KR100405280B1 - a making methode of a sol-gel type planer light-wave circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 평면 광파 회로 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석영 유리를 기판으로 하여 졸-겔(SOL-GEL)법으로 광도파로를 구성한 졸-겔 타입 평면 광파 회로 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar lightwave circuit manufacturing method, and more particularly, to a sol-gel type planar lightwave circuit manufacturing method in which an optical waveguide is formed by a sol-gel (SOL-GEL) method using quartz glass as a substrate.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 졸-겔법으로 평면 광파 회로를 제작할 때에도 석영 유리를 기판으로 사용할 수 있도록 함으로써, 광도파로의 왜곡을 방지할 수 있는 졸-겔 타입 평면 광파 회로 제조 방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, sol-gel type planar lightwave circuit that can prevent the distortion of the optical waveguide by using the quartz glass as a substrate even when manufacturing a planar lightwave circuit by the sol-gel method It is to provide a manufacturing method.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 고안은 외부의 코팅이 제거된 상태의 광섬유(1)를 리본 또는 평판 형태로 정렬하는 단계와,In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of aligning the optical fiber (1) in the form of a ribbon or a flat plate with the outer coating removed,

상기한 정렬된 광섬유(1)를 소정 성분으로 제조된 졸-겔 용액(2)에 함침시켜 딥코팅등과 같은 방법으로 접합시키는 단계와,Impregnating the aligned optical fiber (1) in a sol-gel solution (2) made of a predetermined component and bonding the same by a method such as dip coating;

상기한 평판 형태로 접합된 광섬유(1)를 소결 공정을 통해 광섬유 평판(3)으로 형성하는 단계와,Forming the optical fiber 1 bonded in the form of a flat plate into an optical fiber flat plate 3 through a sintering process;

상기한 광섬유 평판(3)의 코어(C)를 에칭으로 제거하는 단계와,Removing the core C of the optical fiber plate 3 by etching;

상기한 코어(C)가 제거된 부분에 코어 용액(53)을 도포한 후 소결하고, 그 상면에 반도체 식각 공정을 통해 도파로(4)를 형성하는 단계와,Applying a core solution 53 to the portion from which the core C is removed, and then sintering, forming a waveguide 4 on the upper surface through a semiconductor etching process;

상기한 도파로(4)가 소정 패턴을 따라 형성되면 그 상면에 졸-겔 법으로 클래드층(5)을 형성하여 구성함을 특징으로 한다.When the waveguide 4 is formed along a predetermined pattern, the cladding layer 5 is formed on the upper surface thereof by a sol-gel method.

Description

졸-겔 타입 평면 광파 회로 제조 방법{a making methode of a sol-gel type planer light-wave circuit}Manufacturing method of a sol-gel type planar lightwave circuit {a making methode of a sol-gel type planer light-wave circuit}

본 발명은 평면 광파 회로 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석영 유리를 기판으로 하여 졸-겔(SOL-GEL)법으로 광도파로를 구성한 졸-겔 타입 평면 광파 회로 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar lightwave circuit manufacturing method, and more particularly, to a sol-gel type planar lightwave circuit manufacturing method in which an optical waveguide is formed by a sol-gel (SOL-GEL) method using quartz glass as a substrate.

일반적으로, 광섬유는 일정한 속도 및 방향으로 회전되는 석영관 내부에 원료 가스인 SiCl4, POCl3, Fluorine, BCl3, GeCl4등을 적당한 비율로 공급함과 아울러 석영관을 좌우 이동 가능한 버너로 가열하는 화학 기상 증착법등에 의해 모재를 제작하게 된다.In general, an optical fiber supplies a raw material of SiCl 4 , POCl 3 , Fluorine, BCl 3 , GeCl 4, etc. in an appropriate ratio inside a quartz tube that is rotated at a constant speed and direction, and heats the quartz tube with a burner capable of moving left and right. The base metal is produced by chemical vapor deposition.

모재가 제작되면 이를 가열함과 아울러 소정 인장력을 가해 미세한 직경의 광섬유를 방사 공정을 통해 제작하고, 상기한 광섬유를 재킷, 루즈 튜브등으로 보호하여 광케이블을 제조하게 되는 것이다.When the base material is manufactured, the fiber is heated and a predetermined tensile force is applied to produce a fine diameter optical fiber through a spinning process, and the optical fiber is protected by a jacket, a loose tube, and the like to manufacture an optical cable.

상기한 광케이블을 분기(分岐)하거나 또는 다수의 전송 장비와 연결할 때는 별도의 스플리터등과 같은 분기 장치를 사용하게 되는 바, 이는 전송 손실을 최소화하기 위하여 실리카 광도파 기술을 사용한 평면 광파 회로(PLC: Planer Light-wave Circuit)를 사용하게 된다.When splitting the optical cable or connecting to a plurality of transmission equipments, a branching device such as a splitter is used. A planar light wave circuit (PLC) using silica optical waveguide technology is used to minimize transmission loss. Planer Light-wave Circuit) is used.

즉, 실리카 광도파 기술로 평면 광파 회로를 제작하여 사용하게 되는 바, 이는 FHD (Flame Hydrolsis Deposition)법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법, Sol-Gel 법을 사용하여 제작된다.That is, a planar lightwave circuit is manufactured and used by silica light waveguide technology, which is manufactured by using FHD (Flame Hydrolsis Deposition) method, CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and Sol-Gel method.

상기한 FHD 법을 설명하면 도3에 도시된 바와 같이, 석영 유리(SiO2) 기판 (50) 상면에 FHD 토치(torch)(51)로 언더 클래드(52)를 용융하여 형성하고, 언더 클래드(52)가 응고되면 그 상면에 코어 용액(53)를 도포함과 아울러 식각 공정을 통해 소정 패턴(54)을 형성하게 된다.Referring to the FHD method described above, as shown in FIG. 3, an under clad 52 is formed by melting an under clad 52 on an upper surface of a quartz glass (SiO 2 ) substrate 50 with an FHD torch 51, and an under clad ( When 52 is solidified, the core solution 53 is coated on the upper surface thereof, and a predetermined pattern 54 is formed through an etching process.

코어 용액(53)이 소정 패턴(54)으로 형성되면 소결된 후 그 상면에 어퍼 클래드(55)를 형성하여 평면 광파 회로를 제작하게 되는 것이다.When the core solution 53 is formed in the predetermined pattern 54, the upper clad 55 is formed on the upper surface after sintering to manufacture a planar lightwave circuit.

CVD 법도 열원만 상이할 뿐 그 방법 및 과정은 동일하게 된다.The CVD method also differs only in the heat source, and the method and process are the same.

그러나, 상기한 바와 같이 상기한 FHD 법과 CVD법은 석영 유리를 기판으로 사용할 수 있기 때문에, 실리카 유리와 실리콘 기판의 열팽창 계수차에 의한 압축 응력을 감소시킬 수 있지만, Sol-Gel 법은 석영 유리를 사용할 수 없기 때문에, 실리콘을 기판으로 사용함으로써 압축 응력에 따른 도파로의 왜곡이 발생되는 문제점이 있다.However, as described above, since the FHD method and the CVD method can use quartz glass as a substrate, the compressive stress due to the thermal expansion coefficient difference between the silica glass and the silicon substrate can be reduced, but the Sol-Gel method uses the quartz glass. Since it cannot be used, there exists a problem that distortion of a waveguide according to compressive stress occurs by using silicon as a substrate.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 졸-겔법으로 평면 광파 회로를 제작할 때에도 석영 유리를 기판으로 사용할 수 있도록 함으로써, 광도파로의 왜곡을 방지할 수 있는 졸-겔 타입 평면 광파 회로 제조 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, sol-gel type plane that can prevent the distortion of the optical waveguide by allowing quartz glass to be used as a substrate even when manufacturing a planar lightwave circuit by the sol-gel method The present invention provides a method for manufacturing a conventional wave circuit.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 고안은 외부의 코팅이 제거된 상태의 광섬유를 리본 또는 평판 형태로 정렬하는 단계와,In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of aligning the optical fiber in the form of a ribbon or a flat plate with the outer coating removed;

상기한 정렬된 광섬유를 소정 성분으로 제조된 졸-겔 용액에 함침시켜 딥코팅등과 같은 방법으로 접합시키는 단계와,Impregnating the aligned optical fiber in a sol-gel solution made of a predetermined component and bonding the same by a method such as dip coating;

상기한 평판 형태로 접합된 광섬유를 소결 공정을 통해 광섬유 평판으로 형성하는 단계와,Forming the optical fiber bonded in the form of a flat plate into an optical fiber flat plate through a sintering process;

상기한 광섬유 평판의 코어를 에칭으로 제거하는 단계와,Removing the core of the optical fiber plate by etching;

상기한 코어가 제거된 부분에 코어를 형성하는 용액을 도포한 후 소결하고, 그 상면에 반도체 식각 공정을 통해 도파로를 형성하는 단계와,Applying a solution for forming a core to a portion from which the core is removed, and then sintering it to form a waveguide on the upper surface through a semiconductor etching process;

상기한 도파로가 소정 패턴을 따라 형성되면 그 상면에 졸-겔 법으로 클래드층을 형성하여 구성함을 특징으로 한다.When the waveguide is formed along a predetermined pattern, a cladding layer is formed on the upper surface of the waveguide by a sol-gel method.

도1은 본 발명에 따른 졸-겔 타입 평면 광파 회로 제조 방법을 도시한 공정도,1 is a process chart showing a sol-gel type planar lightwave circuit manufacturing method according to the present invention;

도2a는 본 발명에 적용되는 일반적인 딥 코팅 방법을 도시한 공정도,Figure 2a is a process diagram showing a general dip coating method applied to the present invention,

도2b는 본 발명에 적용되는 일반적인 스핀 코팅 방법을 도시한 공정도,Figure 2b is a process chart showing a general spin coating method applied to the present invention,

도3은 일반적인 석영 유리 기판상에 FHD 법으로 형성되는 평면 광파 회로를 도시한 공정도.Fig. 3 is a process chart showing a planar lightwave circuit formed on an ordinary quartz glass substrate by the FHD method.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1: 광섬유 2: 졸-겔 용액1: optical fiber 2: sol-gel solution

3: 광섬유 평판 4: 도파로3: fiber optic plate 4: waveguide

5; 클래드층 c: 코어5; Cladding layer c: core

도1은 본 발명에 따른 졸-겔 타입 평면 광파 회로 제조 방법을 도시한 공정도로서, 외부의 코팅이 제거된 상태의 광섬유(1)를 리본 또는 평판 형태로 정렬한 후, 졸-겔 용액(2)에 함침시켜 접합시킨다.1 is a process chart showing a sol-gel type planar lightwave circuit manufacturing method according to the present invention, after aligning the optical fiber (1) in the form of a ribbon or a flat plate with the outer coating removed, sol-gel solution (2 Impregnated) to join.

여기서, 졸-겔법은 통상적인 세라믹스의 저온 합성 방법으로 사용하는 방법으로서, 금속의 유기 또는 무기 화합물을 출발 물질로 하여 용액중에서 화합물의 가수 분해와 축중합 반응을 진행시켜 졸을 겔로 고형화하고, 이 겔을 가열하여 세라믹스를 제조하는 방법이다.Here, the sol-gel method is used as a low-temperature synthesis method of conventional ceramics. The organic or inorganic compound of the metal is used as a starting material, and the hydrolysis and condensation reaction of the compound in the solution proceed to solidify the sol into a gel. It is a method of manufacturing ceramics by heating a gel.

예를 들어, 금속 화합물은 목적하는 산화물용도인 바, 금속 알콕사이드가 많이 사용되고, 물은 가수 분해용으로 사용되며, 용매는 메탄올, 에탄올등과 같은 알콜류가 사용되고, 촉매로서는 산의 경우 염산, 황산등이 사용됨과 아울러 염기성으로는 암모니아가 사용되고, 기타 용도에 따라 다수의 첨가물이 사용된다.For example, the metal compound is a desired oxide, the metal alkoxide is frequently used, the water is used for hydrolysis, the solvent is alcohol, such as methanol, ethanol, etc., the acid is hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. In addition to this, ammonia is used as the basic and a number of additives are used depending on other uses.

평판 형태로 정렬된 광섬유(1)가 졸-겔 용액(2)에 의해 접합되면 이를 소결 공정을 통해 광섬유 평판(3)으로 형성한다.When the optical fiber 1 aligned in the form of a plate is bonded by the sol-gel solution 2, it is formed into an optical fiber plate 3 through a sintering process.

여기서, 광섬유(1)를 접합하는 공정은 통상적인 딥 코팅(Dip coating) 또는 스핀 코팅(Spin coating) 방법을 사용하게 된다.Here, the process of bonding the optical fiber 1 is to use a conventional dip coating (Spin coating) or spin coating (Spin coating) method.

즉, 딥 코팅 방법은 도2a에 도시된 바와 같이 리본 형태인 광섬유(1)를 용액(2)에 함침시키고 다시 이를 취출/증발시키면 되는 것인 바, 가장 오른쪽에 도시된 도면은 리본 형태인 광섬유(1)를 용액에 연속적으로 함침시키는 것을 나타내고 있다.That is, the dip coating method is to impregnate the optical fiber (1) in the form of a ribbon as shown in Figure 2a in the solution (2) and to take out / evaporate it again, the drawing shown on the right is the optical fiber in the form of a ribbon It is shown that (1) is continuously impregnated with a solution.

또한, 스핀 코팅 방법은 도2b와 같이 평판 형태인 광섬유(1)에 졸-겔 용액 (2)을 소정량 낙하시킨 후, 이를 소정 속도로 회전시키면서 도포하고 이를 증발시켜 접합하게 된다.In addition, in the spin coating method, a predetermined amount of the sol-gel solution 2 is dropped onto the optical fiber 1 in the form of a plate as shown in FIG.

상기한 바와 같이 형성된 광섬유 평판(3)은 에칭 방법을 통해 코어 부분을 제거하게 된다.The optical fiber plate 3 formed as described above removes the core portion through the etching method.

코어(C)가 제거된 부분에 코어 용액(53)을 스핀 코팅 또는 딥 코팅으로 도포한 후 소결하고, 그 상면에 반도체 식각 공정을 통해 도파로(4)를 형성하게 된다.The core solution 53 is applied to the portion from which the core C is removed by spin coating or dip coating, followed by sintering, and the waveguide 4 is formed on the upper surface through a semiconductor etching process.

즉, 도파로(4)를 형성할 부분에는 응고 시 코어가 되는 용액을 도포함과 아울러 이를 소정 반도체 식각 공정을 통해 소정 패턴(도파로)(4)으로 형성하게 되는 것이다.That is, the portion to form the waveguide 4 includes a solution that becomes a core during solidification and is formed in a predetermined pattern (waveguide) 4 through a predetermined semiconductor etching process.

여기서, 상기한 반도체 식각 공정을 통해 도파로(4)를 형성하게 되면, 2차원으로 제작 가능하고 또는 다층을 형성하여 3차원으로 제작 가능하게 됨으로써, 고집적도를 이룰 수 있게 되는 것이다.In this case, when the waveguide 4 is formed through the semiconductor etching process, the waveguide 4 may be manufactured in two dimensions or may be manufactured in three dimensions by forming a multilayer, thereby achieving high integration.

도파로(4)가 소정 패턴을 따라 형성되면 그 상면에 졸-겔 법으로 클래드층 (5)을 형성하여 평면 광파 회로를 제작하게 된다.When the waveguide 4 is formed along a predetermined pattern, the cladding layer 5 is formed on the upper surface thereof by the sol-gel method to produce a planar light wave circuit.

평면 광파 회로가 제작되면 탄산 가스 레이저등을 사용하여 광섬유와 접속하게 된다.When a planar lightwave circuit is manufactured, it is connected to an optical fiber using a carbon dioxide laser.

상기한 바와 같이 평면 광파 회로를 형성하게 되면, 상기한 광섬유(석영 유리)(1)로 기판이 제작되기 때문에, 열팽창 계수차이가 없고 이로 인해 온도에 의한 압축 응력이 발생되지 않게 됨으로써, 도파로의 왜곡을 방지할 수 있게 된다.When the planar light wave circuit is formed as described above, since the substrate is made of the optical fiber (quartz glass) 1 described above, there is no difference in coefficient of thermal expansion and thus no compressive stress due to temperature is generated, thereby causing distortion of the waveguide. Can be prevented.

또한, 상기한 광섬유 코어(C)와 접속하는 부분이 원형이며 동일한 크기를 갖게 됨으로써, 광도파로와 광섬유와의 낮은 접속 손실을 유지할 수 있게 된다.In addition, since the portion connected to the optical fiber core C is circular and has the same size, it is possible to maintain low connection loss between the optical waveguide and the optical fiber.

물론, 본 발명은 평면 광파 회로의 제작에만 사용되는 것이 아니고, 렌즈 어레이, 앰플리파이어, 전자-광 모듈레이터, 스위치등 소자의 제조에도 사용될 수 있는 것이다.Of course, the present invention is not only used for the manufacture of planar lightwave circuits, but can also be used for the manufacture of devices such as lens arrays, amplifiers, electro-optic modulators, switches, and the like.

이상과 같이 본 발명은 HFD, CVD 등과 같은 고가의 설비를 사용하지 않으면서도, 졸-겔법에 의해 간단하게 평면 광파 회로를 제작할 수 있고, 고밀도의 광파 회로를 설계할 수 있으며,후막의 증착 두께 조절이 용이하여 평면 광파 회로의 대량 생산에 적합한 잇점이 있는 것이다.As described above, the present invention can easily manufacture a planar lightwave circuit by the sol-gel method, design a high-density lightwave circuit without using expensive equipment such as HFD, CVD, etc., and control the deposition thickness of the thick film. This ease is an advantage for mass production of planar lightwave circuits.

Claims (1)

외부의 코팅이 제거된 상태의 광섬유를 리본 또는 평판 형태로 정렬하는 단계와,Aligning the optical fiber in the form of a ribbon or a flat plate with the outer coating removed; 상기한 정렬된 광섬유를 소정 성분으로 제조된 졸-겔 용액에 함침시켜 딥코팅등과 같은 방법으로 접합시키는 단계와,Impregnating the aligned optical fiber in a sol-gel solution made of a predetermined component and bonding the same by a method such as dip coating; 상기한 평판 형태로 접합된 광섬유를 소결 공정을 통해 광섬유 평판으로 형성하는 단계와,Forming the optical fiber bonded in the form of a flat plate into an optical fiber flat plate through a sintering process; 상기한 광섬유 평판의 코어를 에칭으로 제거하는 단계와,Removing the core of the optical fiber plate by etching; 상기한 코어가 제거된 부분에 코어를 형성하는 용액을 도포한 후 소결하고, 그 상면에 반도체 식각 공정을 통해 도파로를 형성하는 단계와,Applying a solution for forming a core to a portion from which the core is removed, and then sintering it to form a waveguide on the upper surface through a semiconductor etching process; 상기한 도파로가 소정 패턴을 따라 형성되면 그 상면에 졸-겔 법으로 클래드층을 형성하여 구성함을 특징으로 하는 졸-겔 타입 평면 광파 회로 제조 방법.When the waveguide is formed along a predetermined pattern, a cladding layer is formed on the upper surface thereof by a sol-gel method.
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