KR100687162B1 - 광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치의 제조방법, 및 광 송수신 장치의 제조 방법 - Google Patents

광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치의 제조방법, 및 광 송수신 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광 신호가 기판 상에 형성된 광 도파관을 사용하여 양방향으로 전파하게 함으로써 양방향 통신이 가능한 광 도파 장치 및 광 송수신 장치와, 광 도파 장치의 제조 방법 및 광 송수신 장치의 제조 방법이 제공된다.
제1 및 제2 경계면을 갖는 트렌치 형상부는 광 전파 방향과 교차되도록 광 도파관의 적어도 한 단(A 측) 근처에서 광 도파관에 형성된다. 타단(B 측)으로부터의 광 도파관을 통해 전파하는 입사광은 제1 경계면에 의해 내부적으로 반사되며, 광 도파관의 측면을 통해 외부로 방출된다. 광 도파관의 A 측 상의 단면을 통과하는 전송광은 제2 경계면을 통과하며, 제1 경계면을 통과한다. 기판 상에 형성된 광 도파관에서, 광 신호는 비교적 단순한 구성으로 양방향으로 전송 및 수신할 수 있어, 광 배선의 밀도 증가를 달성할 수 있게 된다.
광 도파 장치, 광 송수신 장치, 트렌치 형상부, 코어, 클래딩, 광 방출 소자

Description

광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치의 제조 방법, 및 광 송수신 장치의 제조 방법{OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE, OPTICAL TRANSMITTING AND RECEIVING DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING OPTICAL TRANSMITTING AND RECEIVING DEVICE}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광 송수신 장치의 횡단면도이며, 광 전파 방향을 따라 얻어진 단면 구조를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 광 송수신 장치의 횡단면도이며, 광 전파 방향과 직교하는 방향을 따라 얻어진 단면 구조를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 광 송수신 장치의 외부 구성의 사시도.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 광 송수신 장치를 제조하는 방법의 한 공정의 횡단면도.
도 5는 도 4의 공정에 후속되는 공정의 횡단면도.
도 6은 도 5의 공정에 후속되는 공정의 횡단면도.
도 7은 도 6에 도시된 공정에 있어 광학 도파관의 다른 단면 구조의 횡단면도.
도 8은 도 7의 공정에 후속되는 공정의 횡단면도.
도 9는 도 8의 공정에 후속되는 공정의 횡단면도.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 송수신 장치의 횡단면도이며, 광 전파 방향을 따라 얻어진 단면 구조를 보여주는 도면.
도 11은 본 발명의 변형 실시예에 따른 광 송수신 장치의 횡단면도이며, 광 전파 방향과 직교하는 방향을 따라 얻어진 단면 구조를 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11: 기판
13: 코어
12, 14: 클래딩
15: 광 도파관
16a, 17a: 경계면
18a, 18b: 단부
21a: 기체층
22a, 22b: 발광층
23a, 23b: 발광 소자
25a, 25b: 광 검출기
31a, 31b: 트렌치 형상부
본 발명은 광을 전파시킬 수 있는 광 도파관을 포함하는 광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치의 제조 방법 및 광 송수신 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
집적 회로(IC) 또는 대규모 집적 회로(LSI) 등의 분야에서, 기술적 진보에 의해 동작 속도 및 집적 규모가 향상됨으로써, 마이크로프로세서의 성능 향상 및 메모리 칩의 용량 증대가 급속하게 진행되고 있다. 그러나, 전기 신호의 전송 속도 증가와 신호 배선의 밀도 증가가 이러한 전자 장치들의 성능 향상에 대해 장애물이 되고 있다. 또한, 전기 배선 내에서의 신호 지연 문제도 발생한다. 또한, 전기 신호의 전송 속도 증가 및 신호 배선의 밀도 증가를 성취하기 위해서는, EMI/EMC(Electro-Magnetic Interference/Electro-Magnetic Compatibility)에 대한 설비가 불가피하다. 이러한 배선 내에서의 장애물을 제거하기 위해, 광 상호 접속(광 배선)에 대한 관심이 증대되고 있다.
이러한 광 상호 접속은 장치들 간의 접속, 장치 내 보드들 간의 접속 또는 보드 내 칩들 간의 접속과 같이 다양한 상황에 적용할 수 있는 것으로 생각된다. 기판 상에 형성된 광 도파관이 전송 회선으로서 이용되는 광전송 통신 시스템은, 칩들 간의 간격과 같이 비교적 짧은 거리에서의 전송에 적합한 것으로 생각된다. 이러한 광 도파관을 이용하는 광전송 통신 시스템에 있어서는, 광 도파관을 제조하는 공정을 확립하는 것이 중요한 문제이다.
이러한 광 도파관은 광 손실이 낮고 제조가 용이해야만 한다. 이러한 조건들을 만족시키는 광 도파관으로는, 석영계 재료 등을 이용하는 저손실 광 도파관이 있다. 광섬유에서 확인된 바와 같이, 석영은 광전송에 있어서 우수한 성능을 가진 다. 따라서, 광 도파관을 석영으로 제조하면, 손실이 0.1㏈/㎝로 감소될 수 있다. 그러나, 석영을 이용하면, 광 도파관의 제조에 장시간이 소요되고, 제조시에 고온(800℃ 이상)이 요구되며, 면적을 증가시키기가 어렵고, 단가도 높다는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하고, 저온의 공정으로 광 도파관을 제조할 수 있도록 하는 재료로서, PMMA(polymethyl methacrylate) 또는 폴리이미드와 같은 고분자 재료를 이용하는 방안이 고려되어 왔다.
광 도파관을 이용하는 광전송의 밀도 증가를 고려할 때, 광 신호는 광 도파관 내에서 양방향으로 전파되는 것이 바람직하다. 그러나, 광 신호를 양방향으로 전파시키고자 하는 시스템에서는, 발광 소자로부터 광 도파관으로의 광 입사 형태, 광 도파관으로부터 광 검출기로의 광 출사 형태, 광 도파관에 대한 발광 소자 및 광 검출기의 배치, 또는 양방향으로 전파되는 신호들 간의 혼선과 같은 문제들이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제들을 해결하기 위해 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 기판 상에 형성되어 광 배선으로 이용되는 광 도파관을 이용하여 광 신호가 양방향으로 전송될 수 있게 함으로써 양방향 통신을 가능하게 하는 광 도파 장치 및 광 송수신 장치, 및 광 도파 장치의 제조 방법과 광 송수신 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 광 도파 장치는, 기판 상에 형성되어 양방향으로 광을 전파시킬 수 있는 광 도파관, 및 광 도파관 내에서 적어도 한쪽 단부 부근에 형성된 트렌치 형상부(trench-shaped space)을 포함하며, 트렌치 형상부는 광 도파관을 통해 전파하는 광을 스위칭한다. 광 도파관은 고분자 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 기판은 실리콘, 석영, 유리 및 세라믹 중 적어도 하나를 함유하는 무기 재료, 또는 유기 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 광 송수신 장치는, 기판 상에 형성되어 양방향으로 광을 전파시킬 수 있는 광 도파관, 및 광 도파관 내에서 적어도 한쪽 단부 부근에 형성되어 광 도파관을 통해 전파하는 광을 스위칭하는 트렌치 형상부; 트렌치 형상부에 의해 스위칭된 입사광을 수신하는 광검출기; 및 전송광을 트렌치 형상부으로 출사시키는 발광 소자를 포함한다.
본 발명의 광 도파 장치 또는 광 송수신 장치에서, 광 도파관은 광을 전파시키는 코어; 및 그 코어를 둘러싸도록 형성된 클래딩을 포함한다. 이 경우, 트렌치 형상부는 적어도 코어와 교차하도록 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 광 도파 장치 또는 광 송수신 장치에서, 트랜지 형상부는 광 도파관을 통해 진행하는 입사광을 내부적으로 반사시켜 광 도파관의 외부로 안내시킬 수 있는 제1 경계면; 및 입사광의 진행 방향에 대해 반대 방향으로 진행하는 전송광을 통과시켜 광 도파관의 내부로 안내시키는 제2 경계면을 가질 수 있다. 바람직하게는, n이 광 도파관의 주요 부분을 구성하는 재료의 굴절률이라 할 때, 광 전파 방향에 대한 제1 경계면의 각도 θ1(°)은 θ1 < 90 - sin-1(1/n)을 만족하고, 광 전파 방향에 대한 제2 경계면의 각도 θ2(°)는 θ2 > 90 - sin-1(1/n)을 만족한 다.
또한, 본 발명의 광 도파 장치 또는 광 송수신 장치에서, 광 도파관의 적어도 한쪽 단부는 외부적으로 입사한 전송광을 입사 방향과 거의 동일한 방향으로 통과시킬 수 있는 광 전파 방향에 실질적으로 수직한 단부면을 형성할 수 있으며, 그 단부면을 통과하여 입사한 전송광이 제2 경계면, 트렌치 형상부 및 제1 경계면을 순차적으로 통과함으로써, 그 전송광이 광 도파관 내에서 안내되게 된다.
또한, 본 발명의 광 도파 장치 또는 광 송수신 장치에서, 광 도파관의 적어도 한쪽 단부는 광 전파 방향과 교차하도록 광 전파 방향에 대해 미리 결정된 각도를 가지며 광 도파관의 상부면 또는 측면을 통해 입사한 전송광을 내부적으로 반사시킬 수 있는 단부면을 형성할 수 있으며, 이러한 단부면에 의해 반사된 전송광이 제2 경계면, 트렌치 형상부 및 제1 경계면을 순차적으로 통과함으로써 광 도파관 내에서 안내될 수 있게 한다. 이 경우에서는, n이 광 도파관의 주요 부분을 구성하는 재료의 굴절률이라 할 때, 광 전파 방향에 대한 단부면의 각도 θ3(°)가 θ3 < sin-1(1/n)을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광 도파 장치를 제조하는 방법은, 양방향으로 광을 전파시킬 수 있는 광 도파관을 기판 상에 형성하는 단계; 및 광 도파관 내에서 적어도 한쪽 단부에 인접한 위치에 광 전파 방향과 교차하도록 트렌치 형상부를 형성하는 단계를 포함하며, 여기에서 트렌지 형상부는 제1 경계면 및 제2 경계면을 가지고, 제1 경계면은 광 도파관을 통해 진행하는 입사광을 내부적으로 반사시켜 광 도파관의 상 부면 또는 측면을 통해 외부로 안내시킬 수 있고, 제2 경계면은 입사광의 전파 방향의 반대 방향으로 진행하는 전송광을 통과시켜 제1 경계면을 통해 광 도파관 내로 안내시킬 수 있다.
본 발명의 광 도파 장치를 제조하는 방법은, 양방향으로 광을 전파시킬 수 있는 광 도파관을 기판 상에 형성하는 단계; 및 광 도파관 내에서 적어도 한쪽 단부에 인접한 위치에 광 전파 방향과 교차하도록 트렌치 형상부를 형성하는 단계 -여기에서 트렌치 형상부는 제1 경계면 및 제2 경계면을 가지고, 제1 경계면은 광 도파관을 통해 전파하는 입사광을 내부적으로 반사시켜 광 도파관의 상부면 또는 측면을 통해 외부로 안내시킬 수 있고, 제2 경계면은 입사광의 전파 방향의 반대 방향으로 진행하는 전송광을 통과시켜 제1 경계면을 통해 광 도파관 내로 안내시킬 수 있음-; 제1 경계면에 의해 반사된 입사광을 수신하기 위한 광 검출기를 광 도파관의 상부면 또는 측면에서 제1 경계면에 인접한 위치에 형성하는 단계; 및 단부면 방향으로 전송광을 출사시키기 위한 발광 소자를 단부면 부근에 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 광 도파 장치에서, 광 도파관을 통해 전파하는 광은, 광파관 내에서 광 전파 방향과 교차하도록 기판 상에 형성된 광 도파관의 적어도 한쪽 단부 부근에 형성된 트렌치 형상부에 의해 스위칭된다. 여기에서 "광이 스위칭된다"는 표현은 광 도파관을 통해 전파하던 광이 그 진행 방향과는 상이한 방향으로 향하도록 안내된다는 것을 의미한다.
본 발명의 광 송수신 장치에서, 광 도파관을 통해 전파하는 광은, 광 도파관 내에서 광 전파 방향과 교차하도록 형성된 광 도파관의 적어도 한쪽 단부 부근에 형성된 트렌치 형상부에 의해 스위칭된다. 트렌치 형상부에 의해 스위칭된 입사광은 광 검출기에 의해 수신되고, 전송광은 발광 소자로부터 트렌치 형상부 방향으로 출사된다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 다음의 설명으로부터 충분히 알 수 있을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
[제1 실시예]
도 1 내지 도 3은 양방향성 광 송신 시스템에 응용된 본 발명의 한 실시예에 따른 광 송수신 장치의 구성의 주요부를 도시한다. 도 3은 광 송수신 장치의 주요부의 외부 구성의 사시도이다. 도 1은 도 3의 I-I 라인을 따라 얻어진 횡단면도이다. 도 2는 도 3의 II-II 라인을 따라 얻어진 횡단면도이다. 본 발명의 실시예를 따른 광 도파 장치 및 그 제조 방법은, 본 발명의 실시예의 광 송수신 장치 및 그 제조 방법에 의해 구현되며, 이러한 광 도파 장치 및 그 제조 방법을 광 송수신 장치 및 그 제조 방법과 결부하여 설명하기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 광 송수신 장치는 기판(11), 기판(11) 상에 형성된 광 도파관(15), 기판(11) 상에 배치되며 광 도파관(15)의 단부(18a 및 18b)과 접해 있는 발광 소자(23a 및 23b), 및 각각 광 도파관(15)의 단 부에 인접하여 광 도파관(15)의 상부면(15)(측면) 상에 배치된 광 검출기(25a 및 25b)를 포함한다. 기판(11)은 통상적으로 실리콘, 석영 또는 유리 등의 무기 재료로 구성되며, 특히 고정밀도로 광학 회로용으로 평탄화된 기판이 기판(11)으로서 사용된다. 또한, 기판(11)은 그 상부에 형성된 전기적 배선으로 인해 비교적 거칠기가 큰 전기 배선 기판일 수도 있다. 또한, 그러한 전기적 배선 기판은 예를 들어, 세라믹 등의 무기 재료로 제조된 기판 또는 글래스-에폭시족 유기 재료로 제조된 기판일 수도 있다. 광 도파관(15)은 본 발명의 "광 도파관"에 대응하며, 단부(18a 및 18b)는 본 발명의 "단면"에 대응한다.
광 도파관(15)은 코어(13) 및 클래딩(12 및 14)을 구비하되, 코어(13) 및 클래딩(12 및 14)은 코어(13)의 상부, 하부, 좌측 및 우측이 클래딩(12 및 14)으로 둘러싸일 수 있도록 형성되고, 클래딩(12 및 14) 각각은 코어(13)의 굴절율보다 낮은 굴절율을 갖는다. 코어(13)는 후술될 고분자 재료로 제조되고, 클래딩(12 및 14)은 코어(13)와 동일한 고분자 재료로 제조된다. 클래딩(12 및 14)은 본 발명의 "클래딩"에 해당하고, 코어(13)는 본 발명의 "코어"에 해당한다.
이 실시예에서 광 도파관(15)의 각 단부(18a 및 18b)와 기판(11)의 표면 간의 각 θ3는 약 90°이다. 광 도파관(15)의 한 전송 및 수신 단부측(이하, A측이라 칭함) 상의 기판(11) 상에 단부(18a)에 대향하도록 발광 소자(23a)가 배치된다. 광 도파관(15)의 다른 전송 및 수신 단부측(이하, B측이라 칭함) 상의 기판(11) 상에 단부(18b)에 대향하도록 발광 소자(23b)가 배치된다. 도 3에는 A측만을 도시하고 있다. 발광 소자(23a)는 기판(11) 상에 형성된 기체층(21a)과 기체층(21a) 상 에 형성된 발광층(22a)을 구비한다. 동일하게, 발광 소자(23b)는 기체층(21b) 및 발광층(22b)을 구비한다. 발광 소자(23a 및 23b)로서 예를 들어, 에지 방출형의 반도체 레이저 등의 에지 방출형 발광 소자를 사용할 수 있다. 이 경우, 발광 소자(23a)의 발광층(22a)의 단부를 통해 출사되는 광은 단부(18a)에 거의 수직인 단부(18a)를 통해 입사된다. 한편, 발광 소자(23b)의 발광층(22b)의 단부를 통해 출사되는 광은 단부(18b)에 거의 수직인 단부(18b)를 통해 입사된다.
광 도파관(15)은 그 A측 및 B측 각각에 트렌치 형상부(31a 및 31b)를 갖는다. 트렌치 형상부(31a 및 31b)은 광이 광 도파관(15)을 통해 전파되는 방향(광 도파관(15)의 세로 방향)과 교차하도록 이루어진다. 보다 상세히 기술하자면, 도 1 및 도 3에서 도시된 바와 같이, 트렌치 형상부(31a)은 3 부분, 즉 코어(13) 상의 클래딩(14), 코어(13), 및 코어(13) 아래의 클래딩(12)과 기술된 순으로 대각선 교차하도록 이루어진다. 따라서, 트렌치 형상부(31a)은 적어도 코어(13)에만 교차하면 되고 클래딩(12 및 14)과 교차할 필요는 없다. 그러나, 트렌치 형상부(31a)은 트렌치 형상부(31a)의 세로 방향(도 1에서 도시된 시트의 표면과 수직인 방향)으로 크기가 증대하여 트렌치 형상부(31a)은 3 부분, 즉 코어(13) 상의 클래딩(14), 코어(13), 및 코어(13) 아래의 클래딩(12) 뿐아니라 코어(13)의 양측 상의 클래딩(12 및 14)과 교차할 수 있으므로, 광 도파관(15)은 트렌치 형상부(31a)에 의해 완전히 분리될 수 있다. 이 실시예에서는, 트렌치 형상부(31a)은 광 도파관(15)의 외부 매체(예를 들어, 공기)로 충전되는 것으로 가장한다.
트렌치 형상부(31a)은 주로 경계면(16a) 및 경계면(17a)에 의해 한정된다. 경계면(16a)은 기판(11)의 표면에 대해 각 θ1을 이루고, 경계면(17a)은 기판(11)의 표면에 대해 각 θ2를 이루며, 여기서 θ2 > θ1이다. 각 θ1은 도 1에서 도시된 좌측(B측)으로부터 광 전파 방향을 따라 광 도파관(15)을 통해 전파되는 모든 입사광이 제1 경계면(16a)에 의해 내향으로 반사되어 광 도파관(15)의 상부면을 통해 외향으로 출사될 수 있는 각으로 설정된다. 또한, 각 θ2는 단부(18a)를 통해 입사되고 입사광의 전파 방향과 반대인 방향(도 1에서 우측에서 좌측으로의 방향)으로 전파되는 전송광이 제2 경계면(17a)을 통해 제1 경계면(16a)에 입사될 수 있는 각으로 설정된다. 각 θ1 및 각 θ2에 대해 이하에서 상세히 기술하기로 한다. 트렌치 형상부(31b)의 구조 및 형상은 트렌치 형상부(31a)의 구조 및 형성과 동일하므로, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다. 트렌치 형상부(31a 또는 31b)은 본 발명의 "트렌치 형상 공간"에 해당한다. 경계면(16a)은 본 발명의 "제1 경계면"에 해당하고, 경계면(17a)은 본 발명의 "제2 경계면"에 해당한다.
광 도파관(15)의 A측 및 B측 상의 광 도파관(15) 상에 광 검출기(25a 및 25b)가 각각 배치된다. 광 검출기(25a 및 25b)로서, 예를 들어, Pin형 광 검출기 또는 MSM(금속-쇼트키-금속)형 광 검출기 등의 표면 광 검출형 광 검출기를 사용할 수 있다.
다음에는, 상기 구성을 갖는 투광 및 수광 소자의 기능에 대해 도 1을 참조하여 기술하기로 한다.
A측의 하나의 송수신 단에서의 광학적 송수신 원리를 설명하기로 한다. 다른 송수신 단 (B단)에서의 송수신 원리는 (A측의) 송수신 단에서와 동일하기 때문 에 그 설명은 생략하기로 한다.
먼저, 송신 원리를 설명하기로 한다. 발광 소자(23a)의 발광층(22a)의 단부를 통해 출력되는 전송광은 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(11)에 실질적으로 병렬로광 도파관(15)의 잔부인 단부(18a)를 통해 입사한다. 단부(18a)는 상술한 바와 같이 광 전파 방향 (광 도파관(156)의 길이 방향)에 실질적으로 수직이다. 그리하여, 전송광은 단부(18a)를 통해 입사한 직선 그대로 이동하고, 발광 소자(23a)에 근접한 트렌치 형상부(31a)의 경계면(17a)에 도달한다. 경계면(17a)은 (기판(11) 표면의 방향과 동일한) 광 전파 방향에 상관하여 입사 전송광이 완전히 반사되지 않는 각도 θ2를 형성하기 위해 형성된다. 즉, 각도 θ2는 경계면(17a)에 입사된 전송광의 입사각이 임계각을 초과하지 않는 각도이다. 좀 더 상세히는, 각도 θ2는 광 도파관(15)의 코어(13)를 구성하는 재료의 굴절율 n에 따르고, 각도 θ2는 다음의 수학식(1)을 만족시키도록 Snell의 법칙에 따라 설정된다.
Figure 112000002161060-pat00001
수학식(1)이 만족되는 한, 발광 장치(23a)로부터의 전송광은 경계면(17a)에 의해 완전히 반사되는 것은 아니고 Snell의 법칙에 따라 경계면(17a)에 의해 굴절되어 경계면(17a)을 통과한다. 예를 들어, 코어(13)의 굴절율 n을 1.5라고 가정하면 수학식(1)로부터 θ2〉48.2°이 구해진다. 즉, 이 경우, 예를 들어 각도 θ2가 50°이상이면, 전송광은 경계면(17a)을 통해 충분히 통과할 수 있으므로써 전송 동 안 광 스위칭 동작이 확보된다.
경계면(17a)을 통과하는 전송광이 트렌치 형상부(31a)를 통해 트렌치 형상부(31a)의 경계면(16a)에 도달한다. 전송광은 Snell의 법칙에 따라 경계면(16a)에 의해 굴절된 다음, 광 도파관(15)의 코어(13)로 이동하고 나아가서는 광은 코어(13)를 통해 B측으로 이동한다. 경계면(16a)으로부터 코어(13)로 이동하는 전송광의 방향은 광 전파 방향으로 작은 각을 형성한다. 그러나, 광 도파관(15)이 전송광을 전파할 수 있고 허용가능한 개구수(NA)를 갖는 한, 전송광은 충분한 전력으로 광 도파관(15)을 통해 전파할 수 있다. 코어(13)의 굴절율 n과 클래딩(12 및 14) 각각의 굴절율 간의 차가 커지면 커질수록, 광 도파관(15)의 개구수가 커지고 그리하여 전송광의 전파 효율도 커진다.
다음, 수신 원리를 설명하기로 한다. 상술한 바와 같이, 광 전파 방향에 대해 광검출기(25a)에 근접한 트렌치 형상부(31a)의 경계면(16a)의 각 θ1은 B측으로부터 광 도파관을 통해 전파하는 광이 경계면(16a)에 의해 완전히 반사되는 각이다. 즉, 제2 경계면으로 입사하는 입사광의 입사각은 임계 각도 이상이다. 좀 더 상세히는, 각도 θ1은 광 도파관(15)의 코어(13)를 구성하는 재료의 굴절율 n에 의존하고, 각도 θ1은 Snell의 법칙에 따라 다음의 수학식 (2)를 만족시킨다:
Figure 112000002161060-pat00002
수학식 (2)가 만족되는 한, 경계면(16a)을 통과하지 않는 B측으로부터 광 도 파관(15)의 코어(13)를 통해 전파하는 입사광은 경계면(16a)에 의해 완전히 반사되고 광 도파관(15)의 상면에 배열된 광 검출기(25a)에 의해 수신된다. 예를 들어, 광 도파관(15)의 코어(13)의 굴절율 n이 1.5라고 가정하면, θ1〈 48.2°로 구해진다. 즉, 이 경우, 예를 들어 각도 θ1이 45° 이하라면, B측으로부터의 광은 경계면(16a)에 의해 완전히 반사되어 광 검출기(25a)로 입사된다. 따라서, 수신 동안 광 스위칭 동작이 확보되면 광 검출 효율 최대화된다.
가령, 코어(13) 재료의 굴절 지수(n)가 1.5, θ1은 45도, θ2는 50도라고 하면, 광 방출 소자(23a)로부터의 전송 광이 경계면(17a, 16a)를 통해 광 도파관(15)에 재입사하는 각도는 광 전파 방향에 대해 약 4도 정도이다. 따라서, 보통 NA (즉, NA는 대략 0.2에서 0.3)를 갖는 광 도파관은 광 커플링을 충분히 감당할 것이다. 트렌치 형상부(31a)의 폭, 즉, 경계면들(17a, 16a)간의 거리는, 이 두 경계면들이 서로에 광학적 영향을 주지 않는 한에서는, 최소화될 수 있다. 좀 더 명확하게 말하면, 경계면들이 서로에 광학적 영향을 주지 않는 폭이라는 것은 광의 파장의 단위 (즉, 몇 마이크로미터) 이상의 폭이라는 것을 뜻한다. 이 경우에, 수십에서 수백 마이크로미터의 코어 지름을 갖는 다중 모드 광 도파관은, 가령, 충분한 광 커플링을 허용한다. 다른 한편으로, B측으로부터 입사하는 광은 경계면(16a)에 의해 모두 반사되고 광검출기(25a)에 의해 수신된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 광 송수신 장치에 따라, 경계면(16a, 17a)을 갖는 트렌치 형상부(31a)가 광 도파관(15)의 한 단부 부근의 광 도파관에 위치되어 이 트렌치 형상부(31a)은 광 전파 방향을 가로지를 수 있다. 따라서, B측으로부터 광 도파관(15)을 통해 전파하는 입사광은 경계면(16a)에 의해 내부적으로 반사되고 광 도파관(15)의 상면을 통해 외부로 존재하고, 광 도파관(15)의 A측 상의 단부(18a)를 통해 입사하는 전송광은 경계면(17a)을 통과하고 경계면(16a)을 통해 입사한다. 따라서, 기판 상에 형성된 단일 광 도파관은 상대적으로 간단한 구성에 의해 광 신호를 양방향으로 스위칭할 수 있다. 따라서, 양방향성의 광 송수신 시스템은 저밀도 광 배선에 의해 고밀도 광 전송을 달성할 수 있다.
다음으로, 본 실시예의 광 송수신 장치의 제조 방법이 도 4-9를 참조하여 설명될 것이다.
우선, 코어(13) 및 클래딩(12, 14)을 포함하는 광 도파관(15)이 도 4-6에 도시된 공정에 의해 기판(11) 상에 형성된다. 도 4-6은 광 전파 방향에 수직 방향에 대한 단면을 도시한다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 유기 물질로 만들어 지고 수십 마이크로미터의 두께를 갖는 하부 클래딩 층(12p)이, 가령, 스핀 코팅에 의해 실리콘 기판 또는 유리 기판과 같은 편평한 기판(11) 상에 형성된다. 또한, 하부 클래딩이 자외선 광 등에 노출되는 열처리에 의해 큐어링된다. 예를 들어, 폴리이미드(polyimide) 또는 PMMA(polymethyl methacrylate) 같은 아크릴계 수지, 그 베이스 수지가 비스페놀(bisphenol) 등인 에폭시 수지, 폴리에틸렌 또는 폴리스티렌 등의 폴리올레핀(polyolefine) 수지, 또는 플루오르(fluorine)로 도핑된 이들 물질 중 임의의 것은 하부 클래딩 층(12p)으로 사용될 수 있다.
다음에, 하부 클래딩 층(12p)의 굴절 지수보다 높은 굴절 지수를 갖고 수십 마이크로미터의 두께를 갖는 코어 층(13p)이, 스핀 코팅, 열처리 공정 등에 의해 하부 클래딩 층(12p) 상에 형성된다. 하부 클래딩 층(12p)으로써 선택된 재료의 의 굴절 지수보다 충분히 높은 굴절 지수를 갖는 재료가, 예를 들어, 전술한 재료들 (폴리이미드 또는 PMMA 같은 아크릴계 수지, 그 베이스 수지가 비스페놀 등인 에폭시 수지, 폴리에틸렌 또는 폴리스티렌 등의 폴리올레핀 수지, 또는 플루오르로 도핑된 이들 물질 중 임의의 것) 중에서 하부 클래딩 층(12p)으로 선택될 수 있다.
다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어 층(13p)은 포토리소그래피 공정, 리액티브 이온 에칭(reactive ion etching; RIE) 공정 등에 의해 패터닝되어 사각 단면을 갖는 코어(13)가 형성된다. 이 경우에, 코어(13)의 폭은, 가령, 대략 30 ㎛이다.
다음에, 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 하부 클래딩 층(12p)과 동일한 재료로 된 상부 클래딩 층이, 스핀 코팅, 열처리 공정 등에 의해, 몇 마이크로미터의 두께로, 기판(11) 전표면에 걸쳐 형성된다. 다음에, 상부 클래딩 층 및 하부 클래딩 층(12p)이 선택적으로 에칭되어, 광 도파관이 서로 분리된다. 따라서, 각각 클래딩(12, 14)으로 둘러싸인 코어(13)를 갖는 다수의 분리된 광 도파관(15)이 기판(11) 상에 형성된다. 도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ 라인에 따른 단면도이며, 도 6에 도시된 상태의 광 도파관(15)을 나타낸다.
다음에, 도 8에 도시된 바와 같이, 트렌치 형상부(31a, 31b) 및 단부(18a, 18b)가 형성된다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 발광 소자(23a)와 광 검출기(25a)가 형성된 다. 도 8 및 9는 도 7에 도시된 방향과 같은 방향을 따라 취해진 단면도, 즉 광 전파 방향을 따라 취해진 광 도파관(15)의 단면도를 나타낸다.
엑시머 레이저와 같은 고출력 광 빔을 이용하는 레이저 가공, 이온 빔 에칭 또는 파우더 빔 에칭 등과 같은 다양한 에칭 공정에 의해 트렌치 형상부(31a, 31b)가 형성된다. 파우더 빔 에칭은 미립자 파우더의 빔을 이용한 에칭을 의미한다. 이러한 공정은 예컨대 필요에 따라서는 마스크를 이용하여 광 도파관(15) 위로부터 발생한다. 이 경우, 빔의 직경, 방향, 강도 및 확산력 등은 광 전파 방향에 대한 트렌치 형상부(31a)의 경계면(16a, 17a)의 각도(θ1, θ2)가 상기 수학식 1 및 2를 만족할 수 있도록 제어된다. 트렌치 형상부(31b)의 경계면(16a, 17a)의 각도(θ1, θ2)도 동일한 방식으로 제어된다.
전술한 바와 동일한 방식으로 레이저 가공, 이온 빔 에칭 또는 파우더 빔 에칭 등과 같은 각종 에칭 공정에 의해 단부(18a, 18b)가 형성될 수 있다. 이 경우, 트렌치 형상부(31a, 31b)는 단부(18a, 18b)와 동시에 가공되거나, 단부(18a, 18b) 형성 단계와 다른 단계에서 형성될 수 있다.
그 다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 미리 제조된 에지 발광형 발광 소자(23a, 23b)가 기판(11) 상에 광 도파관(15)의 단부(18a, 18b) 근처에 각각 배치되어, 발광 소자(23a, 23b)의 출사면이 각각 단부(18a, 18b)에 면할 수 있게 된다. 그 다음, 발광 소자(23a, 23b)는 접착제 등에 의해 기판(11) 상에 고정된다. 또한, 미리 제조된 표면 광검출형 광 검출기(25a, 25b)가 광 검출기(25a, 25b)의 광검출면이 아래를 향하도록 하는 방식으로 경계면(16a, 16b)이 형성된 위치에 대 응하는 위치에 광 도파관(15)의 상부면에 배치된다. 그 다음, 광검출기(25a, 25b)가 접착제 등에 의해 광 도파관(15) 상에 고정된다.
그 다음, 발광 소자(23a, 23b) 및 광검출기( 25a, 25b)는 예컨대 와이어 본딩 등에 의해 도시되지 않은 전자 회로에 접속된다. 따라서, 본 실시예에 따른 광 송수신 장치의 주요부의 제조가 완료된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 광 송수신 장치를 제조하는 방법에 따르면, 광 도파관(15)이 형성된 후에, 레이저 가공 등과 같은 방향성을 가진 에칭 공정이 광 도파관(15) 위로부터 발생하여, 송수신 광을 스위칭하기 위한 경계면(16a, 17a)을 가진 트렌치 형상부(31a, 31)가 형성된다. 따라서, 많은 공정이 요구되지 않는다. 따라서, 상대적으로 적은 수의 간단한 공정에 의해 양방향 광 전송이 가능한 광 송수신 장치가 형성될 수 있다.
[제2 실시예]
그 다음, 본 발명의 제2 실시예가 설명된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 송수신 장치의 단면 구조를 나타내는 것으로서, 이는 전술한 제1 실시예를 나타내는 도 1에 대응한다. 도 10에서, 도 1에 도시된 것과 동일한 요소는 동일한 도면 부호로 표시되며, 이에 대한 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 에지 발광형 발광 소자는 표면 발광형 발광 소자(123a, 123b)로 대체된다. 예컨대 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL)와 같은 발광 소자가 발광 소자(123a, 123b)로서 사용될 수 있다.
본 실시예에서, 발광 소자(123a, 123b) 각각은 상기 제1 실시예에서와 같이 기판(11) 상에 배치되지 않고, 발광 소자(123a, 123b)의 출사면에 아래로 향하는 방식으로 광 도파관(115) 상에 그 단부 각각의 근처에 배치된다. 더욱이, 광 전파 방향에 대한 광 도파관(115)의 단부(118a)의 각도(θ3)는 발광 소자(123a)로부터 하향 출력되어 광 도파관(115)으로 입사되는 전송 광이 전술한 제1 실시예와 달리 단부(118a)에 의해 전반사되게 하는 각도이다. 구체적으로, 각도(θ3)는 스넬의 법칙에 따라 아래의 수학식 3을 만족하도록 설정된다.
Figure 112005007126319-pat00027
본 실시예에서, 발광 소자(123a)에서 하향 출력되어 광 도파관(115)으로 입사되는 전송 광은 단부(118a)에 의해 전반사된다. 그 다음, 전송광은 광 도파관(115)을 통해 광 도파관(115)의 길이 방향으로 전송된다. 그 다음, 전송광은 경계면(17a)을 통과하여 트렌치 형상부(31a)로 전송된다. 이후의 전송광의 전송 과정 및 B측에서 출력되는 광의 수신 과정은 전술한 제1 실시예의 과정과 동일하므로 설명을 생략한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 광 송수신 장치에 따르면, 광검출기 뿐만 아니라 발광 소자에도 표면 방출형 소자가 사용되며, 따라서 양방향 광 송수신이 허용된다.
본 발명은 몇몇 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 예컨대, 상기 실시예에서는 광 도파관(15, 115)이 개별 광 도파관의 형태를 갖는 것으로 설명되었지만, 광 도파관은 다른 형태의 도파관, 즉 예컨대 도 11에 도시된 바와 같이 서로 독립적이지 않은 광 도파관이 사용될 수 있다.
도 11은 광이 광 도파관을 통해 전파하는 방향에 수직한 방향을 따라 절취한 단면도를 도시한다. 도 11은 상술한 실시예를 도시하는 도 6에 대응한다. 도 11에 도시된 변형에서, 코어(13)는 클래딩층들(12 및 34)을 포함하는 클래딩에 완벽하게 매립된다. 그 변형은 트렌치 형상부(도시 생략)가 클래딩 층(34), 코어(13) 및 클래딩 층(12)을 순서대로 교차할 수 있도록, 광 도파관의 단부 부근에 형성된다는 점에서 상술한 실시예들과 동일하다.
더욱이, 트렌치 형상부들(31a 및 31b)이 광 도파관의 전송측 및 수신측, 즉 A 및 B측 상에 각각 형성되는 것은 상술한 실시예에서 기술한 바와 같다. 그러나, 본 발명의 실시예들에 따른 트렌치 형상부(31a)는 단지 한 측 상에만 형성될 수 있고, 다른 구성을 갖는 전송 및 수신 메카니즘은 다른 측 상에 형성될 수 있다.
또한, 트렌치 형상부(31a)가 외부 대기 매체(공기 등)로 채워진다는 점이 상술한 실시예에 기술되어 있지만, 본 발명은 이것에만 제한되지는 않는다. 트렌치 형상부(31a)는 매체가 코어(13)의 굴절률 이하의 굴절률을 갖는 한 임의의 다른 매체로 채워질 수도 있다. 이 경우에, 예를 들어 불활성 매체가 다른 매체로 사용되어 경계면들(16a 및 17a)과 경계면들(16b 및 17b)의 반사능 및 투과능에서의 시간에 대한 변화 또한 방지될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치 제조 방법, 및 광 송수신 장치 제조 방법에 따르면, 광 도파관을 통해 전파하는 광을 변환할 수 있는 트렌치 형상부가 기판 상에 형성된 광 도파관 중 적어도 한 측면 부근의 광 도파관에 형성되어, 광이 광 도파관을 통해 양방향으로 전파되므로, 트렌치 형상부는 광 전파 방향을 교차할 수 있다. 이와 같이 광 도파관을 통해 전파하는 광은 광의 전파 방향에 따라서 다른 경로로 안내될 수 있다. 그러므로, 광 신호는 단일 광 도파관을 사용하여 양방향으로 전송 및 수신될 수 있다. 그 결과, 광 도파관을 사용하는 광 전송 밀도를 용이하게 향상시킬 수 있다는 효고하가 달성된다.
보다 구체적으로, 본 발명의 광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치의 제조 방법, 및 광 송수신 장치의 제조 방법에 따르면, 트렌치 형상부는 선정된 기능을 갖는 제1 경계면 및 제2 경계면을 갖는다. 그 결과, 다음과 같은 효과가 달성된다. 상대적으로 단순한 구조이기 때문에, 광 도파관을 통해 전파된 입사광이 외부로 안내될 수 있으며, 입사광의 방향과 반대 방향으로 이동하는 전송광은 광 도파관 내로 안내될 수 있다.
또한, 본 발명의 광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치의 제조 방법, 및 광 송수신 장치의 제조 방법에 따르면, 제1 경계면의 광 전파 방향에 대한 각도 θ1은 제1 경계면 상으로 입사하는 입사광의 입사각이 임계각 이상이도록 설정되고, 제2 경계면의 광 전파 방향에 대한 각도 θ2는 제2 경계면 상으로 입사하는 전송광의 입사각이 임계각을 초과하지 않도록 설정된다. 따라서, 효과적이며 확실하 게 광을 변환하는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명의 광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치의 제조 방법, 및 광 송수신 장치의 제조 방법에 따르면, 적어도 광 도파관의 일단은 광 전파 방향에 실질적으로 수직하며, 입사 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 입사 전송광을 외부로 그것을 통해 통과시킬 수 있는 일단을 형성한다. 그러므로, 후술하는 효과가 달성된다. 전송광용 광원은 광 도파관의 광 전파 방향(세로 방향)을 따라서 배열될 수 있다.
또한, 광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파관을 제조하는 방법 및 광 송수신 장치를 제조하는 방법에 따르면, 광 도파관의 적어도 하나의 단부는 광 전파 방향을 교차시키도록 광 전파 방향으로 미리 결정된 각을 형성하고 광 도파관의 상면 또는 측면을 통해 입사하는 전송 광을 내부적으로 반사시킬 수 있는 단부를 형성한다. 그러므로 다음 효과가 달성된다. 전송 광에 대한 광원은 광 도파관의 상면 또는 측면에 위치할 수 있다.
특히, 광 도파 장치, 광 송수신 장치, 광 도파 장치를 제조하는 방법 및 광 송수신 장치를 제조하는 방법에 따르면, 광 도파관의 상면 또는 측면을 통하여 단부에 전송 광 입사의 입사각은 임계각 이상이다. 그래서, 단부 상의 내부 반사는 총 반사로 나타낸다. 그러므로 전송 효율을 개선시킬 수 있는 효과가 달성된다.
또한, 광 도파 장치를 제조하는 방법 또는 광 송수신 장치를 제조하는 방법에 따르면, 광을 그곳을 통해 양방향으로 전파시킬 수 있는 광 도파관이 기판 상에 형성되고, 제1 및 제2 경계면을 갖는 트렌치 형상부가 광 전파의 방향을 교차시키도록 광 도파관의 적어도 하나의 단부 근처에 광 도파관에 형성된다. 제1 경계면은 광 도파관을 통해 전파하는 입사광을 내부적으로 반사시킬 수 있고, 이로써 광 도파관의 측면을 통해 입사광의 출사를 허용한다. 제2 경계면은 입사광의 전파 방향에 반대 방향으로 이동하는 전송 광을 그곳을 통과할 수 있고, 이로써 제1 경계면을 통해 광 도파관로 전송 광을 안내한다. 그래서, 다음 효과가 달성된다. 많은 프로세스가 필요하지 않으므로, 양방향 광 전송이 가능한 광 도파관 또는 광 송수신 장치가 비교적 적은 수의 간단한 공정에 의해 제조될 수 있다.
본 발명의 다양한 변형 및 수정이 상기 교시한 바의 관점에서 명백히 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구항의 범위 내에 본 발명이 구체적으로 설명된 바와 달리 실시될 수 있음을 알아야 한다.

Claims (33)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 광 도파 장치에 있어서,
    기판 상에 형성되어, 광을 상기 기판을 통해 양방향으로 전파가능하게 하는 광 도파관; 및
    광 전파의 방향과 교차하도록 상기 광 도파관의 적어도 하나의 단부 근처에서 상기 광 도파관에 형성되며, 상기 광 도파관을 통해 전파하는 상기 광을 스위칭할 수 있는 트렌치 형상부(trench-shaped space)
    를 포함하고,
    상기 광 도파관은,
    상기 광이 전파되는 코어; 및
    상기 코어를 둘러싸도록 형성된 클래딩(cladding)을 포함하고,
    상기 트렌치 형상부는 적어도 상기 코어를 교차시키도록 형성되는 광 도파 장치.
  4. 광 도파 장치에 있어서,
    기판 상에 형성되어, 광을 상기 기판을 통해 양방향으로 전파가능하게 하는 광 도파관; 및
    광 전파의 방향과 교차하도록 상기 광 도파관의 적어도 하나의 단부 근처에서 상기 광 도파관에 형성되며, 상기 광 도파관을 통해 전파하는 상기 광을 스위칭할 수 있는 트렌치 형상부(trench-shaped space)
    를 포함하고,
    상기 트렌치 형상부는,
    상기 광 도파관을 통해 전파하는 입사광을 내부적으로 반사시킬 수 있어, 상기 광 도파관로부터 상기 입사광을 안내하는 제1 경계면; 및
    상기 입사광의 전파 방향과 반대 방향으로 향하는 상기 전송광이 통과될 수 있어, 상기 전송광을 상기 광 도파관으로 안내하는 제2 경계면
    을 포함하는 광 도파 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    n이 상기 광 도파관의 주요부를 구성하는 물질의 굴절율을 나타내는 경우, 상기 광 전파 방향에 대한 상기 제1 경계면의 각도 θ1(°) 및 상기 광 전파 방향에 대한 상기 제2 경계면의 각도 θ2(°)는,
    Figure 112000002161060-pat00004
    Figure 112000002161060-pat00005
    상기 방정식을 만족하는 광 도파 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광 도파관의 적어도 하나의 단부는 상기 광 전파 방향에 실질적으로 수직하며, 상기 입사 방향과 실질적으로 동일 방향에서 상기 외부 입사 전송광을 투과할 수 있는 단면을 형성하고,
    상기 단면을 통과하는 상기 전송광은 상기 제2 경계면, 상기 트렌치 형상부 및 상기 제1 경계면을 차례로 통과하여, 상기 전송광이 상기 광 도파관으로 안내되게 하는 광 도파 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 광 도파관의 적어도 하나의 단면은 상기 광 전파 방향과 교차되도록 상기 광 전파 방향으로 미리 결정된 각도를 형성하며, 상기 광 도파관의 상면 또는 측면을 통과하는 상기 전송광을 내부적으로 반사시킬 수 있는 단면을 형성하고,
    상기 단면에 의해 반사된 상기 전송광은 상기 제2 경계면, 상기 트렌치 형상부 및 상기 제1 경계면을 차례로 통과하여, 상기 전송광이 상기 광 도파관을 안내되게 하는 광 도파 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    n이 상기 광 도파관의 주요부를 구성하는 물질의 굴절율을 나타내는 경우, 상기 광 전파 방향에 대한 상기 단면의 각도 θ3(°)는,
    Figure 112005007126319-pat00028
    상기 방정식을 만족하는 광 도파 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 광 도파관은 고 폴리머 물질로 이루어지는 광 도파 장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘, 석영, 유리 및 세라믹중 적어도 하나를 포함하는 무기 물질 또는 유기 물질로 이루어지는 광 도파 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 광 송수신 장치에 있어서,
    기판 상에 형성되어, 광을 상기 기판을 통해 양방향으로 전파가능하게 하는 광 도파관;
    광 전파 방향과 교차하도록 상기 광 도파관의 적어도 한 단부의 근처에서 상기 광 도파관에 형성되며, 상기 광 도파관을 통해 전파하는 광을 스위칭할 수 있는 트렌치 형상부(a trench-shaped space);
    상기 트렌치 형상부에 의해 스위칭된 입사광을 수신하기 위한 광검출기; 및
    전송광을 상기 트렌치 형상부를 향해 방출하기 위한 광 방출 소자
    를 포함하고,
    상기 광 도파관은,
    광이 전파되는 코어; 및
    상기 코어를 둘러싸도록 형성된 클래딩
    을 포함하고,
    상기 트렌치 형상부는 적어도 상기 코어와 교차하도록 형성되는 광 송수신 장치.
  14. 광 송수신 장치에 있어서,
    기판 상에 형성되어, 광을 상기 기판을 통해 양방향으로 전파가능하게 하는 광 도파관;
    광 전파 방향과 교차하도록 상기 광 도파관의 적어도 한 단부의 근처에서 상기 광 도파관에 형성되며, 상기 광 도파관을 통해 전파하는 광을 스위칭할 수 있는 트렌치 형상부(a trench-shaped space);
    상기 트렌치 형상부에 의해 스위칭된 입사광을 수신하기 위한 광검출기; 및
    전송광을 상기 트렌치 형상부를 향해 방출하기 위한 광 방출 소자
    를 포함하고,
    상기 트렌치 형상부는,
    상기 광 도파관을 통해 전파되는 상기 입사광을 내부적으로 반사할 수 있어 상기 광 도파관로부터 상기 입사광을 안내하는 제1 경계면, 및
    상기 입사광의 전파 방향과 반대 방향으로 향하는 상기 전송광이 통과될 수 있어 상기 전송광을 상기 광 도파관으로 안내되게 하는 제2 경계면
    을 포함하는 광 송수신 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    n이 상기 광 도파관의 주요부를 구성하는 물질의 굴절율을 나타내는 경우, 상기 광 전파 방향에 대한 상기 제1 경계면의 각도 θ1(°) 및 상기 광 전파 방향에 대한 상기 제2 경계면의 각도 θ2(°)는,
    Figure 112000002161060-pat00007
    Figure 112000002161060-pat00008
    상기 방정식을 만족하는 광 송수신 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 광검출기는 상기 제1 경계면 근처에서 상기 광 도파관의 상면 또는 측면 상에 배열되며, 상기 제1 경계면에 의해 반사된 상기 입사광을 수신할 수 있는 광 송수신 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 광 도파관의 적어도 한 단부는 상기 광 전파의 방향과 실질적으로 수직하며, 상기 입사 방향과 실질적으로 동일한 방향에서 상기 외부 입사 전송광이 투과할 수 있는, 단면을 형성하며,
    상기 단면을 통과하는 상기 전송광은 상기 제2 경계면, 상기 트렌치 형상부 및 상기 제1 경계면을 차례로 통과하여, 상기 전송광이 상기 광 도파관로 안내되게 하는 광 송수신 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 광 방출 소자는 상기 단면과 접하며 상기 전송광을 상기 단면을 향해 출사하도록 배열되는 광 송수신 장지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광 방출 소자는 상기 광이 배출되는 단면을 갖는 광 방출 층을 갖는 광 송수신 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 광 도파관의 적어도 한 단부는 상기 광 전파 방향과 교차되도록 상기 광 전파 방향으로 미리 결정된 각도를 형성하며, 상기 광 도파관의 상면 또는 측면을 통과하는 상기 전송광을 내부적으로 반사할 수 있는, 단면을 형성하며.
    상기 단면에 의해 반사된 상기 전송광은 상기 제2 경계면, 상기 트렌치 형상부 및 상기 제1 경계면을 차례로 통과하여, 상기 전송광이 상기 광 도파관으로 안내되게 하는 광 송수신 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광 방출 소자는 상기 광 도파관의 상면 또는 측면 상에 배열되는 광 송수신 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 광 방출 소자는 상기 광이 출사되는 주요면을 갖는 광 방출 층을 갖는 광 송수신 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    n이 상기 광 도파관의 주요부를 구성하는 상기 물질의 굴절율을 나타내는 경우, 상기 광 전파 방향에 대한 상기 단면의 각도 θ3(°)는,
    Figure 112005007126319-pat00029
    상기 방정식을 만족하는 광 송수신 장치.
  24. 광 도파 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    기판 상에, 광이 양방향으로 전파가능하게 하는 광 도파관을 형성하는 단계, 및
    상기 광 전파 방향과 교차하도록 상기 광 도파관의 적어도 한 단부 근처에서 상기 광 도파관에 트렌치 형상부를 형성하는 단계
    를 포함하되,
    상기 트렌치 형상부는 제1 및 제2 경계면을 가지고, 상기 제1 경계면은 상기 광 도파관을 통해 전파하는 입사광을 내부적으로 반사할 수 있어 상기 도파관의 상면 또는 측면을 통해 상기 입사광을 외부로 안내하고, 상기 제2 경계면은 상기 입사광의 전파 방향과 반대 방향으로 향하는 전송광이 통과될 수 있어 상기 전송광을 상기 제1 경계면을 통해 상기 광 도파관로 안내하는 광 도파 장치의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    n이 상기 광 도파관의 주요부를 구성하는 물질의 굴절율을 나타내는 경우, 상기 광 전파 방향에 대한 상기 제1 경계면의 각도 θ1(°) 및 상기 광 전파 방향에 대한 상기 제2 경계면의 각도 θ2(°)는,
    Figure 112000002161060-pat00010
    Figure 112000002161060-pat00011
    상기 방정식을 만족하는 광 도파 장치의 제조 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 광 도파관의 적어도 한 단부는 상기 광 전파 방향과 실질적으로 수직하며, 상기 외부 입사 전송광이 통과할 수 있어 상기 전송광을 상기 제2 경계면으로 안내하는, 단면을 형성하는 광 도파 장치의 제조 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 광 도파관의 적어도 한 단부는, 상기 광의 전파 방향과 교차되도록 상기 광의 전파 방향으로 미리 결정된 각도를 형성하며, 상기 광 도파관의 상면 및 측면을 통과하는 상기 전송광을 내부적으로 반사할 수 있어 상기 전송광이 상기 제2 경계면으로 안내되게 하는, 단면을 형성하는 광 도파 장치의 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    n이 상기 광 도파관의 주요부를 구성하는 물질의 굴절율을 나타내는 경우, 상기 광의 전파 방향에 대한 상기 단면의 각도 θ3(°)는,
    Figure 112005007126319-pat00030
    상기 방정식을 만족하는 광 도파관의 제조 방법.
  29. 광 송수신 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    기판 상에, 광이 양방향으로 전파하게 하는 광 도파관을 형성하는 단계;
    상기 광의 전파 방향과 교차되도록 상기 광 도파관의 적어도 한 단부 근처에서 상기 광 도파관에 트렌치 형상부를 형성하는 단계 - 상기 트렌치 형상부는 제1 경계면과 제2 경계면을 가지며, 상기 제1 경계면은 상기 광 도파관을 통해 전파하는 입사광을 내부적으로 반사할 수 있어 상기 입사광을 상기 광 도파관의 상면 또는 측면을 통해 외부로 안내하고, 상기 제2 경계면은 상기 입사광의 전파 방향과 반대 방향으로 향하는 전송광이 통과될 수 있어 상기 전송광을 상기 제1 경계면을 통해 상기 광 도파관으로 안내되게함 -;
    상기 제1 경계면 근처의 상기 광 도파관의 상면 또는 측면 상에, 상기 제1 경계면에 의해 반사된 상기 입사광을 수신하기 위한 광검출기를 형성하는 단계; 및
    상기 전송광을 상기 단면을 향해 방출하기 위한 광 방출 소자를 상기 단면 근처에 형성하는 단계
    를 포함하는 광송수신 장치의 제조 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    n이 상기 광 도파관의 주요부를 구성하는 물질의 굴절율을 나타내는 경우, 상기 광의 전파 방향에 대한 상기 제1 경계면의 각도 θ1(°) 및 상기 광의 전파 방향에 대한 상기 제2 경계면의 각도 θ2(°)는,
    Figure 112000002161060-pat00013
    Figure 112000002161060-pat00014
    상기 방정식을 만족하는 광 송수신 장치의 제조 방법.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 광 도파관의 적어도 한 단부는, 상기 광의 전파 방향과 실질적으로 수직하며, 상기 입사광과 실질적으로 동일한 방향에서 상기 외부 입사광을 통과할 수 있는, 단면을 형성하는 광 송수신 장치의 제조 방법.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 광 도파관의 적어도 한 단부는, 상기 광의 전파 방향과 교차되도록 상기 광의 전파 방향으로 미리 결정된 각도를 형성하며, 상기 광 도파관의 상면 또는 측면을 통과하는 상기 전송광을 내부적으로 반사할 수 있는, 단면을 형성하는 광 송수신 장치의 제조 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    n이 상기 광 도파관의 주요부를 구성하는 물질의 굴절율을 나타내는 경우, 상기 광의 전파 방향에 대한 상기 단면의 각도는,
    Figure 112005007126319-pat00031
    상기 방정식을 만족하는 광 송수신 장치의 제조 방법.
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