On the Fabricability of Planar Integrable Optical Band-pass Filters with Phase-shifted Gratings

집적형 ${\lambda}/4$ 위상 천이 회절격자 필터의 제작성 연구

Fabricability of phase shifted grating filters has been theoretically studied by an effective index transfer matrix method. In the optical band-pass filter with multiple ${\lambda}/4$ phase-shifts, the phase-shift error and random variation of the grating period should be suppressed such that corresponding resonance frequency lies within, the filter pass-band. The tolerance for the relative error is less than $10^3$, and is quite stringent in typical filters for WDM application. End facet reflection produces ripple in the transmission spectra and the reflectivity should be less than 1% in order to keep the ripple less than 0.25dB. Also, the effect of waveguide absorption loss is enhanced by the resonance in the filter, and the absorption should be limited to 1dB/cm for the signal loss of less than 0.2dB.

유효 굴절을 전달 매트릭스 방법을 이용하여 위상 천이 회절격자 필터의 구조상의 비이상성의 영향을 살펴봄으로써 이 필터의 제작성을 검토하였다. 계산 결과, 위상 천이 오차나 회절결자 주기의 랜덤 변이는 이들 오차에 따른 공진 파장의 변화가 필터의 투과 대역폭 이내에 있어야 함을 알 수 있었다. ITU 기준에 따른 파장과 대역폭을 기준으로 할 때, 이는 상대 오차가 0.1% 이내여야 함을 의미하며, 이 정도의 허용 오차는 회절격자의 제작에 큰 부담으로 작용한다. 필터 끝면 반사는 투과대역의 ripple을 증가시키므로 ripple을 0.25dB 이하로 줄이려면 반사율이 1% 이하로 되어야 한다. 또 위상 천이 필터는 다중 반사에 따른 공진현상을 이용하기 때문에 도파로 손실은 증배되어 나타남을 보였으며, 도파로 손실이 1dB/cm로 낮아도 약 0.2dB의 투과 손실이 나타났다. 이 연구 결과는 파장 다중화 방식 협대역 투과 필터를 설계하고 제작하는데 있어 기본 자료로서 중요한 의미를 가진다.