KR100265794B1 - 주기가 조절가능한 진폭 마스크 및 이를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주기가 조절가능한 진폭 마스크 및 이를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치에 관한 것으로, 주기가 조절가능한 진폭 마스크는 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역이 교번되는 두 개의 진폭 마스크를 포함하고, 두 진폭 마스크가 소정의 각도로 서로 반대방향으로 회전되어서 통과영역의 주기가 연속적으로 변화됨을 특징으로한다.
본 발명에 따른 주기가 조절가능한 진폭 마스크는 일정한 주기를 가진 두 진폭 마스크가 서로 반대방향으로 회전되어 그 회전각에 따른 마스크 주기를 가지므로 연속적으로 주기를 변화시킬 수 있다.

Description

주기가 조절가능한 진폭 마스크 및 이를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치
본 발명은 광 수동소자에 관한 것으로, 특히 주기가 조절가능한 진폭 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. 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, 코아 모드를 클래딩 모드(cladding mode)로 커플링시키기 위하여는 다음의 수학식 1을 만족하여야 한다.
Figure kpo00001
상술한 수학식 1에서, βco는 코아 모드의 전달 상수(propagation constant)이고,
Figure kpo00002
는 n차 클래딩 모드의 전달 상수(propagation constant)이며, Λ는 격자 주기(grating period)이다.
그런데, 상술한 수학식 1에서 β= 2πn/λ(여기서, n은 굴절율)을 대입하면 수학식 1은 nco- ncl= λ/Λ가 된다. 따라서, 어떤 파장을 클래딩 모드로 변경시키기 위하여는 주기(Λ)와 굴절율차(nco- ncl)을 정하면 된다. 상술한 굴절율차는 자외선에 민감한 광섬유에 자외선 레이저를 적절히 감광시켜 얻을 수 있다.
여기서, 자외선 레이저를 조사하여 장 주기 격자 필터를 제조하는 장주기 격자 필터 제조장치를 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 장 주기 격자 필터 제조 장치를 개략적으로 도시한 것으로, 도 1에 따른 장주기 격자 필터 제조장치는 자외선 레이저를 조사할 수 있는 자외선 레이저를 조사할 수 있는 고출력의 엑시머(excimer) 레이저 광원(100)과, 엑시머 레이저 광원(100)에서 방출된 레이저 광의 경로를 변경하는 미러(102)와, 미러(102)에 의하여 광이 변경된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈(104)와, 렌즈를 통과한 레이저 광을 선택적으로 통과시키는 실리카 마스크(silica mask, 106)와, 실리카 마스크(106)를 통과한 레이저 광이 조사되어 코아에 장주기 격자가 형성되는 광섬유(108)로 구성된다.
도 1에 도시된 장 주기 격자 제조장치를 이용하여 장 주기 격자 필터를 제작하는 과정은 레이저 광을 렌즈(104)를 통과하여 실리카 마스크(106)와 접촉되어 있는 광섬유(108)에 조사되도록 한다. 이때, 광섬유(108)에는 레이저광이 조사되어 일정한 주기로 굴절률이 변화되는데, 광섬유(108)에 광소스(110)를 이용하여 광을 통과시켜 검출기(112)로 광을 검출하여 장 주기 격자 필터의 광학적 특성을 알 수 있다.
그러나, 상술한 장 주기 격자 필터 제조장치에서, 실리카 마스크(106)는 실리카 기판 상에 크롬(Cr)을 도포한 후 패터닝하여 얻어진 크롬 패턴으로 구성되어 있으며, 이 크롬 패턴으로 인하여 레이저 광이 선택적으로 통과된다. 그러나, 크롬 패턴은 손상 한계(damage threshold)가 100mJ/cm2로 낮아 고출력의 엑시머 레이저 광을 효율적으로 이용할 수 없는 단점이 있다. 더욱이, 상술한 실리카 마스크는 실리카 기판 상에 크롬 패턴을 형성하여 제조하기 때문에 처음 디자인된 패턴에 따라 결정되는 하나의 주기밖에 가지지 못하는 단점이 있다. 따라서 여러 주기를 얻기 위해서는 여러 개의 서로 다른 주기를 갖는 진폭 마스크가 필요하게 되므로 제조비가 많이 든다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 일정한 주기를 갖는 두 진폭 마스크를 소정의 각도로 서로 반대방향으로 회전시키므로써 주기를 연속적으로 변화시킬 수 있는 주기가 조절가능한 진폭 마스크 및 이를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 장 주기 격자 필터 제조 장치에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명을 이루기 위한 진폭 마스크의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 원하는 주기를 얻도록 도 2의 진폭 마스크 두 개를 서로 다른 방향으로 소정의 각도만큼 회전시킨 결과를 보인 것이다.
도 4는 도 3에서 회전각도에 따른 진폭 마스크의 주기 결정에 대해 도시한 것이다.
도 5는 두 진폭 마스크가 도 3의 경우보다 큰 각도만큼 회전된 경우를 도시한 것이다.
도 6은 주기 Λ0가 100μm인 진폭 마스크를 사용한 경우 회전각 θ에 따른 주기가 조절가능한 진폭 마스크의 주기 변화를 보인 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 주기가 조절가능한 진폭 마스크를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치에 대한 개략도이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 따른 주기가 조절가능한 진폭 마스크는 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역이 교번되는 두 개의 진폭 마스크를 포함하고, 상기 두 진폭 마스크가 소정의 각도로 서로 반대방향으로 회전되어서 상기 통과영역의 주기가 연속적으로 변화됨을 특징으로한다.
상기 다른 기술적 과제를 이루기 위한, 본 발명에 따른 주기가 조절 가능한 진폭 마스크를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치는 레이저 광원, 상기 레이저 광원에서 방출된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈와, 상기 렌즈를 통과한 레이저 광을 장주기 격자가 형성될 광섬유에 선택적으로 조사하는 진폭 마스크를 포함하고, 상기 진폭 마스크는 상기 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역이 교번되며, 상기 진폭 마스크 두 개가 소정의 각도로 서로 반대방향으로 회전되어서 상기 통과영역의 주기가 연속적으로 변화됨을 특징으로한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명을 이루기 위한 진폭 마스크의 구조를 나타낸 것이며, 도 3은 원하는 주기를 얻도록 도 2의 진폭 마스크 두 개를 서로 다른 방향으로 소정의 각도만큼 회전시킨 결과를 보인 것이다. 도 2에 따른 진폭 마스크는 0.2mm 정도의 얇은 금속 기판(200), 예컨대 스테인레스 기판에 수백 ㎛의 주기(Λ0=2d)로 광을 통과시킬 수 있는 통과영역(202)과 그 외의 비통과영역(204)으로 구성된다. 통과영역(202)은 이산화탄소 레이저를 이용한 가공 또는 화학적 식각(chemical etching) 등의 방법으로 가공된다. 금속 기판(200)의 사용은 손상 한계의 제한을 없애므로 고파워 자외선 레이저를 소스로 사용할 수 있다는 잇점이 있다. 통과영역(202)으로는 레이저가 통과하여 광 도파로의 굴절률을 높이게 되며, 비통과영역(204)은 금속부분으로 자외선 레이저를 차단한다.
본 발명에 따른 주기가 조절가능한 진폭 마스크는 도 1과 같은 두 진폭 마스크를 회전지그(Rotation Jig, 도시되지 않음)에 겹쳐서 고정한 다음 두 기판을 각각 정밀회전시킨다. 도 3은 두 진폭 마스크(300)를 α°만큼 회전시킨 경우에 대한 것으로, 참조번호 302는 광섬유 또는 광 도파로의 방향이다. 304, 306은 첫번째와 두번째 기판이 각각 α°씩 회전되었음을 나타낸다. 308은 레이저가 통과하는 영역이며, Λ는 상술한 바에 따른 주기가 조절가능한 진폭 마스크의 주기이다.
주기가 조절가능한 진폭 마스크의 주기 Λ는 도 4에 도시된 바에 따라 광섬유 또는 광도파로에 대한 회전각 θ에 대해 다음과 같이 결정된다.
Figure kpo00003
여기서, Λ0는 진폭 마스크의 주기이다.
도 5는 두 진폭 마스크(500)를 도 3의 회전각도 α°보다 큰 β°만큼 회전시킨 경우에 대한 것으로, 참조번호 502는 광섬유 또는 광 도파로의 방향이다. 회전각도가 도 3의 경우에 비해 커짐에 따라 그 주기는 작아졌음을 알 수 있다. 도 6은 주기 Λ0가 100μm인 진폭 마스크를 사용한 경우 회전각 θ에 따른 주기가 조절가능한 진폭 마스크의 주기 변화를 보인 것이다. 도 6에 따르면 마스크의 주기는 140μm 에서 600μm이상까지 연속적인 주기의 조절이 가능하다(θ가 0°일 경우 주기는 무한대가 된다).
도 7은 본 발명에 의한 주기가 조절가능한 진폭 마스크를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치를 개략적으로 도시한 것으로, 도 7에 따른 장주기 격자 필터 제조장치는 엑시머(excimer) 레이저 광원(700)과, 엑시머 레이저 광원(700)에서 방출된 레이저 광의 경로를 변경하는 미러(702)와, 미러(702)에 의하여 광이 변경된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈(704)와, 렌즈를 통과한 레이저 광을 선택적으로 통과시키는 주기가 조절가능한 진폭 마스크(706)와, 상술한 마스크(706)를 통과한 레이저 광이 조사되어 코아에 장주기 격자가 형성되는 광섬유(708)를 포함한다.
도 7에 도시된 장 주기 격자 제조장치를 이용하여 장 주기 격자 필터를 제작하는 과정은 레이저 광을 렌즈(704)를 통과하여 주기가 조절가능한 진폭 마스크(706)와 접촉되어 있는 광섬유(708)에 조사되도록 한다. 이때, 광섬유(708)에는 레이저광이 조사되어 굴절율이 다른 장 주기 격자가 형성되는데, 광섬유(708)에 광소스(710)를 이용하여 광을 통과시켜 검출기(712)로 광을 검출하여 원하는 장 주기 격자 필터를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.
본 발명에 따른 주기가 조절가능한 진폭 마스크는 일정한 주기를 가진 두 진폭 마스크가 서로 반대방향으로 회전되어 그 회전각에 따른 마스크 주기를 가지므로 연속적으로 주기를 변화시킬 수 있다. 또한 장 주기 격자 필터 제조장치는 하나의 주기만을 갖는 실리카 마스크 대신에 주기가 조절가능한 진폭 마스크를 채용하므로써 주기에 민감한 커플링 파장의 정확한 피크를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역이 교번되는 두 개의 진폭 마스크를 포함하고, 상기 두 진폭 마스크가 소정의 각도로 서로 반대방향으로 회전되어서 상기 통과영역의 주기가 연속적으로 변화됨을 특징으로하는 주기가 조절가능한 진폭 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진폭 마스크의 기판 재질은 금속임을 특징으로하는 주기가 조절가능한 진폭 마스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 두 진폭 마스크가 장착되어 서로 반대방향으로 소정의 각도만큼 회전되도록하는 회전 지그를 더 구비함을 특징으로하는 주기가 조절가능한 진폭 마스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연속적으로 변화되는 주기 Λ는
    Figure kpo00004
    여기서, Λ0는 상기 진폭 마스크의 주기이고, θ는 상기 진폭 마스크의 회전각도이다.
    와 같이 결정됨을 특징으로하는 주기가 조절가능한 진폭 마스크.
  5. 레이저 광원, 상기 레이저 광원에서 방출된 레이저 광의 초점을 조절하는 렌즈와, 상기 렌즈를 통과한 레이저 광을 장주기 격자가 형성될 광섬유에 선택적으로 조사하는 진폭 마스크를 포함한 장주기 격자 필터 제조장치에 있어서, 상기 진폭 마스크는 상기 레이저광을 선택적으로 통과시킬 수 있도록 일정한 주기를 갖는 통과영역과 상기 레이저광이 통과하지 않는 비통과영역이 교번되며, 상기 진폭 마스크 두 개가 소정의 각도로 서로 반대방향으로 회전되어서 상기 통과영역의 주기가 연속적으로 변화됨을 특징으로하는 주기가 조절가능한 진폭 마스크를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 진폭 마스크의 기판 재질은 금속임을 특징으로하는 주기가 조절가능한 진폭 마스크를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 두 진폭 마스크가 장착되어 서로 반대방향으로 소정의 각도만큼 회전되도록하는 회전 지그를 더 구비함을 특징으로하는 주기가 조절가능한 진폭 마스크를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 연속적으로 변화되는 주기 Λ는
    Figure kpo00005
    여기서, Λ0는 상기 진폭 마스크의 주기이고, θ는 상기 진폭 마스크의 회전각도이다.
    와 같이 결정됨을 특징으로하는 주기가 조절가능한 진폭 마스크를 이용한 장주기 격자 필터 제조장치.
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