KR100810304B1

KR100810304B1 - 평판형 광 도파로

Info

Publication number: KR100810304B1
Application number: KR1020060003626A
Authority: KR
Inventors: 김인; 김영현
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2008-03-06
Also published as: US20070160337A1; KR20070075169A

Abstract

본 발명에 따른 평판형 광 도파로는 광신호들의 진행 매질인 둘 이상의 코어들과, 상기 코어들을 둘러싸며 상기 각 광신호가 상기 코어의 내부로 가이드 하는 클래드와, 상기 코어들의 사이에 위치된 더미 코어를 포함한다.

광 도파로, 더미, 코어

Description

평판형 광 도파로{PLANNAR LIGHT WAVEGUIDE}

도 1은 종래 광 연결 구조를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 종래 데이터 및 클록 광신호의 광 송신 및 수신을 위한 광 송수신기를 도시한 도면,

도 3a 및 도 3b는 종래의 광 송수신 수단에 있어서 광신호와 코어의 중심이 일치하는 경우와, 어긋난 경우를 비교 설명하기 위한 그래프,

도 4a 및 도 4d는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 평판형 광 도파로의 제작 단계별 구조를 도시한 도면,

도 5는 도 4a 내지 도 4c의 각 단계에 의해 완성된 평판형 광 도파로의 또 다른 구조를 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 평판형 광도파로를 포함하는 광 송수신 수단을 도시한 도면,

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 광 송수신 수단에 있어서 광신호와 코어의 중심이 일치하는 경우와, 어긋난 경우를 비교 설명하기 위한 그래프,

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 평판형 광 도파로를 포함하는 광 송수신 수단을 도시한 도면,

도 9는 도 8에 도시된 평판형 광 도파로의 사시도,

도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 평판형 광 도파로를 포함하는 광 송수신 수단을 도시한 도면.

본 발명은 평판형 광도파로에 관한 발명으로서, 특히 광신호들 사이의 간섭 발생 및 그로 인한 크로스 토크를 억제하기 위한 평판형의 광도파로에 관한 발명이다.

도 1은 상향 및 하향 독립적으로 구현된 클록 및 데이터 전송을 위한 개략적인 광 연결 구조를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 광 연결 구조(10)는 상향 데이터를 전송하기 위한 제1 광원(11b) 및 상향 데이터의 클록(clock)을 전송하기 위한 제2 광원(11a)과, 상기 상향 데이터를 검출하는 제1 광 검출기(12b) 및 클록을 검출해내기 위한 제2 광검출기(12a)와, 하향 데이터를 전송하기 위한 제3 광원(14b) 및 하향 데이터의 클록을 전송하기 위한 제4 광원(14a)과, 상기 하향 데이터와 그 클록을 검출하기 위한 제3 및 제4 광검출기(13b,13a)를 포함한다.

제1 내지 제4 광원(11a,11b,14a,14b)으로는 레이저 다이오드가 사용될 수 있으며, 상기 제1 내지 제4 광검출기(12a,12b,13a,13b)로는 포토 다이오드가 사용될 수 있다. 또한, 상기 각 광원들(11a,11b,14a,14b)과 광검출기들(12a,12b,13a,13b)의 사이는 광 도파로에 의해 연결될 수 있다.

도 2는 광 송신 및 수신에 있어서 하나의 평면 광 도파로를 이용하여 데이터 및 클록 신호를 보낼 때에 상호 간섭에 의한 크로스 토크 및 분산 현상의 발생을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 광 송수신 수단(20)은 광신호를 전파시키기 위한 평면형 광 도파로(25)와, 광신호 및 광신호의 클록 신호를 전송하기 위한 제1 및 제2 광원(21,22)과, 상기 광신호와 클록 신호를 검출하기 위한 제1 및 제2 광 검출기(23,24)를 포함한다.

상기 평면형 광도파로(25)는 광신호의 전송 매질인 제1 코어(25b) 및 클록 신호의 전송 매질인 제2 코어(25a)와, 상기 제1 및 제2 코어(25b,25a)의 둘레를 둘러싸며 상기 광신호 및 클록 신호가 상기 제1 및 제2 코어(25b,25a)의 내부로 진행시키기 위한 클래드를 포함한다.

상기 제1 광원(21)은 광신호를 상기 제1 코어(25b)의 내부로 입사시키며, 상기 제1 코어(25b)는 광신호를 타측에 위치된 제1 광검출기(23)로 출력한다. 또한, 상기 제2 광원(22)은 클록 신호를 상기 제2 코어(25a)를 통해서 상기 제2 광검출기(24)로 출력한다.

그러나, 상기 제1 및 제2 광원(21,22)에서 생성된 광신호(2) 및 클록 신호 (1)중 해당 코어로 입사되지 못한 일부(3,4)는 상기 제1 및 제2 코어(25b,25a) 사이의 클래드를 진행해서 타측의 광신호 또는 클록 신호와 크로스 토크(cross talk)와 같은 부정적인 간섭을 일으켜서 오 동작을 유발하는 요인이 될 수 있다. 그 외에도 해당 코어(25a,25b)로 전송된 광신호 또는 클럭 신호도 해당 광검출기(23,24)로 입사되지 못하고 일부(5)가 타 측으로 결합 될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 종래 의 광 송수신 수단에 있어서 광신호와 코어의 중심이 일치하는 경우와, 어긋난 경우를 비교 설명하기 위한 그래프이다. 도 3a와 도 3b의 x축은 평면형 광도파로의 폭으로서 0은 중심을 나타내고, z축은 광신호가 진행하는 방향으로서 x축과 수직한 방향을 나타낸다. 도 3b와 같이 일측의 코어로 입사된 광신호가 코어의 중심과 일치하지 않을 경우에 타측의 코어에 큰 영향을 미치게 됨을 알 수 있다. 또한, 도 3a와 같이 중심이 일치하는 경우에도 광원과 해당 코어의 모드 불일치로 인해서 일정량이 타 측 코어에 영향을 미치게 된다.

상술한 크로스 토크는 상기 제1 및 제2 코어 각각에서 출력된 신호 중 회절에 의해 타측으로 입사된 신호에 의한 요인과, 상기 제1 및 제2 코어 사이의 클래드를 진행해서 타측의 코어에 입사된 신호에 의한 요인 등이 있다.

본 발명은 제작이 용이하고 크로스 토크를 최소화시킬 수 있는 평판형 광 도파로를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명에 따른 광 도파로는,

광신호들의 진행 매질인 둘 이상의 코어들과;

상기 코어들을 둘러싸며 상기 각 광신호가 상기 코어의 내부로 가이드 하는 클래드와;

상기 코어들의 사이에 위치된 더미 코어를 포함한다.

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

본 발명은 광 송신 및 수신을 위한 광 연결 구조에 관한 발명으로서, 본 발명에 따른 평판형 광 도파로는 광신호들을 송수신시키기 위한 복수의 코어(core)들 및 상기 코어들 사이에 위치된 더미 코어(dumy core)와, 상기 코어들의 둘레를 둘러싸는 클래드(clad)를 포함한다. 상기 클래드는 코어 및 더미 코어가 형성된 제1 클래드와, 상기 제1 클래드를 포함하도록 상기 기판상에 성장된 제2 클래드로 구성될 수 있다. 상기 제1 클래드는 기판의 일 부분이 활용되거나 별도의 성장을 통해서 형성될 수 있다.

상기 각 코어들은 해당 광원에서 생성된 광신호를 전송한다. 반면에, 상기 더미 코어는 상기 코어들의 사이에 위치되며, 해당 코어로 입사되지 못한 일부 광신호들이 타측의 코어로 입사되어 간섭이 발생하는 것을 억제하고, 간섭으로 인한 오류 및 손실을 최소화시킨다.

도 4a 및 도 4d는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 평판형 광 도파로의 제작 단계별 구조를 도시한 도면이다. 본 실시 예에 따른 평판형 광 도파로는 기판(331)과, 상기 기판(331)에 형성되며 광신호들의 진행 매질인 둘 이상의 코어들(311,312)과, 상기 코어들(311,312)을 둘러싸며 상기 각 광신호를 상기 각 코어(311,312)의 내부로 가이드(guide) 시키기 위한 제1 및 제2 클래드(332,333)와, 상 기 코어들(311,312)의 사이에 위치된 더미 코어(320)를 포함한다.

도 4a는 기판에 성장된 제1 클래드(332)에 복수의 코어들(311,312)과, 상기 코어들(311,312)의 사이에 더미 코어(320)가 형성된 상태를 나타낸다. 상기 제1 클래드(332)는 상기 기판(331) 상에 성장되거나 상기 기판 자체가 이용될 수 있으며, 기 설정된 간격 이격되게 코어(311,312) 및 더미 코어(320)가 형성된다.

상기 각 코어(311,312) 및 더미 코어(320)는 상호 평행하게 이격된 상태로서, 상기 제1 클래드(332)의 식각된 일 부분에 코어용 물질을 성장시켜서 형성될 수 있다.

도 4b는 상기 제1 클래드(332)의 양 끝단에 기 설정된 각도로 경사진 경사면(332a)이 형성된 상태를 도시한 도면이고, 도 4c는 경사면(332c) 상에 노출된 상기 각 코어들(311,312)의 일면에 반사 거울들(341,342,343,344)이 형성된 상태를 도시한 도면이다.

상기 각 반사 거울(341,342,343,344)은 경사면(332a) 상에 노출된 해당 코어(311,312)의 일부를 덮도록 형성되며, 해당 코어(311,312)의 내부를 진행하는 광신호를 반사시켜서 경로를 변환시키는 역할을 제공한다. 다만, 본 발명은 더미 코어(320)의 경사면 상에 노출된 부분에 반사 거울을 형성하지 않음으로써 해당 코어(311,312)로 결합하지 못한 광신호들 간의 간섭 발생을 최소화시킬 수 있다.

도 4d는 도 4a 내지 도 4c의 단계를 거쳐서 완성된 상태의 평판형 광 도파로를 도시한 도면이다. 도 4d에 도시된 평판형 광 도파로(300)는 도 4c에 도시된 상기 제1 클래드(332)를 덮는 제2 클래드(333)가 상기 기판(331)상에 성장되고, 송신 측의 반사 거울(341,342) 및 수신 측의 반사 거울(343,344)에 대응되는 제2 클래드(333) 상에 흡수층(350,360)이 형성된다.

상기 흡수층(350,360)은 반사 거울에 의해서 해당 코어(311,312)로 입사되지 못한 광신호들 중 더미 코어(320)에 의해 차단되지 못한 광신호들을 흡수함으로써 정상적으로 코어(311,312)로 결합하지 못한 광신호들로 인한 간섭 발생을 방지한다.

도 4d에 도시된 평판형 광 도파로(300)는 그 하부의 상기 각 반사 거울(341,342,343,344)에 대면하는 부분에 광원 또는 광검출기와 결합된 형태로서 광신호의 입출력에 이용될 수 있다. 즉, 상기 각 반사 거울(341~344)은 입사된 광신호를 해당 코어(311,312)로 반사시키거나, 해당 코어(311,312)를 통해 도파된 광신호를 해당 광검출기로 반사시키는 역할을 수행할 수 있다.

본 실시 예에 따른 평판형 광 도파로(300)는 필요에 따라서 다양한 크기로 제작될 수 있으며, 구체적인 설계 예를 들자면, 평판형 광 도파로(300)는 코어와 더미 코어 간 간격을 100㎛로 이격되게 형성하고, 각 코어의 폭은 50㎛로 형성할 수 있다. 따라서, 전체 평판형 광 도파로(300)의 폭은 250㎛가 될 수 있다. 다만, 평판형 광 도파로(300)의 폭은 코어 및 더미 코어의 수에 따라서 다양하게 선택될 수 있다. 상기 경사면은 45도 정도의 기울기로 형성될 수 있으며, 광신호 결합의 효율 및 구조적 필요에 따라서 조정될 수 있다.

도 5는 도 4a 내지 도 4c의 각 단계에 의해 완성된 평판형 광 도파로의 또 다른 구조를 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 평판형 광 도파로(300')는 기판 (351')과, 클래드(333'), 상기 클래드(333')의 상부 및 상기 기판(331')의 하부에 형성된 흡수층들(351',352')을 포함한다. 도 5에 도시된 평판형 광 도파로(300')는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 흡수층 이외에 나머지 구성은 동일한 구조가 적용된다.

다만, 상기 기판(331') 하부에 형성된 흡수층(351')은 광신호가 입출력되는 일분이 개방된 형태로 형성된다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 평판형 광도파로를 포함하는 광 송수신 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 6에 도시된 광 송수신 장치(400)는 제1 및 제2 광원(431,432)과, 제1 및 제2 광검출기(441,442)와, 광신호들을 송신 및 수신시키기 위한 평판형 광도파로를 포함한다.

상기 제1 광원(431)은 클록 정보를 전송하기 위한 제1 광신호를 생성하고, 상기 제2 광원(432)은 데이터 전송을 위한 제2 광신호를 생성한다. 상기 제1 및 제2 광원(431,432)은 반도체 레이저 등이 사용될 수 있다.

상기 제1 광검출기(441)는 제1 광신호로부터 클록 정보를 검출해내고, 상기 제2 광검출기(442)는 상기 제2 광신호로부터 데이터를 검출해낸다. 상기 제1 및 제2 광검출기(441,442)는 포토다이오드 등이 사용될 수 있다.

상기 평판형 광도파로는 기 설정된 간격 이격되게 형성된 제1 및 제2 코어들(421,422)과, 상기 제1 및 제2 코어들(421,422)의 사이에 위치된 더미 코어(423)와, 클래드(410)로 구성된다. 상기 제1 코어(421)는 상기 제1 광신호(401)를 상기 제1 광원(431)으로부터 상기 제1 광검출기(441)로 전송하고, 상기 제2 코어(422)는 상기 제2 광신호를 상기 제2 광원(432)으로부터 상기 제2 광검출기(442)로 전송한 다.

상기 더미 도파로(423)는 해당 코어(421,422)와 결합되지 못하고 인접한 클래드(410)로 입사된 광신호(402)를 해당 광검출기(441,442)로 반사(402a)시키거나, 타측의 광검출기(442)의 수광 범위를 벗어나게 출력(402b)시킨다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 광 송수신 수단에 있어서 광신호와 코어의 중심이 일치하는 경우와, 어긋난 경우를 비교 설명하기 위한 그래프이다. 도 7a와 도 7b의 x축은 광 도파로의 폭으로서 x축의 0㎛는 도파로의 폭의 중앙을 의미하고, z축은 광신호의 진행 방향으로서 광 도파로의 길이 방향을 의미한다. x축 상의 0㎛ 부분의 직사각형의 블록은 더미 도파로를 나타내고, -150~100㎛ 사이의 직사각형의 블록은 제1 코어를 나타내고, 100~150㎛ 사이의 직사각형의 블록은 제2 코어를 의미한다.

도 7a는 제1 광신호가 제1 코어의 중심과 일치하게 입사된 경우 타측에서 출력되는 제1 광신호의 파형을 나타내고, 도 7b는 제1 광신호가 제1 코어의 중심에 어긋나게 입사된 경우 타측에서 출력되는 제1 광신호의 파형 변화를 나타낸다. 즉, 7a는 제1 코어에 정상적으로 결합된 제1 광신호(401)의 진행 상태를 나타내고, 도 7b는 제1 코어에 중심이 어긋나서 인접한 클래드로 입사된 제1 광신호(402)가 더미 코어에 의해 제2 코어로 전달되지 못하고 차단된 상태를 나타낸다. 도 7a 및 도 7b는 제1 광신호에 의한 제2 코어로의 간섭이 더미 코어에 의해 효과적으로 줄어듦을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 평판형 광 도파로를 포함하는 광 송수 신 수단을 도시한 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 평판형 광 도파로의 사시도이다. 도 8과 도 9를 참조하면, 본 실시 예에 따른 광 송수신 수단(500)은 평판형 광도파로(510)와, 광원들(550) 및 광검출기들(560)을 포함하는 수직 입사 구조를 갖는다.

상기 평판형 광 도파로(510)는 기판(511)과, 복수의 코어들(521,522) 및 상기 코어들(521,522) 사이에 위치된 더미 코어(523)와, 제1 클래드(513)와, 상기 제1 클래드(513)를 덮는 제2 클래드(512)와, 흡수층들(541,542)를 포함한다.

상기 제1 클래드(513)는 복수의 코어들(521,522)과, 상기 코어들(521,522) 사이에 위치된 더미 코어(523)와, 상기 코어들(521,522) 및 더미 코어(523)의 일단이 노출되는 양 끝단에 위치된 경사면들과, 상기 경사면에 노출된 상기 코어들(521,522)의 일단을 덮는 반사 거울들(531,532,533,534)을 구비한다.

상기 각 흡수층(541,542)은 상기 제2 클래드(512)의 상부와, 상기 기판(511)의 하부에 형성되고, 상기 기판(511)의 하부에 형성된 흡수층(542)은 상기 각 반사 거울(531,532,533,534)에 대응되는 상기 기판(511)의 일 부분에는 형성되지 않는다.

본 실시 예에 따른 평판형 광 도파로(510)는 해당 코어(521,522)로 입사되는 광신호의 방향이 해당 코어(521,522) 내부를 진행하는 방향에 대해서 수직하다. 대부분의 광신호는 해당 반사 거울(531~534)에 의해서 해당 코어(521,522)로 결합되지만, 일부는 해당 반사 거울(531~534)을 벗어나서 제1 클래드(512)로 입사될 수 있다. 즉, 제1 클래드(512)로 코어를 따라 진행하는 광신호들에 대해서 수직 하게 입사된 일부 광신호는 더미 코어(523)에 의해 차단되지 못하고, 인접한 다른 코어(521,522)로 입사될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 흡수층(541,542)을 코어로 입사되지 못한 광신호를 흡수하기 위해서 상기 제1 클래드(512)의 상부와, 상기 기판(511)의 하부에 형성된다. 또한, 상기 기판(511)의 하부에 형성된 해당 흡수층(542)은 그 일부분이 개방된 형태로서 개방된 부분에 상기 광원(560)과, 상기 광검출기(550)의 발광 및 수광면이 대면하게 위치된다.

상기 각 광원(560)과 상기 각 광검출기(550)는 상기 각 반사 거울(531~534)이 형성된 해당 코어의 하부에 발광 또는 수광 면이 대면하게 위치된다. 따라서, 상기 각 광원(560)에서 생성된 광신호는 해당 반사 거울(534)에서 반사된 후 해당 코어(522)로 타측의 반사 거울(533)까지 도파된다. 타측의 반사 거울(533)은 광신호를 해당 광검출기(550)로 반사시킨다.

상기 경사면들은 상기 코어 내부를 진행하는 광신호의 방향에 대해서 45도 경사지게 형성되며, 반사 거울들(531~534)은 경사면 상에 형성됨으로써 경사면의 경사진 각도와 일치한다. 상기 경사면과 반사 거울의 경사진 각도는 광 송수신 수단의 필요에 따라서 조정될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 평판형 광 도파로를 포함하는 광 송수신 수단을 도시한 도면이다. 도 10에 도시된 광 송수신 수단(600)은 광원(650) 및 광검출기(660)와, 평판형 광도파로를 포함한다. 도 10에 도시된 평판형 광 도파로는 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 코어들과 상기 코어들 사이에 더미 도파로가 위치된 구조를 갖는다. 다만, 본 실시 예에 따른 평판형 광 도파로는 클래드 상부 와 기판 하부에 흡수층이 형성되며, 반사 거울을 포함하지 않음으로써 일단으로 입사된 광신호를 타단으로 직접 출력시킨다.

본 발명은 인접한 코어들 사이에 위치된 더미 코어를 더 포함함으로써 코어들 사이의 크로스 토크를 최소화시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 크로스 토크가 감소됨으로써 발광 소자와 수광 소자를 어레이(array) 구조로 단입 칩(chip)에 집적이 가능해지므로 공정의 단순화와 제작 비용을 절감시킬 수 있다.

Claims

삭제
평판형 광 도파로에 있어서,

기판과;

상기 기판에 형성되며 광신호들의 진행 매질인 둘 이상의 코어들과;

상기 코어들을 둘러싸며 상기 각 광신호가 상기 코어의 내부로 가이드 하는 클래드와;

상기 코어들의 사이에 위치된 더미 코어와;

상기 광신호들이 진행하는 광축에 평행한 상기 클래드의 상부 및 하부에 형성된 흡수층을 포함함을 특징으로 하는 평판형 광 도파로.
제2 항에 있어서, 상기 평판형 광 도파로는.

상기 코어들 및 상기 더미 코어들의 광신호가 입출력되는 양 끝단에 경사지게 형성된 경사면들을 더 포함함을 특징으로 하는 평판형 광 도파로.
제2 항에 있어서,

상기 각 코어 및 더미 코어의 폭은 50㎛이고, 상기 각 코어 및 상기 더미 코어는 100㎛의 간격 이격됨을 특징으로 하는 평판형 광 도파로.
제3 항에 있어서, 상기 평판형 광 도파로는,

상기 각 경사면에 노출된 상기 각 코어에 형성된 반사 거울을 더 포함함을 특징으로 하는 평판형 광 도파로.
제3 항에 있어서,

상기 각 경사면은 상기 광신호가 진행하는 광축으로부터 45°의 기울기로 경사지게 형성됨을 특징으로 하는 평판형 광 도파로.
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