KR102611850B1 - 온도안정화 파장 가변 필터 - Google Patents

온도안정화 파장 가변 필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페브리 페로 (Fabry-Perot) 공진기 기반의 액정 파장 가변 필터 구조에서, 외부 환경 온도 변화에 대하여 필터 온도 변화 크기를 줄이는 온도안정화 수단을 제공한다. 금속 박막 히터 혹은 금속 박막 히터와 금속 박막 온도 센서로 구성되는 제1온도안정화 수단은, 액정 파장 가변 필터를 구성하는 제1투명기판 및 제2투명기판의 일 면에 직접 구현된다. 세라믹 혹은 유연 PCB (flexible PCB) 재질 기판 상부에 히터 혹은 히터와 온도센서가 내장된 형태의 제2온도안정화 수단은, 액정 파장 가변 필터를 구성하는 제1투명기판 및 제2투명기판의 일 면에 접착제를 통하여 부착된다. 열전도도가 100W/mK 보다 큰 재질로 형성된 제3온도안정화 수단은, 액정 파장 가변 필터를 구성하는 제1투명기판 및 제2투명기판의 일 면에 접착제를 통하여 부착된다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 액정 파장 가변 필터 구조는, 종래 액정 파장 가변 필터의 기본 구조는 그대로 유지하되, 종래의 액정 파장 가변 필터 구조가 갖고 있는 온도 안정성 문제를 해결하는 온도안정화 수단을 제공함으로써, 외부 환경 온도의 변화 및 불균일한 온도 분포가 있는 환경에서도, 온도 균일성 및 온도 안정성을 확보하여 투과 파장 천이 문제 및 투과 스펙트럼 특성 열화 문제를 대폭 완화시킬 수 있다.

Description

온도안정화 파장 가변 필터{TEMPERATURE-STABILIZED WAVELENGTH TUNABLE OPTICAL FILTER}
본 발명은 온도안정화 파장 가변 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 페브리 페로 (Fabry-Perot) 공진기 기반의 액정 파장 가변 필터 구조에서, 외부 환경 온도 변화에 대하여 필터 온도 변화 크기를 줄이는 온도안정화 수단에 관한 것이다.
원하는 파장 대역만 선택적으로 투과 혹은 반사하는 기능을 갖는 파장 가변 광학 필터는 다양한 광소자 및 시스템에 적용된다. 예로서, 파장분할 다중화 전송 방식에서 파장 분할 필터 모듈, 파장 가변 광송신기 모듈, 파장 가변 광수신기 모듈, 파장 안정화 모듈, 원격지 광센서용 파장 가변 필터 모듈, 휴대용 파장 분석기 등이 존재한다.
파장 가변 광학 필터를 구현하는 방식으로는, 유전체 박막 필터에 기계적으로 광 입사 각도를 가변하여 투과되는 파장을 가변 하는 방식, 광섬유 격자 필터에 외부 기계적 힘에 의한 압축 및 인장 변형을 인가하여 반사 파장을 가변하는 방식, 페브리 페로 필터 반사면 사이의 간격을 미세 조절함으로써 투과 파장을 가변하는 방식, 광도파로 브라그 격자 필터의 온도를 가변 함으로써 열광학 효과에 의하여 반사 파장을 가변하는 방식, 액정과 같은 전계 광학 효과가 큰 물질로 페브리 페로 필터를 구성한 후 외부에서 전압을 가변하여 투과 파장을 가변하는 방식 등이 존재한다.
기계적인 방식에 의한 파장 가변 방식은 기계적인 움직임에 의한 마찰 및 장시간 사용시 신뢰성 저하, 외부 기계적 충격 및 진동에 대한 파장 안정성 문제가 존재한다. 열광학 효과에 의한 파장 가변 방식은 낮은 열광학 계수 값과 사용 가능 온도 범위 제약으로 파장 가변 범위가 20nm 이하이고, 파장 가변 속도가 수십 msec에서 수백 msec 수준으로 느린 문제가 있다.
또 다른 방식의 파장 가변 필터로서 액정이 주입된 페브리 페로 (Fabry Perrot) 필터가 존재한다. 액정에 전압을 인가하면 전압의 크기에 따라서 특정 편광의 굴절률이 가변 되는 성질을 이용하여 투과 파장을 가변하는 방식이다. 열광학 효과 혹은 기계적 방식에 비하여 전압에 의하여 파장 가변이 되므로 기계적 안정성이 우수하고, 구동 방식 편리하고, 소모 전력이 거의 없고, 반도체 공정을 적용하여 양산에 적합할 뿐 아니라, 파장 가변 속도를 10 msec 이내로 가능하다.
상기 페브리페로 액정 파장 가변 필터 종래 기술의 예로서, 대한민국 특허 (등록번호: 1012305930000, "파장분할다중 수동 광가입자망의 파장가변 광수신기")에 개시된 액정을 사용하는 파장 가변 투과 필터의 단면 구조(10)를 도 1에 도시하였다. 제1투명기판(13)과 제2투명기판(14)에는 유전체 무반사 코팅막(20), 투명기판(21), 유전체 고반사 코팅막(22)(또는 '반사 코팅막(22)'으로 칭할 수도 있다), indium-tin-oxide (이하, "ITO") 박막(23) 및 액정접속박막(24)이 순차적으로 적층 된다. 제1투명기판(13)과 제2투명기판(14) 사이의 액정공간(15)에는 액정실링스페이서(25)가 존재하여 주입되는 액정(27)의 두께를 일정하게 유지한다. 액정(27)과 물리적으로 닿는 액정접속박막(24) 표면은 미세 그루브(groove)가 있어서 액정(27) 분자가 일정한 배열 방향을 갖는다. 상기 액정(27)에 외부에서 전압을 인가하기 위하여 ITO 박막(23)의 일부분은 액정실링스페이서(25) 외부에 노출되어 전압을 인가하기 위한 전극패드(26) 역할을 한다. 상기 파장 가변 필터(10)는 투과형으로서 입력광(11)이 제1투명기판(13)의 일 면(34)에서 입사되고 원하는 파장만 선택적으로 투과되어 제2투명기판(14)의 일 면(35)으로 투과광(12)이 출사된다.
네마틱(nematic) 액정 필터(10)의 외부 전압 크기에 따른 투과 파장 변화를 도 2에 설명한다. 액정 구동 전압 신호는 구형파 교류 신호로서 주파수는 1kHz ~ 1MHz 범위를 갖는다. 구동 신호 형태와 구동 주파수가 고정된 상태에서는 전압 신호 크기와 입력광 편광에 따라서 굴절률 변화가 수반된다. 입력 광의 편광은 서로 직교하는 ordinary 편광과 extraordinary 편광으로 구분할 수 있다. 여기서 ordinary 편광이라 함은, 입력 광의 전기장 방향이 액정의 광 축과 직교하는 경우이고 extraordinary 편광이라 함은 입력 광의 전기장 방향이 액정의 광 축과 평행한 경우이다. extraordinary 편광에 대응하는 액정의 굴절률 ne라 하고, ordinary 편광에 대응하는 액정의 굴절률을 no라 하면 인가 전압의 크기가 증가함에 따라서, ne는 점진적으로 작아지는 반면에 no는 변화가 없다. 따라서, 페브리페로 형태 네마틱 액정 필터(10)의 투과 파장은 입사되는 편광 중에서 extraordinary 편광에 대응하는 파장 성분만, 외부 인가 전압 크기에 따라서 가변 됨을 의미한다. 도 2의 투과 파장 μe는 extraordinary 편광의 파장을 의미한다. 외부 인가 전압에 따라서 파장 변화는 비선형적인 특성을 보이고, 인가 전압 신호 크기 4V에서 20V까지 16V 가변 시 파장은 약 100nm가 감소하여 평균적으로 5nm/V 정도의 기울기를 갖는다. 반도체 칩 제조 기술의 발달로 전압 제어 신호 정밀도 0.5%는 쉽게 구현이 가능하므로, 이에 해당하는 파장 정밀도는 25pm/0.005V로서 광통신 분야에서 요구되는 파장 안정도 ±40pm를 충족한다.
상기 액정 파장 가변 필터(10)은 외부 인가 전압 신호 크기뿐만 아니라 액정이 느끼는 온도에 따라서도 ne 굴절률 값이 변화되어 결과적으로 extraordinary 편광에 대응하는 투과 파장이 변한다. 일 실시예로서, 구동 전압 신호 및 extraordinary 편광을 고정한 후에, 네마틱 액정 파장 가변 필터(10)의 온도를 0도에서 60도까지 가변 하면서 측정한 투과 파장 결과가 도 3에 도시되었다. 환경 온도 60도 증가 시 투과 파장은 약 45nm 정도가 단파장으로 천이된다. 액정 종류, 액정파장가변필터(10) 내부 구조, 구동 전압 신호 조건 등에 따라서 환경 온도에 대한 투과 파장 변화율은 차이가 있을 것으로 예상되지만, 환경 온도 1도 변화 시 투과 파장 변화율은 대략 -2nm/deg ~ -0.1nm/deg 범위이고, 상온 기준으로 평균 -0.4nm/deg를 갖는다. 액정 필터가 적용되는 응용 분야에 따라서 요구되는 사용 환경 온도 범위와 파장 안정도 규격은 다양하다. 일 실시예로서, 100GHz 파장 분할 다중 광통신용 필터로 사용되기 위해서는 통상 사용 환경 온도 범위 -20 ~ 85도에서 파장 안정도 ±40pm가 요구되므로 액정 파장 가변 필터(10)의 온도 정밀도를 0.1도 이하로 제어할 수 있는 매우 정교한 온도 안정화 수단이 필요하다. 다른 일시 예로서, 100GHz 파장 가변 광송신기 모듈 내부에 액정 파장 가변 필터(10)가 삽입되어 파장 가변 기능을 수행하는 경우에 액정필터(10)의 파장 안정도는 약 ±400pm가 요구되고 이에 대응되는 액정필터(10)의 온도 정밀도는 약 1도 이하로서 역시 정교한 온도 안정화 수단이 필요하다.
온도에 매우 민감한 광학 부품은 일반적으로 열전소자(thermos-electric cooler)와 온도 센서로 구성되는 온도 안정화 수단을 적용한다. '열전소자'를 열전온도제어소자' 로 칭할 수도 있다.
도 4를 참조하여 종래의 온도 안정화 수단을 설명하면, 열전소자(81) 상부에 온도 센서(82) 및 온도를 일정하게 유지하려는 광학부품(85)이 실장 되고, 열전소자(81) 하부에는 방열 기능을 수행하는 방열판(86)이 존재한다. 광학부품(85)은 반도체 레이저 다이오드 칩, 반도체 센서 칩과 같이 온도에 의해서 출력 특성 변화가 매우 큰 부품이다. 온도 센서(82)는 온도에 따라서 저항 값이 바뀌는 써미스터(thermistor) 칩이 주로 사용된다. 동작 원리는 온도 센서(82)의 출력 값을 일정하게 하도록 열전소자(81)을 실시간 구동함으로써 광학부품(85)의 온도를 안정화 시킨다. 온도 안정화를 위해서 광학부품(85)과 온도센서(82)는 열전도도가 매우 우수한 접착제 및 서브마운트를 사용하여 열전소자(81) 상부에 실장된다.
또한 광학부품(85)의 크기에 비해서 열전소자의 크기가 최소 2배 이상 크도록 설계된다.
상기 온도 안정화 수단을 이용하여 얻을 수 있는 온도 정밀도는 약 0.1도 이하이다.
도 1에 도시된 액정 필터(10)의 온도 안정화 수단으로 도 4에 도시된 종래의 온도 안정화 수단 적용 가능성을 액정 필터(10)의 물리적 크기와 열전도도 측면에서 검토한다. 먼저, 액정 필터(10)의 크기를 살펴보기 위하여 액정 필터(10) 세부 도면을 도 5에 도시하였다. 도 5 (a)는 액정 필터(10)의 사시도, (b)는 액정 필터(10)의 측면도, 전면도 이다. 액정 필터(10)의 가로(31) 값은 2 ~ 7mm, 세로(32) 값은 2 ~ 7mm 및 두께(33) 값은 1 ~ 3mm 범위를 갖는다. 종래 온도 안정화 수단이 적용된 도 4의 반도체 광학부품(85)의 가로 값은 0.1 ~ 1mm, 세로 값은 0.1 ~ 1mm, 두께 값은 0.1 ~ 1mm 범위임을 고려할 때, 상기 액정 필터(10)의 크기는 부피 기준으로 도 4의 광학부품(85) 부피 대비 4배 이상 큼을 알 수 있다. 일시 예로서, 액정 필터(10)의 크기는 대략 4mm x 4mm x 1.4mm 이고, 도 의 광학부품(85)을 반도체 레이저 다이오드 칩이라고 할 때 크기는 대략 0.3mm x 0.6mm x 0.1mm이다. 따라서, 액정필터(10)의 부피는 반도체레이저다이오드 칩 부피 대비 1244배 크다.
열전도도 측면에서 살펴보면, 액정 필터(10)를 구성하는 투명기판(13,14)의 열전도도는 약 1 W/mK이고 액정의 열전도도는 0.2 W/mK이지만, 액정(27)이 차지하고 있는 부피는 전체 액정필터(10)의 부피 대비 100배 이상 작기 때문에 액정필터(10)의 열전도도는 유리의 열전도도인 1 W/mK로 근사할 수 있다. 한편, 반도체 InP 재질을 사용하는 광학부품(85)의 열전도도 값은 통상 50 ~ 100 W/mK 값임을 고려할 때, 열전도도 값은 50배 이상 작음을 알 수 있다.
상기에서 기술한 바와 같이 부피가 크고 열전도도가 상대적으로 낮은 액정 필터(10)의 경우, 도 4에 도시된 종래의 온도 안정화 수단 자체만으로는 온도 안정성 값을, 예로서, 1도 이하를 얻기가 어렵기 때문에 추가적인 온도 안정화 수단이 필요하다. 추가적인 온도 안정화 수단은 온도 안정성뿐만 아니라, 액정 필터 위치별 온도 분포가 달라지는 온도 구배 문제도 같이 고려되어야 한다. 외부 환경 온도 변화 시 액정 필터(10)가 느끼는 온도가 변화면 투과 파장 천이 현상이 발생하고, 액정필터(10) 내부 위치별 온도 구배가 존재하면 삽입 손실 증가 및 투과 대역폭 증가와 같은 투과 스펙트럼 특성 열화가 수반되기 때문이다.
KR 10-1230593 B1
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은, 상술한 액정 필터의 온도 안정성 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 첫째 액정 필터를 구성하는 투명기판 표면에 히터와 온도 센서를 부착하는 방식, 투명기판 표면에 열전도체를 부착하고 열전도체가 부착된 투명기판을 열전온도제어모듈(TEC, Thermo Electic Cooler)에 부착하는 방식, 그리고 액정 필터의 위치 별 불균일한 온도 구배를 개선시키는 방법을 제시한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 무반사코팅막, 반사코팅막 및, 투명기판을 포함하는 액정 파장 가변 필터 표면에 구비되는 액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치에서, 상기 액정 파장 가변 필터는, 무반사코팅막, 투명기판, 고반사코팅막, ITO막, 액정접속박막을 포함하는 제1투명기판과 제2투명기판; 제1투명기판과 제2투명기판 사이에 액정실링스페이서 삽입 및 액정이 주입된 구조의 액정 파장 가변 필터를 포함하고, 상기 액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치는, 제1투명기판 및 제2투명기판 무반사코팅막 표면 상부에 구비되며, Cr, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Al 금속 및 상기 금속 원소들의 합금으로 구성된 적층 박막 형태의 금속 박막 히터 및 온도 센서가 제1투명기판 및 제2투명기판 표면 무반사코팅막 상부에 일체형으로 적층 되어 있되, 상기 적층 박막 형태의 금속 박막 히터 및 온도 센서가 별도의 온도안정화기판 표면에 일체형으로 적층 되고, 상기 온도안정화기판이 제1투명기판 및 제2투명기판 표면 무반사코팅막 상부에 에폭시로 접합된다.

상기 온도안정화기판 재질은, 알루미나, 지르코니아, 알루미늄나이트라이드와 같은 세라믹 계열, 폴리이미드, FR4, 테프론과 같은 고분자 플라스틱 계열 및, 실리콘과 같은 반도체 계열 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
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열전도도가 100 W/mK 보다 큰 금속, 합금, 세라믹 재질의 열전도재가 열전도성 에폭시로 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)의 상부, 하부, 전면부 및 후면부를 감쌀 수 있다.
상기 액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치는, 열전도재가 부착된 필터가 열전온도제어소자의 상부 또는 측면에 부착될 수 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 액정 파장 가변 필터 구조는, 종래 액정 파장 가변 필터의 기본 구조는 그대로 유지하되, 종래의 액정 파장 가변 필터 구조가 갖고 있는 온도 안정성 문제를 해결하는 온도안정화 수단을 제공함으로써, 외부 환경 온도의 변화 및 불균일한 온도 분포가 있는 환경에서도, 온도 균일성 및 온도 안정성을 확보하여 투과 파장 천이 문제 및 투과 스펙트럼 특성 열화 문제를 대폭 완화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 액정 파장 가변 필터 단면 구조를 도시한 도면.
도 2는 네마틱 액정 파장 가변 필터의 인가 전압에 따른 투과 파장 변화도.
도 3은 환경 온도 변화에 따른 액정 파장 가변 필터의 투과 파장 변화도.
도 4는 종래의 온도 안정화 수단을 도시한 도면.
도 5는 액정 파장 가변 필터 외관도.
도 6은 본 발명에서 제안하는, 히터가 구비된 액정 파장 가변 필터 구조를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에서 제안하는, 히터와 온도 센서가 구비된 액정 파장 가변 필터 구조를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에서 제안하는, 히터와 온도 센서가 구비된 액정 파장 가변 필터의 다른 구조를 도시한 도면.
도 9는 본 발명에서 제안하는, 히터와 온도 센서가 구비된 액정 파장 가변 필터의 또 다른 구조를 도시한 도면.
도 10은 본 발명에서 제안하는, 열전도재가 부착된 액정 파장 가변 필터 구조를 도시한 도면.
도 11은 본 발명에서 제안하는, 열전도재가 부착된 액정 파장 가변 필터의 다른 구조를 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 6은 본 발명에서 제안하는, 금속 박막 히터(40)가 구비된 액정 파장 가변 필터(100) 구조를 도시한 도면이다.
이하에서는, '액정 파장 가변 필터'를, '액정 파장 가변 필터' 또는 '액정 필터'로 혼용하여 칭하기로 한다.
또한, '액정 파장 가변 필터'를 '고체 파장 필터'로 칭할 수도 있다. 여기서 '고체'라 함은, 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)을 가리키는데, 이러한 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)은, 투과손실이 작은 물질, 예를 들어 1dB/cm 이하의 투과 손실을 가지는 물질을 사용할 수 있으며, 실시예로는 유리, 실리콘 등이 사용될 수 있다.
액정 필터(100) 구조는 도 1에 도시된 종래 구조와 동일하나, 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)의 표면 무반사코팅막(20) 상부에 금속 박막 히터(40)가 일체형으로 구비된다. 금속 박막 히터(40)는 Cr, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Al 금속 및 상기 금속 원소들의 합금으로 구성된 적층 박막 형태로서 스퍼터링(sputtering), E-beam evaporation, CVD (chemival vapor deposition) 등과 같은 반도체 증착 장비로 적층 된다. 또한, 금속 박막 히터(40) 패턴은 임의의 형상으로 반도체 photolithography 공정을 이용한 양각 식각 및 음각 식각으로 구현 가능하다. 금속 박막 히터(40) 패턴 형상은 도 6에서는 직사각형 구조이지만, 외부 광 신호가 입출력 되는 광통과영역(63)을 제외한 나머지 투명기판 표면 무반사코팅막(20) 상부 영역에서 임의의 형태를 가질 수 있다. 외부에서 전력을 공급하기 위해서 외부전원(44)은 전기연결선(43)을 통하여 금속 박막 히터 패드(42)에 전기적으로 연결된다. 전기연결선(43)과 패드(42)는 솔더링(soldering), 전도성 에폭시 접합 등으로 전기 접속 된다.
금속 박막 히터(40)를 이용하여 액정필터(100)의 온도를 안정화하기 위해서는 액정필터(100)가 느끼는 온도를 감지할 수 있는 수단이 필요하다. 온도 감지 수단으로 온도를 직접 감지하는 온도센서를 사용하거나, 액정필터(100)을 통과하는 파장의 변화를 감지할 수 있는 파장감지기를 사용하여 온도를 간접적으로 유추하는 수단이 가능하다. 액정필터(100)를 사용하는 모듈 및 시스템은 상기 온도 감지 수단이 구비되어야 하고, 온도 감지 수단에서 제공한 온도 정보를 이용하여 금속 박막 히터(40)에 주입되는 전력을 실시간 제어함으로써 액정필터(100)의 온도를 안정화시킨다.
도 7은 본 발명에서 제안하는, 히터와 온도 센서가 구비된 액정 파장 가변 필터 구조를 도시한 도면이다.
온도 감지 수단으로의 온도 센서는, 금속 박막 히터(40)와 같이 액정 필터에 구비될 수 있다. 도 7을 참조하여 설명하면, 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)의 표면 무반사코팅막(20) 상부에 금속 박막 히터(40) 및 금속 박막 온도센서(50)가 동시에 일체형으로 구비된다. 금속 박막 온도센서(50)의 재질은 온도에 따라서 저항 값이 변하는 금속 계열이면 모두 사용 가능하다. 다만, 증착 및 패터닝(patterning) 공정의 편리성을 고려하여, 금속 박막 히터(40) 재질과 동일함이 바람직하다. 금속 박막 온도센서(50)의 패턴은, 도 7에서는 직사각형 구조이지만, 외부 광 신호가 입출력 되는 광통과영역(63)을 제외한 나머지 투명기판(13,14) 표면 영역에서 임의의 형태를 가질 수 있다. 또한, 금속 박막 히터(40) 패턴 내부에 금속 박막 온도센서(50) 패턴이 위치하는 것으로 도시되었지만, 그 위치는 서로 바뀔 수 있다. 금속 박막 온도센서(50)의 저항 값을 측정하는 저항측정기(53)는 전기연결선(52)을 통하여 금속 박막 온도센서 패드(51)에 전기적으로 연결된다. 전기연결선(52)과 패드(51)는 솔더링(soldering), 전도성 에폭시 접합 등으로 전기 접속 된다.
도 7에서의 온도센서(50)와 히터(40)는 금속 박막 형태로서, 액정필터(100)의 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14) 표면에 일체형으로 형성되므로, 액정필터 조립 공정 전단계인 투명기판 준비 공정에서 수행된다. 그 후, ITO박막(23) 형상 패터닝 공정, 액정접속박막(24)을 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)에 코팅 및 패터닝 공정, 제1투명기판(13)과 제2투명기판(14) 정렬 및 실링스페이서(25) 부착 공정, 액정(27) 주입 및 액정 실링 공정, 마지막으로 스크라이빙(scribing) 및 다이싱(dicing) 공정을 수행하면 최종적으로 개별 액정필터(100) 칩이 완성된다. 따라서, 투명기판 준비 초기 단계에 형성된 금속 박막 히터(40)와 금속 박막 온도센서(50)는, 상기 일련의 액정필터 조립 공정을 모두 거쳐야 하므로 패턴 스크래치, 불순물, 패턴 찌그러짐 등과 같은 불량이 발생할 가능성이 높다.
도 8은 본 발명에서 제안하는, 히터와 온도 센서가 구비된 액정 파장 가변 필터 다른 구조를 도시한 도면이다.
상기 문제점 해결 방안으로, 온도센서(50)와 히터(40)를 별도의 온도안정화기판(60)에 일체형으로 구비한 후 온도안정화기판(60)을 액정필터 표면에 접합하는 구조를 도 8에 도시하였다. 온도안정화기판(60) 재질은 알루미나, 지르코니아, 알루미늄나이트라이드와 같은 세라믹 계열, PCB("printed circuit board") 제작에 사용되는 폴리이미드, FR4, 테프론과 같은 고분자 플라스틱 계열, 실리콘과 같은 반도체 계열 모두 가능하다. 온도센서(50)와 히터(40)는 도 7에 도시한 바와 같이 금속 박막 형태로 온도안정화기판(60)에 일체형으로 구비된 후 에폭시와 같은 접착제를 사용하여 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)에 부착된다. 광신호의 입출력을 위하여 광통과영역(63)에 해당되는 온도안정화기판(60) 영역은 제거된다. 온도안정화기판(60)의 히터(40)와 온도센서(50)의 위치는, 투명기판(13,14)의 표면 무반사코팅막과 마주보는 온도안정화기판(60)의 일 면으로 도시되었으나, 온도안정화기판(60)의 그 반대 면에 위치할 수 있다. 도 8에는 도시가 되지 않았지만 도 7과 마찬가지로 외부와의 전기 접속을 위한 금속 패드가 온도안정화기판(60)에 존재한다.
도 9는 본 발명에서 제안하는, 히터와 온도 센서가 구비된 액정 파장 가변 필터 또 다른 구조를 도시한 도면이다.
상기 온도안정화기판(60)에는 금속 박막 히터(40)만 일체형으로 구비되고, 온도센서는 별도의 써미스터 칩 형태로 표면 실장되어 투명기판(13,14) 무반사코팅막 표면에 에폭시로 접착된 구조가 가능하다. 도 9를 참조하여 설명하면, 사각 칩 형태의 온도센서(64)는 전도성 에폭시 혹은 솔더링 방법으로 온도안정화기판(60) 표면 상부에 실장되고, 그 반대 면에는 금속 박막 히터(14)가 일체형으로 구비된다. 온도센서(64)의 외부 전기 접속을 위한 전극 패드는 도시되지 않았지만 온도안정화기판(60) 표면에 형성됨은 주지의 사실이다.
도 10은 본 발명에서 제안하는, 열전도재가 부착된 액정 파장 가변 필터 구조를 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명에서 제안하는, 열전도재가 부착된 액정 파장 가변 필터 다른 구조를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하여, 종래의 온도 안정화 수단을 적용하면서 온도 안정성을 개선할 수 있는 액정 필터(400) 구조를 설명한다. 도 1에 도시한 종래의 액정 필터(10)의 열전도도는 대략 1 W/mK 수준으로 도 4에 도시된 종래의 온도 안정화 수단을 사용하는 경우, 외부 환경 온도 변화 시 일정한 온도 범위 이내로 안정화가 어렵다. 이 문제를 해결하기 위하여, 열전도도가 우수한 재질의 열전도재(70,71,72,73)로 액정필터(10)를 구성하는 투명기판(13,14) 표면을 감싼다. 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14) 표면에는 열전도도가 100 W/mK 보다 큰 금속, 합금, 세라믹 재질의 열전도재(70, 71, 72, 73)가 열전도성 에폭시(62)로 접합된다. 열전도재(70)의 광통과영역(63)에 해당하는 영역은 제거된다. 열전도재(70,71,72,73)는 100 W/mK 보다 큰 열전도도로 인하여, 불균일한 외부 환경 온도 변화에 대하여 액정필터가 위치별로 균일한 온도 값을 갖도록 할 뿐만 아니라, 온도가 일정한 표면에 열전도재(70,71,72,73)를 접촉시킴으로써 온도 안정성을 개선하는 역할을 한다. 일시 예로서, 도 10의 (b)에서와 같이 열전 소자(81) 상부에 액정필터(400) 열전도재(73)가 열전도성 에폭시(83)로 접합되거나, 도 10의 (c)에서와 같이 열전소자(81) 측면에 열전도재(72)가 열전도성 에폭시(83)로 접합될 수 있다. 이때, 열전 소자(81)의 온도는 온도 센서(82) 값을 이용하여 외부 구동 회로를 이용하여 외부 환경 온도 변화에 무관하게 ±0.1도 이내로 일정하게 유지 가능하다.
도 10에서 도시된 열전도재(70,71,72,73)의 세부 형상은 다양하게 구현될 수 있다. 또한, 도 10에서는 열전도재(70,71,72,73)가 액정 필터(400)의 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)을 상부, 하부, 전면부 및 후면부를 감싸는 구조이다. 그러나, 액정필터(401)가 삽입되는 모듈 및 시스템의 실장 공간의 제약 및 도 10의 (c)와 같이 열전소자(81) 측벽에 부착되어야만 하는 경우에서는, 도 11의 (a)에서 도시한 바와 같이, 열전도재(70,71,72,73) 중에서 액정필터(400) 하부에 있는 열전도재(73)는 부착하지 않을 수 있다. 또한, 개별로 분리된 열전도재(70,71,72)는 일체형 열전도재(75) 형상으로도 구현될 수 있다.
100,200,300,401,402: 액정 파장 가변 필터
10: 액정 파장 가변 필터의 단면
11: 입력광
13: 제1투명기판
14: 제2투명기판
15: 액정공간
20: 무반사 코팅막
21: 투명기판
22: 고반사 코팅막 또는 반사 코팅막
23: ITO 박막
24: 액정접속박막
25: 액정실링 스페이서
26: 전극패드
27: 액정
40,41: 금속박막 히터
42: 패드
43: 전기연결선
44: 외부전원
50: 금속박막 온도센서
51: 금속박막 온도센서 패드
52: 전기연결선
53: 저항측정기
60: 온도 안정화 기판
62: 에폭시
63: 광통과영역
64: 온도센서
70,71,72,73: 열전도재
81: 열전소자 또는 열전온도제어소자
82: 온도 센서
83: 에폭시
85: 광학부품
86: 방열판

Claims (7)

  1. 무반사코팅막, 반사코팅막 및, 투명기판을 포함하는 액정 파장 가변 필터 표면에 구비되는 액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치에서,
    상기 액정 파장 가변 필터는,
    무반사코팅막, 투명기판, 고반사코팅막, ITO막, 액정접속박막을 포함하는 제1투명기판과 제2투명기판;
    제1투명기판과 제2투명기판 사이에 액정실링스페이서 삽입 및 액정이 주입된 구조의 액정 파장 가변 필터
    를 포함하고,
    상기 액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치는,
    제1투명기판 및 제2투명기판 무반사코팅막 표면 상부에 구비되며,
    Cr, Ni, Cu, Ag, Au, Pt, Ti, Al 금속 및 상기 금속 원소들의 합금으로 구성된 적층 박막 형태의 금속 박막 히터 및 온도 센서가 제1투명기판 및 제2투명기판 표면 무반사코팅막 상부에 일체형으로 적층 되어 있되, 상기 적층 박막 형태의 금속 박막 히터 및 온도 센서가 별도의 온도안정화기판 표면에 일체형으로 적층 되고, 상기 온도안정화기판이 제1투명기판 및 제2투명기판 표면 무반사코팅막 상부에 에폭시로 접합된,
    액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도안정화기판 재질은,
    알루미나, 지르코니아, 알루미늄나이트라이드와 같은 세라믹 계열, 폴리이미드, FR4, 테프론과 같은 고분자 플라스틱 계열 및, 실리콘과 같은 반도체 계열 중 어느 하나를 사용한 것
    을 특징으로 하는 액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    열전도도가 100 W/mK 보다 큰 금속, 합금, 세라믹 재질의 열전도재가 열전도성 에폭시로 제1투명기판(13) 및 제2투명기판(14)의 상부, 하부, 전면부 및 후면부를 감싸는 것
    을 특징으로 하는 액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    열전도재가 부착된 필터가 열전온도제어소자의 상부 또는 측면에 부착된 것
    을 특징으로 하는 액정 파장 가변 필터 온도안정화 장치.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2966288B2 (ja) 1994-08-24 1999-10-25 矢崎総業株式会社 可変波長フィルタ
KR101230593B1 (ko) 2011-02-24 2013-02-06 (주)엠이엘 텔레콤 파장분할다중 수동 광가입자망의 파장가변 광수신기

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06148692A (ja) * 1992-11-02 1994-05-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 波長可変液晶光フィルタ
JPH10221661A (ja) * 1997-02-03 1998-08-21 Yazaki Corp 光学装置並びに波長選択フィルタ、及びこれらに用いられる温度制御方法
KR20150098972A (ko) * 2014-02-21 2015-08-31 (주)엠이엘 파장 가변 광수신기

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2966288B2 (ja) 1994-08-24 1999-10-25 矢崎総業株式会社 可変波長フィルタ
KR101230593B1 (ko) 2011-02-24 2013-02-06 (주)엠이엘 텔레콤 파장분할다중 수동 광가입자망의 파장가변 광수신기

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