KR101144275B1 - 도파로 구조체 및 파장 변환 패키지 - Google Patents

도파로 구조체 및 파장 변환 패키지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도파로 구조체 및 파장 변환 패키지에 관한 것으로, 본 발명의 일면에 따른 도파로 구조체는 주기적으로 분극 반전된 비선형 물질로 형성되어, 진행하는 광의 파장을 변환하는 도파로 및 도파로의 외주면 중 적어도 일부를 감싸고, 광의 진행 방향을 따라 형성된 가이드부를 포함한다.

Description

도파로 구조체 및 파장 변환 패키지 {WAVEGUIDE STRUCTURE AND WAVELENGTH CONVERSION PACKAGE}
본 발명은 도파로 구조체 및 파장 변환 패키지에 관한 것으로서, 구체적으로, 광의 파장을 변환하는 도파로 구조체에 관한 것이다.
파장변환 방식은 크게 DPSS(Diode-pumped solid-state laser)방식과 분극반전을 이용한 파장변환 칩을 사용하는 것으로 구분할 수 있다.
종래의 DPSS 방식은 분극반전을 이용한 파장변환칩에 비해서 변환효율이 낮으며, 변조속도가 매우 느리다는 단점이 있다.
분극반전 기술을 이용한 파장변환 칩은 크게 고출력용의 벌크 타입과 상대적으로 저출력에서 위상정합효율을 향상시킨 도파로 타입으로 구분이 된다. 벌크 타입의 경우 펌프 광원의 입력부분의 면적이 넓어서 고출력에 적합하나, 워크오프(walk-off, 제거) 현상으로 파장변환 칩의 길이가 제한된다는 단점을 가지고 있다. 도파로 타입의 경우 펌프 광원의 입력부분의 면적이 작아서 고출력에 적합하지 않지만 위상정합효율이 벌크 타입에 비해서 좋다는 장점이 있다.
종래의 파장변환용 도파로 칩은 릿지 형태, 확산형 또는 이온 교환 방식 등의 제조방법이 있다. 확산형 및 이온 교환 방식 등의 도파로는 도파로 구조체의 균일성을 제어하기가 어렵다. 도파로 타입의 파장변환 칩은 벌크 타입과는 달리 구조의 균일성에 의해서 위상정합효율이 떨어지는 단점이 있다. 현재는 릿지 타입의 도파로 구조체를 많이 사용하고 있으나, 릿지 구조 제작을 위해서 필요한 공정 단계가 복잡하며 식각 깊이가 깊을수록 제작하기 어렵고, 릿지 구조 역시 도파로를 균일하게 제작하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 벌크 타입의 장점과 도파로 타입의 장점을 취합하여, 기존의 도파로 타입의 파장변환 소자들의 단점을 개선하고, 벌크 타입의 파장변환 소자의 장점을 가지는 도파로 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 목적은 벌크 타입의 장점과 도파로 타입의 장점을 취합한 파장 변환 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 도파로 구조체는 주기적으로 분극 반전된 비선형 물질로 형성되어, 진행하는 광의 파장을 변환하는 도파로 및 도파로의 외주면 중 적어도 일부를 감싸고, 광의 진행 방향을 따라 형성된 가이드부를 포함한다.
본 발명의 다른 면에 따른 도파로 구조체는 주기적으로 분극 반전된 비선형 물질로 형성되어, 진행하는 광의 파장을 변환하는 도파로와 도파로의 외주면 중 적어도 일부를 감싸고, 광의 진행 방향을 따라 형성된 가이드부 및 가이드부를 고정하는 더미층(Dummy Layer)을 포함한다.
본 발명의 일면에 따른 파장 변환 패키지는 광을 출사하기 위한 광 발진부 및 광 발진부로부터 광을 전달받아 광의 파장을 변환하는 파장 변환부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 광의 파장을 고속으로 변환할 수 있다. 또한, 도파로의 단면적을 조절하여 고출력과 저출력 파워에 적합한 구조로 제작할 수 있으며, 파장변환 효율을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파로 구조체를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파로 구조체를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환 패키지를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 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. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는”포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하기의 수학식 1은 도파로를 이용한 광의 파장 변환에 있어서 파장 변환 효율을 나타낸다.
Figure 112010051487516-pat00001
Figure 112010051487516-pat00002
이처럼, 파장 변환 효율은 단면적(A)에 반비례하고, 광의 입사된 파워(Pw)에 비례한다.
한편, 준위상정합(Quasi-Phase Matching) 기술을 적용하기 위하여 주기적으로 분극 반전된 비선형 물질로 도파로를 형성하는 경우, 높은 파장 변환 효율을 얻기위해 도파로 구조체의 균일성을 유지해야 한다.
본 발명의 실시예들에 따른 도파로 구조체는 웨이퍼 가공공정만으로 도파로 의 단면적(A)을 작게 만들 수 있어 파장 변환 효율을 높일 수 있다.
또한, 식각 공정을 필요하지 않으므로 수 마이크로미터부터 수 십, 수 백 마이크로미터의 직경을 가지는 도파로 구조체를 균일하게 제어할 수 있고, 또한, 단일 경로(Single-pass) 구조를 가지므로 광 변조 속도를 개선할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체(10)는 도파로(100) 및 가이드부(200)를 포함한다.
도파로(100)는 주기적으로 분극 반전된 비선형 물질로 형성되어, 진행하는 광의 파장을 변환한다.
가이드부(200)는 도파로(100)의 외주면 중 적어도 일부를 감싸고, 광의 진행 방향을 따라 형성된다.
한편, 도파로(100)의 외주면은 적어도 세 개의 파트면으로 구분되는 것이고,
가이드부(200)는 파트면 중 적어도 하나의 면을 감싸며 광의 진행 방향을 따라 형성된 것일 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체(10)에 있어서, 도파로(100)의 외주면이 네 개의 파트면으로 구분되는 경우를 예로써 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 가이드부(200)는 파트면 중 적어도 하나의 면을 감싸며 광의 진행 방향을 따라 형성된 것일 수 있다.
또는, 가이드부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 서브 가이드부(211, 212, 213, 214)를 포함하여, 각 서브 가이드부(211, 212, 213, 214)가 각각의 파트면을 감싸며 광의 진행 방향을 따라 형성된 것일 수 있다.
4개의 서브 가이드부(211, 212, 213, 214)는 도파로(100)의 4개의 파트면 각각을 감싸도록 개별적으로 형성될 수 있다.
또는, 도 2와 달리, 가이드부(200)는 도파로(100)의 4개의 파트면 각각을 감싸도록 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 가이드부(200)는 에폭시 수지(Epoxy resin)로 이루어져, 도파로(100)에 접착된 것일 수 있다.
가이드부(200)는 도파로(100)보다 낮은 굴절률을 가지는 물질일 수 있다.
또한, 가이드부(200)는 접착성을 가지는 물질일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체(10)는 더미층(310)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 더미층(310)은 가이드부(200)를 고정한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 구조체(10)는 파장변환 효율을 극대화할 수 있고 고속 변조가 가능하다. 또한, 도파로의 단면적을 조절하여 고출력과 저출력 파워에 적합한 구조로 제작될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파로 구조체를 설명한다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파로 구조체를 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파로 구조체를 나타내는 단면도이다.
여기서, 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고, 해당구성요소에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파로 구조체(20)는 도파로(100) 및 가이드부(220)를 포함한다.
여기서, 가이드부(220)는 파트면 중 일부 면 각각에 대응되어 감싸며 광의 진행 방향을 따라 형성된 제1 서브 가이드부(221) 및 파트면의 나머지 면 모두를 감싸며 광의 진행 방향을 따라 형성된 제2 서브 가이드부(222)를 포함한다.
도 3 및 도 4에서는, 제1 서브 가이드부(221)가 도파로(100)의 하나의 파트면을 감싸고, 제2 서브 가이드부(222)가 도파로(100)의 나머지 3개의 파트면 모두를 감싸도록 형성된 예가 도시되어 있다.
여기서, 제2 서브 가이드부(222)는 제1 서브 가이드부(221) 및 파트면의 나머지 면 모두를 감싸면되고, 그 형태나 모양은 변형될 수 있다.
한편, 제1 서브 가이드부(221) 및 제2 서브 가이드부(222)는 에폭시 수지(Epoxy resin)로 이루어져, 도파로(100)의 외주면에 접착된 것일 수 있다.
또한, 제1 서브 가이드부(221) 및 제2 서브 가이드부(222)는 도파로(100)보다 낮은 굴절률을 가지는 물질일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파로 구조체(20)는 더미층(320)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 더미층(320)은 가이드부(220)를 고정한다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파로 구조체(20)는 광의 파장을 고속으로 변조할 수 있다. 또한, 도파로의 단면적을 조절하여 고출력과 저출력 파워에 적합한 구조로 제작할 수 있으며, 파장변환 효율을 극대화할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 도파로 구조체를 적용한 파장 변환 패키지를 설명한다.
도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 패키지(11)를 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 패키지(11)를 나타내는 사시도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 패키지(11)는 광 발진부(1000) 및 파장 변환부(2000)를 포함한다.
광 발진부(1000)는 광을 출사한다.
파장 변환부(2000)는 광 발진부(1000)로부터 광을 전달받아 광의 파장을 변환한다.
여기서, 파장 변환부(2000)는 도파로(100) 및 가이드부(200)를 포함한다.
도파로(100)는 주기적으로 분극 반전된 비선형 물질로 형성되어, 진행하는 광의 파장을 변환한다.
가이드부(200)는 도파로(100)의 외주면 중 적어도 일부를 감싸고, 광의 진행 방향을 따라 형성된다.
한편, 도파로(100)의 외주면은 적어도 세 개의 파트면으로 구분되는 것이고,
가이드부(200)는 파트면 중 적어도 하나의 면을 감싸며 광의 진행 방향을 따라 형성된 것일 수 있다.
또한, 가이드부(200)는 에폭시 수지로 이루어져, 도파로(100)의 외주면에 접착된 것일 수 있다.
또한, 가이드부(200)는 도파로(100)보다 낮은 굴절률을 가지는 물질일 수 있다.
또한, 가이드부(200)는 접착성을 가지는 물질일 수 있다.
한편, 도 5는 도파로(100)의 외주면이 네 개의 파트면으로 구분되는 것을 도시한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환 패키지(11)는 더미층(310)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 더미층(310)은 가이드부(200)를 고정한다.
도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환 패키지(22)를 설명한다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환 패키지(22)를 나타내는 사시도이다.
여기서, 도 5에 도시된 구성요소와 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고, 해당구성요소에 대한 상세한 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환 패키지(22)는 광 발진부(1000) 및 파장 변환부(2000)를 포함한다. 여기서, 파장 변환부(2000)는 도파로(100) 및 가이드부(220)를 포함한다.
한편, 가이드부(220)는 제1 서브 가이드부(221) 및 제2 서브 가이드부(222)를 포함할 수 있다.
제1 서브 가이드부(221)는 파트면 중 일부 면 각각에 대응되어 감싸며 광의 진행 방향을 따라 형성된다.
제2 서브 가이드부(222)는 파트면의 나머지 면 모두를 감싸며 광의 진행 방향을 따라 형성된다.
또한, 제1 서브 가이드부(221) 및 제2 서브 가이드부(222)는 에폭시 수지(Epoxy resin)로 이루어져, 도파로(100)의 외주면에 접착된 것일 수 있다.
또한, 제1 서브 가이드부(221) 및 제2 서브 가이드부(222)는 도파로(100)보다 낮은 굴절률을 가지는 물질일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파장 변환 패키지(22)는 더미층(320)을 더 포함할 수 있다.
더미층(320)은 가이드부(220)를 감싸 고정하는 것일 수 있다.
또한, 더미층(320)은 제1 서브 가이드부(221) 및 제2 서브 가이드부(222)중 적어도 하나를 감싸 고정하는 것일 수 있다.
한편, 전술한 모든 경우에 있어서, 연마속도의 차이, 물질의 열팽창을 감안할 때, 더미층(310, 320)은 도파로(100)와 유사한 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도파로 부분에 PPMgO:LN을 사용했다면, 더미층(310, 320)은 유사한 특성을 갖는 LN 웨이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 모든 경우에 있어서, 도파로(100) 및 더미층(310, 320)은 LiNbO3을 포함하는 것일 수 있다.
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. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 주기적으로 분극 반전된 비선형 물질로 형성되어, 진행하는 광의 파장을 변환하는 도파로; 및
    상기 도파로의 외주면 중 적어도 일부를 감싸고, 상기 광의 진행 방향을 따라 형성된 가이드부를 포함하되,
    상기 도파로의 외주면은 적어도 세 개의 파트면으로 구분되는 것이고,
    상기 가이드부는,
    상기 파트면 중 적어도 하나의 면을 감싸며 상기 광의 진행 방향을 따라 형성된 것이며, 상기 파트면 중 일부 면 각각에 대응되어 감싸며 상기 광의 진행 방향을 따라 형성된 제1 서브 가이드부 및 상기 파트면의 나머지 면 모두를 감싸며 상기 광의 진행 방향을 따라 형성된 제2 서브 가이드부
    를 포함하는 것인 도파로 구조체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드부는 에폭시 수지(Epoxy resin)로 이루어져, 상기 도파로에 접착된 것
    인 도파로 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질
    인 도파로 구조체.
  6. 주기적으로 분극 반전된 비선형 물질로 형성되어, 진행하는 광의 파장을 변환하는 도파로;
    상기 도파로의 외주면 중 적어도 일부를 감싸고, 상기 광의 진행 방향을 따라 형성된 가이드부; 및
    상기 가이드부를 고정하는 더미층(Dummy Layer)을 포함하되,
    상기 도파로의 외주면은 적어도 세 개의 파트면으로 구분되는 것이고, 상기 가이드부는 상기 파트면 중 적어도 하나의 면을 감싸며 상기 광의 진행 방향을 따라 형성되며, 상기 더미층은 상기 가이드부의 외주면의 적어도 일부를 감싸 고정하는 것이며,
    상기 가이드부는
    상기 파트면 중 일부 면 각각에 대응되어 감싸며 상기 광의 진행 방향을 따라 형성된 제1 서브 가이드부; 및
    상기 파트면의 나머지 면 모두를 감싸며 상기 광의 진행 방향을 따라 형성된 제2 서브 가이드부를 포함하고,
    상기 더미층은 상기 제1 서브 가이드부 및 상기 제2 서브 가이드부를 감싸 고정하는 것인 도파로 구조체.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 가이드부는 에폭시 수지로 이루어져, 상기 도파로의 외주면에 접착된 것
    인 도파로 구조체.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 도파로 및 상기 더미층은 LiNbO3을 포함하는 것
    인 도파로 구조체.
  11. 삭제
KR1020100077043A 2010-08-10 2010-08-10 도파로 구조체 및 파장 변환 패키지 KR101144275B1 (ko)

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