KR102408995B1 - 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 및 이를 제조하는 방법, 그리고 이 폴리머 도파로 기반의 수동 모드 잠금 레이저 - Google Patents

분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 및 이를 제조하는 방법, 그리고 이 폴리머 도파로 기반의 수동 모드 잠금 레이저 Download PDF

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Abstract

실시예들은 기판; 제1 모노머가 제1 폴리머로 중합되어 상기 기판 상에 형성된 클래딩층으로서, 상기 클래딩층은 일부가 제거되어 도파로를 위한 홈을 포함한, 클래딩층; 및 상기 홈 상에 형성된, 내부에 그래핀을 수용한 코어를 포함하는 폴리머 도파로, 및 이를 제조하는 방법, 그리고 상기 폴리머 도파로에 기반한 수동 모드 잠금 레이저와 관련된다.

Description

분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 및 이를 제조하는 방법, 그리고 이 폴리머 도파로 기반의 수동 모드 잠금 레이저{POLYMER WAVEGUIDE ACCOMMODATING DISPERSED GRAPHENE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND LASER BASED ON THE POLYMER WAVEGUIDE}
본 발명은 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로를 제조하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도파로 내부를 전파하는 광계(light field)의 피크 및 그 주위 부분과 그래핀을 직접 마주보도록 구성된 폴리머 도파로를 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 폴리머 도파로, 그리고 상기 폴리머 도파로 기반의 수동 모드 잠금 레이저에 관한 것이다.
최근 광 도파로 기반의 시스템은 저비용, 고효율 데이터 통신을 위한 유용한 애플리케이션으로 많은 관심을 받고 있다. 특히, 보드-투-보드(board-to-board), 또는 칩-투-칩 애플리케이션 (chip-to-chip applications) 과 같은 광 도파로 기반의 시스템은 근거리 통신 분야에서 매우 각광받고 있는 시스템이다.
데이터 통신에서 고속으로 데이터를 제어하는 것이 매우 중요하다. 그래핀은 디락-페르미온(dirac-fermion)의 선형 분산, 초고속 복구 시간, 파장에 독립적인 포화 흡수, 매우 높은 광학 비선형성 등의 물성들로 인해 진행하는 파장의 고속 제어가 가능하므로, 전자 및 광학 분야에서, 특히 광 통신 분야에서 각광을 받고 있다.
광 도파로 기반의 시스템에 그래핀을 결합한 종래의 기술로 등록특허공보 제10-1028803호(발명의 명칭: 그래핀을 포함하는 모드 로커 및 이를 포함하는 레이저 펄스 장치, 이하 "특허 문헌 1")가 있다.
그래핀은 고품질로 웨이퍼 규모에서 생산되어 이종 기판에 전사되고 그리고 소자 상에서 패터닝되어 사용되는 것이 일반적이다. 상기 특허 문헌1에 기재된 바와 같이, 광 도파로 기반 시스템에 결합될 경우, 그래핀은 비선형 특성에 기반한 광학 동작을 위해 도파로 측면에 전사되어 설치된다.
도 1은, 종래의 일 실시예에 따른, 광 신호와 그래핀 간의 상호작용의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 이러한 측면 전사 구조는 전파되는 광 신호와 그래핀의 상호작용을 전사된 그래핀의 길이에 따른 긴 범위 상에서 보장한다.
그러나, 이 상호작용은 광 신호의 소실장(evanescent field)과 그래핀의 상호작용이다. 이 소실장의 신호 세기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전파하는 광 신호의 전체 세기 중에서 낮은 부분에 해당하므로, 이러한 측면 전사 구조를 갖는 광 도파로 기반 시스템에서는 상호작용의 결과가 낮은 값으로 나타나게 된다. 결국, 광학 동작의 높은 효율을 기대할 수 없는 한계가 있다.
등록특허공보 제10-1028803호 (2011.04.12. 공개)
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 분산된 그래핀을 함유한 광 도파로 제조 방법을 제공하고자 한다.
이 외에도, 상기 방법을 이용하여 형성된, 분산된 그래핀을 포함하는 광 도파로, 그리고 상기 광 도파로 기반의 수동 모드 잠금 레이저 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법은: 기판 상에 제1 폴리머로 이루어진 클래딩층을 형성하는 단계; 상기 클래딩층의 일부를 제거하여 도파로를 위한 홈을 형성하는 단계; 및 내부에 분산된 그래핀을 수용한 코어를 상기 홈 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코어를 형성하는 단계는, 그래핀이 분산된 용액을 상기 홈 상에 코팅하는 단계; 및 상기 코어를 형성하기 위해, 상기 그래핀이 분산된 용액을 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 그래핀이 분산된 용액은, 극성 분자를 용해시킬 수 있는 유기용매에 그래핀이 용해된 현탁액을 폴리머로 중합될 제2 모노머 용액에 혼합시킨 혼합액이다.
일 실시예에서, 상기 혼합액은 그래핀의 분산 상태가 유지되게 하는 임계 농도 미만의 그래핀 농도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분산된 그래핀을 수용한 코어는 상기 클래딩층 보다 낮은 굴절률을 갖도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 임계 농도는 1×10-3 wt% 일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 현탁액에 용해된 그래핀 농도는 7×10-4 wt% 이상 9×10-4 wt% 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코어 내부에 분산된 그래핀은 플레이크 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코어 및 클래딩층은, 상기 그래핀의 결정의 손상을 방지하기 위해, 100 내지 200℃의 온도로 경화될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 그래핀은 순수 그래핀, 상기 순수 그래핀이 산화처리된 산화 그래핀, 상기 순수 그래핀이 환원처리된 환원 그래핀 및 이들의 조합 중 하나 이상의 그룹에서 선택된 물질일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 그래핀이 분산된 용액을 경화하는 단계는, 상기 혼합액에 환원 그래핀이 용해된 경우, 상기 혼합액의 제2 모노머를 제2 폴리머로 중합하고 상기 용해된 환원 그래핀(rGO) 내 끊어진 sp2 결합을 회복하기 위해 상기 혼합액을 광중합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 폴리머 도파로는: 기판; 제1 모노머가 제1 폴리머로 중합되어 상기 기판 상에 형성된 클래딩층으로서, 상기 클래딩층은 일부가 제거되어 도파로를 위한 홈을 포함한, 클래딩층; 및 상기 홈 상에 형성된, 내부에 그래핀을 수용한 코어를 포함할 수 있다.
상기 실시예의 폴리머 도파로, 연속파 레이저를 발생시키는 레이저 발생기 및 광섬유를 포함한 수동 모드 잠금 레이저는, 상기 레이저 발생기에서 출력된 레이저와 순환하는 레이저를 하나의 광신호로 결합하는 파장 분할 다중화기, 순환하는 레이저를 증폭시키는 증폭기, 아이솔레이터, 편광 조절기(PC), 및 커플러(Coupler) 중 적어도 하나 를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 폴리머 도파로는 전파하는 레이저와 상호작용하여 펄스 레이저를 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 그래핀이 분산된 폴리머 도파로 제조 방법은 상대적으로 간편한 폴리머 중합 공정을 통해 도파로를 생성할 수 있다. 또한, 상기 방법은: 그래핀을 설치하기 위해서, CVD(chemical vapor deposition) 방식을 통한 증착 공정, 전사 공정을 포함하지 않고, 보다 적은 그래핀을 사용한다.
그 결과, 제조 공정이 간편하고, 비용이 저렴한 장점이 있다.
또한, 상기 방법은: 광 신호의 전파를 방해하지 않도록 분산되면서, 사용자가 원하는 비선형성 특성의 수준을 야기할 수 있는 상호작용을 유도하는 농도로 그래핀을 함유한 광 도파로를 얻을 수 있다.
이로 인해, 그래핀이 피크 세기(peak power)를 갖는 전파하는 광 신호와 마주보게 되어, 상호작용할 광 신호의 세기가 소실장을 이용하는 폴리머 도파로 구조 보다 증가하는, 우수한 비선형성을 갖는 폴리머 도파로를 얻을 수 있다.
이와 같이 제조된 도파로는 그래핀이 표면에 부착되지 않아, 표면에 전사된 경우에 비해, 높은 공간 적응도 및 활용도를 가진다. 나아가, 그래핀이 외부 환경에 의해 손상되지 않아, 비선형성의 수명이 오래 유지된다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 종래의 일 실시예에 따른, 광 신호와 그래핀 간의 상호작용의 개념도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀이 분산된 광 도파로의 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 광 도파로의 구조를 설명하기 위한 측면도 및 단면도이다.
도 4은, 도 2의 도파로에서 전파하는 광 신호와 그래핀 간의 상호 작용의 개념도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀이 분산된 폴리머 도파로 제조 방법의 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀이 분산된 광 도파로 제조 방법의 모식도이다.
도 7a 및 도 7b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 농도에 따른 분산 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 농도에 따른 광 도파로의 비선형 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 폴리머 도파로의 비선형성을 증가시키는 광중합을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2의 폴리머 도파로를 포함한 수동 모드 잠금 레이저의 시스템 개념도이다.
도 11은, 도 10의 광 도파로에 전파되어 내부 그래핀과 상호작용한 광 신호를 도시한 이미지이다.
도 12a 내지 도 12d는, 본 발명의 일 실험예에 따른, 제조 과정에서의 그래핀의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은, 본 발명의 일 시험예에 따른, 그래핀 농도에 따른 분산 상태를 도시한 이미지이다.
도 14a 및 도 14b는, 본 발명의 일 실험예에 따른, 광중합을 통해 형성된 폴리머 도파로의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 15a 내지 도 15c는, 본 발명의 일 실험예에 따른, 상호 작용에 의해 수동 모드 잠금 레이저에서 생성된 펄스 신호의 특성을 도시한 도면이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 확정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것이지, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명 및 첨부 된 특허청구의 범위에서 사용되는 단수 표현은 아래위 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현도 포함하는 것을 의도한다. 또한 본 명세서에서 사용한 "및/또는"이라는 용어에 대해서는 하나 또는 복수의 관련되는 열거한 항목들의 임의 또는 모든 가능한 조합들을 포함하는 것으로 이해 하여야 한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서, "위", "아래" 등의 용어는 상대적 위치 관계로서, 관찰자의 시점에 따라 (예컨대, 중력, 또는 좌표에 기초한) 절대적 위치 관계를 나타내지 않는다. 또한, 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀이 분산된 폴리머 도파로의 개념도이다.
본 발명의 일 측면에 따른 그래핀이 분산된 폴리머 도파로(10)는 광 도파로를 폴리머로 형성하되, 상기 도파로 내부에 그래핀이 분산된 상태를 갖도록 구성된다. 도 2를 참조하면, 기판(100); 클래딩층(110); 및 코어(310)를 포함한 코어층(300)을 포함한다.
기판(100)은 광 도파로를 지지하는 구성요소로서, 상기 기판(100)은 실리콘(Si)을 포함한 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되진 않는다.
클래딩층(110) 및 코어층(300)은 기판(100) 상에 형성되며, 폴리머를 포함한 물질로 이루어진다. 클래딩층(110) 및 코어층(300)은 저온 가공이 가능한폴리머로 이루어진다.
클래딩층(110) 은 코어(310)와 클래딩층(110) 간의 굴절률 차이로 인해 광 신호가 코어(310)가 연장된 방향으로 전파되는 구조(예컨대, 홈 구조)를 갖도록 형성된다. 이를 위해, 클래딩층(110) 은 적어도 코어(310) 보다 상대적으로 낮은 굴절률을 가진다.
폴리머 재료는 유기 폴리머 및/또는 무기 폴리머를 포함한다. 일 실시예에서, 굴절률의 차이를 위해, 클래딩층(110)을 형성하는 폴리머(또는 모노머)와 코어층(300)을 형성하는 폴리머(또는 모노머)와 상이할 수 있다. 이하, 설명의 명료성을 위해, 클래딩층(110)과 관련된 모노머 또는 폴리머는 제1 모노머, 제1 폴리머로 지칭하고, 코어층(300)과 관련된 모노머 또는 폴리머는 제2 모노머, 제2 폴리머로 지칭하여 본 발명의 보다 상세하게 서술한다.
일 실시예에서, 코어층(300)에서 코어(310)는 폴리머 및 그래핀을 포함한 물질로 이루어지며, 코어(310)와 상이한 부분 중 적어도 일부는 폴리머를 포함한 물질로 이루어진다. 코어(310)의 그래핀은 분산된 상태이다. 여기서, 분산된 상태는 응집 및/또는 침전이 발생하지 않는 상태를 나타낸다.
일 실시예에서, 코어(310)의 그래핀은 플레이크 형태를 가질 수 있으나, 이에 제한되진 않는다.
일 실시예에서, 폴리머 도파로(10)가 비선형성을 갖게 하는 그래핀은 산화 또는 환원처리되지 않은 그래핀(즉, 순수 그래핀), (예컨대, 순수 그래핀이 산화처리된) 산화 그래핀, (예컨대, 순수 그래핀이 환원처리된) 환원 그래핀 및 이들의 조합 중 하나 이상의 그룹에서 선택된 물질일 수 있다. 이러한 그래핀에 의해 폴리머 도파로(10)는 광 도파로 기능은 물론, 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이, 연속파 신호를 펄스 신호로 변환하는 것과 같은, 광학 소자로 동작할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 폴리머 도파로의 구조를 설명하기 위한 단면도 및 평면도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 클래딩층(110)의 홈은 안정적인 단일 모드의 광 전파를 위한 단면 구조를 가진다. 일 실시예에서, 클래딩층(110)의 홈은 상부 길이가 하부 길이 보다 긴 역사다리꼴 구조를 가진다. 예를 들어, 코어의 평균 폭 및 높이는 각각 8.5 및 5㎛일 수 있으나, 이에 제한되진 않는다.
도 3b는 폴리머 도파로를 촬영한 이미지로서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 폴리머 도파로(10)는 하나 이상의 도파로를 포함할 수 있다.
도 4은, 도 2의 도파로에서 전파하는 광 신호와 그래핀 간의 상호 작용의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 도 2의 상기 폴리머 도파로(10)에는 그래핀이 분산되어 분포하도록 구성된다. 그러면, 상기 폴리머 도파로(10)에서 광 신호가 전파하는 경우, 내부에서 전파하는 광 신호의 소실장 보다 강한 필드 부분과 그래핀이 상호작용한다. 상기 강한 필드 부분은 전파하는 광 신호의 필드의 피크 지점 및/또는 그 주변 부분을 포함한다. 여기서 피크 지점의 주변 부분은 소실장의 세기 보다 높은 세기를 갖는 부분이다.
그래핀의 비선형성은 빛의 세기에 비례한다. 따라서, 도 4의 방식으로 상호작용하는 본 발명의 폴리머 도파로(10)는, 동일한 광 신호를 전파시킬 경우, 상대적으로 낮은 세기를 갖는 소실장과 그래핀이 상호작용하는 도 1의 방식에 비해 높은 비선형성을 갖게 된다.
이하, 도 5 등을 참조하여 도 2에 도시된, 그래핀이 분산된 폴리머 도파로를 제조하는 방법을 보다 상세하게 서술한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀이 분산된 폴리머 도파로 제조 방법의 흐름도이고, 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀이 분산된 광 도파로 제조 방법의 모식도이다.
도 5를 참조하면, 그래핀이 분산된 폴리머 도파로 제조방법은: 클래딩층(110)을 기판(100) 상에 형성하는 단계(S100); 및 도파로 내부에 그래핀을 수용한 코어(310)를 상기 홈 상에 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
도 5및 도 6에 도시된 바와 같이, 클래딩층(110)은 기판(100) 상에 형성된다(S100). 예를 들어, 상기 기판(100) 상에 제1 모노머로 이루어진 제1 모노머 용액으로 코팅(예컨대, 스핀 코팅)하고, 코팅된 제1 모노머를 제1 폴리머로 중합하여 제1 폴리머로 이루어진 클래딩층(110)을 형성한다(S100).
상기 클래딩층(110)을 형성한 물질(즉, 제1 모노머)은 코어(310)를 형성할 물질 보다 낮은 굴절률을 가진다.
일부 실시예에서, 코팅된 제1 모노머 용액을 자외선(UV)으로 소정의 시간(예컨대, 대략 10분) 동안 경화하고 150℃ 내지 200℃ 사이의 온도(예컨대, 160℃) 로 다른 소정의 시간(예컨대, 대략 2시간) 동안 가열하여 클래딩층(110)을 형성한다(S100).
상기 클래딩층(110)은 코어층(300)의 일부(예컨대, 코어(310)의 일부)를 감싸도록 구성된다. 이를 위해, 상기 제조 방법은: 단계(S100) 이후 상기 클래딩층(110)의 일부를 제거하여, 광 신호가 전파하는 도파로를 위한 홈을 형성하는 단계(S200)를 더 포함한다.
일 실시시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 홈을 형성하는 단계(S200)는 상기 클래딩층(110) 상에 포토레지스트(photoresist)(250)를 형성하는 단계(S210); 상기 포토레지스트(250)로부터 노출된 클래딩층(110)의 부분을 에칭하여 클래딩층(110)의 일부를 제거하는 단계(S230); 및 포토레지스트(250)를 제거하는 단계(S250)를 포함한다.
예를 들어, 상기 홈을 형성하기 위해, 상기 클래딩층(110)의 일부 상에 포토레지스트(250)를 코팅(예컨대, 스핀 코팅)하고, UV 광으로 6초 조사하여 포토레지스트(250)를 형성하고(S210), 클래딩층(110)의 노출된 부분을 O2 에칭하여 홈을 형성한다(S230). 홈이 형성되면, 디벨로퍼(developer)에 의해 상기 포토레지스트(250)를 제거한다(S250).
단계(S200)에서 상기 홈의 형태는 도 3a를 참조하여 전술한 바와 같이, 역사다리꼴 구조를 가질 수 있으나, 이에 제한되진 않는다.
이어서, 코어(310)를 홈 상에 형성한다(S300). 일부 실시예에서, 상기 코어(310)가 기판(100) 상에 투영된 영역은 홈이 기판(100) 상에 투영된 영역의 적어도 일부를 포함한다.
단계(S300)는: 상기 그래핀이 분산된 용액을 클래딩층(110) 의 홈상에 코팅(예컨대, 스핀 코팅)하는 단계(S310); 코팅된 그래핀이 분산된 용액을 경화하는 단계(S330)를 포함한다.
일 실시예에서, 그래핀이 분산된 용액은, 유기용매에 분산된 그래핀이 용해된, 현탁액(suspension)을 제2 모노머 용액과 혼합한 용액(이하, "혼합액")일 수 있다. 단계(S330)에서 코팅된 그래핀이 분산된 용액의 제2 모노머가 제2 폴리머로 중합되어, 폴리머로 이루어진 코어(310)가 형성된다.
상기 유기용매는 극성 분자를 용해시킬 수 있는 용매로서, 예를 들어, 디메틸포름아미드(DMF, Dimethylformamide)일 수 있으나, 이에 제한되진 않는다. 상기 현탁액을 제2 모노머 용액에 혼합하는 작업은 기계적 혼합(mechanical mixing)을 통해 수행될 수 있다.
분산된 그래핀과 혼합된 제2 모노머를 포함한 혼합액을 이용하면, 그래핀이 필러로서, 코어(310)의 구조를 형성하는 폴리머 매트릭스에 분산된 상태로 폴리머 도파로(10)가 형성된다.
일부 실시예에서, 상기 혼합액은 홈의 높이에 대응하도록 코팅되고(S310), 홈의 구조에 대응하는 코어(310)가 형성된다(S330).
코어(310) 이외의 코어층(300)의 다른 부분은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일 예에서, 홈 이외의 클래딩층(110)의 다른 부분 상에도 그래핀이 분산된 용액(즉, 단계(S310)의 혼합액)이 코팅되고(S350), 코팅된 용액이 중합되어 코어층(300)이 형성된다(S370).
다른 일 예에서, 홈 이외의 클래딩층(110) 의 다른 부분 상에는, 그래핀을 포함하지 않은 모노머 용액(예컨대, 제2 모노머만을 포함한 용액)이 코팅되고(S350), 코어층(300)이 형성될 수 있다(S370).
이로 인해, 코어(310)를 포함한 코어층(300)이 클래딩층(110) 상에 형성된다. 단계(S330 및 S370)는 모노머를 폴리머로 중합하여 폴리머로 이루어진 층을 형성하는 단계(S100)와 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다. 단계(S100, S330 등)에서 경화 온도는 150℃ 내지 200℃ 사이의 온도(예컨대, 160℃)이다. 이와 같이 폴리머 도파로(10)의 제조는 저온 처리 과정을 통해 수행된다. 그 결과, 도파로 내부의 그래핀 결정(crystal)이 손상되지 않고 높은 결정 품질을 가진다.
코어(310) 내부의 그래핀의 분산 상태는 상기 현탁액에 용해된 그래핀의 농도에 의존한다. 일 실시예에서, 상기 혼합액은 용해된 그래핀의 응집 및/또는 침전을 방지하고 그래핀의 분산 상태가 유지되는 그래핀의 농도를 갖도록 구성된다.
도 7a 및 도 7b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 농도에 따른 분산 상태를 설명하기 위한 도면이다.
현탁액에 용해된 그래핀의 농도가 너무 높은 경우, 도 7a에 도시된 바와 같이, 그래핀의 응집(Agglomeration) 및/또는 침전(precipitation)이 발생하게 된다.
도 7a 과 같이 응집된 그래핀을 포함한 상태에서 코어층(300)이 형성되면, 도파로 내부에는 응집된 그래핀이 코어(310)에 위치하게 된다. 그러면, 코어(310)로 진행하던 광 신호가 응집된 그래핀에 의해 전파(propagation)를 방해받게 된다. 응집의 정도가 심한 경우, 동맥 경화를 갖는 혈관에서의 혈액 순환과 유사하게, 광 신호의 전파가 차단될 수 있다.
반면, 현탁액에 용해된 그래핀의 농도가 응집 및/또는 침전이 발생하지 않는 정도인 경우, 도 7b에 도시된 바와 같이, 그래핀은 플레이크(flake) 형태로 용해되고, 현탁액에 분산된 상태를 유지하게 된다.
플레이크 형태의 그래핀이 분산된 상태에서 코어층(300)이 형성되면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 중합된 폴리머 내부에 분산된 상태가 유지된 구조로 그래핀 플레이크가 분포하게 된다. 그러면, 그래핀과 상호작용한 광 신호의 전파가 방해되지 않는다.
상기 그래핀이 분산된 용액은 그래핀의 분산 상태가 유지되는 그래핀의 농도를 가진다. 이 그래핀의 농도는 현탁액에 용해된 그래핀이 응집 및/또는 침전이 발생하게 하는 임계 농도 미만의 임의의 농도이다. 일 실시예에서, 임계 농도는 1×10-3 wt% 미만, 예컨대, 9×10-4 wt% 일 수 있다.
그러나, 상기 그래핀이 분산된 용액이 너무 낮은 그래핀의 농도를 갖는 경우, 광 신호와 상호작용할 그래핀이 폴리머 도파로의 코어 내부에 적게 위치하게 된다. 이러한 폴리머 도파로(10)를 이용해서는 사용자가 원하는 비선형 특성을 충족하지 못하는 광 신호가 출력된다. 따라서, 광 신호와 상호작용할 그래핀이 도파로 내부에 적절한 규모로 포함되어야 한다.
또한, 현탁액에는, 그래핀이 용해된 상태에서 폴리머로 중합될 경우, 코어(310)의 굴절률이 큰 변화없이 유지 되어 클래딩층(110)의 굴절률 보다 높은 값을 유지하게 된다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 그래핀 농도에 따른 광 도파로의 비선형 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 현탁액 내 그래핀의 농도가 7×10-4 이상 9×10-4 wt% 이하 경우, 연속 광 신호가 폴리머 도파로의 코어를 따라 진행하면서 내부 그래핀과 상호작용하여 펄스 신호로 변환되어 출력된다. 또한, 이 그래핀 농도는 코어(310)를 구성하는 제2 폴리머의 굴절률이 클래딩층(110)을 구성하는 제1 폴리머의 굴절률 보다 낮아지지 않도록 하여, 코어(310)가 광 도파로로서 기능을 수행하도록 하게 하는 그래핀 농도에 해당한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 폴리머 도파로(10)를 따라 전파하는 광 신호의 펄스 간격의 값은, 현탁액에 용해된 그래핀의 농도가 7×10-4 wt% 미만의 경우, 측정되지 않는다. 그래핀의 농도가 너무 낮아 전파하는 광 신호와 그래핀 간의 상호작용이 적게 발생하기 때문이다.
또한, 폴리머 도파로를 전파하는 광 신호의 펄스 폭(pulse width)의 값은, 현탁액에 용해된 그래핀의 농도가 9×10-4 wt% 초과의 경우에도, 측정되지 않는다. 현탁액에서 그래핀이 응집 및/또는 침전되어 광 신호의 전파가 방해되기 때문이다. 이러한 응집에 대해서는 아래의 도 13을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
이와 같이, 폴리머 도파로(10)는, 분산 상태가 유지되는, 분산 안정성을 갖기 위해 임계 농도 미만의 그래핀 농도를 가지고, 나아가 사용자가 원하는 정도의 비선형 특성을 갖는 광 신호를 출력할 수 있는 그래핀의 농도로 형성되어야 한다.
추가적으로, 단계(S100 내지 S300) 중 일부 또는 모든 단계에서 적층되는 층 간 접착력 증가를 위해, 접착 촉진제(adhesion promoter)를 코팅할 수도 있다.
예를 들어, 기판(100) 상에 접착 촉진제를 코팅한 이후 클래딩층(110)을 형성하기 위한 제1 모노머 용액이 코팅된다. 또는 클래딩층(110) 상에 포토레지스트(250)가 형성될 수 있다. 또는 홈이 형성된 클래딩층(110) 상에 코어층(300)을 형성하기 위한 제2 모노머 용액이 코팅된다(S300).
추가적으로, 단계(S300)에서 그래핀이 환원 그래핀(rGO)인 경우, 상기 혼합액의 제2 모노머를 제2 폴리머로 중합하고 상기 용해된 환원 그래핀(rGO) 내 끊어진 Sp2 결합을 회복하기 위해 상기 혼합액을 광중합한다. 그러면, 상기 혼합액을 광중합을 통해 폴리머로 중합하여, 코어(310)를 형성하고 중합 이전의 그래핀의 비선형 특성 보다 높은 비선형 특성을 갖는 코어(310)를 획득할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 폴리머 도파로의 비선형성을 증가시키는 광중합을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 광중합(Photopolymerization)을 설명하기 위한 도면이다. 광중합은 빛의 조사로 유발되는 중합반응을 이용한 중합방식으로서, 반응 시 열 대신 빛에 의한 에너지 공급으로 라디칼을 생성하여 연쇄적인 중합을 수행한다. 광중합을 개시하기 위해서는 radical 공급원이 필요하다. 광개시제(Photoinitiator)가 자외선(UV)를 흡수하면서 분해되면, 짝을 이루지 않은 전자를 포함하는 한 쌍의 라디칼(radical)을 형성한다(Chain initiation). 생성된 라디칼(radical)은 모노머(monomer)에 첨가되어 새로운 라디칼(radical)을 형성하는 개시제의 라디칼이다. 새로운 라디칼을 형성하는 이 반응의 생성물은 다른 모노머(monomer)와 계속해서 중합할 수 있다(Chain propagation). 이어서 각 라디칼(radical) 쌍이 결합하여 공유 결합을 형성하게 되고, 결국 이 반응은 종결된다.
그러면, 도 9b에 도시된 바와 같이, 액체 상태의 모노머가 광중합 이후에는 고체 상태가 된다.
한편, 환원 그래핀(rGO)은, 도 9c에 도시된 바와 같이, 환원 반응에 의해 그래핀의 Sp2 결합 구조가 부분적으로 끊어지면서 반응기가 결합된 구조를 가진다. 이 환원 그래핀(rGO)가 광중합될 모노머 용액에 용해되어 있는 경우, 자외선(UV)에 반응하여 생성된 개시제의 라디칼은 모노머와 반응하여 폴리머를 생성하고, 또한 환원 그래핀(rGO)에도 반응한다. 그러면, 결합된 반응기가 제거되고, 결국 도 9c에 도시된 바와 같이, 광중합 이전에는 끊어진 상태인 sp2의 결합이 회복되게 된다. 따라서, 환원 그래핀(rGO)를 포함한 모노머 용액을 이용하여 광중합을 통해 코어층(300)을 형성할 경우, 용질 자체로서 광중합 이전의 환원 그래핀(rGO) 보다 높은 비선형성을 갖는 코어를 획득할 수 있다. 이에 대해서는 아래의 도 12를 참조하여 보다 상세하게 서술한다.
도 4 및 도 5 등에 따른 전술한 광 도파로 제조 방법은 폴리머 도파로를 제조하기 때문에 실리콘(Si) 기반 도파로를 제조하는 공정을 요구하지 않는다. 또한 도파로에 그래핀을 설치하기 위해, 증착 공정, 전사 공정 등을 요구하지 않는다. 대신에 코팅 공정과 같은 간편한 공정을 요구한다. 그리고 많은 그래핀을 요구하지 않는다.
반면, (예컨대, E-빔(E-beam) 또는 자외선(UV) 리소그래피 공정 등과 같은) 실리콘(Si) 기반 도파로는 제조 공정이 복잡하고, 비용이 높은 단점을 가진다.
그리고, CVD(chemical vapor deposition) 방식을 통한 증착 공정을 포함하는 경우 설계의 난이도가 증가한다. 내부 그래핀 함량이 증가하면 코어(310)의 최종 굴절률이 코어(310)의 폴리머의 굴절률과 많은 차이를 갖기 때문이다.
그 결과, 제조 공정이 간편하고, 비용이 저렴하며, 설계 난이도가 증가하지 않는 장점을 가진다. 아울러 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 도파로(10)는 그래핀이 도파로 외부(예컨대, 표면)에 부착되지 않는다. 따라서 전사된 경우에 비해, 높은 공간 적응도 및 활용도를 가진다. 나아가, 그래핀이 외부 환경에 의해 손상되지 않아, 비선형성의 수명이 오래 유지된다.
이와 같이 제조된, 분산된 그래핀을 함유한 폴리머 도파로는 광 도파로로서 다양한 광 도파로 기반의 시스템들에 활용될 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2의 폴리머 도파로를 포함한 수동 모드 잠금 레이저의 시스템 개념도이다.
도 10을 참조하면, 상기 수동 모드 잠금 레이저 시스템(1000)은 레이저 발생기(1100)으로부터 출력된 광 신호가 폴리머 도파로(10)를 통해 진행하는 광섬유(1200)를 포함한다. 레이저 발생기(1100)으로부터 생성된 레이저를 폴리머 도파로(10)와 상호작용시켜 레이저 펄스를 생성한다. 일 실시예에서, 상기 시스템(1000)은 파장 분할 다중화기(1300), 증폭기(1400), 아이솔레이터(isolator, 1500), 편광 조절기(PC, 1600), 및 커플러(Coupler, 1700) 중 적어도 하나를 더 포함할 수도 있다. 각 구성요소(10, 1100, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700)는 광섬유(1200)를 광학적으로 통해 연결된다.
상기 레이저 발생기(1100)은 펌프 레이저 다이오드(Pump LD)일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 루비(Ruby), Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminium garnet, Nd:Y3Al5O12, 엔디야그), Nd:Glass (Neodymium glass) 또는 Ti:Sapphire 등과 같은 다양한 고체 레이저일 수 있다.
파장 분할 다중화기(1300)는 상기 레이저 발생기(1100)와 연결되며, 상기 레이저 발생기(1100)에서 출력된 레이저와 순환하는 레이저를 하나의 광신호로 결합한다.
광섬유(1200)는 순환 경로를 구성하며, 순환 경로에는 하나 이상의 광학 소자가 광 신호를 수신하도록 연결된다. 광섬유(1200)는 레이저를 통과시키는 코어(core)와 상기 코어를 감싸는 클래딩부(cladding)를 포함한다. 예를 들어, 상기 광섬유(1200)는 단일모드 광섬유(single mode fiber, SMF)일 수 있으며, 구성들을 연결하고 남은 광섬유는 필요한 공간에 따라 감겨 있을 수 있다.
상기 증폭기(1400)는 상기 파장 분할 다중화기(1300)로부터 전송되는 상기 레이저 발생기(1100)에서 출력된 레이저의 에너지를 이용하여 상기 순환 궤도 내의 레이저를 증폭시킨다. 예를 들면, 상기 증폭기(1400)로서 EDFA(Er-doped fiber amplifier)를 사용할 수 있다.
상기 아이솔레이터(1500)는 상기 증폭기(1400)와 연결되고, 상기 레이저의 역류를 방지한다. 즉, 상기 아이솔레이터(1500)는 순환 궤도에서 레이저가 한 방향으로만 흐르도록 제어한다.
편광 조절기(1600, polarization controller; PC)는 상기 폴리머 도파로(10)와 연결되고, 상기 레이저의 편광을 조절한다.
상기 커플러(1700)는 상기 레이저의 일부를 출력하기 위해 상기 레이저를 분기한다. 예를 들어, 90:10의 비율로 분기하여 10 %의 레이저는 출력하고, 90 %의 레이저는 상기 폴리머 도파로(10)로 전달할 수 있다.
상기 레이저 발생기(1100)에서 전송된 에너지를 이용하여 상기 증폭기(1400)에서 증폭된 광 에너지는 연속파 레이저(continuous wave; CW)를 형성하게 된다. 폴리머 도파로(10) 내부에 분산된 그래핀은 입력된 연속파 레이저와 포화 흡수 작용(saturable absorption)과 같은, 비선형 상호 작용을 수행하여 레이저 펄스를 생성하게 된다. 이 레이저 펄스가 출력되어 순환 전파되면서 상기 증폭기(1400)를 통해 반복적으로 증폭 되면서 높은 출력의 레이저 펄스를 생성할 수 있다.
도 11은, 도 10의 광 도파로에 전파되어 내부 그래핀과 상호작용한 광 신호를 도시한 이미지이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 폴리머 도파로(10)를 통해 연속파 신호가 펄스 신호로 변환된다. 이와 같이, 폴리머 도파로(10)는 모드 잠금 레이저에 적용될 수 있다.
실험예
도 12 내지 도 16은, 본 발명의 일 실험예에 따른, 도 4의 제조 방법을 위한 실험을 설명하기 위한 도면이다.
이들 실험예에서, 환원 그래핀(rGO)를 DMF(1mL)에 용해시켜 0.2 mg / mL의 그래핀을 함유한 현탁액(suspension)의 일부 또는 전부를 이용하였다.
도 12a 내지 도 12d는, 본 발명의 일 실험예에 따른, 제조 과정에서의 그래핀의 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 12의 실험예에서, 상기 현탁액을 실리콘(Si) 웨이퍼 상에 드롭 캐스팅(drop cast)하고 2시간 동안 진공 건조를 진행하여 DMF를 제거한 뒤 그래핀 특성을 분석하는 과정이 수행되었다.
도 12a는 라만 분광법(Raman spectroscopy)에 의해 동일 샘플에서 다양한 지점으로부터 측정된 환원 그래핀(rGO)의 ID/IG의 값 및 I2D/IG의 값의 결과이다. 빨간색 점선은 ID/IG의 평균 값, 그리고 검은색 점선은 I2D/IG의 평균 값을 나타낸다(각각 0.893, 0.274). 도 12a에 기초하여 현탁액에 포함된 그래핀의 크기를 산출할 수 있다. 그래핀의 크기는 다음의 수학식에 의해 산출된다.
Figure 112020014299618-pat00001
여기서, La는 그레인 크기(grain size) 및 여기 파장(excitation wavelength)의 측정 값(533nm)를 각각 나타낸다. 상기 수학식 1에 기초할 때, 현탁액의 그래핀은 평균 18.705nm의 크기를 가지므로, 응집 및/또는 침전 없이 분산된 상태를 유지할 경우, 광 신호의 전파(propagation)를 방해하지 않는다.
도 12b는 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)에 의한 환원 그래핀(rGO) 분석 결과이다. Sp2의 결합의 양이 80.94%로 레이저 모드 잠금 동작을 수행하기에 충분히 높은 값이다.
도 12c를 참조하면, 현탁액의 환원 그래핀(rGO) 입자는 대략 7nm(7.7nm)의 두께를 가지므로, 상기 환원 그래핀(rGO)은 적은 층(few layers)의 구조를 가진다. 이는 도 12d에 도시된 TEM 이미지에 의해 뒷받침된다. 도 12 d를 참조하면, TEM 이미지 상의 환원 그래핀(rGO)의 나노 구조에는 층이 거의 없음이 확인된다.
도 13은, 본 발명의 일 시험예에 따른, 그래핀 농도에 따른 분산 상태를 도시한 이미지이다. 도 13의 실험예에서, 환원 그래핀(rGO)를 DMF에 용해하고 5시간 보관한 현탁액의 일부(0.04~ 0.36mL)를 8g의 폴리머(Chem optics 사의 퍼플루오르화 아크릴 폴리머(perfluorinated acrylic polymer)인 ZPU12-455)와 기계적으로 혼합하여 상기 폴리머 용액에 분산하였다.
도 13을 참조하면, 농도에 따라 폴리머 용액에 용해된 그래핀의 분산 상태가 상이하게 나타난다. 그래핀의 농도가 임계 농도 이상(예컨대, 2×10-3%)인 경우, 응집(agglomeration) 및/또는 침전(precipitation)이 발생하여, 폴리머 내부의 분산 안정성이 저하된다. 이와 같이 비 분산된 그래핀이 함유된 상태에서 폴리머 도파로를 형성할 경우, 광 신호의 전파가 방해된다.
반면, 그래핀의 농도가 임계 농도 미만(예컨대, 9×10-4 wt% 이하)의 경우 20시간이 경과한 이후에도 분산 안정성이 유지된다. 이 상태에서는 광 신호의 전파가 방해되지 않는다.
도 14a 및 도 14b는, 본 발명의 일 실험예에 따른, 광중합을 통해 형성된 폴리머 도파로의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
이 실험예에서, 실리콘(Si) 웨이퍼 상에 접착 촉진제로서 ZAP1020을 스핀 코팅하고, 제1 모노머 용액(ZPU12-450)을 스핀 코팅하며, 10분 동안 자외선(UV)으로 경화시키고, 오븐에서 2시간 동안 160℃로 가열하여 클래딩층(110)을 형성한다(S100). 그리고 클래딩층(110) 상에 포토리소그래피150로 형성하여 패터닝을 수행한다(S200). 구체적으로, CLARIANT사의 AZ9260를 스핀 코팅하고 자외선(UV) 광 신호를 60초 동안 조사하며(S210), 이어서 노출된 클래딩층(110)을 O2 RIE(reactive ion etching)에 의해 O2 에칭하고(S230), 디벨로퍼(developer)로서 MIF400에 의해 남아 있는 포토레지스트(250)를 제거한다. 그리고 그래핀이 분산된 현탁액이 제2 모노머 용액(ZPU12-455)과 혼합된 혼합액을 홈 상에 스핀코팅하고, 자외선(UV)으로 10분 동안 경화하고 2시간 동안 160 °C에서 가열하여 목표하는 폴리머 도파로를 형성하였다(S300).
ZPU/rGO 혼합액의 FT-IR 투과 스펙트럼을 도시한 도14 a를 참조하면, 경화 이후 C=C 결합의 피크가 사라지는 것이 확인된다. 즉, 그래핀이 9×10-4 wt% 의 농도로 함유된 혼합액은 폴리머로 성공적으로 중합된다.
도 14b에서 제2 모노머 용액을 환원 그래핀(rGO)와 혼합하기 이전의 ID/IG, 및 I2D/IG의 값과 제2 모노머 용액을 그래핀(rGO)와 혼합한 이후의 값을 비교하면, 순수 그래핀(GO) 구조에서 결합(defect)를 의미하는 ID/IG의 값은 감소하고, Sp2 결합이 회복되었음을 의미하는 I2D/IG의 값은 증가함이 확인된다. 즉, 도 9를 참조하여 전술한 바와 같이, 환원 그래핀(rGO)가 함유된 모노머 용액을 폴리머로 중화할 경우, 폴리머의 그래핀이 갖는 비선형 특성이 향상되는 것이 도 14b에 의해 뒷받침된다.
도 15a 내지 도 15c는, 본 발명의 일 실험예에 따른, 상호 작용에 의해 수동 모드 잠금 레이저에서 생성된 펄스 신호의 특성을 도시한 도면이다.
이 실험예에서, 도 10에 도시된 수동 모드 잠금 레이저 시스템(1000)이 사용되었다. 도 14의 폴리머 도파로(10)가 광학 소자로 사용되었다. 게인 매체(gain medium)는 500mA 의 펌프 전류 레벨을 갖는 EDFA로부터 수행되었다. 전체 색분산(chromatic dispersion)을 제어하기 위해 40m 길이의 여분의 SMF가 추가되었다.
폴리머 도파로(10)에 의해 연속파 레이저로부터 펄스 레이저를 획득할 수 있다. 여기서, 도 15a에 도시된 바와 같이, 중심파장이 1561.81 nm, 그리고 FWHM 9.47 nm의 스펙트럼 특성을 가지고, 그리고 도 15b 및 15c에 도시된 바와 같이, 2.35 MHz의 반복률(repetition rate) 및 690 fs의 펄스 지속시간(duration)을 갖는 펄스 레이저를 획득할 수 있다. 즉, 도 2의 폴리머 도파로(10)를 통해 펨토초 단위의 준수한 지속시간(duration)을 갖는, 모드 잠금된 펄스 레이저를 획득할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법으로서,
    기판 상에 제1 폴리머로 이루어진 클래딩층을 형성하는 단계;
    상기 클래딩층의 일부를 제거하여 도파로를 위한 홈을 형성하는 단계; 및
    내부에 분산된 그래핀을 수용한 코어를 상기 홈 상에 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 코어는 그래핀이 분산된 용액으로 형성된 것으로서, 상기 그래핀이 분산된 용액은 극성 분자를 용해시킬 수 있는 유기용매에 그래핀이 분산된 현탁액을 폴리머로 중합될 제2 모노머 용액에 혼합시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어를 형성하는 단계는,
    그래핀이 분산된 용액을 상기 홈 상에 코팅하는 단계; 및
    상기 코어를 형성하기 위해, 상기 그래핀이 분산된 용액을 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 혼합액은 그래핀의 분산 상태가 유지되게 하는 임계 농도 미만의 그래핀 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 분산된 그래핀을 수용한 코어는 상기 클래딩층 보다 낮은 굴절률을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 임계 농도는 1×10-3 wt% 인 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 현탁액에 용해된 그래핀 농도는 7×10-4 wt% 이상 9×10-4 wt% 이하인 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코어 내부에 분산된 그래핀은 플레이크 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  8. 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법으로서,
    기판 상에 제1 폴리머로 이루어진 클래딩층을 형성하는 단계;
    상기 클래딩층의 일부를 제거하여 도파로를 위한 홈을 형성하는 단계; 및
    내부에 분산된 그래핀을 수용한 코어를 상기 홈 상에 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 코어 및 클래딩층은, 상기 그래핀의 결정의 손상을 방지하기 위해, 100 내지 200℃의 온도로 경화되는 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀은 순수 그래핀, 상기 순수 그래핀이 산화처리된 산화 그래핀, 상기 순수 그래핀이 환원처리된 환원 그래핀 및 이들의 조합 중 하나 이상의 그룹에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 그래핀이 분산된 용액을 경화하는 단계는,
    상기 혼합액에 환원 그래핀이 용해된 경우, 상기 혼합액의 제2 모노머를 제2 폴리머로 중합하고 상기 용해된 환원 그래핀(rGO) 내 끊어진 sp2 결합을 회복하기 위해 상기 혼합액을 광중합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산된 그래핀을 수용한 폴리머 도파로 제조 방법.
  11. 광 도파로로 동작하는 폴리머 도파로에 있어서,
    기판;
    제1 모노머가 제1 폴리머로 중합되어 상기 기판 상에 형성된 클래딩층으로서, 상기 클래딩층은 일부가 제거되어 도파로를 위한 홈을 포함한, 클래딩층; 및
    상기 홈 상에 형성된, 내부에 그래핀을 수용한 코어를 포함하되
    상기 코어는 그래핀이 분산된 용액으로 형성된 것으로서, 상기 그래핀이 분산된 용액은 극성 분자를 용해시킬 수 있는 유기용매에 그래핀이 분산된 현탁액을 폴리머로 중합될 제2 모노머 용액에 혼합시킨 혼합액인 것을 특징으로 하는 폴리머 도파로.
  12. 폴리머 도파로, 연속파 레이저를 발생시키는 레이저 발생기 및 광섬유를 포함한 수동 모드 잠금 레이저에 있어서,
    상기 폴리머 도파로는 광 도파로로 동작하는 것으로서, 기판; 제1 모노머가 제1 폴리머로 중합되어 상기 기판 상에 형성된 클래딩층으로서, 상기 클래딩층은 일부가 제거되어 도파로를 위한 홈을 포함한, 클래딩층; 및 상기 홈 상에 형성된, 내부에 그래핀을 수용한 코어를 포함하고,
    상기 수동 모드 잠금 레이저는,
    상기 레이저 발생기에서 출력된 레이저와 순환하는 레이저를 하나의 광신호로 결합하는 파장 분할 다중화기, 순환하는 레이저를 증폭시키는 증폭기, 아이솔레이터, 편광 조절기(PC), 및 커플러(Coupler) 중 적어도 하나 를 더 포함하며,
    상기 폴리머 도파로는 전파하는 레이저와 상호작용하여 펄스 레이저를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수동 모드 잠금 레이저.
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