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KR100520027B1 - 적어도 하나의 브래그-격자 구조체를 포함하는 광 파장 선택 디바이스 - Google Patents

적어도 하나의 브래그-격자 구조체를 포함하는 광 파장 선택 디바이스 Download PDF

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KR100520027B1
KR100520027B1 KR10-1999-7007926A KR19997007926A KR100520027B1 KR 100520027 B1 KR100520027 B1 KR 100520027B1 KR 19997007926 A KR19997007926 A KR 19997007926A KR 100520027 B1 KR100520027 B1 KR 100520027B1
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KR
South Korea
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waveguide
mmi
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waveguides
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어거스트슨토르스텐
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텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 MMI-도파관 및 적어도 하나의 브래그-격자 구조체를 포함하는 광 디바이스에 관한 것이다. 적어도 하나의 액세스 도파관은 상기 MMI-도파관의 제 1 측에 배치되고, 적어도 하나의 액세스 도파관은 상기 MMI-도파관의 제 2 측에 배치되고, 상기 제 1 측 및 상기 제 2 측은 상기 MMI-도파관의 단측이다. 상기 액세스 도파관은 테이퍼 구조체를 가지며, 상기 브래그-격자는 MMI-도파관에 배치된다.

Description

적어도 하나의 브래그-격자 구조체를 포함하는 광 파장 선택 디바이스{Optical Wavelength Selective Device Including At Least One Bragg-Grating Structure}
본 발명은 광 파장 선택 디바이스에 관한 것이며, 특히 광 네트워크에서 광 전송 채널을 멀티플렉싱/디멀티플렉싱하는 추가/제거 멀티플렉서와 같은 디바이스에 관한 것이다.
네트워크에서 광섬유의 용량을 증가시키는 다수의 상이한 방법들이 당업자에게 공지되어 있다. 하나의 방법은 사용가능한 대역폭이 광 네트워크의 광섬유에 사용될 수 있는 범위를 개선하기 위해 파장 분할 멀티플렉싱(WDM)을 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 기술은 광 네트워크의 다른 광 캐리어 파장에 있는 전송 채널을 멀티플렉싱 및 디멀티플렉싱할 수 있는 수단의 설치를 필요로 한다.
버스형 망 또는 링 망에 관해 특히 관심있는 멀티플렉싱의 한 형태는 추가/제거 멀티플렉싱, 즉 상술한 캐리어 파장에 배치된 하나 또는 그 이상의 정보 채널이 정보의 흐름으로부터 제거되거나 또는 정보의 흐름에 추가되는 방법이다.
도 1은 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 다른 실시예를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 또 다른 실시예를 도시한다.
삭제
광 전송 시스템의 용량은 다수의 상이한 방법을 사용하여 증가시킬 수 있는 것으로 공지되어 있다. 예컨대, 파장 멀티플렉싱에서, 전송 채널은 정보 흐름을 얻기 위해 상이한 캐리어 파장으로 멀티플렉싱되고 디멀티플렉싱된다.추가/제거 채널 및 전송 채널에 대한 고전력 손실은 공지된 기술에 직면된 문제점 중 하나의 예이다.
다른 문제점은 허용가능한 크로스-토크 레벨(cross-talk level)을 유지하는 것이다.
본 발명은 하나 이상의 MMI(Multi Mode Interference)-구조체, 하나 이상의 브래그-격자, 및 외부 광 디바이스 또는 광섬유와 접속하는 2개 이상의 액세스 도파관을 포함하는 광 디바이스의 도움으로 상기 문제점을 해결하고자 한다.
상술한 MMI-구조체는 MMI-구조체의 입력 중 하나에서의 광 강도 분포를 MMI-구조체의 모든 출력에 결상(image)할 수 있다. 따라서, MMI-구조체는 광을 분할하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 경우에, MMI 도파관의 길이는 1:1 이미징(imaging)을 얻도록 선택되고, 다시 말하면 최적의 경우에 MMI 도파관에 설치된 제 1 액세스 도파관으로부터 입사되는 모든 광은 제 1 액세스 도파관에 대해 반대 측에 배치된 제 2 액세스 도파관에 초점이 맞추어진다. MMI-구조체에 관한 더 기본적인 이론은 특허 명세서 DE 제 2506272 호, 및 L.B. Soldano와 E.C.M. Pennings의 논문("Optical Multi Mode Interference Device Based on Self-Imaging: Principles and Application", J. Lightwave Technology. Vol. 13(4), pp.615∼627, 1995)에 기재되어 있다.
브래그-격자는 광을 필터링하는데 사용된다. 이러한 필터링 방법은 상기 격자를 통해 정해진 파장의 광을 통과시키는 한편 다른 파장의 광을 반사시키는 것을 포함한다. 브래그-격자는 파장 선택 미러의 형태를 일부 구성할 수 있다. 정해진 파장의 반사는 수 개의 상이한 방법으로 달성될 수 있다. 그러나, 도파관에서 재료 지수를 주기적으로 변화시킴으로써 반사를 일으키는 방법이 일반적인 방법이다.
또한, 본 발명의 디바이스는 위상 제어 요소를 포함한다. 위상 제어 요소는 도파관내의 광 파장에 영향을 준다. 이것은 도파관에 외부 신호를 인가함으로써 성취된다.
상기 위상 제어를 달성하는 하나의 방법은 도파관내의 유효 굴절률을 변화시키는 전계에 도파관을 종속시키는 것이다.
또한, 상기 위상 제어는 열 변화에 도파관을 종속시킴으로써 달성될 수 있다.
상기 굴절률을 도파관내에서 영구적으로 변화시키는 하나의 방법은 도파관을 자외선에 노출시키는 것이다. 이것은 통상 UV-기록된 도파관으로 불려진다. UV-기록이라는 이 기술은 주기적인 굴절률 변화를 달성하기 위해 가장 자주 사용된다. 또한, 이 기술은 조절 및 트리밍(trimming) 목적에 사용될 수 있다.
상술한 필터 방법 및 도파관에서 위상 제어를 달성하는 방법은 단지 일례로서 주어진 것이며, 따라서 본 발명에 대해 언급되지 않은 방법의 적용을 배제하는 것은 아니다.
본 발명은 브래그-격자가 배치된 MMI-구조체를 포함한다. 브래그-격자는 MMI-구조체의 중심에 설치하는 것이 바람직하다. 액세스 도파관은 MMI-구조체 상에 설치된다. MMI-구조체 상에 이러한 액세스 도파관의 설치는 광 디바이스의 기능에 결정적이다. 본 발명은 한편으로 MMI-구조체의 상이한 다수의 실시예에 의해 그리고 다른 한편으로 브래그-격자를 함께 갖는 액세스 도파관의 상이한 다수의 실시예에 의해 상술한 문제점을 해결한다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 기술과 비교하여 서로 다른 전송 채널 사이에서 전력 손실을 적게하며, 채널 크로스-토크를 적게하고 전력 변화를 적게하는는 광 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명에 의해 제공되는 하나의 장점은 디바이스가 공지된 디바이스과 비교하여 더욱 컴팩트하다는 것이다.
본 발명의 다른 장점은 본 발명의 광 디바이스가 상대적으로 저렴하게 제조될 수 있다는 것이다.
이하, 본 발명은 바람직한 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 실시예를 도시한다. 광 파장 선택 디바이스는 브래그-격자(50) 및 MMI-도파관을 포함한다. 브래그-격자(50)는 그 중심선이 MMI-도파관의 중심선과 일치하도록 MMI-도파관에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브래그-격자는 MMI-도파관의 단측(short side)으로부터 L/2+Lphc의 거리에 또한 배치될 수 있으며, 여기서 Lphc는 MMI-도파관의 중심으로부터의 변위를 나타낸다. Lphc는 양수이거나 또는 음수일 수 있다. 브래그-격자는 디바이스의 기능을 악화시킬 수 있는 모드-종속 위상 시프트를 보정하기 위해 MMI-도파관의 중심으로부터 오프셋된다. 브래그-격자는 LBg로 표시된 소정의 폭을 갖는다. MMI-도파관은 도 1에 L로 표시된 소정의 길이를 갖는다.
소위 액세스 도파관(1, 2, 3, 4)은 MMI-도파관의 단측에 설치될 수 있다. 도 1의 실시예는 4개의 액세스 도파관, 즉 각각의 단측에 2개의 도파관을 포함한다. 액세스 도파관의 수는 광 파장 선택 디바이스의 예정된 사용에 의존하여 실시예에 따라 변화될 수 있다. 액세스 도파관의 중심선(10, 20, 30, 40)은 도면에 도시되어 있다. MMI-도파관의 장측(long side)으로부터 액세스 도파관(1)의 중심선(10)까지의 거리는 도 1에 a로 표시된다. 상기 MMI-도파관의 동일한 장측으로부터 액세스 도파관(2)의 중심선(20)까지의 거리는 도 1에 b로 표시된다. 마찬가지로, 상기 MMI-도파관의 장측으로부터 나머지 액세스 도파관(3, 4) 까지의 거리는 각각 c와 d로 표시된다. a와 c는 거리가 같고, 또한 b와 d도 거리가 같다. 거리 a, b, c 및 d는 MMI-도파관의 유효 폭(We), 이미지의 수 및 상기 MMI-도파관의 형태에 따라 결정된다. 다른 MMI-도파관에 대해 충분한 이론은 피에르 에이 베쎄 등의 논문(Pierre A. Besse et al, entitled Optical Bandwidth and Fabrication Tolerances of Multimode Interference Couplers, J. Lightwave Technology, Vol. 12(4), pp.1004∼1009, 1994)에 기재되어 있다.
MMI-도파관의 유효 폭(We)은 파장(λ), MMI-도파관에서의 굴절률 스텝, MMI-도파관의 물리적 폭 및 빛의 편광에 따라 결정된다. MMI-도파관의 길이는 상기 도파관의 유효 폭(We) 및 소망되는 전력에 따라 결정된다.
도 1의 실시예에서, 액세스 도파관은 자유단보다 MMI-도파관의 접속부에서 더 넓다. 이러한 구조체는 통상 테이퍼 구조체(tapered structure)라 칭한다. 이러한 구조체의 효과는 일직선 액세스 도파관과 비교하여 광 필드를 변화시킨다는 것이다. 이것은 액세스 도파관의 에러 정정에 있어서 더 큰 에러 공차로 나타난다. 또한, 이러한 효과는 브래그-격자가 반사된 채널에 모드-종속 위상 시프트를 제공하기 때문에 유리한 낮은 차수의 모드에서 대부분 나타난다.
도시된 광 파장 선택 디바이스는 또한 위상 제어 요소를 포함할 수 있다. 이러한 위상 제어 요소는 상이한 다수의 방법 중 어느 한 방법으로 배치될 수 있다. 위상 제어 요소를 설치하는 다수의 방법은 본 발명의 상세한 설명에서 다루었고, 당업자에게 공지되어 있으므로, 이 명세서에서는 더이상 상세히 설명되지 않을 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 다른 실시예를 도시한다. 상술한 실시예에서와 같이, 도 2의 실시예는 브래그-격자(50) 및 MMI-도파관을 포함한다. 브래그-격자의 폭은 LBg로 표시된다. MMI-도파관은 상술한 실시예와 마찬가지로 L로 표시된다. 이 실시예와 제 1 실시예의 차이는 MMI-도파관의 형태에 있다. 도파관은 액세스 도파관(1, 2, 3 및 4)과 마찬가지로 테이퍼링 되어 있다. MMI-도파관의 장측은 MMI-도파관의 길이 방향으로 브래그-격자 주위의 양 측에서 짧은 거리에 대해 상호 평행하고, MMI-도파관의 길이 방향으로 가상 중심선에 직교한다. 브래그-격자에 바로 인접한 MMI-도파관의 폭은 W2로 표시된다. MMI-도파관의 단측의 폭은 W1로 표시되며, 여기서 W1은 W2보다 작다.
도 2로부터 명백한 바와 같이, MMI-도파관은 길이 L3을 갖는 최종 부분을 포함한다. 다른 실시예에서, 길이 L3은 제로일 수 있다. 이 구조체는 MMI-도파관의 폭 W1과 W2 사이에서 테이퍼링 되어 있다. 테이퍼 구조체는 직선 형상, 포물선 형상 또는 일부 다른 형상일 수 있다. 도시된 경우에 있어서, 테이퍼 구조체의 목적은 전파 모드들 사이의 차이를 감소시키고 격자에서 반사된 모드의 유효 침투 깊이의 차이를 감소시키는 것이다.
액세스 도파관(1, 2, 3 및 4)은 MMI-도파관의 단측에 배치된다. 도 2의 실시예에서, 2개의 액세스 도파관은 각각의 단측에 배치된다. 각 액세스 도파관(1, 2, 3 및 4)의 중심선(10, 20, 30 및 40)은 이전 실시예의 도면에서와 같이 도면에 도시되어 있다. 상기 단측의 일 단부로부터 액세스 도파관(1)의 중심선(10)까지의 거리는 a로 표시된다. 상기 단측의 동일한 일 단부로부터 액세스 도파관(2)의 중심선(20) 까지의 거리는 b로 표시된다. 마찬가지로, 다른 단측에서 나머지 액세스 도파관의 거리는 c와 d로 표시된다. a와 c는 거리가 같고, b와 d도 거리가 같다. 이전 실시예를 참조하여 설명된 바와 같이, 브래그-격자는 MMI-도파관의 중심에 배치될 수 있거나 또는 상기 중심으로부터 약간 오프셋될 수 있다. 브래그-격자는 이전 실시예를 참조하여 설명된 바와 같이 동일한 이유로, 다시 말하면 어떤 모드-종속 위상 시프트를 보정하기 위해 도파관의 중심으로부터 오프셋된다.
도 3은 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예 및 도 2의 실시예 사이에서 유일한 차이는 광 경로 길이가 다수의 액세스 도파관에 있다는 것이다. 도 3의 실시예에서, 광 경로 길이는 MMI-도파관의 외부 투사 부분에 액세스 도파관을 설치함으로써 액세스 도파관(2 및 3)에 대해 연장되어 있다. 이러한 외부 투사 부분의 폭은 도 3에서 각각 e와 f로 표시된다. 거리 e와 f는 소망하는 결과에 따라 같을 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 물론, 광 경로 길이를 변화시키는 MMI-도파관 상의 어떤 형태의 수단에 액세스 도파관 중 어느 것을, 즉 1 또는 그 이상의 상기 도파관을 배치하는 것이 가능하다. 제공된 액세스 도파관의 광 경로 길이를 변화시키는 목적은 모드-종속 위상 시프트를 보정하기 위한 것이다. MMI-도파관의 길이 L이 크로스-모드(cross-mode)에 대응한다면, MMI-도파관의 길이를 2L로 증가시킴으로써 바-모드(bar-mode)를 얻는 것이 가능하다. 상기 용어가 나타내는 바와 같이, 크로스-모드는 신호가 출력되는 액세스 도파관에 대해 측면으로 오프셋되는 MMI-도파관의 타 측에서 액세스 도파관에 초점이 맞추어지도록 MMI-도파관의 일측으로 들어오는 하나 이상의 파장 채널이 MMI-도파관을 통해 전송되는 모드를 의미한다. 크로스-모드의 일예는 파장 채널이 액세스 도파관(10)으로부터 전송되고 액세스 도파관(40)에 초점이 맞춰진 경우이다. 바-모드는 파장 채널이 MMI-도파관의 일측에서 액세스 도파관으로부터 전송되고 상기 MMI-도파관의 타 측에 배치된 대응하는 액세스 도파관에 초점이 맞추어지는 것을 의미한다. 바-모드의 일예는 파장 채널이 액세스 도파관(10)으로부터 전송되고 액세스 도파관(30)에 초점이 맞추어지는 경우이다.
도 4는 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 2개의 MMI-도파관이 차례로 배치된다. 상기 MMI-도파관은 도파관에 의해 또는 광섬유에 의해 서로 결합된다. 각각의 MMI-도파관 구조체는 서로 결합된 단부를 제외하고 도 2에 도시된 구조체와 본질적으로 유사하다. 도 4로부터, 상기 단부는 하나의 액세스 도파관만을 포함한다. 또한, 각 단측의 부분 p, q는 액세스 도파관의 중심선과 직교하지 않게 놓여 있다. 이러한 이유는 MMI-도파관에서 불필요한 빛이 구조체의 상기 부분에서 굴절되어 없어지도록 하기 위한 것이다. 연속 배치된 2개의 MMI-도파관의 캐스케이드(cascade)는 크로스-토크를 감소시키는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명의 상세한 설명에 언급된 종류의 위상 제어 요소를 이 실시예에 포함하는 것이 가능하다. 액세스 도파관이 일 측에 2개, 반대편인 타 측에 2개인 것이 바람직하지만, 필요한 수의 액세스 도파관이 2개의 MMI-도파관에 배치될 수 있다. 도면으로부터 명백하듯이, 브래그-격자는 MMI-도파관의 중심선으로부터 오프셋될 수 있거나, 또는 상기 도파관의 중심에 배치될 수 있다.
도 5는 2개의 MMI-도파관이 직접 결합된 본 발명에 따른 광 파장 선택 디바이스의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 MMI-도파관은 액세스 도파관이 배치된 측에만 테이퍼링 되어 있다. MMI-도파관의 각 장측은 2개의 브래그 격자 사이에서 서로 평행하다. 한쪽 MMI-도파관의 중심선은 다른 쪽 MMI-도파관의 중심선에 대해 평행하게 측면으로 오프셋된다. MMI-도파관에서 불필요한 광 반사를 제거하기 위해, 부분 p와 q는 각 MMI-도파관에 관해 경사져 있으며, 상기 부분은 말하자면 상기 중심선의 측면으로 평행한 변위에 남게 된다. 또한, 이러한 실시예는 본 발명의 상세한 설명에 언급된 종류의 위상 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 요구되는 수의 액세스 도파관이 각 MMI-도파관의 자유단에 배치될 수 있으며, 이러한 수의 실제 한도는 MMI-도파관의 크기에 의해 결정된다.
상술한 외부 투사 부분에 액세스 도파관을 배치하는 다른 방법으로서, MMI-도파관의 굴절률은 적당한 액세스 도파관과 관련하여 변화될 수 있는 한편 동일한 효과를 달성할 수 있으며, 즉 모드-종속 위상 시프트를 보정하기 위해 MMI-도파관 내의 광 경로길이를 변화시킬 수 있다. 이러한 방법은 도 6에 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, MMI-도파관의 굴절률은 각 액세스 도파관의 중심선과 일치하는 직사각형의 길이 방향 중심선을 갖는 한 쌍의 액세스 도파관에 바로 인접한 직사각형 영역(60)에서 증가된다. 굴절률의 이러한 변화는 예컨대 UV 기록을 사용하여 존재하는 재료를 MMI-도파관에서 변환시킴으로서 달성될 수 있다. 상기 굴절률 변화의 형태와 크기는 이러한 효과를 달성하는데 결정적이다.
본 발명의 디바이스는 석영(SiO2), 중합체 재료, 일종의 반도체계 또는 니오브산 리튬(lithiumniobate: LiNbO3)과 같은 재료로부터 적절히 제조될 수 있으나, 석영이 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상술한 그리고 도시된 전형적인 실시예에 제한되지 않고 그 수정은 다음의 청구범위내에서 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 광 디바이스에 있어서,
    하나 이상의 MMI-도파관;
    하나 이상의 브래그-격자 구조체;
    상기 MMI-도파관의 제1 측에 위치되는 하나 이상의 액세스 도파관; 및,
    상기 MMI-도파관의 제2 측에 위치된 하나 이상의 액세스 도파관을 포함하는데,
    상기 제 1 측 및 상기 제 2 측은 상기 MMI-도파관의 단측이며, 상기 브래그 격자 구조체는 상기 MMI-도파관 내에 위치되며, 상기 광 디바이스는 상기 브래그-격자 구조체중 하나를 각각 갖는 2개 이상의 MMI 도파관을 포함하고, 상기 제1 측은 상기 2개 이상의 MMI-도파관중 제1 MMI 도파관의 측이고 상기 제2 측은 상기 2개 이상의 도파관중 제2 MMI 도파관의 측이며, 상기 제1 MMI-도파관의 제2 측 및 상기 제2 MMI-도파관의 제1 측은 결합되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 MMI-도파관의 제2 측 및 상기 제2 MMI-도파관의 제1 측은 서로에 대해서 측방으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 MMI-도파관은 상기 제1 MMI-도파관에 위치된 상기 브래그-격자 구조체의 양측상에서 테이퍼 구조를 갖고, 상기 제2 MMI-도파관은 상기 제2 MMI-도파관에 위치된 상기 브래그-격자 구조체의 양측상에서 테이퍼 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  4. 광 디바이스에 있어서,
    제1 종방향 단부 및 상기 제1 종방향 단부와 대향되어 위치되는 제2 종방향 단부를 갖는 하나 이상의 다중-모드 간섭 도파관;
    상기 다중-모드 간섭 도파관의 내부에 위치된 하나 이상의 브래그-격자 구조체;
    상기 제1 종방향 단부에 위치된 하나 이상의 제1 테이퍼링된 액세스 도파관; 및,
    상기 제2 종방향 단부에 위치된 하나 이상의 제2 테이퍼링된 액세스 도파관을 포함하는데,
    상기 하나 이상의 다중-모드 간섭 도파관은 제1 다중 모드 간섭 도파관 및 제2 다중-모드 간섭 도파관을 포함하며, 상기 하나 이상의 브래그-격자 구조체는 제1 브래그-격자 구조체 및 제2 브래그-격자 구조체를 포함하며, 상기 제1 브래그-격자 구조체는 상기 제1 다중-모드 간섭 구조체의 내부에 위치되고 상기 제2 브래그-격자 구조체는 상기 제2 다중-모드 간섭 도파관의 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 다중-모드 간섭-도파관은 상기 제2 다중-모드 간섭 도파관에 결합되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 다중-모드 간섭 도파관은 도파관 및 광섬유중 적어도 하나에 의해 상기 제2 다중-모드 간섭 도파관에 결합되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 다중-모드 간섭 도파관은 도파관들을 직접 결합시키는 수단에 의해 상기 제2 다중-모드 간섭 도파관에 결합되는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 다중-모드 간섭 도파관은 상기 제2 다중-모드 간섭 도파관의 종축으로부터 오프셋되는 종축을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 디바이스.
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