Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR20210151480A - Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters - Google Patents

Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters Download PDF

Info

Publication number
KR20210151480A
KR20210151480A KR1020200068350A KR20200068350A KR20210151480A KR 20210151480 A KR20210151480 A KR 20210151480A KR 1020200068350 A KR1020200068350 A KR 1020200068350A KR 20200068350 A KR20200068350 A KR 20200068350A KR 20210151480 A KR20210151480 A KR 20210151480A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mode
bragg grating
wavelength
tunable
tunable filter
Prior art date
Application number
KR1020200068350A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102522956B1 (en
Inventor
오민철
박태현
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020200068350A priority Critical patent/KR102522956B1/en
Publication of KR20210151480A publication Critical patent/KR20210151480A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102522956B1 publication Critical patent/KR102522956B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02076Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
    • G02B6/02195Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating
    • G02B6/02204Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating using thermal effects, e.g. heating or cooling of a temperature sensitive mounting body
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29304Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

In a WDM optical communication systems required for 5G communication network, a narrow bandwidth that satisfies a channel spacing of 100 GHz, the wide wavelength tunability that can accommodate multiple channels, and high SMSR characteristics are required. In order to realize a wavelength filter that satisfies the complicated conditions, the present invention proposes a polymer waveguide-based Bragg grating filter having an original structure that was not previously available. The structure in which asymmetric mode-separated optical waveguides and inclined Bragg gratings are combined can separate a reflected signal without an external circulator, and through two Bragg grating reflections of a two-stage connection, a reflection bandwidth can be more narrowed and the SMSR characteristics can be improved. In addition, by passing through two mode-separating elements, a crosstalk signal caused by abnormal mode coupling can be suppressed. The proposed device exhibits a 20-dB bandwidth of 1 nm and the SMSR characteristics of over 35 dB, and enables tunable wavelength filtering over a wide wavelength range.

Description

폴리머 광도파로 브래그 격자 가변 파장 필터{Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters}Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters

다양한 실시예들은 WDM 광통신 시스템에서 여러 개의 다른 파장들이 섞여서 전달되는 광신호 속에서 특정 한가지 파장만을 필터링하기 위한 목적으로 사용되는 파장 가변 필터에 관한 것이다.Various embodiments relate to a tunable filter used for the purpose of filtering only one specific wavelength in an optical signal transmitted by mixing several different wavelengths in a WDM optical communication system.

최근 급속도록 펼쳐지고 있는 5G 통신 네트워크에 필요한 광통신 시스템에서는 채널당 10 Gbps 데이터 전송 속도를 제공하는 파장 신호를 C-, L-, O-밴드 대역에 걸쳐 100 GHz 채널간격으로 40 개의 파장을 다중화 시켜 전송시키는 파장분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing: WDM) 기술을 이용하고 있다. 이를 위한 광원으로 넓은 가변 파장 범위를 가지고 간단한 소자구조로 인해 저가격의 장점을 보유한 폴리머 브래그 격자 기반 가변 파장 레이저가 사용되고 있다. 전송을 원하는 데이터 신호를 이용하여 가변 파장 레이저를 변조시키면 특정 파장에 해당하는 광신호를 얻을 수 있다. 이러한 가변 파장 레이저를 여러 개 사용하여 각기 다른 파장을 발생시키고 각각을 원하는 데이터 신호로 변조를 한 뒤 여러 개의 서로 다른 광파장 신호를 한꺼번에 모아서 하나의 광섬유를 통하여 전송하는 것이 WDM 기술의 핵심이다. 이러한 방법으로 하나의 광섬유를 통하여 전달할 수 있는 데이터의 시간당 송신량을 극대화시킬 수 있다. 이렇게 생성되어 전달된 광신호가 수신단에 이르게 되면 합쳐져 있는 서로 다른 파장의 광신호를 다시 분리해 내는 작업이 필요하게 된다. In the optical communication system required for the rapidly expanding 5G communication network, a wavelength signal that provides a data transmission rate of 10 Gbps per channel is transmitted by multiplexing 40 wavelengths at 100 GHz channel intervals over the C-, L-, and O-band bands. Wavelength division multiplexing (WDM) technology is used. For this purpose, a polymer Bragg grating-based tunable laser having a wide tunable wavelength range and low price due to a simple device structure is used as a light source for this purpose. By modulating a tunable laser using a data signal to be transmitted, an optical signal corresponding to a specific wavelength can be obtained. The core of WDM technology is to generate different wavelengths using several of these tunable lasers, modulate each with a desired data signal, collect several different optical wavelength signals at once and transmit them through one optical fiber. In this way, it is possible to maximize the amount of data transmitted per hour that can be transmitted through one optical fiber. When the generated and transmitted optical signal reaches the receiving end, it is necessary to separate the combined optical signals of different wavelengths again.

채널수가 적었던 초기의 WDM 광통신 시스템에서는 파장 신호를 분리하기 위해 박막 필터 (Thin Film Filter)가 주로 사용되었다. 박막필터는 제작이 간단하고 수율이 높은 장점으로 인해 접근성이 쉬운 필터였지만, WDM 광통신 시스템에서 채널 수가 늘어나고 채널 간격이 줄어듦에 따라 증착층의 개수가 기하급수적으로 늘어나게 되어 제작 공정이 복잡해지고 수율이 떨어지게 된다. 한편 서로 다른 파장 신호를 각각 다른 경로로 분리해 나아가도록 만들어 주는 어레이 광도파로 격자 (Arrayed Waveguide Grating: AWG)를 이용하면 각기 다른 파장 신호들을 공간적으로 분리하여 서로 다른 광섬유 출력으로 나아가게 할 수 있다. 하지만 WDM 시스템에서 필요시 가변파장 레이저의 파장을 바꾸어 주어야 하는 상황이 발생할 때 AWG 와 같은 소자를 이용하게 되면 특정 파장의 출력되는 경로가 변경되는 문제가 발생하여 시스템 관리자가 직접 광섬유를 절체해 주어야 하는 번거로운 상황이 발생한다. 가변 파장 필터 (Tunable Wavelength Filter: TWF)는 공간적으로 파장 신호를 분리하지 않고 하나의 파장 신호만 선택하여 동일한 출력 광섬유로 내어 보내는 기능을 하게 되며, 5G WDM 시스템에서 가변파장 레이저를 이용하여 파장을 변경시켜 주더라도 출력 광섬유의 절체없이 특정 파장을 필터링하여 검출할 수 있게 된다.In the early WDM optical communication system with a small number of channels, a thin film filter was mainly used to separate wavelength signals. The thin film filter was a filter that was easy to access due to its simple fabrication and high yield, but as the number of channels increases and the channel spacing decreases in the WDM optical communication system, the number of deposition layers increases exponentially, complicating the manufacturing process and lowering the yield. do. On the other hand, by using an Arrayed Waveguide Grating (AWG), which separates signals of different wavelengths into different paths, it is possible to spatially separate signals of different wavelengths to advance to different optical fiber outputs. However, when the WDM system needs to change the wavelength of the tunable laser when necessary, the use of an AWG-like device causes a problem in which the output path of a specific wavelength is changed. A troublesome situation arises. Tunable Wavelength Filter (TWF) does not spatially separate wavelength signals, but selects only one wavelength signal and sends it out to the same output optical fiber. The wavelength is changed using a tunable laser in 5G WDM system. Even if you do this, it is possible to filter and detect a specific wavelength without switching the output optical fiber.

다양한 구조의 TWF 중에서, 가장 간단하게 구성 가능한 파장 가변 필터는 광섬유 브래그 격자와 압전소자(Piezo-electric transducer: PZT)를 이용하는 구조이다. 그러나 이들은 소자 크기를 작게 만들기 어렵고 PZT 가 지닌 시간에 따른 특성변화는 해결해야 할 문제로 남아있다. 실리콘 광도파로를 이용하여 제작된 링공진기(ring resonator) 구조의 파장 가변 필터의 경우, 매우 작은 소자 구조 덕분에 집적화에 탁월한 장점을 지니고 있다. 그러나 링공진기는 자유 분광 범위(Free spectral range: FSR)가 좁아서 여러 개의 채널 파장이 섞여 있는 WDM 광신호를 통과시키면 원하는 파장 이외의 다른 파장들도 함께 출력되는 문제가 있다. FSR을 증가시키기 위해서는 여러 개의 링공진기를 연결해서 출력을 얻어야 하는데 이 경우 제작 공정의 수율이 떨어지고 파장 가변을 시키는 것이 쉽지 않다. 리튬나이오베이트 크리스탈을 이용한 광도파로와 탄성파 기반의 음향광학 (Acousto-optic) 효과를 이용한 가변 파장 필터도 널리 연구되어 왔다. 일반적인 열광학 소자들에 비하여 음향광학 효과를 이용한 소자는 빠른 응답특성을 가지는 장점이 있으나 소자의 삽입 손실이 크고 제작 공정이 복잡하여 대량생산을 위해서는 해결해야할 과제가 많다.Among TWFs of various structures, the simplest possible wavelength tunable filter is a structure using an optical fiber Bragg grating and a piezo-electric transducer (PZT). However, it is difficult to make the device size small, and the change in characteristics of PZT with time remains a problem to be solved. In the case of a wavelength tunable filter of a ring resonator structure manufactured using a silicon optical waveguide, thanks to a very small device structure, it has an excellent advantage in integration. However, since the ring resonator has a narrow free spectral range (FSR), there is a problem in that wavelengths other than the desired wavelength are also output when the WDM optical signal in which several channel wavelengths are mixed passes through. In order to increase the FSR, it is necessary to connect several ring resonators to obtain an output. In this case, the yield of the manufacturing process decreases and it is not easy to change the wavelength. Optical waveguides using lithium niobate crystals and tunable wavelength filters using acoustic wave-based acousto-optic effects have also been widely studied. Compared to general thermo-optical devices, devices using acousto-optic effects have the advantage of having quick response characteristics, but the insertion loss of the devices is large and the manufacturing process is complicated, so there are many problems to be solved for mass production.

이상의 다른 기술들과 비교하여, 폴리머 광도파로 소자는 높은 열-광학 효과 및 낮은 열전달 특성으로 인해 구동 전력이 낮고, 간단한 마이크로 히터만 이용하여 브래그 격자의 반사파장을 수십 nm 이상 가변 시킬 수 있는 특징을 지니고 있다. 이러한 폴리머 브래그 격자의 장점은 일차적으로 외부 공진기형 가변파장 레이저 개발에 적용이 되었으며 5G 광통신 네트워크에 필요한 부품으로 채택되었다. 이 밖에도 폴리머 광도파로 소자의 높은 열광학 특성을 이용한 가변 광감쇠기 (Variable optical attenuator) 소자와 디지털 광스위치 (Digital optic switch) 소자도 개발이 완료된 제품이다.Compared with the other technologies above, the polymer optical waveguide device has a low driving power due to its high thermal-optical effect and low heat transfer characteristics, and the ability to vary the reflection wavelength of the Bragg grating by several tens of nm or more using only a simple micro-heater. have it The advantages of such polymer Bragg gratings were primarily applied to the development of external resonator-type tunable lasers, and were adopted as necessary parts for 5G optical communication networks. In addition, development of a variable optical attenuator device and a digital optical switch device using the high thermo-optical characteristics of the polymer optical waveguide device has been completed.

이러한 고유특성을 가진 폴리머 브래그 격자를 이용하여, WDM 광통신용 TWF에 대한 연구가 지속적으로 수행되어 왔다. 이 과정에서 좁은 대역폭, 큰 사이드 모드 억제 비율 및 낮은 삽입손실을 달성하는데 중점을 두었다. 대역폭을 좁히기 위하여 섀도우 마스크를 사용하여 깊이가 점진적으로 변하는 에포다이즈드 브래그 격자 필터가 연구되었다. 에포다이즈드 브래그 격자는 쉐도우 마스크를 사용하여 제작되며, 대역폭을 줄이고 SMSR을 크게 향상 시켰지만 반사 신호를 수신하기 위해 외부 서큘레이터가 반드시 필요하다. 외부 서큘레이터를 사용하지 않고 모든 부품이 집적화된 소자에서 출력광을 입력광섬유와 다른 방향으로 뽑아내기 위하여 비대칭 Y-분기 도파로와 기울어진 브래그 격자를 이용하는 소자구조를 제안하였다. 하지만 기울어진 브래그 격자에서 우모드(even mode)들 간의 결합 반사현상과 비대칭 모드 분리기에서 누화(crosstalk)로 인해 제작된 소자에서 측정한 인접모드 억제비율(side mode suppression ratio: SMSR)이 충분히 크지 못하였다. 또한 브래그 격자 반사 스펙트럼의 20-dB 대역폭이 4.6 nm로 너무 넓게 나왔으며 인접 채널 누화가 -12 dB로 매우 높게 되어 100 GHz 채널간격의 WDM 신호를 필터링하기에 부족한 특성을 보였다.Research on TWF for WDM optical communication has been continuously conducted using a polymer Bragg grating with such unique properties. In this process, we focused on achieving narrow bandwidth, large side-mode suppression ratio and low insertion loss. In order to narrow the bandwidth, an epodized Bragg grating filter with a gradual change in depth using a shadow mask has been studied. Epodized Bragg gratings are fabricated using a shadow mask, which reduces bandwidth and significantly improves SMSR, but requires an external circulator to receive the reflected signal. A device structure using an asymmetric Y-branching waveguide and a tilted Bragg grating is proposed to extract the output light in a different direction from the input optical fiber in a device in which all components are integrated without using an external circulator. However, the side mode suppression ratio (SMSR) measured in the fabricated device is not large enough due to the combined reflection between the even modes in the inclined Bragg grating and the crosstalk in the asymmetric mode separator. did In addition, the 20-dB bandwidth of the Bragg grating reflection spectrum was 4.6 nm, which was too wide, and the adjacent channel crosstalk was very high as -12 dB, showing insufficient characteristics to filter the WDM signal at the 100 GHz channel interval.

다양한 실시예들은 5G WDM 광 통신 시스템에서 100 GHz(1.6 nm) 간격으로 떨어진 여러개의 다중화 된 파장 신호중 원하는 한개의 파장만을 필터링하여 추출할 수 있는 가변파장필터(Tunable Wavelength Filters: TWF)를 구현하는 것이다. 이를 위하여 파장 가변 범위가 충분히 넓으면서도 100 GHz 채널간격을 만족시킬 정도로 통과 대역폭이 좁아야 하고 인접한 다른 파장을 깨끗하게 제거하기 위하여 30 dB 이상의 SMSR 값이 확보되어야 한다. 이러한 요구 조건을 만족시킬 수 있는 TWF는 아직까지 발표된 적이 없었으며, 다양한 실시예들에서는 기울어진 브래그 격자를 2단으로 연결하는 독창적인 구조를 제안하여 과제를 해결하고자 한다. 2단 연결 (Two stage cascaded) 기울임 격자 TWF는 두번의 브래그 격자 반사를 통하여 반사 대역폭을 더욱 더 좁게 만들고 SMSR을 향상시킬 수 있다. 또한 두 번의 모드 분리 소자를 거치면서 비정상적인 모드 결합으로 인한 누화 신호를 대폭 줄일 수 있게 된다.Various embodiments are to implement tunable wavelength filters (TWF) that can filter and extract only one desired wavelength among multiple multiplexed wavelength signals separated by 100 GHz (1.6 nm) intervals in a 5G WDM optical communication system. . For this, the pass bandwidth must be narrow enough to satisfy the 100 GHz channel spacing while the wavelength tunable range is wide enough, and the SMSR value of 30 dB or more must be secured to cleanly remove other adjacent wavelengths. TWF that can satisfy these requirements has not yet been published, and various embodiments are to solve the problem by proposing a unique structure connecting the inclined Bragg lattice in two stages. Two stage cascaded tilted grating TWF can further narrow the reflection bandwidth and improve SMSR through two Bragg grating reflections. In addition, it is possible to significantly reduce the crosstalk signal due to abnormal mode coupling by going through two mode isolation elements.

폴리머 브래그 격자를 이용하여 TWF를 구현하기 위해서는 광도파로 브래그 격자에서 반사되어 돌아오는 신호를 다른 경로로 빼내어주기 위한 써큘레이터 소자가 필요하게 되는데, 이로 인해 전체적인 부피가 커지고 집적화가 어려워지게된다. 외부 써큘레이터 없이도 브래그 격자로부터 반사된 파장을 다른 경로로 돌리기 위해 우모드(even mode)와 기모드(odd mode)간에 광결합을 일으키며 반사를 시키는 기울임 브래그 격자를 이용할 수 있다. 이때 입력되는 기모드와 반사된 우모드의 방향을 서로 다르게 만들어 주기 위해서는 비대칭 광도파로 Y-분기도 함께 필요하게 된다. 이러한 두 가지 소자들을 연결한 기본적인 기울임 격자 TWF 구조를 도 1에서 보이고 있다. 기울임 격자 TWF에서 정상적인 모드 변환 과정은 다음과 같다. Y-분기의 좁은 광도파로(narrow waveguide)를 통하여 두 모드(two mode) 광도파로에 여기된 기모드 성분은 기울임 브래그 격자로 인해 반사될 때 우모드로 변하게 된다. 이후 반사된 우모드는 모드 분리 Y-분기 광도파로에서 넓은 광도파로(wide waveguide)를 따라서 출력된다. 이러한 정상적인 모드변환 반사과정을 NOEW 변환이라고 명명할 수 있다. 실제 소자에서는 브래그 격자의 각도 오차와 모드 분리 소자의 누화 현상으로 인해 다양한 모드변환이 일어나고 이로 인해 원치 않은 반사 피크들이 나타나게 된다. 이들은 SMSR과 인접채널 누화 특성을 저하시키는 원인이 된다.In order to implement TWF using a polymer Bragg grating, a circulator device is needed to extract the signal reflected from the Bragg grating as an optical waveguide to another path, which increases the overall volume and makes integration difficult. In order to redirect the wavelength reflected from the Bragg grating to a different path without an external circulator, a tilted Bragg grating can be used to reflect and cause optical coupling between an even mode and an odd mode. At this time, in order to make the direction of the input previous mode and the reflected right mode different from each other, the Y-branch of the asymmetric optical waveguide is also required. 1 shows a basic tilting lattice TWF structure connecting these two elements. The normal mode conversion process in the slanted grid TWF is as follows. The previous mode component excited in the two mode optical waveguide through the Y-branch narrow waveguide changes to the right mode when it is reflected by the tilted Bragg grating. Thereafter, the reflected right mode is output along a wide waveguide in the mode-separated Y-branching optical waveguide. This normal mode conversion reflection process can be called NOEW conversion. In an actual device, various mode conversions occur due to the angle error of the Bragg grating and the crosstalk phenomenon of the mode separation device, resulting in unwanted reflection peaks. These cause deterioration of SMSR and adjacent channel crosstalk characteristics.

다양한 실시예들에서는 상기 언급한 기본 TWF 소자를 2단으로 연결하여 구현 가능한 도 2에서 보인 바와 같은 2단 연결 TWF 구조를 제안한다. 이 소자에서는 1단 구조에서 반사되어 넓은 도파로로 돌아온 빛을 테이퍼 광도파로를 통하여 2단계 소자의 좁은 광도파로로 진행시키게 된다. 이후 과정은 1단계 소자에서 설명한 NOEW 모드 변환을 다시한번 겪게 되며 최종 출력은 입력부와 반대방향으로 향하게 되는데, 이는 패키징을 손쉽게 할 수 있게 도와준다. 이처럼 두번의 반사와 모드 분리를 겪는 과정에서 반사 스펙트럼은 더욱 더 좁게 변하게 되며 모드 누화로 인해 발생하는 주변 모드들도 억제되어 사라지게 되는 장점을 지닌다.Various embodiments propose a two-stage connection TWF structure as shown in FIG. 2 that can be implemented by connecting the above-mentioned basic TWF element in two stages. In this device, the light reflected from the first-stage structure and returned to the wide waveguide is propagated through the tapered optical waveguide to the narrow optical waveguide of the second-stage device. The subsequent process again undergoes the NOEW mode conversion described in the first stage device, and the final output is directed in the opposite direction to the input, which facilitates packaging. In this way, in the process of undergoing two reflections and mode separation, the reflection spectrum becomes narrower and the surrounding modes caused by mode crosstalk are suppressed and disappear.

다양한 실시예들에 따르면, 비대칭 모드분리 광도파로와 기울어진 브래그 격자가 결합된 구조는 외부 서큘레이터 없이 반사 신호를 분리해 낼 수 있고, 2단 연결을 통하여 두번의 브래그 격자 반사를 거치면서 반사대역폭을 더욱 좁게 만들고 SMSR 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 두 번의 모드 분리 소자를 거치면서 비정상적인 모드 결합으로 인한 누화 신호도 억제될 수 있다. 제안된 소자는 1 nm의 20-dB 대역폭과 35 dB 이상의 SMSR 특성을 보이며 넓은 파장 범위에 걸친 가변 파장 필터링을 가능하게 한다. 이를 통하여 현재 활성화되어 있는 5G WDM 광통신 시장에서 핵심적인 역할을 담당하게 될 가변 파장 필터를 폴리머 브래그 격자 소자를 이용하여 저렴하게 제작 공급할 수 있게 된다. 또한 채널 간격이 좁고 넓은 가변 파장 범위가 요구되는 NG-PON2와 같은 차세대 광통신망에서도 좋은 대안책으로 제시될 수 있다.According to various embodiments, the structure in which the asymmetric mode separation optical waveguide and the inclined Bragg grating are combined can separate the reflected signal without an external circulator, and the reflection bandwidth through two Bragg grating reflections through the two-stage connection can be made narrower and the SMSR characteristics can be improved. Also, a crosstalk signal due to abnormal mode coupling can be suppressed while passing through the two mode isolation elements. The proposed device exhibits a 20-dB bandwidth of 1 nm and an SMSR characteristic of over 35 dB, enabling tunable wavelength filtering over a wide wavelength range. Through this, the tunable wavelength filter, which will play a key role in the currently active 5G WDM optical communication market, can be manufactured and supplied inexpensively using a polymer Bragg grating element. In addition, it can be presented as a good alternative in the next-generation optical communication network such as NG-PON2, which requires a narrow channel interval and a wide tunable wavelength range.

도 1은 일 실시예에 따라, 폭이 좁은 광도파로, 폭이 넓은 광도파로를 포함하는 비대칭 Y-분기 광도파로와 기울어진 브래그 격자로 구성되는 가변 파장 필터의 사시도이다.
도 2는 다른 실시예에 따라, 도 1에서 보인 가변 파장 필터 소자의 출력부를 광도파로 테이퍼를 통하여 두번째 가변 파장 필터 소자의 입력부와 연결하여 2단으로 구성되는 가변 파장 필터의 사시도이다.
도 3a는 가변 파장 필터에 포함되어 있는 광도파로에 존재 가능한 도파 모드의 유효굴절률(effective index) 을 찾기 위한 설계 결과이다.
도 3b는 기울어진 브래그 격자에서 발생하는 반사율을 격자의 길이 변화에 따라 계산한 결과이다. 1단 브래그 격자에서 우모드 간의 모드 커플링 반사와 기모드-우모드 결합에 의한 반사 값을 보여주고 있으며, 2단 브래그 격자에서 기모드-우모드 결합에 의한 반사 값을 보여주고 있다.
도 3c는 제안된 가변 파장 필터에서 1단계 반사 또는 2단계 반사를 통하여 나타나는 출력 반사 스펙트럼 계산 결과이다.
도 3d는 도 3c에서 계산된 반사스펙트럼에서 0.5 dB, 10 dB, 20 dB 대역폭 값을 확인하여 격자 길이 변화에 따라 나타낸 결과이다.
도 4은 도 2에 도시된 2단 연결 가변 파장 필터의 제작 공정 순서도를 나타낸 사시도이다.
도 5a는 레이저 간섭계를 이용하여 4인치 실리콘 웨이퍼 위에 제작된 브래그 격자의 사진이다.
도 5b는 포토레지스트를 감광하였을 때 나타나는 브래그 격자 패턴의 SEM 사진이다.
도 5c는 산소플라즈마 에칭을 통하여 도 5b에서 제작된 포토레지스트 브래그 격자 패턴을 하부 클래딩층으로 새겨 넣은 모습에 대한 SEM 사진이다.
도 6a는 가변 파장 필터의 반사 스펙트럼 측정 장치의 사시도이다.
도 6b는 제시된 2단 연결 가변 파장 필터의 초기 반사파장을 OSA를 통해 확인한 스펙트럼 결과이다.
도 6c는 도 6a의 Port A와 Port B에 광을 집적 인가하여 반사되는 파장을 OSA를 통해 확인한 스펙트럼 결과이다.
도 6d는 두 브래그 격자의 반사 파장 컨디션을 같게 만들기 위해 Port A쪽의 브래그 격자에 작은 바이어스 파워를 인가한 후 확인한 출력 반사 스펙트럼의 결과이다.
도 7a는 집적된 마이크로 히트에 전력을 공급하여 열을 발생시킬 때 나타나는 반사스펙트럼의 변화를 보이고 있다.
도 7b는 마이크로 히터에 인가된 전력에 비례하여 이동하는 반사 스펙트럼의 파장피크값을 측정한 결과이다.
1 is a perspective view of a tunable filter including an asymmetric Y-branching optical waveguide including a narrow optical waveguide and a wide optical waveguide, and an inclined Bragg grating, according to an exemplary embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of a tunable filter configured in two stages by connecting an output unit of the tunable filter element shown in FIG. 1 to an input unit of a second tunable filter element through an optical waveguide taper, according to another embodiment.
3A is a design result for finding an effective index of a waveguide mode that can exist in an optical waveguide included in a tunable filter.
3B is a result of calculating the reflectance generated in the inclined Bragg grating according to the change in the length of the grating. Mode-coupling reflection between right-modes in the first-stage Bragg grating and reflection values by the previous mode-right mode combination are shown, and the second-stage Bragg grating shows the reflection values by the previous-right mode combining.
3C is a result of calculating an output reflection spectrum appearing through one-stage reflection or two-stage reflection in the proposed tunable filter.
FIG. 3D is a result of checking the 0.5 dB, 10 dB, and 20 dB bandwidth values in the reflection spectrum calculated in FIG. 3C according to the change in the grating length.
4 is a perspective view showing a flow chart of a manufacturing process of the two-stage connection tunable wavelength filter shown in FIG. 2 .
5A is a photograph of a Bragg grating fabricated on a 4-inch silicon wafer using a laser interferometer.
5B is an SEM photograph of a Bragg lattice pattern appearing when photoresist is exposed.
FIG. 5c is an SEM photograph of the state in which the photoresist Bragg lattice pattern produced in FIG. 5b is engraved into the lower cladding layer through oxygen plasma etching.
6A is a perspective view of a reflection spectrum measuring apparatus of a tunable wavelength filter.
6b is a spectrum result of confirming the initial reflection wavelength of the proposed two-stage connection tunable filter through OSA.
FIG. 6c is a spectrum result obtained by checking the wavelength reflected by the integrated application of light to Port A and Port B of FIG. 6A through OSA.
6d is a result of the output reflection spectrum confirmed after applying a small bias power to the Bragg grating on the Port A side in order to make the reflection wavelength condition of the two Bragg gratings the same.
7A shows a change in the reflection spectrum that appears when heat is generated by supplying power to the integrated micro-heat.
7B is a result of measuring the wavelength peak value of the reflection spectrum moving in proportion to the electric power applied to the micro-heater.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일 실시예에 따라, 폭이 좁은 광도파로, 폭이 넓은 광도파로를 포함하는 비대칭 Y-분기 광도파로와 기울어진 브래그 격자로 구성되는 가변 파장 필터의 사시도이다.1 is a perspective view of a tunable filter including an asymmetric Y-branching optical waveguide including a narrow optical waveguide and a wide optical waveguide, and an inclined Bragg grating, according to an embodiment.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 가변 파장 필터(100)는 기판(110), 코어 및 클래딩층(120) 및 가변 파장 필터 소자(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , a tunable filter 100 according to an exemplary embodiment may include a substrate 110 , a core and a cladding layer 120 , and a tunable filter element 130 .

기판(110)은 가변 파장 필터(100)의 구성 요소들을 지지할 수 있다. The substrate 110 may support components of the tunable filter 100 .

코어 및 클래딩층(120)은 기판(110) 상에 적층될 수 있다. 코어 및 클래딩층(120)은 하부 클래딩층, 코어층 및 상부 클래딩층을 포함할 수 있다. 하부 클래딩층은 기판(110) 상에 적층되고, 코어층은 하부 클래딩층 상에 적층되며, 상부 클래딩층은 코어층 상에 적층될 수 있다. 여기서, 코어층은 폴리머 재료로 이루어질 수 있다. The core and the cladding layer 120 may be stacked on the substrate 110 . The core and cladding layer 120 may include a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer. The lower cladding layer may be stacked on the substrate 110 , the core layer may be stacked on the lower cladding layer, and the upper cladding layer may be stacked on the core layer. Here, the core layer may be made of a polymer material.

가변 파장 필터 소자(130)는 광도파로(131, 133, 135), 기울어진 브래그 격자(137) 및 마이크로히터(139)를 포함할 수 있다. 이 때 가변 파장 필터 소자(130)는 코어 및 클래딩층(120)의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 광도파로(131, 133, 135) 및 기울어진 브래그 격자(137)는 코어층에 배치되고, 마이크로히터(139)는 상부 클래딩층에 배치될 수 있다. 광도파로(131, 133, 135)는 입력부(이하에서, 폭이 좁은 광도파로라는 용어와 혼용됨)(131), 모드 분리부(이하에서, 모드 분리 광도파로라는 용어와 혼용됨)(133) 및 출력부(이하에, 폭이 넓은 광도파로라는 용어와 혼용됨)(135)를 포함할 수 있다. 입력부(131)와 출력부(135)는 모드 분리부(133)로부터 분기되고, 입력부(131)의 폭은 출력부(135)의 폭 보다 좁을 수 있다. 이를 통해, 광도파로(131, 133, 135)는 비대칭 Y-분기 구조를 나타낼 수 있다. 기울어진 브래그 격자(137)는 모드 분리부(133)에 인접하여 배치될 수 있다. 마이크로히터(139)는 모드 분리부(133)를 사이에 두고, 기울어진 브래그 격자(137)의 맞은 편에 배치될 수 있다. The tunable filter element 130 may include optical waveguides 131 , 133 , and 135 , an inclined Bragg grating 137 , and a microheater 139 . In this case, the tunable filter element 130 may be disposed inside the core and the cladding layer 120 . For example, the optical waveguides 131 , 133 , and 135 and the inclined Bragg grating 137 may be disposed on the core layer, and the microheater 139 may be disposed on the upper cladding layer. The optical waveguides 131, 133, and 135 include an input unit (hereinafter, used interchangeably with the term “narrow optical waveguide”) 131, and a mode separation unit (hereinafter, used with the term “mode-separated optical waveguide”) (133) and an output unit (hereinafter, used interchangeably with the term “wide optical waveguide”) 135 . The input unit 131 and the output unit 135 are branched from the mode separation unit 133 , and the width of the input unit 131 may be narrower than the width of the output unit 135 . Accordingly, the optical waveguides 131 , 133 , and 135 may exhibit an asymmetric Y-branch structure. The inclined Bragg grating 137 may be disposed adjacent to the mode separation unit 133 . The microheater 139 may be disposed opposite the inclined Bragg grating 137 with the mode separation unit 133 interposed therebetween.

일 실시예에 따르면, 입력부(131)가 광을 입사시킬 수 있다. 그리고, 기울어진 브래그 격자(137)가 모드 분리부(133)와 함께, 입사된 광에 대해 기모드-우모드 결합을 발생시켜, 입사된 광의 적어도 일부를 반사시킬 수 있다. 이를 통해, 출력부(135)가 반사된 광을 출력할 수 있다. According to an embodiment, the input unit 131 may allow light to be incident therein. In addition, the inclined Bragg grating 137 together with the mode separation unit 133 may generate a prior-mode coupling with respect to the incident light, thereby reflecting at least a portion of the incident light. Through this, the output unit 135 may output the reflected light.

일반적인 브래그 격자 광도파로 소자에서는, 필터링 된 파장신호는 광원이 연결된 입력포트로 되돌아온다. 이러한 반사 신호를 광검출기 방향으로 보내기 위해서는 외부 서큘레이터가 반드시 필요하게 된다. 외부 써큘레이터를 사용하지 않고 반사광을 다른 경로로 빼어낼 수 있도록 소자 구조를 개선하게 되면, 일 실시예에 따른 가변 파장 필터(100)와 같은 비대칭 Y-분기 구조의 광도파로(131, 133, 135)와 기울어진 브래그 격자(137)가 필요하게 된다. In a typical Bragg grating optical waveguide device, the filtered wavelength signal is returned to the input port to which the light source is connected. In order to send such a reflected signal to the photodetector, an external circulator is absolutely necessary. If the device structure is improved so that the reflected light can be extracted through a different path without using an external circulator, the optical waveguides 131, 133, and 135 having an asymmetric Y-branch structure such as the tunable filter 100 according to an embodiment. ) and an inclined Bragg grating 137 are required.

일 실시예에 따르면, 폭이 좁은 광도파로(131)를 통해 입사된 광은 모드 분리 광도파로(133)를 통과하면서 서서히 모드 모양이 변화하는 모드 진화 과정을 겪게 된다. 폭이 좁은 광도파로(131)를 통하여 입사되어 모드 진화과정을 겪은 광은 기울어진 브래그 격자(137) 위에 제작된 이중 모드 광도파로(133)에서 기모드를 형성하게 되며, 이러한 기모드는 기울어진 브래그 격자(137)에 의해서 우모드 형태로 반사된다. 반사된 우모드는 모드 분리 광도파로(137)를 반대방향으로 통과하면서 다시 모드 진화과정을 겪게 되며 이번에는 입력 방향과 다른 폭이 넓은 광도파로(135) 쪽으로 진화하며 나아가게 된다. 이상의 과정은 이상적인 모드 변환 과정을 묘사하고 있으며, 광신호는 폭이 좁은 광도파로(131)의 모드, 기모드, 우모드 그리고 폭이 넓은 광도파로 모드를 거치며 진행하게 되는데, 해당 일련의 과정을 NOEW 모드 변환으로 정의한다. According to an embodiment, the light incident through the narrow optical waveguide 131 undergoes a mode evolution process in which a mode shape is gradually changed while passing through the mode separation optical waveguide 133 . The light that is incident through the narrow optical waveguide 131 and undergoes the mode evolution process forms a default mode in the dual-mode optical waveguide 133 manufactured on the inclined Bragg grating 137, and this default mode is the inclined Bragg grating 137. It is reflected in the right mode form by the grating 137 . The reflected right mode undergoes a mode evolution process again while passing through the mode separation optical waveguide 137 in the opposite direction, and this time evolves toward the optical waveguide 135 having a wider width than the input direction. The above process describes the ideal mode conversion process, and the optical signal goes through the mode, the previous mode, the right mode, and the wide optical waveguide mode of the narrow optical waveguide 131. Defined by mode conversion.

그러나, 실제 제작된 소자에서는 비대칭 Y-분기 구조의 광도파로(131, 133, 135)에서 발생하는 누화현상과 기울어진 브래그 격자(137)에서 발생하는 우모드 간의 결합 반사로 인해 출력 스팩트럼에 비이상적인 파장 성분이 포함되어 나타난다. 이로 인해, 가변 파장 필터의 SMSR 값이 저하되고 인접채널 누화가 발생하게 된다.However, in the actually fabricated device, the output spectrum is not ideal due to the combined reflection between the crosstalk phenomenon occurring in the optical waveguides 131 , 133 , and 135 of the asymmetric Y-branch structure and the right mode occurring in the inclined Bragg grating 137 . Wavelength components are included. Due to this, the SMSR value of the tunable filter is lowered and cross-channel crosstalk occurs in adjacent channels.

도 2는 다른 실시예에 따라, 도 1에서 보인 가변 파장 필터 소자의 출력부를 광도파로 테이퍼를 통하여 두번째 가변 파장 필터 소자의 입력부와 연결하여 2단으로 구성되는 가변 파장 필터의 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view of a tunable filter configured in two stages by connecting an output unit of the tunable filter element shown in FIG. 1 to an input unit of a second tunable filter element through an optical waveguide taper, according to another embodiment.

도 2를 참조하면, 다른 실시예에 따른 가변 파장 필터(200)는 기판(210), 코어 및 클래딩층(220), 제 1 가변 파장 필터 소자(230) 및 제 2 가변 파장 필터 소자(240)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , a tunable filter 200 according to another embodiment includes a substrate 210 , a core and a cladding layer 220 , a first tunable filter element 230 , and a second tunable filter element 240 . may include

기판(210)은 가변 파장 필터(200)의 구성 요소들을 지지할 수 있다. The substrate 210 may support components of the tunable filter 200 .

코어 및 클래딩층(220)은 기판(210) 상에 적층될 수 있다. 코어 및 클래딩층(220)은 하부 클래딩층, 코어층 및 상부 클래딩층을 포함할 수 있다. 하부 클래딩층은 기판(210) 상에 적층되고, 코어층은 하부 클래딩층 상에 적층되며, 상부 클래딩층은 코어층 상에 적층될 수 있다. 여기서, 코어층은 폴리머 재료로 이루어질 수 있다.The core and the cladding layer 220 may be stacked on the substrate 210 . The core and cladding layer 220 may include a lower cladding layer, a core layer, and an upper cladding layer. The lower cladding layer may be stacked on the substrate 210 , the core layer may be stacked on the lower cladding layer, and the upper cladding layer may be stacked on the core layer. Here, the core layer may be made of a polymer material.

제 1 가변 파장 필터 소자(230)는 제 1 광도파로(231, 233, 235), 제 1 기울어진 브래그 격자(237) 및 제 1 마이크로히터(239)를 포함할 수 있다. 제 2 가변 파장 필터 소자(240)는 제 2 광도파로(241, 243, 245), 제 2 기울어진 브래그 격자(247) 및 제 2 마이크로히터(249)를 포함할 수 있다. 이 때 제 1 가변 파장 필터 소자(230) 및 제 2 가변 파장 필터 소자(240)는 는 코어 및 클래딩층(220)의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제 1 광도파로(231, 233, 235), 제 1 기울어진 브래그 격자(237), 제 2 광도파로(241, 243, 245) 및 제 2 기울어진 브래그 격자(247)는 코어층에 배치되고, 제 1 마이크로히터(239) 및 제 2 마이크로히터(249)는 상부 클래딩층에 배치될 수 있다. The first tunable filter element 230 may include first optical waveguides 231 , 233 , 235 , a first inclined Bragg grating 237 , and a first microheater 239 . The second tunable filter element 240 may include second optical waveguides 241 , 243 , and 245 , a second inclined Bragg grating 247 , and a second microheater 249 . In this case, the first tunable filter element 230 and the second tunable filter element 240 may be disposed inside the core and the cladding layer 220 . For example, the first optical waveguides 231 , 233 , and 235 , the first inclined Bragg grating 237 , the second optical waveguides 241 , 243 , 245 , and the second inclined Bragg grating 247 are a core layer. The first microheater 239 and the second microheater 249 may be disposed on the upper cladding layer.

제 1 광도파로(231, 233, 235)는 제 1 입력부(이하에서, 제 1 폭이 좁은 광도파로라는 용어와 혼용됨)(231), 제 1 모드 분리부(이하에서, 제 1 모드 분리 광도파로라는 용어와 혼용됨)(233) 및 제 1 출력부(이하에, 제 1 폭이 넓은 광도파로라는 용어와 혼용됨)(235)를 포함할 수 있다. 제 1 입력부(231)와 제 1 출력부(235)는 제 1 모드 분리부(233)로부터 분기되고, 제 1 입력부(231)의 폭은 제 1 출력부(235)의 폭 보다 좁을 수 있다. 이를 통해, 제 1 광도파로(231, 233, 235)는 비대칭 Y-분기 구조를 나타낼 수 있다. 제 1 기울어진 브래그 격자(237)는 제 1 모드 분리부(233)에 인접하여 배치될 수 있다. 제 1 마이크로히터(239)는 제 1 모드 분리부(233)를 사이에 두고, 제 1 기울어진 브래그 격자(237)의 맞은 편에 배치될 수 있다. The first optical waveguides 231 , 233 , and 235 include a first input unit (hereinafter, the term “first narrow optical waveguide” is used interchangeably) 231 and a first mode separation unit (hereinafter, first mode separation light) 231 . It may include a first output unit (hereinafter, used interchangeably with the term "a waveguide") 233 and a first output unit (hereinafter, referred to as a "first wide optical waveguide") 235 . The first input unit 231 and the first output unit 235 are branched from the first mode separation unit 233 , and the width of the first input unit 231 may be smaller than the width of the first output unit 235 . Accordingly, the first optical waveguides 231 , 233 , and 235 may exhibit an asymmetric Y-branch structure. The first inclined Bragg grating 237 may be disposed adjacent to the first mode separation unit 233 . The first microheater 239 may be disposed opposite the first inclined Bragg grating 237 with the first mode separation unit 233 interposed therebetween.

제 2 광도파로(241, 243, 245)는 제 2 입력부(이하에서, 제 2 폭이 좁은 광도파로라는 용어와 혼용됨)(241), 제 2 모드 분리부(이하에서, 제 2 모드 분리 광도파로라는 용어와 혼용됨)(243) 및 제 2 출력부(이하에, 제 2 폭이 넓은 광도파로라는 용어와 혼용됨)(245)를 포함할 수 있다. 제 2 입력부(241)와 제 2 출력부(245)는 제 2 모드 분리부(243)로부터 분기되고, 제 2 입력부(241)는 제 1 출력부(235)에 연결될 수 있다. 그리고, 제 2 입력부(241)의 폭은 제 1 출력부(235)의 폭 보다 좁고, 제 2 출력부(245)의 폭 보다 좁을 수 있다. 이를 통해, 제 2 광도파로(241, 243, 245)는 비대칭 Y-분기 구조를 나타낼 수 있다. 제 2 기울어진 브래그 격자(247)는 제 2 모드 분리부(243)에 인접하여 배치될 수 있다. 제 2 마이크로히터(249)는 제 2 모드 분리부(243)를 사이에 두고, 제 2 기울어진 브래그 격자(247)의 맞은 편에 배치될 수 있다. The second optical waveguides 241 , 243 , and 245 include a second input unit (hereinafter, the term second narrow optical waveguide is used interchangeably) 241 and a second mode separation unit (hereinafter, second mode separation light). and a second output unit (hereinafter, used interchangeably with the term “second wide optical waveguide”) 245 ). The second input unit 241 and the second output unit 245 may be branched from the second mode separation unit 243 , and the second input unit 241 may be connected to the first output unit 235 . In addition, the width of the second input unit 241 may be narrower than the width of the first output unit 235 and may be narrower than the width of the second output unit 245 . Accordingly, the second optical waveguides 241 , 243 , and 245 may exhibit an asymmetric Y-branch structure. The second inclined Bragg grating 247 may be disposed adjacent to the second mode separation unit 243 . The second microheater 249 may be disposed opposite the second inclined Bragg grating 247 with the second mode separation unit 243 interposed therebetween.

다른 실시예에 따르면, 제 1 입력부(231)와 제 2 출력부(245)는, 코어층에서, 상호의 반대 방향으로 연장될 수 있다. 이 때 코어층에서, 코어층의 중심점을 통과하는 두 개의 축들이 정의될 수 있다. 바꿔 말하면, 코어층은 축들에 의해 형성되는 평면 상에 놓일 수 있다. 그리고, 코어층은 축들에 의해 네 개의 영역들로 구분될 수 있다. 이러한 경우, 제 1 모드 분리부(233)와 제 2 모드 분리부(243)는, 영역들 중 상호의 대각선 방향에 위치되는 어느 두 개에 각각 배치될 수 있다. 또한, 제 1 입력부(231)와 제 2 출력부(245)는, 코어층에서, 영역들 중 다른 두 개에서 각각 연장되어, 제 1 모드 분리부(233)와 제 2 모드 분리부(243)에 각각 연결될 수 있다. According to another embodiment, the first input unit 231 and the second output unit 245 may extend in opposite directions to each other in the core layer. In this case, in the core layer, two axes passing through the center point of the core layer may be defined. In other words, the core layer may lie on a plane defined by the axes. In addition, the core layer may be divided into four regions by axes. In this case, the first mode separating unit 233 and the second mode separating unit 243 may be respectively disposed in any two of the regions located in a diagonal direction to each other. In addition, the first input unit 231 and the second output unit 245 extend in the other two of the regions in the core layer, respectively, so that the first mode separation unit 233 and the second mode separation unit 243 are respectively extended. can be connected to each.

다른 실시예에 따르면, 제 1 입력부(231)가 광을 입사킬 수 있다. 그리고, 제 1 기울어진 브래그 격자(237)가 제 1 모드 분리부(233)와 함께, 입사된 광에 대해 기모드-우모드 결합을 발생시켜, 입사된 광의 적어도 일부를 반사시킬 수 있다. 이 후, 제 1 출력부(235)가 반사된 광을 제 2 입력부(241)로 출력하고, 이를 통해 제 2 입력부(241)가 제 1 출력부(235)로부터 출력된 광을 전달할 수 있다. 또한, 제 2 기울어진 브래그 격자(247)가 제 2 모드 분리부(243)와 함께, 전달된 광에 대해 기모드-우모드 결합을 발생시켜, 전달된 광의 적어도 일부를 추가로 반사시킬 수 있다. 이를 통해, 제 2 출력부(245)가 추가로 반사된 광을 출력할 수 있다.According to another embodiment, the first input unit 231 may incident the light. In addition, the first inclined Bragg grating 237 together with the first mode separation unit 233 may generate a prior-right mode coupling with respect to the incident light to reflect at least a portion of the incident light. Thereafter, the first output unit 235 may output the reflected light to the second input unit 241 , and through this, the second input unit 241 may transmit the light output from the first output unit 235 . In addition, the second inclined Bragg grating 247 together with the second mode separation unit 243 may generate a prior-right mode coupling with respect to the transmitted light, thereby further reflecting at least a portion of the transmitted light. . Through this, the second output unit 245 may additionally output reflected light.

다른 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같은 단일 가변 파장 필터 소자(130)에서 발생하는 문제점을 개선하기 위하여, 도 2에서 도시한 바와 같이 제 1 가변 파장 필터 소자(230)와 제 2 가변 파장 필터 소자(240)를 2단으로 연결하여 SMSR 을 향상시키고 인접채널 누화를 줄이는 것이 취지이다. 제 1 가변 파장 필터 소자(230)의 제 1 출력부(235)를 광도파로 테이퍼 구조를 통하여 제 2 가변 파장 필터 소자(240)의 제 2 입력부(241)와 연결시킴으로서 가변 파장 필터(200)의 성능을 개선할 수 있게 된다. According to another embodiment, in order to improve the problems occurring in the single tunable filter element 130 as shown in FIG. 1 , as shown in FIG. 2 , the first tunable filter element 230 and the second tunable filter element 230 are The purpose is to improve SMSR and reduce adjacent channel crosstalk by connecting the wavelength filter element 240 in two stages. By connecting the first output unit 235 of the first tunable filter element 230 with the second input unit 241 of the second tunable filter element 240 through the optical waveguide tapered structure, the tunable filter 200 is performance can be improved.

가변 파장 필터(200)의 폴리머 광도파로의 설계에서, 굴절률이 각각 1.455 및 1.430인 코어와 클래딩 재료가 사용된다. 굴절률의 큰 차이는 기울어진 브래그 격자(237, 247)에서 높은 반사율 및 작은 굽힘 반경을 얻는데 유리하다. 코어 두께가 2.5 μm이고 측면 코어 층 두께가 0.5 μm인 Rib 형 설계에서, 4 μm 미만의 폭은 도 3a에 도시된 바와 같이 단일 모드 조건을 만족시킨다. 기울어진 브래그 격자(237, 247)가 있는 모드 분리 광도파로(233, 243)는 우모드와 기모드 모두 지원할 수 있도록 8 μm의 폭을 갖는다. 모드 분리 광도파로(233, 243)에서, 모드 진화에 대한 누화는 빔 전파 방법을 사용하여 계산되며, 좁은 광도파로 폭과 넓은 광도파로 폭 비에 따라 달라지거나 분기 각도에 따라 변화한다. 분기각도가 0.3°이고 좁은 광도파로와 넓은 광도파로의 폭이 각각 4, 3 μm인 구조에서 -30 dB 미만의 누화를 확인하였다. 고차모드의 산란으로 인해 각도가 증가함에 따라 누화가 증가하는 양상을 보인다.In the design of the polymer optical waveguide of the tunable wavelength filter 200, core and cladding materials having refractive indices of 1.455 and 1.430, respectively, are used. A large difference in refractive index is advantageous for obtaining a high reflectance and a small bending radius in the inclined Bragg gratings 237 and 247. In the rib-type design with a core thickness of 2.5 μm and a side core layer thickness of 0.5 μm, a width of less than 4 μm satisfies the single-mode condition as shown in Fig. 3a. The mode-separated optical waveguides 233 and 243 with the inclined Bragg gratings 237 and 247 have a width of 8 μm to support both the right mode and the left mode. In the mode-separated optical waveguides 233 and 243, crosstalk for mode evolution is calculated using the beam propagation method, and varies according to the ratio of the narrow optical waveguide width to the wide optical waveguide width ratio or varies according to the branching angle. Crosstalk of less than -30 dB was confirmed in the structure where the branching angle was 0.3° and the width of the narrow optical waveguide and the wide optical waveguide was 4 and 3 μm, respectively. Due to the scattering of higher-order modes, the crosstalk increases as the angle increases.

기울어진 브래그 격자(237, 247)의 반사 스펙트럼은 전송매트릭스 방법을 사용하여 계산될 수 있다. 기울어진 브래그 격자(237, 247)의 단위 요소의 반사율은 상이한 모드 분포를 갖는 모드들 사이의 모드 중첩 적분을 고려함으로써 계산된다. 모드 분리 광도파로(233, 243)의 누화 효과를 포함하기 위해 이상적인 NOEW(ideal Narrow-odd-even-wide)및 NEEW 모드 변환(spurious Narrow-even-even-wide)으로 생성된 반사 전력이 추가되어 최종 반사 스펙트럼을 찾는다. 이외에 영향이 적은 NOOW 모드 및 NEOW 모드 변환의 영향은 고려되지 않는다. 코어 두께가 3.0 μm이고 격자의 두께 변조가 0.2 μm인 경우 유효지수는 0.0008로 변조된다. 5 mm 길이의 기울어진 브래그 격자(237, 247)로부터의 반사 스펙트럼은 도 3b에 도시된 바와 같이 얻을 수 있다. 단일 반사 기울어진 브래그 격자(137)와 비교하여, 2단 반사 기울어진 브래그 격자(237, 247)는 크게 향상된 SMSR, 훨씬 좁은 대역폭 및 낮은 인접 채널 누화를 제공합니다. 2단 반사 기울어진 브래그 격자(237, 247)의 반사율은 도 3c와 같이 단일 반사 기울어진 브래그 격자(137)의 반사율과 비교할 수 있다. 2단 반사 기울어진 브래그 격자(237, 247)는 단일 반사 스펙트럼의 제곱값이기 때문에 단일 반사 기울어진 브래그 격자(137)와 비교해 반사율이 낮다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 2단 반사 기울어진 브래그 격자(237, 247)의 격자 변조 깊이 및 격자 길이를 증가시킬 필요가 있다. 2단 반사 기울어진 브래그 격자(237, 247)의 반사율이 증가될 때, 더 높은 반사율을 달성하기 위해, 반사 스펙트럼의 대역폭은 도 3d에 도시된 바와 같이 영향을 받는다. 그러나, 2단 반사 기울어진 브래그 격자(237, 247)는 반사율이 100 %에 도달하더라도 20 dB 대역폭을 1.6 nm 이하로 생성할 수 있다. 따라서, 0.8 nm의 채널 간격을 갖는 인접채널로의 누화는 -20 dB 미만으로 유지될 수 있다.The reflection spectra of the tilted Bragg gratings 237 and 247 may be calculated using a transmission matrix method. The reflectivity of the unit elements of the tilted Bragg gratings 237 and 247 is calculated by considering the mode overlap integral between modes having different mode distributions. The reflected power generated by ideal narrow-odd-even-wide (NOEW) and spurious narrow-even-even-wide is added to include the crosstalk effect of mode-separated optical waveguides (233, 243). Find the final reflection spectrum. In addition, the influence of NOOW mode and NEOW mode conversion, which have a small effect, is not considered. When the core thickness is 3.0 μm and the thickness modulation of the grating is 0.2 μm, the effective index is modulated to 0.0008. Reflection spectra from the 5 mm long inclined Bragg gratings 237 and 247 can be obtained as shown in FIG. 3B . Compared to single reflection tilted Bragg gratings (137), double reflection tilted Bragg gratings (237, 247) provide significantly improved SMSR, much narrower bandwidth, and lower adjacent channel crosstalk. The reflectance of the two-stage reflection inclined Bragg gratings 237 and 247 may be compared with the reflectance of the single reflection inclined Bragg grating 137 as shown in FIG. 3C . Since the two-stage reflection inclined Bragg gratings 237 and 247 are the square values of the single reflection spectrum, the reflectance is lower than that of the single reflection inclined Bragg grating 137 . To overcome this problem, it is necessary to increase the grating modulation depth and grating length of the two-stage reflection inclined Bragg gratings 237 and 247. When the reflectivity of the two-stage reflection tilted Bragg gratings 237 and 247 is increased, in order to achieve a higher reflectivity, the bandwidth of the reflection spectrum is affected as shown in FIG. 3D . However, the two-stage reflection inclined Bragg gratings 237 and 247 can generate a 20 dB bandwidth of 1.6 nm or less even when the reflectance reaches 100%. Therefore, crosstalk to an adjacent channel with a channel spacing of 0.8 nm can be kept below -20 dB.

가변 파장 필터(200)의 제작을 위해 코어 및 클래딩 층(220)으로서, ChemOptics Co.의 ZPU를 사용하였으며 각 굴절률은 1.455와 1.430이었다. 제작 공정 순서는 도 4에 도시된 바와 같이 진행된다. 실리콘 기판(210) 상의 잔여 표면 산화물을 제거한 후 하부 클래딩 물질인 ZPU 13-430 물질을 스핀 코팅한다. 클래딩 층 코팅 전, O2 plasma 처리를 5초간 하고 ZAP 1020을 코팅하여 실리콘 웨이퍼와 ZPU 폴리머 간 접착을 개선시킨다. 코팅된 ZPU 물질은 질소 챔버에서 자외선 경화한 후 137

Figure pat00001
의 핫플레이트 상에서 60 분동안 하드 베이킹 하였으며, 두께는 8.4 μm가 되었다. 제 1 기울어진 브래그 격자(237) 및 제 2 기울어진 브래그 격자(247) 제작을 위해, He-Cd laser 광원을 이용한 holographic interference 방법을 사용한다. 패턴 형성을 위해AZ MIR 703포토레지스트를 사용하였고 400 nm 정도의 얇은 두께를 확보하기 위해 PGMEA를 일정 비율 섞은 후 4000 rpm의 속도로 스핀코팅한다. 좀 더넓은 격자 영역을 확보하기 위해 확장되어 콜리메이션된 레이저빔을 일정 영역에 조사후, 샘플을 좌측으로 이동시켜 한번 더 조사한다. 이때 조사되는 영역간 중첩을 막기 위해` 쉐도우 마스크를 사용하여 조사될 수 있는 영역을 한정한다. 제 1 기울어진 브래그 격자(237) 및 제 2 기울어진 브래그 격자(247)는 도 5a와 같이 넓은 영역에 걸쳐 패터닝 되었으며, 도 5b의 SEM 이미지와 같이 주기가 538 nm이고 높이가 400 nm인 형상이 되었다. 제 1 기울어진 브래그 격자(237) 및 제 2 기울어진 브래그 격자(247)를 하부 클래딩층으로 전사시키기 위해, O2 plasma를 사용하여 15 초간 건식 식각하였고 도 5(c와 같이 236 nm 깊이로 식각 되었다. 제 1 기울어진 브래그 격자(237) 및 제 2 기울어진 브래그 격자(247)가 형성된 하부 클래딩층 위에 코어물질인 ZPU 13-455를 스핀코팅한 후 코어층 폴리머를 전면 에칭하여 코어 두께를 2.5 μm까지 줄이게 되었다. 광도파로 패터닝을 위해 AZ 5213를 4000 rpm의 속도로 스핀코팅한 후 MA6 mask aligner를 이용하여 UV조사하였다. 이때 제 1 광도파로(231, 233, 235)와 제 1 기울어진 브래그 격자(237), 및 제 2 광도파로(241, 243, 245)와 제 2 기울어진 브래그 격자(247)는 86.3°의 각도를 가지게 되며 하부 클래딩층 코팅 이전에 SU-8 물질로 미리 패터닝된 정렬 키패턴을 이용하여 정렬되었다. 제 1 광도파로(231, 233, 235) 와 제 2 광도파로(241, 243, 245)를 포함한 코어층은 ICP 내부에서3 분간 건식 식각 되어, 제 1 광도파로(231, 233, 235) 와 제 2 광도파로(241, 243, 245)의 두께가 2.5 μm, 남겨진 코어층의 두께가 0.5 μm인 립형태의 제 1 광도파로(231, 233, 235) 와 제 2 광도파로(241, 243, 245)를 형성하게 된다. 하부 클래딩 층과 같은 물질이 한번 더 코팅되어 총 두께는 17 μm가 되었으며, UV경화된 상부 클래딩 층 위에Cr-Au 진공 열 증착과 포토리소그라피를 통해 10-100 nm 두께의 제 1 마이크로히터(239)와 제 2 마이크로 히터(249)가 제작되었다. 마지막으로 샘플을 다이싱한 후 단면 폴리싱을 하여 광섬유와 연결할 준비를 마친다.As a core and a cladding layer 220 for manufacturing the tunable filter 200, ChemOptics Co.'s ZPU was used and the refractive indexes were 1.455 and 1.430, respectively. The manufacturing process sequence proceeds as shown in FIG. 4 . After removing the residual surface oxide on the silicon substrate 210, a ZPU 13-430 material, which is a lower cladding material, is spin-coated. Before coating the cladding layer, O2 plasma treatment is performed for 5 seconds and ZAP 1020 is coated to improve adhesion between the silicon wafer and the ZPU polymer. The coated ZPU material was 137 UV cured in a nitrogen chamber.
Figure pat00001
It was hard-baked for 60 minutes on a hot plate of For the production of the first inclined Bragg grating 237 and the second inclined Bragg grating 247, a holographic interference method using a He-Cd laser light source is used. AZ MIR 703 photoresist was used for pattern formation, and PGMEA was mixed in a certain ratio to secure a thin thickness of about 400 nm and then spin-coated at a speed of 4000 rpm. In order to secure a wider grid area, the expanded and collimated laser beam is irradiated to a certain area, and then the sample is moved to the left and irradiated once more. At this time, in order to prevent overlap between the irradiated regions, a shadow mask is used to limit the irradiated region. The first inclined Bragg grating 237 and the second inclined Bragg grating 247 were patterned over a wide area as shown in FIG. 5A, and a shape with a period of 538 nm and a height of 400 nm as shown in the SEM image of FIG. became In order to transfer the first inclined Bragg grating 237 and the second inclined Bragg grating 247 to the lower cladding layer, dry etching was performed for 15 seconds using O2 plasma and etched to a depth of 236 nm as shown in FIG. 5(c). ZPU 13-455, a core material, was spin-coated on the lower cladding layer on which the first inclined Bragg grating 237 and the second inclined Bragg grating 247 were formed, and then the core layer polymer was etched to reduce the core thickness to 2.5 μm. For optical waveguide patterning, AZ 5213 was spin-coated at a speed of 4000 rpm and then UV irradiated using a MA6 mask aligner At this time, the first optical waveguides 231, 233, 235 and the first inclined Bragg grating 237 , and the second optical waveguides 241 , 243 , 245 and the second inclined Bragg grating 247 have an angle of 86.3° and an alignment key pre-patterned with SU-8 material before coating the lower cladding layer. The core layer including the first optical waveguides 231, 233, 235 and the second optical waveguides 241, 243, and 245 was dry-etched inside the ICP for 3 minutes, and the first optical waveguide 231 was aligned using a pattern. , 233, 235) and the second optical waveguides 241, 243, 245 have a thickness of 2.5 μm, and the remaining core layer has a thickness of 0.5 μm, respectively. The waveguides 241, 243, and 245 are formed. The same material as the lower cladding layer was coated once more to a total thickness of 17 μm, and the UV-cured upper cladding layer was subjected to Cr-Au vacuum thermal evaporation and photolithography. A first micro-heater 239 and a second micro-heater 249 with a thickness of 10-100 nm were fabricated. Finally, after dicing the sample, it is prepared to be connected to the optical fiber by performing cross-sectional polishing.

제작이 완료된 가변 파장 필터(200)의 특성 확인을 위해, 도 6a와 같은 측정 셋업을 구성하였다. 중심파장이 1550 nm이고 3-dB 대역폭이 60 nm인 SLED 광원으로부터 출력된 광이 편광조절기를 통과하면서 TE편광으로 맞추어 지고 제 1 가변 파장 필터 소자(230)의 폭이 좁은 광도파로(231)로 입사된다. 입사된 광 중 제 1 기울어진 브래그 격자(237)의 기모드-우모드 결합에 의한 반사광만이 제 1 기울어진 브래그 격자(237)와 제 2 기울어진 브래그 격자(247)를 거쳐, 제 2 가변 파장 필터 소자(240)의 폭이 넓은 광도파로(245)를 거쳐서 출력된다. 이를 기반으로, OSA를 통하여 측정한 결과를 도 6b에서 보이고 있다. 측정된 반사 광의 중심파장은 1528.3 nm이고 3-dB 대역폭은 0.3 nm, 20-dB 대역폭은 1.1 nm로 확인되었다. 삽입손실은 5.5 dB로 측정되었으며 SMSR은 35 dB로 확인되었다. 제작된 가변 파장 필터(200)에서 두개의 기울어진 브래그 격자(237, 247)는 8.7 mm 정도 떨어진 위치에 제작이 되므로 격자의 반사파장이 서로 다르게 나타날 수 있다. 이를 확인하기 위하여 제 1 입력부(231)와 제 2 출력부(245)가 아닌 도 6a에서 표현된 Port A와 Port B를 통하여 반사되어 돌아오는 빛의 스펙트럼을 측정하여 도 6c의 결과를 얻었다. Port A, B는 이중모드 광도파로 이므로 광섬유를 정렬시키는 조건에 따라 우모드 또는 기모드를 dominant 하게 입사시킬 수 있게 된다. 광섬유를 가변 파장 필터(200)의 중심에서 좌우로 옮겨가면서 반사광 피크값이 가장 크게 나타나는 상태를 맞추어 주었으며, 이 경우에 기모드-우모드 결합 효율이 가장 높게 되었다. Port A와 Port B에 각각 광을 입사하였을 때 반사광의 중심파장은 1528.6 nm와 1528.0 nm로서 0.6 nm정도의 차이를 보였다. 브래그 반사 파장의 차이값을 상쇄시키기 위하여 제 1 기울어진 브래그 격자(237)의 제 1 마이크로히터(239)에 12.6 mW의 전력을 초기에 바이어스 값으로 제 2 기울어진 브래그 격자(247)의 반사 파장과 일치시켰다. 그 결과 제 1 가변 파장 필터 소자(230)와 제 2 가변 파장 필터 소자(240)를 거친 출력 스펙트럼은 도 6d 와 같이 나타났으며 삽입손실은 3.4 dB 로 줄어 들었고 대역폭의 경우 0.5 dB는 0.28 nm, 3-dB는 0.5 nm, 20-dB는 1 nm로 나타났다. 초기 바이어스 전력을 유지한 채, 두개의 제 1 마이크로히터(239)와 제 2 마이크로히터(249)에 15.8 mW씩 단계적으로 추가 전력을 올려가면서 반사파장이 가변되는 것을 도 7a와 같이 측정하였다. 206 mW의 전력 인가 시 11 nm의 파장가변과 -27.6 dB의 인접채널 누화가 확인되었다. ZPU 폴리머의 TO 계수는 -1.8Х10-4이며 11 nm 파장 가변을 얻기 위한 광도파로 중심부의 온도변화는 56.8° 가 된다. 반사 파장의 피크 위치를 인가 전력에 대하여 그린 결과가 도 7b와 같으며 파장가변 효율은 54 nm/W 로 나왔다. 히터 전력이 증가함에 따라 반사 픽이 점진적으로 감소하며 대역폭이 확장되는 부분이 관찰되는데, 이는 제 1 광도파로(231, 233, 235)와 제 2 광도파로(241, 243, 245) 상부에 위치한 제 1 마이크로히터(239)와 제 2 마이크로히터(249)에서 발생한 온도변화값이 기판을 향하여 서서히 줄어들면서 제 1 광도파로(231, 233, 235)와 제 2 광도파로(241, 243, 245)의 굴절률 분포가 비대칭적으로 형성되며 이로 인해 도파모드의 방사가 발생하기 때문이다. 이러한 문제는 제 1 마이크로히터(239)와 제 2 마이크로히터(249)를 제 1 광도파로(231, 233, 235)와 제 2 광도파로(241, 243, 245) 하단부에 각각 형성하여 온도분포의 균일도를 향상시키면 해결될 수 있다. 하부전극과 트렌치 구조를 이용하면 파장가변효율 또한 매우 크게 향상시킬 수 있다. 특히 우모드에 비해 기모드는 광 구속력이 약하기 때문에 방사현상이 쉽게 나타날 수 있다.In order to confirm the characteristics of the tunable filter 200 that has been manufactured, a measurement setup as shown in FIG. 6A was configured. The light output from the SLED light source having a center wavelength of 1550 nm and a 3-dB bandwidth of 60 nm passes through the polarization controller and is aligned with TE polarization and is directed to the narrow optical waveguide 231 of the first variable wavelength filter element 230. are entered Of the incident light, only the reflected light by the previous-right mode combination of the first inclined Bragg grating 237 passes through the first inclined Bragg grating 237 and the second inclined Bragg grating 247, and the second variable The wavelength filter element 240 is output through the wide optical waveguide 245 . Based on this, the results measured through OSA are shown in FIG. 6B . The measured central wavelength of the reflected light was 1528.3 nm, the 3-dB bandwidth was 0.3 nm, and the 20-dB bandwidth was 1.1 nm. Insertion loss was measured to be 5.5 dB and SMSR was confirmed to be 35 dB. Since the two inclined Bragg gratings 237 and 247 are manufactured at a distance of about 8.7 mm in the manufactured tunable filter 200, the reflected wavelengths of the gratings may appear different from each other. In order to confirm this, the spectrum of light reflected back through Port A and Port B shown in FIG. 6A rather than the first input unit 231 and the second output unit 245 was measured, and the result of FIG. 6C was obtained. Since Ports A and B are dual-mode optical waveguides, it is possible to make the right or left mode dominant depending on the conditions for aligning the optical fibers. By moving the optical fiber to the left and right from the center of the tunable filter 200, the state in which the peak value of reflected light appears the largest was adjusted, and in this case, the previous mode-right mode coupling efficiency was the highest. When light was incident on Port A and Port B, respectively, the central wavelengths of the reflected light were 1528.6 nm and 1528.0 nm, showing a difference of about 0.6 nm. In order to offset the difference in the Bragg reflection wavelength, a power of 12.6 mW is initially applied to the first microheater 239 of the first tilted Bragg grating 237 as a bias value. The reflection wavelength of the second tilted Bragg grating 247 matched with As a result, the output spectrum passing through the first tunable filter element 230 and the second tunable filter element 240 was shown as shown in FIG. 6d, and the insertion loss was reduced to 3.4 dB, and in the case of bandwidth, 0.5 dB was 0.28 nm, 3-dB was 0.5 nm and 20-dB was 1 nm. While the initial bias power was maintained, the reflected wavelength was measured as shown in FIG. 7A while increasing the additional power in steps of 15.8 mW to the two first micro-heaters 239 and the second micro-heaters 249 as shown in FIG. 7A . When a power of 206 mW was applied, a wavelength tunability of 11 nm and an adjacent channel crosstalk of -27.6 dB were confirmed. The TO coefficient of ZPU polymer is -1.8Х10-4, and the temperature change at the center of the optical waveguide to obtain 11 nm wavelength tunability is 56.8°. The result of plotting the peak position of the reflected wavelength with respect to the applied power is as shown in FIG. 7b, and the wavelength variable efficiency was found to be 54 nm/W. As the heater power increases, it is observed that the reflection pick gradually decreases and the bandwidth expands. As the temperature change value generated by the first microheater 239 and the second microheater 249 gradually decreases toward the substrate, the first optical waveguides 231, 233, 235 and the second optical waveguides 241, 243, 245 This is because the refractive index distribution is formed asymmetrically, which causes radiation of the waveguide mode. This problem is solved by forming the first microheater 239 and the second microheater 249 at the lower ends of the first optical waveguides 231, 233, 235 and the second optical waveguides 241, 243, 245, respectively. It can be solved by improving the uniformity. By using the lower electrode and the trench structure, the wavelength tunable efficiency can also be greatly improved. In particular, since the early mode has a weaker light binding force compared to the right mode, the radiation phenomenon can easily appear.

다양한 실시예들에 따른 가변 파장 필터(200)는, 제 1 모드 분리부(233) 및 제 1 모드 분리부(233)로부터 분기된 제 1 입력부(231)와 제 1 출력부(235)를 포함하는 제 1 광도파로(231, 233, 235)를 포함하는 제 1 가변 파장 필터 소자(230), 및 제 2 모드 분리부(243) 및 제 2 모드 분리부(243)로부터 분기된 제 2 입력부(241)와 제 2 출력부(245)를 포함하고, 제 2 입력부(241)가 제 1 출력부(235)에 연결된 제 2 광도파로(241, 243, 245)를 포함하는 제 2 가변 파장 필터 소자(240)를 포함할 수 있다. The tunable filter 200 according to various embodiments includes a first mode separation unit 233 and a first input unit 231 and a first output unit 235 branched from the first mode separation unit 233 . a first tunable filter element 230 including first optical waveguides 231, 233, 235, and a second input unit branched from the second mode separation unit 243 and the second mode separation unit 243 ( 241 ) and a second output unit 245 , and the second tunable filter element including second optical waveguides 241 , 243 , and 245 connected to the first output unit 235 with the second input unit 241 connected to the first output unit 235 . (240).

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 가변 파장 필터 소자(230)는, 제 1 모드 분리부(233)에 인접하여 배치되는 제 1 기울어진 브래그 격자(237)를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the first tunable filter element 230 may further include a first inclined Bragg grating 237 disposed adjacent to the first mode separation unit 233 .

다양한 실시예들에 따르면, 제 2 가변 파장 필터 소자(240)는, 제 2 모드 분리부(243)에 인접하여 배치되는 제 2 기울어진 브래그 격자(247)를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the second tunable filter element 240 may further include a second inclined Bragg grating 247 disposed adjacent to the second mode separation unit 243 .

다양한 실시예들에 따르면, 가변 파장 필터(200)는, 기판, 기판 상에 형성되는 하부 클래딩층, 하부 클래딩층 상에 형성되고, 폴리머 재료로 이루어지며, 제 1 가변 파장 필터 소자(230)와 제 2 가변 필터 소자(240)가 형성되는 코어층, 및 코어층 상에 형성되는 상부 클래딩층을 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the tunable filter 200 includes a substrate, a lower cladding layer formed on the substrate, a lower cladding layer, and is made of a polymer material, and includes the first tunable filter element 230 and It may further include a core layer on which the second variable filter element 240 is formed, and an upper cladding layer formed on the core layer.

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 입력부(231)와 제 2 출력부(245)는, 코어층에서, 상호의 반대 방향으로 연장될 수 있다. According to various embodiments, the first input unit 231 and the second output unit 245 may extend in opposite directions to each other in the core layer.

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 모드 분리부(233)와 제 2 모드 분리부(243)는, 코어층에서, 코어층의 중심점을 통과하는 두 개의 축들에 의해 영역들 중 상호의 대각선 방향에 위치되는 어느 두 개에 각각 배치될 수 있다. According to various embodiments, the first mode separation unit 233 and the second mode separation unit 243 are in the core layer, in the diagonal direction of each other among the regions by two axes passing through the center point of the core layer. It may be respectively disposed in any two of the locations.

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 입력부(231)와 제 2 출력부(245)는, 코어층에서, 영역들 중 다른 두 개에서 각각 연장되어, 제 1 모드 분리부(233)와 제 2 모드 분리부(243)에 각각 연결될 수 있다. According to various embodiments, the first input unit 231 and the second output unit 245 extend in the other two of the regions in the core layer, respectively, to form the first mode separation unit 233 and the second mode Each of the separation units 243 may be connected.

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 가변 파장 필터 소자(230)는, 제 1 모드 분리부(233)를 사이에 두고, 제 1 기울어진 브래그 격자(237)의 맞은 편에 배치되고, 제 1 기울어진 브래그 격자(237)에 의한 반사 파장을 가변시키기 위한 제 1 마이크로히터(239)를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the first tunable filter element 230 is disposed opposite to the first inclined Bragg grating 237 with the first mode separation unit 233 interposed therebetween, and the first inclined A first microheater 239 for varying the wavelength of reflection by the Jean Bragg grating 237 may be further included.

다양한 실시예들에 따르면, 제 2 가변 파장 필터 소자(240)는, 제 2 모드 분리부(243)를 사이에 두고, 제 2 기울어진 브래그 격자(247)의 맞은 편에 배치되고, 제 2 기울어진 브래그 격자(247)에 의한 반사 파장을 가변시키기 위한 제 2 마이크로히터(249)를 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the second tunable filter element 240 is disposed opposite to the second inclined Bragg grating 247 with the second mode separation unit 243 interposed therebetween, and the second inclined A second microheater 249 for varying the wavelength reflected by the Jean Bragg grating 247 may be further included.

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 출력부(235)와 제 2 입력부(241)는 테이퍼 구조로 연결될 수 있다. According to various embodiments, the first output unit 235 and the second input unit 241 may be connected in a tapered structure.

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 입력부(231)의 폭은, 제 1 출력부(235)의 폭 보다 좁고, 제 2 입력부(241)의 폭은, 제 1 출력부(235)의 폭 보다 좁고, 제 2 출력부(245)의 폭 보다 좁을 수 있다. According to various embodiments, the width of the first input unit 231 is narrower than the width of the first output unit 235 , and the width of the second input unit 241 is narrower than the width of the first output unit 235 , and , may be narrower than the width of the second output unit 245 .

다양한 실시예들에 따르면, 제 1 가변 파장 필터 소자(230)에서, 제 1 입력부(231)는, 광을 입사시키고, 제 1 기울어진 브래그 격자(237)는, 입사된 광에 대해 기모드(odd mode)-우모드(even mode) 결합을 발생시켜, 입사된 광의 적어도 일부를 반사시키고, 제 1 출력부(235)는, 반사된 광을 제 2 가변 파장 필터 소자(240)로 출력할 수 있다. According to various embodiments, in the first tunable filter element 230 , the first input unit 231 causes light to be incident, and the first inclined Bragg grating 237 has a default mode ( ) with respect to the incident light. Odd mode) - by generating an even mode coupling, at least a portion of the incident light is reflected, and the first output unit 235 may output the reflected light to the second tunable filter element 240 . have.

다양한 실시예들에 따르면, 제 2 가변 파장 필터 소자(240)에서, 제 2 입력부(241)는, 제 1 출력부(235)로부터 출력된 광을 전달하고, 제 2 기울어진 브래그 격자(247)는, 전달된 광에 대해 기모드-우모드 결합을 발생시켜, 전달된 광의 적어도 일부를 추가로 반사시키고, 제 2 출력부(245)는, 추가로 반사된 광을 출력할 수 있다. According to various embodiments, in the second tunable filter element 240 , the second input unit 241 transmits the light output from the first output unit 235 , and the second inclined Bragg grating 247 . , may generate a prior-right mode coupling with respect to the transmitted light to further reflect at least a portion of the transmitted light, and the second output unit 245 may additionally output the reflected light.

다양한 실시예들에 따르면, 가변 파장 필터(200)는, 코어층 상에 적층되고, 코어층의 굴절률 보다 작은 굴절률로 형성되는 클래딩층을 더 포함할 수 있다. According to various embodiments, the tunable filter 200 may further include a cladding layer stacked on the core layer and formed with a refractive index smaller than the refractive index of the core layer.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성 요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성 요소가 다른(예: 제 2) 구성 요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성 요소(예: 제 3 구성 요소)를 통하여 연결될 수 있다.The various embodiments of this document and the terms used therein are not intended to limit the technology described in this document to a specific embodiment, but it should be understood to include various modifications, equivalents, and/or substitutions of the embodiments. In connection with the description of the drawings, like reference numerals may be used for like components. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this document, expressions such as “A or B”, “at least one of A and/or B”, “A, B or C” or “at least one of A, B and/or C” refer to all of the items listed together. Possible combinations may be included. Expressions such as “first”, “second”, “first” or “second” can modify the corresponding components regardless of order or importance, and are only used to distinguish one component from another. It does not limit the corresponding components. When an (eg, first) component is referred to as being “connected (functionally or communicatively)” or “connected” to another (eg, second) component, that component is It may be directly connected to the component or may be connected through another component (eg, a third component).

다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다.According to various embodiments, each component of the described components may include a singular or a plurality of entities. According to various embodiments, one or more components or operations among the above-described corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added. Alternatively or additionally, a plurality of components may be integrated into one component. In this case, the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component among the plurality of components prior to integration.

Claims (6)

가변 파장 필터에 있어서,
제 1 모드 분리부 및 상기 제 1 모드 분리부로부터 분기된 제 1 입력부와 제 1 출력부를 포함하는 제 1 광도파로를 포함하는 제 1 가변 파장 필터 소자; 및
제 2 모드 분리부 및 상기 제 2 모드 분리부로부터 분기된 제 2 입력부와 제 2 출력부를 포함하고, 상기 제 2 입력부가 상기 제 1 출력부에 연결된 제 2 광도파로를 포함하는 제 2 가변 파장 필터 소자를 포함하고,
상기 제 1 가변 파장 필터 소자는,
상기 제 1 모드 분리부에 인접하여 배치되는 제 1 기울어진 브래그 격자를 더 포함하고,
상기 제 2 가변 파장 필터 소자는,
상기 제 2 모드 분리부에 인접하여 배치되는 제 2 기울어진 브래그 격자를 더 포함하는 가변 파장 필터.
In the tunable wavelength filter,
a first tunable filter element including a first mode separation unit and a first optical waveguide including a first input unit and a first output unit branched from the first mode separation unit; and
A second tunable filter comprising a second mode separation unit and a second input unit and a second output unit branched from the second mode separation unit, wherein the second input unit includes a second optical waveguide connected to the first output unit comprising a component,
The first tunable filter element comprises:
a first inclined Bragg grating disposed adjacent to the first mode separation unit;
The second tunable filter element comprises:
The tunable filter further comprising a second inclined Bragg grating disposed adjacent to the second mode separator.
제 1 항에 있어서,
기판;
상기 기판 상에 형성되는 하부 클래딩층;
상기 하부 클래딩층 상에 형성되고, 폴리머 재료로 이루어지며, 상기 제 1 가변 파장 필터 소자와 상기 제 2 가변 필터 소자가 형성되는 코어층; 및
상기 코어층 상에 형성되는 상부 클래딩층을 더 포함하는 가변 파장 필터.
The method of claim 1,
Board;
a lower cladding layer formed on the substrate;
a core layer formed on the lower cladding layer, made of a polymer material, and on which the first tunable filter element and the second tunable filter element are formed; and
The tunable filter further comprising an upper cladding layer formed on the core layer.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 입력부와 상기 제 2 출력부는,
상기 코어층에서, 상호의 반대 방향으로 연장되는 가변 파장 필터.
3. The method of claim 2,
The first input unit and the second output unit,
In the core layer, a tunable wavelength filter extending in mutually opposite directions.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 가변 파장 필터 소자는,
상기 제 1 모드 분리부를 사이에 두고, 상기 제 1 기울어진 브래그 격자의 맞은 편에 배치되고, 상기 제 1 기울어진 브래그 격자에 의한 반사 파장을 가변시키기 위한 제 1 마이크로히터를 더 포함하고,
상기 제 2 가변 파장 필터 소자는,
상기 제 2 모드 분리부를 사이에 두고, 상기 제 2 기울어진 브래그 격자의 맞은 편에 배치되고, 상기 제 2 기울어진 브래그 격자에 의한 반사 파장을 가변시키기 위한 제 2 마이크로히터를 더 포함하는 가변 파장 필터.
The method of claim 1,
The first tunable filter element comprises:
A first microheater disposed opposite the first inclined Bragg grating with the first mode separation unit interposed therebetween, and further comprising a first microheater for varying a reflection wavelength by the first inclined Bragg grating,
The second tunable filter element comprises:
A tunable wavelength filter disposed opposite to the second inclined Bragg grating with the second mode separation unit interposed therebetween and further comprising a second microheater for varying a reflection wavelength by the second inclined Bragg grating. .
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 출력부와 상기 2 입력부는,
테이퍼 구조로 연결된 가변 파장 필터.
The method of claim 1,
The first output unit and the second input unit,
Tunable wavelength filters connected in a tapered structure.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 입력부의 폭은,
상기 제 1 출력부의 폭 보다 좁고,
상기 제 2 입력부의 폭은,
상기 제 1 출력부의 폭 보다 좁고, 상기 제 2 출력부의 폭 보다 좁은 가변 파장 필터.
The method of claim 1,
The width of the first input part is,
narrower than the width of the first output part,
The width of the second input unit is,
The tunable wavelength filter is narrower than a width of the first output unit and narrower than a width of the second output unit.
KR1020200068350A 2020-06-05 2020-06-05 Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters KR102522956B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200068350A KR102522956B1 (en) 2020-06-05 2020-06-05 Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200068350A KR102522956B1 (en) 2020-06-05 2020-06-05 Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210151480A true KR20210151480A (en) 2021-12-14
KR102522956B1 KR102522956B1 (en) 2023-04-18

Family

ID=78935172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200068350A KR102522956B1 (en) 2020-06-05 2020-06-05 Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102522956B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117369167A (en) * 2023-12-07 2024-01-09 武汉华工正源光子技术有限公司 Optical switch and switching device based on multimode Bragg grating

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101586747B1 (en) * 2014-05-20 2016-01-20 (주)켐옵틱스 Tunable optical filter of transmission type using long period gratings
KR101782593B1 (en) * 2016-04-26 2017-09-28 부산대학교 산학협력단 Polymer waveguide tunable wavelength filters consisting of mode sorting waveguide and tilted Bragg grating
US20190079246A1 (en) * 2015-03-20 2019-03-14 UNIVERSITé LAVAL Optical devices and method for tuning an optical signal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101586747B1 (en) * 2014-05-20 2016-01-20 (주)켐옵틱스 Tunable optical filter of transmission type using long period gratings
US20190079246A1 (en) * 2015-03-20 2019-03-14 UNIVERSITé LAVAL Optical devices and method for tuning an optical signal
KR101782593B1 (en) * 2016-04-26 2017-09-28 부산대학교 산학협력단 Polymer waveguide tunable wavelength filters consisting of mode sorting waveguide and tilted Bragg grating

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117369167A (en) * 2023-12-07 2024-01-09 武汉华工正源光子技术有限公司 Optical switch and switching device based on multimode Bragg grating
CN117369167B (en) * 2023-12-07 2024-04-26 武汉华工正源光子技术有限公司 Optical switch and switching device based on multimode Bragg grating

Also Published As

Publication number Publication date
KR102522956B1 (en) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6339474B2 (en) Interferometric optical device including an optical resonator
KR101759727B1 (en) Apodized Gratings for Polymeric Waveguide Tunable Wavelength Filters in the manufacturing method
JP4385224B2 (en) Optical waveguide device and optical waveguide module
KR20000018925A (en) Fabricating method of thermo-optical variable wavelength filter
JP5949610B2 (en) Wavelength multiplexer / demultiplexer and optical integrated circuit device
US20020126291A1 (en) Spectrum division multiplexing for high channel count optical networks
US20030206681A1 (en) Integrating element for optical fiber communication systems based on photonic multi-bandgap quasi-crystals having optimized transfer functions
TWI838821B (en) On-chip integrated wavelength division multiplexer and chip
Rabus Realization of optical filters using ring resonators with integrated semiconductor optical amplifiers in GaInAsP/InP
EP1016884A2 (en) Interferometric optical device including an optical resonator
KR102522956B1 (en) Polymeric waveguide Bragg reflecting tunable wavelength filters
EP0916977A1 (en) Square spectral response demultiplexer
Doerr et al. Integrated WDM dynamic power equalizer with potentially low insertion loss
JP2004126172A (en) Grating element, mach zehnder interferometer, and optical cross-connection system
Onawa et al. Polarisation-insensitive Si wire waveguide add/drop wavelength filter using reflective mode conversion grating and mode split coupler
JP2001051140A (en) Optical multiplexer/demultiplexser having three waveguides
WO2002079863A2 (en) Optoelectronic filters
JP3710426B2 (en) Light intensity monitor circuit
KR101782593B1 (en) Polymer waveguide tunable wavelength filters consisting of mode sorting waveguide and tilted Bragg grating
de Ridder et al. Interleavers
KR101636940B1 (en) Polymeric Bragg reflection tunable wavelength filters and its Manufacturing method
KR100416998B1 (en) Planar lightwave circuit with grating
WO2023147736A1 (en) On-chip integrated wavelength division multiplexer and chip
KR100342533B1 (en) Tunable optical wavelength demultiplexer and method thereof
AU2450200A (en) Optical components

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant