KR100547756B1

KR100547756B1 - 광모듈의 제작 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100547756B1
Application number: KR1020030031706A
Authority: KR
Inventors: 윤영권
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2006-01-31
Also published as: KR20040099659A

Abstract

본 발명에 따른 기판과, 상기 기판 상에 안착된 광섬유를 포함하는 광모듈의 제작 장치는 상기 기판 상에 상기 광섬유의 일단에 대향되게 형성된 제1 도파로와, 상기 제1 도파로와 이격된 제3 도파로와, 상기 제1 및 제3 도파로의 사이에 배치되며 제1 단부는 그 내부로 진행하는 자외선이 상기 제1 도파로로 전이될 수 있도록 상기 제1 도파로와 인접하게 위치된 제2 도파로와, 상기 광섬유와 제1 도파로의 대향된 일단들이 일부 매몰되며, 상기 대향된 일단들을 연결하는 코어와, 상기 코어를 감싸는 클래드로 이루어진 광커플러를 포함한다.

광모듈, 광섬유 블록, 평면 광도파로

Description

광모듈의 제작 장치 및 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING OPTICAL MODULE AND METHOD THEREOF}

도 1은 종래 기술에 따른 광섬유와 평면 광도파로 소자를 포함하는 광모듈을 나타내는 사시도,

도 2는 종래 기술에 따른 광섬유 블록과 평면 광도파로 소자를 포함하는 광모듈을 나타내는 측면도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 광섬유와 평면 광도파로 소자를 광축 정렬시키기 위한 광모듈의 제작 장치를 나타내는 사시도.

도 4는 도 3에 도시된 광섬유와, 평면 광도파로 소자와 그 사이를 연결하는 광커플러의 일 부를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 평면 광도파로 소자를 포함하는 광모듈의 제작 방법에 관한 것으로서, 특히, 광섬유 등의 광신호 입출력 매체와 평면 광도파로 소자간 광축 정렬시 키기 위한 광모듈의 제작 방법에 관한 것이다.

통상적으로 평면 광도파로 소자(PLC : Plannar Lightwave Circuit)는 실리카 재질의 기판 상에 반도체 공정 등으로 광도파로를 형성한다. 상술한 광도파로 소자는 광의 세기를 분할하는 광분할기(Optical Splitter)와 입력 광신호를 다수의 파장이나 주파수로 분할하는 평면 광도파로 격자(Arrayed Waveguide grating) 등과 같은 수동 소자들이 있다. 상술한 수동 소자와, 반도체 레이저 또는 포토 다이오드 등과 같은 능동 소자들이 이종 집적된 평면 광도파로 소자에 광신호 입출력 매체인 광섬유 블록 또는 광섬유 등을 광축 정렬시킨 광모듈 등이 있다. 상기 광모듈은 상기 광섬유 블록 또는 광섬유와 상기 평면 광도파로 소자간 광축 정렬에 허용 가능한 오차 범위는 대략 1㎛ 이내로 제한되고 있다.

상기 광섬유 블록과 상기 평면 광도파로 소자간 광축 정렬에는 접촉식 광축 정렬 장치 또는 비접촉식 광축 정렬 장치 등이 사용된다. 상기 접촉식 광축 정렬 장치는 접촉 센서를 구비하여 구성되며, 정렬시키고자하는 평면 광도파로 소자와 광섬유 블록의 최초 위치를 접촉하여 인식한 후, 순차적으로 최적의 위치로 이동시키는 장치이다. 그러나, 접촉 센서를 사용한 광축 정렬 장치는 상기 평면 광도파로 소자와 상기 광섬유 블록의 접합면이 손상되는 문제가 있다. 일반적으로 비접촉 광축 정렬 장치는 CCD카메라 등을 구비한 광축 정렬 장비 등이 사용되고 있다.

상술한 방법 이외의 광축 정렬 방법으로는 평면 광도파로 소자에 직접 광을 조사한 후, 광섬유 블록 또는 광섬유를 통해서 출력된 광의 세기를 검출하며 광축 정렬시키는 능동 정렬(Active alignment)방법과, 평면 광도파로 소자의 기판 상에 광섬유 등을 정렬시키고자 하는 위치를 설정한 후 광축 정렬하는 수동 정렬(Passive alignment) 등의 방법이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 평면 광도파로 소자와 광섬유간 수동 정렬 방법에 의한 광모듈을 나타내는 사시도이다. 도 1을 참조하면, 상기 광모듈은 기판(120)의 상면에 광도파로(120)가 형성된 평면 광도파로 소자(100)와, 상기 기판(120)의 상면에 고정되어져 있으며, 상기 광도파로에 광신호를 입출력시키는 광섬유(130)를 포함한다.

상기 평면 광도파로 소자(100)는 상기 광섬유(130)를 안착시키기 위한 안착 홈(110a)이 형성된 기판(110)과, 상기 안착 홈으로 기결정된 거리만큼 이격된 위치에 반도체 공정 등에 의하여 성형된 광도파로(120)를 포함한다. 상기 광도파로(120)는 클래드, 코어로 구성된다.

상기 광섬유(130)는 상기 안착 홈(110a) 상에 안착된 후, 본딩 등에 의해 고정되어진다. 상술한 형태의 광모듈은 미리 설정된 위치 상에 광섬유(130)를 안착시키기 위한 위치를 설정하는 수동 정렬 방법에 의해 광축정렬된다.

도 2는 종래 기술에 따른 광섬유 블록과 평면 광도파로 소자간 능동 정렬 방법에 의한 광모듈을 나타내는 측면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 광모듈은 평면 광도파로 소자(200)와 그 양단에 광축 정렬된 입력 및 출력 광섬유 블록(210, 220)을 포함한다.

즉, 상기 평면 광도파로 소자(200)는 그 양단에 광섬유 블록(210, 220)을 위치시킨 후, 상기 평면 광도파로 소자(200)의 일단에 위치된 광섬유 블록을 통해 광 축 정렬을 위한 광을 입력시킨다. 이 때, 상기 평면 광도파로 소자의 타단에 위치된 광섬유 블록으로부터 출력되는 광의 세기를 측정하며, 최대한의 광세기가 검출되는 시점에 상기 광섬유 블록들과 상기 평면 광도파로 소자를 본딩 등에 의해 고정시킨다.

그러나, 상술한 방법의 능동 정렬 방법은 광축 정렬 시간이 과다하게 소요되며, 평면 광도파로 소자와 광섬유 블록을 고정시키는 과정에서 광축이 변화될 위험성이 크다는 등의 문제가 있다. 또한, 상술한 수동 정렬 방법은 오차 범위 내에 안착 홈을 형성하기 위해서는 정밀한 제어가 요구되며, 이로 인한 가격 경쟁력을 상실하는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 제작 공정이 단순하면서도, 생산성이 향상된 광모듈 제작 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기판 상에 서로 이격된 광섬유와 평면형 도파로를 광축 정렬하기 위한 장치는,

상기 기판 상에 형성되며, 상기 광섬유의 일단과 그 일단이 대향된 제1 도파로와, 상기 제1 도파로와 이격된 제3 도파로와, 상기 제1 및 제3 도파로 사이에 배치되며, 제1 단부는 그 내부로 진행하는 자외선이 상기 제1 도파로로 전이될 수 있도록 상기 제1 도파로와 인접하게 위치되며 제2 단부는 그 내부로 진행하는 자외선 이 상기 제3 도파로로 전이될 수 있도록 상기 제3 도파로에 인접하게 위치된 제2 도파로를 포함하는 평면 광도파로 소자와;

상기 광섬유와 제1 도파로의 대향된 일단들이 일부 매몰되며, 상기 대향된 일단들을 연결하는 코어와, 상기 코어를 감싸는 클래드를 포함하는 광 커플러와;

상기 제2 도파로의 제2 단으로 자외선을 조사하는 광원과;

상기 제3 도파로로부터 출력된 자외선을 검출하는 디텍터를 포함한다.

이하에서는 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능, 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광섬유와 평면 광도파로 소자간 광축 정렬된 상태의 광모듈의 제작 장치를, 도 4는 도 3에 도시된 광섬유와, 평면 광도파로 소자와, 그 양단을 연결하는 광커플러를 확대한 측면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 광모듈의 제작 장치는 평면 광도파로 소자(300)와, 상기 광섬유(310)와 상기 평면 광도파로 소자(300)의 일단들을 연결하도록 성형된 코어(340a)와, 상기 코어(340a)를 감싸는 클래드(340b)를 포함하는 광 커플러(340)와, 상기 제2 도파로(302)에 자외선을 출력하는 광원(350)과, 상기 제3 도파로(303)로부터 출력된 자외선을 검출하는 디텍터(Detector, 360)를 포함한다.

상기 광섬유(310)는 광신호의 전송 매체인 코아(312)와 상기 코아(312)의 외 주면을 둘러싸는 클래드(311)를 포함한다.

상기 광커플러(340)는 상기 광섬유(310)와 제1 도파로(301)의 상호 대향된 일단들(310a, 301a)이 일부 매몰되도록 도포된 자외선 경화제에 기결정된 세기의 자외선을 조사함으로써 상기 대향된 일단들(310a, 301a)을 연결하도록 형성된 코어(340a)와, 상기 코어(340a)를 감싸도록 형성된 클래드(340b)를 포함한다. 상기 자외선 경화제로는 아크릴계 레진(UV sensitive acrylic resin) 등을 주로 사용한다.

상기 광커플러(Optical coupler, 340)는 상기 광섬유(310)와 상기 평면 광도파로 소자(300)간 광신호의 입출력 손실을 최소화시키기 위한 광축 정렬 및 결합 수단으로써 상기 광섬유(310)의 일단(310)과 그에 대향되는 상기 제1 도파로(301)의 일단(301a)을 연결하도록 형성된 코어(340a)와 상기 코어(340a)를 둘러싸도록 형성된 클래드(340b)로 이루어진다.

즉, 상기 광커플러(340)는 상기 광섬유(310)의 일단(310a)과 상기 평면 광도파로 소자(300)의 일단(301a)을 덮도록 도포된 자외선 경화제에 상기 광섬유(310)의 일단(310a)으로부터 상기 제1 도파로(301)의 일단(301a)으로, 상기 제1 도파로(301)의 일단(301a)으로부터 상기 광섬유(310)의 일단(310)으로 기결정된 세기의 자외선을 조사함으로써 상기 광섬유(310)의 일단(310a)과 상기 제1 도파로 소자(300)의 일단(301)을 연결하는 코어(340a)를 형성한다. 또한, 상기 클래드(340b)는 상기 광섬유(310)의 일단(310a)과 상기 제1 도파로(301)의 일단(301a)의 매몰되도록 도포된 자외선 경화제를 경화시키기 위해 그 외부에서 자외선을 조사함으로써 형성된다.

상기 평면 광도파로 소자(300)는 기판(330) 상에 형성되며, 상기 광섬유(310)의 일단(310a)에 대향된 제1 도파로(301)와, 상기 제1 도파로(301)와 이격된 제3 도파로(303)와, 상기 제1 및 제3 도파로(301, 302) 사이에 배치되며, 그 내부로 입력된 자외선을 상기 제1 도파로(301)로 전이시킬 수 있도록 상기 제1 도파로(301)에 인접하게 위치된 제1 단부(302a)와, 그 내부로 입력된 자외선을 상기 제3 도파로(303)로 전이시키기 위해서 상기 제3 도파로(303)에 인접하게 위치된 제2 단부(302b)로 이루어진 제2 도파로(302)를 포함한다.

상기 평면 광도파로 소자(300)의 제2 도파로(302)에 기설정된 세기의 자외선을 입력시키면, 상기 제2 도파로(302)의 제1 단부(302a)에서 상기 제1 도파로(301)로 자외선이 전이된다. 전이된 자외선은 상기 제1 도파로(301)의 일단(301a)에서 상기 광섬유(310)의 일단(310a)으로 출력된다. 또한, 상기 제2 도파로(302)에 입력된 자외선은 상기 제2 단부(302b)에 인접한 상기 제3 도파로(303)에 일부 전이되며, 상기 제3 도파로(303)의 타단에 위치한 디텍터(360)에서 상기 자외선의 세기를 모니터링한다. 즉, 상기 제2 도파로(302)에 자외선을 입력시키면 상기 제2 단부(302b)를 통해서 일부의 자외선이 제3 도파로(303)로 전이되며, 상기 제3 도파로(303)에 전이된 자외선은 상기 디텍터(360)에 의해 검출될 수 있다.

상기 제1 도파로(301)는 다수의 평면형 광도파로들로 구성되며, 광신호의 분기 또는 결합 등의 기능을 수행하는 수동 소자 또는 자체적으로 광을 발생시키거 나, 검출해낼 수 있는 능동 소자 등과 같은 다양한 형태의 광학 소자 등을 성형할 수 있다.

상기 제2 도파로(302)는 상기 제1 도파로(301)와 상기 제3 도파로(303)의 사이에 위치되며, 상기 제1 도파로(301)에 인접한 제1 단부(302a)와, 상기 제3 도파로(303)에 인접하도록 형성된 제2 단부(302b)로 이루어져 있다. 상기 제2 도파로(302)는 그 내부에 입력된 자외선을 상기 제1 도파로(301)에 인접한 제1 단부(302a)를 통해 상기 제1 도파로(301)로 전이시킨다. 상기 제1 도파로(301)가 다수의 광도파로들로 이루어질 경우에 광커플러(340)의 코어(340a)를 형성하기 위해 조사되는 자외선의 세기 제어가 용이하지 않다. 즉, 상기 제2 도파로(302)는 상기 광커플러(340)의 코어(340a)를 형성하기 위한 자외선을 상기 제1 도파로(301)로 전이시킴으로써, 자외선 경화제에 조사되는 자외선의 조절이 용이하도록 한다.

상기 제2 도파로(302)의 제1 단부(302a)와 상기 제1 도파로(301) 사이의 간격과, 상기 제2 도파로(302)의 제2 단부(302b) 사이의 간격은 250㎛의 배수의 간격으로 이격된다. 또한, 상기 제2 도파로(302)는 상기 제1 도파로(301)로 전이시키는 자외선의 세기 손실을 최소화할 수 있도록 상기 광섬유(310)의 일단(310a)에 대향되는 상기 평면 광도파로 소자(300)의 일단으로부터 기결정된 간격 이격되도록 형성된다.

상기 제3 도파로(303)는 인접하게 위치된 상기 제2 도파로(302)의 제2 단부(302b)로부터 전이된 자외선을 그 타단에 위치된 정렬 광섬유(320)를 통해서 상기 디텍터(360)로 출력한다. 상기 디텍터(360)는 상기 제2 도파로(302)로의 제2 단부(302b)를 통해서 전이된 자외선의 세기를 검출한다.

상기 광원(350)은 상기 제2 도파로(302)의 제2 단부(302b)로 자외선을 출력하며, 상기 디텍터(360)는 상기 제3 도파로(303)로부터 출력된 자외선을 검출한다.

본 발명에 따른 광모듈의 제작 방법은 기판(330) 상에 홈을 형성하는 제1 과정과, 광섬유(310)를 상기 홈에 안착시키는 제2 과정과, 자외선 경화제를 도포하는 제3 과정과, 상기 대향된 끝단들을 연결하는 광커플러(340)의 코어(340a)를 형성하는 제4 과정과, 상기 자외선 경화제의 노출된 표면에 자외선을 조사함으로써 상기 광커플러(340)의 클래드(340b)를 형성하는 제5 과정와, 제6 과정을 포함한다.

상기 제1 과정은 상기 기판(330) 상에 제1 도파로(301)와, 그 내부로 진행하는 자외선이 상기 제1 도파로(301)로 전이될 수 있도록 상기 제1 도파로(301)와 인접하게 위치된 제1 단부(302a)를 구비하며 광축 정렬을 위한 자외선이 도파되는 제2 도파로(302)를 포함하는 평면 광도파로 소자를 형성하기 위한 과정이다. 제2 과정은 상기 평면 광도파로 소자로부터 기설정된 간격 이격된 홈을 상기 기판(330) 상에 형성하는 과정이다.

상기 평면 광도파로 소자(300)는 클래드(300a) 및 코어(300b)의 적층으로 이루어져 있으며, 상기 코어(300a)에 다양한 기능을 수행할 수 있는 평면 도파로 형태의 제1 도파로(301)와, 제2 도파로(302)와, 제3 도파로(303)가 형성되어져 있다.

상기 제3 과정은 상기 광섬유(310)의 일단(310a)이 상기 제1 도파로 소자(301)의 일단(301a)에 대향되도록 상기 홈에 안착시키는 과정으로서, 상기 광섬유(310)와 상기 평면 광도파로 소자(300)는 상기 기판(330)의 상면에 상호 이격되게 위치되어진다.

상기 제4 과정은 상기 광섬유(310) 및 광도파로(301)의 대향된 끝단들(310a, 301a)을 덮도록 자외선 경화제를 도포하는 과정이다. 즉, 상기 자외선 경화제는 상호 대향되는 상기 광섬유(310) 및 광도파로 소자(301)의 양 끝단들(310a, 301a)을 덮도록 도포되어진다.

상기 제5 과정은 상기 자외선 경화제를 1차 경화시킴에 따라서, 상기 광섬유(310)의 일단(310a)과 상기 제1 도파로(301)의 일단(301a)을 연결하는 광신호의 매체가 되는 코어(300a)를 형성하는 과정이다. 제4 과정에 있어서, 상기 제2 도파로(302)는 그 내부에 입력된 자외선을 상기 광도파로(301)로 전이시킴으로써 상기 제1 도파로(301)의 일단(301a)으로부터 상기 광섬유(310)의 일단(310a)으로 자외선이 출력되도록 한다. 또한, 상기 광섬유(310)의 일단(310a)으로부터 상기 제1 도파로(301)의 일단(301a)으로 자외선을 조사함으로써, 상기 광섬유(310)와 상기 광도파로(301)의 사이에 도포된 자외선 경화제에 상기 광도파로(301)의 일단(301a)과 상기 광섬유(310)의 일단(310a)을 연결하는 상기 광커플러(340)의 코어(340a)를 형성하게 된다.

상기 디텍터(360)는 상기 제2 도파로(302)로부터 제3 도파로(303)에 전이된 자외선의 세기를 검출함으로써, 상기 광섬유(310)와 상기 제1 도파로(301)의 위치를 조절하게 된다. 상기 광커플러(340)를 형성하기 위한 자외선 경화제로는 아크릴계 레진 등이 사용 가능하다.

상기 제6 과정은 상기 자외선 경화제의 노출된 표면에 자외선을 조사함으로써 상기 광커플러(340)의 클래드(340b)를 형성하는 과정으로써, 상기 자외선 경화제의 노출된 표면에 자외선을 조사함에 따라, 상기 자외선 경화제를 경화시키는 과정이다. 즉, 상기 자외선 경화제의 전체를 자외선으로 조사함으로써, 상기 자외선 경화제를 경화시키기 위한 과정이다.

즉, 본 발명은 상기 광섬유와 상기 평면 광도파로 소자를 연결하는 코어과 상기 코어을 둘러싸는 클래드로 이루어진 자외선 경화제 재질의 광커플러를 포함함으로써, 상기 광섬유와 상기 평면 광도파로 소자간 광축 정렬이 용이해지는 이점이 있다. 본 발명에 따른 광모듈의 제작 방법 및 광모듈의 제작 장치는 광섬유를 기설정된 위치에 형성된 삽입 홈에 안착시키고, 자외선 경화제의 일부에 자외선을 조사하여 광섬유와 광도파로 소자를 정렬시킴으로써, 광축 정렬에 소요되는 시간 및 비용을 절감시킬 수 있다. 더욱이, 광섬유를 기판 상에 안착시킬 때 발생한 오차를 광커플러의 코어 형성시 보상함으로서, 광축 정렬시 발생하는 오차에 대한 허용 한계가 크다.

본 발명은 평면 광도파로 소자와, 광섬유를 포함하는 광모듈의 광축 정렬 방법 및 제작 장치에 관한 것으로서, 제1 도파로와 광섬유의 각 대향되는 일단을 덮도록 도포된 자외선 경화제를 제1 도파로와 광섬유를 연결하는 코아 및 클래드로 형성된 광 커플러를 포함함으로써 광섬유와 평면 광도파로 소자간 광축 정렬이 용이하고 광축 정렬의 오차에 대한 허용 한계가 커지는 이점이 있다. 더욱이, 공정이 단순해짐으로 인해 생산 수율이 향상되고, 생산비가 절감되는 이점이 있다.

Claims

기판과, 상기 기판 상에 안착된 광섬유를 포함하는 광모듈의 제작 장치에 있어서,

상기 기판 상에 상기 광섬유의 일단에 대향되게 형성된 제1 도파로와;

상기 제1 도파로와 이격된 제3 도파로와;

상기 제1 및 제3 도파로의 사이에 배치되며 제1 단부는 그 내부로 진행하는 자외선이 상기 제1 도파로로 전이될 수 있도록 상기 제1 도파로와 인접하게 위치된 제2 도파로와;

상기 광섬유와 제1 도파로의 대향된 일단들이 일부 매몰되며, 상기 대향된 일단들을 연결하는 코어와, 상기 코어를 감싸는 클래드를 포함하는 광커플러를 포함함을 특징으로 하는 광모듈의 제작 장치.
제1 항에 있어서,

상기 제2 도파로는 그 내부로 진행하는 자외선이 상기 제3 도파로로 전이될 수 있도록 상기 제3 도파로에 인접하게 형성된 제2 단부를 더 포함함을 특징으로 하는 광모듈의 제작 장치.
제1 항에 있어서, 상기 광모듈의 제작 장치는,

상기 제2 도파로의 제2 단으로 자외선을 조사하는 광원과;

상기 제3 도파로로부터 출력된 자외선을 검출하는 디텍터를 더 포함함을 특징으로 하는 광모듈의 제작 장치.
광모듈의 제작 방법에 있어서,

기판 상에 제1 도파로와, 그 내부로 진행하는 자외선이 상기 제1 도파로로 전이될 수 있도록 상기 제1 도파로와 인접하게 위치된 제1 단부를 구비하며 광축 정렬을 위한 자외선이 도파되는 제2 도파로를 포함하는 평면 광도파로 소자를 형성하는 제1 과정과;

상호 이격된 평면 광도파로 소자와 홈을 형성하는 제2 과정과;

그 끝단이 평면 광도파로 소자의 일단과 대향되도록 광섬유를 상기 홈에 안착시키는 제3 과정과;

상기 광섬유 및 평면 광도파로 소자의 대향된 끝단들을 덮도록 자외선 경화제를 도포하는 제4 과정과;

상기 광섬유 및 평면 광도파로 소자의 대향된 끝단들을 통해 자외선을 출력함으로써 상기 자외선 경화제를 1차 경화시킴에 따라, 상기 대향된 끝단들을 연결하는 광커플러의 코어를 형성하는 제5 과정과;

상기 자외선 경화제의 노출된 표면에 자외선을 조사함으로써 상기 광커플러의 클래드를 형성하는 제6 과정을 포함함을 특징으로 하는 광모듈의 제작 방법.
제4 항에 있어서,

상기 자외선 경화제로는 아크릴계 레진(UV sensitive acrylic resin)을 사용함을 특징으로 하는 광모듈의 제작 방법.