KR100400756B1 - 가변비율 광 파워 분할기 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고분자의 열 광학 효과를 이용한 가변비율 광 파워 분할기 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 가변비율 광 파워 분할기 제조 방법은 기판위에 고분자를 스핀 코팅하여 하부 클래딩층을 형성하는 단계, 상기 하부 클래딩층 위에 코어층을 형성하고 다중모드 도파로를 형성하는 단계, 상기 다중모드 도파로에 상부 클래딩층을 형성하고, 금속박막을 증착한 후 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

가변비율 광 파워 분할기 및 그 제조 방법{Tunable optic power splitter and manufacturing method for using same}

본 발명은 광 파워 분할기에 관한 것으로, 특히 고분자의 열 광학 효과를 이용한 가변 비율 광 파워 분할기에 관한 것이다.

일반적으로, 광 파워 분할기(Power Splitter)는 입력 도파로(waveguide)로 들어온 빛을 여러 개의 출력 도파로로 분할하여 보내는데 사용되는 소자로 패시브 옵티컬 네트워크(Passive Optical Network : PON)의 주요 광 통신 부품 중의 하나이다.

일반적인 1*N 파워 분할기는 하나의 입력 도파로로 들어온 빛을 N 개의 출력 도파로에 균일한 비율의 파워로 분할해서 내보낸다. 이러한 광 파워 분할기는 Y자형 분할기, 방향성 결합기 형태의 1*2 혹은 2*2 단위 소자들을 직렬 및 병렬로 연결하여 구현한다.

최근에는 다중모드 간섭기(Multi-mode interferometer)를 이용한 광 파워 분할기에 관한 연구도 활발하다.

또한, 가변비율 광 파워 분할기(Tunable Power Splitter)는 여러 출력 도파로에서 나오는 빛의 파워 비율을 조절할 수 있는 소자이다. 이러한 기능은 광통신 네트워크에서 어떤 특정한 광 경로로 더 멀리 신호를 보내야 한다거나, 각 광 경로에서 요구하는 신호의 파워가 시간에 따라 달아져야 할 때 사용된다.

그리고, 가변비율 광 파워 분할기는 집적광학 소자의 일부분으로 사용되어, 그 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 일반적인 N-1개의 입출력 도파로를 갖는 다중모드 간섭기 형태의 가변 비율 광 파워 분할기이다.

도 1을 참조하면, N-1개의 입력 도파로(1)와 N-1개의 출력 도파로(2), 다중모드 도파로(3), 하나 이상의 전극(4)을 포함하며, 여기서, N-1개의 입력 도파로(1)와 N-1개의 출력 도파로(2)는 각기 다른 입/출력 포트를 사용한다.

상기와 같은 일반적인 가변비율 광 파워 분할기는 반도체로 제작되었고, 굴절률은 상기 전극(4)에 인가된 전압에 의한 플라즈마 효과에 의해 변화한다.

이때, 굴절률의 변화는 인가된 전압에 의해 감소해야 한다.

이와 같은, 반도체로 제작된 가변비율 광 파워 분할기는 굴절률의 조절이 어렵기 때문에, 설계에 있어 제한되며, 광섬유와의 굴절률 차이가 커서 소자 제작 시 큰 삽입 손실이 생긴다.

또한, 전극과 반도체 사이의 전기 접촉이 나쁘면, 열이 발생하고, 이것은 원하지 않는 굴절률의 변화를 일으키며, 소자의 제작비용 또한 고가인 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 고분자의 열 광학 효과를 이용하여 광 파워의 분할 비율을 조절하는 가변비율 광 파워 분할기 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 일반적인 N-1개의 입출력 도파로를 갖는 다중모드 간섭기 형태의 가변 비율 광 파워 분할기

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파로의 다중모드 간섭을 이용한 2*2의 가변비율 광 파워 분할기를 나타낸 도면

도 3a 내지 도 3e는 도 2에 따른 광 파워 분할기의 순차적인 제조 과정을 나타낸 도면

도 4a 내지 도 4c는 도 2에 따른 가변비율 광 파워 분할기의 빔 전파에 의한 동작 시뮬레이션을 나타낸 도면

도 5는 본 발명에 따른 가변비율 광 파워 분할기의 전극 온도에 따른 두 출력 도파로에서의 광 파워 변화를 나타낸 그래프

도 6은 본 발명에 따른 2*2 광 파워 분할기를 직렬, 병렬로 배치하여 구성한 2*N 가변비율 광 파워 분할기를 나타낸 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 제 1 입력 도파로 20 : 제 2 입력 도파로

30 : 제 1 출력 도파로 40 : 제 2 출력 도파로

50 : 다중모드 도파로 60 : 전극

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구조 특징에 따르면, 적어도 한 개 이상의 각기 다른 입력포트를 갖는 입력 도파로와, 각기 다른 출력포트를 갖는 적어도 두 개 이상의 출력 도파로를 포함하며, 상기 입력 도파로와 출력 도파로에 연결되어 입력 광신호에 대한 간섭 패턴을 변화시키는 다중모드 간섭 도파로와 상기 다중모드 간섭의 일부분을 가열하는 전극을 포함하여 구성된다.

이상과 같은 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 기판 위에 고분자를 스핀 코팅하여 하부 클래딩층을 형성하는 단계, 상기 하부 클래딩층 위에, 코어층을 형성하고, 다중모드 도파로를 형성하는 단계, 상기 다중모드 도파로에 상부 클래딩층을 형성하고, 금속박막을 증착한 후 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 코어층은 상기 하부 클래딩층에 사용한 고분자보다 굴절률이 더 큰 고분자를 다시 스핀 코팅하여 형성한다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파로의 다중모드 간섭을 이용한 2*2의 가변비율 광 파워 분할기를 나타낸 도면이다.

먼저, 가변 비율 광 파워 분할기는 다중 모드 간섭기 위에 전극을 배치하여 구현되는데, 다중 모드 간섭기는 입력된 빛의 프로파일이 간섭기 내를 지나면서, 주기적으로 반복되는 자기형상 반복 현상을 이용한 소자이다.

또한, 상기 다중모드 간섭기는 Y분기나 방향성 결합기에 비해 크기가 작고,공정 에러에 대한 허용 오차(tolerance)가 크다.

그리고, 편광 의존성이 작으며, 넓은 파장대역에서 작동할 수 있다.

도 2를 참조하면, 제 1, 2 입력 도파로(10, 20)와, 제 1, 2 출력 도파로(30, 40), 그리고 다중모드 도파로(50)와, 전극(60)을 포함하며, 여기서, 상기 제 1 및 제 2 입력 도파로(10, 20)와 제 1 및 제 2 출력 도파로는 각기 다른 입/출력 포트를 사용한다.

또한, 상기 다중모드 도파로(50)의 길이와 폭, 제 1, 2 입/출력(10, 20, 30, 40)의 위치에 의해서 상기 제 1, 2 출력 도파로(30, 40)로 진행하는 빛의 파워 비율이 결정되며, 제 2 입력 도파로(20)로 들어간 빛은 제 1 출력 도파로(30)로 진행되고 제 1 입력 도파로(10)로 들어간 빛은 제 2 출력 도파로(40)로 진행된다.

그리고, 상기 다중모드 도파로(50)는 100 : 0의 분할 비율을 갖는 다중모드 간섭기이며, 제 1, 2 입/출력 도파로(10, 20, 30, 40)는 다중모드 도파로(50) 폭의 3분의 1에 해당하는 위치에 배치된다.

도 3a 내지 도 3e는 도 2에 따른 광 파워 분할기의 순차적인 제조 과정을 나타낸 도면이다.

도 3a 내지 도 3e를 참조하면, 먼저 도 3a와 같이 기판(10) 위에 고분자층을 스핀 코팅하여 하부 클래딩층(11)을 형성한다.

그리고, 상기 하부 클래딩층(11) 위에 이 하부 클래딩층(11)에서 사용한 고분자보다 굴절률이 큰 고분자를 다시 스핀 코팅하여 코어층(12)을 형성한다.(도 3b)

그 다음 상기 코어층(12)을 형성한 후(도 3b), 포토리소그래피(phtolithography)와 리액티브 이온 에칭(reactive ion etching) 또는 습식 식각(wet etching)을 이용하여 다중모드 도파로를 형성한다. (도 3c)

이어서, 상기 다중모드 도파로 위에 상기 하부 클래딩층(11)과 동일한 고분자를 스핀 코팅하여 상부 클래딩층(13)을 형성한다. (도 3d)

그 다음, 상기 상부 클래딩층(13)위에 Au나 Cr 등의 금속박막을 증착한 후 포토리소그래피 및 에칭 공정을 통해 전극(14)을 형성한다. (도 3e)

도 4a 내지 도 4c는 도 2에 따른 가변비율 광 파워 분할기의 빔 전파에 의한 동작 시뮬레이션을 나타낸 도면이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 도 4a는 Z축의 1250μm 부근에 두 개의 자기형상이 있으며, 이 도파로 위에 전극을 배치함으로써 자기 형상의 형성 조건을 고분자의 열광학 효과를 통해 도 4b와 도 4c 형태로 구현 가능하다.

상기 도 4b와 도 4c는 전극의 온도가 35도와 60도 증가했을 때의 빛의 진행을 보여준다. 온도가 35도 증가했을 때는 두 개의 출력 도파로에 50 : 50의 비율로 빛이 나눠지며, 60도 증가했을 때는 빛이 입사한 도파로와 같은 쪽에 있는 도파로로 진행한다.

도 5는 본 발명에 따른 가변비율 광 파워 분할기의 전극 온도에 따른 두 출력 도파로에서의 광 파워 변화를 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명에 따른 2*2 광 파원 분할기를 직렬, 병렬로 배치하여 구성한 2*N 가변비율 광 파워 분할기를 나타낸 도면이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 고분자를 소재로 하여 제작된 다중모드 간섭기를 기본 구조로 도파로용 고분자의 굴절률 조절이 가능하므로 소자의 설계가 용이하며, 광섬유와의 접속 시 손실을 줄일 수 있다.

그리고, 고분자의 높은 열 광학 계수는 작은 전력으로도 소자 작동을 가능케 하며, 다중모드 간섭기를 기본 구조로 하기 때문에 공정 에러에 대한 허용 오차가 크고, 편광 의존성이 작으며, 넓은 파장 대역에서 작동하며, 고분자를 이용하기 때문에 제작 비용이 적게 들어 가격 경쟁력을 높이는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 적어도 한 개 이상의 각기 다른 입력포트를 갖는 입력 도파로와, 각기 다른 출력포트를 갖는 적어도 두 개 이상의 출력 도파로를 포함하며,

   상기 입력 도파로와 출력 도파로에 연결되어 입력 광 신호에 대한 간섭 패턴을 변화시키는 다중모드 간섭 도파로와

   상기 다중모드 간섭의 일부분을 가열하는 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변비율 광 파워 분할기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전극에 의한 가열로 인해 다중모드 간섭도파로의 간섭조건이 변화도록 자기 형상이 맺히는 위치에 전극을 배치한 가변비율 광 파워 분할기.
3. 기판위에 고분자를 스핀 코팅하여 하부 클래딩층을 형성하는 단계

   상기 하부 클래딩층 위에 코어층을 형성하고 다중모드 도파로를 형성하는 단계;

   상기 다중모드 도파로에 상부 클래딩층을 형성하고, 금속박막을 증착 한 후 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변비율 광 파워 분할기 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 코어층은 상기 하부 클래딩층에 사용한 고분자보다 굴절률이 더 큰 고분자를 다시 스핀 코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 가변비율 광 파워 분할기 제조 방법.