KR100262341B1 - 평면도파로의 코아 변형 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평면도파로(PLC)의 코아 변형방법에 관한 것으로, PLC와 광섬유 또는 다른 광소자의 접속을 용이하게 하기 위하여, PLC의 입출력부의 코아를 확대시키기 위한 방법에 관한 것이다. 열선(heating element)을 코아의 상하층에 매립하고, 전류에 의한 저항열에 의하여 비균일적으로 가열하여 온도 구배를 줌으로써 코아에 있는 굴절율을 증가시키는 이온을 확산시켜 코아를 변형 시킬 수 있다. 이 방법에 의하여 PLC 소자의 접속을 용이하게 하고, 집적도를 높일 수 있다.

Description

평면도파로의 코아 변형 방법
본 발명은 평면 도파로(PLC:Planar Lightwave Circuit ; PLC 라 칭함)의 코아(Core) 변형방법에 관한 것으로, 특히 PLC와 광섬유 또는 다른 광소자의 접속을 용이하게 하기 위하여, PLC의 입출력부의 코아를 확대시키기 위한 PLC 코아 변형 방법에 관한 것이다.
광통신에서 단일모드 광섬유의 사용은 전송량의 획기적인 향상을 가져와 국간 전송로뿐 아니라 가입자망에서도 단일모드 광섬유의 사용이 유력시 되고 있다. 이러한 단일 모드 광섬유의 사용에 의해 단지 전송량의 증가 뿐 아니라 파장분할다중화 및 광스위치등 광파의 위상조작에 의해 다양한 기능이 가능하게 되었다. 그러나 단일모드 광통신에서의 문제점은 광섬유와 광소자에서 코아의 직경이 매우 작다는 것이다. 따라서 광섬유-광섬유, 광섬유-광소가 간의 접속이 매우 어려워서, 이러한 접속이 필요한 광신호 송수신 장비 가격이 매우 비싼 원인이 되고 있다. 본 발명은 광섬유-PLC, PLC-PLC, PLC-광소자(레이저 다이오드, 포토다이오드)등의 접속을 용이하게 하기 위하여 접속부분을 테이퍼형으로 확장하기 위한 것이다. 본 발명에서는 종래의 테이퍼 형성 방법과는 다르게 열선을 국부적으로 매립하여 전기저항열에 의해 PLC를 비균일적으로 가열함으로써 코아에 도핑되어 있는 Ge2+ 이온등 굴절율을 증가시키는 이온을 확산시킴으로써 테이퍼를 형성한다.
테이퍼형 코아의 형성은 위에서 설명한 PLC와 다른 광부품간의 접속의 용이성뿐만 아니라, 고집적 PLC의 제작을 위해서도 필요하다. 수평 방향으로의 테이퍼는 마스크 패턴에 의해서 간단히 형성할 수 있으나 그 효과가 반감된다. 따라서 수평뿐 아니라 수직 방향으로의 테이퍼 형성을 위하여 많은 연구가 진행되어 왔다.
이하에서는 종래 기술에 따른 테이퍼형 코아의 변형기술의 몇가지 실시예에 대해 살펴보기로 한다.
도 1 은 전기로를 이용한 종래의 코아 확장 기술을 설명하기 위한 예시도이다.
상기 도 1 에 의한 방법은 PLC(5) 칩의 끝부분을 전기로(furnace)(1)에 의해서 가열하고 다른끝을 냉각함으로써 도파로 진행 방향으로 온도 구배를 형성함으로써, 코아 도핑 물질을 확산에 의해 MFD(Mode-Field Diameter)를 확장시켰다.
상기 방법에 의한 테이퍼는 코아 크기가 증가하면서 코아와 크래드간의 굴절율차가 감소하기 때문에 단일 모드 조건을 유지할 수 있다.
도 2 는 종래의 FHD(Flame Hydrolysis Deposition)법에 의한 테이퍼 형성 방법을 도시한 도면이다.
상기 도 2 의 방법에서는 FHD에 의한 실리카막 증착시 토오치(7)의 위치를 조절함으로써 수직방향의 테이퍼를 형성하였다.
즉 상기 방법에서는 원료물질의 기상 혼합물(SiCl4-GeCl4-BCl3-POCl3)과 화염을 발생시키기 위한 수소와 산소를 토오치(7)에 인입시키면 연소열에 의한 가수분해 현상이 일어나고, 이에 의해 생성된 실리카 유리 입자들은 실리콘 기판(9)상에 증착되는데, 굴절율을 결정하는 실리카 입자의 조성은 인입되는 원료가스의 조성과 관계가 있다. 따라서 증착막의 성분과 굴절율은 가스 유량에 의해 조절할 수 있다. 이 방법에서는 증착 과정중 토오치(7)를 수평 방향으로 이동하고 가스의 유량을 조절함으로써 굴절율 분포를 자유롭게 형성 할 수 있다.
도 3 은 종래의 음영 마스크(shadow mask)에 의한 테이퍼 형성기술을 설명하기 위한 개략도이다.
상기 도 3 의 방법은 음영 마스크(11)를 이용하고 스퍼터링 증착에 의하여 테이퍼를 형성하였다. Si 칩으로 만들어진 스페이서(Spacer)(13)가 실리콘 기판(15) 위에 놓이고, 음영 마스크(11)를 스페이서(13) 위에 놓는다. 그리고 RF 스퍼터링에 의하여 증착을 하면 음영 마스크(11) 모서리의 아래 부분은 박막의 두께가 점차적으로 증가하는 테이퍼가 형성된다. 이 방법에 의한 증착에서는 굴절율을 점차적으로 변화시킬 수 없으므로 단일 모드 조건을 만족할 수 없다.
이상에서 설명한 종래의 수직 방향의 테이퍼 형성 방법은 그 제조 방법이 매우 복잡하고 많은 제약이 따르는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 단지 수평적으로 도파로의 패턴을 조절하여 MFD(Mode-Field Diameter)를 3차원적으로 확장하는 방법이 제안되었다.
도 4 는 종래의 코아 단절법에 의한 코아 모드 확대 방법을 설명하기 위한 도면이다.
상기 도 4 에 설명되어 있는 바와 같이 도파로의 코아 부분을 일정한 간격으로 단절시킴으로써 코아를 따라 진행하는 광을 인위적으로 산란시킴으로써 유효 MFD를 확장 시킨다. 이 방법은 수직 방향으로서 굴절율 변화를 주지 않기 때문에 제조 방법이 간단할 수 있으나 코아의 단절 간격이 매우 작은 경우(1㎛이하)제조가 어렵고, 또한 산란에 의한 손실이 적지 않다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 PLC 와 광섬유 또는 기타 광소자와의 접속을 용이하게 하기 위하여 접속부분을 테이퍼형으로 확장시키는 PLC 코아 변형방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1 은 전기로를 이용한 종래의 코아 확장 기술을 설명하기 위한 예시도
도 2 는 종래의 FHD(Flame Hydrolysis Deposition)법에 의한 테이퍼 형성 방법을 도시한 도면
도 3 은 종래의 음영 마스크(shadow mask)에 의한 테이퍼 형성기술을 설명하기 위한 개략도
도 4 는 종래의 코아 단절법에 의한 코아 모드 확대 방법을 설명하기 위한 도면
도 5a 내지 도 5i 는 본 발명의 기술에 따라 열선을 형성하기 위한 제조 공정도
도 6 은 본 발명의 방법에 따른 PLC 코아의 테이퍼 상태를 도시한 도면
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 전기로 3 : 시편 홀더
5 : PLC 7 : 토오치
9,15 : 기판 11 : 새도우 마스크
13 : 스페이서 21 : 실리콘 기판
23,29 : 산화막 25 : 열선막
27,37 : 열선 31 : 코아막
33 : 코아 35 : 상부 크래딩
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PLC 코아 변형방법은,
PLC의 입출력 접속을 원활히 하기 위한 PLC의 코아 변형 방법에 있어서,
상기 PLC 의 외측 방향으로 코어를 확대시키기 위하여 열선을 PLC에 국부적으로 매립하여 온도 구배를 비균일적으로 조절하는 단계와,
상기 PLC 코아층의 상하에 있는 열선의 인입 단자를 통해 전류를 흘려줌으로써 전기 저항열을 발생시키고 이에 따른 열확산에 의해 PLC 코아를 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 PLC 코아 변형방법의 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.
도 5a 내지 도 5i 는 본 발명의 기술에 따라 열선을 형성하기 위한 제조 공정도이다.
본 발명에 따른 PLC 코아 변형방법에서는 실리카에 변형이 필요한 코아 주위의 상하층에 열선을 매립하고 이 열선에 전기를 흘려 가열함으로써 비균일적으로 온도를 증가시킨다. 이에 의해 코아에 존재하는 굴절율을 증가시키는 이온(Ge2+등)을 확산시킴으로써 코아를 변형시킨다.
먼저 도 5a 를 참조하면, Si 기판(21)위에 실리카막(23)을 형성한다.
도 5b 및 도 5c 를 참조하면, 열선으로 사용할 금속막(25)을 증착한 후, 식각에 의해 열선(27)을 형성한다.
도 5d 를 참조하면, 전체 구조 상부에 실리카 크래딩층(29)을 형성한다.
도 5e 및 도 5f 를 참조하면, 코아층(31)을 증착한 후 식각하여 코아(33)를 형성한다.
도 5g 를 참조하면, 상부 크래딩층(35)을 형성한 후, 도 5h와 같이 상기 도 5b 와 도 5c 에서와 같은 방법으로 열선(37)을 형성한다. 다시 도 5i 와 같이 실리카막(39)으로 덮는다.
이때 상기 열선(27,37)의 배치는 코아(33)의 변형 모양에 따라 달라질 수 있다.
도 6 은 상기 본 발명의 방법에 따른 PLC 코아(33)의 테이퍼 상태를 도시한 도면으로서,
(a)는 변형된 코아의 평면도이고, (b)는 측면도, (c)는 정면도이다.
상기 도면에서는 테이퍼 형으로의 변형을 위해 배치한 열선(33,33')을 나타내고 있다. 외부 방향으로 코어(33')를 확대시키기 위하여 외부 부분에 열선(27,37)을 조밀하게 배치하고, 안쪽으로 갈수록 덜 조밀하게 배치했다. 코아층(33)의 상하에 있는 열선의 인입 단자를 통해 전류(41)를 흘려줌으로써 전기 저항열을 발생하키고 확산에 의해 상기 도 6 에서와 같이 코아(33)를 변형시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 상기한 본 발명의 방법에 따라 열선을 코아의 상하층에 매립하고, 전류에 의한 비균일적인 저항열에 의한 온도 구배를 형성하고, 상기 코아에 있는 굴절율을 증가시키는 이온을 확시키는 것에 따른 코아의 변형을 유도함으로써 PLC의 입출력부의 광도파로 코아를 테이퍼형으로 변형할 수 있고, 이로써 PLC-광섬유, PLC-광소자간의 접속을 용이하게 할 수 있으며, 또한 PLC의 크래딩과 코아간의 굴절율차를 크게함으로써 집적도를 크게 할 수 있다.

Claims (2)

  1. PLC의 입출력 접속을 원활히 하기 위한 PLC의 코아 변형 방법에 있어서,
    상기 PLC 의 외측 방향으로 코어를 확대시키기 위하여 열선을 PLC에 국부적으로 매립하여 온도 구배를 비균일적으로 조절하는 단계와,
    상기 PLC 코아층의 상하에 있는 열선의 인입 단자를 통해 전류를 흘려줌으로써 전기 저항열을 발생시키고 이에 따른 열확산에 의해 PLC 코아를 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PLC 코아 변형 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열선을 국부적인 매립할 경우, PLC의 외측 부분에는 열선을 조밀하게 배치하고, PLC 내측으로 갈수록 덜 조밀하게 배치하는 것을 특징으로 하는 PLC 의 코아 변형 방법.
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