감소된 온도 의존성을 갖는 광학 장치 document_id A220623071249

컴퓨터와 통신 시스템은 통신 링크 대역에 대한 수요를 점차 증가시켜왔다. 광 섬유(optical fiber)는 종래의 동축 링크보다 훨씬 더 높은 대역폭을 제공한다는 것이 알려져 있다. 나아가, 섬유 도파관(fiber waveguide) 내의 단일 광 채널은 상기 섬유의 가용 대역폭의 작은 부분을 사용한다. 파장 분할 멀티플렉싱(wavelength division multiplexed, WDM) 광 통신 시스템에서, 다중 광 파장 캐리어는 단일 광 섬유를 따라 독립 통신 채널을 전송한다. 상이한 파장에 있는 다수의 채널을 하나의 섬유로 전달함으로써, 광 섬유의 대역폭 용량이 효율적으로 사용된다. 광섬유 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱은 어레이 도파관 격자(arrayed waveguide grating, AWG) 장치를 사용하여 달성되어 왔다. AWG는 입력 및 출력 커플러 사이에 배치되고 서로 나란히(side-by-side) 배열되고, 분광계(spectrometer)에서 함께 회절 격자처럼 동작하는 도파관 어레이를 포함하는 평면 구조(planar structure)이다. 각각의 도파관은 가장 가까운 인접 도파관에 대해 미리 결정된 고정량만큼 길이가 다르다. 출력 커플러의 출력은 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱 장치의 출력을 형성한다. 동작시, 다수의 별도 및 분리된 도파관이 상기 장치의 별개 및 분리된 입력 포트에 제공될 때, 상기 도파관들은 조합되어 출력 포트에 전달된다. 동일한 장치는 또한 상기 장치의 하나의 입력 포트 상의 다수의 입력 파장이 서로 분리되고 상기 출력 포트 중 미리 결정된 상이한 포트로 유도되는 디멀티플렉싱 기능을 수행할 수 있다. AWG는 또한 라우팅 기능을 수행할 수 있고, 여기에서 신호들은 다수의 입력 포트에 도달하고 미리 결정된 매핑에 따라 상이한 출력 포트에 라우팅된다. 상기 AWG의 구조와 동작은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 모두가 본 명세서에 참조로서 편입된, Quantum Electronics Vol. 2, No.2, 1996년 6월호의 IEEE Journal of Selected Topics에 M.K Smit에 의해 게재된 "PHASEAR-based WDM-Devices: Principles, Design and Applications", 및 미국 특허 제5,002,350호 및 국제공개공보(WO) 제97/23969호를 참조하라. 파장 분할 멀티플렉서 및 디멀티플렉서는 인접 도파관들 사이의 유효 광 경로 길이 차이의 정밀한 제어를 필요로 한다. 상기 유효 광 경로 길이 차이는 도파관 내의 기본 모드(fundamental mode)의 유효 굴절률과 인접 도파관들 사이의 물리적 경로 길이 차이의 곱으로 정의된다. 현재 가용한 파장 분할 멀티플렉서 및 디멀티플렉서에 대한 도파관 내의 기본 모드(fundamental mode)의 유효 굴절률과 인접 도파관들 사이의 물리적 경로 길이 차이는 모두 통상적으로 온도에 의존한다. 종래의 집적된 광 멀티플렉서 및 디멀티플렉서 장치에서, 어레이 도파관들을 형성하는 매체는 전송 대역폭을 초과할 수 있는 중심 전송 파장에서의 변화를 초래하는 주목할만한 온도 의존성을 갖는다. 결과적으로, 특정 장치의 동작 온도 범위(예를 들어 약 0 ℃ 내지 약 70 ℃) 이내인 온도 변화는 통상적인 정확도 요건에 비례하여 수용불가능한 파장 이동을 야기한다. 결과적으로, 가용 멀티플렉서/디멀티플렉서는 온도의 함수로서 광을 분할(optical segments)하고, 이에 따라 미리 결정된 동작 온도 범위 내의 동작 온도에서의 변화에 기인한 채널 파장의 이동을 저지한다. 폴리머 그루브(polymer groove)는 각각의 그루브를 따른 자유 공간 전파 길이를 감소시키기 위해, 순차적으로 광 에너지에 의해 마주친 하나 이상의 그루브로 분할될 수 있다. 폴리머-충진된 그루브의 사용은 비열화(athermalization)를 실질적으로 개선할 수 있다. 이러한 방식으로 비열화된 통상적인 AWG는 -5 내지 +70 ℃의 통상적인 동작 온도 범위에 걸쳐 0.03 내지 0.05nm 만큼 작은 중심 채널 파장 드리프트(drift)를 달성할 수 있다. 그러나 이것이 충분히 좋은 것은 아니다. 이러한 드리프트는 상기 장치의 적응성을 단지 전술한 온도 범위로 제한하고 상기 변화가 허용될 수 있는 약 100GHz 이상의 채널 간격을 구비한 시스템으로 제한한다. 상기 드리프트들은 예를 들어 결빙(freezing) 온도가 가능한 기후에 있는 외부 장치 용기 및 넓은 통과 대역을 요구하고 약 100GHz 이하의 채널 간격을 요구하는 시스템에서 용이하게 사용할 수 없다. 비열화를 위해 연구되어온 기술의 다른 주요한 카테고리는, 서로에 대해 상기 장치의 부품을 능동적으로 위치시키기 위한 온도-제어된 액추에이터(actuator)를 포함하는 기술과 같이, 성질상 기계 분야이다. 이는 예를 들어 주변 온도에 따른 입력 슬랩(slab) 영역에 대해 입력 도파관의 측면 위치를 조절하는 바이-메털 액추에이터(bi-metallic actuator)를 포함할 수 있다. 이러한 기술은 제조 허용치가 일반적으로 극단적으로 엄격하기 때문에 일반적으로 제조하기 복잡하고 비용이 많이 소요된다.