KR100896491B1 - 수직형 포토닉 결정 기판 및 광 소자 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 도파로를 형성하는 포토닉 결정 기판 및 이를 이용하여 구현되는 광 소자 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면방출 광원 소자 및 표면 수광형 광 감지기 소자들과 집적이 용이하도록 구성된 수직형 포토닉 결정 기판 및 광 소자 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명의 포토닉 결정 기판은, 두께 방향으로 다수개의 통형 관통구가 주기적인 결정 격자 구조로 배열된 포토닉 결정 기판으로서, 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 광을 통과시키는 메인 광 도파로를 형성하는 메인 결정 격자 결함; 및 상기 메인 광 도파로를 통과하는 광 중에서 특정 파장 대역의 광을 커플링시켜 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 통과시키는 서브 광 도파로를 형성하는 서브 결정 격자 결함을 포함하는 것을 특징으로 한다.
포토닉 결정 기판, 수직형 광 도파로, 광 커플링, 광 소자 어셈블리

Description

수직형 포토닉 결정 기판 및 광 소자 어셈블리{Vertical-type Photonic Lattice Plate and Optical Device Assembly}
본 발명은 광 도파로를 형성하는 포토닉 결정 기판 및 이를 이용하여 구현되는 광 소자 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면방출 광원 소자 및 표면 수광형 광 감지기 소자들과 집적이 용이하도록 구성된 수직형 포토닉 결정 기판 및 광 소자 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-051-02, 과제명: 광엑세스용 광집적 모듈].
[참고문헌 1] J. C. Knight, et al., Large mode area photonic crystal fibre, Electronics Letters, Vol. 34, No. 13, 1347 ~ 48, June 25, 1998.
[참고문헌 2] B. J. Mangan, et al., Experimental study of dual-core photonic crystal fibre, Electronics Letters, Vol.36, No.16 pp 1358 ~ 59, Aug. 3, 2000.
[참고문헌 3] S. Noda, et al., Two-dimentional photonic crystal cavity and channel add/drop filter, 미국특허 제 2004/0165850 A1호 (Aug. 26, 2004)
[참고문헌 4] Axel Scherer, et al., Fabrication of optical devices based on two dimensional photonic crystal structures and apparatus made thereby., 미국특허 제 6,468,823 B1호 (Oct. 22, 2002), Caltech.
[참고문헌 5] F. Fogli, et al., Full vectorial BPM modeling of index-guiding photonic crystal fibers and couplers, Optics Express, Vol.10, No.1, pp 54 ~ 59, Jan.14, 2002.
[참고문헌 6] J. C. Knight, et al., All-silica single-mode optical fiber with photonic crystal cladding, Optics Letters, Vol.21, No.19, pp 1547 ~ 49, Oct. 1, 1996.
고밀도 집적이 용이하고 저전력, 저비용이라는 점에서 광통신에 적용 가능한 광원으로 표면방출레이저 소자가 주목을 받아 왔다. 또한, 한 점에서 원거리의 다른 점까지 신호를 보내기도 하고 다시 먼 거리의 다른 점에서 신호를 받기도 해야 하는 필요에 의해서, 광통신을 위한 광원 및 광 감지기의 집적 형 모듈의 필요가 커져가고 있다. 광통신에 있어서 전달되는 광의 특정 파장을 골라서 정보를 읽기도 하고, 특정 파장에 정보를 실어서 도파로에 추가하여 넣기도 하는 용도의 OADM (optical add drop multiplexer) 소자도 주목을 받고 있다.
또한, 포토닉 결정을 이용한 광섬유 소자들이 활발히 연구되고, 반도체 기판 에 적용된 포토닉 결정 소자들도 소개 되고 있는 중이다.[참고문헌 1, 2, 3, 4, 5, 6] 포토닉 결정을 도입한 광섬유 도파로에는 매우 큰 공간 모드를 가질 수 있다는 장점을 가진 특성을 이용하여 고출력의 광섬유 광원으로의 응용을 모색하고 있다.[참고문헌 1, 6]
그리고, 포토닉 결정 광섬유에 다중 코어를 적용하여 광커플러로서의 연구가 활발히 진행 되고 있다.[참고문헌 2, 5] 광통신용 소자를 위해 반도체 기판에 포토닉 결정 구조를 도입하여서 고밀도의 OADM 소자가 공개 되었고, 기존의 OADM 소자에서 혁신적으로 작은 크기의 집적 소자의 결과를 얻었다.[참고문헌 3] 그리고, 반도체 기판에 포토닉 결정 구조를 도입하여 광원을 구현하는 연구도 매우 활발하다.[참고문헌 4]
그러나, 상기한 종래 소개된 포토닉 결정 도입한 광 소자들 중에는 표면 방출형 광원 및 표면 수광형 광 감지기와 연결하여 작용하는 광 연결 소자는 아직 개시되지 않았다. 따라서, 종래의 포토닉 결정을 이용한 기술의 경우에도, 다수개의 광 소자들을 집적하여 장치를 구성할 때의 집적도가 그리 높지 못하였다.
특히, 광 소자를 실장하는 실장 기판으로의 설치가 용이하고, 실장 기판으로의 설치 집적도가 높은 표면방출 광원 소자 및 표면수광형 광 감지기 소자의 경우, 포토닉 결정을 이용한 기술을 적용한 구조가 제시되지 않았었다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로서, 다수개의 광 소자의 고밀도 집적이 가능한 광 소자 어셈블리 및 상기 광 소자 어셈블리의 도파로로 사용되는 포토닉 결정 기판을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 수광 소자와 발광 소자를 함께 포함하는 광 소자 어셈블리에 있어서, 행렬형 응용이 가능하여 고밀도 집적의 효과가 있는 광 소자 어셈블리 및 포토닉 결정 기판을 제공하는데 그 심화된 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주된 사상은 기판에 광 도파로가 형성될 위치 주변으로 포토닉 결정형의 구멍을 뚫어서 광이 진행해 가는 코어보다 상대적으로 굴절률이 낮아지도록 함으로써 기판에 수직한 방향으로 광이 코어를 따라서 진행해 가도록 하는 수직형 광 도파로를 형성하는 것이다.
또한, 본 발명의 심화된 사상은, 이러한 광 도파로의 코어들을 근접하게 위치시킴으로써 한 개의 코어로 들어간 광이 기판에 수직한 방향으로 커플링 거리만큼의 두께를 도파하였을 때 이웃한 광 도파로로 광이 커플링 되도록하는 수직형 광커플러를 형성하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토닉 결정 기판은, 두께 방향으로 다수개의 통형 관통구가 주기적인 결정 격자 구조로 배열된 포토닉 결정 기판으로 서, 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 광을 통과시키는 메인 광 도파로를 형성하는 메인 결정 격자 결함; 및 상기 메인 광 도파로를 통과하는 광 중에서 특정 파장 대역의 광을 커플링시켜 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 통과시키는 서브 광 도파로를 형성하는 서브 결정 격자 결함을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광도파 소자는, 두께 방향으로 다수개의 통형 관통구가 주기적인 결정 격자 구조로 배열된 포토닉 결정 기판으로서, 하나 이상의 결정 격자 결함이 존재하는 포토닉 결정 기판; 상기 적어도 하나의 결정 격자 결함에 대하여, 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 광을 입사시키기 위한 광 입사부; 및 상기 적어도 하나의 결정 격자 결합에서, 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 방출되는 광을 수집하기 위한 광 출사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광 소자 어셈블리는, 두께 방향으로 다수개의 통형 관통구가 주기적인 결정 격자 구조로 배열된 포토닉 결정 기판으로서, 원하는 대역의 파장을 가지는 광을 선택적으로 처리하기 위한 하나 이상의 결정 격자 결함이 존재하는 포토닉 결정 기판; 상기 적어도 하나의 결정 격자 결함에 대하여, 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 광을 입사시키기 위한 광 입사부; 및 상기 적어도 하나의 결정 격자 결합에서, 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 방출되는 광을 수집하기 위한 광 출사부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 광 입사부는, 단면이 상기 적어도 하나의 결정 격자 결함에 접하는 광섬유로 구현하거나, 상기 적어도 하나의 결정 격자 결함으로 광을 방출하는 발광 소자로 구현할 수 있다. 또한, 상기 광 출사부는, 단면이 상기 적어도 하나의 결정 격자 결함에 접하는 광섬유로 구현하거나, 상기 적어도 하나의 결정 격자 결함으로부터 광을 입력받는 수광 소자로 구현할 수 있다.
즉, 수직형 도파로를 형성하는 상기 포토닉 결정 기판의 양면(상면 및 하면) 각각에 광 소자 또는 광 섬유를 적용함으로써 다양한 광 소자 어셈블리를 구현할 수 있다. 이와 같이 가능한 많은 형태 중 하기의 실시예에서는 가장 실용성이 높은 상기 포토닉 결정 기판의 일면에 광 소자들이 위치하고, 타면에 광 섬유들이 위치하는 구현으로 구체화하여 설명하겠다.
본 발명은 기판에 수직한 방향으로 광이 입사하여 수직형 광 도파로로 진행하여 기판의 반대편으로 나아가도록 하며, 또한, 특정 파장의 광에 대해서는 이웃한 특정 파장의 커플링 길이만큼의 깊이로 형성된 광 도파로로 광이 옮겨가도록 하는 수직형 커플링 동작을 가능하게 한다.
이에 따라, 본 발명은 광통신용 표면방출 광원과 광 감지기에 광 연결을 하되, 표면방출 광원 및 표면수광형 광 감지기의 평면성을 고려하고, 행렬 형 응용이 가능하여 고밀도 집적의 효과가 있다.
본 발명에 제시한 수직형 광 도파로 및 수직형 광커플러는 표면방출 광원과 표면 수광형 광 감지기(들)과 집적하기 용이하며, 또한, 한가닥의 광섬유와 연결되어 광의 송신 및 수신이 가능하도록 하는 양방향 모듈 등의 응용에 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기의 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에 도시된 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 반도체 기판의 "상에 있다"라고 기재되는 경우에, 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 층이 게재될 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 주된 사상이 구현되는 포토닉 결정 기판의 구조를 도시한다. 도시한 포토닉 결정 기판(20)은, 광이 도파하여 진행하는 코어가 될 위치의 주변에 원통형 포토닉 결정형의 구멍(즉, 원통형 관통구)(22)을 뚫음으로써, 코어에 대해서 상대적으로 평균 굴절률이 낮아지도록 구성하여 상대적으로 굴절률이 큰 코 어 영역으로만 광이 도파하도록 된다.
상기 원통형 관통구(22)는, 상기 포토닉 결정 기판을 형성하는 물질이 비워진 정공 형태로 구현할 수 있고, 상기 정공에 상기 포토닉 결정 기판을 형성하는 물질과 다른 광학적 물질이 채워진 형태로 구현할 수 있다.
도시한 기판은 상기 원통형 관통구(22)가 일방향으로 일정한 규칙으로 형성된 결정 구조를 가지고 있게 되므로, 포토닉 결정 기판이라 칭하며, 상기 원통형 관통구가 형성되지 않는 영역, 즉 결정 결함 영역(24)이 도파로로서 역할을 수행하게 된다.
이와 같은 포토닉 결정 기판을 응용한 도파로에 있어서, 종래기술의 경우에는 상기 원통형 관통구의 관통방향의 수직한 방향으로 광이 진행하도록 도파로를 형성한 반면, 본 발명에서는 상기 원통형 관통구(22)의 관통방향으로 광이 진행하는 도파로(24)를 형성한다. 즉, 본 발명에서는 포토닉 결정 기판(20)의 한편에서 입사된 광이 기판에 수직한 방향으로 상기 수직형 광 도파로를 통해서 진행하고 기판의 반대편으로 출사된다.
도 2a 내지 도 4는 본 발명의 사상에 따른 포토닉 결정 기판으로 수직형 광커플러 또는 광분리기를 구현하는 원리를 도시한 사시도이다. 도면에서 점선 화살표는 본 발명의 사상에 따른 포토닉 결정 기판에 의해 완전한 경로 전이(트랜스퍼)가 일어나는 파장 범위의 광의 진행을 표시한 것이며, 실선 화살표는 상기 포토닉 결정 기판에 의해 경로 전이(트랜스퍼)가 작은 파장 범위의 광의 진행을 표시한 것 이다.
즉, 도 2a 내지 도 4의 포토닉 결정 기판의 결정 격자 결함은, 상기 광 섬유에서 상기 수광 소자 및 발광 소자 중 어느 하나로의 메인 도파로를 형성하는 메인 결정 격자 결함; 및 상기 메인 도파로와 광 커플링되어 상기 수광 소자 및 발광 소자 중 나머지로의 서브 도파로를 형성하는 서브 결정 격자 결함으로 이루어진다.
또한, 도시한 바와 같이 상기 포토닉 결정 기판의 상면의 화살표가 통과하는 지점에 광섬유(혹은 외부 광 도파로)가 연결되며, 상기 포토닉 결정 기판의 하면의 화살표가 통과하는 지점에 광 소자(발광 소자 또는 수광 소자)가 위치한다. 바람직하게, 상기 발광 소자는 표면방출 광원 소자이며, 상기 수광 소자는 표면 수광형 광감지기일 수 있다.
여기서, 상기 포토닉 결정 기판의 일정한 두께는 광 커플링을 일으키려는 파장에 대해서 결정되는데, 광강도가 이웃한 도파로로 완전히 옮겨가는 도파로의 커플링 길이(또는 그 정수배)가 된다. 상기 포토닉 결정 기판의 일정한 두께에 대해서 파장에 따른 광 커플링은 도 2c와 같은 특성을 나타낸다. 특정 파장에 대해서 이웃한 도파로로 완전한 광 커플링을 얻을 수 있고, 대부분의 광이 커플링 되지 아니하도록 하는 파장을 선택할 수 있는 것이다. 또한, 광 커플링을 일으키려는 광의 파장에 대해서 필요한 포토닉 결정 기판의 두께는 이웃한 광 도파로들 간의 간격이 작을수록 얇아지고, 동일한 간격에 대해서 포토닉 결정 기판의 구멍 간의 거리(Λ)와 구멍의 직경(d)의 비(d/Λ)가 클수록 두꺼워지는 경향을 가지고 있다. 그리고, 정해진 포토닉 결정 기판에 대해서 긴 파장의 광에 대해서 더 얇은 커플링 길이가 된다. 이러한 계산은 벡터 수치해석 방법(vector finite element method)으로 얻을 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 수직형 광 결합기를 구현하는 경우의 원리를 도시한다. 특정 파장에 대하여 커플링 길이에 해당하는 두께를 가진 기판의 어느 한 수직형 광 도파로로 상당한 파장 차이를 가진 두 광이 동시에 한 개의 수직형 광 도파로(메인 도파로)로 입사한 경우, 특정 파장의 광은 입사한 수직형 광 도파로를 따라 커플링 길이만큼 진행하여 이웃한 광 도파로(서브 도파로)로 광강도가 모두 옮겨가 광커플링을 일으키고, 그렇지 않은 다른 파장의 광은 본래의 수직형 광 도파로(메인 도파로)를 따라 대부분의 광이 진행하여 기판의 반대면으로 출사된다.
도 3의 경우 광의 진행 방향이 위에서 아래로 바뀌었을 뿐 포토닉 결정 기판의 역할은 도 2a의 경우와 거의 동일하다. 다만, 도 2a의 경우에는 포토닉 결정 기판의 하면에 위치한 2개의 발광 소자로부터 각각 입사되어, 포토닉 결정 기판의 상면에 연결된 하나의 광 섬유로 광 연결 되도록 포토닉 결정 기판에 의해 그 파장에 따라 광 커플링되어 1개의 경로로 합해지지만, 도 3의 경우에는 포토닉 결정 기판의 상면에 연결된 2개의 광 섬유(혹은 외부 광 도파로)를 통해 포토닉 결정 기판의 하면에 위치한 하나의 수광 소자에서 감지되도록 포토닉 결정 기판에 의해 그 파장에 따라 광 커플링되어 1개의 경로로 합해진다.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 포토닉 결정 기판으로 수직형 광분리기를 구 현하는 원리를 도시한 사시도이다. 도시한 수직형 광커플러의 사시도에서 커플링 길이에 해당하는 두께를 가진 기판의 반대편에서 상당한 파장 차이를 가진 두 광을 각기 다른 수직형 도파로로 입사하였을 때 수직형 도파로의 두께가 커플링 길이에 해당하는 광은 모두 이웃한 도파로(서브 도파로)로 옮겨가고 그렇지 않은 다른 광은 대부분 원래의 입사된 광 도파로(메인 도파로)에 남아 있게 된다. 이에 따라 하나의 발광 소자(또는 근접한 2개의 발광 소자)에서 생성된 광이 파장 대역에 따라 2개의 경로로 분리되어 각각의 광 섬유(혹은 외부 광 도파로)를 통해 외부로 출사될 수 있다.
도 5는 본 발명의 사상에 따른 포토닉 결정 기판을 이용하여, 커플링 길이에 해당하는 두께를 가진 기판의 어느 한 수직형 광 도파로의 양편에서 각기 다른 파장의 광이 입사하도록 허용하는 수직형 광교차기를 구현한 경우를 도시한 사시도이다. 도시한 바와 같이, 수직형 도파로의 두께가 커플링 길이에 해당하는 광은 모두 이웃한 도파로(메인 도파로)로 옮겨가고 그렇지 않은 다른 광은 대부분 원래의 입사된 광 도파로(서브 도파로)에 남아 있게 된다.
도시한 바와 같이 수직형 광 도파로를 가지는 포토닉 결정 기판은, 표면방출 광원 소자 및 표면 수광형 광 감지기 소자와 집적될 수 있으며, 광원에서 나온 광은 수직형 광 도파로를 지나 광섬유와 연결되어 나가도록 하며 동일한 광섬유를 통해서 들어온 광은 수직형 광커플러를 통해서 광의 경로가 바뀌어 표면수광형 광 감지기로 입사된다.
따라서, 도시한 수직형 광 도파로를 가지는 포토닉 결정 기판을 개재하여, 표면방출 광원 소자 및 표면 수광형 광감지기 소자가, 한 가닥의 광섬유를 통해서 광송신 및 광수신을 수행하는 양방향 모듈로 응용될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 도면에서는 수신용 광이 커플링을 일으키도록 구현하였지만, 송신용 광이 커플링을 일으키도록 구현할 수도 있다.
도 6a 및 6b는 보다 두꺼운 두께를 가지는 포토닉 결정 기판의 도파로 구조를 도시하기 위한 것으로 도면에서는 도 5의 수직형 광교차기를 두꺼운 두께의 포토닉 결정 기판으로 구현한 경우를 도시하였다. 도시한 광교차기에서도 도 5의 경우와 마찬가지로, 수직형 광 도파로의 양편에서 각기 다른 파장의 광이 입사한 경우에 수직형 도파로의 두께가 커플링 길이에 해당하는 광은 모두 이웃한 도파로(메인 도파로)로 옮겨가고, 파장 차이가 큰 다른 광은 대부분 원래의 입사된 광 도파로(서브 도파로)에 남아 있게 된다.
도 6a, 6b에서는 이웃한 수직형 광 도파로(서브 도파로)의 길이(Z)를 커플링하려고 하는 특정 파장의 커플링 길이가 되도록 제작하여 구성하였고, 파장 차이가 큰 다른 광은 수직형 광 도파로로 진행하면서 이웃한 광 도파로(서브 도파로)가 기판의 반대편까지 이어지지 아니하였으므로 본래의 광 도파로(메인 도파로)에 대부분 남아 있게 되어, 실선으로 표시되는 생성 광이 이웃한 광 도파로(서브 도파로)로 넘어가서 방출되는 것을 효율적으로 차단할 수 있다. 즉, 도 6b 구조의 포토닉 결정 기판을 사용하는 경우, 도 2b 구조의 포토닉 결정 기판에 비하여, 메인 도파 로로 통과시키려는 파장의 광이 서브 도파로로 원치않게 누설되는 것을 효과적으로 방지하는 장점이 있다.
상기 서브 도파로의 길이(Z)는 광 커플링을 일으키려는 파장에 대해서 결정되는데, 광강도가 이웃한 도파로로 완전히 옮겨가는 도파로의 커플링 길이(또는 그 정수배)가 된다. 예로 실리카 재질의 삼각형 격자의 포토닉 결정 기판에 있어서 구멍 간의 거리와 구멍의 직경의 비(d/Λ)의 값이 0.5이고 광 파장이 1.55 ㎛일 때, 최근접 광 도파로 간격에 대해서 커플링 거리는 약 110 ㎛ 이다.
한편, 도면에는 비록 표시되지 않았지만 포토닉 결정 기판의 수직형 광 도파로와 광 연결이 용이하도록 하기 위하여 양면 혹은 위 아래 중 어느 한 면에 무반사 코팅을 할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 포토닉 결정 기판(수직형 광 도파로, 수직형 광결합기, 수직형 광분배기 혹은 수직형 광교차기로 동작함)와 광섬유를 정렬하고, 상기 포토닉 결정 기판 하부에 광 소자(발광 소자 혹은 수광 소자)를 위치시킨 형태의 광 소자 어셈블리를 도시한다.
도시한 광 소자 어셈블리는, 상부에 적어도 하나 이상의 광 소자가 구현되는기판(40); 상기 기판(40) 상부에 배치되며, 두께 방향으로 다수개의 통형 관통구가 주기적인 결정 격자 구조로 배열된 포토닉 결정 격자 구조를 가지며, 하나 이상의 결정 격자 결함이 존재하는 포토닉 결정 기판(20); 및 상기 포토닉 결정 기판(20) 의 상기 하나 이상의 결정 격자 결함의 상부에 단면이 접하는 광 섬유(62)를 포함하며, 상기 광 소자의 수광 경로 또는 발광 경로가, 상기 포토닉 결정 기판(20)의 상기 하나 이상의 결정 격자 결함의 하부에, 상기 포토닉 결정 기판(20)에 대하여 수직으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
도시한 광 소자 어셈블리는 도 5 또는 도 6a의 광교차기로 구현하였으므로, 광 섬유(62)에서 입사되는 광은 커플링되어 서브 도파로로 옮겨진 후 수광 소자(44)에 입력되며, 발광 소자(42)에서 생성된 광은 메인 도파로를 통해 광 섬유(62)로 출사된다. 즉, 도시한 광섬유(62)는 외부로 유출되는 광 및 외부에서 유입되는 광을 동시에 통과시키도록 구현되었다.
상기 기판(40')에는 하나의 광 소자를 배치하고 하나의 광 섬유를 연결하는 것보다는, 다수개의 광 소자 및 광 섬유를 배치하는 것이 광 모듈의 제조비 절감 및 부피 절감 측면에서 바람직하다. 즉, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 광 소자 어셈블리를 구성하는 광 섬유(62') 및 광 소자는 2차원 행렬의 형태를 가지게 된다.
이 경우, 상기 기판(40')에는, 상기 광 섬유를 통해 외부에서 유입되는 광을 감지하는 수광 소자; 및 상기 광 섬유를 통해 외부로 유출할 광을 생성하는 발광 소자를 구비하여, 외부에서 입력되는 광을 상기 수광 소자에 감지하여, 그 감지값에 따라 적절한 연산 및/또는 처리를 수행한 결과에 따른 광을 상기 발광 소자에서 생성하여 외부로 출력하도록 구현할 수 있다. 즉, 비록 표시되지는 않았지만, 도 8의 기판(40')과 포토닉 결정 기판(20') 사이에는 상기 수직형 광 도파로 혹은 수직형 광커플러와 집적된 표면방출 광원 소자들 및/또는 표면 수광형 광감지기 소자들 이 행렬로 구성하며 위치한다.
구현에 따라 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 포토닉 결정 기판(20")의 상면에, 상기 광 섬유(62")를 상기 하나 이상의 결정 격자 결함의 상부에 고정시키는 가이드(64")가 형성되는 결합층(60)을 더 포함할 수 있다. 상기 가이드(64")에 의해 광섬유를 끼워 넣어 연결하는 것이 용이해진다.
이상 바람직한 실시 예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 포토닉 결정 기판의 사시도
도 2a 및 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 포토닉 결정 기판으로 수직형 광 결합기를 구현하는 원리를 나타내는 사시도 및 단면도.
도 2c는 포토닉 결정 기판의 정해진 두께에 대해서 파장에 따른 광 도파로 각각에서 얻을 수 있는 광 강도를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포토닉 결정 기판으로 다른 수직형 광 결합기를 구현하는 원리를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포토닉 결정 기판으로 수직형 광 분배기를 구현하는 원리를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 포토닉 결정 기판으로 수직형 광 교차기를 구현하는 원리를 나타내는 사시도.
도 6a 및 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토닉 결정 기판으로 수직형 광 교차기를 구현하는 원리를 나타내는 사시도 및 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 수직형 포토닉 결정 기판을 사용하여 구현한 광 소자 어셈블리의 구조를 도시한 사시도.
도 8은 도 7의 광 소자 어셈블리를 구성하는 광 소자 및 광섬유를 2차원 행렬 형태로 구현한 경우를 도시한 사시도.
도 9는 도 8의 광 소자 어셈블리에 용이하게 광섬유를 끼워 넣기 위한 가이드를 형성한 경우를 도시한 사시도.

Claims (18)

  1. 두께 방향으로 다수개의 통형 관통구가 주기적인 결정 격자 구조로 배열된 포토닉 결정 기판으로서,
    상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 광을 통과시키는 메인 광 도파로를 형성하는 메인 결정 격자 결함; 및
    상기 메인 광 도파로를 통과하는 광 중에서 특정 파장 대역의 광을 커플링시켜 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 통과시키는 서브 광 도파로를 형성하는 서브 결정 격자 결함
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토닉 결정 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통형 관통구는,
    상기 포토닉 결정 기판을 형성하는 물질이 비워져 형성되는 것을 특징으로 하는 포토닉 결정 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 통형 관통구는,
    상기 포토닉 결정 기판을 형성하는 물질과 다른 광학적 물질이 채워진 것을 특징으로 하는 포토닉 결정 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 포토닉 결정 기판의 두께는,
    광 커플링하고자 하는 광의 파장 대역에서의 커플링 길이가 되는 것을 특징으로 하는 포토닉 결정 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 서브 결정 격자 결함은,
    상기 포토닉 결정 기판의 일면으로부터 소정 깊이 까지만 형성된 것을 특징으로 하는 포토닉 결정 기판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 소정 깊이는,
    광 커플링하고자 하는 광의 파장 대역에서의 커플링 길이가 되는 것을 특징으로 하는 포토닉 결정 기판.
  7. 두께 방향으로 다수개의 통형 관통구가 주기적인 결정 격자 구조로 배열된 포토닉 결정 기판으로서, 하나 이상의 결정 격자 결함이 존재하는 포토닉 결정 기판;
    상기 적어도 하나의 결정 격자 결함에 대하여, 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 광을 입사시키기 위한 광 입사부; 및
    상기 적어도 하나의 결정 격자 결합에서, 상기 포토닉 결정 기판에 수직한 방향으로 방출되는 광을 수집하기 위한 광 출사부
    를 포함하는 광도파 소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광 입사부는,
    단면이 상기 적어도 하나의 결정 격자 결함에 접하는 광섬유인 것을 특징으로 하는 광도파 소자.
  9. 제7항에 있어서, 상기 광 출사부는,
    단면이 상기 적어도 하나의 결정 격자 결함에 접하는 광섬유인 것을 특징으로 하는 광도파 소자.
  10. 제7항에 있어서, 상기 광 입사부는,
    상기 적어도 하나의 결정 격자 결함으로 광을 방출하는 발광 소자인 것을 특징으로 하는 광도파 소자.
  11. 제7항에 있어서, 상기 광 출사부는,
    상기 적어도 하나의 결정 격자 결함으로부터 광을 입력받는 수광 소자인 것을 특징으로 하는 광도파 소자.
  12. 제7항에 있어서, 상기 포토닉 결정 기판은,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 포토닉 결정 기판인 것을 특징으로 하는 광도파 소자.
  13. 상부에 적어도 하나 이상의 광 소자가 구현되는 기판;
    상기 기판 상부에 배치되며, 두께 방향으로 다수개의 통형 관통구가 주기적인 결정 격자 구조로 배열된 포토닉 결정 격자 구조를 가지며, 하나 이상의 결정 격자 결함이 존재하는 포토닉 결정 기판; 및
    상기 포토닉 결정 기판의 상기 하나 이상의 결정 격자 결함의 상부에 단면이 접하는 광 섬유를 포함하며,
    상기 광 소자의 수광 경로 또는 발광 경로가, 상기 포토닉 결정 기판의 상기 하나 이상의 결정 격자 결함의 하부에 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 소자 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 포토닉 결정 기판의 상면에, 상기 광 섬유를 상기 하나 이상의 결정 격자 결함의 상부에 고정시키는 결합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 소자 어셈블리.
  15. 제13항에 있어서, 상기 기판에는,
    상기 광 섬유를 통해 외부에서 유입되는 광을 감지하는 수광 소자; 및
    상기 광 섬유를 통해 외부로 유출할 광을 생성하는 발광 소자가 구비된 것을 특징으로 하는 광 소자 어셈블리.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광 섬유는 외부로 유출되는 광 및 외부에서 유입되는 광을 동시에 통과시키는 것을 특징으로 하는 광 소자 어셈블리.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 광 소자 및 광 섬유는 2차원 메트릭스 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 광 소자 어셈블리.
  18. 제13항에 있어서, 상기 포토닉 결정 기판은,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 포토닉 결정 기판인 것을 특징으로 하는 광 소자 어셈블리.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004191408A (ja) 2002-12-06 2004-07-08 Japan Science & Technology Agency 局所的３次元構造を有する２次元フォトニック結晶スラブ
KR20040082301A (ko) * 2003-03-17 2004-09-24 교또 다이가꾸 2차원 포토닉 결정 중의 공진기와 파장 분합파기
KR20060123706A (ko) * 2003-08-29 2006-12-04 고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠 2차원 포토닉 결정 공진기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004191408A (ja) 2002-12-06 2004-07-08 Japan Science & Technology Agency 局所的３次元構造を有する２次元フォトニック結晶スラブ
KR20040082301A (ko) * 2003-03-17 2004-09-24 교또 다이가꾸 2차원 포토닉 결정 중의 공진기와 파장 분합파기
KR20060123706A (ko) * 2003-08-29 2006-12-04 고쿠리츠 다이가쿠 호진 교토 다이가쿠 2차원 포토닉 결정 공진기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101735393B1 (ko) 2009-12-18 2017-05-29 엘지디스플레이 주식회사 광학 센싱 프레임을 갖는 표시 장치 및 이의 멀티 터치 감지 방법

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