KR101787209B1 - Saturable absorber and manufacturing method thereof, and pulse laser device using the same - Google Patents

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Abstract

포화 흡수체 제조 방법은 웨이퍼 상에 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이를 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역에 포화 흡수 물질을 배치하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 절단하여 상기 복수의 광도파로 각각에 대응하는 복수의 광도파로형 포화 흡수체로 분리하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a saturated absorber includes forming an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides on a wafer, forming an overcladding layer surrounding at least a part of each of the plurality of optical waveguides, Disposing a saturated absorbing material in a region capable of interacting with an attenuation field of light guiding a part of the wafer and cutting the wafer into a plurality of optical waveguide type saturated absorbers corresponding to each of the plurality of optical waveguides .

Description

포화 흡수체 및 그 제조 방법, 그리고 이를 이용한 펄스 레이저 장치 {Saturable absorber and manufacturing method thereof, and pulse laser device using the same}[0001] The present invention relates to a saturable absorber, a manufacturing method thereof, and a pulsed laser apparatus using the same,

광도파로형 포화 흡수체에 연관되며, 보다 상세하게는 펄스 레이저 공진기(cavity)내에 모드 잠금(mode-locking) 구현을 위해 이용되는 광도파로형 포화 흡수체에 연관된다.Relates to an optical waveguide-type saturated absorber, and more particularly to an optical waveguide-type saturable absorber used for mode-locking implementation in a pulse laser resonator.

반도체, 차세대 디스플레이, LED, 태양전지 등 우리나라의 경제 성장을 견인하는 주축 산업분야에서 레이저를 이용한 초미세 가공이 날로 각광을 받고 있다. 그러나 기존 레이저를 이용한 마이크로 가공이 레이저 광과 재료 사이의 상호 반응에 의한 발열로 인해 한계에 도달한 바, 1990년 이후로 극초단 펄스 레이저를 이용하는 가공기술이 개발되기 시작하였다. Ultrafine machining using laser has been getting popular in the spindle industry, which is leading the economic growth of Korea, such as semiconductors, next-generation displays, LEDs, and solar cells. However, since the micro - machining using the conventional laser has reached the limit due to the heat generation due to the mutual reaction between the laser beam and the material, a processing technique using the ultra - short pulse laser has been developed since 1990.

극초단 펄스 레이저 가공 기술은 비열 초미세 녹색 가공기술로서 초미세 형상 가공 및 리페어링이 가능하여 재료의 표면뿐만 아니라 투명 재료의 내부에도 초미세 형상을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 그 응용분야는 날로 확대되어 반도체 산업분야에서뿐만 아니라 시각 교정 및 생체 치료분야, 이광자 흡수 기반 삼차원 형상 가공 분야 및 광결정 가공분야에까지 이르게 되었다. Ultrashort pulse laser processing technology is a non-thermal super fine green processing technology. It is capable of ultrafine shape processing and repairing, so that ultrafine shape can be formed not only on the surface of the material but also inside the transparent material. As a result, the field of application has expanded to include fields of vision correction and biotherapy, two-photon absorption based three-dimensional shape processing, and photonic crystal processing as well as in the semiconductor industry.

극초단 펄스 레이저 가공 기술은 그 장점을 바탕으로 소형화를 통한 사용 편리성까지 갖추게 되었는데, 소형화된 펄스 레이저의 발전과 더불어 이를 실외 환경에서 휴대용(portable) 기기로 응용하고자 하는 관심이 크게 증가하고 있는 추세이며, 장기간 안정화가 가능한 펄스 레이저의 필요성이 증대되고 있다. 휴대용 장치로 활용할 수 있는 분야로는 다양한 휴대용 센서(portable sensor), 원거리 센서(remote sensor), 절대거리 측정 장치, 테라헤르츠파 발진기 등이 있다. Ultrashort pulse laser processing technology has been equipped with ease of use through miniaturization based on its advantages. With the development of miniaturized pulsed laser, there is a great interest in applying it as a portable device in an outdoor environment. And the need for a pulse laser capable of long-term stabilization is increasing. Portable devices include portable sensors, remote sensors, absolute distance measurement devices, and terahertz wave oscillators.

통상적으로 극초단 광펄스는 이득 스위칭, Q-스위칭, 광전궤한법, 자기 발진 레이저 또는 모드 잠금 등의 방법을 통해 생성된다. 산업계에서는 이 중 가간섭성이 큰 극초단 펨토초 광펄스를 생성하기 위하여 모드 잠금 방식(mode-locking method)을 주로 사용하고 있다. Typically, the ultrarapid optical pulses are generated by methods such as gain switching, Q-switching, photoelectric feedback, self-oscillating lasers, or mode locking. In industry, mode-locking method is mainly used to generate ultra-fast femtosecond pulses with high coherence.

일반적으로 레이저 발진기는 공진기(cavity)와 이득 매질(gain medium)로 이루어지는데, 광학적 증폭기에 해당하는 이득 매질의 증폭 대역과 공진기 길이를 변화시킴으로서 레이저가 단일모드 또는 공진모드(resonance mode)로 작동하도록 제어할 수 있다. 펄스 레이저에 포함되는 극초단의 펨토초 레이저는 대략 100,000∼1,000,000개의 공진모드를 가지는데, 주변 환경 변화에 따라 위상이 일치되는 일정한 순간에 보강간섭을 일으켜 극초단 펄스를 생성하게 된다. Generally, a laser oscillator is composed of a cavity and a gain medium. By changing the amplification band and the resonator length of the gain medium corresponding to the optical amplifier, the laser is operated in a single mode or a resonance mode Can be controlled. The femtosecond lasers included in the pulsed laser have approximately 100,000 to 1,000,000 resonance modes. The femtosecond lasers generate staggered short pulses due to constructive interference at a certain moment in phase with the surrounding environment.

모드 잠금은 외부 변조신호의 인가 여부에 따라 능동 모드 잠금과 수동 모드 잠금으로 분류한다. 일반적으로 수동 모드 잠금이 능동 모드 잠금에 비하여 짧은 펄스를 생성할 수 있으므로 극초단 펄스 레이저에는 수동 모드 잠금이 많이 이용된다. Mode lock is classified into active mode lock and manual mode lock according to whether external modulation signal is applied or not. Passive mode locking is often used for ultra-fast pulsed lasers because passive mode locks in general can produce short pulses compared to active mode locks.

포화 흡수체(saturable absorber)는 이러한 수동 모드 잠금을 구현하기 위하여 공진기 내에 삽입되는 광학적 매질이며 주로 반도체 포화 흡수 거울(Semi-conductor Saturable Absorber Mirror, SESAM)을 많이 이용한다. 그 밖에 생산 단가 절감, 모드 잠금 가능한 파장 대역의 확장을 위해 탄소나노튜브(CNTs)나 그래핀(graphene) 또는 위상학적 절연체(topological insulator)와 같은 포화 흡수 물질(saturable absorption material)을 이용한 포화 흡수체 개발에 대한 연구도 많이 수행되고 있다. A saturable absorber is an optical medium that is inserted into a resonator to implement this passive mode locking, and it mainly uses a semi-conductor saturable absorber mirror (SESAM). Developed a saturable absorber using saturable absorption materials such as carbon nanotubes (CNTs), graphene, or topological insulators for the production cost reduction and mode-locking wavelength band extension. There are many studies on

도 1 및 도 2는 종래의 광섬유 기반 투과형 포화 흡수체를 도시한다. Figures 1 and 2 illustrate a conventional optical fiber based transmissive saturated absorber.

도 1은 테이퍼드 광섬유(tapered-fiber) 기반 포화 흡수체로, 광섬유 내부 코어(2)를 따라 도파하는 빛의 감쇠장이 포화 흡수 물질이 코팅될 부분까지 새어나오도록, 열을 가한 광섬유(1)를 양쪽에서 잡아당기어 광섬유(1) 가운데 부분을 가늘게 만들고, 이 가늘어진 부분(3) 주위에 포화 흡수 물질(4)을 감싸는 형태로 코팅하므로 광섬유(1)의 가늘어진 부분(3)에서 감쇠되어 나오는 빛과 포화 흡수 물질(3)이 상호작용하도록 한다. 1 is a tapered-fiber-based saturated absorber in which a heat-applied optical fiber 1 is arranged so that the attenuation field of light guided along the optical fiber inner core 2 leaks to a portion to be coated with the saturated absorbing material It is attenuated in the thinned portion 3 of the optical fiber 1 so that the center portion of the optical fiber 1 pulled from both sides is made thinner and the surrounding portion 3 is wrapped around the saturated absorbing material 4 Allowing the emitted light to interact with the saturated absorbing material (3).

도 2는 측면이 연마된 광섬유(Side polished fiber)기반 포화 흡수체로 광섬유(5)를 광섬유 홀더(8)에 삽입시킨 후, 측면(7)을 연마(polishing)하고 그 위에 포화 흡수 물질(6)을 코팅하여 광섬유(5)의 연마된 면에서 감쇠되어 나오는 빛과 포화 흡수 물질(6)이 상호작용하도록 하고 있다. 즉 광섬유(5) 내부 코어를 따라 도파하는 빛의 감쇠장이 포화 흡수 물질이 코팅될 영역까지 새어나오도록 광섬유(5) 표면을 연마하므로 원형의 형태에서 D형의 형태로 바뀌게 된다. 이 연마된 표면에 포화 흡수 물질(6)을 코팅하므로 광섬유 내부 코어를 도파하는 빛의 감쇠장과 그 감쇠장이 미치는 범위에 코팅된 포화 흡수 물질 간의 상호작용을 이용하여 포화 흡수체를 제작한다. 2 is a side-polished fiber-based saturated absorber in which an optical fiber 5 is inserted into an optical fiber holder 8 and then the side surface 7 is polished and a saturated absorbing material 6 is placed thereon. So that light attenuated on the polished surface of the optical fiber 5 and the saturated absorption material 6 interact with each other. That is, since the surface of the optical fiber 5 is polished so that the attenuation field of the light guided along the inner core of the optical fiber 5 leaks to the area to be coated with the saturated absorbing material, the shape changes from the circular shape to the D shape. The saturated absorbent material 6 is coated on the polished surface so that the saturated absorber is fabricated using the interaction between the attenuated field of light guiding the core of the optical fiber and the saturated absorbing material coated to the extent of the attenuated field.

그러나 이와 같은 포화 흡수체는 개별 광섬유를 일일이 가공해야 하므로 생산성 측면에서 비효율적인 단점이 있다.However, such a saturable absorber has a disadvantage in terms of productivity because it has to individually process individual optical fibers.

또한, 광섬유를 포화 흡수체 소자로 가공하기 위한 별도의 공정 장비와 인력을 필요로 한다.It also requires separate processing equipment and manpower to process the optical fiber into a saturated absorber element.

US 8384991US 8384991

[1] K. Kieu, M. Mansuripur, Opt. Lett. 32(15), 2242-2244 (2007)[1] K. Kieu, M. Mansuripur, Opt. Lett. 32 (15), 2242-2244 (2007) [2] Y. -W. Song, S. Yamashita, C. S. Goh, S.Y. Set, Opt. Lett. 32(2), 148-150 (2007)[2] Y. -W. Song, S. Yamashita, C. S. Goh, S.Y. Set, Opt. Lett. 32 (2), 148-150 (2007) [3] H. Jeong, S.Y. Choi, E. I. Jeong, S. J. Cha, F. Rotermund, D.-1. Yeom, Appl. Phys. Express 6, 052750 (2013)[3] H. Jeong, S.Y. Choi, E. I. Jeong, S. J. Cha, F. Rotermund, D.-1. Yeom, Appl. Phys. Express 6, 052750 (2013)

일측에 따르면, 포화 흡수체 제조 방법은 웨이퍼 상에 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이를 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역에 포화 흡수 물질을 배치하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 절단하여 상기 복수의 광도파로 각각에 대응하는 복수의 광도파로형 포화 흡수체로 분리하는 단계를 포함한다.According to one aspect, a method of manufacturing a saturated absorber includes forming an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides on a wafer, forming an overcladding layer surrounding at least a portion of each of the plurality of optical waveguides, Disposing a saturated absorbing material in a region capable of interacting with an attenuation field of light guiding at least a portion of each of the waveguides; and cutting the wafer to form a plurality of optical waveguide-type saturated absorbers corresponding to each of the plurality of optical waveguides .

일실시예에서, 상기 포화 흡수체 제조 방법은 상기 오버클래딩층의 일부를 제거하여 상기 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역을 형성하는 단계를 더 포함한다. 일실시예에서, 상기 복수의 광도파로는 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된다.In one embodiment, the method of manufacturing a saturated absorber further comprises removing a portion of the overcladding layer to form an area that can interact with the attenuation field of light. In one embodiment, the plurality of optical waveguides are spaced apart from each other at regular intervals.

일실시예에서, 상기 광도파로 어레이를 형성하는 단계는, 상기 웨이퍼 상에 코어층을 형성하는 단계, 및 상기 코어층의 적어도 일부를 제거하여 상기 복수의 광도파로를 형성하는 단계를 포함한다. 일실시예에서, 상기 코어층은 상기 웨이퍼보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함한다.In one embodiment, the step of forming the optical waveguide array includes forming a core layer on the wafer, and removing at least a part of the core layer to form the plurality of optical waveguides. In one embodiment, the core layer comprises a material having a higher index of refraction than the wafer.

일실시예에서, 상기 광도파로 어레이를 형성하는 단계는, 상기 웨이퍼 상에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계, 및 이온 교환 공정을 통해 상기 복수의 광도파로를 형성하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of forming the optical waveguide array includes forming a patterned mask on the wafer, and forming the plurality of optical waveguides through an ion exchange process.

일실시예에서, 상기 복수의 광도파로 각각은 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장한다. 일실시예에서, 상기 포화 흡수 물질은 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함한다.In one embodiment, each of the plurality of optical waveguides extends in a rectangular cross section. In one embodiment, the saturated absorbing material comprises at least one of a carbon nanostructure or a topological insulator.

다른 일측에 따르면, 포화 흡수체 어레이는 웨이퍼, 상기 웨이퍼의 일면 상에 형성된 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층, 및 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역에 배치된 포화 흡수 물질을 포함한다.According to another aspect, a saturated absorber array includes a wafer, an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides formed on one surface of the wafer, an overcladding layer surrounding at least a part of each of the plurality of optical waveguides, And a saturated absorbing material disposed in a region capable of interacting with an attenuation field of light that guides at least a portion of each.

다른 일측에 따르면, 포화 흡수체 제조 방법은 웨이퍼 상에 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이를 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각을 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역에 포화 흡수 물질을 배치하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 절단하여 상기 복수의 광도파로 각각에 대응하는 복수의 광도파로형 포화 흡수체로 분리하는 단계를 포함한다.According to another aspect, a method of manufacturing a saturated absorber includes forming an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides on a wafer, placing a saturated absorbing material in a region through which light guiding each of the plurality of optical waveguides can pass, And separating the wafer into a plurality of optical waveguide-type saturated absorbers corresponding to the plurality of optical waveguides, respectively.

일실시예에서, 상기 포화 흡수체 제조 방법은 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 제거하여 상기 복수의 광도파로 각각을 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역을 형성하는 단계를 더 포함한다. 일실시예에서, 상기 복수의 광도파로는 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치된다.In one embodiment, the method of manufacturing a saturated absorber further comprises removing at least a part of each of the plurality of optical waveguides to form an area through which light that guides each of the plurality of optical waveguides can be transmitted. In one embodiment, the plurality of optical waveguides are spaced apart from each other at regular intervals.

일실시예에서, 상기 광도파로 어레이를 형성하는 단계는, 상기 웨이퍼 상에 코어층을 형성하는 단계, 및 상기 코어층의 적어도 일부를 제거하여 상기 복수의 광도파로를 형성하는 단계를 포함한다. 일실시예에서, 상기 코어층은 상기 웨이퍼보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함한다.In one embodiment, the step of forming the optical waveguide array includes forming a core layer on the wafer, and removing at least a part of the core layer to form the plurality of optical waveguides. In one embodiment, the core layer comprises a material having a higher index of refraction than the wafer.

일실시예에서, 상기 광도파로 어레이를 형성하는 단계는, 상기 웨이퍼 상에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계, 및 이온 교환 공정을 통해 상기 복수의 광도파로를 형성하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the step of forming the optical waveguide array includes forming a patterned mask on the wafer, and forming the plurality of optical waveguides through an ion exchange process.

일실시예에서, 상기 복수의 광도파로 각각은 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장한다. 일실시예에서, 상기 포화 흡수 물질은 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함한다.In one embodiment, each of the plurality of optical waveguides extends in a rectangular cross section. In one embodiment, the saturated absorbing material comprises at least one of a carbon nanostructure or a topological insulator.

다른 일측에 따르면, 포화 흡수체 어레이는 웨이퍼, 상기 웨이퍼의 일면 상에 형성된 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이, 및 상기 복수의 광도파로 각각을 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역에 배치된 포화 흡수 물질을 포함한다.According to another aspect, a saturated absorber array includes a wafer, an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides formed on one surface of the wafer, and a saturable absorber array disposed in a region through which light guiding each of the plurality of optical waveguides can pass Absorbing material.

다른 일측에 따르면, 광섬유 기반의 펄스 레이저 장치는 웨이퍼 상에 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이를 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역에 포화 흡수 물질을 배치하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 절단하여 상기 복수의 광도파로 각각에 대응하는 복수의 광도파로형 포화 흡수체로 분리하는 단계를 포함하는 포화 흡수체 제조 방법을 이용하여 제조된 포화 흡수체를 포함한다.According to another aspect, an optical fiber-based pulse laser device includes a step of forming an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides on a wafer, forming an overcladding layer surrounding at least a part of each of the plurality of optical waveguides, Disposing a saturated absorbing material in a region capable of interacting with an attenuation field of light guiding at least a part of each of the plurality of optical waveguides; and cutting the wafer to form a plurality of optical waveguide types corresponding to the plurality of optical waveguides And separating the absorbent body into a saturated absorbent body.

다른 일측에 따르면, 광도파로 기반의 펄스 레이저 장치는 웨이퍼 상에 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이를 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 형성하는 단계, 상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역에 포화 흡수 물질을 배치하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 절단하여 상기 복수의 광도파로 각각에 대응하는 복수의 광도파로형 포화 흡수체로 분리하는 단계를 포함하는 포화 흡수체 제조 방법을 이용하여 제조된 포화 흡수체를 포함한다.According to another aspect, an optical waveguide-based pulse laser device includes forming an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides on a wafer, forming an overcladding layer surrounding at least a portion of each of the plurality of optical waveguides, Disposing a saturated absorbing material in a region capable of interacting with an attenuation field of light guiding at least a part of each of the plurality of optical waveguides; and cutting the wafer to form a plurality of optical waveguides corresponding to the plurality of optical waveguides, Type saturated absorber. ≪ RTI ID = 0.0 > [0040] < / RTI >

도 1은 일반적인 광섬유 기반 포화 흡수체를 도시한다.
도 2는 일반적인 광섬유 기반 포화 흡수체를 도시한다.
도 3은 일실시예에 따른 감쇠장 상호작용을 이용하는 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다.
도 4는 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체가 웨이퍼 상에 서로 일정한 간격으로 이격되어 형성된 포화 흡수체 어레이를 도시한다.
도 5 내지 도 11은 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체 제조 과정을 도시한다.
도 12 내지 도 14는 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다.
도 15는 일실시예에 따른 포화 흡수 물질 투과 방식을 이용하는 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다.
도 16는 일실시예에 따른 포화 흡수 물질 투과 방식을 이용하는 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다.
도 17 내지 도 20은 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체 제조 과정을 도시한다.
도 21은 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다.Figure 1 shows a typical optical fiber based saturated absorber.
Figure 2 shows a typical optical fiber based saturated absorber.
Figure 3 illustrates an optical waveguide-type saturated absorber utilizing attenuation field interactions in accordance with one embodiment.
Fig. 4 shows a saturated absorber array in which the optical waveguide-type saturated absorber according to one embodiment is formed at a predetermined interval on the wafer.
5 to 11 illustrate a process of manufacturing an optical waveguide type saturated absorber according to an embodiment.
Figs. 12 to 14 show an optical waveguide type saturated absorber according to an embodiment.
15 shows an optical waveguide-type saturated absorber using a saturated absorbing material transmission method according to one embodiment.
16 illustrates an optical waveguide-type saturated absorber using a saturated absorbing material transmission method according to an embodiment.
17 to 20 illustrate a process of manufacturing an optical waveguide type saturated absorber according to an embodiment.
Fig. 21 shows an optical waveguide type saturated absorber according to an embodiment.

이하에서, 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terms used in the following description are chosen to be generic and universal in the art to which they are related, but other terms may exist depending on the development and / or change in technology, customs, preferences of the technician, and the like. Accordingly, the terminology used in the following description should not be construed as limiting the technical thought, but should be understood in the exemplary language used to describe the embodiments.

또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.Also, in certain cases, there may be a term chosen arbitrarily by the applicant, in which case the meaning of the detailed description in the corresponding description section. Therefore, the term used in the following description should be understood based on the meaning of the term, not the name of a simple term, and the contents throughout the specification.

도 3은 일실시예에 따른 감쇠장 상호작용을 이용하는 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광도파로형 포화 흡수체는 기판(10), 기판(10)의 일면 상에 형성된 광도파로(20), 기판(10) 및 광도파로(20) 상에 형성된 오버클래딩층(40), 및 광도파로(20)를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역에 적어도 일부가 형성된 포화 흡수 물질(50)을 포함한다. 광도파로(20)를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역은 광도파로(20)와 접촉한 영역 또는 광도파로(20)에서 빛의 감쇠장이 새어나올 정도로 충분히 근접한 영역일 수 있다.Figure 3 illustrates an optical waveguide-type saturated absorber utilizing attenuation field interactions in accordance with one embodiment. 3, the optical waveguide type saturated absorber includes a substrate 10, an optical waveguide 20 formed on one surface of the substrate 10, an overcladding layer 20 formed on the substrate 10 and the optical waveguide 20, (40), and a saturated absorbing material (50) formed at least partially in an area that can interact with the attenuation field of light that guides the optical waveguide (20). The region that can interact with the attenuation field of the light guiding the optical waveguide 20 may be an area in contact with the optical waveguide 20 or a region sufficiently close enough to leak light attenuation fields in the optical waveguide 20.

일실시예에서, 광도파로형 포화 흡수체는 광도파로(20)를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역을 제공하기 위하여 오버클래딩층(40)의 일부가 에칭 공정 등에 의해 제거된 공간을 가질 수 있다. 예를 들어, 광도파로(20)를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역은 광도파로(20) 상부에 위치한 영역(30)으로서 광도파로(20)와 접촉하는 영역 또는 근접한 영역일 수 있다. 이러한 공간에 포화 흡수 물질(50)을 배치함으로써 포화 흡수 기능을 구현할 수 있다.In one embodiment, the optical waveguide-type saturated absorber is formed by removing a portion of the overcladding layer 40 removed by an etching process or the like so as to provide an area capable of interacting with the attenuation field of light that guides the optical waveguide 20 Lt; / RTI > For example, the region capable of interacting with the attenuation field of light guiding the optical waveguide 20 can be an area in contact with the optical waveguide 20 as a region 30 located above the optical waveguide 20, have. By arranging the saturated absorbent material 50 in such a space, the saturated absorption function can be realized.

기판(10)은 웨이퍼 공정에 필요한 실리콘(Si) 또는 실리카(SiO2) 웨이퍼로, 실리콘(Si)을 이용한 웨이퍼 공정은 실리콘 봉(silicon ingot)의 성장으로부터 시작된다. 실리콘 봉을 웨이퍼로 만드는 과정은 다음과 같다. The substrate 10 starts with the growth of silicon (Si) or silica (SiO 2) wafers required for the wafer process and the wafer process using silicon (Si). The process of making a silicon rod into a wafer is as follows.

우선, 실리콘 봉을 얇게 잘라내어 얇은 디스크 형상의 웨이퍼로 만든다. 그런 다음 모서리 윤곽 작업 혹은 모떼기를 실시하는데, 웨이퍼의 원주 모서리 부분에 대한 모떼기(chamfering) 작업을 한다. First, a thin silicon wafer is cut into thin disc-shaped wafers. Then chamfering is performed on the circumferential edge of the wafer to perform edge contouring or chamfering.

이후, 높은 수준의 웨이퍼 평면도와 평행도를 달성하기 위하여 래핑 또는 연마 작업을 수행한다. 그리고 더 이상의 기계적 손상 없이 슬라이싱이나 평탄화에 의해 야기된 손상을 화학적으로 제거한 뒤, 폴리싱을 통하여 거울면을 얻어내는 것이다. Thereafter, a lapping or polishing operation is performed to achieve a high level of wafer planarity and parallelism. And chemically removing the damage caused by slicing or planarization without further mechanical damage, and then polishing to obtain the mirror surface.

여기서, 상기 실리콘 봉(silicon ingot)의 성장은 단결정 성장으로 고속도로 정제된 실리콘용 용액에 스피드(SPEED) 결정을 접촉, 회전시키면서 단결정 규소봉(INGOT)을 성장시키며, 성장된 규소봉을 균일한 두께의 얇은 웨이퍼로 잘라낸다. 웨이퍼의 크기는 규소봉의 구경에 따라 3", 4", 6", 8"로 만들어지며 생산성 향상을 위해 점점 대구경화 경향을 보이고 있다. Here, the growth of the silicon ingot is performed by growing a single crystal silicon ingot (INGOT) by contacting and rotating a SPEED crystal to a high-speed refined silicon solution by single crystal growth, and growing the grown silicon rod to a uniform thickness Of a thin wafer. The size of wafers is made of 3 ", 4", 6 ", 8" according to the diameter of the silicon rod, and the diameter of the wafer is gradually increasing to increase the productivity.

이후, 웨이퍼 표면 연마는 웨이퍼의 한쪽 면을 연마하여 거울 면처럼 만들어 주며, 이 연마된 면에 회로 패턴을 그려 넣게 되고, CAD(Computer Aided Design)시스템을 사용하여 전자회로와 실제 웨이퍼 위에 그려질 회로패턴을 설계하는 것이다. 이때 설계된 회로패턴을 E-beam 서리로 유리판 위에 그려 마스크를 만들고, 고온(800~1200℃)에서 산소나 수증기를 실리콘 웨이퍼 표면과 화학 반응시켜 얇고 균일한 실리콘 산화막(SiO2)을 형성 시키며, 그런 다음 빛에 민감한 물질인 포토레지스트를 웨이퍼 표면에 고르게 도포시킨다. Thereafter, the wafer surface polishing polishes one side of the wafer to make it like a mirror surface, draws a circuit pattern on the polished surface, and uses a computer aided design (CAD) Designing the pattern. At this time, a designed circuit pattern is drawn on a glass plate by E-beam frost, and a thin and uniform silicon oxide film (SiO 2) is formed by chemical reaction with oxygen or water vapor at a high temperature (800 to 1200 ° C.) The photoresist, which is a substance sensitive to light, is evenly applied to the wafer surface.

이어서, 스템퍼를 사용하여 마스크에 그려진 회로패턴에 빛을 통과시켜 포토레지스트막이 형성된 웨이퍼위에 회로 패턴을 찍는 노광 단계를 거치며, 회로패턴을 형성시켜 주기 위해 화학물질이나 반응성 가스를 사용하여 필요 없는 부분을 선택적으로 식각한다. 이러한 패턴형성과정은 각 패턴 층에 대해 계속적으로 반복된다.Subsequently, light is passed through a circuit pattern drawn on the mask using a stamper, an exposure step of taking a circuit pattern on a wafer on which a photoresist film is formed is performed, and a chemical substance or a reactive gas is used to form a circuit pattern, Is selectively etched. This pattern formation process is continuously repeated for each pattern layer.

이후, 회로패턴과 연결된 부분에 불순물을 미세한 가스 입자 형태로 가속하여 웨이퍼의 내부에 침투시킴으로써 전자소자의 특성이 만들어지고, 화학기상증착(CVD; Chemical Vapor Deposition)공정을 통하여 가스간의 화학반응으로 형성된 입자들을 웨이퍼 표면에 증착하여 절연막이나 전도성 막을 형성시킨다. 이어서, 웨이퍼 표면에 형성된 각 회로를 알루미늄 선으로 연결시키고 웨이퍼를 자동 선별하여, 웨이퍼를 절단하고, 웨이퍼 표면을 연마하는 과정이 이루어진다. Thereafter, impurities are accelerated in the form of minute gas particles in a portion connected to the circuit pattern to permeate the inside of the wafer, thereby making the characteristics of the electronic device, and formed by a chemical reaction between gases through a CVD (Chemical Vapor Deposition) process The particles are deposited on the wafer surface to form an insulating film or a conductive film. Next, each circuit formed on the wafer surface is connected by an aluminum wire, and the wafer is automatically sorted, the wafer is cut, and the wafer surface is polished.

광도파로(20)는 빛이 전반사를 일으키며 도파되는 경로이다. 일실시예에서, 광도파로(20)는 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장할 수 있다. 광도파로(20)는 전반사 구현을 위하여 기판(10)보다 높은 굴절률을 갖는 층으로 형성될 수 있다. 기판(10)의 굴절률이 광도파로(20)의 굴절률보다 높을 경우, 광도파로(20)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 언더클래딩층을 기판(10) 및 광도파로(20) 사이에 개재시킬 수 있다. The optical waveguide 20 is a path where light is totally reflected and guided. In one embodiment, the optical waveguide 20 may extend with a rectangular cross-section. The optical waveguide 20 may be formed of a layer having a refractive index higher than that of the substrate 10 for total reflection. An undercladding layer having a refractive index lower than the refractive index of the optical waveguide 20 can be interposed between the substrate 10 and the optical waveguide 20 when the refractive index of the substrate 10 is higher than that of the optical waveguide 20 .

오버클래딩층(40)은 기판(10)의 상부 및 광도파로(20)를 둘러싸는 층으로서, 광도파로(20)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 오버클래딩층(40)은 광도파로(20)의 적어도 일부를 도파하는 빛의 감쇠장이 외부에 드러나도록 형성된다. 즉, 광도파로(20)를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역을 제공하기 위하여, 오버클래딩층(40)은 광도파로(20)의 일부의 상부(30)에는 형성되지 않거나 충분히 얇게 형성될 수 있다.The overcladding layer 40 may include a material that has a lower refractive index than that of the optical waveguide 20 and that covers the upper portion of the substrate 10 and the optical waveguide 20. The overcladding layer 40 is formed such that the attenuation field of light that guides at least a part of the optical waveguide 20 is exposed to the outside. That is, the overcladding layer 40 is not formed on the upper portion 30 of the portion of the optical waveguide 20, or is sufficiently thin (for example, .

광도파로(20)를 진행하는 빛은 전반사로 인해 광도파로(20) 내부에 국한되어 도파되며 감쇠장이 나타난다. 감쇠장은 광도파로에서 굴절률 또는 광학적 특성이 서로 상이한 기판(10), 광도파로(20) 및 오버클래딩층(40)의 경계면에서 형성되는 빛의 근접장으로 손실은 없으나 거리에 따라 그 세기가 지수적으로 감소하는 것을 말한다. The light traveling through the optical waveguide 20 is guided by the total reflection within the optical waveguide 20, and an attenuation field appears. The attenuation field is not lost due to the near-field of light formed at the interface between the substrate 10, the optical waveguide 20, and the overcladding layer 40 having different refractive indexes or optical characteristics in the optical waveguide, .

포화 흡수 물질(50)은 클래딩층(40) 상부에 형성된 층이며, 물질에 입력되는 빛의 세기가 증가함에 따라 빛이 겪는 손실률이 감소하는 비선형 손실을 갖는 물질이다. 비선형 손실을 갖는 물질로는 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 등이 있다. 탄소 나노 구조물의 예로는 그래핀 또는 탄소 나노관 등이 있고, 위상학적 절연체의 예로는 Bi2Se3, Bi2Te3, Sb2Te3 등이 있다.The saturable absorbing material 50 is a layer formed on the cladding layer 40 and is a material having a nonlinear loss in which the loss rate of light decreases as the intensity of light input to the material increases. Materials with non-linear losses include carbon nanostructures or topological insulators. Examples of carbon nanostructures include graphene and carbon nanotubes. Examples of topological insulators include Bi 2 Se 3 , Bi 2 Te 3 , and Sb 2 Te 3 .

도 4는 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체가 웨이퍼 상에 서로 일정한 간격으로 이격되어 형성된 포화 흡수체 어레이를 도시한다. 웨이퍼 상에 포화 흡수체 어레이를 형성하는 방식을 통해, 예를 들어 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 에칭 공정, 및 이온 교환 공정 등을 이용하여 웨이퍼 상에 복수의 광도파로형 포화 흡수체를 포함하는 포화 흡수체 어레이를 제조할 수 있다. 복수의 광도파로형 포화 흡수체 각각은 예를 들어 도 3에 도시된 포화 흡수체일 수 있다.Fig. 4 shows a saturated absorber array in which the optical waveguide-type saturated absorber according to one embodiment is formed at a predetermined interval on the wafer. A saturated absorber array including a plurality of optical waveguide-type saturable absorbers on a wafer is formed on the wafer by a method of forming a saturated absorber array on the wafer, for example, by using a deposition process, a photolithography process, an etching process, Can be produced. Each of the plurality of optical waveguide type saturated absorbers may be, for example, the saturated absorber shown in Fig.

웨이퍼 상에 포화 흡수체 어레이가 제조되면, 다이싱 공정 등을 이용하여 개별적인 복수의 포화 흡수체로 분리시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 종래의 포화 흡수체 생산 공정에 비하여 현저히 많은 수량의 포화 흡수체를 일시에 생산할 수 있다. 따라서, 종래의 포화 흡수체 생산 공정에 비하여 시간 소모 및 비용 소모 면에서 크게 향상된 생산성을 얻을 수 있다.Once a saturated absorber array is fabricated on a wafer, it can be separated into a plurality of separate saturated absorbers using a dicing process or the like. In this way, a significantly greater quantity of saturated absorber can be produced at one time than the conventional saturated absorber production process. Therefore, productivity can be greatly improved in terms of time and cost in comparison with the conventional saturated absorber production process.

도 5 내지 도 11은 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체 제조 과정을 도시한다. 이하에서는 도 5 내지 도 11을 참조하여 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체의 제조 과정을 설명한다. 도면 상에는 하나 또는 두 개의 포화 흡수체를 제조하는 과정이 도시되더라도, 동일한 공정을 통해 웨이퍼 상에 다수의 포화 흡수체를 동시에 제조할 수 있다는 점에 주목할 필요가 있다.5 to 11 illustrate a process of manufacturing an optical waveguide type saturated absorber according to an embodiment. Hereinafter, a manufacturing process of the optical waveguide type saturated absorber according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 11. FIG. It should be noted that although a process for manufacturing one or two saturated absorbers is shown in the drawings, a plurality of saturated absorbers can be produced simultaneously on the wafer through the same process.

도 5는 웨이퍼(10)가 제공된 모습을 보여준다. 웨이퍼는 실리콘(Si)이나 실리카(SiO2)를 포함할 수 있으며 실리콘(Si)을 이용하는 웨이퍼 공정은 실리콘 봉(silicon ingot)의 성장으로부터 시작된다. 실리콘 봉을 웨이퍼로 만드는 과정은 앞에서 설명한 바와 같다. Fig. 5 shows a state in which the wafer 10 is provided. The wafer may comprise silicon (Si) or silica (SiO2), and the wafer process using silicon (Si) begins with the growth of a silicon ingot. The process of making a silicon wafer into a wafer is described above.

도 6은 도 5에서 제공된 웨이퍼(10) 상에 빛이 전반사되어 일으키며 도파될 수 있는 코어층(20)을 증착한 모습을 보여준다. 일실시예에서, 코어층(20)은 웨이퍼(10)보다 높은 굴절률을 가지는 물질로 선택될 수 있다. 대안으로서, 웨이퍼(10)가 코어층(20)보다 굴절률이 높은 경우, 코어층(20)보다 낮은 굴절률을 갖는 언더클래딩층(미도시)을 웨이퍼(10) 상에 먼저 증착한 후 코어층(20)을 증착할 수 있다. FIG. 6 shows a state in which the core layer 20 is deposited on the wafer 10 provided in FIG. In one embodiment, the core layer 20 may be selected as a material having a higher index of refraction than the wafer 10. Alternatively, when the wafer 10 has a refractive index higher than that of the core layer 20, an undercladding layer (not shown) having a refractive index lower than that of the core layer 20 is first deposited on the wafer 10, 20 can be deposited.

도 7은 증착된 코어층(20)을 포토리소그래피(photolithogrphy) 및 에칭(etching) 공정을 이용하여 일정한 간격으로 서로 이격된 복수의 광도파로(20)를 형성한 모습을 보여준다. 일실시예에서, 복수의 광도파로(20) 각각은 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장할 수 있다.7 shows a state in which a plurality of optical waveguides 20 spaced apart from each other at regular intervals are formed on the deposited core layer 20 by using photolithography and etching processes. In one embodiment, each of the plurality of optical waveguides 20 may extend with a rectangular cross section.

도 8은 웨이퍼(10) 및 도 7에서 형성된 광도파로(20) 상에 오버클래딩층(40)을 증착한 모습을 보여준다. 오버클래딩층(40)은 광도파로(20)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다.8 shows a state in which the over cladding layer 40 is deposited on the wafer 10 and the optical waveguide 20 formed in FIG. The over-cladding layer 40 may include a material having a lower refractive index than the refractive index of the optical waveguide 20.

도 9는 오버클래딩층(40)의 일부를 제거한 모습을 보여준다. 이 때, 오버클래딩층(40)의 일부는 광도파로(20)를 도파하는 빛의 감쇠장이 외부에 드러나도록 제거될 수 있다. 즉, 오버클래딩층(40)은 광도파로(20)의 일부에 대하여 충분히 얇은 두께만을 남기고 제거되거나, 광도파로(20)의 표면이 드러나도록 완전히 제거될 수 있다. 이러한 오버클래딩층(40)의 제거는 광도파로를 진행하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역을 제공하기 위한 것이다.9 shows a state in which a part of the overcladding layer 40 is removed. At this time, a part of the overcladding layer 40 can be removed so that the attenuation field of the light guiding the optical waveguide 20 is exposed to the outside. That is, the overcladding layer 40 can be removed with only a sufficiently thin thickness for a part of the optical waveguide 20, or can be completely removed so that the surface of the optical waveguide 20 is exposed. This removal of the overcladding layer 40 is intended to provide a region that can interact with the attenuation field of light traveling through the optical waveguide.

도 10은 광도파로(20) 및 오버클래딩층(40) 상에 포화 흡수 물질(50)을 증착한 모습을 보여준다. 도시된 예에서, 포화 흡수 물질(50)은 광도파로(20) 상부에서 광도파로(20)를 진행하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있도록 배치된다. 포화 흡수 물질(50)은 물질에 입력되는 빛의 세기가 증가함에 따라 빛이 겪는 손실률이 감소하는 비선형 손실을 갖는 물질이다. 비선형 손실을 갖는 물질로는 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 등이 있다. 탄소 나노 구조물의 예로는 그래핀 또는 탄소 나노관 등이 있고, 위상학적 절연체의 예로는 Bi2Se3, Bi2Te3, Sb2Te3 등이 있다.10 shows a state in which a saturated absorption material 50 is deposited on the optical waveguide 20 and the overcladding layer 40. FIG. In the illustrated example, the saturable absorbent material 50 is disposed to be able to interact with the attenuation field of light traveling on the optical waveguide 20 above the optical waveguide 20. The saturable absorbing material 50 is a material having a non-linear loss in which the loss rate experienced by the light decreases as the intensity of light input to the material increases. Materials with non-linear losses include carbon nanostructures or topological insulators. Examples of carbon nanostructures include graphene and carbon nanotubes. Examples of topological insulators include Bi 2 Se 3 , Bi 2 Te 3 , and Sb 2 Te 3 .

도 11은 이상의 공정에 의해 포화 흡수체 어레이가 형성된 웨이퍼(10)를 상에 형성된 포화 흡수체 어레이를 절단하여 복수의 광도파로(20) 각각에 대응하는 복수의 포화 흡수체로 분리시킨 모습을 보여준다. 포화 흡수체 어레이의 절단은 다이싱 공정 등에 의해 수행될 수 있으며, 분리된 개별 포화 흡수체 각각은 예를 들어 도 3에 도시된 포화 흡수체일 수 있다.11 shows a state in which the wafer 10 on which the array of saturated absorbers has been formed by the above process is cut into a plurality of saturated absorbers corresponding to the plurality of optical waveguides 20 by cutting the array of saturated absorbers formed thereon. The cutting of the saturated absorber array may be performed by a dicing process or the like, and each of the separated individual saturated absorbers may be, for example, the saturated absorber shown in Fig.

빛의 감쇠장 상호작용을 이용하는 광도파로형 포화 흡수체는 도 11에 도시된 형태 이외에도 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 11 내지 도 14는 각각 상이한 위치에서 감쇠장 상호작용이 발생하는 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다. 광도파로(20) 및 포화 흡수 물질(50)은 직접 접촉될 수도 있고, 감쇠장 상호작용이 가능할 정도로 충분히 얇은 오버클래딩층(40)이 광도파로(20) 및 포화 흡수 물질(50) 사이에 배치될 수도 있다. 즉, 광도파로(20) 및 포화 흡수 물질(50)은 도시된 예와 상이한 위치에 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 도시된 예에 의해 제한되지 않는다.The light waveguide-type saturated absorber that utilizes the attenuation field interaction of light may have various forms other than those shown in Fig. For example, Figs. 11-14 show optical waveguide-type saturated absorbers in which damping field interactions occur at different locations, respectively. The optical waveguide 20 and the saturated absorbing material 50 may be in direct contact and the overcladding layer 40 thin enough to allow attenuation field interaction to be placed between the optical waveguide 20 and the saturated absorbing material 50 . That is, the optical waveguide 20 and the saturated absorbing material 50 can be implemented in different forms at different positions from the illustrated examples, and are not limited by the illustrated examples.

도 15는 일실시예에 따른 포화 흡수 물질 투과 방식을 이용하는 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 광도파로형 포화 흡수체는 기판(10), 기판(10)의 일부 상에 형성된 광도파로(20), 기판(10) 및 광도파로(20) 상에 형성된 오버클래딩층(40), 및 광도파로(20)를 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역에 배치된 포화 흡수 물질(50)을 포함한다.15 shows an optical waveguide-type saturated absorber using a saturated absorbing material transmission method according to one embodiment. 15, the optical waveguide type saturated absorber includes a substrate 10, an optical waveguide 20 formed on a part of the substrate 10, an overcladding layer 20 formed on the substrate 10 and the optical waveguide 20, (40), and a saturated absorbing material (50) disposed in a region through which light that guides the optical waveguide (20) can pass.

일실시예에서, 광도파로형 포화 흡수체는 광도파로(20)를 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역을 제공하기 위하여 광도파로(20)의 일부가 에칭 공정 등에 의해 제거된 공간을 가질 수 있다. 예를 들어, 광도파로(20)를 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역은 광도파로(20)의 일단과 타단 사이에 위치한 영역으로서 광도파로(20)의 일부가 제거된 공간일 수 있다. 이러한 공간에 포화 흡수 물질(50)을 배치함으로써 포화 흡수 기능을 구현할 수 있다.In one embodiment, the optical waveguide-type saturated absorber may have a space in which a part of the optical waveguide 20 is removed by an etching process or the like so as to provide an area through which light guiding the optical waveguide 20 can pass. For example, the region through which the light guiding the optical waveguide 20 can pass may be a space in which a part of the optical waveguide 20 is removed as an area located between one end and the other end of the optical waveguide 20. By arranging the saturated absorbent material 50 in such a space, the saturated absorption function can be realized.

도 16는 일실시예에 따른 포화 흡수 물질 투과 방식을 이용하는 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다. 도 16은 도 15의 광도파로형 포화 흡수체의 단면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 광도파로(20)의 일단과 타단은 서로 분리되어 있으며, 그 사이에는 포화 흡수 물질(50)이 배치된다. 이러한 구조는 예를 들어 광도파로(20)의 일부가 제거된 후 포화 흡수 물질(50)을 충진하는 방식으로 형성될 수 있다. 광도파로(20) 및 포화 흡수 물질(50)에 걸친 화살표는 광도파로(20)를 도파하는 빛의 예시적인 진행 방향을 나타낸다. 구체적으로, 광도파로(20)를 도파하는 빛이 포화 흡수 물질(50)을 투과하여 진행할 수 있다.16 illustrates an optical waveguide-type saturated absorber using a saturated absorbing material transmission method according to an embodiment. Fig. 16 shows a cross-sectional view of the optical waveguide type saturated absorber of Fig. 15; As shown in the figure, one end and the other end of the optical waveguide 20 are separated from each other, and a saturated absorption material 50 is disposed therebetween. Such a structure may be formed in such a manner as to fill the saturated absorbing material 50 after a part of the optical waveguide 20 is removed, for example. The arrows over the optical waveguide 20 and the saturable absorbing material 50 represent an exemplary traveling direction of the light that guides the optical waveguide 20. Specifically, the light guiding the optical waveguide 20 can travel through the saturated absorbing material 50.

도 17 내지 도 20은 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체 제조 과정을 도시한다. 이하에서는 도 17 내지 도 20을 참조하여 일실시예에 따른 광도파로형 포화 흡수체의 제조 과정을 설명한다. 도면 상에는 하나의 포화 흡수체를 제조하는 과정이 도시되더라도, 동일한 공정을 통해 웨이퍼 상에 다수의 포화 흡수체를 동시에 제조할 수 있다는 점에 주목할 필요가 있다.17 to 20 illustrate a process of manufacturing an optical waveguide type saturated absorber according to an embodiment. Hereinafter, a manufacturing process of the optical waveguide type saturated absorber according to one embodiment will be described with reference to FIGS. It should be noted that although the process of manufacturing one saturated absorber is shown in the drawings, a plurality of saturated absorbers can be manufactured simultaneously on the wafer through the same process.

도 17은 제공된 웨이퍼(10) 상에 패터닝된 마스크(60)가 형성된 모습을 보여준다. 일실시예에서, 패터닝된 마스크(60)는 웨이퍼(10)에 복수의 광도파로(20)를 형성하기 위하여 일정한 간격으로 이격되어 나란히 연장하는 패턴을 포함할 수 있다. FIG. 17 shows a patterned mask 60 formed on the provided wafer 10. In one embodiment, the patterned mask 60 may include a pattern that is spaced apart at regular intervals and extends side by side to form a plurality of optical waveguides 20 in the wafer 10. [

도 18은 이온 교환 공정을 수행하여 웨이퍼(10)에 광도파로(20)를 형성한 모습을 보여준다. 일실시예에서, 이온 교환 공정은 Na+ 이온 및 Ag+ 이온 간의 교환을 이용할 수 있다. 예를 들어, Na+ 이온을 포함하는 물질에 AgNO3 를 이용하여 이온 교환 공정을 수행할 수 있다. 이온 교환 공정은 Na+ 이온 및 Ag+ 이온 외에도 다양한 물질을 통해 수행될 수 있으며, 나열된 예에 의해 제한되지 않는다.18 shows a state in which the optical waveguide 20 is formed on the wafer 10 by performing an ion exchange process. In one embodiment, the ion exchange process may utilize exchange between Na + ions and Ag + ions. For example, a material containing Na + ions may be subjected to an ion exchange process using AgNO 3 . The ion exchange process can be performed through various materials besides Na + and Ag + ions, and is not limited by the listed examples.

도 19는 광도파로(20)의 형성이 완료된 후 패터닝된 마스크(60)가 제거된 모습을 보여준다.19 shows a state in which the patterned mask 60 is removed after formation of the optical waveguide 20 is completed.

도 20은 웨이퍼(10) 및 광도파로(20) 상에 포화 흡수 물질(50)을 증착한 모습을 보여준다. 도시된 예에서, 포화 흡수 물질(50)은 광도파로(20) 상부에서 광도파로(20)를 진행하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있도록 배치된다. 20 shows a state in which a saturated absorbing material 50 is deposited on the wafer 10 and the optical waveguide 20. In the illustrated example, the saturable absorbent material 50 is disposed to be able to interact with the attenuation field of light traveling on the optical waveguide 20 above the optical waveguide 20.

빛의 감쇠장 상호작용을 이용하는 광도파로형 포화 흡수체는 도 20에 도시된 형태 이외에도 다양한 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 20 및 도 21은 각각 상이한 위치에서 감쇠장 상호작용이 발생하는 광도파로형 포화 흡수체를 도시한다. 광도파로(20)는 기판 외부로 표면이 드러나도록 배치될 수도 있고, 기판 상의 포화 흡수 물질(50)과 감쇠장 상호작용이 가능할 정도로 충분히 얕은 깊이에 매립되어 배치될 수도 있다. 즉, 광도파로(20) 및 포화 흡수 물질(50)은 도시된 예와 상이한 위치에 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 도시된 예에 의해 제한되지 않는다.The light waveguide-type saturated absorber that utilizes the attenuation field interaction of light may have various forms in addition to the form shown in Fig. For example, FIGS. 20 and 21 illustrate a light waveguide-type saturated absorber in which attenuation field interactions occur at different positions, respectively. The optical waveguide 20 may be disposed so as to be exposed to the outside of the substrate and may be disposed so as to be embedded at a sufficiently shallow depth to allow attenuation field interaction with the saturated absorption material 50 on the substrate. That is, the optical waveguide 20 and the saturated absorbing material 50 can be implemented in different forms at different positions from the illustrated examples, and are not limited by the illustrated examples.

이러한 방식으로 제조된 감쇠장 상호 작용 기반 광도파로형 포화 흡수체는 평판형 광도파로(planar lightwave circuit) 기반 수동 광분배기에서 사용되고 있는 광섬유 배열 블록(fiber array block)과 본딩(bonding)하여 광섬유 커플링 된 포화 흡수체로 광섬유 펄스 레이저에 적용될 수 있으며 광도파로형 펄스 레이저에도 적용될 수 있다. The attenuation field interaction based optical waveguide type saturable absorber fabricated in this manner is bonded to a fiber array block used in a planar lightwave circuit based passive optical splitter, It can be applied to optical fiber pulsed laser as a saturated absorber and can also be applied to optical waveguide type pulse laser.

광섬유 펄스 레이저는 광섬유를 기반으로 하는 펄스 레이저로서, 레이저를 구성하는 매질이 광섬유이며, 광섬유 컴포넌트들 즉, 아이솔레이터나, 90:10 출력 커플러, 광섬유 배열 블록과 본딩된 본 발명의 포화 흡수체, 그리고 980/1550 WDM 커플러들을 융착접속(splicing)하여 제작한다. The optical fiber pulsed laser is a pulsed laser based on an optical fiber in which the medium constituting the laser is an optical fiber and includes optical fiber components such as an isolator, a 90:10 output coupler, a saturated absorber of the present invention bonded with a fiber array block, / 1550 WDM couplers are spliced.

그리고 광도파로형 펄스 레이저는 광섬유 기반 펄스 레이저와 달리 레이저를 구성하는 매질이 광섬유가 아닌 광도파로로 이루어지며, 광도파로의 재료로는 실리카 또는 실리콘이 사용된다. 앞에서 설명한 광섬유 기반 펄스 레이저는 개별 광섬유 컴포넌트들을 융착접속하여 제작이 가능하지만, 광도파로 기반 펄스 레이저는 펄스 레이저를 구성하는 여러 컴포넌트들이 초기에 포토 마스크 즉 코어 패턴을 새기는 포토리소그래피 공정에 사용될 때 새겨진 체로 한 번에 제작한다. In contrast to optical fiber-based pulsed lasers, optical waveguide type pulsed lasers are made of optical waveguides rather than optical fibers, and silica or silicon is used as the material of optical waveguides. The optical fiber-based pulse laser described above can be fabricated by fusing and connecting individual optical fiber components. However, optical waveguide-based pulse lasers are used when a plurality of components constituting a pulsed laser are initially used in a photomasking process, Produced at one time.

광섬유 기반 및 광도파로 기반의 펄스 레이저는 펄스폭에 의하여 피코초, 펨토초 등으로 나뉘어지며, 예를 들어 펨토초란 피코초(picosecond) 미만의 초단 펄스폭, 높은 첨두 출력(peak power) 등의 특성을 가지고 있으며, 마이크로미터 크기 구조물의 초정밀 미세 가공, 유리 접합(glass welding), 레이저 각인(direct laser writing), 나노 입자 생성, 비선형 광학 현상을 이용한 바이오 이미징, 의료 시술용 등 다양한 과학 및 산업 기술 분야에 사용된다. 그리고 펨토초 레이저에서 출력되는 매우 낮은 타이밍 지터의 광펄스형(optical pulse train)은 RF/마이크로파로 변환하여 초정밀 클럭을 요하는 계측장치, 차세대 ICT 시스템이나 국방 관련 고성능 레이더 시스템에도 활용된다. 또한 펨토초 레이저는 세계적으로 매우 큰 시장 규모를 가지고 있으며 현재에도 학계에서는 펨토초 레이저를 활용한 여러 연구들을 진행 중에 있어 펨토초 레이저의 활용 분야는 계속해서 확대되고 있다.Pulse laser based on optical fiber based and optical waveguide is divided into picosecond and femtosecond by pulse width. For example, femtosecond is characterized by a short pulse width less than picosecond and high peak power. It is used in a variety of scientific and industrial technological fields such as micrometer-scale structures for ultra-precision microfabrication, glass welding, direct laser writing, nanoparticle generation, bioimaging using nonlinear optical phenomena, Is used. In addition, the optical pulse train of very low timing jitter from the femtosecond laser can be converted to RF / microwave to be used for measuring devices requiring ultra-precise clock, next-generation ICT systems, and defense-related high-performance radar systems. In addition, femtosecond lasers have a very large market size in the world, and in the academic world, there are many studies using femtosecond lasers, and applications of femtosecond lasers are continuously expanding.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. Although the embodiments have been described with reference to the drawings, various technical modifications and variations may be applied to those skilled in the art. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (20)

웨이퍼 상에 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이를 형성하는 단계;
상기 복수의 광도파로 각각의 수직 경계면 - 상기 수직 경계면은 상기 웨이퍼가 연장하는 평면에 대하여 수직 방향으로 형성됨 - 의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 형성하는 단계;
상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역으로서 상기 수직 경계면에 인접한 영역에 포화 흡수 물질을 배치하는 단계; 및
상기 웨이퍼를 절단하여 상기 복수의 광도파로 각각에 대응하는 복수의 광도파로형 포화 흡수체로 분리하는 단계
를 포함하는, 포화 흡수체 제조 방법.Forming an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides disposed on a wafer at regular intervals;
Forming an overcladding layer surrounding at least a portion of a vertical interface of each of the plurality of optical waveguides, wherein the vertical interface is formed in a direction perpendicular to a plane in which the wafer extends;
Disposing a saturated absorbing material in a region adjacent to the vertical interface as an area capable of interacting with an attenuation field of light that guides at least a portion of each of the plurality of optical waveguides; And
Separating the wafer into a plurality of optical waveguide-type saturated absorbers corresponding to each of the plurality of optical waveguides;
≪ / RTI > 제1항에 있어서,
상기 오버클래딩층의 일부를 제거하여 상기 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는,
포화 흡수체 제조 방법.The method according to claim 1,
Further comprising removing a portion of the overcladding layer to form an area that can interact with the attenuation field of light.
≪ / RTI > 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 광도파로 어레이를 형성하는 단계는,
상기 웨이퍼 상에 코어층을 형성하는 단계; 및
상기 코어층의 적어도 일부를 제거하여 상기 복수의 광도파로를 형성하는 단계
를 포함하는, 포화 흡수체 제조 방법.The method according to claim 1,
The step of forming the optical waveguide array includes:
Forming a core layer on the wafer; And
Removing at least a portion of the core layer to form the plurality of optical waveguides
≪ / RTI > 제4항에 있어서,
상기 코어층은 상기 웨이퍼보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함하는,
포화 흡수체 제조 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the core layer comprises a material having a higher refractive index than the wafer.
≪ / RTI > 제1항에 있어서,
상기 광도파로 어레이를 형성하는 단계는,
상기 웨이퍼 상에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계; 및
이온 교환 공정을 통해 상기 복수의 광도파로를 형성하는 단계
를 포함하는, 포화 흡수체 제조 방법.The method according to claim 1,
The step of forming the optical waveguide array includes:
Forming a patterned mask on the wafer; And
Forming the plurality of optical waveguides through an ion exchange process
≪ / RTI > 제1항에 있어서,
상기 복수의 광도파로 각각은 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장하는,
포화 흡수체 제조 방법.The method according to claim 1,
Each of the plurality of optical waveguides extending in a rectangular cross section,
≪ / RTI > 제1항에 있어서,
상기 포화 흡수 물질은 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함하는, 포화 흡수체 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the saturated absorbing material comprises at least one of a carbon nanostructure or a topological insulator. 웨이퍼;
상기 웨이퍼의 일면 상에 형성된 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이;
상기 복수의 광도파로 각각의 수직 경계면 - 상기 수직 경계면은 상기 웨이퍼가 연장하는 평면에 대하여 수직 방향으로 형성됨 - 의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층; 및
상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 도파하는 빛의 감쇠장과 상호작용할 수 있는 영역으로서 상기 수직 경계면에 인접한 영역에 배치된 포화 흡수 물질
을 포함하는 포화 흡수체 어레이.wafer;
An optical waveguide array including a plurality of optical waveguides formed on one surface of the wafer and spaced apart from each other at a predetermined interval;
An overcladding layer surrounding at least a portion of a vertical interface of each of the plurality of optical waveguides, the vertical interface being formed in a direction perpendicular to a plane in which the wafer extends; And
A region that is capable of interacting with an attenuation field of light that guides at least a portion of each of the plurality of optical waveguides,
≪ / RTI > 웨이퍼 상에 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이를 형성하는 단계;
상기 복수의 광도파로 각각을 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역으로서 상기 복수의 광도파로 각각의 수직 경계면 - 상기 수직 경계면은 상기 웨이퍼가 연장하는 평면에 대하여 수직 방향으로 형성됨 - 의 적어도 일부에 인접한 영역에 포화 흡수 물질을 배치하는 단계; 및
상기 웨이퍼를 절단하여 상기 복수의 광도파로 각각에 대응하는 복수의 광도파로형 포화 흡수체로 분리하는 단계
를 포함하는, 포화 흡수체 제조 방법.Forming an optical waveguide array including a plurality of optical waveguides disposed on a wafer at regular intervals;
A region adjacent to at least a part of a vertical boundary surface of each of the plurality of optical waveguides, the vertical boundary surface being formed in a direction perpendicular to a plane in which the wafer extends, as an area through which light guiding each of the plurality of optical waveguides can pass, Disposing a saturated absorbent material on the absorbent core; And
Separating the wafer into a plurality of optical waveguide-type saturated absorbers corresponding to each of the plurality of optical waveguides;
≪ / RTI > 제10항에 있어서,
상기 복수의 광도파로 각각의 적어도 일부를 제거하여 상기 복수의 광도파로 각각을 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역을 형성하는 단계를 더 포함하는,
포화 흡수체 제조 방법.11. The method of claim 10,
Further comprising the step of removing at least a part of each of the plurality of optical waveguides to form an area through which light that guides each of the plurality of optical waveguides can be transmitted,
≪ / RTI > 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 광도파로 어레이를 형성하는 단계는,
상기 웨이퍼 상에 코어층을 형성하는 단계; 및
상기 코어층의 적어도 일부를 제거하여 상기 복수의 광도파로를 형성하는 단계
를 포함하는, 포화 흡수체 제조 방법.11. The method of claim 10,
The step of forming the optical waveguide array includes:
Forming a core layer on the wafer; And
Removing at least a portion of the core layer to form the plurality of optical waveguides
≪ / RTI > 제13항에 있어서,
상기 코어층은 상기 웨이퍼보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함하는,
포화 흡수체 제조 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the core layer comprises a material having a higher refractive index than the wafer.
≪ / RTI > 제10항에 있어서,
상기 광도파로 어레이를 형성하는 단계는,
상기 웨이퍼 상에 패터닝된 마스크를 형성하는 단계; 및
이온 교환 공정을 통해 상기 복수의 광도파로를 형성하는 단계
를 포함하는, 포화 흡수체 제조 방법.11. The method of claim 10,
The step of forming the optical waveguide array includes:
Forming a patterned mask on the wafer; And
Forming the plurality of optical waveguides through an ion exchange process
≪ / RTI > 제10항에 있어서,
상기 복수의 광도파로 각각은 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장하는,
포화 흡수체 제조 방법.11. The method of claim 10,
Each of the plurality of optical waveguides extending in a rectangular cross section,
≪ / RTI > 제10항에 있어서,
상기 포화 흡수 물질은 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함하는, 포화 흡수체 제조 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the saturated absorbing material comprises at least one of a carbon nanostructure or a topological insulator. 웨이퍼;
상기 웨이퍼의 일면 상에 형성된 서로 일정한 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 광도파로를 포함하는 광도파로 어레이; 및
상기 복수의 광도파로 각각을 도파하는 빛이 투과할 수 있는 영역으로서 상기 복수의 광도파로 각각의 수직 경계면 - 상기 수직 경계면은 상기 웨이퍼가 연장하는 평면에 대하여 수직 방향으로 형성됨 - 의 적어도 일부에 인접한 영역에 배치된 포화 흡수 물질
을 포함하는 포화 흡수체 어레이.wafer;
An optical waveguide array including a plurality of optical waveguides formed on one surface of the wafer and spaced apart from each other at a predetermined interval; And
A region adjacent to at least a part of a vertical boundary surface of each of the plurality of optical waveguides, the vertical boundary surface being formed in a direction perpendicular to a plane in which the wafer extends, as an area through which light guiding each of the plurality of optical waveguides can pass, The saturated absorbing material
≪ / RTI > 제1항 또는 제10항에 기재된 포화 흡수체 제조 방법을 이용하여 제조된 포화 흡수체를 포함하는, 광섬유 기반의 펄스 레이저 장치.An optical fiber based pulse laser device comprising a saturated absorber produced using the method of manufacturing a saturated absorber according to any one of claims 1 to 10. 제1항 또는 제10항에 기재된 포화 흡수체 제조 방법을 이용하여 제조된 포화 흡수체를 포함하는, 광도파로 기반의 펄스 레이저 장치.
An optical waveguide-based pulse laser device comprising a saturated absorber produced using the method of manufacturing a saturated absorber according to any one of claims 1 to 10.
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