나노미터(nm)이다. 또한, AWG는 AWG 패턴의 양면에 배치되는 제1 보호층과 제2 보호층을 더 포함한다. 제1 보호층과 제2 보호층의 재료는 모두 실리콘 이산화물이다. 제1 도파관, 제2 도파관 및 어레이형 도파관의 각각의 폭은 3.5 마이크로미터이다. 제1 도파관의 n개의 도파관 사이의 간격 및 n개의 도파관과 제1 커플러 사이의 접합부는 8 마이크로미터이고, 제2 도파관의 p개의 도파관 사이의 간격 및 p개의 도파관과 제2 커플러 사이의 접합부는 8 마이크로미터이다. 어레이형 도파관의 m개의 도파관 사이의 간격 및 m개의 도파관과 제1 커플러 사이의 접합부 및 m개의 도파관과 제2 커플러 사이의 접합부 사이의 간격은 각각 10 마이크로미터이다. m=145, n=1, 및 p=16이다. 제1 커플러와 제2 커플러는 모두 롤랜드 원형 구조를 포함하며, 로울랜드 원형 구조의 직경은 1.823밀리미터이다. 1차원 서브파장 격자를 갖는 사전 확산 컴포넌트는 제1 도파관과 제1 커플러 사이에 배치되고, 사전 확산 컴포넌트는 MMI이다.

도 13은 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 출력 스펙트럼의 개략도이다. AWG의 출력 스펙트럼은 제2 도파관에 포함된 16개의 도파관(출력 채널이라고도 함)에 대응하는 스펙트럼을 포함한다. 출력 스펙트럼의 개략도에서, 가로축은 μm 단위의 파장을 나타내고 세로축은 dB 단위의 전력 투과율을 나타낸다. 서브파장 격자의 도입으로 인해, 이중 피크 광학 필드의 두 돌출부의 중첩이 효과적으로 차단되어 함몰 정도가 더 커진다. 도 13에서 볼 수 있듯이, 얻어진 출력 스펙트럼에서, 제2 도파관에 있는 각 도파관의 스펙트럼 평탄도는 양호하다. 예를 들어, 하나의 광 신호의 경우, 0.5dB 대역폭(전력 스펙트럼 밀도의 피크 포인트가 0.5dB만큼 감소할 때 결정되는 주파수 범위임)은 46GHz이고, 1dB 대역폭은 53GHz이다. 1dB 대역폭(전력 스펙트럼 밀도의 피크 포인트가 1dB만큼 감소할 때 결정되는 주파수 범위임)은 채널 간격의 53%에 도달하며, 3dB 대역폭은 채널 간격의 53%보다 크다는 것은 자명하다. 이 경우, 평탄한 상단 스펙트럼의 획득된 3dB 대역폭이 크게 향상될 수 있고, 입력 광 신호의 불안정성으로 인한 삽입 손실이 효과적으로 감소된다.

본 출원의 실시예에서 제공되는 AWG에 따르면, 서브파장 격자를 갖는 사전 확산 컴포넌트에 의해 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도가 높기 때문에, AWG에서 광 신호의 파장 시프트에 의해 발생하는 삽입 손실이 감소될 수 있다. 또한, 제조상의 오차가 AWG 컴포넌트의 성능에 미치는 영향을 더욱 감소시킬 수 있으며, AWG 컴포넌트의 안정성을 향상시킬 수 있다.

관련 기술로서, AWG가 추가로 제안된다. AWG는 제1 도파관의 입력단에 배치된 열 튜닝 컴포넌트를 포함하고, 열 튜닝 컴포넌트는 제1 도파관을 가열하여 입력 광 신호의 파장 시프트을 감소시킨다. 그러나, AWG의 복잡성이 증가하고 AWG의 전력 소비가 증가한다. 또한, 온도 드리프트는 삽입 손실도 발생시킨다. 본 출원의 실시예에서 제공되는 AWG에 따르면, AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도는 AWG의 출력 스펙트럼을 사용하여 조정된다. 따라서, 추가적인 열 튜닝 컴포넌트를 배치할 필요가 없고, AWG의 복잡성이 감소되며, AWG의 전력 소비가 감소되고, 온도 드리프트로 인한 삽입 손실이 방지된다.

또한, 본 출원의 이 실시예에서 제공되는 AWG에 따르면, 서브파장 격자의 격자 파라미터는 사전 확산 컴포넌트와 협력하여 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 조정되어, 설계 자유도가 높고 호환성이 높으며 AWG는 다른 기판 재료 및 광 도파관 재료에 적용될 수 있도록 한다. 또한, 서브파장 격자를 갖는 사전 확산 컴포넌트를 배치함으로써, AWG의 전체 컴포넌트 크기는 거의 증가하지 않고, 제조 비용이 낮으며, AWG를 소형화할 수 있다.

도 14 및 도 15는 각각 본 출원의 실시예에 따른 두 개의 송신기 머신(광 송신기 머신이라고도 함)(20)의 구조에 대한 개략도이다. 송신기 머신(20)은 광원(201), 변조기(202) 및 AWG(203)를 포함한다. AWG(203)는 본 출원의 실시예에서 제공되는 임의의 AWG(10)일 수 있다.

도 14 및 도 15에서, 광원(201), 변조기(202) 및 AWG(203)는 순차적으로 연결된다. AWG(203)에서, 제1 도파관에 포함된 도파관의 수량(n)은 제2 도파관에 포함된 도파관의 수량(p)보다 크다. 예를 들어, p=1이다. 이러한 방식으로, AWG(203)는 복수의 광 신호를 하나의 광 신호로 멀티플렉싱한다.

도 14 및 도 15에서, 광원(201)은 광 신호를 출력하도록 구성되고, 변조기(202)는 수신된 광 신호를 변조하여 다중 파장 광 신호를 획득하고, 다중 파장 광 신호를 AWG(203)에 입력하도록 구성된다.

도 14에 도시된 바와 같이, 선택적 구현에서, 송신기 머신(20)은 하나의 광원(201) 및 하나 이상의 변조기(202)를 포함한다. 고정된 파장을 가지며 광원(201)에 의해 출력되는 광 신호는 하나 이상의 변조기(202)에 의해 변조되어, 다중 파장의 광 신호를 얻는다. 도 15에 도시된 바와 같이, 다른 선택적 구현에서, 송신기 머신(20)은 복수의 광원(201) 및 복수의 변조기(202)를 포함하고, 복수의 광원(201)은 복수의 변조기(202)에 일대일 대응으로 연결된다. 서로 다른 광원(201)은 서로 다른 파장을 가지며, 고정된 파장을 가지며 각 광원(201)에 의해 출력되는 광 신호는 대응하는 변조기(202)에 의해 변조된다. 복수의 변조기(202)는 복수의 파장을 갖는 광 신호를 출력하여, 복수의 파장을 갖는 광 신호를 AWG(203)에 입력한다.

본 출원의 이 실시예에 따른 송신기 머신에 따르면, AWG의 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 서브파장 격자 구조를 갖는 사전 확산 컴포넌트가 추가된다. 사전 확산 컴포넌트는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성되어 최종적으로 AWG에서 평평한 상단 스펙트럼이 출력되도록 한다. 평탄한 상단 스펙트럼의 3dB 대역폭은 커서 광 신호의 파장 시프트으로 인한 삽입 손실이 효과적으로 감소되고 송신기 머신의 삽입 손실이 더욱 감소될 수 있다.

또한, AWG의 삽입 손실이 작기 때문에, 별도의 파장 제어 시스템을 배치할 필요가 없으므로, 제조 비용이 절감되고, 송신기 머신의 크기를 줄일 수 있다.

도 16은 본 출원의 실시예에 따른 수신기 머신(30)의 구조를 개략적으로 나타낸다. 수신기 머신(30)은 AWG(301) 및 복수의 수신기(302)를 포함한다. AWG(301)는 본 출원의 실시예에서 제공되는 임의의 AWG(10)일 수 있다.

도 16에서, AWG(301)는 복수의 수신기(302)에 개별적으로 연결되고, 수신기(302)는 AWG(301)에 의해 출력되는 광 신호를 수신하도록 구성된다. AWG(301)에서, 제1 도파관에 포함되는 도파관의 수량(n)은 제2 도파관에 포함되는 도파관의 수량(p)보다 작다. 예를 들어, n=1이다. 이러한 방식으로, AWG(301)는 하나의 광 신호를 복수의 광 신호로 디멀티플렉싱한다. 예를 들어, AWG(301)는 복수의 광 신호를 출력하고, 복수의 광 신호는 각각 다른 수신기(302)에 입력된다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 수신기에 따르면, 서브파장 격자 구조를 갖는 사전 확산 컴포넌트는 AWG의 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 추가된다. 사전 확산 컴포넌트는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성되어 최종적으로 AWG에서 평평한 상단 스펙트럼이 출력되도록 한다. 평탄한 상단 스펙트럼의 3dB 대역폭은 커서 광 신호의 파장 시프트으로 인한 삽입 손실이 효과적으로 감소되고 수신기 머신의 삽입 손실이 더욱 감소될 수 있다.

또한, AWG의 삽입 손실이 작기 때문에, 별도의 파장 제어 시스템을 배치할 필요가 없으므로, 제조 비용이 절감되고, 수신기 머신의 크기를 줄일 수 있다.

도 17은 본 출원의 실시예에 따른 광통신 시스템(40)의 구조를 개략적으로 나타낸다. 광통신 시스템은 송신기 머신(401), 수신기 머신(402), 및 송신기 머신(401) 및 수신기 머신(402)에 각각 연결된 광섬유(403)를 포함한다. 송신기 머신(401)은 전술한 실시예에서의 송신기 머신(20)일 수 있고, 수신기 머신(402)은 전술한 실시예에서의 수신기 머신(30)일 수 있다.

도 18은 본 출원의 실시예에 따른 AWG의 제조 방법의 개략적인 흐름도이다. 제조 방법은 다음 단계를 포함한다.

S501: 서브파장 격자의 격자 파라미터를 결정하되, 여기서, 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함한다.

전술한 바와 같이, 서브파장 격자의 격자 파라미터는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도 또는 AWG의 등가 굴절률과 관련되기 때문에, 격자 파라미터는 다음의 두 가지 선택적 구현을 사용하여 결정될 수 있다.

제1 선택적 구현에서, 서브파장 격자의 격자 파라미터는 제조될 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도에 기초하여 결정된다.

제조를 통해 얻어진 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도가 높을수록, 광 신호의 파장 시프트으로 인해 AWG에 의해 생성되는 삽입 손실이 더 작다는 것을 나타낸다. 따라서, AWG를 제조하기 전에, AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 달성할 평탄도에 기초하여 서브파장 격자의 격자 파라미터를 결정할 수 있다. 예를 들어, 직원은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 격자 파라미터를 지속적으로 조정하여, 시뮬레이션을 통해 얻어지며 AWG의 출력 스펙트럼에 관한 것인 상단의 평탄도 변화를 관찰할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 얻어지며 AWG의 출력 스펙트럼에 관한 것인 상단이 거의 수평인 경우, 대응하는 격자 파라미터는 AWG 제조에 필요한 격자 파라미터로 결정된다. 서브파장 격자의 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 조정하고 이중 피크 광학 필드의 함몰 정도를 정밀하게 조절하여, 이중 피크 광학 필드가 AWG 스펙트럼 평탄도 설계에 필요한 입력 필드 분포를 만족하도록 한다. 따라서, AWG 스펙트럼의 요구되는 평탄도를 달성할 수 있다.

전술한 바와 같이, 격자 주기성이 변경되지 않을 때, 듀티 사이클이 클수록 AWG의 등가 굴절률이 더 크다는 것을 나타낸다. 듀티 사이클이 변경되지 않을 때, 더 큰 격자 주기성은 AWG의 더 큰 등가 굴절률을 나타낸다. 사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률은 이중 피크 광학 필드의 함몰 정도와 음의 상관 관계가 있다. 이에 따라, 다른 파라미터가 변경되지 않은 경우, AWG의 등가 굴절률은 이중 피크 광학 필드의 함몰 정도와 음의 상관 관계가 있다. 이 경우, 예를 들어 AWG를 제조하기 전에 직원은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 격자 주기성을 변경하지 않고 서브 파장 격자의 듀티 사이클을 점진적으로 줄일 수 있다. 예를 들어, 직원은 듀티 사이클 1(또는 0.99)부터 시작하여 듀티 사이클을 점차적으로 줄일 수 있다. 이러한 방식으로, AWG의 등가 굴절률이 점차 감소하고 (사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률도 점차 감소함) 이중 피크 광학 필드의 함몰 정도가 점차 증가한다. 직원은 AWG의 출력 스펙트럼의 평탄도가 점차 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 평탄도가 최대 값에 도달한 후에도 서브파장 격자의 듀티 사이클이 계속 감소하면, AWG의 등가 굴절률이 계속 감소하고(사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률도 점차 감소함) 이중 피크 광학 필드의 함몰 정도가 계속 증가한다. 직원은 AWG의 출력 스펙트럼의 평탄도가 점차 감소하는 것을 관찰할 수 있다. 따라서, 직원은 서브파장 격자의 듀티 사이클과 출력 스펙트럼의 평탄도 사이의 대응관계를 기록할 수 있고, AWG의 출력 스펙트럼의 평탄도가 먼저 증가하다가 감소하는 것을 발견한 후, 평탄도의 전환점(구체적으로는, 평탄도가 먼저 증가하다가 감소하는 변곡점)에서 평탄도를 목표 평탄도로서 찾고, 그런 다음 목표 평탄도에 기초하여 전술한 대응관계를 조회하여 목표 듀티 사이클을 결정한다.

또 다른 예로서, AWG가 제조되기 전에, 직원은 대안적으로, 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 듀티 사이클을 변경되지 않게 유지하고 격자 주기성을 조정할 수 있다. 또는, 직원은 듀티 사이클과 격자 주기성을 동시에 조정할 수도 있다. 격자 파라미터를 결정하는 프로세스에 대해서는 전술한 목표 듀티 사이클을 결정하는 프로세스를 참조한다. 자세한 내용은 본 실시예에서 설명하지 않는다.

제2 선택적 구현에서, 서브파장 격자의 격자 파라미터는 제조될 AWG의 등가 굴절률에 기초하여 결정된다.

제조를 통해 얻어진 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도가 높을수록, 광 신호의 파장 시프트으로 인해 AWG에 의해 생성되는 삽입 손실이 더 작다는 것을 나타낸다. AWG의 등가 굴절률은 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도에 따라 달라진다. 따라서 AWG를 제조하기 전에, AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도에 기초하여 AWG의 등가 굴절률을 결정할 수 있다. 그런 다음, AWG의 등가 굴절률에 따라 서브파장 격자의 격자 파라미터가 결정된다. 예를 들어, 직원은 출력 스펙트럼의 상단의 목표 평탄도(예를 들어, 목표 평탄도는 제1 선택적 구현에서 제공된 방법에 따라 결정될 수 있음)를 설정하고, 출력 스펙트럼의 상단의 목표 평탄도를 AWG의 목표 등가 굴절률로 변환할 수 있다. 그런 다음 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 격자 파라미터를 지속적으로 조정하여, 시뮬레이션을 통해 얻어진 AWG의 등가 굴절률의 변화를 관찰한다. 시뮬레이션을 통해 얻은 AWG의 등가 굴절률이 목표 등가 굴절률과 같거나 근사한 경우, 대응하는 격자 파라미터가 AWG 제조에 필요한 격자 파라미터로 결정된다. 사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률도 AWG의 등가 굴절률에 영향을 미치기 때문에, 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 사전 확산 컴포넌트의 목표 등가 굴절률로 변환할 수도 있다. 그런 다음, 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 격자 파라미터를 지속적으로 조정하여, 시뮬레이션을 통해 얻은 사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률의 변화를 관찰한다. 시뮬레이션을 통해 얻어진 사전 확산 성분의 등가 굴절률이 목표 등가 굴절률과 같거나 근사한 경우, 대응하는 격자 파라미터가 AWG 제조에 필요한 격자 파라미터로 결정된다.

사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률은 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도에 영향을 미치고, 사전 확산 컴포넌트의 등가 굴절률도 재료 및 두께에 의해 영향을 받기 때문에, AWG가 제조되기 전에, 직원은 제조 프로세스에서 목표 재료 및 목표 두께를 사용하여 AWG를 제조하기 위해, 사전 확산 컴포넌트의 재료 및 두께를 조정함으로써 목표 재료 및 목표 두께를 다른 방법으로 결정할 수 있다는 점에 유의해야 한다.

S502: 기판을 제공한다.

예를 들어, 기판의 재료는 리튬 니오베이트, III-V족 반도체 화합물, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 이산화물, 실리콘, 폴리머, 또는 유리일 수 있다.

S503: 기판 상에 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러, 및 제2 도파관을 제조한다.

어레이형 도파관은 m개의 도파관을 포함하고, 제1 도파관은 n개의 도파관을 포함하고, 제2 도파관은 p개의 도파관을 포함한다. m은 1보다 큰 양의 정수이고, n과 p는 모두 양의 정수이며, n과 p는 서로 다르다. 제1 도파관은 n개의 광 신호를 제1 커플러에 입력하도록 구성된다. 제1 커플러는 전송을 위해 n개의 광 신호를 m 개의 도파관에 결합하도록 구성된다. 제2 커플러는 m개의 도파관에서 전송된 광 신호를 전송을 위해 p개의 도파관에 결합하도록 구성된다. 제2 도파관은 p개의 광 신호를 출력하도록 구성된다. 사전 확산 컴포넌트는 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 위치한다. 사전 확산 컴포넌트의 연장 방향을 따라 배열된 서브파장 격자는 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역에 배치되며, 사전 확산 컴포넌트는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성된다.

제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관은 일회성 또는 다회성 조성 기술(포토에칭 기술이라고도 함)을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 제조 프로세스는 증착, 코팅 또는 스퍼터링 기술을 사용하여 기판 플레이트에 광 도파관 재료 층을 형성하고하는 것, 및 광 도파관 재료 층에 일회성 조성 기술을 수행하여 AWG 패턴을 얻는 것을 포함한다. AWG 패턴은 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 포함한다. 선택적으로, 전술한 AWG 패턴은 다른 구조를 더 포함할 수 있다. 일회성 조성 기술은 포토레지스트 페인팅, 노출, 현상, 에칭 및 포토레지스트 리프트 오프 등을 포함한다. 예를 들어, 조성 기술에서, 에칭 프로세스는 건식 에칭 프로세스를 사용함으로써 완료될 수 있다.

예를 들어, 광 도파관 재료는 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시니트라이드, 또는 실리콘 이산화물일 수 있다.

실제 구현 동안, 다른 재료 층은 실제 상황에 따라 기판 상에 대안적으로 제조될 수 있다. 예를 들어, AWG 패턴이 기판 상에 제조되기 전에, 제1 보호 층은 증착, 코팅, 또는 스퍼터링 기술을 사용하여 대안적으로 형성될 수 있다. 선택적으로, AWG 패턴이 기판 상에 제조된 후에, 제2 보호 층이 증착, 코팅 또는 스퍼터링 기술을 사용하여 대안적으로 형성될 수 있다. 제1 보호 층과 제2 보호 층은 모두 AWG 패턴의 서비스 수명을 향상시키기 위해 AWG 패턴을 보호하도록 구성된다. 예를 들어, 제1 보호 층과 제2 보호 층의 재료는 모두 실리콘 이산화물이다.

본 출원의 이 실시예에서 제공되는 AWG의 제조 방법에 따르면, AWG의 제1 도파관과 제1 커플러 사이 또는 제2 커플러와 제2 도파관 사이에 서브파장 격자 구조를 갖는 사전 확산 컴포넌트가 추가된다. 사전 확산 컴포넌트는 AWG의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성되어 최종적으로 AWG에서 평평한 상단 스펙트럼이 출력되도록 한다. 평탄한 상단 스펙트럼의 3dB 대역폭이 커서, 광 신호의 파장 시프트으로 인한 삽입 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.

전술한 AWG의 제조 방법은 종래의 AWG 제조 기술과 완전히 호환될 수 있다. 서브파장 격자 구조를 갖는 사전 확산 컴포넌트와 AWG 패턴의 다른 디바이스는 일회성 또는 다회성 조성 기술을 사용하여 동시에 제조될 수 있으며, 추가적인 기술 단계가 추가될 필요가 없다. 제조 프로세스가 간단하고, 구현이 용이하며, 제조 비용이 저렴하다.

본 출원에서, "제1" 및 "제2"라는 용어는 단지 설명을 위해 사용된 것일 뿐, 상대적 중요성을 나타내거나 암시하는 것으로 이해될 수 없다. "복수의"라는 용어는 달리 명시적으로 제한되지 않는 한, 둘 이상을 의미한다. "A가 B를 지칭한다"는 것은 A가 B와 동일하거나 A가 B의 단순한 변형임을 의미한다.

첨부된 도면에서, 층 및 영역의 크기는 도면의 명확성을 위해 과장될 수 있음에 유의해야 한다. 또한, 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에"라고 지칭될 때, 해당 요소 또는 층은 다른 요소에 직접적으로 존재하거나, 중간 층이 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "아래"로 언급되는 경우, 요소 또는 층은 다른 요소 바로 아래에 있을 수 있거나, 하나 이상의 중간 층 또는 요소가 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 층 또는 요소가 2개의 층 또는 2개의 요소 "사이"로 언급되는 경우, 요소 또는 층은 2개의 층 또는 2개의 요소 사이의 고유한 층일 수 있거나 하나 이상의 중간 층 또는 요소가 존재할 수 있다는 것을 더 이해할 수 있다. 명세서 전체에서 유사한 참조 부호는 유사한 요소를 나타낸다.

전술한 실시예에서 제공되는 AWG 및 그 제조 방법, 트랜시버 및 광통신 시스템은 동일한 개념에 속한다는 점에 유의해야 한다. 이에 대한 구체적인 구현 과정은 장치 실시예를 참조하고, 이에 대한 상세한 설명은 여기서 다시 설명하지 않는다.

전술한 설명은 본 출원의 선택적 실시예에 불과할 뿐, 본 출원을 한정하기 위한 것이 아니다. 본 출원의 사상과 원칙을 벗어나지 않는 모든 수정, 동등한 대체 또는 개선은 본 출원의 보호 범위에 속해야 한다.

Claims (14)

1. 어레이형 도파관 격자(arrayed waveguide grating)로서,
   제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트(pre-spreading component), 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 포함하되,
   상기 어레이형 도파관은 m개의 도파관을 포함하고, 상기 제1 도파관은 n개의 도파관을 포함하고, 상기 제2 도파관은 p개의 도파관을 포함하며, m은 1보다 큰 양의 정수이고, n과 p는 모두 양의 정수이며, n과 p는 서로 다르고,
   상기 제1 도파관은 상기 제1 커플러에 n개의 광 신호를 입력하도록 구성되고, 상기 제1 커플러는 상기 n개의 광 신호를 전송을 위해 상기 m개의 도파관에 결합하도록 구성되며, 상기 제2 커플러는 상기 m개의 도파관에서 전송된 상기 광 신호를 전송을 위해 상기 p개의 도파관에 결합하도록 구성되고, 상기 제2 도파관은 p개의 광 신호를 출력하도록 구성되고,
   상기 사전 확산 컴포넌트는 상기 제1 도파관과 상기 제1 커플러 사이 또는 상기 제2 커플러와 상기 제2 도파관 사이에 위치하고, 상기 사전 확산 컴포넌트의 연장 방향을 따라 배열된 서브파장 격자가 상기 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역에 배치되고, 상기 사전 확산 컴포넌트는 상기 어레이형 도파관 격자의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성된,
   어레이형 도파관 격자.
2. 제1항에 있어서,
   제1 방향을 따라 배열된 서브파장 격자가 상기 사전 확산 컴포넌트 상에 추가로 배치되고, 상기 제1 방향은 상기 사전 확산 컴포넌트의 연장 방향에 수직인,
   어레이형 도파관 격자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 서브파장 격자는 균일 격자 또는 비균일 격자인,
   어레이형 도파관 격자.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 어레이형 도파관 격자의 상기 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도는 상기 서브파장 격자의 격자 파라미터와 관련있고, 상기 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함하는,
   어레이형 도파관 격자.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 어레이형 도파관 격자의 등가 굴절률은 상기 서브파장 격자의 격자 파라미터와 관련있고, 상기 어레이형 도파관 격자의 등가 굴절률은 상기 어레이형 도파관 격자의 상기 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도와 관련있으며, 상기 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함하는,
   어레이형 도파관 격자.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 사전 확산 컴포넌트는 축대칭 구조(axisymmetric structure)이고, 상기 사전 확산 컴포넌트의 대칭 축은 상기 사전 확산 컴포넌트의 상기 연장 방향과 평행한,
   어레이형 도파관 격자.
7. 제6항에 있어서,
   상기 사전 확산 컴포넌트는 다중 모드 간섭 MMI 컴포넌트이거나 Y자형 구조인,
   어레이형 도파관 격자.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제1 도파관은 축대칭 구조이고, 상기 사전 확산 컴포넌트의 상기 대칭 축은 상기 제1 도파관의 대칭 축과 정렬된,
   어레이형 도파관 격자.
9. 송신기 머신으로서,
   광원, 변조기 및 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 어레이형 도파관 격자를 포함하되,
   상기 광원, 상기 변조기 및 상기 어레이형 도파관 격자는 순차적으로 연결되며, n은 p보다 크고,
   상기 광원은 광 신호를 출력하도록 구성되고, 상기 변조기는 상기 수신된 광 신호를 변조하여, 다중 파장 광 신호를 얻고, 상기 다중 파장 광 신호를 상기 어레이형 도파관 격자에 입력하도록 구성된,
   송신기 머신.
10. 수신기 머신으로서,
    제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 어레이형 도파관 격자, 및 복수의 수신기를 포함하되,
    상기 어레이형 도파관 격자는 상기 복수의 수신기에 개별적으로 연결되고, n은 p보다 작고, 상기 수신기는 상기 어레이형 도파관 격자에 의해 출력되는 광 신호를 수신하도록 구성된,
    수신기 머신.
11. 광통신 시스템으로서,
    제9항의 송신기 머신, 제10항의 수신기 머신, 및 상기 송신기 머신과 상기 수신기 머신에 각각 연결된 광섬유를 포함하는,
    광통신 시스템.
12. 어레이형 도파관 격자의 제조 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계와,
    상기 기판 상에 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 제조하는 단계를 포함하되,
    상기 어레이형 도파관은 m개의 도파관을 포함하고, 상기 제1 도파관은 n개의 도파관을 포함하고, 상기 제2 도파관은 p개의 도파관을 포함하고, m은 1보다 큰 양의 정수이고, n과 p는 모두 양의 정수이며, n과 p는 상이하고,
    상기 제1 도파관은 상기 제1 커플러에 n개의 광 신호를 입력하도록 구성되고, 상기 제1 커플러는 상기 n개의 광 신호를 전송을 위해 상기 m개의 도파관에 결합하도록 구성되고, 상기 제2 커플러는 상기 m개의 도파관에서 전송된 상기 광 신호를 전송을 위해 상기 p개의 도파관에 결합하도록 구성되고, 상기 제2 도파관은 p개의 광 신호를 출력하도록 구성되고,
    상기 사전 확산 컴포넌트는 상기 제1 도파관과 상기 제1 커플러 사이 또는 상기 제2 커플러와 상기 제2 도파관 사이에 위치하며, 상기 사전 확산 컴포넌트의 연장 방향을 따라 배열된 서브파장 격자가 상기 사전 확산 컴포넌트가 위치한 영역에 배치되고, 상기 사전 확산 컴포넌트는 상기 어레이형 도파관 격자의 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도를 조정하도록 구성된,
    어레이형 도파관 격자의 제조 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 기판 상에 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 제조하기 전에, 상기 방법은:
    상기 제조될 어레이형 도파관 격자의 상기 출력 스펙트럼의 상단의 평탄도에 기초하여 상기 서브파장 격자의 격자 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함하되, 상기 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함하는,
    어레이형 도파관 격자의 제조 방법.
14. 제12항에 있어서,
    상기 기판 상에 제1 도파관, 사전 확산 컴포넌트, 제1 커플러, 어레이형 도파관, 제2 커플러 및 제2 도파관을 제조하기 전에, 상기 방법은:
    상기 제조될 어레이형 도파관 격자의 등가 굴절률에 기초하여 상기 서브파장 격자의 격자 파라미터를 결정하는 단계를 더 포함하되, 상기 격자 파라미터는 격자 주기성 및/또는 듀티 사이클을 포함하는,
    어레이형 도파관 격자의 제조 방법.