KR100424688B1 - 광도파회로와그제조방법및광도파회로를구비하는광도파회로모듈 - Google Patents

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후미히로 에비사와
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니혼덴신뎅와가부시키가이샤
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Abstract

길이가 다른 다수의 도파로를 포함하는 광도파회로에 있어서,
상기 도파로의 실효굴절율과 온도계수가 다른 부호의 굴절율 온도계수를 구비하는 재료(10)를, 상기 도파로(4)의 상부 피복과 코어를 제거한 홈(12), 또는 상부피복과 코어와 하부 피복을 제거한 홈(12)에 충전된다. 또한, 인접하는 도파로 사이에서 제거된 도파로의 길이의 차이를, 제거하지 않고 남은 도파로의 길이의 차에 비례시킨다.

Description

광도파회로와 그 제조방법 및 광도파회로를 구비하는 광도파회로 모듈
근래, 실리콘 기판상에 형성된 석영계 유리광도파로에 의해 구성된 플레이너 광파회로(PLC)의 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 플레이너 광파회로에 있어서는 어레이도파로형 파장합분파기(AWG)나 마하젠다간섭계(MZI)와 같이 다광속(多光束) 또는 2광속의 빛의 간섭을 사용하여, 광파장합분파기능을 실현하고 있다.
상기 어레이도파로형 파장합분파기에서는 병렬로 배치된 서로 그 길이가 △L씩 다른 수 십~수 백개의 어레이도파로를 전파한 복수의 빛의 간섭으로 인해 다수의 파장을 포함하는 파장다중광의 합파·분파를 일괄할 수 있는 특징을 지니고 있고, 파장다중광통신의 키다바이스로서 주목받고 있다.
좀더 상세히 말하자면, 에이치. 타카하시외 「나노스케일 해상도로 파장을분주하는 멀티/디멀티플렉서를 위한 웨이브가이드 그레이팅어레이」 (H. Takahashi et al., Arrayed-Waveguide Grating for Wavelength Division Multi/Demultiplexer With Nanometre Resolution, Electron. Lett., vol.26, no.2. pp.87-88, 1990.)에 기재되어 있다.
도 1에 종래의 어레이도파로형 파장합분파기의 회로구성을, 도 2에 도 1의 aa선의 확대단면도를, 도 3에 중심입력포트에서부터 중심출력포트로 투과율 스펙트럼의 일례를 나타내었다.
도 1, 도 2에서 실리콘(Si) 기판(1)에 입력도파로(2), 제1슬래브 도파로(3), 어레이도파로(4), 제2슬래브 도파로(5), 출력도파로(6), 도파로코어(7), 피복(8)이 설치되어 있다.
도 3에서 특정한 파장만이 투과되고 그 이외의 파장의 빛은 저지되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 투과대역(透過帶域)도 약 1nm로 좁은 대역의 특성를 얻을 수 있다. 이중의 가장 투과율이 최대가 되는 파장 (λc)은 다음식과 같다.
여기에서, m은 회절차수이고, n은 도파로의 실효굴절율이다. 또한, △L은 인접한 어레이도파로간의 길이의 차이고, 구체적으로는 10 ~ 100 ㎛ 정도의 값이다.
(1)식에 나타나 있듯이, λc은 도파로의 광로길이(실효굴절율과 길이의 곱)의 차, n× △L로 결정되지만, 광로의 길이 차이는 온도에 의존하기 때문에 결과적으로 λc는 온도에 의존한다.
도 4에 25도, 50도, 75도의 각 온도에서 투과율 스펙트럼을 나타낸다. 또한, 그 λc의 온도의존성을 도 5에 나타내었다.
이들 도면에서 알 수 있듯이, 50도의 온도변화에 대하여 λc는 약 0.5nm나 변화된다. 또한, 석영계 도파로의 광로길이 온도계수(1/△L)×d(n·△L>/dT는 약 1× 10-5(1/℃)인 것이 알려져 있고, λc의 온도계수 dλc/dT의 계산값은 약 0.01(nm/℃)이고, 도 5의 결과와 일치한다. 따라서, 기온변화가 10℃~60℃정도의 환경 안에서 어레이도파로형 파장합분파기를 사용할 때는, 그 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어가 필요하다.
또한, 도 6은 마하첸다간섭계(MZI)형 광합분파기이다. 기판(101)상에 입력도파로(102), 방향성결합기(103)(106) 2개의 암도파로(Arm導波路)(104)(105)가 형성되어 있다.
도 6에 나타나 있는 회로투과율의 파장의존성은 다음의 (2)식에 나타내었다.
여기에서, λ는 파장, n은 도파로의 실효굴절율, △L은 2개의 암도파로 길이의 차이다.
(2)식보다 투과율이 최대가 되는 파장(λc)은 다음식에 나타내었다.
여기에서, k는 정수이다.
(3)식이 (1)식과 같은 형식인 것이 분명하듯이, 마하첸다(MZI)의 λc는 어레이도파로형 파장합분파기(AWG)의 경우와 같은 온도의존성을 지닌다.
그 때문에 상기 어레이도파로형 파장합분파기나 마하첸다간섭계(MZI)형 광합분파기를 사용할 때는 광도파회로의 온도를 펠티에(Peltier)소자 또는 히터를 사용하여 일정하게 유지할 필요가 있었다.
더욱이 펠티에소자나 히터를 구동하는 전원이나 제어장치등이 필요하고, 광파장합분파기 전체의 체적과 가격을 높였다.
이로 인해, 광도파회로 자체의 온도의존성을 상실시켜, 온도제어를 할 필요가 없게 되었다.
종래, 광도파회로의 온도의존성을 저감하는 방법으로서는, 일본국 특개평 8-5834호 공보에 나타나 있듯이, 도파로의 일부에 굴절율 온도계수가 다른 재료로 이루어지는 코어를 사용하고, n·△L이 온도가 변화되더라도 일정하게 유지되는 구성이 있다.
그러나, 이 구성에서는 동일한 기판상에 재료가 다른 2종류의 코어가 혼재하는 복잡한 구조가 되기 때문에 제작이 용이하지 않았다.
또한, 다른 방법은 고분자 재료를 피복층으로 사용한 것이 보고되고 있다(예를 들면, Y.Kokubun et al, "Temperature-Independent Narrow-Band Filter by Athermal Waveguide" , ECOC'96, WeD.1.5).
그러나, 본 방법에서는 온도변화에 대하여 광로길이를 일정하게 유지하기 위하여 피복재료의 굴절율이 큰 온도변화를 이용하기 때문에 온도가 변하면 코어와 피복의 굴절율의 차가 변화하여 최악의 경우에는 도파로가 빛을 도입하지 않을 우려가 있으므로 광범위한 환경온도변화에는 대응할 수 없다.
본 발명의 목적은 파장특성의 온도의존성을 저감하는 데 있다. 간단하고 제작이 용이한 구조를 실현하여 온도제어가 불필요한 광도파회로와 그 제조방법 및 광도파회로를 구비하는 광도파회로 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명은 광통신 또는 광정보처리분야에서 사용되는 광도파회로(光導波回路)와 그 제조방법 및 광도파회로를 구비하는 광도파회로 모듈에 관한 것으로, 특히, 광학특성이 온도에 의존하지않는 도파형 광소자(導波型光素子)로서 더 상세하게 설명하면, 광학특성이 온도에 의존하지 않는 평면기판상에 형성된 도파로(導波路)로 구성된 광파장합분파기(光波長合分波器)와 같은 광도파회로에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 어레이도파로형 파장합분파기의 구성도.
도 2는 도 1의 aa선의 확대단면도.
도 3은 종래 기술의 어레이도파로형 파장합분파기의 투과율 스펙트럼의 일예를 나타내는 그래프.
도 4는 종래 기술에 의한 어레이도파로형 파장합분파기의 투과율 스펙트럼의 온도의존성을 나타내는 그래프.
도 5는 종래 기술에 의한 어레이도파로형 파장합분파기의 투과율이 최대가 되는 파장의 온도의존성을 나타내는 그래프.
도 6은 종래의 도파로형 마하첸다간섭계(MZI)의 구성도.
도 7은 본 발명의 기본적인 원리를 나타내는 광도파회로의 구성도.
도 8은 제1실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기(AWG)의 구성도.
도 9는 도 8의 bb'선에 따른 확대단면도.
도 10은 본 발명의 도파로 제작법을 나타내는 플로우 차트.
도 11은 제1실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기의 투과율 스펙트럼의 온도의존성을 나타내는 그래프.
도 12는 제1실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기 중심파장의 온도의존성을 나타내는 그래프.
도 13은 제3실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기의 구성도.
도 14는 도 12의 cc '선에 따른 확대단면도.
도 15는 홈에 의해 삭제된 도파로부분의 길이와 방사손실과의 관계(계산결과)를 나타내는 그래프.
도 16은 제4실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기에 있어서, 어레이도파로의 홈가공부분의 확대도.
도 17은 본 발명의 제5실시예의 광도파회로를 나타내는 것으로, 어레이도파로격자에 파장판(波長板)을 삽입한 상태의 구성도.
도 18은 본 발명의 제6실시예의 광도파회로를 나타내는 것으로, 어레이도파로격자의 중앙에 파장판(波長板)을 삽입한 상태의 구성도.
도 19는 본 발명의 제7실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기(기밀밀봉하기 전의 도면)의 구성도.
도 20은 본 발명의 제7실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기(기밀밀봉한 후의 도면)의 구성도.
도 21은 도 20의 dd'선에 따른 확대단면도.
도 22는 제7실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기의 중심파장의 습도의존성(25℃에서 측정)을 나타내는 그래프.
도 23은 본 발명의 제8실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기(실리콘수지 위에 엑폭시수지를 도포한 것)의 구성도.
도 24는 도 23의 ee'선에 따른 확대단면도.
도 25는 본 발명의 제9실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기(입력파이버를 제1슬래브도파로단에 접속한 것)의 구성도.
도 26은 본 발명의 제10실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기(제1슬래브도파로에서 어레이도파로형 파장합분파기가 분리·접속되어 있는 것)의 구성도.
도 27은 본 발명의 제11실시예에 의한 온도무의존 마하첸다간섭계(MZI) 파장합분파기의 구성도.
도 28은 본 발명의 제11실시예에 의한 온도무의존 마하첸다간섭계(MZI)형 파장합분파기의 투과율 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 29는 본 발명의 제11실시예에 의한 마하첸다간섭계(MZI)형 파장합분파기에 있어서 홈가공·실리콘수지를 충전하는 전후의 투과파장의 온도의존성 변화를 나타내는 그래프.
도 30은 제12실시예에 의한 어레이도파로형 파장합분파기의 투과율 스펙트럼의 일례를 나타내는 그래프.
도 31은 제13실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기의 구성도.
도 32는 제14실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기의 구성도.
도 33은 도 32에 있어서의 ff'선에 따른 확대단면도.
도 34는 제15실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기 모듈의 개략외관도.
도 35는 제15실시예에 의한 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기 모듈의 측면도.
도 36은 동 실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기의 제작순서를 나타내는 플로우차트.
도 37a, 도 37b는 제16실시예에 의한 빔 콜리메이터(beam collimator)도파로를 구비하는 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를 나타내는 것으로, 도 37a는 평면구성도, 도 37b는 홈 근방의 확대평면도.
도 38a, 도 38b는 제17실시예에 의한 콜리메이터 렌즈(collimator lens)를 구비하는 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를 나타내는 것으로, 도 38a는 평면구성도, 도 38b는 홈 근방의 확대평면도.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 태양 1은 길이가 다른 다수의 도파로를 포함하는 광도파회로에 있어서 상기 도파로의 실효굴절율 온도계수와 다른 부호의 굴절율 온도계수를 지니는 재료(이하, 「온도보상재료」 로 기재한다.)이지만, 상부 피복과 코어를 제거한 홈 또는 상부 피복, 코어와 하부 피복을 제거한 홈에 삽입되어 인접하는 도파로 사이에서 제거된 도파로의 길이의 차이가 상기 다수의 도파로의 길이의 차에 비례하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양 2는 도파로를 석영계 유리로 제작하는 것을 특징으로 하고, 도파로의 실효굴절율 온도계수는 플러스값(正의 값)(1 ×10-5정도)이므로 온도보상재료로서는 마이너스(負) 굴절율 온도계수인 것을 사용한다.
본 발명의 태양 3은 상기 상부 피복과 코어를 제거한 홈 또는 상부 피복과 코어와 하부 피복을 제거한 홈의 전후로 빔 콜리메터(beam collimator) 도파로 또는 렌즈가 형성되는 것을 특징 으로 한다.
또한, 본 발명의 태양 4는 다수의 도파로가 소정 길이로 순차적으로 길어지는 어레이도파로로 구성되고, 상기 어레이도파로는 양단부에서 슬래브(slab)도파로에 접속되며 상기 어레이도파로의 도중에는 상기 어레이도파로를 횡단하여 폭이 차례로 증가하는 홈이 형성되어 홈내부에 온도보상재료가 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양 5는 상기 다수의 도파로가 소정 길이(6)로 순차적으로 길어지는 어레이도파로로 구성되고, 상기 어레이도파로가 양단부에서 슬래브도파로에 접속되고, 상기 슬래브도파로에는 폭이 조금씩 증가하는 홈이 형성되고, 상기 홈 내부에 온도보상재료가 충전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양 6은 다수의 도파로가 길이가 다른 2개의 암도파로로 구성되고, 상기 암도파로는 양단부에서 방향성결합기에 접속되어, 상기 암도파로 내부의 긴 쪽 도파로에 홈이 형성되어, 홈내부에 온도보상재료가 충전되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 7은 온도보상재료의 굴절율 온도계수의 절대값이 도파로의 유효굴절율 온도계수에 대하여 20배 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 8은 홈이 상기 어레이도파로 또는 암도파로를 80도~85도의 각도로 횡단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 9는 홈이 다수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 10은 상기 다수의 홈이 적어도 2개 이상이 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 11은 홈의 각(角)의 형상이 둥근 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 12는 온도보상재료가 폴리실록산 또는 폴리실록산의 가교물인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양 13은 온도보상재료가 폴리올레핀의 말단에 수산기, 치올기, 카로보닐기, 할로겐기를 적어도 1개 갖는 고분자재료인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양 14는 홈이 상기 광도파로면으로 한정된 영역에 형성되고, 홈 및 홈에 충전된 온도보상재료가 광도파로 표면에 배치한 덮개로 기밀방지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 15는 상기 덮개 대신 홈에 충전한 온도보상재료와는 다른 재료로 온도보상재료가 덮여 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 16은 슬래브도파로 단부의 소정 위치에 입력광을 이끄는 광섬유가 접속된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 17은 상기 슬래브도파로중 적어도 한쪽 슬래브도파로를 횡단하는 선상에 있어서, 2개의 광도파회로 기판의 위치관계가 적절한 위치에서 접속되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 18은 상기 접속되어 있는 2개의 도파로 기판의 경계선이 제1 슬래브도파로를 관통하고, 입력도파로와 어레이도파로를 연결하는 선에 거의 수직이거나 혹은 제2슬래브도파로를 관통하고, 출력도파로와 어레이도파로를 연결하는 선에 거의 수직인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 19는 상기 태양 16 내지 태양 17중 어느 한 광도파회로의 제조방법에 있어서,
상기 슬래브도파로와 입력파이버 또는 슬래브도파로와 슬래브도파로를 접속할 때에, 사용파장의 빛을 투과시켜, 그 손실이 가장 적어지도록 서로 상대적인 위치를 정하여 접착, 고정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 20은 상기 태양 16 내지 태양 17 중 어느 광도파회로의 제조방법에 있어서,
상기 슬래브도파로와 입력파이버 또는 슬래브도파로와 슬래브도파로를 접속할 때에, 광대역의 스펙트럼을 갖는 빛을 투과시켜, 그 손실이 가장 적어지도록 기판과 수직인 방향의 위치를 맞추어, 투과파장이 소정의 값이 되도록 기판과 수평인 방향의 위치를 맞추어 최종적으로 접속, 고정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양 21은 1개 또는 다수의 입력파이버, 1개 또는 다수의 출력파이버, 태양 1에서부터 태양 18중 어느 한 광도파회로, 부츠(boot), 케이스(case) 및 완충재로 이루어진 광도파회로 모듈에 있어서,
상기 입력파이버 및 출력파이버가 상기 도파로 단면에 접속, 고정되어 있고, 또한, 상기 입력파이버 및 출력파이버가 상기 부츠에 고정되어 있고, 상기 부츠는 상기 케이스에 고정되어 있고, 상기 케이스와 상기 광도파회로 사이에는 완충재가 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.
가장 적합한 실시예의 설명에 앞서 도 7에 나타내는 광도파회로를 사용하여 본 발명의 원리를 상세히 설명한다. 도 7은 다수의 도파로를 구비하는 광도파회로의 일례를 나타내는 것이고, 도파로(111)(112)의 도중에 상기 도파로(111)(112)와는 다른 부호의 굴절율 온도계수를 갖는 재료(온도보상재료)가, 홈(113)(114)에서 충전된다. 도파로(111)(112)는 분기·합류부(115)(116)에서 분기·합류된다.
여기에서 도파로의 실효굴절율 온도계수를 dn1/dT, 온도보상재료의 굴절율 온도계수를 dn2/dT, 도파로(111)의 길이(홈(113)을 제외한다)를 L1, 도파로(112)의 길이(홈(114)을 제외한)를 L2, 홈(113)의 길이를 Ll', 홈(114)의 광로길이를 L 2'로 한다.
2개의 도파로(111)(112)를 전파하는 빛의 위상차가 온도변화에 대하여 변화하지않기 (이하, 온도무의존성이라 한다) 위해서는 2개의 도파로의 광로길이의 차이가 온도에 대하여 변화하지 않는다, 즉, 다음식이 성립해야 한다.
상기식을 변형하여,
를 얻을 수 있다.
여기에서, L>L2 라고 하면, (dn1 / dT) 및 (dn2 / dT)가 같은 부호일 경우에는 L1'〈L2'이고, 다른 부호일 경우에는 L1'〉L2'이다. 즉, 도파로의 굴절율 온도계수와 온도보상재료의 굴절율 온도계수가 같은 부호일 경우에는 긴 도파로에 짧은 홈을 작성하고, 짧은 도파로에 긴 홈을 작성함으로써, 광회로가 길어지게 된다.
반면, 다른 부호일 경우에는 L1'>L2'이고, 긴 도파로에 긴 홈을 형성하고, 짧은 도파로에 짧은 홈을 형성함으로써 광회로를 콤팩트하게 할 수 있다.
또한, 식 5에서 알 수 있듯이 홈길이의 차이 만큼이 도파로의 차이에 비례하도록 각 홈의 길이를 설계하는 것이 중요하고, 또한, 이 관계를 충족시키면, L2'=0으로 해도 된다.
어레이도파로형 파장합분파기와 같이 일정한 길이로 순차적으로 길어지는 다수의 도파로를 구비하는 경우에는, 인접하는 도파로 사이에서 식 5를 충족시켜야하므로 순차적으로 길어지는 도파로에 따라 일정한 길이로 순차적으로 길어지는 홈을 설치해야 한다..
또한, 홈에서는 도파구조가 없으므로 회절로 인해 빛의 강도분포가 넓어져, 손실이 생긴다. 이 때문에, 홈이 작은 쪽이 손실은 적다. 홈의 길이는 식 5에 따라 L2'-L1')씩 증가한다. 따라서, dn2 / dT의 절대값이 큰 재료를 사용하면 홈을 짧게 할 수 있다.
온도보상재료로서는 예를 들면, 벤젠, 톨루엔등의 방향족화합물, 시크로헥산 등의 환상탄화수소화합물, 이소옥탄, n-헥산(n-hexane), n-옥탄(n-octane), n-디캔, n-헥산디캔등의 직쇄탄화수소화합물, 사염화탄소등의 염화물, 2황화탄소등의 황화물, 메틸에틸케톤등의 케톤류등의 저분자재료,
또한, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌등의 폴리오레핀, 폴리부타디엔, 천연고무등의 폴리디엔, 폴리스틸렌, 폴리초산비닐, 폴리메틸비닐에테르, 폴리에틸비닐에테르, 폴리 아크릴산, 폴리아크릴산메틸, 폴리메타아크릴산, 폴리메타아크릴산메틸, 폴리메타아크릴산부틸, 폴리메타아크릴산헥실, 폴리메타아크릴산도데실등의 비닐중합체, 직쇄올레핀계의 폴리에테르나, 폴리페닐렌옥시드(PPO) 및 그 공중합체나 블렌드체, 에테르기와 설폰기를 혼재시킨 폴리에테르술폰(PES), 에테르기와 카르보닐기를 혼재시킨 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르기를 지니는 폴리페니렌슬피드(PPS)나 폴리설폰(PSO)등의 폴리에테르 및 그 공중합체나 블렌드체, 또한 폴리올레핀의 말단에 수산기, 티올기, 카르보닐기, 할로겐기등의 치환기를 적어도 1개 갖는 것, 예컨대, HO-(C-C-C-C-) n-(C-C(C-C-) m)-OH 등, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌옥시드 등의 폴리옥시드나 폴리부틸이소시안나이트, 폴리불화비닐리덴 등의 고분자재료.
엑폭시수지, 올리고마물질과 경화제에 의한 가교물이 있고, 또한, 이들의 재료를 2종 이상 혼합한 것을 사용해도 된다.
그외에 또한, 폴리실록산 또는 폴리실록산의 가교물(일반적으로는, 실리콘수지라고 한다)을 사용하는 것이 좋다. 이 재료는 굴절율 온도계수가 높을 뿐만아니라 내수성 및 장기안정성이 뛰어나 본 발명의 온도보상재료로서 가장 적당한 것이다.
폴리실록산은 다음의 일반식으로 나타낸다.
식에서, R1, R2는 말단기를 나타내고, 수소, 알킬기, 수산기, 비닐기, 아미노기, 아미노알킬기, 엑폭시기, 알킬엑폭시기, 알콕시엑폭시기, 메타크릴레이트기, 크롤기, 아세톡시기중에 어느것으로나 구성된다.
R'는 측쇄기(側鎖基)를 나타내고, 수소, 알킬기, 알콕시기, 수산기, 비닐기, 아미노기, 아미노알킬기, 에폭시기, 메타크릴레이트기, 크롤기, 아세톡시기, 페닐기, 플루오로알킬기, 알킬페닐기 및 사이클로헥산기로 이루어진다. 탑재할 폴리실록산은 1종류든 다수의 종류를 혼합하든 상관없다.
한편, 폴리실록산의 가교물은 말단기가 비닐기, 수소, 실라놀기, 아미노기, 엑폭시기, 카루비놀기를 갖는 반응성 폴리실록산과 폴리실록산을 백금촉매, 라디칼, 산성, 염기등이 존재한다는 여건하에 반응시킨 것이다. 또한, 탑재할 폴리실록산을 부드러운 겔상태로 한 것 및 겔상태의 폴리실록산에 저분자량의 폴리실록산을 함유시킨 복합물, 고분자 재료량의 폴리실록산과 저분자량의 폴리실록산을 혼합하여 가교반응시킨 것도 사용할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같이 본 발명의 원리에 따른다. 본 발명의 가장 적합한 실시예를 설명한다. 모든 실시예에 있어서, 온도보상재료로서는 상기 실리콘수지를 사용했지만 상기한 바와 같이 그 밖의 재료를 사용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 1)
도 8에 본 발명의 제1실시예로서의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를, 도 9에 도 8의 bb'선에 따른 확대단면도를 나타내었다. 도 8의 어레이도파로(4)에는 종래 기술의 어레이도파로형 파장합분파기(도 1)의 어레이도파로(4)의 중앙부에, 홈을 배치하기 때문에, 직선도파로부(11)가 추가되어 있다. 여기에서, 1은 실리콘기판, 2는 입력도파로, 3은 제1슬래브도파로, 5는 제2슬래브도파로, 6은 출력도파로, 12는 홈이다.
여기에서, 본 발명 도파로의 제작법에 관하여 도 10을 참조하여 설명한다.
Q1단계: 실리콘기판(1)상에 화염퇴적법으로 석영계 유리를 30μm 퇴적하여 전기로 속에서 투명화한다.
Q2단계: 그후, Q1단계에서 퇴적한 유리막상에 게르마늄을 첨가한 코어 유리를 7μm 화염퇴적법으로 최적하여 전기로 속에서 투명화한다.
Q3단계: 그후, 포토리소그라피와 반응성 에칭법으로 코어 글래스를 패턴화한다.
Q4단계: 마지막으로 석영계 유리를 30μm 퇴적하여 투명화한다.
상기 일련의 작업으로 전파손실이 적은 석영계 매립도파로가 형성된다.
어레이도파로형 파장합분파기의 파라메터는 인접하는 어레이도파로 사이의 길이의 차 △L은 50μm, 어레이도파로(4)의 개수는 100개, 도파로의 비굴절율차는 0.45%로 했다. 이 설계로 파장채널의 간격 1.6nm, 8입력 8출력의 파장합분기가 실현된다.
도파로를 제작한 후, 직선도파로부(11)에 2개의 쐐기형상의 홈(12)을 다이싱·소로 가공했다. 상기 홈(12)은 샘플을 약간씩 회전시키면서 다이싱·소로 홈을 포개어 절단함으로써 실현되었다. 홈(12)은 어레이도파로(4)의 가장 광로길이가 짧은 도파로에서 홈폭이 좁아지도록, 가장 광로길이가 긴 도파로에서 홈폭이 넓어지도록 가공하였다. 구체적으로는 홈에서 절단된 도파로 부분의 길이가 0.6μm씩 증가하도록 하였다. 이때 홈에 의해 깎이는 도파로의 길이는 20μm에서 80μm이다. 또한, 홈의 깊이는 100μm로 했다. 마지막으로 상기 홈(12)에 실리콘수지를 적하하여 가열, 경화시켰다. 상기 실리콘수지의 광로길이 온도계수는 석영계 도파로의 약 -40배이고, -4 ×10-4였다.
제작된 어레이도파로형 파장합분파기의 투과율 스펙트럼의 온도의존성을 도11에 나타내었다. 25도~75도의 온도범위 내에서 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 투과파장의 온도의존성을 도 12에 나타내었다. 도 11을 도 3과 비교하면, 그 투과파장에 있어서의 투과율이 2dB 정도로 낮아지는 것을 알 수 있다. 이것은, 홈(12)에 있어서의 방사손실로 인한 것이다. 도 12에서 0도~80도의 온도범위내에서 투과과장의 변화는 0.05nm 이하인 것을 알 수 있다. 이 값은 채널간격 1.6 nm와 비교하여 매우 작은 값이므로 펠티에소자나 히터를 사용하는 온도제어가 불필요하게 된다. 이 때문에 전원이나 온도콘트롤러 등의 부품이 불필요하게 되어, 대폭적인 경비절감 및 컴팩트화가 실현되었다.
(실시예 2)
본 실시예는 온도보상재료로서 폴리메틸페닐 실록산의 겔화물을 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 같다. 본 실시예에서는 비닐말단폴리메틸페닐 실록산, 메틸하이드라이드실록산 및 백금촉매를 상기 홈에 삽입하여, 150℃에서 30분 반응시켜, 온도보상재료로 사용하였다. 실시예 1과 거의 동일한 효과가 확인되었다.
(실시예 3)
도 13에 본 발명의 제3실시예로서의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를, 도 14에 도 13의 cc'선에 따른 확대단면도를 나타내었다. 실시예 1과의 상위점은, 포토리소그라피와 반응성 이온 에칭으로 폭이 좁은 홈을 다수 형성하는 것이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 홈폭, 즉, 삭제된 도파로의 길이에 대하여 방사손실이 급속히 증가한다. 따라서, 예를 들면, 100μm의 홈이 한개인 곳보다도 10μm의 홈이 10개 있는 쪽이 손실은 낮아진다.
그리고, 에칭의 재현성을 고려하여 최소 홈폭을 10μm로 하고 홈의 개수는 5개로 하였다. 삭제된 도파로의 길이는 0.25μm씩 증가한다. 이때의 방사손실은 1dB였다. 실시예 1과 비교하면, 그 방사손실은 반으로 감소하여 본 실시예의 효과를 확인할 수 있었다.
또한, 석영계 도파로와 실리콘수지와의 계면에 있어서의 그 반사를 억제하기 위하여, 홈(13)과 직선도파로(11)와 이루는 각을 90도에서 5도 기울였다. 그 결과, 반사감쇠량은 40dB 이상이였다.
게다가, 다수의 홈을 연결하고, 그 연결부분의 각을 둥글게 함으로써, 실리콘수지의 흐름을 윤활하게 하여, 한번의 적하로 모든 홈에 충전되도록 고안했다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 상기한 실시예의 홈 형상을 도 16에 도시한 바와 같이, 그 선단부만 쐐기형으로 이루어져 있고, 그밖의 부분은 같은 폭의 홈으로 하였다.
선단부의 홈폭이 변화되는 부분(쐐기형상의 부분)에서는 제거되는 도파로의 길이가 1.25μm씩 증가하도록 마스크상에서 설계한다. 우측단의 쐐기형상의 홈폭을 8~14.25μm까지 1.25μm씩 변화시키고, 다음 도파로에 대해서는 그 폭을 8μm로 되돌리고 다른 1개의 홈을 추가한다.
이러한 형상을 취함으로써, 각 도파로의 삭제되는 부분의 길이의 합계가 1.25μm씩 길어지고 또한, 도파로의 삭제되는 길이는 1곳당 최대 14.25μm로 할 수 있다.
이 결과, 방사손실은 합계 0.3 dB로 매우 작은 값이였다.
(실시예 5)
본 실시예에서는 도 17에 도시된 바와 같이, 실시예 1과 같은 어레이도파로격자의 중앙에 파여진 홈 속에 주축이 기판에 대하여 45° 기울어진 1/2파장판(46)이 삽입되는 것이 특징이다. 파장판(46)에는 폴리이미드박막을 사용하고 접착제로 고정한다.
이 결과, 빛이 어레이도파로를 전파할 때에 그 TE모드와 TM모드가 교환되어, 입력광의 편파에 λc가 의존하지 않는 파장합분파기를 형성할 수 있었다. λc가 온도에 의존하지 않는 점은 실시예 1과 같다.
(실시예 6)
도 18은 실시예 5와 같은 원리에 근거하지만, 온도보상재료를 삽입하기 위한 홈(48)을 어레이도파로의 중앙에 작성하여, 그 홈(48)에 실리콘수지와 1/2파장판을 삽입하는 것을 특징으로 한다. 실리콘수지는 온도무의존화와 파장판을 고정하는 두가지 역할을 하고, 온도보상재료와 겸용하여 온도에 의존하지 않고 또한 편파에 의존하지 않는 어레이도파로형 파장합분파기의 제작공정을 단축할 수 있다.
(실시예 7)
도 19~도 21에 제7실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를 나타낸다. 그 광도파회로, 홈형상, 사용하는 실리콘수지는 실시예 3과 동일하지만, 여기에서는 홈(13) 및 실리콘수지(10)를 샘플 표면에 배치한 실리콘 덮개(16)에 기밀밀봉하는 점이 그 특징이다. 그 이유는, 실리콘수지의 굴절율이 주위의 습도로 인하여 변화하고, 또한 그에 따른 어레이도파로형 파장합분파기의 투과파장이 변화하는 것을 방지하기 때문이다. 덮개를 고정할 때에는 SnPb땜납막(15) 및 16" 을 사용했다. 그 이유는 그 밖의 용접이나 AuSn땜납과 비교하여 200℃정도의 저온에서 접착이 가능하고, 실리콘수지에 미치는 영향이 작다고 판단했기 때문이다.
또한, 덮개(16)를 실리콘으로 사용하는 것은 광도파회로 기판과 같은 재료를 사용함으로써 온도가 변화하더라도 열로 인한 비틀림이 발생하지 않기 때문이다. 상기 덮개(16)는 실리콘기판을 덮개의 테두리 형상에 레지스터를 패턴화한 후, 그 안쪽을 수산화칼륨으로 웨트에칭(wet etching)하여 홈(16')을 형성하고, 레지스터를 제거한 후, SnPb땜납을 실리콘 덮개(16)의 안쪽 전면에 10μm정도 진공증착법으로 퇴적한 것이다. 어레이도파로형 파장합분파기의 기판에는 덮개(16)의 테두리와 같은 형상의 금막(Au膜)(15)을 진공증착법과 드라이에칭(dry etching)법으로 작성하였다. 또한, 덮개를 고정하는 작업은 수분·습기가 안으로 들어가지 않도록 건조질소분위기 속에서 이루어졌다.
도 22에 기밀밀봉한 전후에 실온에서의 어레이도파로형 파장합분파기의 투과파장의 습도의존성을 나타내었다. 기밀밀봉을 하기 전과 비교하여 기밀밀봉한 후에는 투과파장이 습도에 대하여 변동하지 않는 것을 알 수 있다.
본 발명에서 사용한 도파로는 피복속에 코어가 매립되어 있고, 다수의 코어가 있는 부분에서는 없는 부분과 비교하여 피복표면이 1μm정도 높다. 이때문에, 덮개와 피복 사이에 1μm의 틈이 생기는 경우가 있다. 그래서, 본 실시예에서는 도 19에 도시한 바와 같이, 덮개(16)보다 넓은 범위에 가상(dummy)의 도파로(23)를 배치하여 피복 표면의 높이가 균일하게 되었다.
(실시예 8)
도 23, 도 24에 본 실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를 나나내었다. 본 실시예의 광회로구성, 홈, 충전한 실리콘수지 등은 실시예 3과 동일하다. 그 차이는 홈(13)에 실리콘수지(10)를 충전한 후, 홈(13) 및 실리콘수지(10)를 엑폭시계 수지(17)로 덮는 점이다. 에폭시계 수지는, 습도의 투과성이 낮아서 실시예 7의 덮개와 같이 실리콘수지를 습기로부터 보호하는 효과가 있다. 또한, 앞의 실시예와 비교하여 재료비가 매우 저렴하므로 제작이 용이한 점 등의 이점이 있다.
본 실시예의 어레이도파로형 파장합분파기의 습도에 대한 특성은 실시예 7의 어레이도파로형 파장합분파기와 동등한 것이었다.
(실시예 9)
본 발명의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기는 온도제어가 불필요하므로, 파장합분파기의 경비절감면에 있어서 매우 유효하다. 그렇지만, 도파로의 실효굴절율의 차이에 따라 그 투과파장이 ±0.05nm정도 샘플마다 변동된다. 온도의존성이 있는 종래의 어레이도파로형 파장합분파기에 있어서, 온도를 ±5℃정도 변화시킴으로써 상기 투과파장을 조정할 수 있었지만, 본 발명의 어레이도파로형 파장합분파기는 그 투과파장이 온도에 의존하지 않기 때문에, 종래와 같이 설정온도를 바꾸어 투과파장을 조정할 수 없다.
본 실시예에서는 이 문제를 해소하기 위하여, 도 25에 도시한 바와 같이, 입력파이버(21)로부터의 입력광을 직접 제1슬래브(23) 도파로(3)에 입사하고, 입력파이버의 위치를 기판단면과 평행한 방향으로 이동시킴으로써 투과파장을 조절한다.
우선, 처음으로 어레이도파로형 파장합분파기를 제1슬래브도파로(3)의 단면에서 절단하여 연마한다. 다음으로, 입력파이버(21)를 마커(marker)(18)에 맞추어 대략적인 접속위치로 한다.
여기에서, 투과시키고 싶은 파장의 빛을 입력하여 출력파이버(22)로부터의 출력이 최대가 되도록 입력파이버(21)의 접속위치를 정한다. 이 상태로 자외선경화수지를 사용하여 입력파이버(21)를 기판(1)에 고정한다. 이 방법으로 투과파장이 원하는 값으로 억제된 1×N 어레이도파로형 파장합분파기를 실현하는 것이 가능하게 되었다.
또한, 도면에서 부호(20)는 모니터 도파로이다.
(실시예 10)
본 실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를 도 26에 나타내었다. 광도파회로 구성, 홈, 충전하는 실리콘수지 등은 실시예 3과 같은 것이다. 다른 점은, 제1슬래브 도파로(3)를 지나는 직선에 따라 기판(1)이 2개로 분리되는 점이다.
다음으로, 제작공정에 관해서 설명한다. 홈(13)의 반응성 이온 에칭에 의한 가공이 종료된 시점에서, 제1슬래브 도파로(3)의 전후로 기판을 2개로 절단한다. 홈(13)에 실리콘수지를 충전한 후 어레이도파로형 파장합분파기의 양편에 배치한 모니터 도파로(20)를 사용하여 입력파이버 어레이(22)와 입력도파로(2)의 접속 및 출력파이버 어레이(22)와 출력도파로(6)를 접속한다.
다음으로, 절단하기 전에는 연결된 마커선(19)을 눈짐작으로 2개의 기판의 위치를 맞춘다. 이어서, 2개의 모니터 도파로(20)의 손실이 가장 낮아지도록 하여,2개의 기판을 수평하게 한다. 여기에서, 어레이도파로형 파장합분파기의 양편에 배치한 모니터 도파로(20)는 도 26에 도시한 바와 같이, 절단면에 대하여 직각이 되도록 설계한다. 마지막으로, 예컨대, 4번 입력파이버로부터 4번 출력파이버를 투과시키고 싶은 파장의 빛을 입력하여 4번 입력파이버로부터 4번출력파이버로 투과하는 빛이 가장 강해지도록 서로 샘플의 상대위치를 정하여, 자외선경화수지를 사용하여 2개의 기판을 고정한다.
본 실시예의 기본적인 개념은 실시예 9와 동일하지만, 본 실시예에서는 다수의 입력포트를 구비하는 어레이도파로형 파장합분파기도 실현가능한 점이 실시예 9와 다르다.
(실시예 11)
본 실시예의 온도무의존 광파장합분파기를 도 27에 나타내었다. 본 실시예의 파장합분파기는 실시예 1 ~실시예 10과 달리 마하첸다간섭계(MZI)형이다. 그러나, 그 온도무의존화의 원리는 어레이도파로형 파장합분파기의 경우와 기본적으로 같다. 본 실시예의 마하첸다간섭계(MZI)의 2개의 암도파로(27)(29)의 길이의 차는 1mm, FSR은 1.6 nm이다. 긴 쪽의 암도파로(29)에 7μm 폭의 홈(28)을 5개 형성하여 홈(28)에 실리콘수지를 충전하였다. 입력포트(24)에서 출력포트(25)로의 투과율 스펙트럼을 도28에 나타내었다. 또한, 도 29에 가장 투과율손실이 많아지는 파장의 온도의존성을 홈가공, 실리콘수지의 충전전과 비교한 결과를 도 29에 나타내었다. 그 투과파장특성이 온도에 의존하지 않게 되는 것을 분명히 알 수 있다. 또한, 도면 중의 부호26은 방향성결합기이다.
(실시예 12)
본 실시예는 도 25에 나타나 있는 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기에 있어서, 그 입력파이버(21)를 슬래브도파로(3)에 접속할 때 조심방법(調芯方法)에 관한 것이다. 실시예 9에서는 입력파이버(21)의 조심(調芯)을 사용파장의 빛을 입력파이버(21)로부터 입사하여, 예컨대, 4번 출력포트로 투과하는 빛의 양이 가장 많아지도록 입력파이버의 위치를 조정하면 된다고 기술하였다. 어레이도파로형 파장합분파기의 투과율 스펙트럼이 도 11에 나타나 있는 것과 같은 파형이고, 또한 그 반값 전폭(半値全幅, FWHM)이 채널간격에 대하여 충분히 작을 경우에는, 실시예 9의 방법이 가장 간편한 방법이다.
그러나, FWHM이 상대적으로 넓은 경우이거나 투과율 스펙트럼이 도 30에 나타나 있는 것과 같은 파형일 경우에는 투과율이 최대파장이 투과역의 중심이라고는 한정하지 않는다.
이 문제를 해결하는 방법으로서 본 실시예에서는 광원에 넓은 파장성분을 갖는 파이버엠프(fiber amplifier)의 자연방출광(ASE)을 입력파이버(21)로부터 슬래브도파로(3)에 입사하고, 기판과 수직방향에 관해서는 예컨대, 4번 입력포트로의 투과광이 가장 커지도록 입력파이버의 위치로 정한다. 기판과 수평인 방향에 관해서는 예컨대, 4번 출력포트로의 투과율 스펙트럼을 수시로 스펙트럼검광자(spectrum analyzer)로 측정하여, 투과역의 중심이 원하는 파장이 되도록 입력파이버(21)를 조심(調芯)하여 접착고정한다.
상기 방법으로 투과율 스펙트럼의 형상이 도 11과 같은 단봉(單峰)의 형상이아닌 경우에도 어레이도파로형 파장합분파기의 투과파장을 항상 필요로로 하는 파장에 맞출 수 있다. 또한, 본 실시예의 조심방법(調芯方法)은 도 26의 실시예 10에 대해서도 적용가능하다.
(실시예 13)
본 실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를 도 31에 나타내었다. 실시예 10(도 26)과 같은 구성이지만, 기판을 절단하는 위치가 다르다. 도 26의 경우에는 2개의 기판의 상대위치를 변화시키면 입력도파로와 어레이도파로의 거리, 즉, 입력측 광학계의 초점거리가 설계값과 다르게 된다. 이것을 방지하기 위하여 본 실시예에서는 도 31에 도시한 바와 같이, 절단선(30)을 입력도파로(2)와 어레이도파로(4)를 연결하는 선과 수직으로 설정하였다.
이로써, 투과파장을 원하는 값에 맞추기 위해서 2개의 기판의 상대위치를 변화시켰을 때에도 초점거리를 설계값으로 유지할 수 있다.
(실시예 14)
도 32에 본 실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를, 도 33에 도 32의 중앙 f-f'에 따른 단면도를 나타내었다. 광도로회로 구성, 충전하는 실리콘수지(10) 등은 실시예 1과 같은 것이다. 실시예 1(도 8)과 유일하게 다른 점은 홈(12)이 제1슬래브도파로(3) 또는 제2슬래브도파로(5)를 횡단하는 점이다. 본 실시예의 온도무의존화의 효과는 실시예 1과 같지만, 홈(12)에서의 방사손실은 본 실시예 쪽이 적어진다.
(실시예 15)
도 34에 본 실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기 모듈, 도 35에 그 측면도를 나타내었다. 본 실시예에서 사용하고 있는 광도파회로 및 입출력파이버는 실시예 9에 나타낸 것과 동일하다.
본 모듈의 제작순서를 도 36을 이용하여 설명한다.
R1단계: 실리콘 기판상에 도 34에 나타내는 광도파회로를 형성한다.
R2단계: 에칭에 의해 어레이도파로부에 소정의 홈을 가공한다.
R3단계: 홈에 실리콘수지를 충전한다.
R4단계: 광도파회로의 가장자리에 파이버 접속보강용 유리(35)를 부착하여 단면을 연마한다.
R5단계: 유리블록(34)에 고정된 출력파이버 어레이(22)와, 출력도파로를 접속한다.
R6단계: 실시예 9에 나타나 있는 방법으로 입력파이버의 위치를 정하여, 슬래브도파로와 접속한다. 또한, 입력파이버는 유리블록(34)에 지지된다.
R7단계: 입출력파이버(21)(22)를 접속한 광도파회로를 완충재(33)를 넣어 플라스틱케이스(32)에 넣는다.
R8단계: 입출력파이버(21)(22)와 플라스틱케이스(32)를 부츠(31)를 통하여 접착고정한다.
이상의 단계를 거침으로써 도 34에 나타나 있는 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기 모듈이 완성된다. 종래의 어레이도파로형 파장합분파기는 그 온도가 변하면 투과파장이 변화되기 때문에 온도제어를 필요로 했다. 이로써 기판을 펠티에소자나 히터에 밀착시킬 필요가 있었다.
그러나, 본 발명에 있어서는 투과파장이 온도에 의존하지않기 위해서 기판을 펠티에소자나 히터에 고정할 필요가 없게 되어, 도 35에 도시한 바와 같이, 탄력성있는 완충재(cushion재)(33)를 끼워 케이스에 넣으면 충분하다.
게다가, 본 실시예의 모듈에서는 입출력파이버가 갑자기 인장되었을 경우에, 힘이 광도파회로와의 접속부에 전해지지 않도록 파이버는 부츠에 고정된다.
상기한 바와 같은 고안으로 기온의 변화, 외부로부터의 진동, 파이버에 장력이 생기는 등 실제의 사용환경에서도 견딜 수 있는 파장합분파기 모듈이 실현되었다.
(실시예 16)
본 발명의 제16실시예에서의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를 도 37a, 도 37b에 나타내었다. 어레이도파로(4)에 홈(12)을 가공하여 실리콘재료를 충전하는 점에서 그 기본개념은 실시예 1과 동일하다. 또한, 도파로에서는 비굴절율차가 0.75%인 것을 사용했다. 상기 도파로는 상기한 0.45%인 것과 비교하여, 도파로 곡선부분의 곡율반경을 작게 할 수 있기 때문에 보다 소형의 어레이도파로형 파장합분파기(AWG)를 설계할 수가 있다. 그렇지만, 도파 모듈의 빔의 크기(beam size)가 작고 홈에서의 방사손실이 커질 우려가 있다.
그리고, 도 37b에 도시한 바와 같이, 도파로가 홈(12)과 교차하는 부근에서 그 폭이 두꺼워지는 구조로 하였다. 상기 도파로폭이 서서히 변화하는 부분(36)은 빔콜리메이터로서의 역할을 하므로 도파구조가 없는 홈을 빛이 전파할 때의 회절을작게 하여, 홈을 빛이 횡단할 때의 방사손실을 저감하는 효과가 있다. 테스트용 도파로 실험을 한 바, 홈의 폭이 150μm일 때 빔콜리메이터(36)가 없는 경우에는 방사손실이 5.4dB였지만, 빔 콜리메이터(36)를 부가한 경우에는 2.8dB가 되어, 손실을 대폭 저감할 수 있는 것을 확인하였다. 포토리소그래피와 드라이에칭을 사용하는 방법보다 간편한 다이싱·소로 홈을 형성했을 경우 홈폭이 넓어지지만, 그 경우에도 본 실시예를 사용하면 흠의 방사손실이 적어지고, 또한, 소형인 온도무의존의 파장합분파기를 제작하는 것이 가능하게 된다.
(실시예 17)
본 발명의 제17실시예의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기를 도 38a, 홈(12) 근방의 단면을 도 38b에 나타내었다. 본 실시예에서도 실시예 16과 같이 도파로의 비굴절율차를 0.75%로 했지만, 홈(12)을 사이에 두고 대향하는 도파로 단면(37)에는 곡면가공을 함으로써 렌즈기능을 부가하였다. 이 경우, 홈내의 실리콘수지(10)는 도파로코어(7)의 굴절율보다 작으므로, 렌즈작용을 하기 위하여 凸형상으로 했다.
凸형상의 도파로단(37)은 완충 불산에 의한 웨트에칭(wet etching)에 있어서 코어(7)보다 피복(8)쪽이 에칭의 속도가 빠른 것을 이용하여 우선 코어를 5μm 돌출시켰다. 다음으로, 1300℃에서 가열하여, 코어 유리가 녹아 표면장력으로 둥글어지는 현상에 의해 렌즈형상을 제작하였다. 그 결과, 홈폭이 150μm일 때의 방사손실은 2.1dB까지 저감되고, 저손실의 온도무의존 어레이도파로형 파장합분파기가 실현되었다. 또한, 온도보상재료의 굴절율이 도파로보다도 높은 경우에는, 다른 에칭액을 사용하여 코어부를 움푹패이게 하고 凹렌즈로 하면 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 광도파회로(온도무의존 파장합분파기)에서는 투과파장특성을 안정화하기 위한 온도콘트롤을 필요로 하지 않는다. 이 때문에 펠티에소자나 히터, 그리고 그것들을 콘트롤하는 센서나 전원을 생략할 수 있게 되었다. 이것은 파장합분파기의 경비 및 크기를 저감할 수 있을 뿐만이 아니라 종래 정상적으로 필요했던 소비전력을 필요로 하지 않았다. 이들의 효과는 광파장 다중통신시스템 구축에 지극히 막대한 공헌을 할 수 있을 것으로 여겨진다.

Claims (21)

  1. 길이가 다른 다수의 도파로를 포함하는 광도파회로에 있어서,
    상기 도파로는 하부 피복과 코어 및 상부 피복으로 구성되고,
    상기 도파로의 실효굴절율 온도계수와 다른 부호의 굴절율 온도계수를 갖는 재료가 상기 도파로로부터 상기 상부 피복 및 상기 코어를 제거함으로써 형성되는 홈 및 상기 도파로로부터 상기 상부 피복과 상기 코어 및 상기 하부 피복을 제거함으로써 형성되는 홈 중에 적어도 한쪽에 충전되고,
    인접하는 도파로 사이에서 제거된 부분의 길이의 차이가 제거되지 않고 남은 도파로의 길이의 차이에 비례하는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 피복, 상기 코어 및 상기 상부 피복이, 석영계 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도파로로부터 상기 상부 피복 및 상기 코어를 제거함으로써 형성되는 홈의 전후와, 상기 도파로로부터 상기 코어 및 상기 하부 피복을 제거함으로써 형성되는 홈의 전후로 빔 콜리메이터 도파로 또는 렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 도파로가 소정의 길이로 순차적으로 길어지는 어레이도파로로 구성되고,
    상기 어레이도파로의 양단부에 접속되는 슬래브도파로를 더 구비하고,
    상기 어레이도파로의 도중에는, 상기 어레이도파로를 횡단하여 폭이 순차적으로 증가하는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 슬래브도파로에는 폭이 순차적으로 증가하는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 도파로가 길이가 다른 2개의 암도파로로 구성되어 있고,
    상기 암도파로의 양단부에 접속되는 방향성결합기를 더 구비하고,
    상기 암도파로 내의 긴 쪽 도파로에 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈에 충전되는 재료의 굴절율 온도계수의 절대값이 상기 도파로의 실효굴절율 온도계수에 대하여 20배 이상인 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  8. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈이 상기 채널 도파로 또는 상기 암도파로를 80도~85도의 각도로 횡단하는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  9. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈이 다수 있는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다수의 홈이 적어도 2개 이상이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  11. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈의 모퉁이 형상이 둥근 형상을 띠는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  12. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈에 충전되는 재료가 폴리실록산 또는 폴리실록산의 가교물인 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  13. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈에 충전되는 재료가 폴리올레핀의 말단에 수산기, 치올기, 카르보닐기, 할로겐기중 적어도 하나를 구비하는 고분자재료인 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  14. 제 4 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홈이 상기 광도파로면내의 한정된 영역에 형성되고,
    상기 홈 및 상기 홈에 충전된 재료가 상기 영역을 덮는 덮개로 기밀 밀봉되는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 덮개 대신에 상기 홈에 충전한 재료와는 다른 재료로서 상기 홈 및 상기 홈에 충전된 재료가 덮이는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  16. 제 4항에 있어서,
    상기 슬래브도파로 단부의 소정 위치에 입력광을 이끄는 광파이버가 접속되는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  17. 제 4 항에 있어서,
    상기 슬래브도파로중 적어도 한쪽 슬래브도파로를 횡단하는 직선상에서 분리한 2개의 광도파회로가 서로 접속되는 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 접속되어 있는 2개의 광도파회로의 경계선이 제1슬래브도파로를 통과하고, 입력도파로와 어레이도파로를 연결하는 선과 거의 수직이든가, 또는 제2슬래브도파로를 통과하고, 출력도파로와 어레이도파로를 연결하는 선에 거의 수직인 것을 특징으로 하는 광도파회로.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서의 광도파회로의 제조방법에 있어서,
    상기 슬래브도파로와 입력파이버와의 접속 또는, 슬래브도파로와 슬래브도파로의 접속시에, 사용파장의 빛을 투과시켜 그 손실이 가장 적어지도록 서로가 상대적인 위치를 정하여 접착 고정하는 것을 특징으로 하는 광도파회로의 제조방법.
  20. 제 16 항 내지 제 18 항중 어느 한 항에 있어서의 광도파회로의 제조방법에 있어서,
    상기 슬래브도파로와 입력파이버와의 접속 또는, 슬래브도파로와 슬래브도파로의 접속시에 광대역인 파장스펙트럼을 구비하는 빛을 투과시켜 기판과 수직방향의 위치 맞춤에 관해서는 그 손실이 가장 적도록 조심(調芯)을 하고,
    기판과 수평방향의 위치 맞춤에 관해서는 최대의 투과율을 부여하는 파장이 소정 값이 되도록 조심(調芯)을 하여 최종적으로 접속고정하는 것을 특징으로 하는 광도파회로의 제조방법.
  21. 1개 또는 다수의 홈 또는 다수의 출력파이버, 제 1 항부터 제 19 항중의 어느 한 항의 광도파회로, 부츠, 케이스 및 완충재로 구성되는 광도파회로 모듈에 있어서,
    상기 입력파이버 및 출력파이버가 상기 광도파회로 단면에 접속고정되어 있고,
    상기 입력파이버 및 출력파이버가 상기 부츠에 고정되어 있고,
    상기 부츠는 상기 케이스에 고정되어 있고 또한, 상기 케이스와 상기 광도파회로와의 사이에는 완충재가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 광도파회로 모듈.
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