KR100258968B1 - 진폭마스크 및 이를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치 - Google Patents

진폭마스크 및 이를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 장주기 격자 필터 제조장치에 사용되는 진폭 마스크는 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역으로 구성되는 금속 기판과, 상기 금속 기판의 비통과영역 상에 형성되어 상기 통과영역의 주기를 변경시킬 수 있는 압전 소자를 포함하여 구성된다. 상기 통과영역은 상기 금속 기판의 중앙부에 형성되어 있고, 상기 압전 소자는 상기 통과영역의 상하부에 형성되어 있다. 상기 압전소자는 상기 비통과영역 상에 복수개 형성되어 있어 상기 통과영역의 주기를 다양하게 변경시킬 수 있다.

Description

진폭 마스크 및 이를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치
본 발명은 광 수동소자에 관한 것으로, 특히 짙폭 마스크 및 이를 이용한 장 주기 격자 필터(long period grating filter) 제조 장치에 관한 것이다.
최근에, 광통신 발달과 더불어 광 수동 소자로써 장 주기 격자 필터(long period grating filter)가 큰 관심을 끌고 있다. 상기 장주기 격자 필터는 광섬유의 코아로 진행하는 코아 모드(core mode)를 클래딩 모드(cladding mode)로 커플링시키는 소자로 자외선에 민감(sensitive)한 광섬유의 코아에 주기적으로 굴절율 변화를 주어 제작한다. 즉 광에 노출된 부분은 굴절율이 증가하고 그렇지 않는 부분은 변화가 없어 주기적인 굴절율 변화가 발생한다. 그리고, 상기 코아 모드를 클래딩 모드(cladding mode)로 커플링시키기 위하여는 다음의 수학식 1을 만족하여야 한다.
Figure 1019970034112_B1_M0001
상기 수학식 1에서, 상기 βco는 코아 모드의 전달 상수(propagation constant)이고, βcl n 는 n차 클래딩 모드의 전달 상수(propagation constant)이고, Λ는 격자 주기(grating period)이다.
그런데, 상기 수학식 1에서 β= 2πn/λ(여기서, n은 굴절율)을 대입하면 상기 수학식 1은 nco- ncl= λ/Λ가 된다. 따라서, 어떤 파장을 클래딩 모드로 변경시키기 위하여는 주기(Λ)와 굴절율차(nco- ncl)을 정하면 된다. 상기 굴절율차는 자외선에 민감한 광섬유에 자외선 레이저를 적절히 감광시켜 얻을 수 있다.
여기서, 자외선 레이저를 조사하여 장 주기 격자 필터를 제조하는 장주기 격자 필터 제조장치를 설명한다.
도 1은 종래의 장 주기 격자 필터 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 종래의 장주기 격자 필터 제조장치는 자외선 레이저를 조사할 수 있는 고출력의 엑시머(excimer) 레이저 광원(1)과, 상기 액시머 레이저 광원(1)에서 방출된 레이저 광의 경로(2)를 변경하는 미러(3)와, 상기 미러(3)에 의하여 광이 변경된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈(5)와, 상기 렌즈를 통과한 레이저 광을 선택적으로 통과시키는 실리카 마스크(7)와, 상기 실리카 마스크(7)를 통과한 레이저 광이 조사되어 코아에 장주기 격자가 형성되는 광섬유(9)로 구성된다.
도 1에 도시한 장 주기 격자 제조장치를 이용하여 장 주기 격자 필터를 제작하는 과정은 레이저 광을 렌즈(5)를 통과하여 실리카 마스크(5)와 접촉되어 있는 광섬유(9)에 조사되도록 한다. 이때, 광섬유(9)에는 레이저광이 조사되어 굴절율이 다른 장 주기 격자가 형성되는데, 광섬유(9)에 광소스(11)를 이용하여 광을 통과시켜 검출기(13)로 광을 검출하여 원하는 장 주기 격자 필터를 얻을 수 있다.
그런데, 상기 장 주기 격자 필터 제조장치에 있어서, 상기 실리카 마스크(7)는 실리카 기판 상에 크롬을 도포한 후 패터닝하여 얻어진 크롬 패턴으로 구성되어 있다. 따라서, 상기 크롬 패턴으로 인하여 레이저 광이 선택적으로 통과된다. 그러나, 상기 크롬 패턴은 손상 한계(damage threshold)가 100mJ/cm2로 낮아 고출력의 엑서머 레이저 광을 효율적으로 이용할 수 없는 단점이 있다. 더욱이, 상기 실리카 마스크는 실리카 기판 상에 크롬 패턴을 형성하여 제조하기 때문에 하나의 주기밖에 가지지 못하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 실리카 마스크의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 마스크를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 새로운 마스크를 이용한 장 주기 격자 필터 제조 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 장 주기 격자 필터 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 장 주기 격자 필터 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 장 주기 격자 필터 제조 장치에 의하여 제조된 장 주기 격자 필터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4은 도 2의 장 주기 격자 필터 제조 장치에 적용할 수 있는 진폭 마스크의 일예를 확대하여 도시한 평면도이다.
도 5는 도 2의 장 주기 격자 필터의 투과 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 6은 도 2의 장 주기 격자 필터 제조 장치에 적용할 수 있는 진폭 마스크의 다른 예를 확대하여 도시한 평면도이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 장주기 격자 필터 제조장치에 사용되는 진폭 마스크는 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역으로 구성되는 금속 기판과, 상기 금속 기판의 비통과영역 상에 형성되어 상기 통과영역의 주기를 변경시킬 수 있는 압전 소자를 포함하여 구성된다. 상기 통과영역은 상기 금속 기판의 중앙부에 형성되어 있고, 상기 압전 소자는 상기 통과영역의 상하부에 형성되어 있다. 상기 압전소자는 상기 비통과영역 상에 복수개 형성되어 있어 상기 통과영역의 주기를 다양하게 변경시킬 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 레이저 광원, 상기 레이저 광원에서 방출된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈와, 상기 렌즈를 통과한 레이저 광을 장주기 격자가 형성되는 광섬유에 선택적으로 조사하는 진폭 마스크를 구비한 장주기 격자 필터 제조장치에 있어서, 상기 진폭 마스크는 금속 기판 상에 상기 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역으로 구성되며, 상기 비통과영역 상에 압전소자가 형성되어 상기 통과영역의 주기를 변경시킬 수 있다. 상기 통과영역은 상기 금속 기판의 중앙부에 형성되어 있고, 상기 압전 소자는 상기 통과영역의 상하부에 형성되어 있다. 상기 압전소자는 상기 비통과영역 상에 복수개 형성되어 있어 상기 통과영역의 주기를 다양하게 변경시킬 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 장 주기 격자 필터 제조 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 장 주기 격자 필터 제조 장치에 의하여 제조된 장 주기 격자 필터를 개략적으로 도시한 도면이다.
구체적으로, 본 발명의 장주기 격자 필터 제조장치는 엑시머(excimer) 레이저 광원(21)과, 상기 액시머 레이저 광원(21)에서 방출된 레이저 광의 경로(22)를 변경하는 미러(23)와, 상기 미러(23)에 의하여 광이 변경된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈(25)와, 상기 렌즈(25)를 통과한 레이저 광을 선택적으로 통과시키는 진폭 마스크(27)와, 상기 진폭 마스크(27)를 통과한 레이저 광이 조사되어 코아에 장주기 격자가 형성되는 광섬유(29)로 구성된다. 상기 엑서머 레이저(21)는 자외선 영역의 광을 방출하며, 상기 광섬유(29)는 상기 자외선 영역의 광에 민감한 광섬유이다.
도 2에 도시한 도 2에 도시한 장 주기 격자 필터 제조장치를 이용하여 장 주기 격자 필터를 제작하는 과정은 레이저 광을 렌즈(25)를 통과하여 금속 마스크(27)와 접촉되어 있는 광섬유(29)에 조사되도록 한다. 이때, 광섬유(29)에는 레이저 광이 조사되어 도 3에 도시한 바와 같이 굴절율이 다르고 임의의 주기를 갖는 장 주기 격자가 코아층(29a)에 형성된다. 도 3에서, 참조번호 29b는 클래드층을 나타내며, 참조번호 30a는 레이저 광이 조사된 영역을 나타내며, 참조번호 30b는 레이저 광이 조사되지 않은 영역을 나탄낸다.
한편, 상기 장 주기 격자의 주기를 Λ라 하고 λ1이 nco- ncl= λ1/Λ 조건을 만족한다고 할 때 λ1, λ2, λ3.....의 입력에 따라서 λ1', λ2, λ3.....의 출력이 나타난다 (여기서, λ1에서 λ1'으로 변경은 출력이 달라짐을 의미한다). 그러므로, 상기 광섬유(29)에 광소스(31)를 이용하여 광을 통과시켜 검출기(33)로 광을 검출하여 원하는 장 주기 격자 필터를 얻을 수 있다.
도 4은 도 2의 장 주기 격자 필터 제조 장치에 적용할 수 있는 진폭 마스크의 일예를 확대하여 도시한 평면도이다.
구체적으로, 상기 진폭 마스크(27)는 금속 기판, 예컨대 스테인레스 기판으로 구성되며 상기 금속 기판은 수백 ㎛, 예컨대 200 ∼500㎛의 주기(Λ)로 광을 통과시킬 수 있는 통과영역(27a)과 그 외의 비통과영역(27b)으로 구성된다. 상기 통과영역(27a)은 이산화탄소 레이저를 이용하여 가공하였다. 또한, 상기 통과영역(27a)의 상하부의 비통과영역(27b) 상에 압전 소자(35)를 구비한다. 상기 압전 소자(35)는 양측에 전압을 인가할 수 있어 상기 진폭 마스크의 주기를 조절할 수 있다.
여기서, 상기 압전 소자에 전압을 걸었을때와 그렇치 않을 경우의 주기 변경에 따른 투과 스펙트럼을 설명한다.
도 5는 도 2의 장 주기 격자 필터의 투과 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
먼저, 압전 소자에 전압을 걸어주지 않았을 때 주기를 Λ라 하면 커플링되는 파장은 위에서 설명한 바와 같이 조건, 즉 nco- ncl= λ/Λ을 만족해야 한다. 다시 말하면, ncl은 n1 cl, n2 cl, n3 cl...... 값을 가지므로 커플링되는 파장은 λ1, λ23...,값을 가지게 되어 투과 스펙트럼은 참조부호 "a"와 같이 나타난다.
다음에, 압전 소자에 전압을 걸어주어 주기를 ΔΛ만큼 바꿔주면 커플링되는 파장은 상술한 바와 같은 조건, 즉 nco- ncl= λ'/(Λ + ΔΛ)을 만족한다. 다시 말하면, 파장 λ'은 λ에 비해 Δλ(nco- ncl)값 만큼 이동되어 투과 스펙트럼은 참조부호 "b"와 같이 나타난다. 이와 같이 본 발명의 장 주기 격자 필터 제조 장치에 사용되는 진폭 마스크는 커필링 시키고자 하는 파장을 임의로 선택할 수 있다.
도 6은 도 2의 장 주기 격자 필터 제조 장치에 적용할 수 있는 진폭 마스크의 다른 예를 확대하여 도시한 평면도이다. 도 6에 있어서, 상기 도 4와 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다.
구체적으로, 도 6에 도시한 진폭 마스크(27)는 도 4와 동일한데, 다만 상기 통과영역(27a)의 상하부의 비통과영역(27b) 상에 형성되는 압전 소자(25)를 복수개(n개) 구비한다. 이렇게 압전 소자를 복수개 구비하고 이를 연결하면 다양한 주기를 갖는 진폭 마스크를 얻을 수 있다. 다시 말하면, n개의 압전 소자(35)를 연결하여 각각의 압전 소자에 전압을 걸어줌으로써 하나의 마스크로 다른 주기를 갖는 진폭 마스크를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 진폭 마스크는 EDFA(Erbium-doped Fiber Amplifier)의 ASE(Amplified spontaneous Emission) 스펙트럼은 파장에 대해 변동(fluctuation)을 보여 다중채널통신에의 응용에 있어서 단점을 보이는 데, 이에 이용될 수 있다. 다시 말하면, 본 발명의 진폭 마스크의 하나의 압전소자에 V1의 전압을 걸고, 다른 하나의 압전소자에 V2의 전압을 걸어줌으로써 Λ1, Λ2의 주기를 갖게 해서 하나의 진폭 마스크를 이용하여 두 파장의 커플링을 가능하게 할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 장 주기 격자 필터 제조장치는 하나의 주기만을 갖는 실리카 마스크 대신에 금속 기판 상에 압전소자가 장착된 진폭 마스크를 채용하였다. 이에 따라, 본 발명의 장 주기 격자 필터 제조 장치는 진폭 마스크의 주기를 임의로 조절할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 장 주기 격자 필터 제조 장치는 상기 금속 기판 상에 장착되는 압전소자를 복수개 형성된 진폭마스크를 채용함으로써 다른 주기를 갖는 마스크를 동시에 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 장주기 격자 필터 제조장치에 사용되는 진폭 마스크에 있어서,
    상기 진폭 마스크는 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역으로 구성되는 금속 기판과, 상기 금속 기판의 비통과영역 상에 형성되어 상기 통과영역의 주기를 변경시킬 수 있는 압전 소자를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진폭 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통과영역은 상기 금속 기판의 중앙부에 형성되어 있고, 상기 압전 소자는 상기 통과영역의 상하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진폭 마스크.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압전소자는 상기 비통과영역 상에 복수개 형성되어 있어 상기 통과영역의 주기를 다양하게 변경시킬 수 있는 특징으로 하는 진폭 마스크.
  4. 레이저 광원, 상기 레이저 광원에서 방출된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈와, 상기 렌즈를 통과한 레이저 광을 장주기 격자가 형성되는 광섬유에 선택적으로 조사하는 진폭 마스크를 구비한 장주기 격자 필터 제조장치에 있어서,
    상기 진폭 마스크는 금속 기판 상에 상기 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역으로 구성되며, 상기 비통과영역 상에 압전소자가 형성되어 상기 통과영역의 주기를 변경시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 장 주기 격자 필터 제조장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 통과영역은 상기 금속 기판의 중앙부에 형성되어 있고, 상기 압전 소자는 상기 통과영역의 상하부에 형성되어 있는 것을 특징으로 장 주기 격자 필터 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압전소자는 상기 비통과영역 상에 복수개 형성되어 있어 상기 통과영역의 주기를 다양하게 변경시킬 수 있는 특징으로 하는 장 주기 격자 필터 제조 장치.
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