KR100418255B1 - 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법 - Google Patents

고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법 Download PDF

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Abstract

고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법에 대해 개시한다. 본 발명의 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 마이크로렌즈는 도파로 끝단의 코어를 포함한 코어 주변을 감광재질로 코팅하는 단계; 상기 도파로 끝단으로 코어를 통해 확장하고자 하는 영역까지 빔을 조사시키는 단계; 상기 빔에 조사된 감광재질을 에칭하여 코어 주변을 노출시키는 단계; 상기 노출된 코어 주변을 수소 또는 이중수소 처리하여 코어내부로 확산시키는 단계; 및 상기 수소처리된 영역에 굴절률을 증가시키기 위해 도파로 외부에서 빔을 조사시키는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 제조시 재현성이 뛰어나고 대량생산이 가능하며 제작 비용이 비교적 싸기 때문에 이를 적용하는 광통신시스템 및 광통신소자에 유용하게 이용될 수 있다.

Description

고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법{Expanded core waveguide for high coupling efficiency and method for fabricating as the same}
본 발명은 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 특히 외부에서 들어오는 빔을 광섬유에 고효율로 결합시키기 위해 광섬유나 평면도파로의 코어의 크기를 확대시켜주는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법에 관한 것이다.
광 네트워크 및 초고속 광통신의 필요성이 날로 더해가기 때문에 이에 따라서 관련 접속기술의 연구 개발이 전 세계적으로 이루어지고 있다. 특히, 다량의 광원과 다량의 단일모드 광섬유(single mode fiber) 또는 평면도파로(Planar waveguide)를 연결할 때나, 단일모드 광섬유와 광부품 들을 연결할 때 결합효율이 최대가 되거나, 또는 접속 손실이 최소가 되어야 한다. 이러한 목적으로 렌즈를 사용하거나 코어가 확장된 광섬유, 즉 TEC(Thermally Expanded Core fiber)를 사용한다.
그런데, 렌즈를 사용하는 방법은 렌즈를 광섬유와 광원 사이에 놓고 접속효율을 높힐 수도 있으나 정렬하기가 쉽지 않아서 비용이 비싸고 부피가 크다는 단점이 있었으며, TEC 광섬유를 사용하는 방법은 TEC 제작 방법이 마이크로 토치(torch)로 광섬유 하나 하나마다 10여분 동안 열을 가해야함으로써 대량생산이 어렵다는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 기존 광섬유코어 확장법(Thermally Expanded Core)에 비해서 제작방법에 재연성이 뛰어나며 대량생산이 가능하도록 확장시켜 주고자하는 코어를 포함하여 주변의 광감도를 높혀주고 자외선 빔을 일정시간 노출시켜줌으로써 코어를 확장시키는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법을 제공하는데 있다.
도 1은 도파로의 일종인 광섬유 끝에 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)를 코팅한 상태를 나타낸 도면,
도 2는 광섬유 입력단에 UV빔을 입사시켜 광섬유 끝단의 코어 근처의 PR이 UV빔에 노출된 상태를 나타낸 도면,
도 3은 PR을 에칭공정을 진행하여 제거된 상태의 광섬유 끝단을 나타낸 도면,
도 4는 광섬유 코어 근처에 광감도 증가를 위해 수소처리한 상태를 나타낸 도면,
도 5는 UV빔의 조사로 코어 주변으로 코어 부분이 확장된 상태를 나타낸 도면,
도 6은 PR을 제거한 후에 광섬유 끝에 형성된 확장된 코어(expanded core) 또는 평면 마이크로렌즈(planar microlens)가 형성된 상태를 나타낸 도면,
도 7은 평면도파로 끝에 형성된 확장된 코어(expanded core) 또는 평면 마이크로렌즈(planar microlens)가 형성된 상태를 나타낸 도면,
도 8은 2차원 array로 형성된 확장된 코어(expanded core) 또는 평면 마이크로렌즈(planar microlens) array가 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 광섬유
12 : 광섬유 코어
14 : 광섬유 클래딩
16 : 광섬유 끝단
18 : 광섬유 입력단
20 : Positive photoresist(감광재질)
22 : UV빔에 노출된 부분을 제거한 뒤의 photoresist
24 : UV빔에 노출된 photoresist
30 : 입력단에 입사되는 UV빔
40 : 수소환경에서 코어 부분에 입사하는 수소 이온들
42 : 코어 부분에 확산되어 있는 수소분포
44 : 빛에 노출되어 굴절률이 변한 부분
50 : UV빔 조사
60 : 확장된 코어 또는 평판 마이크로렌즈
70 : 평면도파로
72 : 평면도파로의 코어
74 : 평면도파로의 끝에 형성된 확장된 코어 또는 평면 마이크로렌즈
80 : 2 차원 확장된 코어 array 혹은 마이크로렌즈 array
82 : 확장된 코어 혹은 마이크로렌즈
84 : 도파로
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로의 제작방법은, 코어를 확장시키고자하는 도파로 끝단(16)의 코어를 포함한 코어 주변을 감광재질로 코팅하는 단계; 상기 도파로 끝단(16)과 연결된 도파로 입력단(18)에서 상기 도파로 끝단(16)으로 코어를 통해 확장하고자 하는 영역까지 빔을 조사시키는 단계; 상기 빔에 조사된 감광재질을 에칭하여 코어를 포함하여 상기 코어 주변을 노출시키는 단계; 상기 노출된 코어 주변을 수소 또는 이중수소 처리하여 코어내부로 확산시키는 단계; 및 상기 수소처리된 영역에 굴절률을증가시키기 위해 도파로 외부에서 빔을 조사시키는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 확장된 코어의 굴절률은 클래딩의 굴절률 보다 큰 것이 바람직하며, 상기한 빔은 UV빔을 의미한다. 또한, 상기 도파로의 코어를 확장하는 과정은 적어도 2개 이상의 도파로 코어를 동시에 각각 확장시키는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 상기한 제조방법을 통해 도파로를 형성시키게 된다. 이 때, 이 도파로는 광섬유 또는 평면도파로이다. 그리고, 상기 도파로는 적어도 2개 이상의 도파로 코어가 집결된 것도 바람직하다.
또한, 상기한 제조방법을 통해 마이크로렌즈를 형성시키게 된다. 이 또한, 적어도 2개 이상의 마이크로렌즈가 집결된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 6은 도파로의 일종인 광섬유의 코어를 확장하는 방법과 이를 통해서 코어가 확장된 광섬유를 제작하는 방법을 설명하고 있다.
도 1은 도파로의 일종인 광섬유(10) 끝에 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)를 코팅한 상태를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 코어(12)와 클래딩(14) 층으로 이루어진 광섬유 끝단(16)에 감광재질(20)이 코팅된 모습을 보여주는데, 감광재질로는 포지티브 포토레지스트(positive photoresist)를 선호하고 있다. 감광재질을 코팅하는 방법으로는 딥핑(dipping)하는 방법과 포지티브 포토레지스터(positive photoresister) 코팅기계를 사용하는 방법 등이 있다.
도 2는 광섬유 입력단에 UV빔을 입사시켜 광섬유 끝단의 코어 근처의 PR이 UV빔에 노출된 상태를 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 코팅되어 있는 감광재질(20)을 코어를 중심으로 코어를 확장시키고자 하는 영역까지 빔에 일정시간 노출시켜주는 과정으로, 광섬유 입력단(18)에 빔(30)을 입사시켜서 코어를 확장시키고자 하는 영역까지 빔에 일정시간 노출시킨다. 이 때, 감광재질을 현상하기 전에 노출시키는데 선호하는 빔은 UV(UltraViolet)빔이다.
도 3은 PR을 에칭공정을 진행하여 제거된 상태의 광섬유 끝단을 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 빔에 충분히 노출된 감광재질(24)은 적절한 현상액(developer)을 사용하면 도시된 바와 같이 벗겨지게 된다. 이 때, 코어 중심에서부터 코어를 확장시키고자하는 영역까지 감광재질이 벗겨지게 된다.
도 4는 광섬유 코어 근처에 광감도 증가를 위해 수소처리한 상태를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 코어를 확장시키고자하는 영역의 광감도(photosensitivity)를 높이기 위해서 수소처리를 통해서 수소(40)를 외부에서 코어 내부로 확산시켜야 한다. 일정 시간 동안 수소처리를 하게되면 감광재질(22)이 남아 있는 부분은 수소 침투가 어렵게 되고, 현상액에 의해 오픈된 부분을 통해서 확산되기 때문에 일정시간 후의 수소 분포(42) 영역은 도 4에 도시된 바와 같이 된다. 적당한 수소분포를 위해서 요구되는 수소처리 조건은 수소처리 환경 즉, 온도, 압력과 관계되며 보통 수 시간 내지 수일이 된다. 물론, 수소 분포(42)는 광섬유의 재질과 굴절률 분포 등 여러 요인에 따라서 달라질 수 있다. 확산에 사용될 수소는 이중수소 및 삼중수소도 포함된다.
도 5는 UV빔의 조사로 코어 주변으로 코어 부분이 확장된 상태를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 광섬유 특히 게르마늄(Ge)이 도핑된 광섬유를 수소처리하게 되면 수소가 확산된 부분의 광감도가 개선되어 외부에서 UV빔(50)을 쏘여주게 되면 굴절률이 증가하게 된다. 도 5에서는 UV빔을 쏘여주기 전에는 감광재질(22)을 벗겨내지 않았으나, 수소 분포(42) 영역 이외의 영역은 광감도가 낮기 때문에 감광재질(22)을 벗겨낸 후에 UV빔에 광섬유 끝단을 전부 노출시켜도 수소분포영역(42)만이 굴절률이 증가하여, 확장된 코어 영역의 모습(44)은 수소분포영역(42)의 모습과 거의 일치하게 된다.
도 6은 PR을 제거한 후에 광섬유 끝에 형성된 확장된 코어(expanded core) 또는 평면 마이크로렌즈(planar microlens)가 형성된 상태를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 감광재질(22)을 제거함에 따라 코어가 확장된 광섬유, 또는 광섬유 끝단(16)에 집적된 마이크로렌즈(60)가 형성됨을 알 수 있다.
도 1에서 도 6까지의 제조방법은 평면도파로 끝단이나 표면 위에도 코어를 확장해서 또는 마이크로렌즈를 집적해서 결합효율을 높혀줄 수 있다.
도 7은 평면도파로 끝에 형성된 확장된 코어(expanded core) 또는 평면 마이크로렌즈(planar microlens)가 형성된 상태를 나타낸 도면이다. 도 8은 2차원 array로 형성된 확장된 코어(expanded core) 또는 평면 마이크로렌즈(planar microlens) array가 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 평면도파로(70)의 도파로(72) 끝단에 코어를 확장한 모습을 보여 주고 있으며, 이렇게 확장된 코어(74)는 마이크로렌즈라고도 할 수 있으며 광원에서오는 빔을 손실없이 도파로에 결합시켜주는 역활을 수행한다. 지금까지 설명한 확장된 코어 또는 마이크로렌즈는 1 개 이상의 도파로의 끝 부분에 각각 1 개씩 형성될 수 있을 뿐만 아니라 도 8에 도시된 바와 같이 기판(80) 끝단 또는 표면 위의 다수의 도파로(84)에 다수의 확장된 코어(82) 또는 마이크로렌즈(82)가 제작될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법은, 다수의 광섬유의 코어를 동시에 확장할 수 있으며, 기판 위에 2차원적으로 다수 확장된 코어를 갖는 평면도파로 또는 마이크로렌즈 array도 제작할 수 있다. 이는 다음과 같은 영역에 유용하게 이용할 수 있다.
- 광원과 광섬유의 광결합
- 광원과 평면 도파로와의 광결합
- 광통신용 소자나 광통신시스템에서의 연결회로
- 광측정시스템 및 광계측기에서의 인터페이스
기존에 상품화되어 있는 TEC(Thermally Expanded Core)에 비해서 재현성이 있고 상품화가 가능하여 상품화하는 경우 광통신시스템 및 광통신소자에 유용하게 이용될 수 있으며, 대량생산이 가능하며 제작 비용이 비교적 싸기 때문에 관련 장비 코스트를 낮출 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 코어를 확장시키고자하는 도파로 끝단(16)의 코어를 포함한 코어 주변을 감광재질로 코팅하는 단계;
    상기 도파로 끝단(16)과 연결된 도파로 입력단(18)에서 상기 도파로 끝단(16)으로 코어를 통해 확장하고자 하는 영역까지 빔을 조사시키는 단계;
    상기 빔에 조사된 감광재질을 에칭하여 코어를 포함하여 상기 코어 주변을 노출시키는 단계;
    상기 노출된 코어 주변을 수소 또는 이중수소 처리하여 코어내부로 확산시키는 단계;
    상기 수소처리된 영역에 굴절률을 증가시키기 위해 도파로 외부에서 빔을 조사시키는 단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로의 제작방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 확장된 코어의 굴절률은 클래딩의 굴절률 보다 큰 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로의 제작방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 빔은 UV빔인 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 도파로의 코어를 확장하는 과정은 적어도 2개 이상의 도파로 코어를 동시에 각각 확장시키는 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로 및 이의 제작방법.
  5. 제 1 항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 도파로는 광섬유인 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 도파로는 평면도파로인 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 도파로는 적어도 2개 이상의 도파로 코어가 형성되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 도파로.
  9. 제 1 항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 마이크로렌즈.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈는 적어도 2개 이상의 마이크로렌즈가 형성되어서 이루어진 것을 특징으로 하는 고 결합효율을 위한 코어가 확장된 마이크로렌즈.
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