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KR20100100883A - 광도파체 및 그 제조방법과 이 광도파체를 구비한 광디바이스 - Google Patents

광도파체 및 그 제조방법과 이 광도파체를 구비한 광디바이스 Download PDF

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KR20100100883A
KR20100100883A KR1020107013299A KR20107013299A KR20100100883A KR 20100100883 A KR20100100883 A KR 20100100883A KR 1020107013299 A KR1020107013299 A KR 1020107013299A KR 20107013299 A KR20107013299 A KR 20107013299A KR 20100100883 A KR20100100883 A KR 20100100883A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
core
npwg
refractive index
optical waveguide
dispersion
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020107013299A
Other languages
English (en)
Inventor
닝 관
겐스케 오가와
Original Assignee
가부시키가이샤후지쿠라
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.)
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Publication date
Application filed by 가부시키가이샤후지쿠라 filed Critical 가부시키가이샤후지쿠라
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light 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
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings

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Abstract

본 발명의 광도파체는 클래드와, 이 클래드에 매립된 코어를 구비하고, 상기 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써 상기 코어의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화하고 있다.

Description

광도파체 및 그 제조방법과 이 광도파체를 구비한 광디바이스{Optical waveguide, method for manufacturing the optical waveguide, and optical device provided with the optical waveguide}
본 발명은, 반사형 광도파체 및 그 제조방법과 이 광도파체를 구비한 광디바이스에 관한 것이다. 이 광디바이스는 광섬유 통신망 등에 이용할 수 있다.
본원은 2007년 12월 21일에 일본 출원된 특원 2007-331004호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.
광통신에 있어서, 고밀도 파장 다중(DWDM: Dense Wavelength-Division Multiplexing) 전송의 광대역화·고속화가 급속하게 진행되고 있다.
고속 전송을 하기 위해서는, 이 전송 선로로서 전송 대역에서 파장 분산이 가능한 한 작고, 한편 비선형 효과를 억제하기 위해 파장 분산이 0은 되지 않는 광섬유를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 이미 광범위하게 부설되어 있는 광섬유는 분산이 큰 파장 영역에서 사용되는 경우가 많다.
예를 들면, 파장 1.3μm부근에서 영분산을 갖는 표준 싱글 모드 섬유(S-SMF: Standard Single-Mode Fiber)는, 에르븀 첨가 광섬유 증폭기가 실용화됨으로써 파장 1.53~1.63μm대에서 사용되고 있다. 또한, 영분산을 파장 1.55μm부근에 시프트시킨 분산 시프트 섬유(DSF: Dispersion Shifted Fiber)는, C밴드뿐만 아니라 S밴드나 L밴드에서 사용될 수 있다. 기타, 파장 1.55μm에서 제로 분산이 되지 않는 각종 논제로 분산 시프트 섬유(NZ-DSF: Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)가 있다. 이러한 광섬유를 DWDM에서 사용하는 경우, 넓은 파장 범위에 걸친 잔류 분산의 보상 기술이 중요하다.
분산 보상에는 여러가지의 기술이 이용되고 있다. 그 중에서도 분산 보상 섬유(DCF: Dispersion Compensation Fiber)를 이용하는 분산 보상이 가장 실용화된 기술이다(예를 들면, 특허문헌 1, 2 참조). DCF에서는, 원하는 분산 보상량을 얻을 수 있도록 광섬유의 굴절률 분포가 제어된다. 그러나, DCF는 통상 보상의 대상이 되는 광섬유와 같은 정도의 길이가 필요하게 된다. 그 때문에, 이 DCF를 모듈화한 경우, 큰 설치공간이 필요해질 뿐만 아니라, 전파 (propagate) 손실도 무시할 수 없게 된다. 또한, DCF에는 정확한 굴절률 분포의 제어가 필요하여 제작이 어려운 면이 있을 뿐만 아니라, 광대역에서 요구되는 분산 보상량을 만족하기가 어려워지는 경우도 많다.
파이버 브래그 그레이팅(FBG: Fiber Bragg Grating)도, 분산 보상에 자주 이용되는 기술 중 하나이다(예를 들면, 특허문헌 3 참조). FBG는, 섬유에 UV광을 조사함으로써 섬유 코어의 굴절률을 변화시키고, 굴절률이 다른 것에 의한 그레이팅을 형성시킴으로써 분산 보상을 한다. 이에 의해, 분산 보상용의 소형 디바이스는 실현 가능하게 되지만, 굴절률 변화의 제어가 어렵다. 또, 섬유의 굴절률의 변화에 한도가 있기 때문에, 실현할 수 있는 분산 보상 특성에 한계가 있다. 또한, FBG를 이용한 디바이스의 소형화와 대량 생산에도 한계가 있다.
광 평면 회로(PLC: Planar Lightwave Circuit)는, 평면에 구축되는 광 회로를 이용하여 분산 보상을 행할 수 있다. 래티스형 PLC가 그 일례이다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). 그러나, 래티스형 PLC는 결합 공진기를 캐스케이드 접속하여 분산을 제어하고, 디지털 IIR(Infinite Impulse Response) 필터의 원리에 기초하고 있다. 그 때문에, 실현하는 분산량이 제한되어 있다.
어레이 도파로 격자(AWG: Arrayed Waveguide Grating)로 분파하고, 채널마다 행로차를 부여하여 지연 시간을 조정한 후에, 콜리메이트 렌즈로 다시 합파 (合波)하는 구조도 생각되어 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조). 그러나, 이 방법에서는 구조가 복잡하여 제작이 어려울 뿐만 아니라, 필요로 하는 공간이 크다.
VIPA(Virtually Imaged Phased Array)형 분산 보상기는, 박판의 양면에 반사막을 코팅한 파장 분산 소자(VIPA판)와 반사 미러로 구성된 분산 보상 디바이스이다(예를 들면, 특허문헌 5 참조). 이 디바이스는 3차원 구조로 분산을 조정하고 있다. 그 때문에, 구조적으로 복잡하고, 제조상 매우 높은 정밀도가 요구된다.
또한, DWDM에서는 넓은 대역에서 각종 섬유 앰프가 사용되고 있다. 예를 들면, 에르븀 첨가 섬유 앰프를 비롯한 섬유 앰프는, 증폭 특성이 파장 의존성을 갖고 있다. 그 때문에, 다른 파장에서 다른 이득을 가진다(예를 들면, 비특허문헌 2 참조). 이는 전송하는 신호의 S/N비를 열화시키는 원인이 된다. 이 S/N비의 열화를 개선하기 위해서는, 사용하는 각 채널에서 같은 이득을 가질 필요가 있다. 특히, DWDM에서는 넓은 파장 범위가 이용되기 때문에, 이 파장 범위의 이득을 평탄화시키는 이득 등화기의 기술이 중요하다.
이득 등화기에는, 전술한 FBG나 AWG, 액정 등의 다양한 기술이 이용되어 있다. FBG를 이용한 기술에서는, 전술한 바와 같이 굴절률 변화의 제어가 어려워 굴절률의 변화에 한도가 있다. 그 때문에, 넓은 파장 범위에서 이득의 평탄화를 행하는 데는 한계가 있다. AWG를 이용한 기술에서는, 이 AWG로 분파 (分波)하고 채널마다 이득을 제어한 후, 다시 합파함으로써 이득을 평탄화할 수 있다. 그러나, AWG는 구조가 복잡하여 제작이 어려울 뿐만 아니라, 필요로 하는 공간이 커진다. 또한, AWG와 LiNbO3과 같은 결정으로 만들어지는 위상 천이기(移相器)를 조합한 이득 등화기도 있는데, 역시 구성이 복잡해진다.
액정을 이용한 기술에서는, 액정에 전압을 걸어 액정 내의 분자의 분극 방향을 바꾸고, 거기를 통과하는 광의 감쇠량을 제어한다. 그러나, 이 방법에서는, 광을 공간 상으로 분파할 필요가 있어 장치의 구성이 복잡해진다.
또, DWDM에서는 넓은 대역에서 복수의 채널에서 통신이 행해지고, 채널의 add/drop이나 분파·합파가 활발히 행해지고 있다. 그 때문에, 필터 혹은 복수의 채널의 필터링을 행하는 필터 뱅크가 필요하게 된다.
필터에는 다양한 기술이 이용되고 있다. 그 중에서도 섬유 커플러를 이용한 것이 가장 실용화된 기술이다(예를 들면, 비특허문헌 3 참조). 그러나, 이 기술에서는, 넓은 파장 대역에서의 적응이 어렵고, 선택적으로 필터링할 수 없다.
또한, 전술한 분산 보상과 같이 FBG를 이용한 기술이 있는데, 역시 굴절률 변화의 제어가 어려워 섬유의 굴절률의 변화에 한도가 있기 때문에, 실현할 수 있는 필터 특성에 한계가 있다. AWG를 이용한 기술도 있는데, 구조가 복잡하여 제작이 어려울 뿐만 아니라, 필요로 하는 공간이 커진다. 또, 필터에서의 손실이 커져 버린다.
특허문헌 1: 일본 특허 제3857211호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제3819264호 공보 특허문헌 3: 일본특허공개 2004-325549호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 제3852409호 공보 특허문헌 5: 일본특허공개 2005-275101호 공보
비특허문헌 1: K. Takiguchi, et. al, "Dispersion slope equalizer for dispersion shifted fiber using a lattice-form programmable optical filter on a planar lightwave circuit," J. Lightwave Technol., pp.1647-1656, vol.16, no.9, 1998 비특허문헌 2: H. Masuda, et. al, "Design and spectral characteristics of gain-flattened tellurite-based fiber Raman amplifies," J. Lightwave Technol., pp.504-515, vol.24, no.1, 2006 비특허문헌 3: K. Morishita, et. al, "Fused fiber couplers made insensitive by the glass structure change," J. Lightwave Technol., pp.1915-1920, vol.26, no.13, 2008
DWDM을 행함에 있어서, 전술한 종래기술에서의 문제점은 다음과 같다.
1: DCF를 이용하는 분산 보상은, 장척 섬유의 이용으로 필요 공간이 커서 소형화가 어렵다. 또한, 실현할 수 있는 분산 보상 특성에 한계가 있다.
2: FBG를 이용한 경우에서는, 광섬유의 굴절률의 변화에 한계가 생긴다. 그 때문에, 실현할 수 있는 분산 보상 특성이나 이득의 평탄화, 필터 특성에 한계가 있다. FBG를 겹쳐 놓은 (superimpose) 경우에도 동일하다.
3: 래티스형 PLC를 이용하는 분산 보상은 실현 가능한 분산 보상량이 작다.
4: AWG를 이용한 경우에서는, 구조가 복잡하고 제조가 어려워 비용이 높아진다. 또한, 요구 공간이 커서 디바이스의 소형화가 어렵다.
5: VIPA형 분산 보상기는, 구조가 복잡하고 제조가 어려워 비용이 높아진다.
6: 액정을 이용한 이득 등화기에서는, 장치의 구성이 복잡해진다. 그 때문에, 제조가 어려워 비용이 높아진다.
즉, 분산 보상기나 이득 등화기, 필터 등에 탑재되는 광도파체에 관해, DWDM을 행함에 있어서 넓은 파장 범위이어도 대응할 수 있도록 원하는 분산 특성, 파장 특성 등을 얻을 수 있는 광도파체의 개발이 요구되고 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어져, 굴절률의 변화를 용이하게 제어할 수 있고, 소형이면서 제조가 용이하여 저비용화가 가능한 광도파체의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
(1)본 발명의 광도파체는 클래드와, 이 클래드에 매립된 코어를 구비하고, 상기 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써 이 코어의 등가 굴절률이 광 전파 (propagate) 방향에 걸쳐 불균일하게 변화하고 있다.
(2)상기 코어의 폭이 상기 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
(3)상기 코어의 폭이, 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측이 대칭이 되도록 상기 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
(4)상기 코어의 폭이, 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측이 비대칭이 되도록 상기 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
(5)상기 코어의 폭이, 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측 중에서 한쪽만이 상기 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것이 바람직하다.
(6)상기 코어가 직선형상으로 설치되어 있는 것이 바람직하다.
(7)상기 코어가 사행형상으로 설치되어 있는 것이 바람직하다.
(8)상기 광 전파방향에 걸친 상기 코어의 등가 굴절률 분포가, Zakharov-Shabat 방정식을 이용하여 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고, 이 역산란 문제로 얻어진 값으로부터 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하는 설계법으로 설계되는 것이 바람직하다.
(9)상기 광 전파방향에 걸친 상기 코어의 상기 등가 굴절률 분포가, 광도파체의 전방 및 후방으로 전파하는 전력파의 진폭이라는 변수를 도입한 파동 방정식을 이용하여 상기 광도파체의 등가 굴절률의 대수의 미분으로부터 도출되는 포텐셜을 갖는 Zakharov-Shabat 방정식으로 귀착시켜, 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고, 이 역산란 문제로 얻어진 값으로부터 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하며, 이 포텐셜에 기초하여 등가 굴절률을 구하고, 미리 구해진 소정의 상기 코어의 두께와 상기 등가 굴절률과 상기 코어의 치수의 관계로부터 상기 광도파체의 광 전파방향에 걸친 상기 코어의 폭 분포를 산출하여 설계되어 있는 것이 바람직하다.
(10)본 발명의 광디바이스는, 상기 (1)에 기재된 광도파체를 구비한 광디바이스로서, 상기 광도파체의 일단이 투과단이고, 또한 타단이 반사단이며, 상기 투과단이 무반사 종단에서 종단되고, 상기 반사단에서 서큘레이터 또는 방향성 결합기를 개재하여 광 출력이 추출되는 것이 바람직하다.
(11)상기 광디바이스가 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스인 것이 바람직하다.
(12)상기 광도파체는, 중심 파장(λc)이 1280nm≤λc≤1320nm 및 1490nm≤λc≤1613nm의 범위, 동작대역(ΔBW)이 0.1nm≤ΔBW≤40nm의 범위에서, 분산(D)이 -1500ps/nm≤D≤2000ps/nm의 범위, 분산에 대한 분산 슬로프의 비(RDS)가 -0.1nm-1≤RDS≤0.1nm-1의 범위의 특성을 갖는 것이 바람직하다.
(13)상기 광디바이스가 이득 등화기인 것이 바람직하다.
(14)상기 광디바이스가 필터인 것이 바람직하다.
(15)상기 광도파체가 복수의 채널로 나누어지고, 상기 각 채널에서 원하는 파장대역의 광이 반사되는 것이 바람직하다.
(16)상기 각 채널 간에 군 지연이 다른 것이 바람직하다.
(17)본 발명의 광도파체의 제조방법은, 광도파체의 하부 클래드층을 설치하는 공정; 다음에, 상기 하부 클래드층 상에 이 하부 클래드층보다도 굴절률이 큰 코어층을 설치하는 공정; 다음에, 상기 코어층에 코어의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화하도록 설계된 소정의 코어 형상을 남기는 한편, 그 이외의 부분을 제거하는 가공을 하여 코어를 형성하는 공정; 다음에, 상기 코어를 덮는 상부 클래드를 설치하는 공정;을 가진다.
상기 (1)에 기재된 광도파체는, 클래드에 매립된 코어의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화한다. 그 때문에, 등가 굴절률의 변동률이 FBG 등의 경우에 비해 큰 데다가 미세하고 정확한 제어가 용이하게 된다. 또한, 구조가 복잡하지 않기 때문에, 주지의 제조 프로세스로 대량으로 제조할 수 있어 저비용화를 도모할 수 있다.
상기 (11)에 기재된 광디바이스(광도파로형 파장 분산 보상 디바이스)에 따르면, 본 발명의 광도파체를 구비함으로써 분산 보상 섬유 등을 이용하는 종래기술에 비해 소형화할 수 있어 설치 공간이 적다. 또한, 종래의 FBG를 이용한 분산 보상에 비해 실현할 수 있는 분산 보상 특성이 넓어지는 등 우수한 분산 보상 특성을 얻을 수 있다. 또, PLC나 VIPA, AWG 등을 이용한 종래의 분산 보상 디바이스에 비해 구조가 간단하여 저비용으로 제조할 수 있다.
상기 (14)에 기재된 광디바이스(이득 등화기)에 따르면, 상기 (1)에 기재된 광도파체를 구비함으로써 종래의 FBG를 이용한 이득의 평탄화에 비해 넓은 파장 범위에서 이득의 평탄화를 행할 수 있다. 그 때문에, 전송하는 신호의 S/N비의 열화의 저감을 도모할 수 있다. 또한, AWG 등에 비해 구조가 간단하여 저비용으로 제조할 수 있다.
상기 (15)에 기재된 광디바이스(필터)에 따르면, 상기 (1)에 기재된 광도파체를 구비함으로써 넓은 파장대역이어도 선택적으로 필터링을 행할 수 있다. 또한, AWG 등에 비해 구조가 간단하여 저비용으로 제조할 수 있다.
상기 (19)에 기재된 광도파체의 제조방법에 따르면, 전술한 바와 같이, 원하는 분산 특성, 파장 특성 등을 얻을 수 있는 광도파체를 저비용으로 효율적으로 제조할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 광도파체의 일실시형태로서 NPWG의 구조를 도시하는 개략 사시도이다.
도 2a는, 코어의 폭의 분포 형상의 일례를 도시하는 개략 평면도이다.
도 2b는, 코어의 폭의 분포 형상의 다른 일례를 도시하는 개략 평면도이다.
도 3은, 코어를 사행 (蛇行)형상으로 설치한 경우를 예시하는 개략 평면도이다.
도 4는, 본 발명의 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스의 일실시형태를 도시하는 구성도이다.
도 5는, 실시예 1의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 6은, 실시예 1의 NPWG의 군 지연 (group delay) 특성을 도시하는 그래프이다.
도 7은, 실시예 1의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 8은, h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6% 코어를 사용한 경우, 파장 1550nm에서의 등가 굴절률과 코어 폭의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는, 실시예 1의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 10은, 실시예 1의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 11은, 실시예 1의 NPWG에서 높은 초기 굴절률을 이용한 경우의 NPWG의 코어 폭의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 12는, 실시예 1의 NPWG에서 높은 초기 굴절률을 이용한 경우의 NPWG의 등가 굴절률 분포를 도시하는 그래프이다.
도 13은, 실시예 2의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 14는, 실시예 2의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 15는, 실시예 2의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 16은, 실시예 2의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 17은, 실시예 2의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 18은, 실시예 3의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 19는, 실시예 3의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 20은, 실시예 3의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 21은, 실시예 3의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 22는, 실시예 3의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 23은, 실시예 4의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 24는, 실시예 4의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 25는, 실시예 4의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 26은, 실시예 4의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 27은, 실시예 4의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 28은, 실시예 5의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 29는, 실시예 5의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 30은, 실시예 5의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 31은, 실시예 5의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 32는, 실시예 5의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 33은, 실시예 6의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 34는, 실시예 6의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 35는, 실시예 6의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 36은, 실시예 6의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 37은, 실시예 6의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 38은, 실시예 7의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 39는, 실시예 8의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 40은, 실시예 8의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 41은, 실시예 8의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 42는, 실시예 8의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 43은, 실시예 8의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 44는, 실시예 9의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 45는, 실시예 9의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 46은, 실시예 9의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 47은, 실시예 9의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 48은, 실시예 9의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 49는, 실시예 10의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다.
도 50은, 실시예 10의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 51은, 실시예 10의 NPWG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 52는, 실시예 10의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 53은, 실시예 10의 NPWG의 등가 굴절률의 분포를 도시하는 그래프이다.
도 54는, 본 발명의 이득 등화기의 일실시형태를 도시하는 구성도이다.
도 55는, 본 발명의 필터의 일실시형태를 도시하는 구성도이다.
도 56은, 실시예 11의 NPEG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 57은, 실시예 11의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 58은, 실시예 12의 NPEG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 59는, 실시예 12의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 60은, 실시예 13의 NPEG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 61은, 실시예 13의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 62는, 실시예 13의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 63은, 실시예 14의 NPEG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 64는, 실시예 14의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 65는, 실시예 14의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
도 66은, 실시예 15의 NPEG의 반사율 특성을 도시하는 그래프이다.
도 67은, 실시예 15의 NPWG의 군 지연 특성을 도시하는 그래프이다.
도 68은, 실시예 15의 NPWG의 코어 폭 분포를 도시하는 그래프이다.
본 발명의 광도파체는, 클래드에 매립된 코어의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 광도파체의 실시형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명의 광도파체의 일실시형태를 도시하는 개략 사시도이다. 본 실시형태의 광도파체는, 코어의 등가 굴절률을 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화시키는 수단으로서, 코어의 폭(w)을 길이방향(z)에 걸쳐 변화시킨 비균일 폭을 갖는 평면 도파로(Non-uniform Planar Wave Guide; 이하, NPWG라고 표기함)이다. 여기서, 비균일이란, 물리 치수가 도파로의 진행방향의 장소와 함께 변화하고 있는 것을 말한다. 도 1 중, 부호 10은 NPWG, 부호 11은 코어, 부호 12는 클래드이다.
본 실시형태의 NPWG(10)는, 클래드(12) 중에 코어(11)를 가진다. 코어(11)는, 도 1에 도시된 바와 같이 일정한 높이(h3)를 가진다. 또한, 코어(11)의 폭(w)은 길이방향(z)에 걸쳐 불균일하게 변화하여, 도파로의 전파 모드의 국소 등가 굴절률을 변화시키고 있다.
NPWG(10)의 동작 원리는 FBG의 그레이팅과 언뜻 보기에 유사하다. 그러나, 등가 굴절률의 변화에 관해, FBG에서는 코어 매질의 굴절률을 변화시키는 것에 대해, 본 실시형태의 NPWG(10)에서는 코어(11)의 폭을 길이방향을 따라 변화시킴으로써 등가 굴절률을 변화시키고 있다. 이와 같이, 등가 굴절률의 변화와 관련해, 그 동작 원리는 양자에서 전혀 상이하다.
NPWG(10)에서는, 코어(11)의 폭을 길이방향을 따라 변화시킴으로써 얻어지는 등가 굴절률의 변동률이 FBG의 경우에 비해 큰 데다가 미세하고 정확한 제어가 용이하다.
NPWG(10)의 구조는 평면적으로 되어 있기 때문에, 주지의 제조 프로세스로 대량으로 제조할 수 있어 저비용화를 도모할 수 있다.
NPWG(10)는 석영 유리계 재료를 이용할 수 있다. 그 경우, 예를 들어 클래드를 순석영 유리로 제작하고, 코어는 게르마늄 첨가 석영 유리를 이용하면 된다. 또한, 수지계 재료의 사용도 가능하다.
또한, NPWG(10)로서 실리콘계 재료를 이용한 경우, 전극을 이 실리콘계 재료에 붙여 제어를 행하면, 가변 디바이스가 실현 가능하다. 또한, 이 디바이스에 열을 가한 경우, 재료의 열팽창에 의해 도파로가 길어진다. 그 때문에, 특성을 장파장측으로 시프트한다. 이 특성을 이용하면, 열의 제어에 따른 가변 디바이스가 가능하게 된다.
NPWG(10)의 코어 폭의 분포는, 원하는 반사 스펙트럼으로부터 필요한 폭 분포를 얻는 역산란 문제의 수법을 이용하여 설계된다.
우선, NPWG(10)에 전파하는 전자계를 다음과 같이 정식화한다(참고문헌: J. E. Sipe, L. Poladian, and C. Martijn de Sterke, "Propagation through nonuniform grating structures," J. Opt. Soc. Am. A, vol.11, no.4, pp.1307-1320, 1994). 전자계의 시간 변동을 exp(-iωt)라고 가정하면, Maxwell 방정식에 의해 NPWG(10)에 전파하는 전자계는 다음 식(1), (2)로 나타난다.
Figure pct00001
Figure pct00002
단, 상기 식(1), (2)에서, E, H는 각각 전계와 자계의 복소 진폭을 나타내고, n은 도파로의 굴절률을 나타낸다.
여기서, 다음 식(3), (4)
Figure pct00003
Figure pct00004
에서 정의되는, z의 전방으로 전파하는 전력파의 진폭(A+(z))과 z의 후방으로 전파하는 전력파의 진폭(A-(z))을 상기 식(1)과 식(2)에 각각 도입한다. 단, Z0=√μ0/ε0은 진공 중의 임피던스를 나타내고, n0은 참조 굴절률을 나타낸다. 이러한 변수로부터 다음 식(5), (6)이 각각 도출된다:
Figure pct00005
Figure pct00006
단, c는 진공 중의 광속을 나타낸다.
이들 식(5), (6)은, 다음 식(7)
Figure pct00007
에서 변수 변환을 하면, 다음 식(8), (9)에 나타내는 Zakharov-Shabat 방정식으로 각각 귀착된다:
Figure pct00008
Figure pct00009
단, ω0은 참조 각주파수를 나타낸다.
이들 Zakharov-Shabat 방정식은 역산란 문제로서 풀 수 있다. 즉, 다음 식(10)
Figure pct00010
에서 정의되는 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수(u(x))를 수치적으로 풀 수 있다(참고문헌: P. V. Frangos and D. L. Jaggard, "A numerical solution to the Zakharov-Shabat inverse scattering problem," IEEE Trans. Antennas and Propag., vol.39, no.1, pp.74-79, 1991).
이를 상기 문제에 적용시키면, 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 구할 수 있다. 여기서, 반사 스펙트럼이란, 파장에 대한 군 지연량과 반사율로부터 얻어지는 복소 반사 데이터를 말한다.
포텐셜(u(x))이 얻어지면, 국소 등가 굴절률(n(x))은 다음 식(11)과 같이 구해진다.
Figure pct00011
또, 실제 제작하고자 하는 도파로의 코어의 두께와, 코어의 굴절률 및 클래드의 굴절률로부터 구해지는 코어의 폭에 대한 등가 굴절률의 관계로부터 광의 전파방향의 소정 위치에서의 코어 폭(w(x))을 구할 수 있다.
본 발명의 NPWG(10)를 후술하는 분산 보상 디바이스(20)에 이용하는 경우에는, 피보상 광섬유의 이용 파장과 이용대역 및 이용 길이를 고려하여 피보상 광섬유의 분산과 반대가 되도록(분산 보상할 수 있도록) 스펙트럼 데이터를 작성하고, 상기 설계 수법을 이용하여 역문제를 풀어 NPWG(10)를 설계한다. 이에 의해, 소형으로 고성능의 분산 보상 디바이스(20)가 실현된다.
본 발명의 NPWG(10)를 후술하는 이득 등화기(30)에 이용하는 경우에는, 이득 등화기(30)의 섬유 시스템에 대해 그 이득 스펙트럼과 반대가 되도록 스펙트럼 데이터를 작성하고, 상기 설계법을 이용하여 역문제를 풀어 NPWG(10)를 제작하면, 이득 등화기(30)가 실현된다. 이득 스펙트럼의 형상으로서는 적용하는 이득 등화기(30)에 따라 적절히 설정하여 행하면 된다. 근사 곡선을 생각한 경우, sin파 형상, 가우스 분포 형상 등을 들 수 있다.
본 발명의 NPWG(10)를 후술하는 필터(40)에 이용하는 경우에는, 필터링을 행하는 파장 영역에 대해 그 이득 스펙트럼과 반대가 되도록 스펙트럼 데이터를 작성하고, 상기 설계법을 이용하여 역문제를 풀어 NPWG(10)를 제작하면, 필터(40)가 실현된다.
본 발명의 NPWG(10)는, 예를 들어 다음과 같이 제조된다.
우선, NPWG(10)의 하부 클래드층을 설치한다. 다음에, 상기 하부 클래드층 상에 하부 클래드층보다도 굴절률이 큰 코어층을 설치한다. 다음에, 상기 코어층에 코어의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화하도록 설계된(상기 (a)~(c)에서 설계된) 소정의 코어 형상을 남기고, 그 이외의 부분을 제거하는 가공을 하여 코어(11)를 형성한다. 다음에, 상기 코어(11)를 덮는 클래드(12)를 설치하여 NPWG(10)를 제조한다.
이와 같이, NPWG(10)의 코어(11)를 형성할 때, 상기 코어 폭(w(x))의 형상을 가진(코어(10)의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화하도록 설계된) 마스크를 이용하여 포토리소그래피법에 의해 코어(11)를 형성하는 것이 바람직하다. 이 포토리소그래피법에 이용하는 재료나 순서는, 반도체 제조 분야 등에서 주지인 포토리소그래피법에 이용하는 재료나 순서를 이용하여 실시할 수 있다. 또한, 클래드층이나 코어층의 성막방법은, 일반적인 광도파체의 제조에 있어서 이용되고 있는 주지의 성막기술을 이용하여 실시할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 클래드(11) 중에 높이(두께)가 일정하고 폭이 길이방향에 걸쳐 불균일하게 변화하는 코어(11)가 매설된 구조의 NPWG(10)를 예시하였다. 본 발명에 이용하는 광도파체는 본 예시에만 한정되지 않고, 여러가지의 변경이 가능하다.
예를 들면, 코어(11)의 폭 분포는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 코어(11)의 중심에서 폭방향의 양측이 대칭이 되도록 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 구조이어도 된다. 또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 코어(11)의 중심에서 폭방향의 양측이 비대칭이 되도록 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 구조이어도 된다.
또한, 코어(11)는, 도 1에 도시된 바와 같이 NPWG(10)의 길이방향(z)을 따라 직선형상으로 설치하는 구조 외에, 도 3에 도시된 바와 같이 사행형상으로 코어(11)를 설치하는 구조로 해도 된다. 이와 같이, 사행형상으로 코어(11)를 설치한 구조로 함으로써, NPWG(10)를 보다 소형화하는 것이 가능하다.
<광도파로형 파장 분산 보상 디바이스>
광도파로형 파장 분산 보상 디바이스(이하, 분산 보상 디바이스라고 약기함)의 실시형태를 설명한다. 본 발명의 분산 보상 디바이스는, 전술한 본 발명의 NPWG(10)를 반사형의 파장 분산 보상 수단으로서 가진다. 본 발명의 NPWG(10)는, 그 코어(11)의 폭(w)이 길이방향(z)에 걸쳐 불균일하게 변화하여, 도파로의 전파 모드의 국소 등가 굴절률을 변화시키고 있다. 이에 따라, 반사형의 파장 분산 보상 기능을 갖게 한다.
도 4는, 본 발명의 분산 보상 디바이스의 일 실시형태를 도시하는 구성도이다. 본 실시형태의 분산 보상 디바이스(20)는, 전술한 NPWG(10)와 그 반사단(13)측에 접속된 서큘레이터(15)로 개략 구성되어 있다. NPWG(10)의 투과단(14)은 무반사 종단(16)으로 되어 있다. 서큘레이터(15)에는, 그 입력측(input)에 도시하지 않은 피보상 광섬유가 접속되어 있다. 서큘레이터(15)의 출력측(output)에는, 하류측의 광섬유가 접속되어 있다. 이 하류측의 광섬유는 광 전송로 내에서 사용된다.
본 발명의 분산 보상 디바이스(20)는 반사형 디바이스로서, 피보상 광섬유로부터 서큘레이터(15)의 입력측으로 입력된 광신호가 NPWG(10)로 들어가 반사되고, 그 반사파가 서큘레이터(15)를 개재하여 출력된다.
이 분산 보상 디바이스(20)의 NPWG(10)는, 전술한 바와 같이, 피보상 광섬유의 파장 분산을 보상할 수 있는 반사율 특성을 갖고 있다. 그 때문에, 피보상 광섬유로부터 출력된 광신호가 NPWG(10)에서 반사될 때에, 그 광신호의 파장 분산이 보정되어 출력된다. 그리고, 분산 보상 디바이스(20)로부터 출력된 광신호는 서큘레이터(15)의 출력측에 접속된 하류측의 광섬유에 입력되고, 이 섬유 내를 전파한다.
본 발명의 분산 보상 디바이스(20)는, 전술한 바와 같이 NPWG(10)를 제조한 후, 이 NPWG(10)의 투과단(14)을 무반사 종단(16)에서 종단한다. 또, NPWG(10)의 반사단(13)에 서큘레이터(15) 또는 방향성 결합기를 접속한다. 이상으로, 도 4에 도시된 분산 보상 디바이스(20)를 얻을 수 있다.
<이득 등화기>
이득 등화기의 실시형태를 설명한다. 본 발명의 이득 등화기는, 전술한 본 발명의 NPWG(10)를 반사형의 이득 등가 수단으로서 가진다. 본 발명의 NPWG(10)는, 그 코어(11)의 폭(w)이 길이방향(z)에 걸쳐 불균일하게 변화하여, 도파로의 전파 모드의 국소 등가 굴절률을 변화시키고 있다. 이 국소 등가 굴절률의 변화에 따라 도파로를 전파하는 광신호는 반사되고, 그 반사광이 섬유 앰프의 이득 파장 의존성을 보상하는 파장 의존성을 가진다.
도 4는, 본 발명의 이득 등화기의 일실시형태를 도시하는 구성도이다. 본 실시형태의 이득 등화기(30)는, 전술한 NPWG(10)와 그 반사단(13)측에 접속된 서큘레이터(15)로 개략 구성되어 있다. NPWG(10)의 투과단(14)은 무반사 종단(16)으로 되어 있다. 서큘레이터(15)에는, 그 입력측(input)에 도시하지 않은 섬유 앰프가 접속되어 있다. 서큘레이터(15)의 출력측(output)에는, 하류측의 광섬유가 접속되어 있다. 이 하류측의 광섬유는 광 전송로 내에서 사용된다.
본 발명의 이득 등화기(30)는 반사형 디바이스로서, 섬유 앰프로부터 서큘레이터(15)의 입력측으로 입력된 광신호는 NPWG(10)로 들어가 반사되고, 그 반사파가 서큘레이터(15)를 개재하여 출력되게 되어 있다. 이 때, 반사되어 출력되는 각 파장의 광신호는 광 강도의 파장 의존성이 보상되어 있다.
이 이득 등화기(30)의 NPWG(10)는, 전술한 바와 같이, 섬유 앰프의 광 강도의 파장 의존성을 보상할 수 있는 반사율 특성을 갖고 있다. 그 때문에, 섬유 앰프로부터 출력된 광신호가 NPWG(10)에서 반사될 때에, 그 광신호의 광 강도의 파장 의존성이 보상되어 출력된다. 그리고, 이득 등화기(30)로부터 출력된 광신호는 서큘레이터(15)의 출력측에 접속된 하류측의 광섬유에 입력되고, 이 섬유 내를 전파한다.
<필터>
필터의 실시형태를 설명한다. 본 발명의 필터는, 전술한 본 발명의 NPWG(10)를 반사형의 필터링 수단으로서 가진다. 본 발명의 NPWG(10)는, 그 코어(11)의 폭(w)이 길이방향(z)에 걸쳐 불균일하게 변화하여, 도파로의 전파 모드의 국소 등가 굴절률을 변화시키고 있다. 이 국소 등가 굴절률의 변화에 따라 도파로를 전파하는 광신호 중에서 원하는 파장대역의 광신호가 필터링된다.
도 4는, 본 발명의 필터의 일실시형태를 도시하는 구성도이다. 본 실시형태의 필터(40)는, 전술한 NPWG(10)와 그 반사단(13)측에 접속된 서큘레이터(15)로 개략 구성되어 있다. NPWG(10)의 투과단(14)은 무반사 종단(16)으로 되어 있다. 서큘레이터(15)에는, 그 입력측(input)에 도시하지 않은 광섬유가 접속되어 있다. 서큘레이터(15)의 출력측(output)에는, 하류측의 광섬유가 접속되어 있다. 이 하류측의 광섬유는 광 전송로 내에서 사용된다.
본 발명의 필터(40)는 반사형 디바이스로서, 광섬유로부터 서큘레이터(15)의 입력측으로 입력된 광신호는 NPWG(10)로 들어가 반사되고, 그 반사파가 서큘레이터(15)를 개재하여 출력되게 되어 있다. 이 때, 원하는 파장대역의 광신호만이 반사된다.
이 필터(40)의 NPWG(10)는, 전술한 바와 같이, 광섬유를 전파하는 광신호 중에서 원하는 파장대역의 광신호만 반사할 수 있는 반사율 특성을 갖고 있다. 그 때문에, 광섬유로부터 출력된 광신호가 NPWG(10)에서 반사될 때에, 이 원하는 파장대역의 광신호만이 반사되어 출력된다. 그리고, 필터(40)로부터 출력된 광신호는 서큘레이터(15)의 출력측에 접속된 하류측의 광섬유에 입력되고, 이 섬유 내를 전파한다.
본 실시형태의 필터(40)는, NPWG(10)가 복수의 채널로 나누어지고, 각 채널에서 원하는 파장대역의 광이 반사되는 구성으로 한 필터 뱅크로 해도 된다. 이 때, 각 채널에서의 군 지연 특성을, 예를 들어 1ps~10ps정도 어긋나게 해 두는 것이 바람직하다. 이에 의해, NPWG(10)의 반사 중심이 다른 위치가 되기 때문에, 코어(11)의 폭이 크게 변화하는 영역이 서로 어긋나게 존재한다. 그 결과, 반사 중심은 NPWG(10)의 1개소에 집중하는 것을 피할 수 있고, 코어(11)의 폭의 변화율을 작게 할 수 있어 제조가 용이하게 된다.
이하, 구체적 실시예에 의해 본 발명에 대해서 더 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하에 나타내는 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다. 실시예 1 내지 10은 본 발명의 분산 보상 디바이스에 관한 것이다. 실시예 11 및 12는 본 발명의 이득 등화기에 관한 것이다. 실시예 13 내지 15는 본 발명의 필터에 관한 것이다.
(실시예)
<실시예 1>
파장 영역[1545nm~1555nm]에 있어서, 분산량 D=-10ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 분산 보상 디바이스는 보상하는 분산량이 적기 때문에, 주로 DCF에서 보상할 수 없었던 분산을 보상하기 위해 사용된다.
도 5는, 본 실시예에서 제작한 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 6에 도시된 군 지연 특성과 도 7에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서, 파장 1550nm에서의 등가 굴절률과 코어의 폭의 관계가 도 8에 도시된다. 이 때의 클래드의 두께는 코어에 비해 충분히 큰 것으로 한다.
이 도파로 구조를 이용한 경우, 도 6과 도 7을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 9에 도시된다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 10에 도시된다.
같은 재료의 도파로 구조를 이용해도, 도파로 전체의 평균 등가 굴절률을 나타내는 참조 굴절률(n(o))을 도파로의 두께나 재료에 따라 설정하면, 다른 코어 폭을 갖는 NPWG에서 같은 특성을 실현할 수 있다. 도 11은, 상기 예보다 높은 참조 굴절률(n(0))을 사용한 경우의 코어 폭방향의 코어 폭 분포를 도시한다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 12에 도시된다.
코어와 클래드의 재료는 석영 유리계에 한정되지 않고, 실리콘 화합물, 폴리머 등의 광학 분야 등에서 종래 주지의 다른 투명 재료를 이용할 수도 있다. 특히, 굴절률이 높은 재료를 이용하면, 디바이스를 더 작게 하여 전송 손실을 낮출 수 있다.
<실시예 2>
파장 영역[1545nm~1555nm]에 있어서, 분산량 D=-50ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 분산 보상 디바이스도 실시예 1과 같이, 주로 DCF에서 보상할 수 없었던 분산을 보상하기 위해 사용된다.
도 13은, 본 실시예에서 제작한 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 14에 도시된 군 지연 특성과 도 15에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 순석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 14와 도 15에 도시된 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 16에 도시된다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 17에 도시된다.
<실시예 3>
파장 영역[1545nm~1555nm]에 있어서, 분산량 D=-100ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 분산 보상 디바이스도 상기 각 실시예와 같이, 주로 DCF에서 보상할 수 없었던 분산을 보상하기 위해 이용된다. 본 실시예에서는, 길이 약 6km의 표준형 싱글 모드 섬유(S-SMF: Standard Single-Mode Fiber)의 파장 분산을 보상할 수 있다.
도 18은, 본 실시예에서 제작한 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 19에 도시된 군 지연 특성과 도 20에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 PWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 순석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 19와 도 20의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 21에 도시된다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 22에 도시된다.
<실시예 4>
파장 영역[1549.6nm~1555.4nm]에 있어서, 분산량 D=-100ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 이 분산 보상 디바이스의 경우, 길이 약 100km의 S-SMF의 파장 분산을 보상할 수 있다.
도 23은, 본 실시예에서 제작한 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 24에 도시된 군 지연 특성과 도 25에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 순석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 24와 도 25의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 26에 도시된다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 27에 도시된다.
<실시예 5>
파장 영역[1548nm~1552nm]에 있어서, 분산량 D=-340ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 본 실시예의 경우, 최대 분산량은 약 340ps/nm×4nm=1360ps로서 실시예 4와 거의 같다. 본 실시예에서는, 분산을 보상할 수 있는 파장의 대역은 실시예 4의 4배이다. 단, 본 실시예에서는 보상하는 대역이 커지지만, 보상할 수 있는 섬유의 길이가 짧아진다. 본 실시예의 경우는, 길이 약 20km의 S-SMF의 파장 분산을 보상할 수 있다.
도 28은, 본 실시예에서 제작한 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 29에 도시된 군 지연 특성과 도 30에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 순석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 29와 도 30의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 31에 도시된다. 그 때의 도파로의 등가 굴절률의 분포는 도 32에 도시된다.
<실시예 6>
파장 영역[1546nm~1554nm]에 있어서, 분산량 D=-170ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0034nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 본 실시예의 경우, 최대 분산량은 약 170ps/nm×8nm=1360ps로서 실시예 5와 거의 같다. 본 실시예에서는, 분산을 보상할 수 있는 파장의 대역은 실시예 5의 2배이다. 단, 본 실시예에서는 보상하는 대역이 커지지만, 보상할 수 있는 섬유의 길이가 짧아진다. 본 실시예의 경우는, 길이 약 10km의 S-SMF의 파장 분산을 보상할 수 있다.
도 33은, 본 실시예에서 제작한 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 34에 도시된 군 지연 특성과 도 35에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 순석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 34와 도 35의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 36에 도시된다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 37에 도시된다.
<실시예 7>
파장 영역[1546nm~1554nm]에 있어서, 분산량 D=-170ps/nm을 고정하고, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS가 변한 경우에 대응하여 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 도 38은 RDS가 0.0034nm-1, 0.01nm-1, 0.02nm-1로 한 경우의 군 지연 특성을 도시한다. 도 38에 도시된 바와 같이, RDS가 변한 경우이어도 같은 군 지연 특성이 관찰되었다.
<실시예 8>
파장 영역[1299.6nm~1300.4nm]에 있어서, 분산량 D=200ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=-0.03nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 본 실시예의 경우, 길이 약 100km의 S-SMF의 파장 분산을 보상할 수 있다.
도 39는, 본 실시예에서 제작한 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 40에 도시된 군 지연 특성과 도 41에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 순석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 40과 도 41의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 42에 도시된다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 43에 도시된다.
<실시예 9>
파장 영역[1499.6nm~1500.4nm]에 있어서, 분산량 D=-1400ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.005nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 본 실시예의 경우, 길이 약 100km의 S-SMF의 파장 분산을 보상할 수 있다.
도 44는, 본 실시예에서 제작된 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 45에 도시된 군 지연 특성과 도 46에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 순석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 45와 도 46의 각 특성을 실현하는 도파로의 코어 폭 분포는 도 47에 도시된다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 48에 도시된다.
<실시예 10>
파장 영역[1599.6nm~1600.4nm]에 있어서, 분산량 D=-2000ps/nm, 분산에 대한 분산 슬로프의 비 RDS=0.0025nm-1이 되는 파장 분산의 보상을 실현하는 분산 보상 디바이스를 설계하였다. 본 실시예의 경우, 길이 약 100km의 S-SMF의 파장 분산을 보상할 수 있다.
도 49는, 본 실시예에서 제작한 분산 보상 디바이스의 NPWG의 포텐셜 분포를 도시하는 그래프이다. 도면 중의 횡축은 중심 파장 1550nm으로 규격된 장소를 나타낸다. 이 포텐셜을 이용하면, 도 50에 도시된 군 지연 특성과 도 51에 도시된 반사율 특성을 얻을 수 있다. 두 도면에는 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)와 얻어진 스펙트럼 데이터(realized)가 나타나 있다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 순석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 50과 도 51의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 52에 도시된다. 그 때의 NPWG의 등가 굴절률의 분포는 도 53에 도시된다.
<실시예 11>
파장 영역[1530nm, 1565nm]에 있어서, 보상하는 이득의 파장 의존성이 20dB가 되는 이득 등화기를 설계하였다. 이득의 형상은 sin파 형상으로 하였다. 도 56에 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)를 도시한다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, NPWG의 코어 폭 분포가 도 57에 도시된 바와 같이 광 전파방향의 중앙부에 폭 변화가 큰 분포 영역을 가진다. 이 폭 분포를 갖는 NPWG에서는 도 56에 도시된 스펙트럼 데이터(real)가 얻어졌다.
<실시예 12>
파장 영역[1530nm, 1565nm]에 있어서, 보상하는 이득의 파장 의존성이 20dB가 되는 이득 등화기를 설계하였다. 이 때, 이득의 형상은 실시예 11과 반대 형태로 가정하였다. 도 58에 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)를 도시한다.
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, NPWG의 코어 폭 분포가 도 59에 도시된 바와 같이 광 전파방향의 중앙부보다 약간 광의 도입측에 폭 변화가 큰 분포 영역을 가진다. 이 폭 분포를 갖는 NPWG에서는 도 58에 도시된 스펙트럼 데이터(real)가 얻어졌다.
도 56, 58에 도시된 바와 같이, 본 발명의 NPWG를 이용한 실시예 11~12의 이득 등화기에 따르면, 이득의 형상에 따르지 않고 파장 1530nm~1565nm의 이득의 평탄화를 도모할 수 있는 것이 확인되었다.
<실시예 13>
파장 영역[1545.5nm, 1550.5nm]의 신호만을 반사시키는 필터를 설계하였다. 도 60에 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)를 도시한다. 도 61은 이 때의 군 지연 특성을 도시한다(designed). 도 61에 도시된 바와 같이, 군 지연이 평탄하다(선형 위상을 가진다).
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 60과 도 61의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 62에 도시된다. 이 폭 분포를 갖는 NPWG에서는, 도 60에 도시된 스펙트럼 데이터(real)와 도 61에 도시된 군 지연 특성(real)이 얻어졌다.
<실시예 14>
파장 영역[1547nm, 1549nm]과 파장 영역[1551nm, 1553nm]의 2채널의 신호만을 반사시키는 필터 뱅크를 설계하였다. 도 63에 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)를 도시한다. 도 64는 이 때의 군 지연 특성을 도시한다(designed). 군 지연 특성은, 2채널의 군 지연이 10ps 어긋나게 설계하였다. 도 64에 도시된 바와 같이, 군 지연이 채널 내에서는 평탄하다(선형 위상을 가진다).
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 63과 도 64의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 65에 도시된다. 본 실시예에서는, 설계시에 채널 간의 군 지연을 어긋나게 함으로써, 도파로의 반사 중심이 다른 위치가 된다. 그 때문에, 도 65에 도시된 바와 같이, 코어의 폭이 크게 변화하는 영역이 서로 어긋나게 된다. 이는, 반사 중심이 1개소에 집중되는 것을 피하여 코어의 폭의 변화율이 커지는 것을 막고 있다. 이 폭 분포를 갖는 NPWG에서는, 도 63에 도시된 스펙트럼 데이터(real)와 도 64에 도시된 군 지연 특성(real)이 얻어졌다.
<실시예 15>
파장 영역[1540.5nm, 1559.5nm]의 사이에 통과대역이 1nm가 되는 10채널의 신호만을 반사시키는 필터 뱅크를 설계하였다. 이 때, 채널 간의 간격이 1nm으로 하였다. 도 66에 설계에 이용한 스펙트럼 데이터(designed)를 도시한다. 도 67은 이 때의 군 지연 특성을 도시한다(designed). 군 지연 특성은, 10채널의 군 지연이 5ps 어긋나게 설계하였다. 도 67에 도시된 바와 같이, 군 지연이 채널 내에서는 평탄하다(선형 위상을 가진다).
본 실시예의 NPWG를 높이 h3=6μm, 비굴절률차 Δ=0.6%가 되는 코어가 석영 유리로 이루어진 클래드에 매립된 도파로 구조로 하였다. 이 도파로 구조에서는, 도 66과 도 67의 각 특성을 실현하는 NPWG의 코어 폭 분포는 도 68에 도시된다. 본 실시예에서는, 설계시에 채널 간의 군 지연을 어긋나게 함으로써, 도파로의 반사 중심이 다른 위치가 된다. 그 때문에, 도 68에 도시된 바와 같이, 코어의 폭이 크게 변화하는 영역이 서로 어긋나게 된다. 이는, 반사 중심이 1개소에 집중되는 것을 피하여 코어의 폭의 변화율이 커지는 것을 막고 있다. 이 폭 분포를 갖는 NPWG에서는, 도 66에 도시된 스펙트럼 데이터(real)와 도 67에 도시된 군 지연 특성(real)이 얻어졌다.
도 60~61, 도 63~64, 도 66~67에 각각 도시된 바와 같이, 본 발명의 NPWG를 이용한 실시예 13 내지 15의 필터에 따르면, 넓은 대역에서 복수의 채널의 필터링을 용이하게 행할 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명의 광도파체는 클래드와, 이 클래드에 매립된 코어를 구비하고, 상기 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써 이 코어의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화하고 있다.
10 NPWG
11 코어
12 클래드
13 반사단
14 투과단
15 서큘레이터
16 무반사 종단
20 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스
30 이득 등화기
40 필터

Claims (17)

  1. 클래드, 및
    상기 클래드에 매립된 코어를 포함하고,
    상기 코어의 물리적 치수를 바꿈으로써, 이 코어의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화하는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어의 폭이 상기 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코어의 폭이, 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측이 대칭이 되도록 상기 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 코어의 폭이, 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측이 비대칭이 되도록 상기 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 코어의 폭이, 상기 코어의 중심에서 상기 코어의 폭방향의 양측 중에서 한쪽만이 상기 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코어가 직선형상으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코어가 사행 (蛇行) 형상으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광 전파방향에 걸친 상기 코어의 등가 굴절률 분포가,
    Zakharov-Shabat 방정식을 이용하여 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고,
    상기 역산란 문제로 얻어진 값으로부터 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하는 설계법으로 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광 전파방향에 걸친 상기 코어의 상기 등가 굴절률 분포가,
    상기 광도파체의 전방 및 후방으로 전파하는 전력파의 진폭이라는 변수를 도입한 파동 방정식을 이용하여, 상기 광도파체의 등가 굴절률의 대수의 미분으로부터 도출되는 포텐셜을 갖는 Zakharov-Shabat 방정식으로 귀착시켜, 반사 계수의 스펙트럼 데이터로부터 포텐셜 함수를 수치적으로 도출하는 역산란 문제로서 풀고,
    상기 역산란 문제로 얻어진 값으로부터 원하는 반사 스펙트럼을 실현하기 위한 포텐셜을 추측하며,
    상기 포텐셜에 기초하여 등가 굴절률을 구하고,
    미리 구해진 소정의 상기 코어의 두께와 상기 등가 굴절률과 상기 코어의 치수의 관계로부터 상기 광도파체의 광 전파방향에 걸친 상기 코어의 폭 분포를 산출하여 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파체.
  10. 제1항에 기재된 광도파체를 포함하는 광디바이스로서,
    상기 광도파체의 일단이 투과단이고, 또한 상기 광도파체의 타단이 반사단이며,
    상기 투과단이 무반사 종단에서 종단되고,
    상기 반사단에서 서큘레이터 또는 방향성 결합기를 개재하여 광 출력이 추출되는 것을 특징으로 하는 광디바이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광디바이스가 광도파로형 파장 분산 보상 디바이스인 것을 특징으로 하는 광디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광도파체는, 중심 파장(λc)이 1280nm≤λc≤1320nm 및 1490nm≤λc≤1613nm의 범위, 동작대역(ΔBW)이 0.1nm≤ΔBW≤40nm의 범위에서,
    분산(D)이 -1500ps/nm≤D≤2000ps/nm의 범위, 분산에 대한 분산 슬로프의 비(RDS)가 -0.1nm-1≤RDS≤0.1nm-1의 범위의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 광디바이스.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광디바이스가 이득 등화기인 것을 특징으로 하는 광디바이스.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 광디바이스가 필터인 것을 특징으로 하는 광디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 광도파체가 복수의 채널로 나누어지고,
    상기 각 채널에서 원하는 파장대역의 광이 반사되는 것을 특징으로 하는 광디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 각 채널 간에 군 지연이 다른 것을 특징으로 하는 광디바이스.
  17. 광도파체의 하부 클래드층을 설치하는 공정;
    상기 하부 클래드층 상에 상기 하부 클래드 층 보다 굴절률이 큰 코어층을 설치하는 공정;
    상기 코어 층에 코어의 등가 굴절률이 광 전파방향에 걸쳐 불균일하게 변화하도록 설계된 소정의 코어 형상을 남기는 한편, 그 이외의 부분을 제거하는 가공을 하여 코어를 형성하는 공정;
    상기 코어를 덮는 상부 클래드를 설치하는 공정으로
    제1항에 기재된 광도파체를 제조하는 것을 특징으로 하는 광도파체의 제조방법.
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