KR100277353B1

KR100277353B1 - 장주기격자필터제작방법

Info

Publication number: KR100277353B1
Application number: KR1019970041200A
Authority: KR
Inventors: 장주녕; 곽경호
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 2001-01-15
Also published as: GB2328631A; KR19990018107A; US6170297B1; CN1213781A; GB9818412D0; CN1093941C; JPH11119040A; GB2328631B; JP2934238B2

Abstract

본 발명은 장주기 격자 필터 제작방법에 관한 것으로, 장주기 격자 필터 제작방법은 광섬유의 굴절률을 변화시켜서 광섬유의 코아로 진행하는 코아 모드를 클래딩 모드로 커플링시키는 장주기 격자 필터 제작 방법에 있어서, 광섬유를 고정하는 제1단계; 고정된 광섬유를 연마하여 복수 개의 홈을 생성하는 제2단계; 생성된 복수 개의 홈을 갖는 광섬유의 코팅을 제거하는 제3단계; 및 코팅이 제거된 광섬유를 통과한 광파의 스펙트럼으로부터 원하는 파장의 광파가 클래딩 모드로 커플링되도록, 코팅이 제거된 광섬유의 홈에 열을 가하여 광섬유의 코아를 변형시키는 제4단계로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 장주기 격자 필터 제작시 엑시머 레이저와 고가의 여러 장비를 필요로하지 않고, 자외선에 민감한 광섬유가 필요하지않으며 따라서 복잡한 수소처리과정도 필요하지않다.

Description

장주기 격자 필터 제작방법{Fabication method for long period grating filter}

본 발명은 장주기 격자 필터 (long period grating filter)제작방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코아를 변형시켜서 격자를 제작하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 장주기 격자 필터는 광섬유의 코아(core)로 진행하는 코아 모드(core mode)를 클래딩 모드(cladding mode)로 커플링(coupling)시키는 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. 상술한 코아 모드를 클래딩 모드로 커플링시키기 위하여는 다음의 수학식 1을 만족하여야 한다.

여기서, β_co는 코아 모드의 전달 상수(propagation constant)이고, {β}`_ {cl} ^{n} 는 n차 클래딩 모드의 전달 상수(propagation constant)이고, Λ는 격자 주기(grating period)이다.

그런데, 수학식 1에서 β= 2πn/λ(여기서, n은 굴절율)을 대입하면 코아 모드와 클래딩 모드의 굴절률 차는 n_co- n_cl= λ/Λ가 된다. 따라서, 어떤 파장을 클래딩 모드로 변경시키기 위하여는 주기(Λ)와 굴절율차(n_co- n_cl)을 정하면 된다. 굴절율차는 자외선에 민감한 광섬유에 자외선 레이저를 적절히 감광시켜 얻을 수 있다. 상술한 자외선 레이저를 조사하여 장 주기 격자 필터를 제조하는 장치에 데헤 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 고출력의 엑시머(excimer) 레이저 광원(100)과, 액시머 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(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 굴절율이 다른 장 주기 격자가 형성되는데, 광섬유(108)에 광소스(110)를 이용하여 광을 통과시켜 검출기(112)로 광을 검출하여 원하는 장 주기 격자 필터를 얻을 수 있다.

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 엑서머 레이저 광을 효율적으로 이용할 수 없는 단점이 있다. 더욱이, 실리카 마스크는 실리카 기판 상에 크롬 패턴을 형성하여 제조하기 때문에 하나의 주기밖에 가지지 못하는 단점이 있다. 또한, 자외선에 민감한 광섬유를 얻기위해서 광섬유 코아에 게르마늄(Ge)을 첨가한 후, 다시 수소처리해야하는 번거로움이 있으며, 수소처리한 광섬유는 시간에 따라 불안정한 특성을 보이므로 안정화 과정이 필요하다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 광섬유의 유효굴절률을 자외선에 민감한 광섬유의 굴절률을 변화시켜서 얻는게 아니라, 광섬유의 코아를 물리적으로 변형시켜서 동일한 효과를 얻기위해 제작과정이 간단하며 고가의 장비를 필요로하지않는 장주기 격자 필터 제작방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 장주기 격자 필터 제작장치를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 사용되는 지그의 예이다.

도 3은 연마단계의 광섬유의 단면도이다.

도 4는 코팅 제거단계의 광섬유의 단면도이다.

도 5는 리젝션 피크의 예를 도시한 것이다.

도 6은 가열단계의 광섬유의 단면도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 장주기 격자 필터 제작방법은 광섬유의 굴절률을 변화시켜서 상기 광섬유의 코아로 진행하는 코아 모드를 클래딩 모드로 커플링시키는 장주기 격자 필터 제작 방법에 있어서, 상기 광섬유를 고정하는 제1단계; 상기 고정된 광섬유를 연마하여 복수 개의 홈을 생성하는 제2단계; 상기 생성된 복수 개의 홈을 갖는 광섬유의 코팅을 제거하는 제3단계; 및 상기 코팅이 제거된 광섬유를 통과한 광파의 스펙트럼으로부터 원하는 파장의 광파가 상기 클래딩 모드로 커플링되도록, 상기 코팅이 제거된 광섬유의 홈에 열을 가하여 상기 광섬유의 코아를 변형시키는 제4단계를 포함함이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 장주기 격자 필터 제작방법은 광섬유 고정단계, 연마 단계, 코팅제거단계 및 가열단계으로 이루어진다.

광섬유 고정단계는 지그(Jig)의 홈에 광섬유를 고정한다. 연마단계에서는 지그의 상하 톱니를 수평으로 움직이며, 수 μm 크기의 알루미나(Al₂O₃) 파우더와 물을 사용하여 연마하여 광섬유에 홈을 생성한다. 코팅제거단계는 메틸렌클로라이드(CH₂Cl₂) 용액을 사용하여 연마된 광섬유의 코팅부분을 제거한다. 가열단계는 코팅제거부분에 열을 가하여 코아를 변형시킨다.

한편, 상술한 구성에 의거하여 본 발명의 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 상술한 지그에 광섬유가 고정된다. 도 2는 광섬유에 홈을 생성하기 위해 사용되는 지그의 예를 도시한 것으로, 지그는 간격이 Λ인 톱니를 갖는 상/하부 몸체(204, 202)로 이루지는데, 하부 몸체(202)에는 홈이 있어서 이 홈에 광섬유(200)가 장착되어 고정된다. 여기서, 지그의 간격 Λ는 광섬유 격자의 주기이다. 여기에 상부 몸체(204)가 하부 몸체(202)와 맞물려서 광섬유가 고정된다. 홈은 3개 혹은 그 이상이 되도록하여 각 홈마다 광섬유를 고정시켜 상하 지그가 수평으로 움직이게 한다. 지그는 금속합금(Matal alloy) 또는 알루미늄 합금(Aluminum alloy)의 재질로 제작된다. 지그에 고정된 광섬유에는 복수 개의 홈이 생성되는데, 지그를 수평으로 움직여서 수 μm 크기의 알루미나 파우더와 물을 이용하여 연마되어 생성된다. 이 때, 코팅이 제거된 광섬유는 매우 깨지기쉬우므로, 코팅이 제거되지 않은 채로 표면연마가 이루어진다. 도 3은 연마된 후의 광섬유에 대한 단면도로서, 참조번호 300은 코팅부분, 302는 클래딩이고, 304는 코아이며 306은 지그에 의해 생성된 홈이다.

홈이 생성된 후, 광섬유의 코팅부분이 제거된다. 코팅제거는 메틸렌클로라이드 용액을 사용하여 이루어지며, 도 4에 코팅부분이 제거된 광섬유의 단면이 도시되어있다. 참조번호 400은 코팅부분, 402는 클래딩이고, 404는 코아이다. 406은 지그에 의해 생성된 홈이다.

코팅이 제거된 클래딩의 홈에 열이 가해지면 표면장력(surface tension) 효과에 의해 코아가 변형된다. 표면장력은 원자가 이동하면서 표면적을 감소시키므로써 원자가 낮은 에너지 상태로 돌아가려는 현상을 말한다. 가열은 클래딩의 각 홈에 아크(arc)를 하나씩 가하면서 이루어지는데, 이 때 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)와 같은 측정장치를 통해서 스펙트럼상에 나타나는 리젝션 피크(rejection peak)를 관찰하여 원하는 피크모양이 나올 때까지 차례로 가열한다. 여기서 리젝션 피크는 장주기 격자에서 코아 모드가 클래딩 모드로 커플링된 후, 클래딩밖으로 빠져나가는 것을 말한다. 도 5는 리젝션 피크의 예를 도시한 것이다.

도 6은 상술한 가열단계에 있는 광섬유에 대한 단면도로서, 광원(606)으로부터 생성되어 광섬유를 통과하고 측정시스템(608)에서 측정된 광파의 스펙트럼을 관찰하면서 아크(610)를 이용하여 광섬유를 가열하므로써 코아를 변형시켜서 원하는 리젝션 피크를 얻을 수 있다. 참조번호 600은 클래딩, 602는 광섬유의 코아이다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

본 발명에 의하면, 장주기 격자 필터 제작시 엑시머 레이저와 고가의 여러 장비를 필요로하지 않고, 자외선에 민감한 광섬유가 필요하지않으며 따라서 복잡한 수소처리과정도 필요하지않다. 또한, 굴절률을 변화시켜서 결과물을 얻는 것이 아니므로 온도에 대한 안정성이 뛰어나다.

Claims

광섬유의 클래딩 영역에 복수 개의 홈을 생성하는 제1단계;

복수 개의 홈이 생성된 광섬유의 코팅을 제거하는 제2단계; 및

상기 광섬유의 홈부위를 가열하여 상기 광섬유의 코아를 변형시키되, 원하는 파장에서 코아모드로 진행하는 광이 클래딩 모드로 커플링되는가를 측정하면서 차례로 가열하여 광섬유의 코아로 진행하는 코아모드를 클래딩 모드로 커플링시키는 제3단계를 포함함을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 제1단계는 그 이전에

상하부 몸체를 구비하고, 상기 상하부 몸체에는 각각 서로 맞물리도록 소정 간격의 톱니가 구비되어 있으며, 상기 하부 몸체에는 광섬유가 장착되는 복수 개의 홈이 구비된 지그를 이용하여 광섬유를 고정하는 단계를 더 구비하고,

상기 제1단계에서 광섬유에 생성되는 복수의 홈은 상기 지그를 수평으로 이동하여 상기 지그에 고정된 광섬유를 연마하여 생성됨을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작방법.
제2항에 있어서, 상기 톱니의 간격은

상기 격자주기임을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작방법.
제2항에 있어서, 상기 제1단계에서 홈은

상기 지그를 수평으로 움직여서 알루미나 파우더와 물을 사용하여 연마하여 생성함을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작방법.
제1항에 있어서, 제2단계의 코팅제거는

소정의 용액을 사용하여 제거함을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작방법.
제5항에 있어서, 상기 용액은

메틸렌클로라이드임을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 제3단계의 가열은

아크에 의해 수행됨을 특징으로하는 장주기 격자 필터 제작방법.