KR100357851B1 - Apparatus of reducing loss variation in a multi-channel optical module by means of mode dismatch - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모드 부정합을 이용한 다채널 광통신 모듈 손실 변화 균일화 장치에 관한 것으로서, 개시된 장치는 입/출력 도파로와, 상기 입/출력 도파로간을 연결하는 광도파로 열 격자를 구비한 광 소자에 있어서, 상기 출력 도파로의 폭이 상이하여 진행하는 출력광의 모드 부정합을 일으키는 출력광 균일화 수단; 및 상호간의 거리가 일정한 다수 개의 광섬유를 구비하며, 상기 출력 도파로의 센터와 일치하며, 상기 각각의 대응하는 출력 도파로의 출력단에 상기 광섬유가 각각 결합되는 광섬유 블럭으로 구성된다.The present invention relates to a multi-channel optical communication module loss change equalization apparatus using mode mismatch, and the disclosed apparatus is an optical element having an input / output waveguide and an optical waveguide thermal grating connecting the input / output waveguide. Output light homogenizing means for causing mode mismatch of output light that proceeds with different widths of the output waveguide; And an optical fiber block having a plurality of optical fibers having a constant distance from each other, coinciding with a center of the output waveguide, and each optical fiber being coupled to an output terminal of each corresponding output waveguide.
Description
본 발명은 광도파로 열 격자(AWG:Arrayed Waveguide Grating))를 구비한 역다중화 장치(DEMUX)와 같은 광소자에 관한 것으로서, 특히 평판형 도파로 소자(PLC:Plannar Light waveguide Circuit)를 이용한 역다중화 장치와 같은 다 수의 채널을 구비한 소자를 제작하는데 있어서, 각 채널에서 출력되는 빛의 세기(또는 파워)를 소자와 광섬유 블럭(fiber block)간을 결합하여 광통신 모듈을 제작할 때, 각 채널에서 출력되는 세기를 균일화하는 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical device such as a demultiplexing device (DEMUX) having an arrayed waveguide grating (AWG), and in particular, a demultiplexing device using a planar light waveguide circuit (PLC). In manufacturing a device having a plurality of channels, such as, when the optical communication module is manufactured by combining the intensity (or power) of the light output from each channel between the device and the fiber block, the output from each channel It relates to a device for equalizing the intensity.
통상적으로 대용량의 정보를 전송하기 위해 흔히 사용되는 파장분할 다중화 (WDM) 통신 시스템에서는 한 가닥의 광섬유를 통해 N개의 파장을 갖는 광 신호를 동시에 전송한다. 수신된 광 신호를 전기신호로 바꾸기 위해서는 수신단에서 이를 각각의 파장을 갖는 광신호로 분리해야 한다. 단일 모드 광섬유를 기반으로 하는 파장 다중화 통신 시스템의 수신단에서는 여러 개의 파장을 갖는 광 신호를 분리하기 위해 주로 광도파로 열 격자(AWG:Arrayed Waveguide Grating)를 이용한다.In wavelength division multiplexing (WDM) communication systems, which are commonly used to transmit large amounts of information, optical signals having N wavelengths are simultaneously transmitted through a single fiber. In order to convert the received optical signal into an electrical signal, the receiving end must separate it into optical signals having respective wavelengths. The receiving end of a wavelength multiplexing communication system based on a single mode optical fiber mainly uses an arrayed waveguide grating (AWG) to separate optical signals having multiple wavelengths.
통상적인 광도파로 열 격자를 이용한 광 소자의 동작은 광도파로 열 격자를 회절 격자(diffraction grating)로 간주하고, 입사하는 광의 회절에 따른 분산 특성(dispersion characteristic)을 기술한 공지의 격자 방정식(grating equation)으로 설명되어 진다. 이러한 광도파로 열 격자를 이용한 광 소자는 WDM 시스템에서 서로 다른 파장의 광신호를 합파하거나 분할하기 위한 광학 장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, PLC를 이용한 광 소자(100)는 입력 도파로(10), 제1성형 결합기(12), 광도파로 열 격자(14), 제2성형 결합기(16) 그리고, 출력 도파로(18)로 이루어진다. 그리고, 이렇게 제작된 소자(100)를 광섬유 블럭(20)과 정렬하여 하나의 광통신 모듈이 이루어지는 구조이다. 각 출력 도파로(18)간의 거리가 일정하게 유지되고, 광섬유 블럭(20)내 광섬유(20)간의 거리로 일정하게, 그리고 소자의 출력 도파로(18) 간격과 일치하도록 유지되게 구성된다. 이렇게 제작된 소자(100)와 광섬유 블럭의 각각의 광섬유(22)를 최적의 상태로 정렬한다.The operation of an optical device using a conventional optical waveguide thermal grating regards the optical waveguide thermal grating as a diffraction grating and describes a known grating equation describing dispersion characteristics according to diffraction of incident light. It is explained by). The optical device using the optical waveguide thermal grating is an optical device for combining or splitting optical signals of different wavelengths in a WDM system. As shown in FIG. 1, an optical device 100 using a PLC includes an input waveguide 10, a first forming coupler 12, an optical waveguide thermal grating 14, a second forming coupler 16, and an output waveguide. It consists of 18. In addition, the optical fiber block 20 is aligned with the fabricated device 100 so that one optical communication module is formed. The distance between each of the output waveguides 18 is kept constant, the distance between the optical fibers 20 in the optical fiber block 20 is constant, and so as to be consistent with the distance between the output waveguides 18 of the device. The optical fiber 22 of the device 100 and the optical fiber block thus manufactured are aligned in an optimal state.
그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 광통신 모듈에서의 출력 파워의 불균일 현상은 소자에서의 출력 파워 불균일과 일치한다. 도 2에 도시된 광 통신 모듈의 출력 파워는 1Ⅹ16 AWG 역다중화기의 출력 파워의 플롯(plot)한 예를 나타낸다.However, as shown in Fig. 2, the unevenness of output power in the optical communication module coincides with the uneven output power in the device. The output power of the optical communication module shown in FIG. 2 shows an example of plotting the output power of the 1x16 AWG demultiplexer.
PLC 기술을 이용하여 다 채널 광소자 제작 시, 각 채널에서 출력되는 파워는 대부분의 경우 모든 채널에서 균일하게 출력되지 않는다. 1ⅩN AWG DEMUX의 제대로 된 소자의 경우, 중간 채널들의 파워가 가장 높고, 외곽 채널로 갈 수록 파워가 낮아지는 가우시안 분포 특성(Gaussian envelope)을 갖게 된다. 소자의 여러 가지 설계 개선을 통하여 이러한 파워 불균일을 줄이는 노력을 하고 있으나, 원칙적으로 설계된 소자 자체만으로는 설계의 이론적인 한계를 넘지 못하는 것이 현실이다. 더욱이, 실제로 제작된 후에는 파워 불균일의 정도가 더 심화되어 허용 한계를 벗어나는 경우가 종종 발생한다. 이에 따라 제품이 제 역할을 하지 못하게 되는 경우가 종종 발생하게 된다.When producing multi-channel optical devices using PLC technology, the power output from each channel is not output uniformly in most channels in most cases. A well-designed 1ⅩN AWG DEMUX device has a Gaussian envelope with the highest power in the middle channels and lower power toward the outer channels. Efforts are being made to reduce the power unevenness through various design improvements of the device, but the principle is that the designed device alone does not exceed the theoretical limit of the design. Moreover, after actual fabrication, the degree of power unevenness is further deepened, often exceeding the allowable limit. This often results in the product not functioning properly.
따라서, 본 발명의 목적은 광소자 제작 시 존재하는 각 채널에서의 출력 파워 불균일을 광섬유 블럭과 정렬 및 부착하여 모듈로 만들 때, 완성된 모듈에서 출력된 각 채널의 파워가 소망하는 바에 따라서 균일하게 출력되게 하기 위한 장치를제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to uniformly output the power of each channel output from the completed module when the output power non-uniformity of each channel existing in the fabrication of the optical device is aligned and attached to the optical fiber block to form a module. It is to provide a device for outputting.
상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 입/출력 도파로와, 상기 입/출력 도파로간을 연결하는 광도파로 열 격자를 구비한 광 소자에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention is an optical device having an optical waveguide column grating connecting the input / output waveguide and the input / output waveguide,
상기 출력 도파로의 폭이 상이하여 진행하는 출력광의 모드 부정합을 일으키는 출력광 균일화 수단; 및Output light equalization means for causing a mode mismatch of output light proceeding with different widths of the output waveguide; And
상호간의 거리가 일정한 다수 개의 광섬유를 구비하며, 상기 출력 도파로의 센터와 일치하며, 상기 각각의 대응하는 출력 도파로의 출력단에 상기 광섬유가 각각 결합되는 광섬유 블럭으로 구성된다.And a plurality of optical fibers having a constant distance between each other, coinciding with the center of the output waveguide, and each optical fiber block coupled to an output terminal of each corresponding output waveguide.
도 1은 종래의 실시 예에 따른 광도파로 열 격자 다중화 장치를 구비한 광통신 모듈을 나타내는 구성도.1 is a block diagram showing an optical communication module having an optical waveguide thermal lattice multiplexing apparatus according to a conventional embodiment.
도 2는 종래의 실시 예에 따라 제작된 광통신 모듈의 출력 파워 특성을 나타내는 그래프.2 is a graph illustrating output power characteristics of an optical communication module manufactured according to a conventional embodiment.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 광도파로 열 격자 다중화 장치를 구비한 광통신 모듈을 나타내는 구성도.3 is a block diagram showing an optical communication module having an optical waveguide thermal lattice multiplexing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라 제작된 광통신 모듈의 출력 파워 특정을 나타내는 그래프.Figure 4 is a graph showing the output power specification of the optical communication module manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In describing the present invention, detailed descriptions of related well-known functions or configurations are omitted in order not to obscure the subject matter of the present invention.
본 발명에 따라서 광 소자와 광섬유 블럭(optical fiber block)을 연결하는 광통신 모듈을 제작하는데 있어서, 광 소자의 출력 도파로(output waveguide)의 폭을 점점 크게 하거나 점점 작게하고, 광섬유 블럭 내 각 광섬유간의 거리가 일정한 경우를 설명하기로 한다.According to the present invention, in manufacturing an optical communication module connecting an optical element and an optical fiber block, the width of an output waveguide of the optical element is gradually increased or decreased, and the distance between each optical fiber in the optical fiber block. Will be described.
도 3에 도시된 광 소자(100)는 입력 도파로(30)(input waveguide), 제1성형 결합기(32)(1st star coupler), 광도파로 열 격자(34)(AWG), 제2성형 결합기(36)(2nd star coupoler) 출력 도파로(38)(output waveguide) 그리고, 상기출력 도파로에 구비된 모드 부정합 수단으로 구성된다. 그리고, 광통신 모듈 제작시에 상기 광 소자(300)는 광섬유 블럭(40)과 결합한다. 물론, 상기 출력 도파로(38)의 각각의 출력단과 광섬유 블럭(40)의 입력단의 각각의 광섬유(42)와 대응하여 정렬 결합되는 구조이다. 상기 광 소자(100)는 실리카, 실리콘, 폴리머 등의 재료로 제작된 것을 포함한다.The optical device 100 shown in FIG. 3 includes an input waveguide 30, a first star coupler 32, an optical waveguide thermal grating 34 (AWG), and a second molded coupler ( 36) (2nd star coupoler) output waveguide 38 (output waveguide), and the mode mismatch means provided in the output waveguide. In addition, the optical device 300 is coupled to the optical fiber block 40 when the optical communication module is manufactured. Of course, each of the output end of the output waveguide 38 and the optical fiber 42 of the input end of the optical fiber block 40 is correspondingly coupled structure. The optical device 100 includes one made of a material such as silica, silicon, and polymer.
상기 입력 도파로(30)의 출력단은 제1성형 결합기(32)의 입력단에 연결되고, 상기 제1성형 결합기(32)의 출력단은 광도파로 열 격자(34)의 입력단에 연결된다. 그리고, 상기 광도파로 열 격자(34)의 출력단은 제2성형 결합기(36)에 연결되고, 상기 제2성형 결합기(36)의 출력단은 출력 도파로(38)에 연결된다. 상기와 같은 구성으로 입력 도파로(30)에 입력된 다수 개의 광 신호는 각각의 출력 도파로(38)를 향하여 진행하게 된다. 따라서, 광통신 모듈은 상기 소자(300)의 출력 도파로(38)의 출력단과 광섬유 블럭(40)을 연결하여 제작된다.An output end of the input waveguide 30 is connected to an input end of the first shaped combiner 32, and an output end of the first shaped coupler 32 is connected to an input end of the optical waveguide column grating 34. The output end of the optical waveguide column grating 34 is connected to the second shaping coupler 36, and the output end of the second shaping coupler 36 is connected to the output waveguide 38. As described above, the plurality of optical signals input to the input waveguide 30 travel toward each output waveguide 38. Therefore, the optical communication module is manufactured by connecting the output terminal of the output waveguide 38 of the device 300 and the optical fiber block 40.
본 발명에 따른 광통신 모듈은 모드 부정합 수단을 구비한 광 소자(300)와 각각의 광섬유(42)간의 거리가 일정한 광섬유 블럭(40)을 연결하여 구성된다. 도 3에 도시된 광통신 모듈의 연결부분의 확대된 부분을 보면, 상기 출력 도파로의 폭이 상이하고, 상기 광섬유 블럭(40)내의 광섬유(42)간의 거리가 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 아울러, 상기 출력 도파로(38)의 센터는 광섬유 블럭의 광섬유(42)의 센터와 일치되게 배열되는 구성이다.The optical communication module according to the present invention is constructed by connecting an optical element 300 having a mode mismatch means and an optical fiber block 40 having a constant distance between each optical fiber 42. Looking at the enlarged portion of the connection portion of the optical communication module shown in Figure 3, it can be seen that the width of the output waveguide is different, the distance between the optical fibers 42 in the optical fiber block 40 is kept constant. In addition, the center of the output waveguide 38 is arranged to match the center of the optical fiber 42 of the optical fiber block.
따라서, 상기 각 출력 도파로(38)의 출력단에서 출력되는 각각 다른 정도의 커플링 손실(coupling loss)이 존재함으로서, 제작된 광통신 모듈의 출력 파워를조절하여 도 4에 도시된 플롯(plot)과 같은 출력 스펙트럼(output spectrum)을 얻을 수 있다.Therefore, there is a different coupling loss output from the output terminal of each of the output waveguides 38, so that the output power of the fabricated optical communication module is adjusted, such as a plot shown in FIG. You can get the output spectrum.
이때, 상기 출력 도파로(38)의 최 외곽 출력 도파로는 그 중심이 대응하는 광섬유 블럭의 최 외곽 광섬유(42)의 중심과 일치하도록 구성하고, 중간부분으로 갈수록 출력 도파로(38)의 폭을 점점 증가시키게 구성한다. 따라서, 외곽 부분의 출력 도파로(38)는 모드 부정합(mode dismatch)이 존재하지 않고, 가운데로 갈 수록 모드 부정합을 점점 증가시켜 결합된 광통신 모듈의 빛의 세기를 소망하는 바에 따라서 조절하게 구성한다. 결과적으로, 소망하는 만큼의 손실을 유도하여 광통신 모듈이 완성되면, 모든 채널의 파워를 소망에 따라서 균일하게 만들 수 있게 된다. 도 3에는 출력 도파로(38)의 최외곽 도파로(38a)는 모드가 최적인 도파로 폭을 그대로 사용하고, 가운데로 갈 수록 도파로의 폭을 최적의 도파로(38a) 폭보다 점점 크게 구성한 것을 도시하였다. 따라서, 상기 출력 도파로의 최외곽 도파로(38a)는 모드 부정합이 최소화되고, 가운데로 갈수록 모드 부정합이 점점 증가하게 되어 결합된 광통신 모듈의 파워를 소망하는 바에 따라 조절가능한 것이다. 이로써, 제작된 광통신 모듈의 출력 파워를 균일하게 할 수 있다. 결과적으로, 상기 출력 도파로(38)의 폭을 점점 증가시키거나 감소시킴으로서 구현되는 모드 부정합 수단은 출력광 균일화 수단으로 사용되는 것이다. 더욱이, 본 발명에 따른 출력 도파로(38)의 모드 프로파일(mode profile)과 광섬유 블럭내의 광섬유(42)간의 모드 프로파일은 서로 다르다는 것을 의미한다. 모드 부정합 정도에 따라서 광통신 모듈의 각 채널의 출력 파워를 소망하는 바에 따라 조절할 수 있게 되어 출력 파워를 균일하게할 수 있다.In this case, the outermost output waveguide of the output waveguide 38 is configured such that its center coincides with the center of the outermost optical fiber 42 of the corresponding optical fiber block, and the width of the output waveguide 38 gradually increases toward the middle portion. Configure it to Accordingly, the output waveguide 38 of the outer portion is configured to have no mode dismatch, and gradually increase the mode mismatch as it goes to the center so as to adjust the light intensity of the combined optical communication module as desired. As a result, when the optical communication module is completed by inducing as much loss as desired, the power of all channels can be made uniform as desired. In FIG. 3, the outermost waveguide 38a of the output waveguide 38 uses the optimum waveguide width as it is, and the width of the waveguide becomes larger than the optimal waveguide 38a as the center thereof is increased. Accordingly, the outermost waveguide 38a of the output waveguide minimizes the mode mismatch and gradually increases the mode mismatch toward the center so that the power of the combined optical communication module can be adjusted as desired. Thereby, the output power of the manufactured optical communication module can be made uniform. As a result, the mode mismatching means implemented by gradually increasing or decreasing the width of the output waveguide 38 is to be used as the output light equalizing means. Furthermore, it is meant that the mode profile of the output waveguide 38 according to the invention and the mode profile between the optical fibers 42 in the optical fiber block are different. According to the degree of mode mismatch, the output power of each channel of the optical communication module can be adjusted as desired, so that the output power can be made uniform.
바람직하게 상기 제작된 광통신 모듈은 광섬유 블럭(40)과 집속 가능한 모든 광소자를 포함한다.Preferably, the manufactured optical communication module includes the optical fiber block 40 and all the optical elements that can be focused.
이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 다채널 PLC 소자를 제작하고, 광섬유 블럭 등과 결합하여 광통신 모듈을 제작할 때 출력 파워의 분포가 균일한 모듈을 제작할 수 있게 되었다.As described above, the present invention enables the manufacture of a multi-channel PLC device and a module having a uniform distribution of output power when manufacturing an optical communication module in combination with an optical fiber block.
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