KR100970395B1 - 광도파로 디바이스 및 광도파로 디바이스 제조 방법 - Google Patents

광도파로 디바이스 및 광도파로 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광도파로 디바이스에서의 광 손실을 저감시킨다. 광도파로 필름 케이블(1)은 발광 소자(3), 수광 소자(5) 및 광 가이드 부재(6)로 구성된다. 광 가이드 부재(6)는 필름 형상으로서, 클래드부(9)의 내부에 대략 ㄷ자형의 코어부(10)가 형성되어 있다. 본체부(13)와 입광부(14)와의 연속부에 위치하는 어깨부(16), 본체부(13)와 출광부(15)와의 연속부에 위치하는 어깨부(17)에는 45도의 경사각을 갖는 미러면(18, 19)이 형성되어 있다. 발광 소자(3)로부터 방사된 광은 코어부(10)의 입광부(14) 안을 전파하고, 미러면(18)에 의해 전반사된다. 미러면(18)에 의해 90도 광경로 변환된 광은 코어부(10)의 본체부(13) 안을 전파하고, 미러면(19)에 의해 전반사된다. 미러면(19)에 의해 90도 광경로 변환된 광은 코어부(10)의 출광부(15) 안을 전파하고, 수광 소자(5)에 의해 수광된다.
Figure R1020087003381
클래드, 코어, 광 가이드 부재, 광도파로 디바이스, 입출광부

Description

광도파로 디바이스 및 광도파로 디바이스 제조 방법{OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE}
본 발명은 광도파로 디바이스 및 광도파로 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
최근 광통신용 부품으로서 고분자 수지 재료를 사용한 광도파로 디바이스가 이용되고 있다. 광도파로에서 광배선의 방향을 바꾸기 위하여 광도파로의 단부에 45도의 경사면을 형성하고, 이 경사면에 의해 광경로를 직각으로 꺾는 기술이 개발된 바 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
도 7에 종래의 광도파로 디바이스(31)의 단면을 도시하였다. 도 7에 도시한 바와 같이, 광도파로 디바이스(31)는, 기판(32) 상에 설치된 발광 소자(33)와, 기판(34) 상에 설치된 수광 소자(35)와, 광을 가이드하는 광 가이드 부재(36)로 구성된다. 발광 소자(33)와 광 가이드 부재(36), 수광 소자(35)와 광 가이드 부재(36)는 각각 광경로재(37, 38)에 의해 접착되어 있다.
광 가이드 부재(36)는 밑에서부터 보호층(39), 클래드부(40), 보호층(41)으로 이루어지고, 클래드부(40)의 내부에는 클래드부(40)보다 굴절률이 높은 코어부(42)가 형성되어 있다. 광 가이드 부재(36)의 양단부에는 45도의 경사각을 갖는 미러면(43, 44)이 형성되어 있다. 미러면(43, 44)은 날끝에 경사각을 갖는 각진 블레이드에 의해 절삭되어 형성된다. 도 7에 도시한 바와 같이, 발광 소자(33)로부터 방사된 광은 미러면(43)에 의해 전반사되어 코어부(42) 안을 진행한다. 그리고, 미러면(44)에 의해 전반사되어 수광 소자(35)에 의해 수광된다.
도 7에 도시한 전반사 미러 방식 이외에, 도 8에 도시한 미러 블록 방식의 광경로 변환도 이용되고 있다. 도 8에서, 도 7과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 구성에 대해서는 설명을 대략하기로 한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 코어부(42) 안을 전파해 온 광은 미러면(45)에 의해 반사되어, 수광 소자(35)에 의해 수광된다. 미러 블록 방식의 경우에는, 반사 효율을 올리기 위하여 미러면(45)의 표면에 금속을 코팅하는 것이 바람직하다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 2001-166167호 공보
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 도 7에서, 발광 소자(33)로부터 방사된 광이 코어부(42)에 도달할 때까지는 광경로재(37), 보호층(39), 클래드부(40)를 통과하여야 하므로 광확산이나 계면 반사로 인한 광손실이 발생하였다. 마찬가지로, 광이 코어부(42)로부터 수광 소자(35)에 도달할 때에도 광손실이 발생하였다. 또한, 광손실을 발생시키지 않도록 하기 위해서는 높이 방향의 정밀한 위치 조정이 필요하였다.
또한, 미러면(43, 44)은 코어부(42)와 공기와의 굴절률차에 의해 광을 전반사시키기 때문에, 도 9에 도시한 바와 같이, 광경로재(37)가 미러면(43)에 부착되게 되면 광이 누설되게 된다는 문제가 있었다. 또한, 각진 블레이드에 의해 절삭하여 미러면(43, 44)을 형성하므로, 날 두께에 의존하는 회전 불안정이 발생하기 쉬워, 각도 정밀도의 제어에 유의하여야 하였다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 광도파로 디바이스에서의 광손실을 저감시키는 것을 과제로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 광도파로 디바이스 제조 방법은, 제1 클래드층을 형성하고, 상기 제1 클래드층 상에 본체부와 그 양단부로부터 상기 본체부에 대하여 대략 직교하는 방향으로 돌출된 입출광부를 갖는 대략 ㄷ자 형상으로 이차원 형상으로 형성된 코어부로서 상기 본체부와 입출광부와의 연속부에 위치하는 어깨부에 경사면이 형성된 코어부를 형성하고, 상기 코어부를 덮어 상기 제1 클래드층과 동일한 굴절률을 갖는 제2 클래드층을 형성하고, 상기 코어부의 경사면을 외부로 노출시킨다.
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또한, 상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층을 각 층에 대하여 수직한 방향으로 절단함으로써 상기 코어부의 경사면을 노출시키는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층에 대하여 식각 처리를 행함으로써 상기 코어부의 경사면을 노출시키는 것이 바람직하다.
(발명의 효과)
본 발명에 따르면, 광을 경사면에서 전반사시켜 대략 ㄷ자형의 코어부를 따라 광을 전파시킴으로써 광 가이드 방향과 대략 직교하는 방향에서 광을 코어부에 직접 도입할 수 있고, 또한, 광 가이드 방향과 대략 직교하는 방향으로 코어부로부터 직접 광을 사출할 수 있다. 따라서, 광이 굴절률이 다른 부분을 통과하지 않기 때문에 계면에서의 산란이나 반사를 회피할 수 있어 광손실을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 광도파로 필름 케이블(1)의 사시도이다.
도 2는 광도파로 필름 케이블(1)의 단면도이다.
도 3A는 클래드층(9a)의 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3B는 코어층(10a)의 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3C는 코어부(10)의 형성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3D는 코어부(10)의 형상을 도시한 도면이다.
도 4A는 클래드층(9b) 및 보호층(12)의 형성 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4B는 도 4A의 A-A 단면을 도시한 도면이다.
도 5A는 코어부(10)를 포함하도록 각 층을 사각형으로 잘라낸 상태의 사시도이다.
도 5B는 코어부(10)를 포함하도록 각 층을 사각형으로 잘라낸 상태의 상면도이다.
도 6A는 미러면(18, 19)을 노출시킨 상태의 사시도이다.
도 6B는 미러면(18, 19)을 노출시킨 상태의 상면도이다.
도 7은 종래의 광도파로 디바이스(31)의 단면도이다.
도 8은 미러 블록 방식의 광경로 변환을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 종래의 광도파로 디바이스(31)에서의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
<부호의 설명>
1…광도파로 필름 케이블(광도파로 디바이스), 3…발광 소자,
5…수광 소자, 6…광 가이드 부재,
7, 8…광경로재, 9…클래드부,
9a…클래드층(제1 클래드층), 9b…클래드층(제2 클래드층),
10…코어부, 10a…코어층,
11, 12…보호층, 13…본체부,
14…입광부(입출광부), 15…출광부(입출광부),
16, 17…어깨부, 18, 19…미러면(경사면),
31…광도파로 디바이스, 33…발광 소자,
35…수광 소자, 36…광 가이드 부재,
37, 38…광경로재, 39…보호층,
40…클래드부, 41…보호층,
42…코어부, 43, 44…미러면,
45…미러면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 광도파로 필름 케이블(1)의 사시도이고, 도 2는 광도파로 필름 케이블(1)의 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 광도파로 필름 케이블(1)은, 기판(2) 상에 설치된 발광 소자(3), 기판(4) 상에 설치된 수광 소자(5), 광 가이드 방향(도 2에서 우방향)으로 연장된 광 가이드 부재(6)로 구성된다. 발광 소자(3)와 광 가이드 부재(6), 수광 소자(5)와 광 가이드 부재(6)는 각각 광경로재(7, 8)에 의해 접착되어 있다. 광경로재(7, 8)는 발광 소자(3) 및 수광 소자(5)와 광 가이드 부재(6)를 접착 고정하는 역할과, 광의 투과를 안정시키는 굴절 매질로서의 역할을 갖는다.
광 가이드 부재(6)는 필름 형상으로서 가요성을 가지며, 클래드부(9), 클래드부(9)의 내부에 형성된 코어부(10), 갖는다에 의해 구성되어 있다. 코어부(10)의 굴절률은 클래드부(9)의 굴절률보다 높고, 또한 공기의 굴절률보다 높다. 따라서, 코어부(10)의 내부를 전파하는 광은 클래드부(9) 또는 공기와의 경계면에서 전반사한다. 클래드부(9)의 측면은 보호층(11, 12)에 의해 덮여 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 코어부(10)는 광 가이드 방향으로 연장된 본체부(13)와, 본체부(13)의 양단부로부터 본체부(13)에 대하여 대략 직교하는 방향으로 돌출된 입광부(14) 및 출광부(15)를 가지며, 대략 ㄷ자형으로 형성되어 있다. 입광부(14) 및 출광부(15)는 청구 범위에 기재된 입출광부이다. 본체부(13)와 입광부(14)와의 연속부에 위치하는 어깨부(16), 본체부(13)와 출광부(15)와의 연속부에 위치하는 어깨부(17)에는 각각 45도의 경사각을 갖는 경사면인 미러면(18, 19)이 형성되어 있다. 이 미러면(18, 19)에서 코어부(10)는 클래드부(9)의 외부에 노출되어 외부의 공기와 접해 있다. 또한, 코어부(10) 안을 광이 전파하는 방향과 수직한 방향의 코어부(10)의 단면은 각형으로 형성되어 있다.
입광부(14)의 단부에는 발광 소자(3)가 설치되어 있다. 발광 소자(3)는 예컨대 면발광형 반도체 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)로 구성되어 있고, 외부에서 공급된 전기 신호에 따라 광 가이드 부재(6)와의 접촉면에 수직한 방향(도 2에서 상방향)으로 광을 방사한다.
출광부(15)의 단부에는 수광 소자(5)가 설치되어 있다. 수광 소자(5)는 예 컨대 PD(PhotoDiode)로 구성되어 있으며, 광 가이드 부재(6)와의 접촉면에 수직한 방향(도 2에서 하방향)의 광을 수광하여 전기 신호로 변환한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 발광 소자(3)로부터 방사된 광은 코어부(10)의 입광부(14) 안을 전파하고, 미러면(18)에 의해 전반사된다. 미러면(18)에 의해 90도 광경로 변환된 광은 코어부(10)의 본체부(13) 안을 전파하고, 미러면(19)에 의해 전반사된다. 미러면(19)에 의해 90도 광경로 변환된 광은 코어부(10)의 출광부(15) 안을 전파하고, 수광 소자(5)에 의해 수광된다.
다음, 도 3A, 도 3B, 도 3C, 도 3D, 도 4A, 도 4B, 도 5A, 도 5B, 도 6A, 도 6B를 참조하여 광도파로 필름 케이블(1)의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 3A에 도시한 바와 같이, 보호층(11) 상에 회전 성막법 등에 의해 액상의 수지 박막을 형성하고, 이것을 가열 처리함으로써 클래드층(9a)를 형성한다. 보호층(11)은 예컨대 폴리이미드, PET 등의 수지 필름으로 구성된다. 클래드층(9a)은 광투과성을 갖는 고분자 수지 재료로 이루어지며, 예컨대 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 이미드계 수지 등으로 구성된다.
다음, 도 3B에 도시한 바와 같이, 클래드층(9a) 상에 회전 성막법 등에 의해 액상의 수지 박막을 형성하고, 이것을 가열 처리함으로써 클래드층(9a)보다 굴절률이 높은 코어층(10a)을 형성한다. 코어층(10a)은 광투과성을 갖는 고분자 수지 재료로 이루어지며, 예컨대 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 이미드계 수지 등으로 구성된다.
다음, 코어층(10a)에 마스크를 도포하고, 포토리소그래피 및 식각 처리에 의 해 도 3C에 도시한 바와 같이 코어부(10)의 코어 패턴을 이차원 형상으로 형성한다. "이차원 형상으로 형성한다"란 도 3C에 도시한 화살표 X, Y를 포함하는 XY평면과 평행한 면 형태로 이차원 패턴을 형성하는 것을 의미한다. 즉, 코어부(10)는 클래드층(9a)의 평면을 따라 형성된다. 도 3D에 도시한 바와 같이, 코어부(10)는 본체부(13), 입광부(14) 및 출광부(15)를 갖는 대략 ㄷ자형으로서, 본체부(13)와 입광부(14)와의 연속부에 위치하는 어깨부(16), 본체부(13)와 출광부(15)와의 연속부에 위치하는 어깨부(17)에 각각 미러면(18, 19)을 가지고 있다.
다음, 도 4A에 도시한 바와 같이, 회전 성막법 등에 의해 액상의 수지 박막을 형성하고, 이것을 가열 처리함으로써 클래드층(9a)과 동일한 굴절률을 갖는 재료로 코어부(10)를 덮어 클래드층(9b)을 형성한다. 클래드층(9b)은 클래드층(9a)과 동일 조성의 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 더욱이, 도 4A에 도시한 바와 같이, 클래드층(9b) 상에 보호층(12)을 형성한다. 보호층(12)은 예컨대 폴리이미드, PET 등의 수지 필름으로 구성되어 있다. 도 4B에 도 4A의 A-A 단면을 도시하였다.
도 5A 및 도 5B는 도 4A에 도시한 각 층을 코어부(10)를 포함하도록 사각형으로 잘라낸 상태의 사시도 및 상면도이다. 또한, 도 5A 및 도 5B의 B-B, C-C의 위치에서 각 층에 대하여 수직으로 가공함으로써 코어부(10)의 미러면(18, 19)을 외부에 노출시킨다. 이와 같이 하여 도 6A 및 도 6B에 도시한 광 가이드 부재(6)가 완성된다. 도 6A에 도시한 클래드층(9a) 및 클래드층(9b)이 도 1 및 도 2에 도시한 클래드부(9)에 해당한다.
미러면(18, 19)을 노출시키기 위한 가공법으로는 다이서 또는 레이저에 의해 보호층(11), 클래드층(9a), 클래드층(9b) 및 보호층(12)을 각 층에 대하여 수직한 방향으로 절단할 수도 있다. 또한, 보호층(11), 클래드층(9a), 클래드층(9b) 및 보호층(12)의 각 층에 대하여 액상 식각 또는 기상 식각 처리를 행함으로써 불필요한 부분을 용해시킬 수도 있다.
그리고, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 발광 소자(3) 및 수광 소자(5)와 광 가이드 부재(6)를 광경로재(7, 8)에 의해 접착하여 광도파로 필름 케이블(1)이 완성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 광을 미러면(18, 19)에서 전반사시켜 대략 ㄷ자형의 코어부(10)를 따라 광을 전파시킴으로써 광 가이드 방향과 대략 직교하는 방향에서 광을 코어부(10)에 직접 도입할 수 있고, 또한 광 가이드 방향과 대략 직교하는 방향으로 코어부(10)로부터 직접 광을 사출할 수 있다. 따라서, 광이 굴절률이 다른 부분을 통과하지 않기 때문에 계면에서의 산란이나 반사를 회피할 수 있어 광손실을 저감시킬 수 있다. 또한, 코어부(10)에서의 입광부(14) 및 출광부(15)의 길이를 임의로 설정할 수 있다.
또한, 다이서에 의해 절단하여 미러면(18, 19)을 노출시키는 경우에는 광 가이드 부재(6)의 외형 절단과 동일한 얇은 날로 처리할 수 있기 때문에, 정밀한 가공을 용이하게 행할 수 있음과 아울러, 종래의 각진 블레이드에 의한 가공 방법과 비교하여 날 교환 등의 작업 공정 수를 줄일 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서의 기술은 본 발명에 따른 광도파로 디바이스의 예 이며, 이에 한정되지 않는다. 광도파로 필름 케이블(1)을 구성하는 각 부의 세부 구성에 관해서도 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적당히 변경 가능하다.
예컨대, 상기 실시 형태에서는 미러면(18, 19)의 각도가 45도로 형성되어 있을 경우에 대하여 설명하였으나, 미러면(18, 19)의 각도는 이에 한정되지 않으며, 발광 소자(3) 또는 수광 소자(5)의 특성에 따라 광손실이 최소로 되는 각도로 조정하도록 할 수도 있다. 또한, 상기 실시 형태에서는 대략 ㄷ자형의 코어부(10)가 이차원 형상으로 형성되는 것으로 하였으나, ㄷ자형에 한정되지 않으며, U자형, V자형, M자형, N자형 등의 이차원 패턴이 형성되도록 할 수도 있다.
또한, 코어 패턴의 형성 방법은 포토리소그래피 및 식각 처리에 한정되지 않으며, 직접 묘화법 등을 이용하도록 할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 발광 소자(3)와 수광 소자(5)가 각각 다른 기판(2, 4) 상에 설치되어 있는 것으로 하였으나, 발광 소자(3)와 수광 소자(5)가 동일 기판 상에 설치되어 있도록 할 수도 있다.
본 발명에 따른 광도파로 디바이스 및 광도파로 디바이스 제조 방법은 광통신 분야에서 이용 가능성이 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 클래드층을 형성하고,
    상기 제1 클래드층 상에 본체부와 그 양단부로부터 상기 본체부에 대하여 대략 직교하는 방향으로 돌출된 입출광부를 갖는 대략 ㄷ자 형상으로 이차원 형상으로 형성된 코어부로서 상기 본체부와 입출광부와의 연속부에 위치하는 어깨부에 경사면이 형성된 코어부를 형성하고,
    상기 코어부를 덮어 상기 제1 클래드층과 동일한 굴절률을 갖는 제2 클래드층을 형성하고,
    상기 코어부의 경사면을 외부로 노출시키는 것을 특징으로 하는 광도파로 디바이스 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층을 각 층에 대하여 수직한 방향으로 절단함으로써 상기 코어부의 경사면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 광도파로 디바이스 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 클래드층 및 상기 제2 클래드층에 대하여 식각 처리를 행함으로써 상기 코어부의 경사면을 노출시키는 것을 특징으로 하는 광도파로 디바이스 제조 방법.
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