KR20100008034A

KR20100008034A - 다채널 광분기결합 멀티플렉서

Info

Publication number: KR20100008034A
Application number: KR1020080068412A
Authority: KR
Inventors: 윤형도; 황성민; 서문석; 서용곤
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-01-25
Anticipated expiration: 2028-07-15
Also published as: KR100965842B1

Abstract

본 발명은 다채널 광분기결합 멀티플렉서(OADM, Optical Add-Drop Multiplexer)에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 광도파로상에 형성된 샘플격자(sampled grating)와, 위상쉬프터(stretcher)가 부착된 브래그격자(FBG)를 이용하여 파장가변하는 다채널 광분기결합 멀티플렉서에 관한 것이다.

본 발명의 다채널 광분기결합 멀티플렉서는 다채널파장신호가 입력되는 입력단, 분기된 신호가 출력되는 분기단, 분기된 신호와 동일한 파장의 신호가 입력되는 결합단 및 상기 분기단으로 분기되지 않은 파장의 신호에 상기 결합단으로부터의 신호가 결합되어 출력되는 출력단을 포함하는 다채널 광분기결합 멀티플렉서에 있어서, 상기 입력단과 상기 분기단의 신호 전송 방향 제어를 위한 제1서큘레이터; 상기 제1서큘레이터를 통해 입력되는 상기 다채널파장신호를 반사시키는 샘플격자; 상기 샘플격자에 반사된 상기 다채널파장신호를 입력받고, 입력받은 다채널파장신호 중 특정채널파장신호를 반사시키기 위한 적어도 하나 이상의 브래그격자; 및 상기 브레그격자를 통과한 신호와 상기 결합단으로 입력되는 신호를 상기 출력단으로 전달하기 위한 제2서큘레이터를 포함한다.

OADM, 광분기결합 멀티플렉서, 도파로, 격자, FBG, 브래그격자, 서큘레이터

Description

다채널 광분기결합 멀티플렉서{Optical add-drop multiplexer for multi-channel}

일반적으로 파장분할 다중화(WDM, Wavelength Division Multiplex) 방식은 광섬유를 이용하는 통신에 있어서 상이한 파장의 빔을 이용하여 복수의 채널을 동시에 전송하는 방식이다. 단일 모드 광섬유에서는 일예로 감쇠가 적은 1.3㎛와 1.55㎛의 2종류 광파장을 이용한다.

이러한 파장분할 다중화 방식이 적용된 전송장비는 특수한 하나의 결합기를 이용하여 하나의 광섬유 채널을 광파장에 의해서 분할하여 복수의 통신로로 사용할 수 있게 하는 장치이다. 예를 들면, 1.55㎛ 파장으로부터 1.3㎛파장을 분리하여 2 개의 별도 신호를 다른 파장대로 입력시켜 한 개의 광섬유를 통해서 전송하고, 이 통합된 신호를 받아 다시 2개로 신호로 분리시켜 감지토록 한다.

파장분할 다중화 장치의 기능에 대한 메커니즘은 두 가지가 있다. 그 하나는 파장에 따라 굴절/반사가 달라지는 원리(Diffraction Grating)이고 다른 하나는 다이크로익 필터(Dichroic Filter)를 채용해서 분리하는 방법이다. 즉, 하나의 파장은 필터를 통과하나 다른 파장은 반사되는 원리를 이용하는 방법이다.

파장에 따라 굴절율이 달라지는 원리를 이용한 다중화 장치의 일예로 결합기형 광분기결합 멀티플렉서(OADM, Optical Add-Drop Multiplexer)가 있다.

도 1은 종래의 다채널 광분기결합 멀티플렉서를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광분기결합 멀티플렉서는 브래그격자(FBG, Fiber Bragg Grating)에 기반을 둔 파장가변형 다채널 광분기결합 멀티플렉서로서, 마흐젠더(Mach-Zehnder) 간섭계의 양쪽경로에 동일한 광섬유격자를 제작하여 광분기결합 멀티플렉서를 구현한 마흐젠더 간섭계형 OADM이다.

이는 3㏈ 커플러를 이용하여 마흐젠더 간섭계를 구성한 후, 같은 길이의 암(arm) 중간에 격자를 형성하여 결합(add)/분기(drop) 기능을 수행할 수 있도록 만든 것이다. 즉, 입력단으로 다채널 신호를 넣으면 마흐젠더 간섭계에 만들어진 격자필터에서 하나의 파장을 분기시키고, 분기된 파장관 같은 파장의 신호는 결합단을 통해 넣어줌으로써 전송을 완료한다.

그러나, 이러한 종래의 광분기결합 멀티플렉서는 마흐젠더 간섭계의 길이와 격자생성 위치를 동일하게 만들어야 하는 어려움이 있어 재현성이 부족하고, 단일 파장만을 추출할 수 있기 때문에 응용성이 뒤떨어진다.

본 발명은 다채널 신호 중 원하는 임의의 특정채널신호만을 추출할 수 있는 다채널 광분기결합 멀티플렉서를 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 샘플격자에 반사되는 채널의 수와 브래그격자의 수에 의해 다양한 형태의 파장가변이 가능한 다채널 광분기결합 멀티플렉서를 제공함에 다른 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 다채널파장신호가 입력되는 입력단, 분기된 신호가 출력되는 분기단, 분기된 신호와 동일한 파장의 신호가 입력되는 결합단 및 상기 분기단으로 분기되지 않은 파장의 신호에 상기 결합단으로부터의 신호가 결합되어 출력되는 출력단을 포함하는 다채널 광분기결합 멀티플렉서에 있어서, 상기 입력단과 상기 분기단의 신호 전송 방향 제어를 위한 제1서큘레이터; 상기 제1서큘레이터를 통해 입력되는 상기 다채널파장신호를 반사시키는 샘플격자; 상기 샘플격자에 반사된 상기 다채널파장신호를 입력받고, 입력받은 다채널파장신호 중 특정채널파장신호를 반사시키기 위한 적어도 하나 이상의 브래그격자; 및 상기 브레그격자를 통과한 신호와 상기 결합단으로 입력되는 신호를 상기 출력단으로 전달하기 위한 제2서큘레이터를 포함하는 다채널 광분기결합 멀티플렉서에 의해 달성된다.

본 발명은 다채널 신호 중 원하는 임의의 특정채널신호만을 추출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 샘플격자에 반사되는 채널의 수와 브래그격자(FBG)의 수에 의해 다양한 형태의 파장가변이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 N개의 채널신호 중에서 하나 이상의 채널을 동시에 추출할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 다채널 광분기결합 멀티플렉서의 일실시예를 나타내 는 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다채널 광분기결합 멀티플렉서(OADM, optical add-drop multiplexer)는 두 개의 4단자 서큘레이터(circulator)와, 두 개의 서큘레이터 사이에 구비되는 광도파로칩(220)을 포함한다.

서큘레이터는 광분기결합 멀티플렉서의 입력단(input, 201)과 분기단(drop, 202)의 신호 전달을 제어하기 위한 제1서큘레이터(211)와 광분기결합 멀티플렉서의 결합단(add, 203)과 출력단(output, 204)의 신호 전달을 제어하기 위한 제2서큘레이터(212)로 구분된다.

여기서, 입력단(201)은 광분기결합 멀티플렉서에 있어 다채널파장신호가 입력되는 단이며, 분기단(202)은 분기된 신호가 출력되는 단이고, 결합단(203)은 분기된 신호와 동일한 파장의 신호가 입력되는 단이며, 출력단(204)은 분기단(202)으로 분기되지 않은 파장의 신호에 결합단(203)으로 입력되는 신호가 결합되어 출력되는 단이다.

제1서큘레이터(211)는 입력단(201)으로 입력된 신호를 광도파로칩(220)의 샘플격자(sampled grating, 221)로 전달해 주고, 샘플격자(221)에서 반사된 신호를 광도파로칩(220)의 브래그격자(FBG, Fiber Bragg Grating, 222)로 전달해 주며, 브래그격자(222)에서 반사된 신호를 분기단(202)으로 전달해 준다.

제2서큘레이터(212)는 브래그격자(222)를 통과한 신호와 결합단(203)으로 입력된 신호를 결합하여 출력단(204)으로 전달하며, 샘플격자(221)를 통과한 신호를 출력단(204)으로 전달해 준다.

광도파로칩(220)은 제1서큘레이터(211)와 제2서큘레이터(212) 사이에 구비되는 것으로서, 제1서큘레이터(211) 및 제2서큘레이터(212)와 함께 다채널 광분기결합 멀티플렉서를 형성한다.

광도파로칩(220)은 병렬로 구비된 두 개의 광도파로를 포함한다.

제1광도파로에는 샘플격자(221)가 형성되어 있으며, 제2광도파로에는 적어도 하나 이상의 브래그격자(222)가 형성되어 있다.

샘플격자(221)는 제1서큘레이터(211)를 통해 입력되는 다채널파장신호를 반사시키는 것으로, 샘플격자(221)에 반사된 신호는 제1서큘레이터(211)를 통해 브래그격자(222)로 전달된다.

브래그격자(222)는 샘플격자(221)에 반사된 신호 중 특정채널의 파장 신호를 반사시킨다. 이러한 브래그격자(222)를 다양한 파장에 대해 구비함으로써 원하는 파장의 신호를 선택적으로 분기시킬 수 있다.

브래그격자(222)에 반사된 신호는 제1서큘레이터(211)를 통해 분기단(202)으로 출력된다.

한편, 브래그격자(222)에 구비된 위상쉬프터(stretcher, 223)는 브래그격자(222)의 중심파장의 위상을 소정간격 이동시키는 것으로서, 반사시킬 수 있는 파장이 위상쉬프터(223)에 의해 변경된 브래그격자(222)는 기존에 반사시키던 신호를 반사시키지 못하고 그대로 통과시키게 된다. 이러한 기능을 이용하여 특정채널의 신호만을 반사시켜 분기시킬 수 있다.

여기서, 위상쉬프터(223)는 브래그격자(222)의 해당 위상을 변경시킬 수 있 는 수단이라면 어떠한 것이라도 가능하며, 특히, 인가된 전기에 의해 브래그격자(222)를 늘리는 등의 방법에 의해 구현될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 샘플격자 및 브래그격자의 파장을 나타내는 일실시예이다. 도 3을 참조하면, 샘플격자(221)는 입력되는 다채널파장신호를 반사시키는 형태를 가지며, 브래그격자(222)는 각각이 특정한 파장의 신호만을 반사시키는 형태를 가짐을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 다채널 광분기결합 멀티플렉서의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 입력단(201)을 통해 다채널파장신호가 입사되면, 입사된 다채널파장신호는 제1서큘레이터(211)를 통해 샘플격자(221)에 입사되고(도 2의 S1), 샘플격자(221)에 입사된 다채널파장신호는 다채널의 파장신호를 동시에 반사시키는 특성의 샘플격자(221)에 의해 반사된다(도 2의 S2). 여기서, 다채널파장신호는 일예로, 중심파장이 각각 λ₁, λ₂, ..., λ_N-1, λ_N이고, 채널간격이 Δλ_C인 N-채널신호일 수 있다.

샘플격자(221)에 반사된 N-채널신호는 제1서큘레이터(211)를 통해 N개의 브래그격자(222)에 입사된다(도 2의 S3). 여기서, N개의 브래그격자(222)는 중심파장이 각각 λ₁, λ₂, ..., λ_N-1, λ_N일 수 있다. 즉, 샘플격자(221)에 반사된 N-채널신호는 동일한 중심파장의 신호를 반사시키는 각각의 브래그격자(222)에 의해 반사되고, 반사된 신호는 제1서큘레이터(211)를 통해 분기단(202)으로 분기된다(도 2의 S4).

이때, 중심파장이 λ_I(I=1, 2, ..., N-1, N)인 임의의 한 개 또는 그 이상의 채널신호만을 반사시키고 싶을 경우, 브래그격자(222)에 부착된 위상쉬프터(223)를 이용하여 중심파장이 λ_I인 브래그격자(222)의 중심파장을 Δλ만큼 이동시켜 중심파장이 λ_I-Δλ인 브래그격자(222)를 만듦으로써 원하는 임의의 특정채널신호만을 반사시켜 분기시킬 수 있다(도 2의 S4). 즉, 브래그격자(222)의 수를 줄이고, 작은 중심파장의 이동만으로도 N개의 채널 중에서 하나 이상의 채널을 동시에 추가 추출할 수 있다.

이렇게 브래그격자(222)에 반사된 특정채널신호 이외의 나머지 파장신호는 브래그격자(222)를 통과한다(도 2의 S5). 또한, 초기 입력단(201)에 입사된 다채널파장신호 중 샘플격자(221)에 의해 반사된 N-채널신호 이외의 나머지 채널신호는 제2서큘레이터(212)를 통해 출력단(204)으로 출력되어 다음 노드로 전송된다(도 2의 S6).

한편, 앞서 브래그격자(222)에 의해 반사되어 분기된 신호는 다음 노드에서도 사용할 수 있도록 하기 위해 분기된 신호와 동일한 신호를 결합단(203)으로 입력시킨다(Add). 이러한 결합동작(Add)은 입력단(201)의 신호 중 일부를 분기시키는 동작과 동일한 동작원리에 의해 이루어지며, 결합단(203)에 입력된 신호는 분기되지 않고 브래그격자(222)를 통과한 신호와 함께 제2서큘레이터(212)를 통해 출력단(204)으로 출력되어 다음 노드로 전송된다.

이상과 같은 원리를 이용함으로써 샘플격자(221)에 의해 반사되는 채널 수와 사용된 브래그격자(222)의 수에 의해 다양한 형태의 신호 재구성이 가능한 파장가변형 다채널 광분기결합 멀티플렉서를 구현할 수 있다.

도 4a는 본 발명에 따른 광도파로칩의 일실시예를 나타내는 사시도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 광도파로칩의 일실시예를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 5a 내지 도 5m은 본 발명에 따른 광도파로칩의 제조공정을 나타내는 공정도이다.

도 4a 내지 도 5m을 참조하면, 광도파로칩(220)은 하나의 웨이퍼상에 다수 개를 형성시킬 수 있다.

먼저, 실리콘웨이퍼를 깨끗이 세척한 후, 화염가수분해증착(FHD, Flame Hydrolysis Deposition) 장비나, 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) 장비를 사용하여 하부클래드층 형성을 위한 실리콘웨이퍼상에 SiO₂층(502)을 증착시킨다(도 5a).

다음, 광이 도파될 코어층을 형성하기 위해, SiO₂층(502)상에 GeO₂층(503)을 증착시킨다(도 5b). 코어층은 샘플격자(221)와 브래그격자(222)가 형성될 광도파로가 형성되는 층이다.

GeO₂층(503)이 증착된 이후, SiO₂층(502)과 GeO₂층(503)을 고온의 로를 사용하여 고밀화(consolidation)시켜 고밀도의 후막을 형성시킨다(도 5c).

이어, 고밀화된 GeO₂(503)상에 스퍼터링 장비를 사용하여 Al층(504)을 증착시키고(도 5d), 증착된 Al층(504)상에 포토레지스트층(505)을 형성시킨 후 소프트 베이킹을 한다(도 5e). 소프트 베이킹을 수행한 후, 마스크를 이용한 자외선 노광을 통해 포토레지스트층(505)에 광도파로 패턴을 형성한다(도 5f 및 도 5g).

다음으로, 광도파로 패턴이 형성된 포토레지스트층(505)을 마스크로 하여 건식 또는 습식 식각으로 Al층(504)과 GeO₂층(503)을 순차적으로 에칭한다(도 5h 및 도 5i).

그리고, 남은 포토레지스트층(505)과 Al층(504)을 순차적으로 제거하여 샘플격자(221) 및 브래그격자(222)가 형성될 광도파로를 형성시킨다(도 5j 및 도 5k).

이어, 샘플격자(221) 및 브래그격자(222) 형성을 위한 위상마스크(506)를 이용하여 광도파로에 샘플격자(221) 및 브래그격자(222)를 형성시킨다(도 5l). 이렇게 형성된 격자는 원하는 신호만을 추출해주고 원하지 않는 파장의 신호는 그대로 통과시키는 역할을 하게 된다.

마지막으로, 샘플격자(221) 및 브래그격자(222)가 형성된 광도파로를 감싸는 상부클래드층(507)을 형성시켜 광도파로칩(220)을 형성시킨다(도 5m).

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 다채널 광분기결합 멀티플렉서를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 다채널 광분기결합 멀티플렉서의 일실시예를 나타내는 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 샘플격자 및 브래그격자의 파장을 나타내는 일실시예,

도 4a는 본 발명에 따른 광도파로칩의 일실시예를 나타내는 사시도,

도 4b는 본 발명에 따른 광도파로칩의 일실시예를 나타내는 평면도,

도 5a 내지 도 5m은 본 발명에 따른 광도파로칩의 제조공정을 나타내는 공정도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

201: 입력단 202: 분기단 203: 결합단

204: 출력단 211: 제1서큘레이터 212: 제2서큘레이터

220: 광도파로칩 221: 샘플격자 222: 브래그격자

223: 위상쉬프터 501: 실리콘기판 502: SiO₂

503: GeO₂ 504: Al 505: 포토레지스트

506: 위상마스크 507: 상부클래드층

Claims

다채널파장신호가 입력되는 입력단, 분기된 신호가 출력되는 분기단, 분기된 신호와 동일한 파장의 신호가 입력되는 결합단 및 상기 분기단으로 분기되지 않은 파장의 신호에 상기 결합단으로부터의 신호가 결합되어 출력되는 출력단을 포함하는 다채널 광분기결합 멀티플렉서에 있어서,

상기 입력단과 상기 분기단의 신호 전송 방향 제어를 위한 제1서큘레이터;

상기 제1서큘레이터를 통해 입력되는 상기 다채널파장신호를 반사시키는 샘플격자;

상기 샘플격자에 반사된 상기 다채널파장신호를 입력받고, 입력받은 다채널파장신호 중 특정채널파장신호를 반사시키기 위한 적어도 하나 이상의 브래그격자; 및

상기 브레그격자를 통과한 신호와 상기 결합단으로 입력되는 신호를 상기 출력단으로 전달하기 위한 제2서큘레이터

를 포함하는 다채널 광분기결합 멀티플렉서.
제1항에 있어서,

상기 브래그격자 각각에 구비되어 상기 브래그격자의 중심파장을 쉬프터시키기 위한 위상쉬프터

를 더 포함하는 다채널 광분기결합 멀티플렉서.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 샘플격자 및 브래그격자는 칩형태의 광도파로상에 구비되는 것인 다채널 광분기결합 멀티플렉서.
제3항에 있어서, 상기 샘플격자 및 브래그격자가 형성된 광도파로칩은,

실리콘웨이퍼상에 하부클래드층 형성을 위한 SiO₂층을 증착시키는 단계;

상기 SiO₂층상에 상기 샘플격자 및 브래그격자가 형성될 광도파로 형성을 위한 GeO₂층을 증착시키는 단계;

상기 SiO₂층과 상기 GeO₂층을 고온의 로를 사용하여 고밀화시키는 단계;

고밀화된 GeO₂상에 Al층을 증착시키는 단계;

상기 Al층상에 광도파로 패턴이 형성된 포토레지스트층을 형성시키는 단계;

광도파로 패턴이 형성된 상기 포토레지스트층을 마스크로 하여 상기 Al층과 상기 GeO₂층을 순차적으로 에칭하고, 남은 상기 포트레지스트층과 상기 Al층을 순차적으로 제거하여 상기 샘플격자 및 브래그격자가 형성될 광도파로를 형성시키는 단 계;

상기 샘플격자 및 브래그격자 형성을 위한 위상마스크를 이용하여 상기 광도파로에 상기 샘플격자 및 브래그격자를 형성시키는 단계; 및

상기 샘플격자 및 브래그격자가 형성된 상기 광도파로를 감싸는 상부클래드층을 형성키시는 단계

를 통해 형성되는 것인 다채널 광분기결합 멀티플렉서.