KR100198935B1 - 비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야

평면 광 집적회로에 필요한 파장 필터에 이용되는 비대칭 방향성 커플러

2.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 두 개의 도파로를 갖고 있어, 좁은 선폭의 파장 필터가 가능한 비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법을 제공하고자 함.

3.발명의 해결 방법의 요지

감광 공정을 사용하여 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 완만한 제1도파로와, 식각 공정을 사용하여 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 제2도파로를 갖는 비대칭 방향성 커플러를 한 기판에 만든다.

4. 발명의 중요한 용도

파장 필터의 비대칭 방향성 커플러

Description

비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법

본 발명은 평면 광 집적회로에 필요한 파장 필터에 이용되는 비대칭 방향성 커플러에 관한 것으로, 특히, 감광 공정과 식각 공정을 사용함으로써 좁은 선폭의 파장 필터가 가능한 비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 비대칭 방향성 커플러는 도 1에 도시된 바와같이 한 기판(11)에 코아의 크기 또는 코아의 실제 굴절율이 다른 두 개의 도파로A,B로 이루어져 있다. 이때 두 도파로 코아의 실제 굴절율 크기는 N2N1N3이고, 코아의 크기는 W2W1 이다. 그래서 각 도파로A,B는 입력되는 광의 파장에 따라 다른 유효 굴절율을 가져 일반적으로 도 2 와 같은 형태의 파장 대 유효 굴절율 곡선을 갖는데 이 곡선은 물질과 도파로 구조에 따라 결정된다. 그런데 대부분 한정된 파장 범위내(예를 들어 광통신에서 사용되는 1300nm나 1550nm 근처)에서는 물질에 의해 유효 굴절율이 크게 바뀌지 않는다. 그래서 일반적으로 파장 대 유효 굴절율 곡선은 도파로 구조에 의해 결정된다.

한편, 두 도파로의 거리가 충분히 가까워지면 한쪽 도파로로 들어간 빛이 다른 도파로로 옮겨가는 커플링 현상이 일어날 수 있는데, 100% 커플링이 일어나려면 두 도파로의 유효 굴절율이 같아야 한다는 위상 정합 조건을 만족하여야 한다. 만일 위상 정합 조건을 만족하지 못하면 두 도파로의 거리가 아무리 가까워도 100% 커플링은 일어나지 않는다. 그래서 도 2와 같은 형태의 파장 대 유효 굴절율 곡선을 갖고 100% 커플링이 일어나는 길이를 갖는 비대칭 방향성 커플러의 한쪽 도파로에 λ1에서 λ2가지의 빛을 입력하면, 다른 쪽 도파로에서 커플링된 빛이 파장에 따라 투과량이 달라져 도 3과 같은 파장 투과 곡선을 얻는다. 이때 중심파장은 두 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선이 만나는 곳이 되고, 선폭은 두 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 클수록 좁아진다. 따라서 좁은 선폭의 파장 필터의 비대칭 방향성 커플러를 만들기 위해서는 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 두 도파로를 갖는 구조의 비대칭 방향성 커플러가 필요하다.

파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기는 도파로의 코아의 크기가 클수록 완만해 지고, 코아와 기판의 굴절율 차가 심할수록 급격해진다. 그래서 종래에는 도 1과 같이 코아의 크기가 크고 코아와 기판의 굴절율 차가 작은 도파로A와, 코아의 크기가 작고 코아와 기판의 굴절율 차가 큰 도파로B로 이루어진 비대칭 방향성 커플러를 만들었다.

그러나 종래의 비대칭 방향성 커플러 구조는 두 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기를 크게 할 수 없어 좁은 선폭의 파장 필터를 만들기가 어려웠다.

즉, 종래에는 두 도파로를 제작함에 있어, 단순히 도파로의 코아 굴절율 또는 코아 크기를 바꾸는 한정된 범위의 변화만을 가지기 때문에 좁은 선폭의 파장 필터가 어려웠다.

본 발명은 감광 공정과 식각 공정을 사용하여, 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 두 개의 도파로를 갖고 있어, 좁은 선폭의 파장 필터가 가능한 비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래의 비대칭 방향성 커플러 구조도,

도 2는 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선,

도 3은 비대칭 방향성 커플러의 파장 투과 곡선,

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,100,1000: 기판

20A,20B,200A,200B,2000A,2000B: 코아

본 발명의 비대칭 방향성 커플러는, 기판; 상기 기판에 매립되되 그 표면이 공기중에 노출된 제1코아로 이루어진 제1도파로; 및 상기 기판 상에 형성되어 그 측벽과 표면이 공기중에 노출된 제2코아로 이루어져 상기 제1도파로 보다 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 제2도파로를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 제1도파로를 둘러싼 상기 기판 부위는 빛이 입사되어 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 상기 제2 도파로 보다 완만한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 비대칭 방향성 커플러 제조 방법은 기판상에 매립되되 그 표면이 노출되는 제1코아 및 제2코아를 형성하는 단계; 및 상기 제2코아의 측벽이 그 표면과 연장되어 노출되도록 상기 기판의 소정 부위를 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.

그리고, 상기 제1코아 주위의 상기 기판에 감광 공정에 의해 빛을 입사하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

통상적으로, 감광 공정이란 기판 또는 코아층의 일부분에 빛을 입사하여 굴절율을 바꾸는 것을 뜻하고, 식각 공정이란 기판의 일부분을 깍아내는 것을 뜻한다.

그래서 감광 공정을 사용하면 기판과 코아의 굴절율 차가 매우 작은 도파로를 만들 수 있다. 그리고 식각 공정을 사용하면 코아 바깥 부분이 공기에 노출되는, 즉 기판이 공기에 노출되어 기판과 코아의 굴절율 차가 매우 큰 도파로를 만들 수 있다. 그러므로 두 도파로의 코아 크기와 실제 굴절율을 적절히 조정하면 종래의 비대칭 방향성 커플러보다 좁은 선폭의 파장 필터가 가능한 비대칭 방향성 커플러를 제작 할 수 있다.

즉, 좁은 선폭의 파장 필터를 만들기 위해서는 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 두 개의 도파로를 갖는 비대칭 방향성 커플러를 만들어야 하는데, 본 발명에서는 감광 공정을 사용하여 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 완만한 도파로A와, 식각 공정을 사용하여 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 도파로B를 갖는 비대칭 방향성 커플러를 한 기판에 만드는 것이다. 그러면 두 도파로의 파장대 유효 굴절율 곡선이 만나는 곳이 중심 파장이 되는 좁은 선폭의 파장 필터를 만들 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예로서, 기판이 일부 식각되어 도파로B의 코아층은 그 측벽의 일측 또는 타측이 공기중에 노출되어 있어, 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 도파로를 형성하고, 도면 상에는 나타내지 않았지만 도파로A의 코아층 또는 일측면 기판은 감광 공정에 의해 빛을 입사받아 있어 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 완만한 도파로를 형성하게 된다.

여기서 코아의 실제 굴절율은 N2(도파로B)N1(도파로A)N3(기판)의 대소관계를 갖고, 코어의 크기는 W2(도파로B)W1(도파로A)의 대소 관계를 갖으며, 파장 투과 곡선은 도 3과 같은 형태를 갖고 있어 종래와 동일하나, 두 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 종래의 비대칭 방향성 커플러보다 커져 필터링되는 파장의 선폭이 좁아진다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

한 기판에 감광 공정과 식각 공정을 사용하여 종래의 비대칭 방향성 커플러보다 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 구조의 비대칭 커플러가 가능하므로 좁은 선폭의 파장 필터를 제작할 수 있다.

Claims (10)

1. 기판;

   상기 기판에 매립되되 그 표면이 공기중에 노출된 제1코아로 이루어진 제1도파로; 및

   상기 기판 상에 형성되어 그 측벽과 표면이 공기중에 노출된 제2코아로 이루어져 상기 제1도파로 보다 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 제2도파로를 포함하여 이루어진 비대칭 방향성 커플러.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1도파로를 둘러싼 상기 기판 부위는 빛이 입사되어 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 상기 제2 도파로 보다 완만한 것을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1코어는 그 표면과 연장되어 그 일측벽이 공기중에 더 노출된 것을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제2코어는 그 표면과 연장되어 그 양측벽이 공기중에 노출된 것을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1코아, 상기 제2코아 및 상기 기판 간의 굴절율 대소관계는 제2코아제1코아기판 임을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1코어와 상기 제2코아 간의 패턴선폭 크기 대소관계는 제2코아제1코아 임을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.
7. 기판상에 매립되되 그 표면이 노출되는 제1코아 및 제2코아를 형성하는 단계; 및

   상기 제2코아의 측벽이 그 표면과 연장되어 노출되도록 상기 기판의 소정 부위를 식각하는 단계를 포함하여 이루어진 비대칭 방향성 커플러 제조 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제1코아 주위의 상기 기판에 감광 공정에 의해 빛을 입사하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러 제조 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,

   상기 제1코아, 상기 제2코아 및 상기 기판 간의 굴절율 대소관계는 제2코아제1코아기판 임을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제1코어와 상기 제2코아 간의 패턴선폭 크기 대소관계는 제2코아제1코아 임을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러 제조 방법.