KR101576268B1

KR101576268B1 - 저손실, 저누화 광신호 라우팅을 위한 집적 플래너 폴리머 도파관

Info

Publication number: KR101576268B1
Application number: KR1020107014607A
Authority: KR
Inventors: 조셉 빌즈; 니콜라오스 바미에다키스; 테리 크랩; 존 데그루트; 리차드 펜티; 이안 화이트; 아드리안 원포르
Original assignee: 다우 코닝 코포레이션; 캠브리지 엔터프라이즈 리미티드
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2015-12-08
Also published as: JP2011505597A; US20110176764A1; JP5431354B2; CN101878441A; WO2009073404A1; CN101878441B; US8885994B2; KR20100100931A; EP2217955A1; US9091809B2; EP2217955B1; US20140369643A1

Abstract

본 발명은 플래너 도파관을 제공하는 것이다. 일 실시예에서, 플래너 도파관은 기판상에 서로 인접하게 형성되는 제 1 및 제 3 층을 포함한다. 상기 제 1 및ㅊ 제 3 층은 각각 제 1 굴절지수를 갖는 제 1 물질로 형성된다. 상기 플래너 도파관은 또한 상기 제 1 층과 제 3층사이에 형성되며, 상기 제 1 굴절지수보다 큰 제 2 굴절지수를 갖는 제 2 물질로된 제 2 층을 포함한다. 상기 플래너 도파관은 또한 상기 제 2층에 형성되는 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 포함한다. 상기 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각은 서로다른 조준선 경로들에 놓이도록 상기 제 2 층의 한 에지에 입력과 상기 제 2 층의 한 에지에 출력을 구비한다. 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들은 이 도파관들의 교차들이 대략 직각으로 일어나도록 형성된다.

Description

저손실, 저누화 광신호 라우팅을 위한 집적 플래너 폴리머 도파관{AN INTEGRATED PLANAR POLYMER WAVEGUIDE FOR LOW-LOW, LOW-CROSSTALK OPTICAL SIGNAL ROUTING}

본 발명은 상호연결된 회로기판 기반 시스템들의 백플레인에서 고대역폭 통신에 관한 것으로서, 특히 그러한 하드웨어에서의 저손실, 저누화 광신호 라우팅을 위한 집적 플래너 폴리머 도파관-기반 아키텍처에 관한 것이다.

서버, 라우터 및 고대역폭 컴퓨팅 시스템에서 정보 전송에 이용되는 어그리게이트 비트율(aggregate bit rates)이 수년동안 지속적으로 증가해왔으며, 미래에도 계속 증가할 것으로 예견된다. 전기적 배선은 통상적으로 이들 컴퓨팅 시스템들에서 구성요소들간에 정보를 전송하는데 이용된다. 예컨대, 전기적 백프레인은 전형적으로 예컨대 프로세서 카드. 메모리 카드, I/O 카드등의 카드들에 장착된 컴퓨팅 요소들간에 통신을 용이하게 하기 위해 고대역폭 직렬 배선들을 이용하고 있다. 비록 직렬의 전기적 배선은 다년간 고무적으로 수행되어왔지만은, 데이터 시스템의 증가하는 속도 및 복잡성은 그러한 직렬 배선 기술의 한계를 테스트해왔다. 예컨대, 고대역폭 직렬 배선은 갖는 전기적 백플레인은 이들 배선들이 높은 비트속도 (예컨대 100Gbps 보다 높음)에서 전송을 위해 이용될때 어려운 마이크로파 엔지리어링의 난제에 직면하게된다. 병렬의 전기적 배선들은 마이크로파 엔지리어링에 의해 부과되는 한계들중 일부를 해결할 수도 있으나, 이들 방식은 복잡한 공간입체 라우팅(spatial routing)을 요한다. 대체적으로 말해서, 이들 주파수에서의 전기적 시그널링은 전자기 간섭 및 누화에 의해서 뿐만아니라 마이크로파 생성, 분할 및 라우팅 요건들에 의해 제약을 받게된다.

직렬 광 배선들은 10Gbps을 초과하는 비트 속도를 지원할 수 있다. 더욱이, 광 배선들은 대역폭 길이의 생성을 향상시킬 수 있고, 전자기 간섭 효과를 제거하고 그리고 서멀(theremal) 비용을 줄일 수 있다. 인쇄회로기판(PCB)에 집적될 수 있는 멀티모드 폴리머 도파관들은 이들이 고속 배선을 위한 저비용의 고 효율의 해결책을 제공하고 완화된 정렬 공차 덕택에 감소된 연결 비용을 허용하기 때문에 적어도 부분적으로 특별한 이익을 가져왔다. 폴리디메칠 식록산(PDMS)등과 같은 그러한 유기 기능 실록산 기저 수지 및 폴리머들은 데이터 통신 파장길이에서 저손실 (850 nm에서 0.03-0.05 dB/cm)을 나타내며, 뛰어난 기계적 및 열적 특성을 지니고 있다. 예컨대, 유기 기능 실록산 기저 수지 및 폴리머들은 납이없는 솔더 리프로우에 통상적으로 필요한 250℃를 초과하는 온도에 견딜수 있다. 그러나, 직렬 광 배선들간의 간섭 및 누화는 광 배선을 이용하여 형성되는 디바이스들의 어그리게이트 데이터 속도를 제한하는 것을 피하기위해 종래의 전기적 배선들과 비교하여 분명히 개선될 필요가 있다. 비록 시장에서의 현재의 전기기술은 전기 시스템 성능을 개선하는데 있어 혁신적이었지만은 이들 과제를 해결하고 그리고 경쟁적 가치의 제안을 창출할 새로운 광학 기술의 입증된 성능(특히, 실재적인 제작 구현 및 비용-성능 메트릭)을 감안하지는 못하였다.

본 발명은 상기 제시된 문제들중 하나 이상의 문제의 영향에 대처하는 것에 관한 것이다. 다음은 본 발명의 일부 양상들에 대한 기본적인 이해를 돕기위한 본 발명의 개요를 제시하는 것이다.

본 개요는 본 발명을 제시된것으로만 한정하고자 하는 것이 아니다. 이는 본 발명의 주된 또는 중요한 구성들을 한정하거나 본 발명의 범위를 정하고자 의도된 것이 아니다. 이의 목적은 하기에서 논의될 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 일부 개념을 개략적인 형태로 제시하고자 하는 것이다.

본 발명의 일실시예에서, 플래너 도파관 및 이 플래너 도파관을 형성하는 방법들이 제공된다. 일 실시예에서, 플래너 도파관은 기판상에 서로 인접하게 형성되는 제 1 및 제 3 층을 포함한다. 상기 제 1 및 제 3 층은 각각 제 1 굴절지수를 갖는 제 1 물질로 형성된다. 상기 플래너 도파관은 또한 상기 제 1 층과 제 3 층 사이에 형성되며, 상기 제 1 굴절지수보다 큰 제 2 굴절지수를 갖는 제 2 물질로된 제 2 층을 포함한다. 상기 플래너 도파관은 또한 상기 제 2층에 형성되는 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 포함한다. 상기 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각은 서로다른 조준선 경로들(line-of-sight paths)에 놓이도록 상기 제 2 층의 한 에지에 입력과 상기 제 2 층의 한 에지에 출력을 구비한다. 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들은 이 도파관들의 교차들(intersections)이 대략 직각으로 일어나도록 형성된다.

본 발명에 의해 라우팅 및 누화 성능이 크게 개선된다.

본 발명은 첨부도면을 참조로한 다음의 상세한 설명으로부터 이해될 수 있을 것이며, 도면에서 동일한 참조부호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 플래너 도파관에 대한 하나의 예시적인 실시예로서 각각 단면도 및 상-하면도를 개념적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 광학 백플레인에 대한 하나의 예시적인 실시예를 개념적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른, 도 2에 도시된 광학 백플레인을 포함하는 컴퓨팅 시스템의 일부에 대한 하나의 예시적인 실시예를 개념적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른, 도 1a 및 도 1b에 보인 플래너 도파관과 같은 예시적인 도파관들에 대한 비트 에러율 플롯을 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른, 백-투-백의 도파관 링크에 대한 아이 레코드 선도(recorded eye diagrams)를 도시한 것이다.

본 발명은 비록 다양한 실시예 및 대안적인 형태로 변경이 가능하지만 도면에서는 예로서 특정 실시예만을 도시하였으며, 이제 이들 특정 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 여기에 제시된 특정 실시예의 상세한 설명은 본 발명을 개시된 특정 실시예로만 한정하고자 하는 것이 아닌 특허청구범위에 정의된 발명의 범위내에 드는 모든 변형, 대체 및 균등물을 포괄하고자 의도된 것이다.

본 발명의 예시적인 실시예들이 하기에 설명된다. 명료성을 위해, 실제 구현의 특징들 모두를 본 명세서에 기재하지는 않았다. 물론 어떤 그러한 실제 실시예의 전개에 있어서 시스템관련 및 사업 관련 제약에의 부합과 같은 그러한 수많은 구현별 특정한 결정이 개발자의 특정 목표를 달성하는데 내려져야함을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 그러한 개발자의 노력은 복잡하고, 시간 소모적이지만은 이는 본 개시 내용을 접하는 당업자에게는 일상적인 것임을 알 수 있을 것이다.

이제 본 발명을 첨부도면을 참고로 하여 설명하기로 한다. 다양한 구조, 시스템 및 디바이스들이 본 발명을 설명하기 위해 그리고 당업자에게 잘 알려진 세부사항으로 본 발명을 모호하게 하지 않도록 도면에 개략적으로 도시하였다.

그럼에도 불구하고, 첨부도면은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하기위해 포함된다. 명세서에서의 용어 및 표현은 당업자가 이해하는 것과 일치하는 의미를 갖는 것으로 이해 및 해석되어야한다. 일반적인 의미와 다른 용어 및 표현에 대해 특별한 정의가 없는 한 여기에서 사용되는 용어 및 표현과 의미가 부합하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 플래너 도파관(100)에 대한 하나의 예시적인 실시예로서 각각 단면도 및 상-하면도를 개념적으로 도시한 것이다. 플래너 도파관(100)의 단면도는 플래너 도파관(100)이 기판(105)상에 형성됨을 보여주고 있다. 본 개시내용을 접하는 당업자이면 상기 기판(105)이 실리콘, 글래스, 금속포일 또는 성형된 부품, 보강 유리섬유, (가전 제품에 일반적으로 이용되는 FR4등의) 에폭시 회로 기판, 기타등등을 포함하는 다양한 물질로 형성될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 기판(105)을 형성하기위해 사용되는 그러한 특정 물질은 설계적 선택사항이며, 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 제 1 층(110) (클래딩 층으로서 지칭됨)이 기판(105)에 인접하게 형성된다. 용어 "인접"은 제 1 층(110)과 기판(105)이 반드시 서로 접촉상태로 있는 것을 의미하는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 상기 인접 기판(105) 및 제 1 층(110)은 하나 이상의 추가적인 물질층에 의해 분리될 수도 있다. 제 1 층(110)은 아래에 놓인 기판(105) 및/또는 어떤 중간 개입 물질층들의 표면 거칠기를 마스킹할 충분한 두께로 이루어 진다. 제 1 층(110)은 또한 하부의 광 경계층 및 이 아래에 형성되는 도파관들을 위한 광 버퍼를 생성하는 역할을 하는 바, 이는 기판의 어떤 나쁜 광특성으로 인한 손실을 줄이거나 회피하는데 도움을 준다.

제 2 층(115) 및 복수의 도파관들(120)이 상기 제 1 층(110)에 인접하게 형성된다. 일 실시예에서, 상기 도파관들(120)은 상기 제 1 도파관들(120)에 바로 인접하게 형성되고, 상기 제 2 층(115)은 상기 도파관들(120)의 형성과는 독립적으로 상기 도파관들(120)의 형성 이전 또는 형성 이후에 형성된다. 예컨대, 제 2 층(115)은 광도파관(120)이 바로 형성될 수 있도록 직접적인 포토패터닝이 가해질 수 있도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 복수의 광도파관들(120)은 제 1 층(110)의 상면위에 제 2 층(115)을 적층한 다음 예컨대 통상적인 포토리쏘그래피 및/또는 에칭 기술을 이용하여 제 2 층(115)을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 복수의 도파관들(120)은 데이터 통신 파장길이에서 저손실 (850 nm에서 0.03-0.05 dB/cm)을 나타내고, 뛰어난 기계적 및 열적 특성을 지니며, 납을 함유하지 않은 솔더 리플로우 기술에서 통상적으로 이용되는 250℃ 초과의 온도에서도 견뎌낼 수 있는 폴리메칠실록산(PDMS)과 같은 그러한 유기 기능 실록산 기저 수지 및 폴리머로 형성될 수 있다. 더욱이, 유기 기능 실록산 기저 수지 및 폴리머들은 장점적인 제작능력 및 성능 메트릭 (예컨대, 유동학, 공정 유연성, 투명도 범위, 접착성, 도파관(120)에서의 인접층들의 굴절지수의 열적 계수, 낮은 응력지수의 텐서 요소(tensor elements), 낮은 버프린지, 등등)을 갖는다. 제 3 층(125)은 도파관들을 보호하고, 플래너 도파관들(100)위의 표면을 평탄화하는 역할을 한다. 비록 도 1a에서는 단일층(115)을 도시하였지만은 본 개시를 접한 당업자이면 상기 층(115)위에 또는 아래에 형성되는 추가의 도파관들(120)의 층들을 포함할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

층(110, 115, 125) 및 도파관(120)의 특성들은 도파관(12)을 통한 광 정보전송을 용이하게 하도록 선택된다. 일 실시예에서, 제 1 층(110) 및 제 3 층(125)을 형성하는데 이용되는 물질은 제 2 층(115)를 형성하는데 이용되는 물질보다 굴절지수가 낮도록 선택된다. 제 2 층(115)를 형성하는데 이용되는 물질의 굴절 지수는 도파관들(120)을 형성하는데 이용되는 물질의 굴절지수보다 낮도록 선택된다.

플래너 도파관(100)의 상-하면도는 제 2 층(115)내에 형성된 도파관들(120)의 레이아웃을 도시한다. 도시된 실시예에서, 플래너 도파관(100)은 직사각형이며, 도파관들(120)은 제 2 층(115)에 형성되어, 그 입력들이 플래너 도파관(100)의 평행한 대향하는 측부(130, 135)에 놓이고, 그 출력들이 플래너 도파관(100)의 평행한 대향하는 측부(140, 145)에 놓이게 된다. 그러나, 본 개시내용을 접한 당업자이면 본 발명이 상기 입력들이 플래너 도파관(100)의 평행한 대향하는 측부(130, 135)에 놓이고, 상기 출력들이 플래너 도파관(100)의 평행한 대향하는 측부(140, 145)에 놓이게 되는 구성에만 국한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 대안적으로, 입력/출력 포트가 플래너 도파관(100)의 동일측에 놓이고/놓이거나 서로 직교할 수도 있다. 바람직하게는, 이들은 입력으로부터 출력 (그 신호가 명백히 (조준선으로서) 전용되지 않음)으로 진행되는 직선이 없도록, 예컨대, 입력에 인가되는 광 신호가 대응 출력으로 바로 이어지는 조준선 경로를 따르지 않도록 배열된다. 도파관들(120) 각각은 도파관(120)의 입력과 출력 사이에서 대략 90°턴을 포함하도록 형성된다. 도시된 실시예에서, 코너 반사기 보다는 절곡(bents)이 90°턴을 위해 선택되는데, 이는 이 절곡은 추가적인 제조 단계를 필요로하지 않기 때문이다. 절곡반경은 전송 손실을 제한하도록 충분히 크게 그리고 플래너 도파관(100)의 에지들을 따라 표준 MPO 리본 섬유 커넥터들을 고정하는데 요구되는 공간과 대응하도록 선택된다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 도파관(120)에서 90°턴이 이루어지게 하는데에 있어 코너 반사기들과 같은 다른 기술들이 사용될 수 있다. 도파관(120)의 입력과 출력사이에서 90°턴이 이루어지게 함으로써, 누화 성능을 개선할 수 있는데, 이는 전송기와 공통 방향으로의 산란된 광은 수신기에 도달할 수 없기 때문이다.

플래너 도파관(100)의 대향측부(130, 135, 140, 145)에서의 입력 및/또는 출력은 또한, 대응 입력/또는 출력부근에서 도파관의 방향에 수직인 방향을 따라 서로로부터 옵셋될 수도 있다. 예시된 실시예에서, 대향측부(140, 145)를 따르는 출력들은 대략 거리(150)으로 옵셋되고, 대향측부(130, 135)를 따르는 입력들은 대략 거리(155)로 옵셋된다. 입력 및/또는 출력의 옵셋은 대향하는 측부들을 따라 입력 및/또는 출력을 갖는 도파관들(120)간의 간섭을 감소시킬 수 있다. 도파관(120)들은 또한 도파관들(120)의 교차들이 대략 90°각도로 일어나도록 패터닝된다. 90°각도로 도파관 교차가 일어나게 도파관들(120)을 구성함으로써 교차하는 도파관들(120)사이에서의 교차 손실 및 누화 유도를 줄일 수 있다. 도파관(120)을 위해 이용되는 라우팅 패턴의 일 예는 맨하탄 라우팅 패턴이다. 맨하탄 아키텍처는 "맨하탄 거리"와 유사한 레이아웃, 즉, 직선 경로를 따르고 거의 직각으로 교차하는 패턴들을 기술할 때의 (CMOS 칩 배선과 같은 그러한) 기술 설계에서 사용된다. 대안적인 실시예에서, 레이아웃들은 기판의 다른 구성요소들에 의해 전용되는 라우트들을 취할 수 있다. 예컨대, (기판 에지를 기준으로) 대각인 경로는 도파관을 일부 좌표을 벗어나게 할 수 있어 이 경로는 교차하도록 이 좌표로부터 일부 다른 도파관으로의 거의 법선인 경로와 유사해지게 된다.

도 2는 광 백플레인(200)의 레이아웃의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 것이다. 도시된 실시예에서, 광 백플레인(200)은 도 1a 및 도 1b와 관련하여 설명된 복수의 도파관(205)으로 형성된다. 광 백플레인의 도시된 실시예는 컴팩트 사이즈, 스케일능력, 표준 멀티모드 리본 섬유 커넥터와의 호환성, 조손실 및 저 누화 성능을 포함하는 다수의 레이아웃 요건을 만족한다. 제작된 백플레인(200)은 10개의 카드를 수용하며, 표준 FR4 기판에서의 통상적인 포토리쏘그래피 기술에 의해 패터닝된다. 하부 클래딩은 아래에 놓이는 FR4 기판의 표면 거칠기를 마스킹하기에 충분한 두께로 되며, 상부 클래딩은 도파관들을 보호하고 표면을 평탄화하는 역할을 한다. 백플레인은 Disco 321 다이싱 톱을 이용하여, FR4 웨이퍼 및 노출된 도파관면로부터 절단된다. 최종 10개 카드의 백플레인(200)은 10 평방cm (10 cm square)의 크기로 된다. 각 카드 인터페이스의 입력 및 출력은 10개의 도파관 군으로 구성된다. PCB기저의 10개 카드의 백플레인은 직사각형 형상을 취하며, 높이는 단지 2.25 랙 유닛이다. 대향 에지들이 유사한 연결 타입(링크 입력 또는 출력)으로 자리한다. 그러므로, 각 전송기는 90°턴을 이행하는 도파관을 통해 각 수신기에 연결되고, 리본 섬유 배선들이 백플레인 주변에서 이루어지게된다. 그러므로써, 전송기와 공통 방향으로의 그 어떠한 산란광도 수신기에 도달할 수 없기 때문에 누화 성능이 개선된다.

도파관 단면은 통산적인 리본 섬유 및 표준 VCSEL 및 포토다이오드 어레이와 매칭되도록 250㎛의 측부 분리와 함께 50 x 50㎛로 선택된다. 90°절곡의 반경은 8mm 인바, 이는 이전 측정치에 따르면 멀티모드 섬유 입력에 대해 대략 1dB의 추가적인 손실을 야기한다. 교차 손실들은 공 신호의 MMF 론치(launch)에 대해 대략 0.01 dB/교차가 되는 것으로 예측된다. 도파관 교차의 포토 디테일(210)이 도시되어 있다. 낮은 교차 손실 및 낮은 누화 값과 함께 낮은 진성 도파관 손실(0.03dB/cm)는 이러한 아키텍처의 보다 많은 수의 외부 연결부들로의 스케일능력을 의미한다. 광 백플레인(200)은 초당 테라비트의 어그리게이트 데이터율을 수용할 수 있는 패시브 배선을 제공한다. 이 아키텍처는 PCB상에서 플래너 폴리머 멀티모드 도파관들을 이용하는 10개의 카드들 간에서의 비차단 통신을 가능하게한다. 비용이 낮음에도 불구하고, 100-채널 백플레인은 뛰어난 라우팅 특성 및 누화 성능을 나타낸다.

도 3은 도 2에 도시된 바와 같은 광 백플레인(optical backplane)을 포함하는 컴퓨팅 시스템(300)의 일부의 예시적 일 실시예를 개념적으로 나타낸 것이다. 광 백플레인(305)은, 예를 들어 광 백플레인에 연결된 중간 리본 섬유 점퍼(intermediary ribbon fibre jumper)들과 결합된 포도 다이오드 어레이들 및 값싼 온보드 VCSEL을 가진 라인 카드들(310)에 의해, 랙-실장 프레임워크(rack-mount framework)와 맞을 수 있다. 따라서, 예시된 실시예에서 라인 카드들(310)은, VCSEL들, 포토다이오드들, 및 리본 섬유들의 조합을 사용하여 광 백플레인(305)에 통신이 가능하도록 결합된다. 그러나, 본 개시내용에 의해 혜택을 받게 되는 본 발명의 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자들은, 본 발명이 라인 카드(310)를 광 백플레인(305)에 결합하는 이러한 특정 기술에만 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 대안적 실시예에서, 라인 카드들(310)을 광 백플레인(305)에 통신이 가능하게 결합하는 다른 기술이 사용될 수 있다.

광 백플레인의 일 실시예의 전력 전송 특성이 50/125 ㎛ 표준의 분열된(cleaved) MMF 및 분열된 SMF 입력 모두를 사용하여 연구되어 오고 있다. 850 nm 멀티모드 VCSEL이 소스로서 사용되고, 50/125 ㎛ MMF가 도파관 출력(waveguide output)에서의 방출광을 수집하기 위해 사용된다. 젤(gel)과 매칭되는 인덱스(index)가 결합 효율을 증가시키기 위해 입력과 출력 모두에서 사용된다. 각각의 도파관의 삽입 손실(insertion loss)은 링크 길이(link length) 및 크로싱(crossings)의 수에 따라 변한다. 멀티모드 섬유 론치(multimode fiber lanch)는 SMF 론치보다 더 높은 차수의 도파관 모드들에 더 많은 전력을 결합시킨다. 결과적으로, 벤드(bends)와 크로싱에서의 감소된 결합 효율 및 더 높은 전파 손실로 인해 MMF 입력에 대한 전체 삽입 손실 값들이 더 커진다. 표 1은 최상의 경우(크로싱이 없는 가장 짧은 도파관)에서 최악의 경우(90 크로싱을 가진 가장 긴 도파관)까지의 삽입 손실의 변화를 나타낸다.

: MMF 및 SMF 론치을 사용하여 기록된 삽입 손실의 범위 및 최악의 경우의 누화 값

입력	삽입	누화
50	7 내지 10 dB	-32 dB
SMF	2.5 내지 5.6	-42 dB

누화 측정은 서로 다른 입력 타입들에 대한 성능을 조사하기 위해 수행되어 왔다. 그 결과는, 벤드로부터의 방사 혹은 도파관 교차(waveguide intersections)로부터의 교차-결합 그 어느 것도 누화의 큰 원인이 되지 않음을 나타내는데, 실제로, 유발된 임의의 누화는 수신기 감도 이하이다(-60dm). 그러나, 서로 평행하게 진행하는 도파관들은 평행하게 진행하는 길이 및 근접도에 비례하여 교차 결합된다. 최악의 경우(긴 인접하는 공동의 선형 도파관들)는 MMF 론치에 대해서는 -32 dB 이하의 누화 값들을 나타내고, SMF 론치에 대해서는 -42 dB 이하의 누화 값들을 나타낸다. 추가적으로, 입력 섬유의 오정렬로 인해 누화 값들이 약간 증가하는데, 최악의 경우는, 입력 섬유가 오정렬되어 광이 도파관들 사이의 클래딩 영역(cladding region)으로 론칭될 때 대약 -25 dB이다.

비트 오류율(Bit-Error-Rate, BER) 측정은 안리츠(Anritsu) 12.5 Gbps BER 테스터를 사용하여 수행되어 왔다. VCSEL 소스는 10 Gbps에서 2³¹- 1 PRBS 신호에 의해 직접적으로 변조되고, 피코메트릭스(Picometrix) 포토다이오드가 수신기로서 사용된다. 광신호가 50 ㎛ 멀티모드 리본 섬유들을 사용하여 백플레인의 안팎에서 결합된다. SHF 20 GHz RF 증폭기가 수신된 전기적 신호를 증폭하기 위해 사용된다. 디지털 오실로스코프가 결과적인 아이 다이어그램(eye diagrams)을 기록하기 위해 사용된다. 몇 가지 대표적인 도파관들이 테스트되었다. 아이 다이어그램은 무시가능한 추가적인 노이즈 및 펄스 분산(pulse dispersion)을 보여준다. 에러 없는 전송이 모든 경우에 달성된다. BER 측정은 10^-9의 비트 오류율에 대해 약 0.2 dBo의 아주 작은 전력 패널티(penalty)를 나타낸다. 도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 평면 도파관(100)과 같은 예시적 도파관들에 대한 비트 오류율 그래프를 나타낸다. 도 3a 및 도 3b는 서로 마주 대함에 대한 기록된 아이 다이어그램 및 도파관 링크들을 나타낸다.

본 명세서에서 개시되는 도파관들은 유기 기능 실록산 기저 수지들 및 폴리머들(organo-functional siloxane based resins and polymers)로 형성될 수 있다. 유기 기능 실록산 기저 폴리머의 일 예는 PDMS이다. 그러나, 다른 유기 기능 실록산 기저 수지들 및 폴리머들이, 본 명세서에서 개시되는 광 백플레인의 실시예들에서 도파관 및/또는 다른 층들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 유기폴리실록산 수지(A)을 함유한 에폭시의 일 예는 다음과 같은 실록산 단위 공식으로 나타내질 수 있다.

여기서, R¹, R², R³, R⁴, R⁵, 및 R⁶은 1 내지 6개의 탄소 원자를 가진 일가 지방족 탄화수소 그룹(univalent aliphatic hydrocarbon groups), 6 내지 10개의 탄소 원자를 가진 일가의 방향족 탄화수소 그룹(univalent aromatic hydrocarbon groups), 에폭시 함유 일가 탄화수소 그룹으로 부터 선택된 유기 그룹이고, 하나의 분자는 에폭시 함유 일가 탄화수소 그룹을 가진 실리콘 단위의 2 내지 50 몰(mole)%를 함유하며, 모든 유기 그룹의 14 몰% 이상이 6 내지 10개의 탄소 원자를 가진 일가 방향족 탄화수소 그룹이고, 그리고 다음과 같은 조건, 즉 a+b+c+d=l이 충족되며, "a"는 대체로 다음의 조건, 즉

을 만족시키고, "b"는 대체로

을 만족시키고, "c"는 대체로 다음의 조건, 즉

을 만족시키며, "d"는 대체로 다음의 조건, 즉

을 만족시키고, 그리고 "b"와 "c"는 다음의 조건, 즉

에 의해 제약되며, 여기서 a, b, c, 및 d는 이러한 몰 단위의 합이 1이 되는 경우에 대해 각각의 실록산 단위의 평균 몰 수를 나타낸다. 달리 말하면, 이러한 기호들은 한 분자에서의 각각의 실록산 단위의 평균 몰% 혹은 비율을 나타내고, 따라서 (a + b + c + d) = 1이다. 이 성분이 에폭시 그룹을 포함하기 때문에, 이것은 광중합 개시제(photopolymerization initiator)(B)의 존재하에서, 자외선과 같은 활성 에너지 광선의 조사에 의해 급속하게 경화될 수 있다.

에폭시 함유 유기폴리실록산 수지(A)는 필수 단위로서

및

를 함유한다. 그러나, 만약 필요하다면, 이 수지는 임의의 구조 단위(structural units)

및

를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 에폭시 함유 유기폴리실록산 수지는 다음과 같은 식으로 제시되는 단위들로 구성될 수 있다.

만약,

단위의 함량이 너무 높다면, 에폭시 함유 유기폴리실록산 수지의 분자량은 감소되고, 그리고 다음의 조건

이 자리를 차지하게 된다. 만약

이 이러한 조건하에서 도입된다면, 에폭시 함유 유기폴리실록산 수지(A)의 경화된 몸체는 매우 딱딱해져 쉽게 부서질 수 있다. 따라서, 다음과 같은 조건, 즉

, 바람직하게는

, 더 바람직하게는 d=0의 조건이 제공되는 것이 추천된다. 필수 구조 단위

및

의 몰비 b/c는 0.01보다 커야만 하고, 바람직하게는 0.3보다는 작아야 한다. 이러한 한계치를 넘는 경우, 앞서 언급된 에폭시 함유 유기폴리실록산 수지(A)의 생산시 불용성의 부산물이 함께 형성될 것이고, 혹은 이러한 구성의 경화에 의해 획득된 몸체는 인성(toughness)이 감소하기 쉽고, 크랙(cracks)이 발생하기 쉬우며, 뿐만 아니라 강도 및 탄성이 상당량 감소하기 쉽다. 몰비 b/c는 0.01보다 크고 0.25보다 작은 것이 추천되고, 그리고 바람직하게는 0.02 내지 0.25 범위 내일 것이 추천된다. 에폭시 함유 유기폴리실록산 수지(A)가

및

을 필수 단위로서 함유하기 때문에, 분자 구조는 가지형, 그물형, 및 3차원 간에 주로 변할 수 있다.

앞서 언급된 1 내지 6개의 실리콘 결합 탄소 원자를 갖는 일가 포화 지방족 탄화수소 그룹들은, 메틸 그룹(methyl groups), 에틸 그룹(ethyl groups), 프로필 그룹(propyl groups), 부틸 그룹(butyl groups), 헥실 그룹(hexyl groups), 혹은 유사한 일가 포화 지방족 탄화수소 그룹; 그리고 비닐 그룹(vinyl groups), 알릴(allyl groups), 헥세닐 그룹(hexenyl groups), 혹은 유사한 일가 비포화 지방족 탄화수소 그룹으로 나타내질 수 있다. 6 내지 10개의 탄소 원자를 가진 실리콘 결합 방향족 일가 탄화수소 그룹은 페닐 그룹(phenyl groups), 톨릴 그룹(tolyl groups), 크실릴 그룹(xylyl groups), 및 나프틸 그룹(naphthyl groups)에 의해 나타내질 수 있다.

본 발명의 물질의 중요한 광학적 특성인 굴절률이 일가 탄화수소의 타입을 변경시킴으로써 조정될 수 있다. 만약 주요 구성 성분이 메틸 그룹과 같은 일가 지방족 탄화수소를 포함하고 있다면, 굴절률은 쉽게 1.5보다 작게 될 수 있다. 만약 주요 구성 성분이 페닐 그룹과 같은 일가 방향족 탄화수소 그룹을 포함하고 있다면, 굴절률은 쉽게 일가 포화 지방족 탄화수고 그룹이 메틸 그룹을 포함하고, 그리고 앞서 언급된 일가 비포화 방향족 탄화수소 그룹은 페닐 그룹을 포함한다. 일가 비포화 지방족 탄화수소 그룹의 경우에, 비닐 그룹의 사용이 추천된다.

성분(A)에 있어서, 모든 유기 그룹들의 15 몰%보다 큰, 바람직하게는 20 몰%보다 큰, 그리고 더 바람직하게는 25 몰%보다 큰 값이 일가 방향족 탄화수고 그룹을 포함하는 것이 추천된다. 만약 일가 방향족 탄화수소 그룹이 앞서 추천된 하한값 이하의 양으로 함유되어 있다면, 이러한 조성으로부터 획득되는 경화된 몸체는 통신 도파관의 범위에서 감소된 광 투과율(light transmittance)을 가질 것이다. 이로 인해, 경화된 몸체에서의 크랙 발생의 가능성과 함께 인성이 감소될 수 있다.

성분(A)에 있어서, 에폭시 함유 일가 탄화수소 그룹을 가진 실록산 단위는 모든 실록산 단위의 2 내지 50 몰%, 바람직하게는 10 내지 40 몰%, 그리고 더 바람직하게는 15 내지 40 몰%를 구성해야만 한다. 만약 앞서 언급된 실록산 단위가 2 몰% 이하의 양으로 함유된다면, 이러한 조성의 경화 동안 교차 결합(cross linking)의 정도가 감소할 것이다. 결과적으로, 획득된 광 투과 성분 충분히 단단해지지 않을 것이다. 반면에, 만약 앞서 언급된 단위의 함량이 50 몰%를 초과한다면, 경화된 몸체의 광 투과율은 감소할 것이고, 열에 대한 저항도는 낮아질 것이다. 앞서 언급된 에폭시 함유 일가 탄화수소 그룹에서의 이용가능한 에폭시 그룹이 실리콘에 대해 직접 연결을 갖지 않는 것이 추천되고, 그리고 실리콘 원자에 대한 연결은 알킬렌 그룹(alkylene groups)을 통해 이루어질 것이 추천된다.

일부 예들은 아래와 같다.

앞서 언급된 에폭시 함유 유기폴리실록산 수지는 종래 기술에서 공지된 방법으로 준비될 수 있다. 예를 들어, 다음의 방법이 적용가능한데, 식

의 실란(silane) 및 식

의 실란이 함께 가수분해(cohydrolyze)되고 응축(condense)되는 방법, 식

의 실란, 식

및 식

의 실란이 함께 가수분해되고 응축되는 방법, 식

의 실란,

의 실란, 및

의 실란이 함께 가수분해되고 응축되는 방법, 식

의 실란,

의 실란, 및

의 실란이 함께 가수분해되고 응축되는 방법, 염소 원자가 실리콘에 결합되고 메톡시(methoxy) 혹은 에톡시(ethox) 그룹으로 치환된 실란들이 함께 가수분해되고 응측되는 방법(여기서, R², R³, R⁴, R⁵및 R⁶은 1 내지 6개의 탄소 원자를 가진 일가 지방족 탄화수소 그룹, 6 내지 10개의 탄소 원자를 가진 일가 방향족 탄화수소 그룹, 및 에폭시 함유 일가 탄화수소 그룹으로부터 선택된 유기 그룹임).

또 다른 적용가능한 방법은 다음과 같은 단계로 이루어지는데, 즉 디메틸디클로로실란(dimethyldichlorosilane) 및 페닐트리클로로실란(phenyltrichlorosilane)의 혼합물 혹은 디메틸디클로로실란, 메틸 트리클로로실란(methyltrichlosilane), 및 페닐트리클로로실란텐(phenyltrichlorosilanethen)의 혼합물을 함께 가수분해하고 응축함으로써 실라놀 함유 메틸페닐폴리실록산(silanol-containing methylphenylpolysiloxane resin)을 생성하는 단계, 기본적인 반응계를 만드는 단계, 3-(글리시독시) 프로필트리메톡시실란(3-(glycidoxy) propyltrimethoxysilane)과 같은 에폭시 함유 유기트리알콕시실란(epoxy-containing organotrialkoxysilane)을 부가한 이후 응축 반응을 수행하는 단계, 및 메틸페닐폴리실록산 수지(methylphenylpolysiloxane resin)를 생성하는 단계를 포함하며, 여기서 3-(글리시독시) 프로필 그룹과 같은, 에폭시 그룹이 실리콘에 결합된다. 평균 단위 식 (1)에서, "a", "b", "c" 및 "d"의 값들은 시작하는 실란들 및 이들의 몰비율의 양을 통해 조정될 수 있다.

앞서 언급된 유기폴리실록산 수지는 실리콘 원자들 상에 잔존하는 어떤 잔류 알콕시 그룹(alkoxy groups) 및 하이드록실 그룹(hydroxyl groups)을 가질 수 있다. 이러한 그룹의 함량은 제조 방법 및 제조 조건에 따라 다를 수 있다. 이러한 치환기들은 앞서 언급된 유기폴리실록산 수지의 저장 안정성(storage stability)에 영향을 미칠 수 있고, 유기폴리실록산 수지의 경화된 몸체의 열적 안정성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 가능하다면, 이러한 그룹의 형성을 제한하는 것이 필요하다. 예를 들어, 앞서 언급된 치환기들의 양은 아주 소량의 수산화칼륨(potassium hydroxide)의 존재하에서 유기폴리실록산 수지를 가열하여 가수분해 및 응축 반응을 일으키거나 혹은 디알콜화 및 응축 반응을 일으킴으로써 감소될 수 있다. 앞서 언급된 치환기들의 함량은 실리콘 원자들 상의 모든 치환기들의 2 몰%보다 크지 않고, 바람직하게는 1 몰%보다 크지 않는 것이 추천된다.

본 발명에서 에폭시-함유 유기실리콘(organopolysiloxane)(A)의 광중합(photopolymerization)을 개시하는 데 적합한 광중합 개시제(B)와 관련하여 특별한 제약조건은 없다. 이 성분의 예들은 설포니움 염(sulfonium salts), 이오디니움염(iodinium salts), 셀레노니움 염(selenonium salts), 포스포니움 염(phosphonium slats), 디아조니움 염(diazonium salts), 파라톨루엔 술포네이트(paratoluene sulfonate), 트리크롤로메틸-치환 트라아진(trichloromethyl-substituted triazine), 그리고 트리크롤로메틸-치환 벤젠(trichloromethyle-substituted benzene)을 포함한다. 유기 용매(organic solvent)(C)는 필수적인 성분은 아니지만, 몰딩 온도에서 에폭시-함유 유기실리콘 수지(A)가 고체 상태(solid state)에 있거나 또는 높은 점성의 액체(highly viscous liquid)인 경우에 요구된다. 유기 용매(C)는 또한 에폭시-함유 유기실리콘 수지(A)가 필름으로 형성되는 경우에도 요구된다. 유기 용매(C)는, 광중합 개시제(B)가 에폭시-함유 유기폴리실리콘에서 용해되지 않을 때에도 요구된다. 에폭시-함유 유기실리콘 수지(A)와 광중합 개시제(B)가 모두 유기 용매(C)에서 용해될 수 있다면, 유기 용매(C)의 타입에 대해 특별한 제약조건은 없다. 그러나, 80℃ 내지 200℃의 온도 범위 내의 끓는점(boiling point)을 가진 용매를 사용하는 것이 바람직하다.

활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성물(active energy ray-curable organopolysiloxane resin composition)은 100 중량부(PBW: parts by weight)의 에폭시-함유 유기실리콘 수지(A), 0.05 내지 20 중량부의 광중합 개시제(B), 그리고 0 내지 5000 중량부의 유기 용매(C)를 포함한다. 성분(A)가 액체이거나 성분들(A, B)이 매우 양호한 상용성(miscibility)를 가진다면, 성분(C)가 요구되지 않을 수 있다. 성분(B)이 0.05 중량부 미만의 양으로 사용된다면, 조성물은 충분한 수준으로 경화되지 않는다. 다른 한편으로, 성분(B)의 양이 20 중량부를 초과하는 경우에는, 얻어지는 물질이, 잔여 촉매(residual catalyst)의 존재로 인하여 수용할 수 없는 광학 특성을 가질 수 있다. 또한, 성분(C)가 5000 중량부를 초과하는 양으로 사용된다면, 하기에서 기술되는 광전송 컴포넌트의 제조 공정에서 양호한 품질의 얇은 필름을 얻기가 어려울 것이다. 성분(C)의 최적의 양은 성분(A)와 성분(B)의 타입, 상태, 그리고 용해성에 따라 가변될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 1000 중량부의 양이 사용되며, 바람직하게는 1 내지 500 중량부의 양이 사용된다.

일반적으로, 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성물이 필름 또는 광-전송 엘리먼트 형태의 경화 바디(cured body)를 준비하기 위해 의도된 것일 때, 상기 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지는 25℃에서 20 내지 10,000 mPa·s의 점성를 가진 액체의 형태로 사용된다. 추천된 점성의 범위를 초과하는 경우, 조성물이 처리되기가 어려울 것이며, 광학적으로 허용가능한 얇은 필름을 얻기가 어려울 것이다.

본 발명의 활성-에너지 선-경화성 수지 조성물로부터 생산된느 경화 바디의 굴절 지수(refractive index)는, 에폭시-함유 유기실리콘 수지(A)의 치환기(substituents)를 포함하는 일가 방향족 탄화수소 군(univalent aromatic hydrocarbon groups)(일반적으로, 페닐 군) 및 일가 지방족 탄화수소 군(univalent aliphatic hydrocarbon groups)(일반적으로, 메틸 군)의 몰비율(mole ratio)을 변경함으로써 정밀하게 조정될 수 있다. 일가 방향족 탄화수소 군의 비율 증가는 굴절 지수를 증가시키고, 반면, 일가 지방족 군의 비율을 증가시키는 것은 굴절 지수를 감소시킨다.

활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성이 광 도파관의 제조에 사용될 때, 코어 부분(core portion)용으로 의도된 유기실리콘 수지의 경화 바디는, 클래딩 부분(cladding portion)용으로 의도된 유기실리콘 수지의 경화 바디보다 더 높은 굴절 지수를 가진다. 그러므로, 코어 부분용으로 의도된 유기실리콘 수지 조성물은, 클래딩 부분용으로 의도된 유기실리콘 수지 조성물보다, 더 많은 함유량의 일가 방향족 탄화수소 군을 가져야만 한다. 상기의 관점에서, 코어와 클래딩을 서로 다른 몰 비율로 유지하기 위해, 코어와 클래딩에 대해 두개의 서로 다른 타입의 유기실리콘 수지들로 분리하는 분리 방법, 그리고/또는 앞에서 언급된 유기실리콘을 서로다른 혼합 비율로 혼합하는 혼합 방법을 사용하는 것이 가능하다.

광중합 개시제(B)가 있는 상태에서 에폭시-함유 유기폴리실리콘 수지(A)를 경화시킴으로서 얻어진 경화 바디를 포함하는 광-전송 컴포넌트는, 그것이 종래의 필름 또는 얇은 필름의 형태로 만들어졌는지의 여부와 상관 없이, 뛰어난 형상 유지 특성을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 이 물질은, 이 물질이 쉽게 변형되지 않게 해주는 경도(hardness)와 탄성(elasticity)을 가진다. 또한, 이 물질에는 어떠한 두드러진 갈라짐(crack) 또는 휨(warp)이 발생되지 않는다. 또한, 가시 광선의 범위에서, 이 물질은 반사를 하지 않으며 거의 100%의 광 투과성(light transmittance)을 제공한다. 편극 소자(polarization element)의 측정시, 상술한 물질은 편광(polarization light)에 민감하지 않으므로, 상기 물질은 복합 굴절 지수(complex refractive index)를 무시할 수 있을 만한 작은 값으로 감소시킬 수 있게 해준다. 상기 물질이 가열될 때, 상기 물질은 260℃까지 그것의 초기 형상을 유지하며, 무게 변경 인자(weight change factor)가 1% 미만으로 유지된다. 따라서, 본 발명의 광-전송 컴포넌트는 플루오르화 폴리메틸메타아크릴에이트 수지(fluorinated polymethylmethacrylate resin)와 같은 광학적 열가소성 물질(thermoplastic material) 보다 높은 열저항을 가진다고 할 수 있다.

본 명세서에서 설명된 광-전송 컴포넌트는 수동 시스템 엘리먼트 및 능동 시스템 엘리먼트들 모두에 적용가능하다. 브랜치되지 않은 형태(non-branched type)의 광 도파관, 파장 분할 멀티플렉서(WDM:wave division multiplexer), 브랜치된 광 도파관, 광 접합(optical adhesives) 또는 유사한 수동 광-전송 엘리먼트, 광 도파관 스위치, 광 감쇠기(optical attenuator), 광 증폭기(optical amplifier) 또는 유사한 능동 광-전송 엘리먼트들이 이러한 애플리케이션들의 예이다.

하기의 설명은, 광중합 개시제가 존재하는 상태에서 수지(a)에 광을 조사(irradiation)함으로써 생성되는 에폭시 함유 유기실리콘 수지(A)의 경화 바디의 형태로, 광-전송 컴포넌트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상술한 광-전송 컴포넌트는 하기에서 설명되는 단계 1) 및 2)를 포함하는 방법에 의해 제조된다. 단계 1)에서, 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성물이 기판의 표면 위에 균일하게 확산(spread)되고, 필요하다면, 용매(C)가 건조(drying) 또는 가열에 의해 제거되어, 에폭시-함유 유기실리콘 수지(A) 및 광중합 개시제(B)로 구성된 균일한 두께의 얇은 필름이 형성된다.

이러한 목적으로 사용되는 기판은 평탄한 표면(smooth surface)를 가져야 하며, 용매, 활성 에너지선(active-energy ray), 및 열에 대해 안정적이어야 한다. 이러한 기판의 예는 실리콘 웨이퍼, 유리, 세라믹, 그리고 열-저항 플라스틱을 포함한다. 조성물은 일반적으로 스핀 코팅(spin coating)에 의해 도포되며, 그후 30℃ 내지 120℃ 사이의 온도에서 가열된다. 단계 2)에서, 얻어진 얇은 필름은 활성-에너지선(active-energy ray)으로 조사(irradiation)되어 경화된다. 활성-에너지선은 자외선, 전자 빔, 또는 다른 방사선일 수 있다. 비용이 낮고 안정성이 높다는 측면에서 자외선의 사용이 선호된다. 자외선 방사의 소스는 고압 수은 랩프, 중압 수은 램프, Xe-Hg 램프, 깊은 UV 램프(deep UV lamp)일 수 있다. 방사의 양은 100 내지 8000 mJ/cm²의 범위 내에 있어야 한다. 어떤 타입의 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘에서는, 활성 에너지선 방사만을 사용하는 것은 불충분하게 보일 수 있다. 이러한 경우, 얇은 필름의 경화를 완료하기 위해서 가열(본 명세서에서는 "후-가열(post-heating)"로 지칭됨)이 필요할 수 있다. 후-가열 온도는 50 내지 200℃의 범위 내에 있어야 한다.

따라서, 지정된 파장 범위에서 높은 광 투과성을 가진 광-전송 컴포넌트는, 1) 기판 위에 활성-에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성물을 도포하고 2) 도포된 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성물을 자외선과 같은 활성-에너지선으로 조사하고, 필요하다면, 상기 조성물을 후-가열함으로써 생산될 수 있다. 필요하다면, 상기 물질은, 기판으로부터 코팅을 벗겨냄으로써 별도의 필름의 형태로 생산될 수 있다. 광 전송 컴포넌트에 대한 응용의 전형적인 예인 광 도파관은, 단계 1)과 2)를 반복함으로써 생산될 수 있다. 하기에서는, 광 도파관을 제조하는 전형적인 예가 주어진다.

먼저, 클래딩층을 위한 활성 에너지-선 경화성 유기실리콘 수지 조성물이 스핀 코팅에 의해 기판 위에 도포되고, 도포된 물질이 활성-에너지선으로 조사됨으로써 경화되어, 하부 클래딩층(lower cladding layer)을 형성한다. 후속하여, 코어층을 위한 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성물이 스핀 코팅에 의해 상기 하부 클래딩층에 도포되고, 필요하다면, 코어층은 요구되는 형상으로 형성되며, 클래딩층의 굴절 지수보다 큰 굴절 지수를 가진 경화된 코어층을 형성하기 위해 경화된다. 코어층은 예를 들어, 패터닝을 위해 요구되는 형상이 되도록 처리된다. 이 형성은, 코어층을, 드로운 마스크(drawn mask)를 통해 활성-에너지 선에 노출시키고, 필요하다면 후속적으로 가열함으로써 형성될 수 있으며, 노출된 영역들은 유기 용매로 용해되어 제거된다. 이 용매는 용매(C)로 되는 것이 추천된다. 앞서 언급한 코어층, 또는 패턴된 코어 층, 그리고 하부 클래딩 층의 표면은 특히 클래딩용으로된 활성 에너지 선-경화 유기실리콘 수지 조성물로 코팅되고, 그후 이 조성물이 경화되고, 상부 클래딩층의 형성이 완료되어, 클래딩-코어-클래딩 구조를 가진 필름-타입 광 도파관이 제공된다.

앞에서 설명된 과정과 유사하게, 얻어진 코팅이 기판으로부터 벗겨져 필름-타입 광 도파관을 형성할 수 있다. 또한, 하부 클래딩층도 기판으로부터 벗겨질 수 있다. 새로운 코어층이 별개의 클래딩층으로부터 형성되어 상부 클래딩층으로 코팅될 수 있고, 그럼으로써 또 다른 필름-타입 광 도파관이 형성될 수 있다. 코어용으로된 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지의 경화 바디는 클래딩용의 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성물로부터 생성된 경화 바디의 굴절 인덱스보다 높은 굴절 인덱스를 가져야 한다. 필요하다면, 활성 에너지 선-경화성 유기실리콘 수지 조성물의 응용에서 스피닝(spinning) 대신 용매-캐스트 방법(solvent-cast method)이 사용될 수 있다.

추가적인 세부사항 및 실시예는 본 명세서에 그 전체가 참조로서 통합된 WO2005/056640 A1(Watanabe, et al.)에서 찾을 수 있다.

위에서 개시된 특정한 실시예들은 단지 예시적인 것이며, 본 발명은, 다르게, 그러나 본 개시의 이점을 갖는 당업자에게 자명한 방식으로 수정 및 실행될 수 있다. 또한, 하기의 청구항들에서 기술되는 것을 제외하고는, 본 명세서에 개시된 구성 또는 설계의 세부사항들은 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다. 따라서, 위에서 개시된 특정 실시예들이 변경 또는 수정될 수 있다는 것은 자명하며, 그러한 모든 변형은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려된다. 따라서, 본 출원에서 보호받고자 하는 권리범위는 하기의 청구항들에서와 같이 정해진다.

Claims

집적된 플래너 도파관으로서,
기판상에 서로 인접하게 형성되며, 각각 제 1 굴절지수를 갖는 제 1 물질로된 제 1 및 제 3 층과;
상기 제 1 층과 제 3층사이에 형성되며, 상기 제 1 굴절지수보다 큰 제 2 굴절지수를 갖는 제 2 물질로된 제 2층과; 그리고
상기 제 1 및 제 3 층에 인접한 상기 제 2층에 형성되는 복수의 유기 기능 실록산 기저 (organo-functional siloxane based) 수지 혹은 폴리머 도파관들을 포함하여 구성되며,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각은 서로다른 조준선 경로들(line-of-sight paths)에 놓이도록 상기 제 2 층의 한 에지에 입력과 상기 제 2 층의 한 에지에 출력을 구비하며, 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들은 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 사이의 교차들(intersections)이 직각으로 일어나도록 형성되며, 그리고 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각은 상기 입력과 출력 사이에서의 방향 혹은 턴(turn)에 있어서 적어도 90°의 총 변화(total change)를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관.
제1항에 있어서,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들은 맨하탄 라우팅 패턴을 따라 라우팅되는 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들로된 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관.
제1항에 있어서,
절곡(bend) 혹은 코너 반사기들을 이용하여 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각에서의 90°턴이 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관.
제1항에 있어서,
상기 제 2 층의 대향하는 에지들에서의 입력들은 서로로부터 옵셋되는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관.
제1항에 있어서,
상기 제 2 층의 대향하는 에지들에서의 출력들은 서로로부터 옵셋되는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관.
제1항에 있어서,
상기 입력들 및 출력들은 리본 섬유 점퍼들(ribbon fiber junpers)에 결합되도록 구성된 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관.
집적된 플래너 도파관을 형성하는 방법으로서,
기판상에 서로 인접하게 각각 제 1 굴절지수를 갖는 제 1 물질로된 제 1 및 제 3 층을 형성하는 단계와;
상기 제 1 층과 제 3층 사이에, 상기 제 1 굴절지수보다 큰 제 2 굴절지수를 갖는 제 2 물질로된 제 2 층을 형성하는 단계와; 그리고
상기 제 1 및 제 3 층에 인접한 상기 제 2층에 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각은 서로다른 조준선 경로들에 놓이도록 상기 제 2 층의 한 에지에 입력과 상기 제 2 층의 한 에지에 출력을 구비하며, 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들은 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 사이의 교차들이 직각으로 일어나도록 형성되며,
그리고 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각은 상기 입력과 출력 사이에서의 방향 혹은 턴(turn)에 있어서 적어도 90°의 총 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관을 형성하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 단계는 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 맨하탄 라우팅 패턴을 따라 라우팅되도록 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관을 형성하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 입력 및 출력 사이에서 90°턴을 포함하도록 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 단계는,
절곡 혹은 코너 반사기들을 이용하여 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각에서 90°턴이 이루어지도록, 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관을 형성하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 단계는 상기 제 2 층의 대향하는 에지들에서의 입력들이 서로로부터 옵셋되도록 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관을 형성하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 단계는 상기 제 2 층의 대향하는 에지들에서의 출력들이 서로로부터 옵셋되도록 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관을 형성하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 입력들 및 출력들을 리본 섬유 점퍼들에 결합되도록 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적된 플래너 도파관을 형성하는 방법.
플래너 도파관으로서,
기판상에 서로 인접하게 각각 제 1 굴절지수를 갖는 제 1 물질로된 제 1 및 제 3 층을 형성하고;
상기 제 1 층과 제 3층 사이에, 상기 제 1 굴절지수보다 큰 제 2 굴절지수를 갖는 제 2 물질로된 제 2 층을 형성하고; 그리고
상기 제 1 및 제 3 층에 인접한 상기 제 2층에 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 공정에 의해 형성되며,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각은 서로다른 조준선 경로들에 놓이도록 상기 제 2 층의 한 에지에 입력과 상기 제 2 층의 한 에지에 출력을 구비하며, 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들은 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 사이의 교차들이 직각으로 일어나도록 형성되며, 그리고 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각은 상기 입력과 출력 사이에서의 방향 혹은 턴에 있어서 적어도 90°의 총 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 플래너 도파관.
제 13항에 있어서,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 공정은 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 맨하탄 라우팅 패턴을 따라 라우팅되도록 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 것으로 된 것을 특징으로 하는 플래너 도파관.
제13항에 있어서,
상기 입력 및 출력 사이에서 90°턴을 포함하도록 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 공정은,
절곡 혹은 코너 반사기들을 이용하여 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들 각각에서 90°턴이 이루어지도록, 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 것을 특징으로 하는 플래너 도파관.
제 13항에 있어서,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 공정은 상기 제 2 층의 대향하는 에지들에서의 입력들이 서로로부터 옵셋되도록 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 것으로 된 것을 특징으로 하는 플래너 도파관.
제 13항에 있어서,
상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 공정은 상기 제 2 층의 대향하는 에지들에서의 출력들이 서로로부터 옵셋되도록 상기 복수의 유기 기능 실록산 기저 수지 혹은 폴리머 도파관들을 형성하는 것으로 된 것을 특징으로 하는 플래너 도파관.
제 13항에 있어서,
상기 입력들 및 출력들을 리본 섬유 점퍼들에 결합되도록 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 플래너 도파관.