KR102312608B1 - 광 도파로 구조체 - Google Patents

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Abstract

광 도파로 구조체는 기판 및 기판 상에 제공되는 코아 구조체를 포함한다. 상기 기판은 제1 도파로 영역, 제2 도파로 영역, 및 이들 사이의 전이 영역을 포함한다. 상기 코아 구조체는 상기 전이 영역 상에서 제1 방향, 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 제1 코아 세그먼트들을 포함한다. 상기 코아 구조체는 상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 배열되는 제2 코아 세그먼트들을 포함한다. 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 상기 기판의 상면에 평행하다.

Description

광 도파로 구조체{OPTICAL WAVEGUIDE STRUCTRUE}
본 발명은 평판형 광도파로에 대한 것으로, 보다 상세하게는 평판형 광도파로의 광모드 크기변환 기술에 관한 것이다.
평판형 광 도파로의 일단을 광섬유 또는 다른 평판형 광 도파로의 일단과 광학적으로 연결할 때, 광 파워 손실을 최소화하기 위해 광도파로의 광모드 크기변환 기술이 필요하다.
광모드 크기 변환 기술의 일 예로, 광모드 크기 변환영역에서 코아의 폭을 서서히 감소시켜 광모드 크기를 변환시키는 방법이 있다. 다만 이 기술은 코아의 폭이 줄어들수록 광모드 크기가 급격하게 증가할 수 있다. 이 경우, 광도파로 제작 시 광도파로의 단부에서 코아의 폭을 설계 값에 근접하도록 정밀하게 제어하는 것은 어려울 수 있다.
광모드 크기 변환 기술의 다른 예로, 광모드 크기변환영역에서 1차원적으로 배열된 분절 코아 구조를 이용함으로 광모드 크기를 변환시키는 방법이 있다. 이 기술은 3가지의 설계변수(분절된 코아의 폭과 길이, 분절된 코아들 사이의 주기)를 가질 수 있으나, 이것만으로는 광모드 크기와 형상 면에서 만족스러운 설계를 도출하기 어렵다.
본 발명의 일 기술적 과제는 광모드 크기 변환을 위한 설계의 자유도를 증가시킬 수 있는 평판형 광도파로 구조를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 광 도파로 구조체는 제1 도파로 영역, 제2 도파로 영역, 및 이들 사이의 전이 영역을 포함하는 기판, 상기 기판 상에 제공되는 코아 구조체를 포함할 수 있다. 상기 코아 구조체는 상기 전이 영역 상에서 제1 방향, 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 제1 코아 세그먼트들 및 상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 배열되는 제2 코아 세그먼트들을 포함할 수 있다. 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 상기 기판의 상면에 평행할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 코아 구조체는 상기 제1방향을 따라 상기 제1도파로 영역 및 상기 전이영역을 가로지르는 주 코아패턴을 포함할 수 있다. 상기 주 코아패턴은 상기 제1 코아 세그먼트들의 사이에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 주 코아패턴은 상기 제1 방향을 따라 상기 전이영역을 경유하여 상기 제2도파로 영역을 가로지를 수 있다. 상기 주 코아패턴은 상기 제2 코아 세그먼트들의 사이에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 전이영역은 상기 제1 도파로 영역에 인접하는 제1 전이 영역 및 상기 제2 도파로 영역에 인접하는 제2 전이 영역을 포함할 수 있다. 상기 주 코아패턴은 상기 전이 영역 상에서 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배열되는 복수의 제3 코아 세그먼트들을 포함할 수 있다. 상기 제2 전이 영역 상에서 상기 제1 코아 세그먼트들은 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 열 주위에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 각각은 상기 제1 방향에 따른 길이를 가질 수 있다. 상기 전이 영역 상에서, 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 상기 길이들은 상기 제1 방향을 따라 감소할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 각각은 상기 제2 방향에 따른 폭을 가질 수 있다. 상기 전이 영역 상에서 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 상기 폭들은 상기 제1 방향을 따라 감소할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 각각은 상기 제2 방향에 따른 폭을 가질 수 있다. 상기 전이영역상에서, 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 상기 폭들은 상기 제1 방향을 따라 증가하다가 감소할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 주 코아패턴은 상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배열되는 복수의 제4 코아 세그먼트들을 포함할 수 있다. 상기 제2 도파로 영역 상에서, 상기 제2 코아 세그먼트들과 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들은 상기 제2 방향을 따라 정렬될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전이 영역 상에서 상기 제1 코아 세그먼트들과 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들은 상기 제2 방향을 따라 정렬될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 주 코아패턴은 상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배열되는 복수의 제4 코아 세그먼트들을 포함할 수 있다. 상기 제2 도파로 영역 상에서, 상기 제2 코아 세그먼트들과 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들은 상기 제2 방향을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전이 영역 상에서 상기 제1 코아 세그먼트들과 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들은 상기 제2방향을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 전이영역은 상기 제1 도파로 영역에 인접하는 제1 전이 영역 및 상기 제2 도파로 영역에 인접하는 제2 전이 영역을 포함할 수 있다. 상기 주 코아패턴은 상기 전이 영역 상에서 상기 제1 방향을 따라 테이퍼진 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 전이영역상에서 상기 제1 코아 세그먼트들은 상기 주 코아패턴 주위에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 주 코아패턴은 상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1방향을 따라 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 도파로 영역 상에서, 상기 제2 코아 세그먼트들은 상기 주 코아패턴을 사이에 두고 상기 제2방향을 따라 서로 정렬될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전이 영역 상에서 상기 제1 코아 세그먼트들은 상기 주 코아패턴을 사이에 두고 상기 제2방향을 따라 서로 정렬될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 광모드 크기 변환을 위한 설계의 자유도를 증가시킬 수 있는 평판형 광도파로 구조를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 2차원적 분절코아 구조를 포함하는 광도파로 구조체를 나타낸 평면도이다.
도2는 도1의 주 코아패턴을 포함한 광도파로 구조체의 단면도이다.
도3은 도1의 제2 도파로 영역의 확대도이다.
도 4는 도1의 광모드 크기 변화를 나타낸 개념도이다.
도5는 본 발명의 일부 실시예들의 일 변형예에 따른 광도파로 구조체의 평면도이다.
도6은 본 발명의 일부 실시예들의 일 변형예에 따른 광도파로 구조체의 평면도이다.
도7은 본 발명의 일부 실시예들의 일 변형예에 따른 광도파로 구조체의 평면도이다.
도8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 2차원적 분절코아 구조를 포함하는 광도파로 구조체의 평면도이다.
도9는 도8의 광도파로 구조체에 의한 광모드 크기 변화를 나타낸 개념도이다.
도10은 본 발명의 일부 실시예들의 일 변형예에 따른 광도파로 구조체(10)의 평면도이다.
도 11은 도1의 주 코아패턴(C1)을 포함한 광도파로 구조체(10)의 단면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 2차원적 분절코아 구조를 포함하는 광도파로 구조체를 나타낸 평면도이다. 도1을 참조하면, 상기 광도파로 구조체(10)는 기판(1002)과 상기 기판 상의 코아 구조체(1001)를 포함할 수 있다. 상기 기판(1002)은 제1도파로 영역(101), 제2도파로 영역(103), 및 이들 사이의 전이영역(102)을 포함할 수 있다. 상기 전이영역(102)은 상기 제1도파로 영역(101)에 인접하는 제1전이 영역(T1), 및 상기 제2 도파로 영역(103)에 인접하는 제2전이 영역(T2)을 포함할 수 있다. 상기 코아 구조체(1001)는 상기 제2 전이영역(T2) 상에서 제1방향(D1) 및 제1방향(D1)에 교차하는 제2방향(D2)을 따라 배열되는 제1코아 세그먼트들(S1)을 포함할 수 있다. 상기 코아 구조체(1001)는 상기 제2도파로 영역(103) 상에서 상기 제1방향(D1) 및 상기 제2방향(D2)을 따라 배열되는 제2코아 세그먼트들(S2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2 방향(D2)은 상기 기판(1002)의 상면에 평행한 방향들일 수 있다. 상기 코아 구조체(1001)는 상기 제1방향(D1)을 따라 상기 제1 도파로 영역(101), 상기 전이영역(102), 및 상기 제2 도파로 영역(103)을 가로지르는 주 코아패턴(C1)을 포함할 수 있다. 상기 주 코아패턴(C1)은 상기 전이 영역(102)상에서 상기 제1방향(D1)을 따라 서로 이격되어 배열되는 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)을 포함할 수 있다. 상기 주 코아패턴(C1)은 상기 제2도파로 영역(103) 상에서 상기 제1방향(D1)을 따라 서로 이격되어 배열되는 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)을 포함할 수 있다. 상기 제1도파로 영역(101) 상의 상기 주 코아패턴(C1)의 일부는 상기 제1방향(D1)으로 연장되는 라인 형태일 수 있다.
상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)의 각각은 상기 제2방향(D2)에 따른 폭(W)을 가질 수 있다. 상기 전이영역(102) 상에서 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)의 폭(W)들은 상기 제1방향(D1)을 따라 감소할 수 있다. 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)의 각각은 상기 제1방향(D1)에 따른 길이(L)를 가질 수 있다. 상기 전이영역(102)상에서 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)의 길이(L)들은 상기 제1방향(D1)을 따라 감소할 수 있다. 즉, 평면적 관점에서, 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)의 크기들은 상기 제1 방향(D1)을 따라 감소할 수 있다. 평면적 관점에서 상기 제1 코아 세그먼트들(S1)의 크기는 상기 제2전이영역(T2)에서 상기 제 1방향(D1)을 따라서 증가하거나 일정할 수 있다. 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)과 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4) 각각은 상기 제2방향(D2)에 따른 폭(W)을 가질 수 있다. 상기 제2 도파로 영역(103)에서 상기 제2 코아 세그먼트들(S2) 및 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)의 폭(W)은 상기 제1방향(D1)을 따라 일정할 수 있다. 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)과 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4) 각각은 상기 제1방향(D1)에 따른 길이(L)를 가질 수 있다. 상기 제2 도파로 영역(103)에서 상기 복수의 제2 코아 세그먼트들(S2) 및 상기 제4 코아 세그먼트들(S4)의 길이(L)들은 상기 제1방향(D1)을 따라 일정할 수 있다. 즉 평면적 관점에서 상기 제2 코아 세그먼트들(S2) 및 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)의 크기는 상기 제1방향(D1)을 따라 일정할 수 있다.
상기 제2 전이 영역(T2)상에서 상기 제1코아 세그먼트들 (S1) 은 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)의 열 주위에 배치될 수 있다. 상기 제2전이 영역(T2)상의 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)의 각각은, 상기 제2 방향(D2)을 따라, 인접하는 상기 제1 코아 세그먼트들(S1)에 정렬될 수 있다. 상기 제2도파로 영역(103)상에서 상기 제2코아 세그먼트들(S2)은 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)의 열 주위에 배치될 수 있다. 상기 제2도파로 영역(103)상에서 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)의 각각은, 상기 제2 방향(D2)을 따라, 인접하는 상기 제2코아 세그먼트들(S2)에 정렬될 수 있다.
도 1은 상기 제1 및 제2 코아 세그먼트들(S1,S2), 및 상기 제3 및 제4 코아 세그먼트들(S3,S4)의 각각의 평면적 형상이 사각형인 경우를 예로서 도시하나, 본 발명의 개념은 이에 한정되지 않는다. 도시된 바와 달리, 상기 제1 및 제2 코아 세그먼트들(S1, S2), 및 상기 제3 및 제4 코아 세그먼트들(S3,S4)의 각각의 평면적 형상은 원형, 타원형, 삼각형, 마름모 등의 다양한 형태로 설계 또는 제작될 수 있다.
도2는 도1의 상기 주 코아패턴(C1)을 포함한 광도파로 구조체(10)의 단면도이다. 도2를 참조하면, 상기 기판(1002) 상에 클래드(1003)가 제공되어 상기 코아 구조체(1001)를 덮을 수 있다. 상기 기판(1002)은 반도체 기판, 유리 기판, 플라스틱 기판, 및 금속 기판 중에서 적어도 하나일 수 있다. 상기 기판(1002) 상에 상기 코아 구조체(1001)가 배치될 수 있다. 상기 코아 구조체(1001) 상에 상기 클래드(1003)가 제공될 수 있다.
상기 코아 구조체(1001)의 굴절율은 상기 클래드(1003)의 굴절율 보다 클 수 있다. 일 예로, 상기 코아 구조체(1001)는 실리콘질화막 또는 실리콘산화질화막일 수 있고, 상기 클래드(1003)는 실리콘 산화막일 수 있다. 다른 예로, 상기 코아 구조체(1001)는 게르마늄(Ge)이 도핑된 실리콘 산화막이고 상기 클래드(1003)는 보론(B) 및/또는 인(P)이 도핑된 실리콘 산화막일 수 있다.
상기 클래드(1003)의 굴절률이 상기 코아 구조체(1001)의 굴절률 보다 작음에 따라, 상기 코아 구조체(1001)의 일단으로부터 들어온 빛은 상기 코아 구조체(1001) 내부에 구속되어 상기 제1 방향(D1)으로 진행할 수 있다. 상기 빛은 상기 코아 구조체(1001)를 통하여 상기 코아 구조체(1001)의 타단으로 내보내 질 수 있다.
상기 코아 구조체(1001)는, 상기 기판(1002) 상에 코아 막을 증착하고 상기 코아막을 패터닝함으로서 형성될 수 있다. 상기 코아막을 패터닝하는 것은, 상기 코아막 상에 상기 코아 구조체(1001)의 평면적 형상을 정의하는 마스크 패턴을 형성하는 것, 및 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 코아막을 식각하는 것을 포함할 수 있다. 상기 클래드(1003)는 상기 기판(1002) 상에 상기 코아 구조체(1001)를 덮는 클래드 막을 증착함으로써 형성될 수 있다. 이 경우 빛(즉, 도파광)의 진행방향에 수직한 코아의 단면구조는 사각형으로 근사될 수 있다.
도3은 도1의 제2 도파로 영역(103)의 확대도이다. 제2 코아 세그먼트들(S2)과 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)은 상기 제1방향(D1) 및 상기 제2방향(D2)을 따라 주기적으로 배열될 수 있다. 이 경우, 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)과 상기 제4 코아 세그먼트들(S4)의 각각의 폭(W) 및 길이(L), 상기 제1 방향(D1)에 따른 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)과 상기 제4 코아 세그먼트들(S4) 사이의 제1 이격 거리(P1), 상기 제2 방향(D2)에 따른 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)과 상기 제4 코아 세그먼트들(S4) 사이의 제2 이격 거리(P2), 및 제2 도파로 영역(103) 상에 배치되는 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)과 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)의 개수(N)는 광모드 크기 변환을 위한 설계 변수로 작용할 수 있다. 즉, 본 발명의 개념에 따른 광도파로 구조체(10)는 증가된 설계 변수를 가질 수 있고, 이로 인해, 상기 광모드 크기 변환을 위한 설계의 자유도가 증가될 수 있다.
도 4는 도1의 광모드 크기 변화를 나타낸 개념도이다. 도 4를 참조하면, 상기 광 도파로 구조체(10)는 기본적으로 영차(Zeroth-order) 또는 기본(fundamental) 광 모드만이 여기되는 단일 모드 평판형 광도파로일 수 있다. 포물선 모양의 곡선은 광모드를 나타내며 상기 포물선의 크기가 클수록 상기 광모드의 크기가 큰 것을 나타낸다. 이 경우, 상기 코아 구조체(1001)와 상기 클래드(1003) 간 굴절률 차이는 일정하게 유지될 수 있다. 제1 도파로 영역(101)에서는 광모드 크기가 일정할 수 있다. 상기 전이영역(102)에서는 상기 광모드 크기가 점진적으로 확장될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1전이영역(T1) 및 상기 제2전이영역(T2)을 거치면서 코아 세그먼트들의 충전률은 점진적으로 감소할 수 있다. 여기서, 상기 코아 세그먼트들의 충전률은 단위 면적 내에서 코아 세그먼트들이 차지하고 있는 면적의 비율을 말한다. 그 결과, 상기 코아 구조체(1001)에 의한 도파광의 구속은 점진적으로 약화될 수 있고, 이에 따라, 상기 광모드 크기가 점진적으로 확장될 수 있다. 상기 제2 도파로 영역(103)에서는 상기 코아 세그먼트들의 충전률이 일정할 수 있다. 그 결과 상기 제2 도파로 영역(103)에서의 상기 광모드 크기는 일정하게 유지될 수 있다.
도5는 본 발명의 일부 실시예들의 일 변형예에 따른 광도파로 구조체(10)의 평면도이다. 설명의 간소화를 위해, 도 1을 참조하여 설명한 광 도파로 구조체(10)와의 차이점을 주로 설명한다.
도5를 참조하면, 본 변형예에 따른 코아 구조체(1001)는, 제1 및 제2 코아 세그먼트들(S1, S2), 및 복수의 제3 및 제4 코아 세그먼트들(S3, S4)의 상대적인 배치를 제외하고, 도1을 참조하여 설명한 코아 구조체(1001)와 실질적으로 동일하다.
상기 제1 코아 세그먼트들(S1)과 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)은 제2전이영역(T2) 상에서 제2방향(D2)을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)과 상기 제2 코아 세그먼트(S2)들은 제2도파로 영역(103) 상에서 상기 제2방향(D2)을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
도6은 본 발명의 일부 실시예들의 일 변형예에 따른 광도파로 구조체(10)의 평면도이다. 설명의 간소화를 위해, 도 1을 참조하여 설명한 광 도파로 구조체(10)와의 차이점을 주로 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 변형예에 따른 코아 구조체(1001)는, 상기 제1 및 제2 코아 세그먼트들(S1, S2), 및 상기 제3 및 제4 코아 세그먼트들(S3, S4)의 폭과 길이, 상대적인 배치를 제외하고, 도1을 참조하여 설명한 상기 코아 구조체(1001)와 실질적으로 동일하다.
상기 제3 코아 세그먼트들(S3) 각각은 제2방향(D2)에 따른 폭(W)을 가질 수 있다. 상기 폭(W)들은 상기 전이영역(102)에서 상기 제1방향(D1)을 따라 증가하다가 감소할 수 있다. 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)과 상기 제1 코아 세그먼트들(S1)은 제2전이영역(T2)에서 상기 제2방향(D2)을 따라 정렬될 수 있다. 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)과 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)은 제2 도파로 영역(103)에서 상기 제2방향(D2)을 따라 정렬될 수 있다.
도7은 본 발명의 일부 실시예들의 일 변형예에 따른 광도파로 구조체(10)의 평면도이다. 설명의 간소화를 위해, 도 6을 참조하여 설명한 광 도파로 구조체(10)와의 차이점을 주로 설명한다.
도7을 참조하면, 본 변형예에 따른 코아 구조체(1001)는, 상기 제1 및 제2 코아 세그먼트들(S1,S2), 및 상기 제3 및 제4 코아 세그먼트들(S3,S4)의 상대적인 배치를 제외하고, 도6을 참조하여 설명한 코아 구조체(1001)와 실질적으로 동일하다.
상기 제1 코아 세그먼트들(S1)과 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들(S3)은 상기 제2전이영역(T2) 상에서 상기 제2방향(D2)을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들(S4)과 상기 제2 코아 세그먼트들(S2) 은 상기 제2 도파로 영역(103) 상에서 상기 제2방향(D2)을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
도8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 2차원적 분절코아 구조를 포함하는 광도파로 구조체(10)의 평면도이다.
도8을 참조하면 광도파로 구조체(10)는 기판(1002)과 기판 상의 코아 구조체(1001)를 포함할 수 있다. 상기 기판(1002)은 제1 도파로 영역(101), 제2 도파로 영역(103), 및 이들 사이의 전이영역(102)을 포함할 수 있다. 상기 전이영역(102)은 상기 제1 도파로 영역(101)에 인접하는 제1전이 영역(T1), 및 상기 제2 도파로 영역(103)에 인접하는 제2전이 영역(T2)을 포함할 수 있다. 상기 코아 구조체(1001)는 상기 제2 전이영역(T2) 상에서 제1방향(D1) 및 제1방향(D1)에 교차하는 제2방향(D2)을 따라 배열되는 제1코아 세그먼트들(S1)을 포함할 수 있다. 상기 코아 구조체(1001)는 상기 제2도파로 영역(103) 상에서 상기 제1방향(D1) 및 상기 제2방향(D2)을 따라 배열되는 제2코아 세그먼트들(S2)를 포함할 수 있다. 상기 코아 구조체(1001)는 상기 제1방향(D1)을 따라 상기 제1 도파로 영역(101), 상기 전이영역(102), 및 상기 제2 도파로 영역(103)을 가로지르는 주 코아패턴(C2)을 포함할 수 있다. 상기 주 코아패턴(C2)은 상기 제1 도파로 영역(101)으로부터 상기 전이영역(102)을 거쳐 상기 제2 도파로 영역(103)으로 연장되는 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 주 코아패턴(C2)은 상기 전이영역(102) 상에서 상기 제1방향(D1)을 따라 테이퍼진 라인 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 코아 세그먼트들(S1)은 상기 제2전이영역(T2) 상에서 상기 주 코아패턴(C2)의 양 측에 배치되어 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2방향(D2)을 따라 정렬될 수 있다. 상기 주 코아패턴(C2)은 상기 제1 코아 세그먼트들(S1) 사이에 위치할 수 있다. 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)은 상기 제2 도파로 영역(103)상에서 상기 주 코아패턴(C2)의 양 측에 배치되어 상기 제1 방향(D1) 및 상기 제2방향(D2)을 따라 정렬될 수 있다. 상기 주 코아패턴(C2)은 상기 제2 코아 세그먼트들(S2) 사이에 위치할 수 있다.
도9는 도8의 광도파로 구조체(10)에 의한 광모드 크기 변화를 나타낸 개념도이다.
도9를 참조하면, 상기 광 도파로 구조체(10)는 기본적으로 영차(Zeroth-order) 또는 기본(fundamental) 광 모드만이 여기되는 단일 모드 평판형 광도파로일 수 있다. 포물선 모양의 곡선은 광모드를 나타내며 상기 포물선의 크기가 클수록 상기 광모드의 크기가 큰 것을 나타낸다. 이 경우, 상기 코아 구조체(1001)와 상기 클래드(1003) 간 굴절률 차이는 일정하게 유지될 수 있다. 상기 제1 도파로 영역(101)에서는 상기 광모드 크기가 일정할 수 있다. 전이영역(102)에서는 상기 광모드 크기가 점진적으로 확장될 수 있다. 구체적으로, 평면적 관점에서 상기 제1 코아 세그먼트들(S1)의 크기들은 상기 제2 전이영역(T2) 상에서 상기 제1방향(D1)을 따라 증가하거나 일정할 수 있다. 상기 주 코아패턴(C2)의 폭(W)은 상기 제1전이영역(T1) 및 상기 제2전이영역(T2)을 거치면서 점진적으로 감소할 수 있다. 그 결과, 상기 코아 구조체(1001)에 의한 도파광의 구속은 점진적으로 약화될 수 있고, 이에 따라, 상기 광모드 크기가 점진적으로 확장될 수 있다. 상기 제2 도파로 영역(103)에서는 제2 코아 세그먼트들(S2)의 크기들은 일정하게 유지될 수 있다. 상기 제2도파로 영역(103)에서 상기 주 코아패턴(C2)의 폭(W)이 일정할 수 있다. 그 결과 상기 제2 도파로 영역(103)에서의 상기 광모드 크기는 일정하게 유지될 수 있다. 상기 제1 코아 세그먼트들(S1) 및 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)의 존재로 인해서 상기 주 코아패턴(C2)의 폭(W)을 정밀하게 제어해야 하는 어려움을 경감할 수 있다.
도10은 본 발명의 일부 실시예들의 일 변형예에 따른 광도파로 구조체(10)의 평면도이다. 설명의 간소화를 위해, 도 1을 참조하여 설명한 광 도파로 구조체와(10)의 차이점을 주로 설명한다.
도10을 참조하면, 본 변형예에 따른 코아 구조체(1001)는, 상기 제1 및 제2 코아 세그먼트들(S1,S2)의 상대적인 배치를 제외하고, 도8을 참조하여 설명한 코아 구조체(1001)와 실질적으로 동일하다.
상기 제1 코아 세그먼트들(S1)은 상기 제2전이영역(T2) 상에서 상기 제2방향(D2)을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 상기 제2 코아 세그먼트들(S2)은 상기 제2도파로 영역(103) 상에서 상기 제2방향(D2)을 따라 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
도 11은 도1의 주 코아패턴(C1)을 포함한 광도파로 구조체(10)의 단면도이다. 설명의 간소화를 위해, 도 2를 참조하여 설명한 광 도파로 구조체(10)와의 차이점을 주로 설명한다.
도 11을 참조하면, 상기 기판(1002)상에는 하부 클래드(1004), 상기 코아 구조체(1001) 및 상부 클래드(1003)가 차례로 제공될 수 있다. 상기 코아 구조체(1001)의 굴절율은 상기 하부 및 상부 클래드들(1004, 1003)의 각각의 굴절율 보다 클 수 있다. 일 예로, 상기 코아 구조체(1001)는 실리콘질화막 또는 실리콘산화질화막일 수 있고, 상기 하부 및 상부 클래드(1004, 1003)는 실리콘 산화막일 수 있다. 다른 예로, 상기 코아 구조체(1001)는 게르마늄(Ge)이 도핑된 실리콘 산화막이고 상기 상부 및 하부 클래드(1004, 1003)는 보론(B) 및/또는 인(P)이 도핑된 실리콘 산화막일 수 있다. 이 경우, 상기 하부 클래드(1004)의 도핑 농도는 상기 상부 클래드(1003)의 도핑 농도보다 낮을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.
0 광도파로 구조체
1001 코아 구조체
1002 기판
1003 클래드
101 제1 도파로 영역
102 전이 영역
103 제2 도파로 영역
P1 제1 방향으로의 이격거리
T1 제1 전이영역
T2 제2 전이영역
S1 제1 코아 세그먼트
S2 제2 코아 세그먼트
S3 복수의 제3 코아 세그먼트
S4 복수의 제4 코아 세그먼트
P2 제2 방향으로의 이격거리
L 코아세그먼트의 길이
N 코아 세그먼트의 개수

Claims (14)

  1. 제1 도파로 영역, 제2 도파로 영역, 및 이들 사이의 전이 영역을 포함하는 기판; 및
    상기 기판 상에 제공되는 코아 구조체를 포함하되,
    상기 코아 구조체는;
    상기 전이 영역 상에서 제1 방향, 및 상기 제1 방향에 교차하는 제2 방향을 따라 배열되는 제1 코아 세그먼트들; 및
    상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 배열되는 제2 코아 세그먼트들을 포함하고,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향은 상기 기판의 상면에 평행한 광 도파로 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코아 구조체는 상기 제1 방향을 따라 상기 제1도파로 영역 및 상기 전이영역을 가로지르는 주 코아패턴을 더 포함하고,
    상기 주 코아패턴은 상기 제1 코아 세그먼트들의 사이에 배치되는 광 도파로 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 주 코아패턴은 상기 제1 방향을 따라 상기 전이 영역을 경유하여 상기 제2도파로 영역을 가로지르고,
    상기 주 코아패턴은 상기 제2 코아 세그먼트들의 사이에 배치되는 광 도파로 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전이 영역은:
    상기 제1 도파로 영역에 인접하는 제1 전이 영역; 및
    상기 제2 도파로 영역에 인접하는 제2 전이 영역을 포함하고,
    상기 주 코아패턴은 상기 전이 영역 상에서 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배열되는 복수의 제3 코아 세그먼트들을 포함하고,
    상기 제2 전이 영역 상에서 상기 제1 코아 세그먼트들은 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 열 주위에 배치되는 광 도파로 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 각각은 상기 제1 방향에 따른 길이를 가지되,
    상기 전이 영역 상에서, 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 상기 길이들은 상기 제1 방향을 따라 감소하는 광 도파로 구조체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 각각은 상기 제2 방향에 따른 폭을 가지되,
    상기 전이 영역 상에서 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 상기 폭들은 상기 제1 방향을 따라 감소하는 광 도파로 구조체.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 각각은 상기 제2 방향에 따른 폭을 가지되,
    상기 전이영역상에서, 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들의 상기 폭들은 상기 제1 방향을 따라 증가하다가 감소하는 광 도파로 구조체.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 주 코아패턴은 상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배열되는 복수의 제4 코아 세그먼트들을 포함하고,
    상기 제2 도파로 영역 상에서, 상기 제2 코아 세그먼트들과 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들은 상기 제2 방향을 따라 정렬되는 광 도파로 구조체.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제2 전이 영역 상에서 상기 제1 코아 세그먼트들과 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들은 상기 제2 방향을 따라 정렬되는 광 도파로 구조체.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 주 코아패턴은 상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1 방향을 따라 서로 이격되어 배열되는 복수의 제4 코아 세그먼트들을 포함하고,
    상기 제2 도파로 영역 상에서, 상기 제2 코아 세그먼트들과 상기 복수의 제4 코아 세그먼트들은 상기 제2 방향을 따라 지그재그 형태로 배열되는 광 도파로 구조체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 전이 영역 상에서 상기 제1 코아 세그먼트들과 상기 복수의 제3 코아 세그먼트들은 상기 제2방향을 따라 지그재그 형태로 배열되는 광 도파로 구조체.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 전이영역은:
    상기 제1 도파로 영역에 인접하는 제1 전이 영역; 및
    상기 제2 도파로 영역에 인접하는 제2 전이 영역을 포함하고,
    상기 주 코아패턴은 상기 전이 영역 상에서 상기 제1 방향을 따라 테이퍼진 라인 형태를 가지고,
    상기 제2 전이영역상에서 상기 제1 코아 세그먼트들은 상기 주 코아패턴 주위에 배치되는 광 도파로 구조체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 주 코아패턴은 상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제1방향을 따라 연장되는 라인 형태를 가지고,
    상기 제2 도파로 영역 상에서 상기 제2 코아 세그먼트들은 상기 주 코아패턴을 사이에 두고 상기 제2방향을 따라 서로 정렬되는 광 도파로 구조체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 전이 영역 상에서 상기 제1 코아 세그먼트들은 상기 주 코아패턴을 사이에 두고 상기 제2방향을 따라 서로 정렬되는 광 도파로 구조체.
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