KR102018368B1 - Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same - Google Patents

Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same Download PDF

Info

Publication number
KR102018368B1
KR102018368B1 KR1020190005484A KR20190005484A KR102018368B1 KR 102018368 B1 KR102018368 B1 KR 102018368B1 KR 1020190005484 A KR1020190005484 A KR 1020190005484A KR 20190005484 A KR20190005484 A KR 20190005484A KR 102018368 B1 KR102018368 B1 KR 102018368B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical waveguide
polarization
birefringent polymer
layer
interface
Prior art date
Application number
KR1020190005484A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190008405A (en
Inventor
오민철
황광호
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020190005484A priority Critical patent/KR102018368B1/en
Publication of KR20190008405A publication Critical patent/KR20190008405A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102018368B1 publication Critical patent/KR102018368B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2766—Manipulating the plane of polarisation from one input polarisation to another output polarisation, e.g. polarisation rotators, linear to circular polarisation converters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/126—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2773—Polarisation splitting or combining

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명은 편광이 서로 다른 광신호를 서로 합쳐 주거나 분리하기 위하여 사용되는 편광분리기에 관한 것으로, 광통신 시스템에서 서로 다른 편광을 이용하여 다양한 형태의 광신호처리를 수행할 수 있는 소형으로 집적화된 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자는 입력단 및 출력단 부위에 형성되는 편광 무의존 광도파로(CO-polymer waveguide)와, 상기 편광 무의존 광도파로 내부에 위치되어 소자의 특정 위치에서 계면(Interface)을 형성하며, 입사광을 확대시켜 상기 계면에 일정각도로 입사되도록 하는 복굴절 폴리머 광도파로를 포함하며, 상기 계면(Interface)에서는 TE/TM 편광에 따른 반사율이 서로 다르게 나타나는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 우수한 편광분리 특성과 제작공정에서 넓은 허용 오차를 가지게 되므로 다양한 기능의 광도파로 소자들과 함께 집적하여 제작하기 용이하며, 이로 인해 양자통신 시스템에도 적용 가능한 이점이 있다.The present invention relates to a polarization separator used to combine or separate optical signals having different polarizations, and is a compact and totally integrated total reflection base capable of performing various types of optical signal processing using different polarizations in an optical communication system. A polarization split optical waveguide device and a method for manufacturing the same.
The total reflection-based polarization-separated optical waveguide device according to the present invention is a polarization independent optical waveguide (CO-polymer waveguide) formed in the input terminal and the output end portion, and the polarization independent optical waveguide is located inside the interface at a specific position of the device (Interface) And a birefringent polymer optical waveguide for enlarging the incident light to be incident at a predetermined angle to the interface, wherein the interface has different reflectances due to TE / TM polarization.
According to the present invention, since it has excellent polarization separation characteristics and a wide tolerance in the manufacturing process, it is easy to integrate and fabricate with optical waveguide elements of various functions, which has an advantage that can be applied to a quantum communication system.

Description

전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자 및 이의 제조방법{ Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same }Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same}

본 발명은 편광이 서로 다른 광신호를 서로 합쳐 주거나 분리하기 위하여 사용되는 편광분리기에 관한 것으로, 광통신 시스템에서 서로 다른 편광을 이용하여 다양한 형태의 광신호처리를 수행할 수 있는 소형으로 집적화된 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polarization separator used to combine or separate optical signals having different polarizations, and is a compact and totally integrated total reflection base capable of performing various types of optical signal processing using different polarizations in an optical communication system. A polarization split optical waveguide device and a method for manufacturing the same.

나날이 증가 되어가는 통신용량과 인터넷 서비스의 다양화 추세에 부합하여 데이터 암호화의 필요성이 대두 되면서 최근에는 양자통신 관련 기술들이 주목받고 있다.As the necessity of data encryption is increasing in accordance with the increasing communication capacity and the diversification of Internet services, quantum communication-related technologies have attracted attention in recent years.

이와 관련하여 선행기술문헌 중 비 특허문헌 [1] 및 [2]에는 양자통신 기술에 있어서 암호화된 키를 생성하기 위하여 빛의 편광상태를 조절하는 방식이 게시되어 있으며, 이와 같은 방식은 암호화 기술에서 이미 널리 이용되고 있다.In this regard, the non-patent literatures [1] and [2] of the prior art documents disclose a method of controlling the polarization state of light to generate an encrypted key in quantum communication technology. Already widely used.

그리고, 암호화를 위해 이용되는 특정편광상태(orthogonal Bell state polarization)를 검출하기 위해서는 편광분리기를 비롯한 몇 가지 광 부품들이 요구된다. In addition, several optical components including a polarizer are required to detect orthogonal bell state polarization used for encryption.

이와 관련하여 비 특허문헌 [3] 및 [4]에는 광 부품들을 집적화시킨 광집적회로의 개발을 위한 기술의 첫 번째 단계로 편광분리 효율이 높고 제작이 간단하며 재현성이 뛰어난 편광분리기가 제안되고 있다.In this regard, non-patent documents [3] and [4] propose a polarization separator having high polarization separation efficiency, simple fabrication, and excellent reproducibility as a first step in the technology for developing an optical integrated circuit in which optical components are integrated. .

한편, 편광분리기와 관련한 연구들은 지금까지 실리콘, 실리카, 폴리머와 같은 여러 가지 광 소재들을 바탕으로 연구가 진행되어 왔다. Meanwhile, researches on polarizers have been conducted based on various optical materials such as silicon, silica, and polymer.

일 예로 실리콘 광도파로 방향성 결합기를 이용한 편광분리기에서는 실리콘 광도파로의 구조를 변화시켜 편광에 따른 유효굴절률 차이를 증가하는 방법을 이용하고 있다.(비 특허문헌 [5] 및 [6] 참조)For example, in a polarization separator using a silicon optical waveguide directional coupler, a method of increasing the effective refractive index difference according to polarization by changing the structure of the silicon optical waveguide is used (see Non-Patent Documents [5] and [6]).

하지만, 이와 같은 경우 광도파로의 단면구조가 조금만 변할 경우에도 편광분리특성에 아주 큰 영향을 미치게 되며, 공정 허용오차의 범위가 좁은 단점을 가진다.However, even in this case, even if the cross-sectional structure of the optical waveguide is slightly changed, it has a great influence on the polarization separation characteristics, and has a narrow range of process tolerances.

그리고, 비 특허문헌 [7]을 참조하면 스트레스광학효과를 이용한 실리카 평면광도파로 편광분리기에서는 마흐젠더 구조의 한쪽 경로에 비정질 실리콘필름을 증착함으로써 광도파로에 스트레스를 인가하는 경우 편광에 따른 굴절률변화가 다르게 나타나는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to the non-patent document [7], in the silica plane optical waveguide polarization separator using the stress optical effect, when the stress is applied to the optical waveguide by depositing an amorphous silicon film on one path of the Mach-Zehnder structure, the refractive index change according to the polarization is changed. You can see that it appears different.

하지만, 이와 같은 경우에도 TE와 TM 편광간의 위상차이가 정확히 180°를 형성하도록 레이저를 이용한 트리밍처리가 필요하며, 공적이 복잡해지는 단점을 가진다.However, even in such a case, a trimming process using a laser is required so that the phase difference between the TE and TM polarizations is exactly 180 °, and the achievement is complicated.

한편, 폴리머 재료의 경우 굴절률 조절이 쉽고 스핀코팅과 같은 간단한 공정으로 다양한 기판 위에 여러 가지 형태의 광도파로 제작이 가능한 장점이 있다. On the other hand, the polymer material has an advantage that it is easy to control the refractive index and can be manufactured with various types of optical waveguides on various substrates by a simple process such as spin coating.

폴리머 재료의 복굴절은 유기분자의 구조와 연관성이 있으며, 특정 방향으로 분자를 배향시키게 되면 높은 복굴절을 얻을 수 있다.The birefringence of the polymer material is related to the structure of the organic molecules, and high birefringence can be obtained by orienting the molecules in a specific direction.

따라서, 이와 같은 특성을 이용하여 비 특허문헌 [8] 및 [9]에는 복굴절 폴리머를 이용하여 비대칭형 Y-분배광도파로를 형성하여 편광분리기를 제조하는 기술이 게시되어 있다.Therefore, using these characteristics, non-patent documents [8] and [9] disclose a technique for forming a polarizing separator by forming an asymmetrical Y-distributing waveguide using a birefringent polymer.

그리고, 비 특허문헌[10]에는 복굴절 폴리머를 이용한 소자의 경우 작은 삽입손실과 높은 편광분리비를 확인할 수 있으며, 가장 최근의 연구에서 실제 광통신시스템에 적용하였으나 장시간 사용 시 가는 선으로 제작된 복굴절 폴리머의 복굴절 특성이 줄어들게 되어 소자의 성능이 저하되는 것이 관찰되었다.In addition, the non-patent document [10] shows a small insertion loss and a high polarization separation ratio in the case of a device using a birefringent polymer. It has been observed that the birefringence characteristic is reduced, resulting in deterioration of the device performance.

JPJP 1998-2603291998-260329 AA JPJP 1999-2375171999-237517 AA KRKR 1998-00104661998-0010466 AA

[1] C. H. Bennett, and D. P. DiVincenzo, "Quantum information and computation," Nature, Vol. 404, 247-255 (2000)[1] C. H. Bennett, and D. P. Di Vincenzo, "Quantum information and computation," Nature, Vol. 404, 247-255 (2000) [2] J. C. F. Matthews, A. Politi, A. Stefanov, and J. L. OBrien,"Manipulation of multiphoton entanglement in waveguide quantum circuits," Nat. Photonics, Vol 3, 346 - 350 (2009)[2] J. C. F. Matthews, A. Politi, A. Stefanov, and J. L. OBrien, "Manipulation of multiphoton entanglement in waveguide quantum circuits," Nat. Photonics, Vol 3, 346-350 (2009) [3] A. Martin, A. Issautier, H. Herrmann, W. Sohler, D. B. Ostrowsky, O. Alibart, and S. Tanzilli,"A polarization entangled photon-pair source based on a type-II PPLN waveguide emitting at a telecom wavelength," New J. Phys., Vol.12 (2010)[3] A. Martin, A. Issautier, H. Herrmann, W. Sohler, DB Ostrowsky, O. Alibart, and S. Tanzilli, "A polarization entangled photon-pair source based on a type-II PPLN waveguide emitting at a telecom wavelength, "New J. Phys., Vol. 12 (2010) [4] Y.-H. Kim, S. P. Kulik, and Y. Shih, "Quantum teleportation of a polarization state with a complete bell state measurement," Phys. Rev. Lett., Vol. 86, 1370 (2001)[4] Y.-H. Kim, S. P. Kulik, and Y. Shih, "Quantum teleportation of a polarization state with a complete bell state measurement," Phys. Rev. Lett., Vol. 86, 1370 (2001) [5] I. Kiyat, A. Aydinli, and N. Dagli "A compact silicon-on-insulator polarization splitter," IEEE Photonics Technol. Lett., Vol. 17, No. 1 (2005)[5] I. Kiyat, A. Aydinli, and N. Dagli "A compact silicon-on-insulator polarization splitter," IEEE Photonics Technol. Lett., Vol. 17, No. 1 (2005) [6] H. Fukuda, K. Yamada, T. Tsuchizawa, T. Watanabe, H. Shinojima, and S. Itabashi, "Ultrasmall polarization splitter based on silicon wire waveguides," Opt. Express, Vol. 14, No. 25 (2006)[6] H. Fukuda, K. Yamada, T. Tsuchizawa, T. Watanabe, H. Shinojima, and S. Itabashi, "Ultrasmall polarization splitter based on silicon wire waveguides," Opt. Express, Vol. 14, No. 25 (2006) [7] M. Okuno, A. Sugita, K. Jinguji, and M. Kawachi, "Birefringence control of silica waveguides on si and its application to a polarization-beam splitted/switch," J. Lightwave Technol., Vol. 12, No. 4 (1994)[7] M. Okuno, A. Sugita, K. Jinguji, and M. Kawachi, "Birefringence control of silica waveguides on si and its application to a polarization-beam splitted / switch," J. Lightwave Technol., Vol. 12, No. 4 (1994) [8] M.-C. Oh, S.-S. Lee, S.-Y. Shin, W.-Y. Hwang, and J.-J. Kim, "Polymeric waveguide polarization splitter based on poling-induced birefringence,"Electron. Lett., Vol. 32, No. 4 (1996)[8] M.-C. Oh, S.-S. Lee, S.-Y. Shin, W.-Y. Hwang, and J.-J. Kim, "Polymeric waveguide polarization splitter based on poling-induced birefringence," Electron. Lett., Vol. 32, no. 4 (1996) [9] M.-C. Oh, M.-H. Lee, and H.-J. Lee, "Polymeric waveguide polarization splitter with a buried birefringent polymer," IEEE Photonics Technol. Lett., Vol. 11, No. 9 (1999)[9] M.-C. Oh, M.-H. Lee, and H.-J. Lee, "Polymeric waveguide polarization splitter with a buried birefringent polymer," IEEE Photonics Technol. Lett., Vol. 11, No. 9 (1999) [10] J.-W. Kim, K.-J. Kim, M.-C. Oh, J.-K. Seo, Y.-O. Noh, and H.-J. Lee, "Polarization-splitting waveguide devices incorporating perfluorinated birefringent polymers," J. Lightwave Technol., Vol. 29, No. 12 (2011)[10] J.-W. Kim, K.-J. Kim, M.-C. Oh, J.-K. Seo, Y.-O. Noh, and H.-J. Lee, "Polarization-splitting waveguide devices incorporating perfluorinated birefringent polymers," J. Lightwave Technol., Vol. 29, No. 12 (2011) [11] H. Thiem, P. Strohrieg, M. Shkunov, and I. McCulloch, "Photopolymerization of Reactive Mesogens, " J. Lightwave Technol., Vol. 29, No. 12 (2011)[11] H. Thiem, P. Strohrieg, M. Shkunov, and I. McCulloch, "Photopolymerization of Reactive Mesogens," J. Lightwave Technol., Vol. 29, No. 12 (2011)

본 발명의 목적은 양자통신 기술에 적용 가능하도록 소자의 편광분리 특성을 확보하면서 낮은 삽입손실과 장시간 동작 안정성이 보장되는 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a total reflection-based polarization-separated optical waveguide device that ensures low insertion loss and long-term operation stability while ensuring polarization separation characteristics of the device to be applicable to quantum communication technology.

본 발명의 다른 목적은 반응성 메조겐(Reactive Mesogen)을 이용한 복굴절 폴리머와 복굴절이 낮은 폴러머 간의 경계면에서 편광성분에 따라 반사율이 다르게 나타나는 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a total reflection-based polarization-separated optical waveguide device in which reflectance is different according to polarization components at the interface between a birefringent polymer and a low birefringent polymer using reactive mesogen.

본 발명의 또 다른 목적은, 다양한 기능의 광도파로 소자들과 함께 집적하여 제작될 수 있도록 상대적으로 넓은 허용 오차범위를 가지는 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a total reflection-based polarization-separated optical waveguide device having a relatively wide tolerance range so as to be integrated with various optical waveguide devices.

본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 특성의 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a total reflection based polarization split optical waveguide device having the above characteristics.

본 발명에 따른 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자는 입력단 및 출력단 부위에 형성되는 편광 무의존 광도파로(CO-polymer waveguide)와, 상기 편광 무의존 광도파로 내부에 위치되어 소자의 특정 위치에서 계면(Interface)을 형성하며, 입사광을 확대시켜 상기 계면에 일정각도로 입사되도록 하는 복굴절 폴리머 광도파로를 포함하며, 상기 계면(Interface)에서는 TE/TM 편광에 따른 반사율이 서로 다르게 나타나는 것을 특징으로 한다.The total reflection-based polarization-separated optical waveguide device according to the present invention is a polarization independent optical waveguide (CO-polymer waveguide) formed in the input terminal and the output end portion, and the polarization independent optical waveguide is located inside the interface at a specific position of the device (Interface) And a birefringent polymer optical waveguide for enlarging the incident light to be incident at a predetermined angle to the interface, wherein the interface has different reflectances due to TE / TM polarization.

상기 복굴절 폴리머 광도파로에는 편광 무의존 광도파로와 커플링을 위한 테이퍼부와, 상기 테이퍼부를 통과한 도파광의 폭을 확장시키기 위한 모드 확장부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.The birefringent polymer optical waveguide further includes a taper portion for coupling with the polarization independent optical waveguide, and a mode extension portion for extending the width of the waveguide light passing through the taper portion.

다른 측면에서 본 발명에 따른 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자의 제조방법은, 기판에 하부 클래딩층을 형성하는 단계와, 상기 하부 클래딩층의 상측에 제1코어층을 형성하는 단계와, 상기 제1코어층의 상측에 복굴절 폴리머 용액을 코팅하고 경화하여 복굴절 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 복굴절 폴리머층에 마스킹을 수행한 이후 식각하여 복굴절 폴리머 광도파로를 형성하는 단계와, 상기 복굴절 폴리머 광도파로가 형성된 제1코어층의 상측에 제2코어층을 형성하는 단계와, 상기 제2코어층에 마스킹을 수행한 이후 식각하여 상기 복굴절 폴리머 광도파로를 수용하여 복굴절 폴리머 광도파로와 계면(Interface)이 형성되는 편광 무의존 광도파로를 형성하는 단계 및 상기 편광 무의존 광도파로의 상측에 상부 클래딩층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, a method of manufacturing a total reflection-based polarization split optical waveguide device according to the present invention may include forming a lower cladding layer on a substrate, forming a first core layer on an upper side of the lower cladding layer, and Coating and curing the birefringent polymer solution on the upper side of the core layer to form a birefringent polymer layer, and etching the birefringent polymer layer after masking the birefringent polymer layer to form a birefringent polymer optical waveguide. Forming a second core layer on the formed first core layer, and etching the mask after the masking on the second core layer to receive the birefringent polymer optical waveguide to form an interface with the birefringent polymer optical waveguide Forming a polarization independent optical waveguide, and forming an upper cladding layer on an upper side of the polarization independent optical waveguide. And that is characterized.

본 발명에 따른 광도파로 소자는 편광에 따라 반사율의 차이가 큰 계면(Interface)에 의해 우수한 편광분리 특성을 가진다. The optical waveguide device according to the present invention has excellent polarization separation characteristics by an interface having a large difference in reflectance according to polarization.

또한, 상기 계면으로 입사되는 도파광은 복굴절 폴리머 광도파로에 형성되는 테이퍼와 모드 확장부에 의해 일정각도로 입사됨에 따라 제작공정에서 넓은 허용 오차 범위를 가질 수 있다.In addition, the guided light incident on the interface may have a wide tolerance range in the manufacturing process as it is incident at a predetermined angle by the taper and the mode extension formed in the birefringent polymer optical waveguide.

따라서, 다양한 기능의 광도파로 소자들과 함께 집적하여 제작하기 용이하며, 이로 인해 양자통신 시스템에도 적용 가능한 이점이 있다.Therefore, it is easy to integrate and fabricate with optical waveguide devices having various functions, and thus there is an advantage applicable to quantum communication systems.

도 1 은 본 발명에 따른 전반사 편광 분리 광도파로 소자의 일실시 예를 보인 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 전반사 편광 분리 광도파로 소자의 제조과정을 설명하기 위한 도면.
도 3 은 본 발명의 요부구성인 복굴절 폴리머 광도파로에서 모드 확장부의 길이 Le에 따른 모드 성분의 분석 결과를 보이기 위한 도면.
도 4 는 본 발명에 따른 전반사 편광 분리 광도파로 소자에 TE 편광을 입사하였을 때 계산되는 반사율을 보이기 위한 도면.
도 5 는 본 발명의 요부구성인 복굴절 폴리머 광도파로에서 테이퍼부의 길이에 따라 편광무의존 광도파로(CO-polymer waveguide)와 복굴절 폴리머 광도파로 사이의 결합손실을 계산한 결과를 보이기 위한 도면.
도 6 은 도 2에 따른 제작과정에서 광도파로를 촬영한 사진으로, (a)는 SEM 장비를 이용하여 촬영한 복굴절 폴리머 광도파로 사진이고, (b)는 코어층 아래의 전반사 계면(TIR interface) 사진.
도 7 은 본 발명에 따른 전반사 편광 분리 광도파로 소자를 거쳐 출력단으로 나온 모드별 CCD 사진으로, (a)는 TE 편광입력 사진이고, (b)는 TM 편광입력 사진.
도 8 은 실험에서 나타난 TM 편광에 대한 복굴절 폴리머의 굴절률과 측정값 사이의 차이를 계산하기 위한 BPM 설계 결과를 보인 도면.1 is a view showing an embodiment of a total reflection polarization split optical waveguide device according to the present invention.
2 is a view for explaining the manufacturing process of the total reflection polarization split optical waveguide device according to the present invention.
3 is a view for showing the results of the analysis of the mode component according to the length L e of the mode extension in the birefringent polymer optical waveguide which is a main component of the present invention.
4 is a view for showing a reflectance calculated when the incident of the TE polarized light in the total reflection polarization split optical waveguide device according to the present invention.
5 is a view for showing the result of calculating the coupling loss between the polarization independent optical waveguide (CO-polymer waveguide) and the birefringent polymer optical waveguide according to the length of the tapered portion in the birefringent polymer optical waveguide which is a main component of the present invention.
6 is a photograph taken of the optical waveguide in the manufacturing process according to Figure 2, (a) is a birefringent polymer optical waveguide photograph taken using SEM equipment, (b) is a total reflection interface (TIR interface) under the core layer Picture.
Figure 7 is a mode-specific CCD picture taken out to the output terminal through a total reflection polarization split optical waveguide device according to the present invention, (a) is a TE polarization input picture, (b) is a TM polarization input picture.
8 shows the results of a BPM design for calculating the difference between the refractive index and the measured value of the birefringent polymer for the TM polarization shown in the experiment.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can easily suggest other embodiments within the scope of the same idea.

도 1 에는 본 발명에 따른 전반사 편광 분리 광도파로 소자의 일실시 예를 보인 도면이 도시되어 있고, 도 2 에는 본 발명에 따른 전반사 편광 분리 광도파로 소자의 제조과정을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.1 is a view showing an embodiment of a total reflection polarization split optical waveguide device according to the present invention, Figure 2 is a view for explaining a manufacturing process of the total reflection polarization split optical waveguide device according to the present invention. .

그리고, 도 3 에는 본 발명의 요부구성인 복굴절 폴리머 광도파로에서 모드 확장부의 길이 Le에 따른 모드 성분의 분석 결과를 보이기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 4 에는 본 발명에 따른 전반사 편광 분리 광도파로 소자에 TE 편광을 입사하였을 때 계산되는 반사율을 보이기 위한 도면이 도시되어 있다. 3 is a view for showing an analysis result of a mode component according to a length L e of a mode extension part in a birefringent polymer optical waveguide which is a main component of the present invention, and FIG. 4 is a total reflection polarization split optical waveguide according to the present invention. The figure for showing the reflectance calculated when injecting TE polarized light into the device is shown.

또한, 도 5 에는 본 발명의 요부구성인 복굴절 폴리머 광도파로에서 테이퍼부의 길이에 따라 편광무의존 광도파로(CO-polymer waveguide)와 복굴절 폴리머 광도파로 사이의 결합손실을 계산한 결과를 보이기 위한 도면이 도시되어 있고, 도 6 에는 도 2에 따른 제작과정에서 광도파로를 촬영한 사진으로, (a)는 SEM 장비를 이용하여 촬영한 복굴절 폴리머 광도파로 사진이고, (b)는 코어층 아래의 전반사 계면(TIR interface) 사진이 도시되어 있다.In addition, Figure 5 is a view for showing the result of calculating the coupling loss between the birefringent polymer optical waveguide (CO-polymer waveguide) and the birefringent polymer optical waveguide according to the length of the tapered portion in the birefringent polymer optical waveguide which is the main part of the present invention 6 is a photograph taken of an optical waveguide in the manufacturing process according to FIG. 2, (a) is a birefringent polymer optical waveguide photograph taken using SEM equipment, and (b) is a total reflection interface under the core layer. (TIR interface) A picture is shown.

이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 전반사 편광 분리 광도파로 소자(이하‘ 편광 분리 소자’라 함)는 편광 무의존 광도파로(CO-polymer waveguide, 800)와, 상기 편광 무의존 광도파로(800)와 복굴절 폴리머 광도파로(600)에 의해 형성되는 계면(Interface, 660)에서 TE/TM 편광에 따른 반사율이 다르게 나타나는 것을 이용하여 편광분리가 이루어진다.Referring to these drawings, the total reflection polarization split optical waveguide device according to the present invention (hereinafter referred to as 'polarization splitting device') is a polarization independent optical waveguide (CO-polymer waveguide, 800) and the polarization independent optical waveguide (800) ) And polarization separation is performed by using different reflectances according to TE / TM polarization at the interface 660 formed by the birefringent polymer optical waveguide 600.

이를 위해 본 발명에 따른 편광 분리 소자는 아래와 같은 과정으로 제조된다. To this end, the polarization splitting device according to the present invention is manufactured by the following process.

설명에 앞서 본 실시 예에서는 편광 분리 소자의 제조를 위해 TE, TM 굴절률이 1.6457, 1.5205인 반응성 메조겐(Reactive Mesogen, RM) 재료와 함께 켐옵틱스사에서 제작된 복굴절이 1×10-4 정도의 작은 값을 가지는 CO-polymer series가 사용되었다.Prior to the description, in the present embodiment, birefringence produced by Chemoptix with a reactive mesogen (RM) material having a TE, TM refractive index of 1.6457 and 1.5205 for manufacturing a polarization splitting device is about 1 × 10 −4 . A small value co-polymer series was used.

우선, 실리콘 웨이퍼 등의 기판(100)에 소정 두께로 소정의 굴절률을 가지는 폴리머를 스핀 코팅한 후 UV 경화를 진행하여 하부 클래딩층(200)을 형성하는 하부 클래딩층 형성 단계가 수행된다.First, a lower cladding layer forming step of spin coating a polymer having a predetermined refractive index to a predetermined thickness on a substrate 100 such as a silicon wafer and then performing UV curing to form the lower cladding layer 200 is performed.

상기 하부 클래딩층 형성 단계에서는 실리콘 웨이퍼의 상측에 8㎛ 두께로 CO-polymer 클래딩층을 코팅한 후 UV 경화를 진행한다.In the lower cladding layer forming step, after coating the CO-polymer cladding layer with a thickness of 8㎛ on the upper side of the silicon wafer, UV curing is performed.

상기 하부 클래딩층 형성 단계가 수행된 이후에는 하부 클래딩층(200)의 상측에 다른 굴절률의 폴리머를 스핀 코팅하여 제1코어층(300)을 형성하는 제1코어층 형성 단계가 수행된다. After the lower cladding layer forming step is performed, a first core layer forming step of forming a first core layer 300 by spin coating a polymer having a different refractive index on the upper side of the lower cladding layer 200 is performed.

상기 제1코어층 형성 단계에서는 상기 하부 클래딩층(200)의 상측에 2.1㎛ 두께로 폴리머를 스핀코팅한 이후 UV 경화를 진행한다.In the first core layer forming step, the polymer is spin coated to a thickness of 2.1 μm on the lower cladding layer 200 and then UV cured.

상기 제1코어층 형성 단계가 수행된 이후에는 상기 제1코어층(300)의 상측에 복굴절 폴리머 용액을 코팅하고 경화하여 복굴절 폴리머층을 형성하는 단계가 수행된다. After the first core layer forming step is performed, the step of coating and curing the birefringent polymer solution on the upper side of the first core layer 300 is performed to form a birefringent polymer layer.

상기 복굴절 폴리머층을 형성하는 단계에서는, 상기 제1코어층(300)의 상측에 폴리이미드 배향막(400)을 코팅하고, 벨벳 롤러(420)를 이용하여 러빙(Rubbing) 하는 배향막 형성 과정이 포함된다.In the forming of the birefringent polymer layer, an alignment layer forming process of coating a polyimide alignment layer 400 on the first core layer 300 and rubbing using a velvet roller 420 is included. .

상기 배향막 형성 과정에서는 복굴절 폴리머 재료의 복굴절이 액정의 배향으로 나타나게 되므로, 배향막(400)을 소정 두께로 코팅한 이후 벨벳 롤러(420)를 이용한 얼라인(Aline)을 수행한다.In the formation of the alignment layer, since the birefringence of the birefringent polymer material is represented by the alignment of the liquid crystal, an alignment using the velvet roller 420 is performed after coating the alignment layer 400 to a predetermined thickness.

그리고, 상기와 같은 과정을 통해 형성되는 배향막(400)에는 복굴절 폴리머 용액을 스핀코팅하여 복굴절 폴리머층(500)을 형성함으로써 복굴절 폴리머층 형성 단계가 이루어진다.A birefringent polymer layer is formed by forming a birefringent polymer layer 500 by spin coating a birefringent polymer solution on the alignment layer 400 formed through the above process.

한편, 전술한 바와 같이 본 실시 예에서는 상기 복굴절 폴리머층(500)을 형성하기 위하여 반응성 메조겐 용액이 사용되었으며, 상기 배향막 형성 과정에 의해 메조겐 분자들이 러빙방향을 따라 표면방향으로 배향된 이후 UV 경화를 수행하여 복굴절 폴리머층(500)을 형성하게 된다. 이와 같이 형성되는 복굴절 폴리머층(500)은 TE 편광에 대해 더 높은 굴절률을 지니게 되지만, 배향과정이 최적화되지 못하면 반응성 메조겐의 복굴절이 작아지는 현상이 발생될 수 있다.Meanwhile, as described above, in this embodiment, a reactive mesogen solution was used to form the birefringent polymer layer 500. After the mesogenic molecules are aligned in the surface direction along the rubbing direction by the alignment layer formation process, UV Curing is performed to form the birefringent polymer layer 500. The birefringent polymer layer 500 formed as described above has a higher refractive index with respect to the TE polarized light, but if the orientation process is not optimized, the birefringence of the reactive mesogen may occur.

한편, 배향이 완료된 복굴절 폴리머층(500)의 상측에는 마스킹 후 식각하여 복굴절 폴리머 광도파로를 형성하는 복굴절 폴리머 광도파로 형성 단계가 수행된다.Meanwhile, a birefringent polymer optical waveguide forming step of forming a birefringent polymer optical waveguide after etching is performed on the upper side of the birefringent polymer layer 500 having completed the alignment.

상기 복굴절 폴리머 광도파로 형성 단계에서는 배향이 완료된 복굴절 폴리머층(500)에 포토레지스트를 코팅하고 포토리소그래피를 이용하여 복굴절 광도파로 패턴을 제작한 이후 산소플라즈마 식각 장치를 이용하여 테이퍼부(620)와 모드 확장부(640)를 포함하는 복굴절 폴리머 광도파로(600)를 형성한다.In the birefringent polymer optical waveguide forming step, a photoresist is coated on the birefringent polymer layer 500 in which the alignment is completed and a birefringent optical waveguide pattern is fabricated using photolithography, followed by a taper portion 620 and a mode using an oxygen plasma etching apparatus. A birefringent polymer optical waveguide 600 including an extension 640 is formed.

상기 복굴절 폴리머 광도파로 형성 단계 이후에는 상기 복굴절 폴리머 광도파로(600)가 형성된 제1코어층(300)의 상측에 제2코어층(700)을 형성하는 제2코어층 형성 단계가 수행된다. After the birefringent polymer optical waveguide forming step, a second core layer forming step of forming the second core layer 700 on the first core layer 300 on which the birefringent polymer optical waveguide 600 is formed is performed.

상기 제2코어층 형성 단계 이후에는 크롬(Cr) 금속을 에칭마스크로 식각을 수행함으로써 편광 무의존 광도파로(800)를 형성하는 편광 무의존 광도파로 형성 단계가 수행된다.After the forming of the second core layer, the forming of the polarization independent optical waveguide for forming the polarization independent optical waveguide 800 is performed by etching the chromium (Cr) metal with an etching mask.

상기 편광 무의존 광도파로 형성 단계에서는 편광 무의존 광도파로(800)의 일부분에 상기 복굴절 폴리머 광도파로(600)가 수용되는 형태로 마스킹 및 이에 따른 식각이 이루어지며, 이와 같은 과정을 통해 상기 복굴절 폴리머 광도파로(600)와 편광 무의존 광도파로(800) 사이에 계면(660)이 형성된다.In the forming of the polarization independent optical waveguide, masking and etching are performed in a form in which the birefringent polymer optical waveguide 600 is accommodated in a portion of the polarization independent optical waveguide 800, and the birefringence polymer is formed through the above process. An interface 660 is formed between the optical waveguide 600 and the polarization independent optical waveguide 800.

상기 편광 무의존 광도파로 형성 단계가 수행된 이후에는 상부 클래딩층(900)을 형성하는 상부 클래딩층 형성 단계가 수행되며, 소자의 입출력부를 다이싱하여 편광 분리 소자의 제조가 완료된다.After the polarization independent optical waveguide forming step is performed, the upper cladding layer forming step of forming the upper cladding layer 900 is performed, and the manufacturing of the polarization splitting device is completed by dicing the input / output unit of the device.

한편, 본 실시 예에서는 상기 복굴절 폴리머 광도파로 형성단계에서 모드 확장부(640)의 설계를 위해 TE 편광에 대하여 복굴절 폴리머 광도파로(600)의 두께를 가변시켜 가면서 광도파모드의 유효굴절률을 계산하고, 이값을 이용하여 2차원 Beam Propagation Method 설계를 수행하였다.Meanwhile, in the present embodiment, the effective refractive index of the optical waveguide mode is calculated while varying the thickness of the birefringent polymer optical waveguide 600 with respect to the TE polarization for the design of the mode extension unit 640 in the birefringent polymer optical waveguide forming step. Using this value, 2D Beam Propagation Method design was performed.

도 3 을 참조하면, 입력도파로의 폭이 6㎛이고, 출력도파로의 폭이 30㎛일 때 모드 확장부(640)의 길이 변화에 따른 출력 파동의 모드 파워를 계산한 결과를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, when the width of the input waveguide is 6 μm and the width of the output waveguide is 30 μm, the result of calculating the mode power of the output wave according to the change in the length of the mode expansion unit 640 can be confirmed.

도 3 에서는 모드 확장부(640)의 길이가 길어질수록 입력 기본모드 성분이 고차모드로 넘어가지 않고, 단열공정(adiabatic transition)이 효과적으로 일어나게 되어 2nd고차모드로 변환되는 파워가 -20dB 이하로 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 복굴절 폴리머 광도파로(600)의 두께 변화로 인한 소자특성변화는 크지 않았으며, Le가 600㎛ 이상이 되면 모드변환손실이 0.1dB 정도에 불과하게 된다.3 the length of the longer more basic input mode component of the mode extension portion 640 is not going over to the high-order mode, the heat insulating step (adiabatic transition) occurs are effectively 2 nd power is converted into high-order mode decreases to less than -20dB You can see that. The change in device characteristics due to the thickness change of the birefringent polymer optical waveguide 600 is not large. When L e is 600 µm or more, the mode conversion loss is only about 0.1 dB.

한편, 확장된 도파모드가 전반사 경계(660)에 도달하게 되면 TE편광인 경우에는 반사가 일어나고 TM 편광인 경우에는 투과가 일어난다. 이와 같은 현상도 유효굴절률을 구한 후 2차원 BPM 설계를 통하여 살펴보면 도 4와 같은 결과를 얻을 수 있다.On the other hand, when the extended waveguide mode reaches the total reflection boundary 660, reflection occurs in TE polarized light and transmission occurs in TM polarized light. This phenomenon is also obtained through the two-dimensional BPM design after obtaining the effective refractive index can be obtained as shown in FIG.

도 4에서는 편광 무의존 광도파로(800)의 굴절률은 1.520이며, 입사각도 θ가 점점 커질수록 전반사에 의해 TE 편광의 반사율이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 복굴절 폴리머 광도파로(600)의 두께가 0.8㎛ 이상이 되면 유효굴절률 차이가 충분히 커지게 되며 입사각이 80°이상일 때 반사손실은 0.05dB 미만이 되는 것을 확인할 수 있다.In FIG. 4, the refractive index of the polarization independent optical waveguide 800 is 1.520, and as the incident angle θ gradually increases, the reflectance of the TE polarized light is increased by total reflection. In addition, when the thickness of the birefringent polymer optical waveguide 600 is 0.8 μm or more, the effective refractive index difference is sufficiently increased, and when the incident angle is 80 ° or more, the reflection loss is less than 0.05 dB.

한편, 전반사를 겪게 되는 TE 편광은 입력부의 테이퍼부(620)에서 일차적으로 복굴절 폴리머 광도파로(600)로 모여지며 들어가게 되는데, 이 과정에서 손실을 최소화하기 위한 테이퍼 구조의 설계가 필요하다.On the other hand, TE polarized light that undergoes total reflection enters into the birefringent polymer optical waveguide 600 primarily from the tapered portion 620 of the input portion, it is necessary to design the tapered structure to minimize the loss in this process.

따라서, 본 실시 예에서는 테이퍼 구조의 최적화를 위하여 3차원 BPM 시뮬레이션을 진행하였고, 도 5와 같은 결과를 확인할 수 있었다. Therefore, in the present embodiment, the 3D BPM simulation was performed to optimize the tapered structure, and the result as shown in FIG. 5 was confirmed.

도 5 에서는 편광 무의존 광도파로(800) 코어, 클래딩의 굴절률은 1.520, 1.500이다. 입력부의 광도파로는 6×5.1㎛2 구조이며, 복굴절 폴리머 광도파로(600) 코어의 크기는 6×1.3㎛2이며, 두 광도파로 구조에 대한 도파모드를 계산하여 보이고 있다.In FIG. 5, the refractive indices of the polarization independent optical waveguide 800 core and the cladding are 1.520 and 1.500. The optical waveguide of the input unit is a 6 × 5.1㎛ 2 structure, the birefringence amount of the polymer optical waveguide 600, the core is 2 6 × 1.3㎛, showing the waveguide mode is calculated for the two optical waveguide structures.

도 5 를 참조하면, 복굴절 폴리머 광도파로(600) 층이 얇을수록 도파모드의 evanescant field 가 깊게 형성되어 모드가 커지는 현상이 나타나며 이로 인해 편광 무의존 광도파로(800)와의 결합손실이 줄어든다.Referring to FIG. 5, the thinner the birefringent polymer optical waveguide 600 layer is, the deeper the evanescant field is formed in the waveguide mode, thereby increasing the mode, thereby reducing the coupling loss with the polarization independent optical waveguide 800.

하지만, 도 4에 도시된 바와 같이 복굴절 폴리머 광도파로(600)가 너무 얇아지면 전반사 효율이 떨어지게 되므로 본 실시 예에서는 1㎛ 정도의 두께와 400㎛ 이상의 테이퍼부(620) 길이를 가지도록 형성하여 0.2dB 이하의 결합손실을 확인할 수 있었다. 그리고, SEM 장비를 이용하여 촬영한 복굴절 폴리머 광도파로(600)의 테이퍼부(620)는 도 6의 (a)와 같이 확인되었고, 복굴절 폴리머 재료의 유무에 따른 경계(660) 부분은 도 6의 (b)와 같이 확인되었다. However, as shown in FIG. 4, when the birefringent polymer optical waveguide 600 is too thin, the total reflection efficiency is decreased, so that in this embodiment, the birefringent polymer optical waveguide 600 is formed to have a thickness of about 1 μm and a tapered portion 620 having a length of 400 μm or more and 0.2 dB. The following coupling loss was confirmed. In addition, the tapered portion 620 of the birefringent polymer optical waveguide 600 photographed using the SEM equipment was identified as shown in FIG. 6A, and the boundary 660 according to the presence or absence of the birefringent polymer material is shown in FIG. 6. It was confirmed as (b).

한편, 본 발명의 편광 분리 특성을 확인하기 위하여 입사각이 76°에서 84°까지 5종류의 편광 분리 소자를 제작하였으며, 중심파장이 1550㎚인 DFB 레이저와 편광조절기를 이용하여 TE/TM 편광을 선택적으로 입력하였다.On the other hand, in order to confirm the polarization separation characteristics of the present invention, five kinds of polarization separation elements were fabricated from an incident angle of 76 ° to 84 °, and TE / TM polarization was selectively selected using a DFB laser having a central wavelength of 1550 nm and a polarization controller. Entered.

본 발명에 따른 편광 분리 소자를 거쳐 출력단으로 나온 빛은 CCD를 통해 확인하였으며, 도 7을 통해 확인할 수 있다.Light emitted from the output terminal through the polarization splitting device according to the present invention was confirmed through a CCD, and can be confirmed through FIG. 7.

도 7에서는 TE 모드를 입력하였을 때 경계(660)에서 반사를 일으키고, port 1로 출력된 CCD화면이 (a)와 같이 나타났으며, TM 모드를 입력하였을 경우에는 경계(660)에서 그대로 투과되어 port 2로 출력된 CCD 화면이 (b)와 같이 확인되었다. In FIG. 7, when the TE mode is input, reflection occurs at the boundary 660, and the CCD image outputted to port 1 is shown as (a). When the TM mode is input, the CCD screen is transmitted as it is at the boundary 660. The CCD screen outputted through port 2 was confirmed as shown in (b).

그리고, 실험결과와 설계내용을 비교하기 위하여 입사각도가 서로 다른 각각의 편광 분리 소자 특성을 측정한 결과는 도 8과 같이 확인되었다. In addition, the results of measuring the characteristics of the respective polarization splitting elements having different incidence angles in order to compare the experimental results and the design contents were confirmed as shown in FIG. 8.

도 8 에서는 두 번의 소자 제작공정을 통하여 얻어진 결과를 함께 도시하고 있으며, 전반적인 특성이 유사함을 확인할 수 있다. In FIG. 8, the results obtained through the two device fabrication processes are shown together, and the overall characteristics are similar.

상세히, 입사각이 76°일 때 편광 분리 특성이 가장 뚜렷이 나타났고, TE 모드를 입력시 전반사되는 출력과의 삽입 손실은 7.6dB이고, 투과되어 나타나는 누화성분은 -41.5dB로 매우 작게 나타났다. 그리고, TM 모드를 입력하였을 때 삽입 손실은 7.5dB이고, 누화성분은 -37.6dB로 나타났다. 이로부터 편광 분리 효율은 30dB 이상이 됨을 확인할 수 있다. In detail, when the incident angle is 76 °, the polarization separation characteristic is most pronounced. The insertion loss with the totally reflected output when the TE mode is input is 7.6 dB, and the crosstalk component that is transmitted is very small as -41.5 dB. When the TM mode was input, the insertion loss was 7.5 dB and the crosstalk component was -37.6 dB. From this it can be seen that the polarization separation efficiency is more than 30dB.

입사각도가 커짐에 따라 TE 편광의 전반사 특성은 크게 변하지 않으나, TM 편광의 경우 원하지 않는 반사가 커지게 되어 누화가 증대되고 투과되는 빛도 약해지는 것이 확인되었다. 이는 TM 편광도 경계(660)에서 부분적인 반사를 일으키기 때문인 것으로 예상된다. As the angle of incidence increases, the total reflection characteristic of TE polarized light does not change significantly, but in TM polarized light, unwanted reflection increases, crosstalk increases, and light transmitted decreases. This is expected to be because TM polarization also causes partial reflection at boundary 660.

따라서, 이와 같은 현상의 원인으로 TM 편광에 대한 복굴절 폴리머의 굴절률이 측정한 값과 다르게 되어 CO-polymer와 굴절률 차이가 발생할 것을 고려하여 BPM 설계를 수행하였다. Therefore, the BPM design was performed in consideration of the fact that the refractive index of the birefringent polymer with respect to the TM polarized light is different from the measured value due to the phenomenon of CO-polymer and the refractive index.

수행 결과 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 TM 편광의 삽입손실 및 누화특성은 복굴절 폴리머의 굴절률에 따라 크게 영향을 받게 되는 것을 확인할 수 있다.As a result, as shown in (b) of FIG. 8, insertion loss and crosstalk characteristics of TM polarized light may be significantly affected by the refractive index of the birefringent polymer.

복굴절 폴리머의 굴절률이 CO-polymer와 같은 1.520이 되면 반사는 -30dB 이하로 줄어드는 반면, 굴절률이 커지게 되면 파워가 증가한다. 특히, 복굴절 폴리머의 굴절률이 1.536인 경우 실험치와 유사한 경향성을 보이는 것이 확인되었다. 이로부터, 복굴절 폴리머 재료의 TM 편광 굴절률은 1.5205로 측정되었으나 편광분리 광도파로 소자에서 나타난 값은 1.536 정도가 된다는 것을 확인할 수 있었다. When the birefringent polymer has a refractive index of 1.520, such as a CO-polymer, the reflection decreases below -30 dB, while as the refractive index increases, the power increases. In particular, it was confirmed that the birefringent polymer showed a tendency similar to the experimental value when the refractive index was 1.536. From this, the TM polarization refractive index of the birefringent polymer material was measured to be 1.5205, but it was confirmed that the value shown in the polarization-separated optical waveguide device is about 1.536.

이는, 복굴절 폴리머 재료의 복굴절은 전술한 바와 같이 액정의 배향 정도에 따라 결정되는데 소자제작 공정 중에 폴리머 박막 위에 제작된 복굴절 폴리머는 배향상태가 단일 박막으로 제작된 경우보다 떨어지기 때문인 것으로 예상된다. This is because the birefringence of the birefringent polymer material is determined according to the degree of alignment of the liquid crystal as described above, and it is expected that the birefringent polymer formed on the polymer thin film during the device fabrication process is lower than the case where the alignment state is made of a single thin film.

따라서, 본 발명에서는 반복된 실험을 통하여 확인되는 정확도가 향상된 복굴절 폴리머의 굴절률을 바탕으로 입사각을 보다 줄일 수 있는 편광 분리 소자를 제작할 경우 보다 적은 누화특성을 가지는 편광 분리 소자를 구현할 수 있다.Therefore, in the present invention, a polarization splitter having less crosstalk characteristics may be realized when a polarization splitter is manufactured to reduce an incident angle based on the refractive index of the birefringent polymer having improved accuracy.

100........ 기판 200........ 하부 클래딩층
300........ 제1코어층 400........ 배향막
420........ 벨벳 롤러 500........ 복굴절 폴리머층
600........ 복굴절 폴리머 광도파로 620........ 테이퍼부
640........ 모드 확장부 660........ 계면
700........ 제2코어층 800........ 편광 무의존 광도파로
900........ 상부 클래딩층100 ........ Substrate 200 ........ Lower Cladding Layer
300 ........ First core layer 400 ........ alignment layer
420 ........ Velvet Roller 500 ........ Birefringent Polymer Layer
600 ........ Birefringent Polymer Waveguide 620 ........
640 ........ mode extension 660 ........ interface
700 ........ 2nd core layer 800 ........ polarization independent optical waveguide
900 ........ top cladding layer

Claims (4)

입력단 및 출력단 부위에 형성되는 X-분기형 편광 무의존 광도파로(CO-polymer waveguide);
상기 편광 무의존 광도파로 내부에 위치되어 X-분기의 중앙부에서 계면(Interface)을 형성하는 복굴절 폴리머 광도파로;를 포함하며,
상기 복굴절 폴리머 광도파로는 계면의 일측에서 편광 무의존 광도파로 입력단 및 출력단을 통과하도록 형성되어,
상기 계면에서, TE편광은 전반사되어 복굴절 폴리머 광도파로가 형성된 출력단으로 출력되고, TM편광은 투과되어 복굴절 폴리머 광도파로가 없는 출력단으로 출력되고,
상기 복굴절 폴리머 광도파로에는, 편광 무의존 광도파로와 커플링을 위한 테이퍼부와, 상기 테이퍼부를 통과한 도파광의 폭을 확장시키기 위한 모드 확장부가 더 포함되며;
상기 모드 확장부가 소정의 길이를 구비하는 것으로, 입력 기본모드 성분의 고차모드로의 변환을 감소시킬 수 있으며, 상기 테이퍼부는 소정의 길이를 가지도록 형성되어 결합 손실을 감소시키고,
편광 무의존 광도파로와 복굴절 폴리머 광도파로 사이의 결합손실이 감소하고 입력 기본모드 성분의 고차모드로의 변환이 감소되어 허용 오차가 개선되고,
편광분리 특성이 향상된 것을 특징으로 하는 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자.An X-branched polarization independent optical waveguide (CO-polymer waveguide) formed at the input and output end portions;
A birefringent polymer optical waveguide positioned inside the polarization independent optical waveguide to form an interface at a central portion of the X-branch;
The birefringent polymer optical waveguide is formed to pass through the input end and the output end of the polarization independent optical waveguide at one side of the interface,
At the interface, the TE polarized light is totally reflected and outputted to the output end where the birefringent polymer optical waveguide is formed, and the TM polarized light is transmitted to the output end without the birefringent polymer optical waveguide,
The birefringent polymer optical waveguide further includes a taper portion for coupling with the polarization independent optical waveguide, and a mode extension portion for extending the width of the waveguide light passing through the taper portion;
The mode extension part has a predetermined length, thereby reducing conversion of an input basic mode component to a higher order mode, and the taper part is formed to have a predetermined length to reduce coupling loss,
The coupling loss between the polarization independent optical waveguide and the birefringent polymer optical waveguide is reduced and the conversion of the input fundamental mode components to higher order mode is reduced, thereby improving the tolerance,
Total reflection-based polarization split optical waveguide device characterized in that the polarization separation characteristics are improved. 삭제delete 기판에 하부 클래딩층을 형성하는 단계;
상기 하부 클래딩층의 상측에 제1코어층을 형성하는 단계;
상기 제1코어층의 상측에 복굴절 폴리머 용액을 코팅하고 경화하여 복굴절 폴리머층을 형성하는 단계;
상기 복굴절 폴리머층을 형성하는 단계에서는, 상기 제1코어층의 상측에 폴리이미드 배향막을 코팅하고, 벨벳 롤러를 이용하여 러빙(Rubbing) 하는 배향막 형성 과정이 포함되고,
상기 복굴절 폴리머층에 마스킹을 수행한 이후 식각하여 복굴절 폴리머 광도파로를 형성하는 단계;
상기 복굴절 폴리머 광도파로 형성 단계에서는, 배향이 완료된 복굴절 폴리머층에 포토레지스트를 코팅하고 포토리소그래피를 이용하여 복굴절 광도파로 패턴을 제작한 이후 산소플라즈마 식각 장치를 이용하여 테이퍼부와 모드 확장부를 포함하는 복굴절 폴리머 광도파로가 형성되고,
상기 복굴절 폴리머 광도파로가 형성된 제1코어층의 상측에 제2코어층을 형성하는 단계;
상기 제2코어층에 마스킹을 수행한 이후 식각하여 상기 복굴절 폴리머 광도파로를 수용하여 복굴절 폴리머 광도파로와 계면(Interface)이 형성되는 편광 무의존 광도파로를 형성하는 단계; 및
상기 편광 무의존 광도파로의 상측에 상부 클래딩층을 형성하는 단계;를 포함하여,
상기 복굴절 폴리머 광도파로는 계면을 중심으로 편광 무의존 광도파로 입력단 및 출력단의 일측에 형성되고,
편광 무의존 광도파로와 복굴절 폴리머 광도파로 사이의 결합손실이 감소하고 입력 기본모드 성분의 고차모드로의 변환이 감소되어 허용 오차가 개선되는 것을 특징으로 하는 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자의 제조방법.Forming a lower cladding layer on the substrate;
Forming a first core layer on the lower cladding layer;
Coating and curing a birefringent polymer solution on an upper side of the first core layer to form a birefringent polymer layer;
In the forming of the birefringent polymer layer, an alignment layer forming process of coating a polyimide alignment layer on the first core layer and rubbing using a velvet roller is included.
Masking the birefringent polymer layer and then etching to form a birefringent polymer optical waveguide;
In the birefringent polymer optical waveguide forming step, after the photoresist is coated on the oriented birefringent polymer layer and the birefringent optical waveguide pattern is manufactured using photolithography, the birefringence including a tapered portion and a mode expansion portion using an oxygen plasma etching apparatus is performed. A polymer optical waveguide is formed,
Forming a second core layer on an upper side of the first core layer on which the birefringent polymer optical waveguide is formed;
After the masking is performed on the second core layer, the second core layer is etched to receive the birefringent polymer optical waveguide to form a polarization independent optical waveguide having an interface with the birefringent polymer optical waveguide; And
Forming an upper cladding layer on an upper side of the polarization independent optical waveguide;
The birefringent polymer optical waveguide is formed at one side of the input end and the output end of the polarization independent optical waveguide with respect to the interface.
A method for manufacturing a total reflection-based polarization-separated optical waveguide device, characterized in that the coupling loss between the polarization independent optical waveguide and the birefringent polymer optical waveguide is reduced and the conversion of the input fundamental mode component to the higher order mode is reduced, thereby improving the tolerance. 청구항 3항의 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자의 제조방법으로 제조된 전반사 기반 편광 분리 광도파로 소자.A total reflection based polarization split optical waveguide device manufactured by the method of manufacturing a total reflection based polarization split optical waveguide device of claim 3.
KR1020190005484A 2019-01-16 2019-01-16 Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same KR102018368B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190005484A KR102018368B1 (en) 2019-01-16 2019-01-16 Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190005484A KR102018368B1 (en) 2019-01-16 2019-01-16 Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170009387A Division KR20180085614A (en) 2017-01-19 2017-01-19 Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190008405A KR20190008405A (en) 2019-01-23
KR102018368B1 true KR102018368B1 (en) 2019-09-04

Family

ID=65324024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190005484A KR102018368B1 (en) 2019-01-16 2019-01-16 Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102018368B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000137128A (en) * 1998-11-04 2000-05-16 Nok Corp Optical branch waveguide and optical modulator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0127231Y1 (en) 1996-08-07 1998-10-15 박중흠 Liquid can with an air-hole
JPH10260329A (en) 1997-03-19 1998-09-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical waveguide type polarization beam splitter
KR100281736B1 (en) * 1997-07-15 2001-02-15 이계철 Structure and fabrication method of wye-branch type optical waveguide polarized light separator
JPH11237517A (en) 1998-02-23 1999-08-31 Fujitsu Ltd Optical waveguide element
KR100678979B1 (en) * 2004-05-25 2007-02-05 강준모 Method for manufacturing taper type optical waveguide
KR101109318B1 (en) * 2009-12-08 2012-01-31 부산대학교 산학협력단 Optical waveguide polarization converter and method of manufacturing the same
KR20160116403A (en) * 2015-03-30 2016-10-10 주식회사 우리로 Planar lightwave circuit device with reflector and method for manufacturing the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000137128A (en) * 1998-11-04 2000-05-16 Nok Corp Optical branch waveguide and optical modulator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190008405A (en) 2019-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Garner et al. Three-dimensional integrated optics using polymers
Sheng et al. A compact and low-loss MMI coupler fabricated with CMOS technology
Zgraggen et al. Laser direct writing of single-mode polysiloxane optical waveguides and devices
Guerber et al. Broadband polarization beam splitter on a silicon nitride platform for O-band operation
US10877208B2 (en) Photonic apparatus for controlling polarization
CN209928057U (en) Transverse electric polarizer
Rabus et al. Photonic integrated circuits by DUV-induced modification of polymers
Huang et al. Broadband integrated optic polarization splitters by incorporating polarization mode extracting waveguide
KR101923956B1 (en) Broadband integrated optic polarization splitters by incorporating polarization mode extracting waveguide and manufacturing method of the same
Wang et al. Broadband and compact polarization beam splitter based on an asymmetrical directional coupler with extra optimizing designs
CN110780381A (en) Polarization beam splitter with asymmetric three-waveguide structure and preparation method thereof
KR102018368B1 (en) Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same
JP2001272561A (en) Polarization independent waveguide type optical circuit
TW588167B (en) Polarization-insensitive planar lightwave circuits and method for fabricating the same
KR20180085614A (en) Integrated optic polarization splitter based on the total internal reflection and manufacturing method of the same
Le et al. The design of multimode interference couplers with arbitrary power splitting ratios on an SOI platform
WO2018150899A1 (en) Optical waveguide element and method for producing optical waveguide element
JP2015219295A (en) Polarization rotation element
JP2728421B2 (en) Optical waveguide
JP2015215578A (en) Optical waveguide element, and polarization separator using the same
Rahmanian et al. Air-trench splitters for ultra-compact ring resonators in low refractive index contrast waveguides
JP5955944B2 (en) Optical device with reduced polarization dependence
Fu et al. Experimental Demonstration of a Horseshoe-shaped 16-channel Arrayed Waveguide Grating (De) multiplexer
Sahmah et al. Implementation of thermo-optic waveguide photonics switch using polymer material
Huang et al. Integrated optic polarization splitter based on total internal reflection from a birefringent polymer

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant