KR100415711B1 - 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법 - Google Patents

Abstract

광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법에 대해 개시한다. 본 발명의 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법은, 광도파로 내부로의 수소 입자의 확산속도를 제어하는 코딩물질을 상기 광도파로상에 도포하거나, 광도파로 내부로 확산되는 수소 밀도농도를 조절하기 위해 상기 광도파로 코어에 이르는 식각을 진행하는 단계; 상기 식각된 광도파로에 대해 흡수되는 수소 밀도농도를 위치에 따라서 다르게 형성시키기 위해 수소처리하는 단계; 및 상기 수소처리된 광도파로에 상기 수소 밀도농도에 대응하는 굴절률을 갖는 격자를 형성시키기 위해 UV빔에 일정시간 노출시키는 단계로 이루어진다. 본 발명에 따르면, 서로 다른 두께로 코팅되거나, 서로 다른 깊이로 식각된 광도파로에 수소처리시 수소가 확산되는 속도차가 발생하는 원리를 이용하여 흡수된 수소농도차에 의해 단순히 UV빔 노출만으로 서로 다른 다양한 격자를 형성시킴으로써, 별도의 마스크나 간섭계를 이용하지 않아도 된다는 장점이 있다. 또한, 코팅이나 식각의 정도를 달리함으로써 다양한 굴절률을 갖는 격자를 형성시킬 수 있다.

Description

광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법{Method for manufacturing optical fiber grating by a photosensitivity difference}

본 발명은 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법에 관한 것으로, 특히 광감도향상을 위한 수소처리시에 흡수되는 수소농도차를 달리하여 UV빔 노출시에 다양한 광도파로 격자를 형성시키는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법에 관한 것이다.

광도파로는 주로 굴절률이 주위보다 높은 코어와 굴절률이 보다 낮은 클래딩으로 이루어져 있으며, 수소처리를 할 때 수소는 코어까지 확산이 된다. 광도파로 격자는 코어부분에 형성이 되는 것으로 코어내의 굴절률이 주기적으로 변하는 형태를 가진 광소자이며, 주로 광섬유 격자와 평면도파로 격자가 있다.

광도파로의 격자의 제작은 광도파로의 광감도 현상과 크게 연관되어 있다. 이 때, 광감도 향상을 위해서 다양한 방법이 이용되고 있는데, 광도파로 코어 내에 많은 양의 게르마늄(Ge)을 도핑시켜 게르마늄(Ge) 근처에 산소가 하나 결핍된 결합(Germanium Oxygen Deficiency Center)을 증가시키는 방법을 이용하거나, 게르마늄(Ge)과 여러 가지 물질, 예를 들어 보론(B), 주석(Sn), 질소(N) 등을 함께 도핑시키는 방법을 이용하거나, 격자가 제작될 장소에 수소 불꽃을 처리하는 플래임 부러싱(Flame brushing) 방법을 이용하거나, 또는 수소환경에 광도파로를 일정시간 노출시켜 수소를 광도파로 코어 내에 흡수시키는 수소 처리법(Hydrogen loading)등이 이용되고 있다. 이중에서 현재 많이 쓰이고 있는 방법이 바로 수소 처리법이다.

이후, 상기한 과정에 의해 광감도를 향상시킨 광도파로를 UV빔(Ultra Violet Beam)의 간섭패턴에 일정시간 노출시킴으로써 광도파로 격자를 제작하게 되는데, 그 제작방법으로는 마스크를 이용하는 방법, 또는 레이저 간섭계를 이용하는 방법 등이 있다.

그런데, 종래에는 광도파로의 임의의 영역에 수소처리를 한 후, 해당 영역에 마스크나 레이저 간섭계를 이용하여 격자를 형성시킴으로써 임의의 특정영역에서 다양한 격자, 즉 서로 다른 굴절률을 갖는 격자를 형성할 수 없다는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 광감도향상을 위한 수소처리시에 흡수되는 수소농도차에 따라 다양한 굴절률을 갖는 광도파로 격자를 형성시킬 수 있도록 광섬유 임의의 영역에 서로 다른 두께의 코팅 공정 또는 서로 다른 깊이의 식각 공정을 진행한 후 수소처리하여 UV빔 노출시킴으로써 다양한 굴절률을 갖는 격자를 형성시키는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 격자 형성을 위한 광도파로 내부로 수소가 확산되는 과정을 개념적으로 나타낸 개략사시도,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예로서, 광도파로 내부로 확산되는 수소 밀도농도의 차를 위해 광도파로 외부에서 광도파로 내부로의 수소 확산을 제어하는 코팅물질을 도포한 상태를 나타낸 개략사시도,

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제6 실시예 내지 제10 실시예로서, 광도파로 내부로 확산되는 수소 밀도농도의 차를 위해 광도파로 식각에 의한 두께차에 의해 수소 확산을 제어하는 개념을 나타낸 개략사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 광도파로 4 : 광도파로격자 형성부

6 : 수소 8 : 수소처리장치

10 : 코팅물질 20 : 홈

Λ : 광도파로 격자의 주기: 광도파로 격자의 굴절률차

t : 코팅의 두께 d : 홈의 깊이

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법은, 광도파로에 코팅이나 식각등을 한 후 수소처리를 함으로써 도파로의 위치에 따라 광도파로에 도핑된 수소농도의 차이가 나게 하여 UV빔에 노출시에 격자가 형성된다. 이 때 광도파로의 코팅은 수소처리시에 광도파로 내부로 확산되는 수소의 확산속도가 차이가 나기위해 하는 것이며, 식각은 같은 시간동안 확산되는 수소의 농도가 광도파로의 위치에 따라 차이가 나도록 하기 위해 하는 것이다.

코팅을 하는 방법에는 코팅재질을 사용하여 코팅하며, 코팅재질로는 금, 은, 티타늄, 니켈, 구리 등의 금속재질을 이용하여 코팅한 부분의 수소 확산 속도를 코팅안한 부분에 비하여 느리게 하여 광도파로내의 수소밀도농도가 차이가 나게 한다. 그리고, 식각을 하는 방법에는 광미세가공기술(Photolithographic process)을 이용하여 하는 방법이 있다. 광미세가공기술(photolithographic process)을 통해서 우선 광도파로 주변에 PR(Photoresist)패턴을 원하는 특성 즉, 격자 주기, 격자 길이가 되도록 코팅시킨 다음 불산에 담그면 PR로 코팅이 안된 부분만 부식이 되어 홈이 새겨진다. 또는 PR로 광도파로 주변을 전부 코팅시킨 다음 빛에 선택적으로노출시키면 PR코팅이 안된 부분 또는 된 부분만 제거가 된다.

상기 광도파로를 수소 처리하여 격자를 제작할 경우 다양한 격자를 제작할 수 있다. 코팅의 두께와, 코팅의 주기, 식각한 홈의 깊이, 식각한 홈의 주기에 따라서 주기가 일정한 격자, 비주기적인 격자, chirp된 격자, apodization된 격자 등을 제작할 수 있다.

상기 광도파로의 수소처리방법은 광도파로를 수소처리 하는 장치에 넣고 고압의 상태에서 장시간 넣어두는 것이다. 이때 상기 광도파로내의 수소밀도농도의포화정도는 온도, 압력 그리고 수소가스에 노출시키는 시간에 따라 달라진다. 일반적으로 저압보다는 고압에서 일정시간 노출시킬 경우 포화 농도가 더 높아진다. 또한, 광도파로 코어가 게르마늄(Ge), 보론(B), 주석(Sn), 질소(N) 등의 광감도가 있는 물질로 제조되면 광감도가 향상되어 격자가 더 잘 제작될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 격자 형성을 위한 광도파로 내부로 수소가 확산되는 과정을 개념적으로 나타낸 개략사시도이다. 도 1을 참조하면, 참조번호 1은 광도파로, 4는 광도파로격자 형성부, 6은 수소, 8은 수소처리장치를 각각 나타낸다. 도시된 바와 같이, 내부에 격자가 형성될 광도파로(1)를 수소처리장치(8)에 넣고 수소(6)에 노출시킴으로써 수소(6)가 광도파로 내부로 확산되는 것이다. 이 때, 수소의 확산은 광도파로 자체의 식각을 통해 광도파로의 위치에 따라 광도파로 내부에 서로 다른 농도를 가질 수 있음을 암시하고 있다. 또한, 이후에서 설명하는 코팅물질(미도시)의 제어에 의해 광도파로의 위치에 따라 광도파로 내부에 서로 다른 수소 농도를 가질 수 있음을 짐작할 수 있다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예로서, 서로 다른 농도의 수소확산을 위해 광도파로 외부에 수소 확산을 제어하는 코팅물질을 도포한 상태를 나타낸 개략사시도이다. 구체적으로, 도 2a는 본 발명의 제1 실시예로서, 광도파로(1)에 코팅물질(10)을 주기적으로 도포하여 주기적인 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면 및 코팅영역 확대도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 주기적인 격자를 만드는 방법으로서, 코팅의 두께(t)는 일정하게 하고, 격자의 주기,,…모두 일정하게 한다. 이에 따라, 코팅의 두께(t)가 일정하여 코팅된 부분과 코팅이 안된 부분으로 확산되는 수소의 농도는 각기 일정하여, 일정한 굴절률차를 가지는 주기적인 격자가 형성된다.

도 2b는 본 발명의 제2 실시예로서, 광도파로(1)의 코팅물질(10)을 비주기적으로 도포하여 비주기적인 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 비주기적인 격자를 만드는 방법으로서, 코팅의 두께는 일정하게 하고, 제1 실시예와는 달리 격자의 주기,,은 서로 다른 값을 갖게 함으로써 비주기적인 격자를 제작할 수 있다.

도 2c는 본 발명의 제3 실시예로서, 광도파로(1)의 코팅물질(10)의 간격을 임의의 함수값을 가지고 증가시켜 처프(chirp)된 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 처프(chirp)된 격자를 만드는 방법으로서, 코팅의 두께는 일정하게 하고, 격자의 주기,,,,는 선형적 또는 비선형적으로 증가하게 한다.

도 2d는 본 발명의 제4 실시예로서, 광도파로의 코팅의 두께(t)를 t₁에서 t_n까지 임의의 함수값을 가지고 증가시킴에 따라 굴절률차가에서까지 일정하거나 임의의 값을 가지고 감소하여 처프(chirp)된 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 본 도면에서 코팅의 두께(t)의 차를 확연하게 나타내기 위해 현격하게 나타내기로 한다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 처프(chirp)된 격자를 만드는 방법으로서, 도 2c와는 반대로 격자의 주기는 일정하게 하고, 코팅의 두께(t)가 선형적 또는 비선형적으로 증가하여 굴절률차를 일정하거나 임의의 값을 가지고 감소시킨다.

도 2e는 본 발명의 제5 실시예로서, 광도파로의 코팅의 두께(t)를 t₁에서 t_n까지는 감소하다가 다시 t_n에서 t₁로 증가하도록 하여 아포다이즈된(apodized) 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 코팅의 두께(t)를 감소하다가 증가시켜, 즉 굴절률의 차를에서으로 증가하였다가에서으로 감소시킴으로써 아포다이즈된(apodized) 격자를 만들 수 있다.

여기서, 상기 아포다이즈된(apodized) 격자는 광도파로 격자의 시간 지연 스펙트럼상에 존재하는 잡음 및 투과 또는 반사 스펙트럼 상에 존재하는 잡음을 해결하기 위한 방안의 하나로서, 일반적으로 어포다이제이션(apodization)이라 정의한다. 이 아포다이제이션이란, 광섬유 격자에서의 굴절률차 Λn을 적당한 함수의 형태로 비선형화 처리함으로써, 상기 잡음들 중에서 특히 투과/반사 스펙트럼 상에 존재하는 리플을 제거하는 기법을 말한다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제6 실시예 내지 제10 실시예로서, 서로 다른 농도의 수소확산을 위해 광도파로 식각에 의한 두께차에 의해 수소 확산을 제어하는 개념을 나타낸 개략사시도이다. 도 3a는 본 발명의 제6 실시예로서,광도파로(1)를 식각하여 홈(20)을 주기적으로 만들어 주기적인 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 주기적인 격자를 만드는 방법으로서, 식각한 홈의 깊이(d)는 일정하게 하고, 격자의 주기,,…모두 일정하게 한다. 이에 따라, 식각한 홈의 깊이(d)가 일정하여 식각한 부분과 식각하지 않은 부분으로 확산되는 수소의 농도는 각기 일정하여, 일정한 굴절률차를 가지는 주기적인 격자가 형성된다.

도 3b는 본 발명의 제7 실시예로서, 광도파로(1)를 식각하여 홈(20)을 비주기적으로 만들어 비주기적인 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 비주기적인 격자를 만드는 방법으로서, 식각한 홈의 깊이(d)는 일정하게 하고, 제6 실시예와는 달리 격자의 주기,,은 서로 다른 값을 갖게 함으로써 비주기적인 격자를 제작할 수 있다.

도 3c는 본 발명의 제8 실시예로서, 광도파로(1)를 식각하여 홈(20)의 간격을 임의의 함수값을 가지고 증가시켜 처프(chirp)된 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 처프(chirp)된 격자를 만드는 방법으로서, 홈의 깊이(d)는 일정하게 하고, 격자의 주기,,,,는 선형적 또는 비선형적으로 증가하게 한다.

도 3d는 본 발명의 제9 실시예로서, 광도파로(1)를 식각하여 홈(20)의 깊이(d)를 d₁에서 d_n까지 선형적이거나 비선형적으로 감소시킴에 따라 굴절률차가에서까지 일정하거나 임의의 값을 가지면서 감소하여 처프(chirp)된 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 처프(chirp)된 격자를 만드는 방법으로서, 도 3c와는 반대로 격자의 주기는 일정하게 하고, 홈의 깊이(d)가 선형적이거나 비선형적으로 감소하여 굴절률차를 일정하게 감소시킨다.

도 3e는 본 발명의 제10 실시예로서, 광도파로(1)를 식각하여 홈(20)의 깊이(d)를 d₁에서 d_n까지 증가시키다가 다시 d_n에서 d₁로 감소시켜 아포다이즈된(apodized) 격자를 형성하는 방법을 나타낸 도면이다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 홈의 깊이(d)를 증가시키다가 감소시켜 굴절률차를에서까지 증가하였다가에서으로 감소시킴으로써 아포다이즈된(apodized) 격자를 만들 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법은, 서로 다른 두께로 코팅되거나, 서로 다른 깊이로 식각된 광도파로에 수소처리시 수소가 확산되는 속도차가 발생하는 원리를 이용하여 흡수된 수소농도차에 의해 단순히 UV빔 노출만으로 서로 다른 다양한 격자를 형성시킴으로써, 별도의 마스크나 간섭계를 이용하지 않아도 된다는 장점이 있다. 또한, 코팅이나 식각의 정도를 달리함으로써 다양한 굴절률을 갖는 격자를 형성시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.

Claims (15)

1. 광도파로에 수소를 첨가하고 그 수소첨가된 광도파로에 UV빔을 일정시간 조사하여 수소밀도농도에 대응하는 굴절율을 갖는 격자를 형성하도록 된 광도파로 격자 제작방법에 있어서,

   상기 광도파로에는 그 내부로의 수소입자의 확산속도를 제어하기 위한 코팅물질이 도포되고,

   상기 코팅물질의 도포에 따라 상기 격자의 굴절율을 결정하는 상기 수소밀도농도가 조절되는 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅물질은 수소 입자들의 확산속도를 조절하는 금속재질인 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 코팅물질은 금, 은, 티타늄, 니켈, 구리에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅물질은 그 코팅영역의 간격이 증가 또는 감소되도록 도포되어 상기 격자의 주기가 증가 또는 감소하는 처프(CHIRP)된 격자로 되도록 한 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅물질은 그 두께가 증가 또는 감소되도록 도포되어 상기 수소처리를 통해 형성되는 상기 광도파로 격자의 굴절률의 차가 증가 또는 감소되는 처프(CHIRP)된 격자로 되도록 한 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 수소처리를 통해 형성되는 광도파로 격자는 코팅의 두께가 감소하다가 다시 증가하여 굴절률의 차가 증가하다가 감소하는 어포다이제아션(APODIZATION)된 격자인 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
7. 코어와 클래딩으로 이루어진 광도파로에 수소를 첨가하고 그 수소첨가된 광도파로에 UV빔을 일정시간 조사하여 수소밀도농도에 대응하는 굴절율을 갖는 격자를 형성하도록 된 광도파로 격자 제작방법에 있어서,

   상기 광도파로 내부로의 수소입자의 확산속도를 제어하기 위해 상기 광도파로 코어에 이르도록 상기 광도파로 자체의 식각이 이루어지고,

   상기 광도파로 자체의 식각에 의해 형성되는 홈의 형태에 따라 상기 격자의 굴절률을 결정하는 상기 수소밀도농도가 조절되는 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 광도파로의 식각에 의한 홈의 간격이 증가 또는 감소되도록 해서 상기 격자의 주기가 증가 또는 감소하는 처프(CHIRP)된 격자로 되도록 한 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 광도파로의 식각에 의한 홈의 깊이가 증가 또는 감소되도록 해서 상기 수소처리를 통해 형성되는 광도파로 격자의 굴절률의 차가 증가 또는 감소하는 처프(CHIRP)된 격자로 되도록 한 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 광도파로의 식각에 의한 홈의 깊이가 증가하다가 다시 감소되도록 해서 상기 수소처리를 통해 형성되는 광도파로 격자의 굴절률의 차가 증가하다가 감소하는 아포다이제아션(APODIZATION)된 격자로 되도록 한 것을 특징으로 하는 광감도차에 의한 광도파로 격자 제작방법.
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