KR101104133B1 - Flexible fiber module, wavelength conversion device package using the same and fabrication method of the same - Google Patents
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Abstract
광 발진모듈과 분극 반전 도파로 칩 모듈 사이의 광접속 파워가 외부환경 변화에 관계없이 일정하게 유지하도록 하는 유연한 파이버 모듈이 개시된다. 유연한 파이버 모듈은 세라믹 페룰이 장착된 웰딩용 서스(SUS) 지그와 세라믹 페룰에 삽입되어 광 발진모듈에서 출사된 광을 전달받아 파장이 변조된 광으로 출사하는 분극 반전 도파로 칩 모듈로 전달하되, 광 발진모듈과 상기 분극 반전 도파로 칩 모듈 사이의 광접속파워를 일정하게 하는 파이버를 포함한다.A flexible fiber module is disclosed in which the optical connection power between the optical oscillation module and the polarization inverted waveguide chip module is kept constant regardless of external environment changes. The flexible fiber module is inserted into a welding sus jig equipped with a ceramic ferrule and a ceramic ferrule, and receives the light emitted from the optical oscillation module and transmits it to the polarization inversion waveguide chip module which is emitted as a modulated light. And a fiber for constant optical connection power between the oscillation module and the polarization inversion waveguide chip module.
파장 가변 소자(wavelength conversion device), 분극 반전(periodically poling) Wavelength conversion device, periodically poling
Description
본 발명은 파장 가변 소자 패키지에 관한 것으로서 특히, 유연한 파이버 모듈, 이를 이용한 파장 가변 소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tunable device package, and more particularly, to a flexible fiber module, a tunable device package using the same, and a method of manufacturing the same.
분극 반전된 비선형 칩을 사용한 레이저 광원 기술은 다양한 방법으로 시도되고 있다. 예를들어 차주파수(Difference Frequency Mixing), 합주파수(Sum Frequency Mixing), 또는 광매개공진기(Optical Parametric Oscillator)를 제작할 수 있다. Laser light source technology using polarized inverted nonlinear chips has been tried in various ways. For example, Difference Frequency Mixing, Sum Frequency Mixing, or Optical Parametric Oscillator can be fabricated.
이 중에서도 가시광 대역의 파장 광원을 제작하기 위해서는 주파수의 특수한 형태인 2차 조화파 생성 기술이 적용이 된다. 이는 낮은 주파수를 갖는 펌핑 광원이 비선형 특성을 갖는 분극 반전 광 도파로에 입사된 후 변환되어 2배수의 주파수를 갖는 광원으로 변환되는 기술을 말한다. Among them, a second harmonic generation technology, which is a special form of frequency, is applied to fabricate a wavelength light source in the visible light band. This refers to a technology in which a pumped light source having a low frequency is incident on a polarization inverted optical waveguide having a nonlinear characteristic and then converted to a light source having a frequency twice as high.
이론적으로는, 입사되는 펌핑광원 파워의 제곱과 비선형 칩의 길이의 제곱에 비례하여 2차조화파 광원의 파워가 결정되지만 광 도파로에서 손실 및 흡수손실 및 광접속 손실 등으로 인해 100%의 변환효율을 가질 수 없게 된다. Theoretically, the power of the second harmonic wave source is determined in proportion to the square of the incident pumping light source power and the square of the length of the nonlinear chip, but the conversion efficiency is 100% due to the loss, absorption loss, and optical connection loss in the optical waveguide. You won't have it.
비선형을 이용한 2차조화파 생성 기술 중 대표적인 것이 파장가변 레이저 소자이다. Representative of second harmonic wave generation technology using nonlinearity is a wavelength tunable laser device.
비선형을 이용한 파장 가변 레이저 제작에 있어서 중요한 변수는 다음과 같다. 결정의 비선형 계수값, 비선형 샘플의 길이, 입력 펌핑광원의 파워, 입력 펌핑광원의 선폭, 펌핑광원과 광도파로와의 정렬손실과 온도 안정화, 광도파로의 모드, 또는 광 도파로의 도파손실 등이 있다. Important variables in the fabrication of nonlinear wavelength tunable lasers are as follows. Nonlinear coefficient value of the crystal, length of nonlinear sample, power of input pumping light source, line width of input pumping light source, alignment loss and temperature stabilization of pumping light source and optical waveguide, mode of optical waveguide, or waveguide loss of optical waveguide .
분극반전된 영역을 갖는 도파로를 패키징하기 위해서는 2개의 온도 안정화 모듈을 각각 레이저 다이오드와 분극반전 도파로에 적용해야 한다. 이 경우 각각의 온도 최적화 설정값에 따라 정렬 위치 틀어짐 현상이 발생하게 되며 이로 인해 광접속 파워가 변하게 된다. To package a waveguide with polarized inverted regions, two temperature stabilization modules must be applied to the laser diode and the polarized inverted waveguide, respectively. In this case, an alignment position shift phenomenon occurs according to each temperature optimization setting value, which causes the optical connection power to change.
대략 1미크론의 위치 변화에 따라 10%의 광접속 파워 변화가 유발될 수 있으며 이로 인해 파장 가변된 광원의 파워 또한 손실이 발생하는 문제점 있다. A change in the optical connection power of 10% may be caused by a position change of about 1 micron, which causes a problem in that power of the wavelength-variable light source is also lost.
파장 가변 광원으로의 파워변환 효율(Conversion Efficiency)은 입력 펌핑 광원의 파워에 비례하는 특성이 있다. 따라서, 10%의 파워 손실은 10%의 변환효율 감소를 유발하게 된다. Conversion efficiency to the tunable light source has a characteristic proportional to the power of the input pumping light source. Thus, a 10% power loss causes a 10% conversion efficiency reduction.
도 1은 종래의 기술에 따른 레이저 다이오드를 이용한 비선형 광 발진기의 구성도이다.1 is a block diagram of a nonlinear optical oscillator using a laser diode according to the prior art.
레이저를 출력하기 위한 레이저 다이오드(11), 출력된 레이저를 집속시켜 강유전체 결정(12)상에 주기적으로 분극(16,17)이 반전된 Ti 확산도파로(13)에 조사 하기 위한 광집속 렌즈(14) 그리고 광 도파로(13)에서 출력된 레이저 광의 초점을 조절하기 위한 광시준화 렌즈(15)로 구성되어 있다.A
종래의 Ti 확산 도파로는 도파로 모드 제어 및 도파손실 최소화 측면에서는 장점을 갖고 있는 반면, 광굴절(Photorefractive)현상에 의한 재료적 문제를 갖고 있다. While conventional Ti diffusion waveguides have advantages in terms of waveguide mode control and waveguide loss minimization, they have material problems due to photorefractive phenomena.
광굴절이란 광도파로를 진행하는 광원의 세기에 의한 굴절률 변화 현상을 의미한다. 일반적으로 Ti 확산 도파로의 경우 1mW의 입력광원에 대해서도 광굴절 현상이 나타난다. Optical refraction refers to a phenomenon in which the refractive index changes due to the intensity of the light source traveling through the optical waveguide. In general, in the case of a Ti diffusion waveguide, a photorefraction phenomenon occurs even for an input light source of 1 mW.
이로 인해 Ti 확산 도파로에 의한 파장 가변 레이저의 경우 1mW 미만의 광원제작만이 가능하다. 그리고 일반적으로 렌즈(14,15)를 이용한 광접속 방법을 적용할 경우 정렬 작업이 어려우며 접속 손실이 크다.As a result, in the case of a tunable laser using a Ti diffusion waveguide, only a light source of less than 1 mW is possible. In general, when the optical connection method using the
또한, 레이저 다이오드에서 출력되는 레이저 광의 경로에 광집속 렌즈, Ti 확산 도파로 및 광시준화 렌즈를 정렬한 후, 외부 환경 변화 및 설정 온도에 따라 민감하게 광파워가 변하는 문제점이 있다.In addition, after aligning the light focusing lens, the Ti diffusion waveguide and the light collimation lens in the path of the laser light output from the laser diode, there is a problem that the optical power is sensitively changed according to the external environment change and the set temperature.
도 2는 종래의 또 다른 기술에 따른 비선형 웨이브 가이드의 구성도이다.2 is a block diagram of a nonlinear wave guide according to another conventional technique.
광도파로(21)는 LiNbO3 비선형 결정 웨이퍼(220)위에 TiO2-doped-Ta2O5 를 증착하여 박막을 형성한 후, 패터닝하여 주기적인 분극 반전(16,17)을 형성한다.The
주기적인 분극 반전 격자의 주기는 생성하고자 하는 2차조화파의 파장에 의해 결정이 된다. The period of the periodic polarization inversion grating is determined by the wavelength of the secondary harmonic wave to be generated.
TiO2-doped-Ta2O5 박막필름의 두께와 폭을 제어하고 도핑량에 따른 굴절률 변화(2.2~2.4)를 제어함으로써, 펌핑광원과 2차조화파 광원의 도파모드를 최적화하도록 구성된다.By controlling the thickness and width of the TiO 2 -doped-Ta 2 O 5 thin film and controlling the refractive index change (2.2 to 2.4) according to the doping amount, it is configured to optimize the waveguide mode of the pumping light source and the second harmonic wave light source.
박막증착을 이용하여 Rib 구조의 분극 반전 영역을 갖는 광 도파로를 형성할 경우, 확산 도파로가 갖는 광의 굴절 효과를 다소 완화시킬 수 있으나, 굴절률 제어를 위해 Ti/(Ti+Ta)의 비를 조절하도록 되어 있어, 이로 인한 광굴절 효과가 발생하는 단점이 있다.When the optical waveguide having the polarization inversion region of the rib structure is formed by using thin film deposition, the refractive effect of the light of the diffusion waveguide can be alleviated somewhat, but the ratio of Ti / (Ti + Ta) is controlled to control the refractive index. As a result, there is a disadvantage in that the light refractive effect occurs.
그리고, 기존의 렌즈를 이용한 광접속 방법을 적용시 온도 조절에 따른 광접속 손실을 유발한다.In addition, when the optical connection method using the existing lens is applied, the optical connection loss occurs due to temperature control.
특히, 앞서 기술한 종래의 기술에 따른 광도파도 및 웨이브 가이드는 외부 환경적인 요인에 의하여 각 구성이 레이저 광경로에 따른 위치 정렬이 어렵다는 단점이 있다. 이로 인하여 입력광원과 광 도파로 와의 손실 최적화와 디바이스 제작시 패키징 구조의 선택 및 소형화를 위한 구조의 개선과 같은 측면이 아직 구체화되지 못함으로써, 실제 제품으로 적용하는데 문제점이 있다.In particular, the optical waveguide and the wave guide according to the conventional technology described above have a disadvantage in that each component is difficult to align according to the laser light path due to external environmental factors. Due to this, aspects such as optimization of the loss between the input light source and the optical waveguide and the improvement of the structure for selecting and miniaturizing the packaging structure during device fabrication have not been realized yet.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 분극반전 기술, 정밀가공 기술, 정밀 패터닝 기술, 광 도파로 기술, 광 도파로 형상에 따른 변환 효율 최적화 기술 및 온도 제어 기술을 접목시킴으로써, 경량, 소형 및 전력소비가 작은 파장 가변 소자를 제작하기 위한 방법을 개시한다.The present invention has been made to solve the above-described problems, by combining the polarization inversion technology, precision processing technology, precision patterning technology, optical waveguide technology, conversion efficiency optimization technology according to the optical waveguide shape and temperature control technology, light weight, small size And a method for fabricating a variable wavelength device with low power consumption.
본 발명의 목적은 외부환경 변화에 관계없이 광 접속 파워를 일정하게 유지하도록 하는 유연한 파이버 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a flexible fiber module and a method of manufacturing the same to maintain a constant optical connection power regardless of external environment changes.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 유연한 파이버 모듈을 이용하여 파장 가변 소자 패키지 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a wavelength tunable device package and a method of manufacturing the same using the flexible fiber module.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 유연한 파이버 모듈은 세라믹 페룰(ferrule)과, 세라믹 페룰이 장착된 웰딩용 서스(SUS) 지그와, 세라믹 페룰에 삽입되어 광 발진모듈로부터 전달받아 광의 파장을 변조하는 분극 반전 도파로 칩 모듈로 전달하되, 광 발진모듈과 분극 반전 도파로 칩 모듈 사이의 광접속파워를 일정하게 하는 파이버를 포함한다.The flexible fiber module according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a ceramic ferrule (ferrule), a welding sus jig (SUS) jig equipped with a ceramic ferrule, inserted into the ceramic ferrule and received from the optical oscillation module And a fiber which is transmitted to the polarization inversion waveguide chip module for modulating the wavelength of the light, and which has constant optical connection power between the optical oscillation module and the polarization inversion waveguide chip module.
본 발명의 다른 면에 따른 유연한 파이버 모듈 제조방법은 세라믹 페 룰(ferrule)이 장착된 웰딩용 서스(SUS) 지그를 고정용 그립퍼와 체결하는 단계와,파이버를 세라믹 페룰에 삽입하는 단계와, 파이버 정렬 단계와, 파이버를 세라믹 페룰에 고정하는 파이버 고정단계와, 분극 반전 도파로 칩과 연결되는 상기 웰딩용 서스 지그 일단에 형성된 파이버를 엔딩 처리하는 단계 및 엔딩 처리된 파이버의 폴리싱 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a flexible fiber module, the method comprising: fastening a welding sus jig equipped with a ceramic ferrule with a fixing gripper; inserting a fiber into the ceramic ferrule; and And an alignment step, a fiber fixing step of fixing the fiber to the ceramic ferrule, a step of ending the fiber formed at one end of the welding jig connected to the polarization inversion waveguide chip, and a polishing step of the finished fiber.
본 발명의 또 다른 면에 따른 파장 가변 소자 패키지는 광원으로부터 광을 출사하는 광 발진모듈과, 광 발진모듈에서 출사된 광을 전달받아 2차 조화파를 생성하는 분극 반전 도파로 칩 모듈 및 광 발진모듈에서 출사되는 광을 분극 반전 도파로 칩 모듈로 집속하는 유연한 파이버 모듈을 포함한다.According to another aspect of the present invention, a wavelength tunable device package includes an optical oscillation module that emits light from a light source, and a polarization inverted waveguide chip module and an optical oscillation module that receive light emitted from an optical oscillation module to generate a second harmonic wave. It includes a flexible fiber module for focusing the light emitted from the polarization inversion waveguide chip module.
본 발명의 또 다른 면에 따른 유연한 파이버 모듈을 이용한 파장 가변 소자 패키지 제조방법은 유연한 파이버 모듈 제작 단계와 유연한 파이버 모듈과 레이저 다이오드 칩을 포함하는 광 발진모듈을 정렬시키는 단계와 유연한 파이버 모듈과 분극 반전 칩 모듈을 정렬시키는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a tunable device package using a flexible fiber module, including manufacturing a flexible fiber module, arranging an optical oscillation module including a flexible fiber module and a laser diode chip, and a flexible fiber module and polarization reversal. Aligning the chip modules.
본 발명에 따르면 광이 통과하는 경로를 수 마이크로 영역에 한정함으로써 파장 가변 변환 효율을 극대화하여 파장가변 소자의 특성을 극대화시킬 수 있다. According to the present invention, the path through which light passes may be limited to several micro ranges, thereby maximizing the wavelength variable conversion efficiency to maximize the characteristics of the wavelength variable element.
또한, 유연한 파이버 모듈을 이용한 패키징 공정을 통해 유연한 파이버 모듈의 손실에 무관한 파이버 곡률 반경 허용 특성을 이용함으로써, 패키징 부품들 간의 공차에 무관하게 레이저 다이오드 칩의 광을 분극 반전 파장 가변 칩의 광 도파로에 집속하고 이를 유지하여 파장 가변 소자의 파워 안정도 특성을 극대화 할 수 있다.In addition, the packaging process using a flexible fiber module utilizes a fiber curvature radius tolerance characteristic that is independent of the loss of the flexible fiber module, thereby allowing the light of the laser diode chip to pass through the optical waveguide of the polarization inversion wavelength variable chip regardless of the tolerances between the packaging components. By focusing on and maintaining this, it is possible to maximize the power stability characteristics of the tunable device.
또한, 정렬 틀어짐이 발생하더라도 손실을 유발하지 않는 유연한 파이버 모듈의 곡률 반경을 사용함으로써 광접속으로 인한 손실을 줄일 수 있다. In addition, it is possible to reduce the loss due to the optical connection by using the radius of curvature of the flexible fiber module that does not cause loss even if misalignment occurs.
또한, 레이저 웰딩만을 이용한 패키징 공정을 이용하여 파장 가변 소자의 제작에 있어서, 생산성 및 신뢰성을 높일 수 있다.In addition, productivity and reliability can be improved in the fabrication of the tunable device using a packaging process using only laser welding.
또한, 본 발명에 따른 유연한 파이버 모듈을 이용한 파장 가변 소자는 특히, Visible Wavelength 영역의 경우, 레이저를 이용한 소형 디스플레이용 광원 제작에 적용이 가능하며, IR 및 UV Wavelength 영역의 경우에는 레이저분광학, 환경모니터링, 개스 및 화학성분 분석 및 공정제어 등의 다양한 목적에 맞는 응용이 가능하다.In addition, the wavelength tunable device using the flexible fiber module according to the present invention is particularly applicable to the fabrication of a light source for a small display using a laser in the visible wavelength region, and laser spectroscopy and environmental monitoring in the IR and UV wavelength region. Application is possible for various purposes such as gas and chemical composition analysis and process control.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various different forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims.
본 발명은 다이오드 레이저 펌핑광원과 펌핑광원 서브 마운트 설계, 유연한 파이버 모듈을 이용한 광접속 기술, 분극 반전 기술, 정밀가공 기술, 정밀 패터닝 기술, 광 도파로 기술, 광 도파로 형상에 따른 변환효율 최적화 기술 및 온도제어 기술을 접목함으로써 소형, 경량 및 저전력 소비의 파장 변환 레이저 디바이스를 제작할 수 있다.The present invention is the diode laser pumping light source and pumping light source submount design, optical connection technology using a flexible fiber module, polarization reversal technology, precision processing technology, precision patterning technology, optical waveguide technology, conversion efficiency optimization technology and temperature according to the optical waveguide shape By incorporating control technology, it is possible to fabricate small, light weight and low power consumption wavelength converting laser devices.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 파이버 모듈을 이용한 파장 가변 소자 패키지의 구조와 제작공정에 대하여 도면과 함께 설명한다. 먼저 도 3 내지 도 5b를 통해 상기 파장 가변 소자 패키지의 구조를 설명하고, 도 7a 내지도 9d를 통해 상기 파장 가변 소자 패키지의 제작공정에 대하여 설명한다.Hereinafter, a structure and a manufacturing process of a wavelength tunable device package using a flexible fiber module according to an embodiment of the present invention will be described with drawings. First, the structure of the wavelength tunable device package will be described with reference to FIGS. 3 to 5B, and the manufacturing process of the wavelength tunable device package will be described with reference to FIGS. 7A to 9D.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 가변 소자 패키지의 개략적인 블록도이다.3 is a schematic block diagram of a wavelength tunable device package according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 가변 소자 패키지는 광 발진모듈(100), 유연한 파이버 모듈(200), 분극 반전 도파로 칩 모듈(300)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the wavelength variable element package according to the exemplary embodiment of the present invention includes an
광 발진모듈(100)은 광원을 포함하고 있으며, 상기 광원으로부터 유연한 파이버 모듈(200)로 광을 출사하며, 상기 출사된 광은 분극 반전 도파로 칩 모듈(300)을 이용하여 2차 조화파를 생성한다. 상기 광원은 레이저 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 레이저 다이오드는 칩 스케일의 다이오드 광원 또는 파장의 선폭 조절 또는 파장의 튜닝 기능을 포함하는 광원을 사용하는 것이 바람직한다. 이하 광원은 레이저 다이오드라 한다.The
광 발진모듈(100)과 분극 반전 칩 모듈(300)을 유연한 파이버 모듈(200)로 광 접속하여 광접속 파워를 외부 환경 변화와 온도 최적화 조건에 상관없이 일정하게 유지할 수 있도록 초소형 파장가변 광원 패키징이 가능하도록 구성된다. 상기 패키징 구성을 도 4a 내지 도 4c를 통해 상세하게 설명한다.The optical
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 가변 소자 패키지의 사시도 이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 파장 가변 소자 패키지의 측면도이고, 도 4c는 도 4a에 도시된 파장 가변 소자 패키지의 평면도이다.4A is a perspective view of a wavelength tunable device package according to an embodiment of the present invention, FIG. 4B is a side view of the tunable device package shown in FIG. 4A, and FIG. 4C is a plan view of the tunable device package shown in FIG. 4A. .
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 가변 소자 패키지의 광 발진 모듈(100)은 레이저 다이오드 온도 조절부(110), 레이저 다이오드 열 발산 블록(120), 레이저 다이오드 마운트 블록(130), 레이저 다이오드 온도 측정센서(140), 레이저 다이오드 칩(150), 레이저 다이오드 파워 모니터링 포토다이오드(180)을 포함한다.4A to 4C, the
레이저 다이오드 온도 조절부(110)는 레이저 다이오드 온도측정센서(140)를 통해 측정된 온도를 조절한다. 레이저 다이오드로부터 출사되는 광이 분극 반전 칩 모듈로 전달될 때 주변 온도의 변화로 인해 광접속이 틀어짐으로 인해 파워 변환 효율이 낮아지는 문제가 있으므로 레이저 다이오드의 온도를 조절할 필요가 있다.The laser
레이저 다이오드 열 발산 블록(120) 또한 레이저 다이오드 온도 조절부(110)와 유사한 기능을 수행하는 것으로서, 레이저 다이오드의 열을 외부로 발산한다.The laser diode
레이저 다이오드 마운트 블록(130)은 레이저 다이오드 칩(150), 레이저 다이오드의 온도를 측정하는 온도 측정 센서(140), 레이저 다이오드의 파워를 모니터링 하는 포토 다이오드(180)를 지지한다.The laser
유연한 파이버 모듈(200)은 광 발진모듈(100)에서 출사된 광을 전달받아 파장이 변조된 광으로 출사한다. 유연한 파이버 모듈(200)에 대해서는 후술하는 도 7a 내지 도 7f에서 상세히 설명한다.The
분극 반전 도파로 칩 모듈(300)은 광 도파로를 포함하는 분극 반전 도파로 칩(310), 분극 반전 도파로 칩을 지지하는 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320), 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록의 상부에 형성되어 분극 반전 도파로 칩의 온도를 측정하는 온도 측정 센서(330), 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320)의 하부에 형성되어 광 도파로의 온도를 조절하는 분극 반전 칩 온도 조절부(350)를 포함한다.The polarization inversion
분극 반전 도파로 칩(310)은 광이 진행하는 광 도파로(314), 광 도파로 지지블록(311), 광의 발산을 막기 위한 클래드 층(312), 광 도파로 표면을 보호하는 광 도파로 표면 보호블록(313)을 포함한다.The polarization
광 도파로(314) 내부에는 λ의 분극주기로 구성되어 있다. 분극 반전 주기에서 결정의 분극 방향이 50%는 + 극성, 50%는 - 극성이 되도록 제작된다. 이러한 주기적인 분극 반전 영역의 광학적 효과로 인해 입력 펌핑 광원이 다른 파장으로 변환되는 현상이 유발된다.The
광 도파로(314)를 이용한 비선형 파장 가변 장치는 복굴절을 이용하거나 본 발명에서와 같이 주기적 분극 반전을 이용하는 방법이 사용된다. 파장 가변 장치의 의사위상정합 주기(Quasi Phase Matching: QPM)는 생성할 목표 파장과 파장가변기에 적용되는 온도 및 입력 펌핑 광원의 파장을 적용하여 결정된다. QPM 주기의 결정은 간략하게 다음의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.The nonlinear wavelength tunable device using the
식 중, n은 굴절률, p는 입력 펌핑광원의 파장, λs는 시그널 광원의 파장, λi는 아이들러 광원의 파장, λg는 분극반전 주기, m은 의사위상정합(QPM) 차수 및 k는 위상차를 나타낸다. Where n is the refractive index, p is the wavelength of the input pumping light source, λs is the wavelength of the signal light source, λi is the wavelength of the idler light source, λg is the polarization reversal period, m is the pseudo-phase matching (QPM) order and k is the phase difference. .
여기서, 2차 조화파는 λs와 λi가 같은 파장을 갖고 있으며 이 파장을 입력 펌핑광원으로 사용하여 새로운 λp를 생성할 수 있다. 이를 이차조화파(Second Harmonic Generation)라 한다. Here, the second harmonic wave has the same wavelength of lambda s and lambda i, and this wavelength can be used as an input pumping light source to generate a new lambda p. This is called a second harmonic generation.
수학식 2에서와 같이 파장을 고정하고 분극 반전 주기를 고정하고 k를 0이 되게 하기 위해서는 굴절률이 조절되어야 함을 알 수 있다. As shown in
이러한 굴절률 조절을 위해서 적용되는 방법은 소자의 온도를 제어하는 것이다. 분극 주기를 정밀하게 설계하여 k가 0이 되게 하는 굴절률 조절 온도가 소자를 사용하기에 가장 적합한 온도를 갖도록 제작함이 바람직하다. 그러나, 이러한 적합 한 온도는 소자의 제작 공차에 따라 달라질 수 있다. The method applied for adjusting the refractive index is to control the temperature of the device. It is desirable that the polarization period be precisely designed so that the refractive index control temperature at which k is zero has the most suitable temperature for use with the device. However, this suitable temperature may vary depending on the fabrication tolerances of the device.
이러한 온도 조절 요구 조건으로 인해 종래의 레이저 다이오드 패키징 방법 중 하나인 싱글렌즈를 이용하는 광접속 방법의 경우, 온도 조절에 따른 광접속 손실을 유발되는 문제가 있다.Due to the temperature control requirement, the optical connection method using a single lens, which is one of the conventional laser diode packaging methods, has a problem of causing optical connection loss due to temperature control.
본 발명에서는 이와 같은 문제를 개선하기 위해 도 4a 에서 도시한 유연한 파이버 모듈을 이용한 광 접속 구조를 갖는 초소형의 파장 가변 소자 패키징 방법을 제안하고 있다.In order to solve such a problem, the present invention proposes an ultra-small wavelength variable element packaging method having an optical connection structure using the flexible fiber module illustrated in FIG. 4A.
분극 반전 도파로 칩(310) 양단의 측면에는 광학 박막층(340,350)이 존재한다. 레이저 다이오드 광원측에 연결되는 광학 박막층은 레이저 다이오드로부터 출사되는 입사파에 대하여 무반사층(340)을 형성하고, 입사파가 광 도파로를 진행한 후 출력되는 쪽의 광학 박막층은 입사파 및 상기 입사파의 2차 조화파에 대해 무반사층(340)을 형성한다.Optical thin film layers 340 and 350 exist on both sides of the polarization
분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320)은 분극 반전 도파로 칩(310)을 지지하며, 광 도파로(314)의 굴절률을 고려하여 유연한 파이버 모듈(200)의 일단이 앵글 폴리싱 되어 있으므로 분극 반전 도파로 칩(310)을 장착하기 위한 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320)은 일정한 각도로 경사를 형성함이 바람직하다.The polarization inversion waveguide
분극 반전 도파로 칩 온도 측정 센서(330)는 상기 마운트 블록(320)에 상부 면에 위치하며, 상기 마운트 블록과 솔더 및 페이스트로 접합된다.The polarization inversion waveguide chip
상기 마운트 블록(320)을 지지하기 위해 상기 마운트 블록(320)의 하부에 형성되는 고정지그(340)가 존재하며, 고정지그(340) 하부 면에는 분극 반전 칩(310) 의 온도를 조절하는 온도 조절부(350)가 부착되어 있다. 상기 고정지그(340)와 온도 조절부(350)는 소정의 접합재로 접합되어 있다.A fixing
한편, 광 발진모듈(100)과 분극 반전 도파로 칩 모듈(300)은 하단의 조립지그(190)를 통해 연결되어 있다. 광 발진모듈(100) 중 레이저 다이오드 온도 조절부(110)와 분극 반전 도파로 칩 모듈(300) 중 분극 반전 도파로 칩 온도 조절부(350)가 조립지그(190)를 통해 연결되어 있다.On the other hand, the
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 가변 소자 패키지의 측면도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 따른 파장 가변 소자 패키지의 평면도이다.FIG. 5A is a side view of a wavelength tunable device package according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a plan view of the wavelength tunable device package shown in FIG. 5A.
도 5a와 도 5b는 광 접속용 유연한 파이버 모듈(200), 다이오드 레이저 칩(150) 및 분극 반전 도파로 칩(310)간의 정렬 위치를 고정하는 패키징에 있어서, 유연한 파이버 모듈 고정용 웰딩 새들을 분극 반전 도파로 칩(310) 양 단에 적용한 실시예를 표현한 것이다.5A and 5B illustrate polarization reversal of a welding fiber for fixing a flexible fiber module in a package for fixing an alignment position between a
도 4a 내지 도 4c를 통해 개시되는 파장 가변 소자 패키지에서는 유연한 파이버 모듈(200)이 광원 방향에 접속되어 있는 일단만이 상기 웰딩 새들을 통해 고정되어 있으나, 도 5a와 도 5b에서는 웰딩 새들과 웰딩 지그를 추가하여 유연한 파이버 모듈(200) 양단을 모두 고정시킨다.In the wavelength variable element package disclosed through FIGS. 4A to 4C, only one end of the
유연한 파이버 모듈(200)의 양단을 고정시키는 경우 패키징 부품의 증가로 인한 재료비의 증가가 유발되나 전체적인 공정을 레이저 웰딩에 의해 접합함으로써, 정렬 및 접합 공정의 생산성 및 신뢰성을 극대화 시킬 수 있는 장점을 갖게된다.Fixing both ends of the
도 6a는 본 발명에 의한 분극 반전 도파로 칩의 주기적 분극 반전의 예시를 나타낸 것이고, 도 6b는 입력 펌핑 광원이 본 발명에 의한 분극 반전 도파로 칩의 내부를 진행함에 따라 생성되는 2차 조화파의 파워 증가를 나타내는 그래프이다.Figure 6a shows an example of the periodic polarization inversion of the polarization inversion waveguide chip according to the present invention, Figure 6b is the power of the second harmonic wave generated as the input pumping light source proceeds inside the polarization inversion waveguide chip according to the present invention. Graph showing increase.
입력 펌핑 광원에서 사출되는 광이 비선형 칩을 통과하면서 변환된 새로운 파장이 생성될 때, 변환효율을 높이는 것이 중요하다.When the light emitted from the input pumping light source passes through the nonlinear chip to generate a new converted wavelength, it is important to increase the conversion efficiency.
비선형 칩을 이용한 2차 조화파를 생성하는 경우, 변환효율(P2 ω/Pω)은 비선형 계수의 제곱, 비선형 칩 길이의 제곱 및 입력 펌핑광원의 파워에 비례하는 특성을 갖고 있으며, 비선형 칩을 지나는 광원 직경의 제곱에 반비례하는 특성을 지니고 있다.When generating a second harmonic wave using a nonlinear chip, the conversion efficiency (P 2 ω / P ω ) has characteristics that are proportional to the square of the nonlinear coefficient, the square of the nonlinear chip length, and the power of the input pumping light source. It is inversely proportional to the square of the diameter of the light source passing through it.
따라서 광 도파로(314)를 이용한 파장 가변 소자를 제작하는 경우, 광원이 지나는 통로를 수 마이크로(㎛)로 조절함으로써 파장 가변 변환효율(P2 ω/Pω)을 극대화 할 수 있다. 이와 같은 구성을 통해 소형이면서도 저가격의 2차 조화파 광원 레이저를 제작할 수 있다.Therefore, when the wavelength variable element using the
도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 주기적 분극 반전 폭을 결정하는 Lc가 λ/2의 홀수배이면 2차 조화파가 생성되고, 짝수배이면 2차 조화파가 생성되지 않는다. 또한, Lc가 λ/2(즉, m=1)일 때 변환효율이 최대가 됨을 알 수 있다.6A to 6B, when Lc determining the periodic polarization inversion width is an odd multiple of lambda / 2, a second harmonic is generated, and an even multiple is not generated. In addition, it can be seen that the conversion efficiency is maximum when Lc is λ / 2 (that is, m = 1).
Perfect PM(Phase Matching)곡선은 QPM이 아닌 복굴절의 광축을 이용하는 방법에서 적용되는 경우이나, 이 경우에는 비선형 계수인 d33값이 QPM에서 적용되는 방법에 비해 현저히 낮은 값을 갖는다. 따라서, 도 6b에 도시된 그래프에서 비선형 변환 효율은 높아 보이지만 실제 적용에 있어서는 QPM 방법보다 그 변환효율이 작다.The Perfect PM (Phase Matching) curve is applied in a method using a birefringent optical axis rather than a QPM, but in this case, the nonlinear coefficient d33 has a significantly lower value than the method applied in QPM. Therefore, although the nonlinear conversion efficiency appears high in the graph shown in FIG. 6B, the conversion efficiency is smaller than that of the QPM method in actual application.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 파이버 모듈의 제작공정을 나타내는 도면이다.7A to 7F are views illustrating a manufacturing process of a flexible fiber module according to an embodiment of the present invention.
도 7a 내지 도 7f를 참조하면, 본 발명에 따른 비선형 칩을 적용한 초소형 파장가변 소자 패키징 구조는 다양한 강유전체 기판(예컨대, Z-Cut MgO:LiNbO3)을 적용하여 제작되는 분극 반전 도파로 칩에 적용될 수 있다. 입력 펌핑 광원으로는 다이오드 레이저를 적용하고 광 도파로는 Ridge 구조를 적용할 수 있다.7A to 7F, the ultra-small wavelength variable device packaging structure using the nonlinear chip according to the present invention may be applied to a polarization inverted waveguide chip manufactured by applying various ferroelectric substrates (eg, Z-Cut MgO: LiNbO 3 ). have. A diode laser may be used as the input pumping light source, and a ridge structure may be used as the optical waveguide.
유연한 파이버 모듈제작 부품은 도 7에서와 같이 파이버를 삽입하고 고정하기 위한 세라믹 페룰(110), 세라믹 페룰(110)이 장착된 웰딩용 SUS 지그(120), 고정용 그립퍼(140), 파이버(130)로 구성되어 있다.The flexible fiber module manufacturing component is a
먼저, 세라믹 페룰(110)이 장착된 웰딩용 SUS 지그(120)를 고정용 그립퍼(140)와 체결한다(도 7a).First, the
그 후, 파이버(130)를 세라믹 페룰(110)에 삽입한다(도 7b). 이 때, 레이저 다이오드(150)와 정렬하는 파이버(130)의 끝단이 손상되지 않도록 주의를 요한다.Thereafter, the
레이저 다이오드(150)와 정렬하는 파이버(130) 반대쪽 파이버를 잡고 도 7c에서와 같이 회전 정렬을 수행하여 파이버(130) 정렬을 수행한다(도 7c). Wedge형 파이버의 경우는 회전 정렬이 필수적이며 반면, Spherical형 파이버의 경우는 반경방향 대칭형이므로 회전 정렬이 필요없다. 회전 정렬과 동시에 끝단 돌출량을 비전 으로 확인함으로써 정확한 파이버 위치를 세팅한다.The
파이버(130)를 고정시키기 위해 에폭시를 주입하고 파이버(130)의 위치가 고정된 상태로 에폭시 경화공정(일반적으로 열경화)을 수행하여 파이버를 고정시킨다(도 7d).Epoxy is injected to fix the
에폭시 경화 공정이 완료된 파이버의 끝단을 도 7e와 같이 마무리 처리하고, 그립퍼(140)가 고정되어 있는 상태로 파이버 폴리싱 지그에 장착하여 도 7f에서와 같이 8도 앵글 폴리싱 작업을 수행한다. 8도 앵글 폴리싱 작업은 반사된 광이 레이저 다이오드(150)로 역 입사하여 레이저 다이오드가 파손 또는 불안정화되는 현상을 막기 위함이다.The end of the epoxy curing process is finished fiber as shown in Figure 7e, the
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 의한 분극 반전 도파로 칩 모듈의 제작공정을 나타내는 도면이다.8A to 8C are views illustrating a manufacturing process of the polarization inversion waveguide chip module according to the present invention.
본 발명에 따른 분극 반전 칩 모듈(300)은 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320), 분극 반전 도파로 칩(310), 분극 반극 온도 측정 센서(330), 광이 진행하는 도파로(314), 광 도파로를 지지 기판(311), 광의 발산을 막기 위한 클래드 층(312), 광 도파로 표면 보호 기판(313) 및 광 학박막층(340,350)을 포함한다.The polarization
온도 측정 센서(330)은 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320)과 솔더 및 페이스트 접합함이 바람직하다. The
분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320)의 재료는 W-Cu가 바람직하나 열전도체(Thermal Conductor)로 Silicone, AlN 또는 SiC와 같은 다양한 재료가 적용될 수 있다. The material of the polarization inverting waveguide
광학 박막층(340,350)은 파장 가변 중심파장에 따라 다양하게 적용되어야 한다. 예컨대, 2차 조화파 생성의 경우 1064nm 펌핑광원을 사용하여 532nm 2차 조화파 생성할 때, 광학 박막층은 1064nm에 대하여 무반사 박막층(340)을 형성하고 광학 박막층(350)는 1064와 532nm 두 파장에 대하여 무반사 박막층을 형성함이 바람직하다.The optical thin film layers 340 and 350 should be variously applied according to the wavelength variable center wavelength. For example, in the case of generating the second harmonic wave, when the 532 nm second harmonic wave is generated using a 1064 nm pumped light source, the optical thin film layer forms the antireflective
분극 반전 도파로 칩(310)의 제작공정은 다음과 같다.The manufacturing process of the polarization
먼저, 강유전체 기판 상부에 시드층(Seed layer)과 감광막을 순차적으로 형성한다. 그 후, 사진 식각공정으로 감광막 패턴을 형성한다. 감광막 패턴 사이 공간에 Ni막을 형성하고, 감광막 패턴을 제거한다. 강유전체 기판 상부에는 기판 식각을 위한 마스크 역할을 수행할 Ni 박막만 남는다.First, a seed layer and a photoresist layer are sequentially formed on the ferroelectric substrate. Thereafter, a photoresist pattern is formed by a photolithography process. A Ni film is formed in the space between the photosensitive film patterns, and the photosensitive film pattern is removed. Only the Ni thin film remaining on the ferroelectric substrate to serve as a mask for etching the substrate is left.
금속 마스크가 제작된 강유전체 기판을 건식 또는 습식 식각 방법을 통해 약 1-10 ㎛의 깊이로 식각한다. 강유전체의 식각되지 않은 면 위에 금속전극을 형성한 후 전극에 외부 전계를 인가하여 주기적 분극 반전을 수행한다.The ferroelectric substrate on which the metal mask is manufactured is etched to a depth of about 1-10 μm by a dry or wet etching method. After forming a metal electrode on the non-etched surface of the ferroelectric, a periodic polarization inversion is performed by applying an external electric field to the electrode.
다른 방법으로는 기판의 식각 면 위에 감광제와 같은 유기물을 패터닝 한 후 LiCl과 같은 전도성 용액을 이용하여 외부전계를 인가하고 분극 반전시킬 수 있다. Alternatively, the organic material such as a photoresist may be patterned on the etching surface of the substrate, and then an external electric field may be applied and polarized inverted using a conductive solution such as LiCl.
광 도파로(314)가 기판의 표면에 형성되므로 표면에 식각된 요철이 있으면, 광 도파로(314)가 손상을 입게되어 소자로서 이용이 불가능하다. 따라서, 기판의 요철 부위를 제거해 주어야 한다. Since the
좀 더 상세하게 설명하면, 준비된 기판을 세라믹으로 이루어진 원형지그 면 위에 기판을 열 왁스를 이용하여 부착한다. 이때 부착된 기판과 상기 세라믹 원형 지그는 균일한 연마를 위해 1 ~ 3㎛ 미만의 평탄도를 가지고 있어야 하며, 래핑 머신과 화학적 기계연마기를 이용하여 부착된 기판을 연마한다. In more detail, the substrate is attached onto the circular jig surface made of ceramic using thermal wax. At this time, the attached substrate and the ceramic circular jig should have a flatness of less than 1 ~ 3㎛ for uniform polishing, polishing the attached substrate using a lapping machine and a chemical mechanical polishing machine.
준비된 기판에 세척 공정을 함으로써 완성된 주기적 분극 반전 기판을 얻을 수 있다.The completed periodic polarization inversion substrate can be obtained by performing a washing process on the prepared substrate.
z-축 강유전체 결정에서의 Ridge 형태의 광 도파로 제작공정은 다음과 같다. Ridge-type optical waveguide fabrication process in the z-axis ferroelectric crystal is as follows.
전술한 연마가 완료된 기판을 이용하여 건식 식각 공정으로 도파관이 형성된 z-축 기판을 제작한다. A z-axis substrate on which a waveguide is formed by a dry etching process is manufactured using the substrate having the above-described polishing.
식각공정에 필요한 마스크의 소재로는 Ni, Ti, Cr, 감광제 등을 사용할 수 있다. Ni, Ti, Cr, photosensitizer, etc. may be used as a material of the mask required for the etching process.
주기적 분극 반전 강유전체 기판 위에 식각을 위한 마스크가 제작되면 약 3 ~ 15 마이크로의 깊이로 식각 공정을 수행한다. 식각된 강유전체는 측면 각도가 약 65°~ 85°정도이며, 밑면이 넓고 윗면이 좁은 사다리꼴 형상의 광 도파로가 형성이 된다.When a mask for etching is formed on a periodic polarization inversion ferroelectric substrate, the etching process is performed to a depth of about 3 to 15 micro. The etched ferroelectric has an angle of about 65 ° to 85 ° and a trapezoidal optical waveguide having a wide bottom and a narrow top is formed.
이렇게 제작된 도파로가 형성된 기판과 더미 기판을 강유전체 기판과 동일한 소재이거나 굴절률이 낮은 glass계 기판을 사용하여 접합할 수 있다. 더미 기판위에 스핀 코팅 등을 이용하여 UV 또는 열처리에 의하여 경화되는 경화성 에폭시 또는 왁스를 도포하거나 직접 direct bonding을 수행한다. The waveguide and the dummy substrate thus formed may be bonded using the same material as the ferroelectric substrate or a glass-based substrate having a low refractive index. On the dummy substrate, a curable epoxy or wax that is cured by UV or heat treatment is applied using spin coating or direct bonding.
더미 기판상에 에폭시 또는 왁스가 도포 되면 강유전체 기판상에 식각된 면을 더미 기판에 접합시킨 후 자외선이나 열을 이용하여 두 기판의 접합 면을 경화시킨다. When epoxy or wax is applied on the dummy substrate, the surface etched on the ferroelectric substrate is bonded to the dummy substrate, and then the bonding surfaces of the two substrates are cured using ultraviolet rays or heat.
direct bonding을 수행할 경우는 기판을 붙인 후 열처리하여 결합력을 증대시킨다. 이때 두 기판 사이의 간격이 균일해야 하며, 기판 사이에 이물질이나 공공(vacancy)과 같은 결함은 사전에 제거함이 바람직하다.In the case of direct bonding, the bonding strength is increased after attaching the substrate. In this case, the distance between the two substrates should be uniform, and defects such as foreign matter or vacancy between the substrates should be removed in advance.
도 9a 내지 도 9d는 도 5에 도시된 유연한 파이버 모듈을 이용한 파장 가변 소자 패키지 결합(Assembly)공정을 나타내는 도면.9A to 9D are views illustrating a wavelength tunable device package assembly process using the flexible fiber module illustrated in FIG. 5.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 파장 가변 소자 패키지를 제작하기 위해서는 레이저 다이오드 모듈(광 발진모듈)(100)준비단계, 유연한 파이버 모듈(200)과 레이저 다이오드 모듈(100) 정렬단계, 유연한 파이버 모듈(200)과 분극 반전 칩 모듈(300) 정렬단계, 최종 외부 하우징 조립단계를 포함한다.In order to manufacture the wavelength tunable device package according to an embodiment of the present invention, a laser diode module (optical oscillation module) 100 is prepared, a
1) 레이저 다이오드 모듈 준비단계1) Laser Diode Module Preparation Step
레이저 다이오드 모듈(100) 준비단계에 있어서, 레이저 다이오드 모듈(100)은 레이저 다이오드의 온도 조절부(110), 열 발산 블록(120), 마운트 블록(130), 온도 측정 센서(140), 레이저 다이오드 칩(150), 파워 모니터링 포토다이오드(180),분극 반전 칩 온도 조절부(350), 조립지그(190) 및 유연한 파이버 모듈을 고정하는 웰딩새들(210)을 포함한다.In the preparation step of the
입력 펌핑 광원인 다이오드 레이저 칩(150)은 다이오드 광원이 가장 바람지가며 추가적으로 파장의 선폭 조절기능 또는 파장의 튜닝 기능이 포함된 다이오드 광원이 적용될 수 있다.The
레이저 다이오드 마운트 블록(130)은 Silicon, AlN, W-Cu 또는 SiC와 같은 다양한 재료가 적용될 수 있다. The laser
먼저, 레이저 다이오드 열 발산 블록(120)과 레이저 다이오드 마운트 블록(130)을 솔더 접합한다. First, the laser diode
솔더 접합을 위해서는 Au 메탈 도금 또는 박막 증착 층이 필요하며 이는 접합공정에 앞서 완료한다.Solder bonding requires an Au metal plating or thin film deposition layer, which is completed prior to the bonding process.
솔더 접합시 다이 본더 장비를 사용하여 정밀 위치 제어를 통해 접합한다.When soldering, the die bonder is used for precise position control.
AuSn 솔더 등을 서브마운트에 증착하고 원하는 형상을 갖도록 패터닝 한 후 접합하고자 하는 블럭을 솔더 범프 패턴과 정렬한 후 초음파, 레이저 또는 금속 저항 판히터 등과 같은 다양한 열원을 사용하여 가압력을 제어하며 접합한다. After AuSn solder is deposited on the submount and patterned to have a desired shape, the blocks to be bonded are aligned with the solder bump patterns, and then a pressing force is controlled and bonded using various heat sources such as an ultrasonic wave, a laser, or a metal resistance plate heater.
동일한 방법으로 다이 본더 장비를 사용하여 정밀한 위치 제어를 통해 온도 측정 센서(140), 다이오드 레이저 칩(150), 레이저 다이오드 온도 조절부(110), 분극 반전 도파로 칩 온도 조절부(350) 및 조립 지그(190)를 솔더 접합하여 레이저 다이오드 모듈 준비한다. In the same way, the
솔더 종류 중에서 Au-Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu, Sn-Bi 등 다양한 솔더를 선택적으로 적용할 수 있다. 솔더.종류에 따라 용융 온도가 다르므로 다단계 접합 공정 순서에 맞게 적절한 온도를 갖는 솔더를 선택할 수 있다. Among the solder types, various solders such as Au-Sn, Sn-Ag, Sn-Ag-Cu, and Sn-Bi can be selectively applied. Solder temperature varies by solder type, allowing you to select a solder with the appropriate temperature for the multistage joining sequence.
또한, 저온 접합 공정이 필요한 레이저 다이오드 온도 조절부(110)와 분극 반전 도파로 칩 온도 조절부(350)의 경우는 실버 페이스트와 같은 접합재를 적용한 접합함이 바람직하다.In addition, in the case of the laser diode
2) 유연한 파이버 모듈과 레이저 다이오드 모듈 정렬단계2) Flexible Fiber Module and Laser Diode Module Alignment Step
광접속용 유연한 파이버 모듈(200)을 정렬하기 위한 장비의 지그에 장착, 고정하고 정밀 제어 스테이지 또는 자동화 정렬 장비를 사용하여 유연한 파이버 모듈(200)과 레이저 다이오드 칩(150)과의 광접속 손실이 최소가 되도록 정렬한다.Loss of optical connection between the
정렬이 완료가 되면 유연한 파이버 모듈 고정용 웰딩 새들(210)을 도 4b에 도시된 바와 같이 장착하고 레이저 웰더를 사용하여 레이저 다이오드 열 발산 블록(120)과 유연한 파이버 모듈(200)이 상기 웰딩새들(210)에 의해 고정이 되도록 레이저를 조사하여 접합한다. When the alignment is completed, mounting the flexible fiber module fixing
3) 파이버와 분극 반전 도파로 칩 정렬 단계3) Fiber and polarization reverse waveguide chip alignment step
분극 반전 도파로 칩 모듈(300)과 유연한 파이버 모듈(200)과의 광접속 공정은 광접속용의 유연한 파이버 모듈(200), 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320), 분극 반전 도파로 칩(310), 온도 측정 센서(330), 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록 고정 지그(340), 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록 고정 지그(340)와 분극 반전 도파로 칩 온도 조절부(350)와의 접합재(360) 및 광학박막층(210)을 결합하는 단계이다.The optical connection process between the polarization inversion
레이저 다이오드 칩(150)에서 출사된 광은 일정한 편광 방향(TE모드)을 갖고 있으며 분극 반전 도파로 칩(310)의 광 도파로(314) 내부의 분극 반전 방향을 레이저 다이오드 칩의 편광 방향과 일치시킨다. The light emitted from the
도 8c에 도시된 바와 같이 분극 반전 방향을 레이저 다이오드 칩에서 나오는 광의 편광 방향과 일치하도록 분극 반전 칩을 마운트에 장착한다.As shown in FIG. 8C, the polarization inversion chip is mounted on the mount so that the polarization inversion direction matches the polarization direction of the light emitted from the laser diode chip.
Z-Cut의 LiNbO3 비선형 결정을 사용하여 분극 반전 도파로 칩(310)을 제작할 경우, 비선형 광 결정은 웨이퍼 절단축에 따라 X, Y, Z-cut 또는 임의의 축이 될 수 있다. When the polarization
이에 따라 주기적인 분극 방향을 형성하는 축이 도 8c에 도시된 광 도파로(310)의 방향과 달리 적용될 수 있으며, 이 경우 분극 반전 도파로 칩(310)의 마운트 방향이 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 마운트 방향의 다양성을 배제하지 않는다.Accordingly, the axis forming the periodic polarization direction may be applied differently from the direction of the
분극 반전 도파로 칩 모듈(300)을 정렬하기 위해서는 분극 반전 칩 모듈(300)을 구성하는 분극 반전 도파로 칩(310), 마운트 블록(320), 온도 측정 센서(330), 고정지그(340)의 위치를 세팅 해야한다.In order to align the polarization inversion
분극 반전 도파로 칩(310), 마운트 블록(320), 온도 측정 센서(330)는 정렬을 위한 장비의 지그에 장착 고정된 상태로 이송된다. The polarization
파이버(314)는 고정된 상태로 분극 반전 도파로 칩 모듈(300)에 장착된 정밀 제어 스테이지(미도시)를 이용하여 광 정렬되고, 광접속 손실이 최소가 되도록 정렬된다. The
이때, 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록(320), 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록 고정 지그(340) 및 분극 반전 도파로 칩 온도 조절부(350) 사이의 간극에 실 버 페이스트와 같은 접합재를 미리 도포하여 파이버(314)와 분극 반전 도파로 칩(310)의 정렬 및 정렬위치 고정 후 전체 부품이 상온 또는 핫 플레이트 상에서 접합 고정될 수 있도록 한다.At this time, a bonding material such as a silver paste is previously applied to a gap between the polarization inversion waveguide
정밀 제어 스테이지(미도시)를 이용한 광 정렬이 완료되면 파이버(314)와 분극 반전 도파로 칩(310)의 간극에 UV에폭시를 도포하고 UV를 조사함으로써 두 부품의 정렬 위치를 에폭시 고정화시킨다. When the optical alignment using the precision control stage (not shown) is completed, the alignment position of the two components is epoxy fixed by applying UV epoxy to the gap between the
정렬 위치 고정이 완료되면 조립품을 정렬 장비에서 탈착하고 전술한 바와 같이 미리 도포한 실버 페이스트의 경화공정을 수행하여 모든 패키징 공정을 완료한다.When the alignment position fixing is completed, the assembly is detached from the alignment equipment, and as described above, the curing process of the pre-coated silver paste is completed to complete all the packaging processes.
4) 최종 외부 하우징 조립 공정 4) Final outer housing assembly process
전술한 완료된 조립 부품은 최종 외부 하우징에 장착하여 와이어 본딩 및 솔더링 등의 전기배선 작업을 완료하고, 기밀화 작업을 수행한 후 최종 제품의 특성 평가를 수행한다. The completed assembly described above is mounted on the final outer housing to complete electrical wiring such as wire bonding and soldering, and to perform airtightening to evaluate the final product characteristics.
조립지그(190)와 외부 하우징은 저온 솔더 접합 또는 실버 페이스트 접합이 바람직하다. The
일반적으로 외부 하우징 바닥은 W-Cu, 그 외벽은 Kovar로 구성되고 전기배선을 위한 금속핀과 외부하우징과의 기밀성은 글래스 실링을 적용함이 바람직하다.In general, the outer housing bottom is composed of W-Cu, the outer wall is made of Kovar, and the airtightness between the metal pin and the outer housing for electrical wiring is preferably glass sealing.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 의한 분극 반전 칩 모듈을 레이저 다이오드 모듈과 광정렬 하기 위한 공정을 나타내는 도면이다.10A to 10C are diagrams illustrating a process for photoaligning a polarization inversion chip module according to the present invention with a laser diode module.
도 10a에 도시된 바와 같이 패키징에 사용되는 부품의 제작 공차에 따라 2가지 경우가 발생할 수 있다. As shown in FIG. 10A, two cases may occur depending on manufacturing tolerances of a component used for packaging.
분극 반전 도파로 칩 모듈(300)을 이동하여 광정렬 한 후 접합을 위해서는 Case 2가 바람직하다.
이러한 공정을 원활히 수행하기 위해서는 F의 Dimension에 (-) 공차를 적용하여 항상 Case 2의 경우가 발생하도록 하여야 한다. In order to perform this process smoothly, the case of
이는 본 발명에 따른 유연한 파이버 모듈(200)을 갖는 파이버(314) 블록을 이용한 패키징 공정을 적용함으로써 가능하다. This is possible by applying a packaging process using a
유연한 파이버 모듈(200)의 손실에 무관한 파이버 Bending 허용 특성을 사용함으로써, 패키징 부품들 간의 공차에 무관하게 레이저 다이오드 칩(150)의 광을 분극 반전 도파로 칩(300)의 광 도파로(314)에 집속하고 광 접속 파워를 유지하는 패키징 기술이 가능한 장점이 있다..By using the fiber bending allowance characteristic independent of the loss of the
정렬 후에 접합 된 레이저 다이오드 모듈(100)과 분극 반전 도파로 칩 모듈(300)은 각각의 온도 조절부(110,350)에 의해 일정한 온도로 유지되어야 한다.After the alignment, the bonded
최적 유지 온도는 레이저 다이오드의 파장 특성과 분극 반전 도파로 칩(310)의 제작 특성에 따라 달리 설정된다. The optimum holding temperature is set differently according to the wavelength characteristics of the laser diode and the fabrication characteristics of the polarization
온도 조절 특성은 외부 환경의 변화에 따라 달라지며, 온도 설정에 따라 레이저 다이오드 모듈(100)과 분극 반전 도파로 칩 모듈(300)의 최종 정렬 접합 높이G와 H가 변한다. The temperature control characteristic varies according to the change of the external environment, and the final alignment junction heights G and H of the
광 정렬에 의해 고정된 G와 H가 새로운 온도 설정으로 인해 변경되는 경우, 광접속으로 인한 손실이 추가적으로 발생한다. If G and H fixed by the optical alignment are changed due to the new temperature setting, losses due to the optical connection additionally occur.
도 11는 온도변화에 따른 광 정렬 틀어짐으로 인한 이론적인 광접속 손실변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 11 is a graph showing a theoretical optical connection loss change due to misalignment of light due to temperature change.
본 발명에서는 이러한 정렬 틀어짐이 발생하는 경우, 유연한 파이버 모듈(200)의 곡률 반경을 사용함으로써 손실을 최소화 할 수 있다.In the present invention, when such misalignment occurs, the loss can be minimized by using the radius of curvature of the
도 10c 에서와 같이 정렬 접합된 상태에서의 파이버 블록이 곧은 직선이더라도, 높이 G와 H에 따라 Case3 또는 Case4의 경우가 발생할 수 있다. Although the fiber blocks in the aligned state as shown in FIG. 10C are straight lines, the case of Case3 or Case4 may occur depending on the heights G and H.
일반적으로 렌즈를 사용하는 광학계에서는 이러한 위치차이가 sub-micron만 되더라도 레이저 다이오드 광원에서 분극 반전 도파로 칩(310)으로 접속되는 광량이 줄어드는 손실이 발생된다. 이는 소자의 최종 특성에 큰 단점이 된다.In general, in an optical system using a lens, even if the position difference is only sub-micron, a loss in which the amount of light connected to the polarization
본 발명은 레이저 다이오드 모듈(100)과 분극 반전 도파로 칩 모듈(300)에서 각각의 온도 최적화 조건 설정에 따른 광손실 변화의 단점을 제거함으로써 광특성이 안정화된 파장 가변 소자를 제작할 수 있는 있다.The present invention can manufacture a wavelength tunable device having stabilized optical characteristics by eliminating the shortcomings of the optical loss change according to the respective temperature optimization condition settings in the
도 12는 전술한 공정을 이용하여 제작된 파장 가변 소자의 특성을 평가하기 위한 시스템 구성도이다.12 is a system configuration diagram for evaluating the characteristics of the tunable device fabricated using the above-described process.
광원제어부(410)는 전류, 온도, 출사광의 파워 및 변조의 특성을 제어하고 그 특성을 평가하며 QPM 제어부(420)는 전압 및 온도를 제어하고 그 특성을 평가한다. The
최종적으로 비선형 칩에서 출사되는 광을 측정하여 모니터링 하고 이 결과를 다시 광원 제어부(410)와 비선형 QPM 칩 제어부(420)에 피드백하여 실시간 제어를 통해 최종적으로 파장 가변 소자의 특성을 평가한다.Finally, the light emitted from the nonlinear chip is measured and monitored, and the result is fed back to the
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어 지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims, which will be described later rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalent concept are included in the scope of the present invention. Should be interpreted.
도 1은 종래기술에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing a wavelength conversion device according to the prior art.
도 2는 종래기술에 의한 파장 변환 장치를 타나내는 사시도.Figure 2 is a perspective view showing a wavelength conversion device according to the prior art.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 가변 소자 패키지의 개략적인 블록도.3 is a schematic block diagram of a wavelength tunable device package according to an embodiment of the present invention;
도 4a은 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 가변 소자 패키지의 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 파장 가변 소자 패키지의 측면도이고, 도 4c는 도 4a에 도시된 파장 가변 소자 패키지의 평면도.4A is a perspective view of a wavelength tunable device package according to an embodiment of the present invention, FIG. 4B is a side view of the tunable device package shown in FIG. 4A, and FIG. 4C is a plan view of the tunable device package shown in FIG. 4A.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 가변 소자 패키지의 측면도이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 따른 파장 가변 소자 패키지의 평면도.FIG. 5A is a side view of a wavelength tunable device package according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a plan view of the wavelength tunable device package shown in FIG. 5A.
도 6a는 본 발명에 의한 분극 반전 도파로 칩의 주기적 분극 반전의 예시를 나타낸 것이고, 도 6b는 입력 펌핑 광원이 본 발명에 의한 분극 반전 도파로 칩의 내부를 진행함에 따라 생성되는 2차 조화파의 파워 증가를 나타내는 그래프.Figure 6a shows an example of the periodic polarization inversion of the polarization inversion waveguide chip according to the present invention, Figure 6b is the power of the second harmonic wave generated as the input pumping light source proceeds inside the polarization inversion waveguide chip according to the present invention. Graph indicating increase.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연한 파이버 모듈의 제작공정을 나타내는 도면.7A to 7F are views illustrating a manufacturing process of a flexible fiber module according to an embodiment of the present invention.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 의한 분극 반전 도파로 칩 모듈의 제작공정을 나타내는 도면이고, 도 8c는 본 발명에 의한 분극 반전 도파로 칩의 상면도 및 측면도.8A to 8B are views showing a manufacturing process of the polarization inversion waveguide chip module according to the present invention, and FIG. 8C is a top view and a side view of the polarization inversion waveguide chip according to the present invention.
도 9a 내지 도 9d는 도 5에 도시된 유연한 파이버 모듈을 이용한 파장 가변 소자 패키지 결합(Assembly)공정 공정을 나타내는 도면.9A to 9D are views illustrating a wavelength tunable device package assembly process using the flexible fiber module illustrated in FIG. 5.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 의한 분극 반전 칩 모듈을 레이저 다이오드 모듈과 광정렬 하기 위한 공정을 나타내는 도면.10A to 10C are views showing a process for photoaligning a polarization inversion chip module according to the present invention with a laser diode module.
도 11는 온도변화에 따른 광 정렬 틀어짐으로 인한 이론적인 광 접속 손실변화를 나타내는 그래프.11 is a graph showing the theoretical optical connection loss change due to optical alignment misalignment with temperature change.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 다른 유연한 파이버 모듈을 이용한 파장 가변 소자의 특성을 평가하기 위한 시스템 블럭도.12 is a system block diagram for evaluating characteristics of a tunable element using a flexible fiber module according to an embodiment of the present invention.
《도면의 주요부분에 대한 부호의 설명》`` Explanation of symbols for main parts of drawings ''
100: 광 발진 모듈 110: 레이저 다이오드 온도 조절부100: optical oscillation module 110: laser diode temperature control unit
120: 레이저 다이오드 열 발산 블록 130: 레이저 다이오드 마운트 블록120: laser diode heat dissipation block 130: laser diode mount block
140: 레이저 다이오드 온도 측정 센서 150: 다이오드 레이저 칩140: laser diode temperature measurement sensor 150: diode laser chip
180: 다이오드 레이저 파워 모니터링 포토 다이오드180: diode laser power monitoring photodiode
200: 유연한 파이버 모듈200: flexible fiber module
210: 유연한 파이버 모듈 고정용 웰딩새들210: welding saddle for flexible fiber module fixing
300: 분극 반전 도파로 칩 모듈 310: 분극 반전 도파로 칩300: polarized reverse waveguide chip module 310: polarized reverse waveguide chip
311: 광 도파로 지지블록 312: 클래드 층311: optical waveguide support block 312: cladding layer
313: 광 도파로 표면보호 블록 314: 광 도파로313: optical waveguide surface protection block 314: optical waveguide
320: 분극 반전 도파로 칩 마운트 블록320: polarized reverse waveguide chip mount block
320: 분극 반전 도파로 칩 온도 측정 센서320: polarized reverse waveguide chip temperature measurement sensor
340: 분극 반전 도파로 칩 고정지그340: polarization reverse waveguide chip fixing jig
350:분극 반전 도파로 칩 온도 조절부350: polarized reverse waveguide chip temperature control unit
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