KR100438594B1 - 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기 및 그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 메인광도파로(107)와 가변광도파로(107')를 일정간격을 두고 설치하고, 콤브 액츄에이터(114)를 이용하여 메인광도파로(107)와 가변광도파로(107') 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 메인광도파로(107)로 지나는 광을 방향성결합의 원리를 이용하여 감쇄시킴으로써, 광감쇄특성을 미세하게 조절하는 것이 가능하고, 그와 같은 가변광감쇄기가 일괄공정에 의해 제작되므로 대량생산이 가능해진다.

Description

방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기 및 그 제조방법{VARIABLE OPTICAL ATTENUATOR BASED ON AN OPTICAL DIRECTIONAL COUPLER AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은 광신호의 세기를 조절하는 광 감쇄기에 관한 것으로, 특히 방향성 결합의 원리를 이용하여 광 감쇄 특성을 미세하게 조절할 수 있는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근에 통신정보량의 수요가 폭증함에 따라 다량의 정보를 고속으로 전송, 교환할 수 있는 광 통신에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

광 감쇄기는 광 통신 시스템에 필수적인 소자의 하나로서, 광섬유를 통하여 전송되는 광을 원하는 세기로 고정하거나 연속적으로 감소시키는데 사용한다.

광 감쇄기는 그 용도에 따라서 고정형, 가변형이 있는데, 고정형은 단국장치 또는 중계장치끼리의 광 전송로가 짧을 경우에 단국 또는 중계장치 입력측에 삽입하여 적정한 광 입력을 얻는데 사용되고, 가변형은 주로 자동이득제어를 수행할 때 수신측에 연결하여 사용된다.

특히, 가변광 감쇄기는 대표적인 광통신 방식인 파장 분할 다중 방식에서 여러 채널간의 광의 세기를 균등하게 만드는데 사용될 수 있다.

가변광 감쇄기를 구현하는 기존의 방법으로는 광섬유의 진행손실 혹은 결합손실을 이용하거나, 평면광회로 형태의 소자를 이용하는 방법이 있다.

광섬유의 손실을 이용하는 방법에는 광섬유를 국부적으로 변형시켜서 진행손실을 조절하거나, 두 광섬유의 정렬상태를 조절하여 두 광섬유간의 결합손실을 조절하는 방식이 있다. 후자의 경우 최근 MEMS 기술을 이용하여 소형의 광감쇄기를 구현하는 방식이 대두되고 있다.

또한, PLC 형태의 소자를 이용하는 방법은 평면기판 위에 빛이 진행할 수 있는 광 도파로를 제작한 후, 광 도파로의 굴절율 등을 변화시켜서 광세기를 조절한다. 이러한 방식은 주로 마하젠더 간섭계, 방향성 결합기 형태로 구현된다.

그러나, 상기와 같은 원리를 이용하여 제작된 기존의 가변광 감쇄기는 제작이 어려울뿐 아니라 대량생산이 곤란하여 고가이고, 광감쇄특성을 미세하게 조절하는 것이 어려운 문제점을 가지고 있는 것이었다.

본 발명의 주 목적은 상기와 같은 여러 문제점을 가지지 않는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 일괄공정을 통하여 대량으로 생산할 수 있도록 하는데 적합한 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 광감쇄특성이 미세하게 조절되어 성능을 향상시키도록 하는데 적합한 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기의 제조방법을 제공함에 있다.

도 1은 방향성 결합 특성을 이용한 가변 광 감쇄기의 원리를 설명하는 구성도.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 제조순서를 보인 종단면도 및 사시도.

도 6은 본 발명의 가변광감쇄기의 동작을 보인 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

101 : 하부기판 101a,101b,101c,101d: 돌출부

102 : 상부기판 103 : 마스크

104 : 하부클래딩 105 : 코어형성막

106 : 상부클래딩 107 : 메인광도파로

107' : 가변광도파로 108 : 광감쇄조절부

111 : 고정부 112 : 가동부

113 : 스프링 114 : 콤브 액츄에이터

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여

일정 두께와 넓이를 가지는 하부기판을 식각하여 상면 일측의 중앙부와 전,후측 및 타측에 일정높이로 돌출부를 형성하는 제1식각공정을 수행하는 단계와;

그 하부기판의 상면에 상부기판을 접합하는 기판접합공정을 수행하는 단계와;

상기 상부기판의 상면에 콤브 액츄에이터 형상의 마스크를 패터닝하는 마스크패터닝공정을 수행하는 단계와;

그 마스크의 상면에 하부클래딩, 코어형성막을 차례로 증착한후 일부를 제거하고, 다시 상부클래딩을 증착한 후 일정부분을 제거하여 하부클래딩, 코어, 상부클래딩이 차례로 증착되어 메인광도파로와 가변광도파로가 일정간격을 두고 형성되어 이루어진 광감쇄조절부를 형성하는 도파로형성공정을 수행하는 단계와;

상기 상부기판의 노출영역을 식각하여 고정부와 상기 가변광도파로가 형성된 가동부 및 그 가동부를 복원시키는 스프링으로된 콤브 액츄에이터를 형성하는 액츄에이터 형성공정을 수행하는 단계를 순차적으로 진행하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기의 제조방법이 제공된다.

또한, 하부기판의 상면에 메인 광도파로와 가변광 도파로로 이루어진 광감쇄조절부를 형성하고, 그 가변광 도파로)가 고정부와 가동부 및 스프링으로 이루어진 콤브 액츄에이터의 가동부에 형성되도록 하여, 가동부의 이동에 의해 메인광광도파로와 가변광도파로 간의 간격을 감소시키고, 스프링의 스프링력에 의해 본래의 간격으로 복원시키며 메인광도파로를 지나는 광을 감쇄시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기가 제공된다.

이하, 상기와 같은 본 발명 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기 및 그 제조방법을 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 방향성 결합 특성을 이용한 가변 광 감쇄기의 원리를 설명하는 구성도로서, a)에서와 같이 초기상태에 좌측의 도파로(1)를 통해서 광신호(2)가 진행하는 상태에서 우측의 도파로(3)가 접근하면 광결합에 의해 광신호(2)가 점차적으로 우측의 도파로(3)로 전이되며, 이에 따라 b)에서와 같이 출력포트쪽의 광신호(2)가 감쇄되는 원리이다. 광 도파로(1)(3)의 형태는 두 도파로(1)(3)가 접촉하였을 때 c)에서와 같이 모든 신호가 우측의 도파로(3)로 집중되도록 설계되며, 초기 상태에서의 도파로(1)(3)간 거리(do)는 광결합이 일어나지 않도록 결정되어 있다.

도 2 내지 도 5는 본 발명의 제조순서를 보인 종단면도 및 사시도이다.

먼저, 도 2의 a)에서와 같이 일정두께와 면적을 가지는 유리재질의 하부기판(101) 상면을 식각하여 일정높이로 일측에는 중앙부와 전,후측에 돌출부(101a)(101b)(101c)를 형성하고, 타측에도 돌출부(101d)을 형성시킨 후, b)에서와같이 그 하부기판(101)의 상면에 일정두께와 면적을 가지는 실리콘 재질의 상부기판(102)을 밀착시킨 상태에서 중앙부의 돌출부(101b)를 제외한 나머지 부분을 양극접합방법으로 접착시킨다.

그런 다음, 도 3의 a)와 같이 상기 상부기판(102)의 상면에 실리콘 비등방성 식각의 마스크로 사용될 물질을 일정두께로 형성시킨 후 패터닝하여 마스크(103)을 형성시킨다.

그런후, 도 4)의 a)와 같이 패터닝된 마스크(103)의 상면에 b)와 같이 하부클래딩(104), 코어형성막(105)을 차례를 형성한 후 , c)와 같이 코어형성막(105)의 상면 일정두께를 제거하고, d)와 같이 그 코어형성막(105)의 상면에상부클래딩(106)을 형성한 다음, e)에서와 같이 하부클래딩(104), 코어형성막(105), 상부클래딩(106)의 일정부분을 제거하여 상부클래딩(106)과 하부클래딩(104) 사이에 메인광도파로(107)와 가변광도파로(107')를 형성한다.

그런후 도 5에서와 같이 실리콘 비등방성 식각의 방법으로 상부기판(102)의 노출된 영역을 식각하여 제거함으로써, 고정부(111)와 가동부(112) 및 그 가동부(112)의 전,후측에 스프링(113)이 형성된 콤브 액츄에이터(114)를 형성하여 가변광 감쇄기(120)를 완성한다.

즉, 상기와 같이 완성된 가변광 감쇄기(120)는 하부기판(101)의 상면에 메인 광도파로(107)와 가변광 도파로(107')로 이루어진 광감쇄조절부(108)를 형성하고, 그 가변광 도파로(107')가 고정부(111)와 가동부(112) 및 스프링(113)으로 이루어진 콤브 액츄에이터(114)의 가동부(112)에 형성되도록 하여, 가동부(112)의 이동에 의해 메인광광도파로(107)와 가변광도파로(107') 간의 간격을 감소시키고, 스프링(113)의 스프링력에 의해 본래의 간격으로 복원시키며 메인광도파로(107)를 지나는 광을 감쇄시킬 수 있도록 구성되어 있다.

도 6은 본 발명의 가변광감쇄기의 동작을 설명하기 위한 평면도로서, 콤브 액츄에이터(114)의 고정부(111)와 가동부(112)에 전압이 인가되면 전전기적인 힘에 의해 가동부(112)가 화살표로 표시한 것과 같이 고정부(111)쪽으로 이동하고, 전압을 제거하면 스프링(113)의 복원력에 의해 본래의 위치로 되돌아간다.

따라서, 가동부(112)와 고정부(111)에 인가되는 전압을 증가시키면 가동부(112)에 형성된 가변광도파로(107')가 광신호가 지나가는 메인광도파로(107)쪽으로 접근하면서 간격이 좁아지면서 광감쇄효과가 증가하고, 전압을 감소시키면 스프링력에 의해 광도파로(107)(107')간의 간격이 넓어지면서 광감쇄효과가 감소하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기 및 그 제조방법에 관한 것으로, 메인광도파로와 가변광도파로를 일정간격을 두고 설치하고, 콤브 액츄에이터를 이용하여 메인광도파로와 가변광도파로 사이의 간격을 조절하는 것에 의해 메인광도파로로 지나는 광을 방향성결합의 원리를 이용하여 광감쇄가 이루어지도록 함으로써, 광감쇄특성을 미세하게 조절할 수 있고, 그와 같은 가변광감쇄기가 일괄공정에 의해 제조되므로 대량생산이 가능한 효과가 있다.

Claims (5)

1. 일정 두께와 넓이를 가지는 하부기판을 식각하여 상면 일측의 중앙부와 전,후측 및 타측에 일정높이로 돌출부를 형성하는 제1식각공정을 수행하는 단계와;

   그 하부기판의 상면에 상부기판을 접합하는 기판접합공정을 수행하는 단계와;

   상기 상부기판의 상면에 콤브 액츄에이터 형상의 마스크를 패터닝하는 마스크패터닝공정을 수행하는 단계와;

   그 마스크의 상면에 하부클래딩, 코어형성막을 차례로 증착한후 일부를 제거하고, 다시 상부클래딩을 증착한 후 일정부분을 제거하여 하부클래딩, 코어, 상부클래딩이 차례로 증착되어 메인광도파로와 가변광도파로가 일정간격을 두고 형성되어 이루어진 광감쇄조절부를 형성하는 도파로형성공정을 수행하는 단계와;

   상기 상부기판의 노출영역을 식각하여 고정부와 상기 가변광도파로가 형성된 가동부 및 그 가동부를 복원시키는 스프링으로된 콤브 액츄에이터를 형성하는 액츄에이터 형성공정을 수행하는 단계를 순차적으로 진행하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기판접합공정은 양극접합에 의해 두 기판을 접합하는 것을 특징으로 하는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기의 제조방법.
3. 하부기판의 상면에 메인 광도파로와 가변광 도파로로 이루어진 광감쇄조절부를 형성하고, 그 가변광 도파로)가 고정부와 가동부 및 스프링으로 이루어진 콤브 액츄에이터의 가동부에 형성되도록 하여, 가동부의 이동에 의해 메인광광도파로와 가변광도파로 간의 간격을 감소시키고, 스프링의 스프링력에 의해 본래의 간격으로 복원시키며 메인광도파로를 지나는 광을 감쇄시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 하부기판으로 유리인 것을 특징으로 하는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기.
5. 제 3항에 있어서, 상기 상부기판은 실리콘인 것을 특징으로 하는 방향성 결합기형 광 도파로를 이용한 가변광감쇄기.