KR100598571B1

KR100598571B1 - Fabrication method of optical pick-up head using photonic crystal

Info

Publication number: KR100598571B1
Application number: KR1020040015074A
Authority: KR
Inventors: 류호준; 서동우; 박용우; 백문철; 표현봉
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2006-07-13
Also published as: KR20050063640A

Abstract

본 발명은 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광도파로인 코아를 형성한 후, 형성된 코아의 일측면에 기판과 평행하게 입사된 광이 코아와 수직방향으로 전환되도록 그 내부에 일정크기의 결함을 갖는 광자결정을 형성함으로써, 모바일 기기등에 사용되도록 초경량, 초박형 광픽업헤드를 용이하게 구성할 수 있는 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an optical pick-up head using photonic crystals. In particular, after forming a core of an optical waveguide, the light incident in parallel with the substrate on one side of the formed core is converted in a vertical direction with the core. The present invention relates to a method of manufacturing an optical pick-up head using photonic crystals, which can easily configure an ultralight and ultra-thin optical pick-up head for use in a mobile device by forming a photonic crystal having a defect of a predetermined size.

본 발명의 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법은, (a) 기판의 상부에 하부 클래드층을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 클래드층의 상부에 코아를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 코아의 일측면에 나노 크기를 갖는 다수의 격자로 구성된 광자결정을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.Method of manufacturing an optical pickup head using a photonic crystal of the present invention, (a) forming a lower clad layer on top of the substrate; (b) forming a core on top of the lower clad layer; And (c) forming a photonic crystal composed of a plurality of gratings having a nano size on one side of the core.

광픽업헤드(Optical pick-up head), 기판, 코아(Core), 광자결정(Photonic Crystal)Optical pick-up head, substrate, core, photonic crystal

Description

Fabrication method of optical pick-up head using photonic crystal

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 동작원리를 설명하기 위한 개략적인 개념사시도,1 is a schematic conceptual view illustrating the operation principle of an optical pickup head using photonic crystal according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광자결정을 이용한 광픽업헤드를 나타낸 측면도,2 is a side view showing an optical pickup head using photonic crystals according to an embodiment of the present invention;

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조과정을 설명하기 위해 공정순서에 따라 도시한 단면도들이다.3A through 3B are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an optical pickup head using photonic crystals according to an embodiment of the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ****** Explanation of symbols on main parts of drawing ***

100 : 기판, 200 : 하부 클래드층,100: substrate, 200: lower cladding layer,

300 : 코아, 400 : 광자결정300: core, 400: photonic crystal

본 발명은 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 관한 것으로, 특히 광도파로인 코아를 형성한 후, 형성된 코아의 일측면에 기판과 평행하게 입사된 광이 코아와 수직방향으로 전환되도록 그 내부에 일정 크기의 결함을 갖는 광자결정을 형성함으로써, 모바일 기기 등에 사용될 수 있는 초경량, 초박형 광픽업헤드를 용이하게 구성할 수 있는 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an optical pick-up head using photonic crystals. In particular, after forming a core of an optical waveguide, the light incident in parallel with the substrate on one side of the formed core is converted in a vertical direction with the core. The present invention relates to a method for manufacturing an optical pickup head using photonic crystals that can easily constitute an ultra-lightweight, ultra-thin optical pickup head that can be used in a mobile device or the like by forming a photonic crystal having a defect of a predetermined size.

최근, 폭발적으로 증가하는 개인정보단말기 및 디지털콘텐츠의 영향으로 인하여 개인이 취급하는 정보의 양은 이례없이 확장되고 있다.Recently, due to the explosion of personal information terminals and digital contents, the amount of information handled by individuals has expanded unprecedentedly.

현재 사용되는 정보저장장치로는 레이저를 이용하여 기록과 재생을 하는 광디스크 저장장치, 자화반전을 이용하여 정보를 기록하는 자기디스크 저장장치 및 반도체 메모리를 이용하여 정보를 저장하는 장치 등으로 크게 나뉠 수 있다. 이중에서 특히 광디스크를 이용한 저장장치는 저렴한 가격과 착탈이 용이하여 배포용으로 크게 주목받고 있다.Currently used information storage devices can be broadly classified into optical disk storage devices for recording and reproducing by using laser, magnetic disk storage devices for recording information by using magnetization reversal, and devices for storing information using semiconductor memory. have. Among them, a storage device using an optical disk, in particular, is attracting much attention for distribution because of its low price and easy removal.

이러한 기존의 광디스크는 적색레이저를 사용하며 12cm의 광디스크의 한 면에 대략 700MB를 기록할 수 있도록 고안되어 있다. DVD의 경우에는 같은 크기를 갖는 광디스크에 약 4.7GB를 기록할 수 있는 정도에 이르렀다.This conventional optical disc uses a red laser and is designed to record approximately 700MB on one side of a 12cm optical disc. In the case of a DVD, about 4.7 GB can be recorded on an optical disc of the same size.

한편, 이동성과 휴대성이 점점 더 중요한 고려사항이 됨에 따라 초소형이며 대용량의 광디스크의 필요성도 점차로 증대되고 있다. 따라서, 초소형, 대용량의 광디스크에 적용할 수 있는 초소형이며 초경량인 광픽업헤드의 개발도 촉진되었다.On the other hand, as mobility and portability become more and more important considerations, the necessity of ultra-small and large-capacity optical disks is gradually increasing. Accordingly, development of an ultra-small and ultra-light optical pickup head applicable to an ultra-small and large-capacity optical disk has also been promoted.

기존의 광픽업헤드는 기록과 재생에 사용되는 레이저 빔을 기록매체에 조사하기 위하여 렌즈를 사용하고 있다. 그러나, 이러한 렌즈를 사용함에 따라 광픽업헤드는 그 크기의 소형화에 제한을 받을 수밖에 없다.Conventional optical pickup heads use a lens to irradiate a recording medium with a laser beam used for recording and reproduction. However, by using such a lens, the optical pickup head is bound to be limited in size miniaturization.

또한, 3차원의 형상을 갖기 때문에 모바일 기기에서 요구하는 박형화에 많은 문제점이 되고 있다. 특히, 근접장을 사용하여 광저장장치를 구성한 경우에는 매체 의 착탈 과정에 많은 문제를 야기함으로 현실적인 대안이 될 수 없다.In addition, since it has a three-dimensional shape, there are many problems in thinning required by mobile devices. In particular, when the optical storage device is constructed using the near field, it is not a realistic alternative because it causes many problems in the detachment process of the medium.

따라서, 근접장을 사용하지 않으면서 렌즈가 없는 초경량, 초박형 광픽업헤드는 모바일 기기에서 절실히 요구되고 있다.Therefore, ultra-lightweight, ultra-thin optical pickup heads without lenses without using near-fields are urgently required in mobile devices.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기판 상에 형성된 하부 클래드층의 상부에 광도파로인 코아를 형성한 후, 형성된 코아의 일측면에 레이저 발진을 위해 그 내부에 일정 크기의 결함을 갖는 광자결정을 형성함으로써, 모바일 기기 등에 사용될 수 있는 초경량, 초박형 광픽업헤드를 용이하게 구성할 수 있도록 한 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to form an optical waveguide core on top of the lower clad layer formed on the substrate, and then to the inside of the laser to oscillate on one side of the formed core The present invention provides a method for manufacturing an optical pick-up head using photonic crystals in which photonic crystals having a predetermined size of defects are formed in the structure, so that an ultra-light and ultra-thin optical pickup head that can be used in a mobile device or the like can be easily configured.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, (a) 기판의 상부에 하부 클래드층을 형성하는 단계; (b) 상기 하부 클래드층의 상부에 코아를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 코아의 일측면에 나노 크기를 갖는 다수의 격자로 구성된 광자결정을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention to achieve the above object, (a) forming a lower clad layer on top of the substrate; (b) forming a core on top of the lower clad layer; And (c) forming a photonic crystal composed of a plurality of gratings having a nano size on one side of the core.

이때, 상기 단계(a)에서 상기 하부 클래드층은 기상 화학 증착법 또는 물리적 증착법에 의해 형성함이 바람직하다.At this time, the lower clad layer in the step (a) is preferably formed by a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition method.

또한, 상기 단계(c)에서 상기 광자결정은 레이저 발진을 위해 임의의 부위에 결함을 갖도록 한다.In addition, in the step (c), the photonic crystal causes defects in arbitrary portions for laser oscillation.

또한, 상기 단계(c)에서 상기 광자결정은 나노 임프린팅법에 의해 형성한다.In addition, in the step (c), the photonic crystal is formed by the nanoimprinting method.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 동작원리를 설명하기 위한 개략적인 개념사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광자결정을 이용한 광픽업헤드를 나타낸 측면도이다.1 is a schematic conceptual view illustrating the operation principle of an optical pickup head using a photonic crystal according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an optical pickup head using a photonic crystal according to an embodiment of the present invention The side view shown.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광자결정을 이용한 광픽업헤드는, 기판(Substrate)(100)과; 기판(100)의 상부에 형성된 하부 클래드층(Under Cladding Layer)(200)과; 하부 클래드층(200)의 상부에 형성된 코아(Core)(300)와; 코아(300)의 일측면에 형성된 나노 크기를 갖는 다수의 격자로 구성된 광자결정(Photonic Crystal)(400)을 포함하여 이루어진다.1 and 2, the optical pickup head using the photonic crystal according to an embodiment of the present invention, the substrate (Substrate) 100; An under cladding layer 200 formed on the substrate 100; A core 300 formed on the lower clad layer 200; It comprises a photonic crystal (400) consisting of a plurality of gratings having a nano-size formed on one side of the core (300).

전술한 구성에서, 본 발명의 광자결정(400)을 이용한 광픽업헤드의 동작원리는 다음과 같다. 먼저, 광이 코아(300)에 입사되면 코아(300)와 하부 클래드층(200)의 미세한 굴절률의 차이에 의해서 광은 외부로 에너지를 잃지 않고 코아(300)를 따라 진행되게 된다.In the above-described configuration, the operation principle of the optical pickup head using the photonic crystal 400 of the present invention is as follows. First, when the light is incident on the core 300, the light proceeds along the core 300 without losing energy to the outside due to the difference in the minute refractive index of the core 300 and the lower clad layer 200.

이렇게 진행된 광은 코아(300)의 일측면에 형성된 나노 크기의 격자로 구성된 광자결정(400)을 만나 광자결정(400)의 주기성에 대한 특별한 값에 대해 광이 광자결정(400)의 내부로 전파하게 된다.The light thus proceeds meets the photonic crystal 400 consisting of a nano-sized grating formed on one side of the core 300, the light propagates into the photonic crystal 400 for a special value for the periodicity of the photonic crystal 400 Done.

상기 전파된 광은 미리 형성시킨 결함에 의해서 형성된 국부적 결함준위에 의해 해당 부위에만 전자기파가 존재하여 레이저 발진을 일으키게 된다. 이렇게 하여 나노크기를 갖는 레이저빔이 형성되게 되는 것이다.The propagated light causes laser oscillation due to the presence of electromagnetic waves only in a corresponding region due to a local defect level formed by a previously formed defect. In this way, a laser beam having a nano size is formed.

도 3a는 본 발명에 적용된 기판(100)의 상부에 하부 클래드층(200)이 형성된 상태를 나타낸 단면도로서, 먼저, 기판(100)의 상부에 하부 클래드층(200)을 형성한다. 이때, 하부 클래드층(200)은 코아(도 3b참조, 300)와 미세한 굴절률의 차이를 나타내도록 층의 형성과정을 통해 굴절률을 조절할 수 있다.3A is a cross-sectional view illustrating a state in which a lower clad layer 200 is formed on an upper portion of the substrate 100 applied to the present invention. First, a lower clad layer 200 is formed on an upper portion of the substrate 100. In this case, the lower clad layer 200 may adjust the refractive index through the formation of the layer to show a difference between the core (see FIG. 3B and 300) and the fine refractive index.

한편, 하부 클래드층(200)은 입사된 광이 단일모드를 형성할 수 있도록 약 5∼10㎛ 정도의 두께로 기상 화학 증착법 또는 물리적 증착법에 의해 형성할 수 있다.On the other hand, the lower clad layer 200 may be formed by a chemical vapor deposition method or a physical vapor deposition in a thickness of about 5 ~ 10㎛ so that the incident light can form a single mode.

도 3b는 본 발명에 적용된 하부 클래드층(200)의 상부에 코아(300)가 형성된 상태를 나타낸 단면도로서, 상기 형성된 하부 클래드층(200)의 상부에 약 2㎛정도의 두께가 되도록 폴리머 또는 굴절률이 조정된 실리카 코아(300)를 스핀코팅법, 기상화학 증착법 또는 물질적 증착법에 의해 형성한다.Figure 3b is a cross-sectional view showing a state in which the core 300 is formed on top of the lower clad layer 200 applied to the present invention, the polymer or the refractive index so that the thickness of about 2㎛ on the top of the lower clad layer 200 formed This adjusted silica core 300 is formed by spin coating, vapor chemical vapor deposition, or physical vapor deposition.

도 3c는 본 발명에 적용된 코아(300)의 상부에 광자결정(400)이 형성된 상태를 나타낸 단면도로서, 코아(300)의 형성 후에는 코아(300)의 일측면에 나노 크기를 갖는 다수의 격자 형태로 구성된 2차원의 광자결정(400)을 형성한다.3C is a cross-sectional view illustrating a state in which a photonic crystal 400 is formed on an upper portion of the core 300 applied to the present invention. After formation of the core 300, a plurality of gratings having nano size on one side of the core 300 are formed. A two-dimensional photonic crystal 400 formed in the form is formed.

이때, 상기 형성된 광자결정(400)은 필요한 광점의 크기에 따라서 광자결정(400)의 격자간격을 조절하여 형성하고, 특히, 레이저 발진을 위해서 임의 의 부위에 결함(Defect)(미도시)을 형성함에 따라 기판(100)과 평행하게 입사된 광이 코아(300)와 수직방향으로 전환되도록 유도하며, 광자결정(400)내의 결함을 조절함에 따라 상부에 형성되는 빔의 크기를 조절할 수 있다.In this case, the formed photonic crystal 400 is formed by adjusting the lattice spacing of the photonic crystal 400 according to the size of the light spot required, in particular, to form a defect (not shown) in any portion for the laser oscillation As a result, the light incident in parallel with the substrate 100 is induced to be converted to the core 300 in the vertical direction, and the size of the beam formed thereon may be adjusted by controlling defects in the photonic crystal 400.

즉, 이러한 결함은 통상적으로 평면 전파 특성을 바꾸고 광 모드를 집중시키기 위하여 결정체로 된 구조에 적용될 수 있다. 한편, 광자결정(400)은 나노 임프린팅법(nano-imprinting)에 의해 형성함이 바람직하다.In other words, these defects can be applied to a crystalline structure typically to alter the planar propagation characteristics and to concentrate the light mode. On the other hand, the photonic crystal 400 is preferably formed by nano-imprinting (nano-imprinting).

상기와 같이 구성된 광자결정을 이용한 광픽업헤드는 기판(100)의 방향과 동일한 방향으로 입사된 광의 방향을 광자결정(400)의 레이저 발진에 의해서 빔을 형성하게 된다.The optical pickup head using the photonic crystal configured as described above forms a beam by the laser oscillation of the photonic crystal 400 in the direction of the incident light in the same direction as the direction of the substrate 100.

전술한 본 발명에 따른 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although a preferred embodiment of the manufacturing method of the optical pickup head using the photonic crystal according to the present invention described above, the present invention is not limited to this, but the claims and the detailed description of the invention and the scope of the accompanying drawings It is possible to carry out the transformation by the branch and this also belongs to this invention.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 광자결정을 이용한 광픽업헤드의 제조방법에 따르면, 기판 상에 형성된 하부 클래드층의 상부에 광도파로인 코아를 형성한 후, 형성된 코아의 일측면에 레이저 발진을 위해 그 내부에 일정 크기의 결함을 갖는 광자결정을 형성함으로써, 모바일 기기 등에 사용될 수 있는 초경량, 초박형 광픽업헤드를 용이하게 구성할 수 있는 이점이 있다.According to the manufacturing method of the optical pickup head using the photonic crystal of the present invention as described above, after forming the optical waveguide core on the lower clad layer formed on the substrate, for laser oscillation on one side of the formed core By forming a photonic crystal having a certain size of defects therein, there is an advantage that can easily constitute an ultra-lightweight, ultra-thin optical pickup head that can be used in mobile devices and the like.

Claims

(a) forming a lower clad layer on top of the substrate;

(b) forming a core on top of the lower clad layer; And

(c) forming a photonic crystal composed of a plurality of lattice in which a lattice shape having nano-interval and width is arranged in a straight line on one side of the core.

The method of claim 1, wherein in the step (a), the lower clad layer is formed by vapor deposition or physical vapor deposition.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein in the step (c), the photonic crystals form defects in arbitrary portions for laser oscillation.

The method of claim 1 or 2, wherein the photonic crystals are formed in the step (c) by nanoimprinting.