KR19980037409A - Asymmetrical Directional Coupler And Method Of Manufacturing The Same - Google Patents

Asymmetrical Directional Coupler And Method Of Manufacturing The Same Download PDF

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Abstract

1. 청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야1. The technical field to which the invention described in the claims belongs

평면 광 집적회로에 필요한 파장 필터에 이용되는 비대칭 방향성 커플러Asymmetrical Directional Coupler Used in Wavelength Filters for Planar Optical Integrated Circuits

2.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. Technical problem that the invention tries to solve

파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 두 개의 도파로를 갖고 있어, 좁은 선폭의 파장 필터가 가능한 비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법을 제공하고자 함.The present invention aims to provide an asymmetrical directional coupler capable of a narrow linewidth wavelength filter having two waveguides having a large difference in slope of the wavelength versus effective refractive index curve, and a method of manufacturing the same.

3.발명의 해결 방법의 요지3. Summary of solution of invention

감광 공정을 사용하여 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 완만한 제1도파로와, 식각 공정을 사용하여 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 제2도파로를 갖는 비대칭 방향성 커플러를 한 기판에 만든다.An asymmetric directional coupler having a first waveguide with a gentle slope of the wavelength-to-effective refractive index curve using a photosensitive process and a second waveguide having a steep slope of the wavelength-to-effective refractive index curve using an etching process is made on a substrate.

4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention

파장 필터의 비대칭 방향성 커플러Asymmetric Directional Coupler in Wavelength Filters

Description

비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법Asymmetrical Directional Coupler And Method Of Manufacturing The Same

본 발명은 평면 광 집적회로에 필요한 파장 필터에 이용되는 비대칭 방향성 커플러에 관한 것으로, 특히, 감광 공정과 식각 공정을 사용함으로써 좁은 선폭의 파장 필터가 가능한 비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an asymmetrical directional coupler used for a wavelength filter required for a planar optical integrated circuit, and more particularly, to an asymmetrical directional coupler capable of a narrow line width wavelength filter by using a photosensitive process and an etching process, and a manufacturing method thereof.

종래의 비대칭 방향성 커플러는 도 1에 도시된 바와같이 한 기판(11)에 코아의 크기 또는 코아의 실제 굴절율이 다른 두 개의 도파로A,B로 이루어져 있다. 이때 두 도파로 코아의 실제 굴절율 크기는 N2N1N3이고, 코아의 크기는 W2W1 이다. 그래서 각 도파로A,B는 입력되는 광의 파장에 따라 다른 유효 굴절율을 가져 일반적으로 도 2 와 같은 형태의 파장 대 유효 굴절율 곡선을 갖는데 이 곡선은 물질과 도파로 구조에 따라 결정된다. 그런데 대부분 한정된 파장 범위내(예를 들어 광통신에서 사용되는 1300nm나 1550nm 근처)에서는 물질에 의해 유효 굴절율이 크게 바뀌지 않는다. 그래서 일반적으로 파장 대 유효 굴절율 곡선은 도파로 구조에 의해 결정된다.The conventional asymmetrical directional coupler is composed of two waveguides A and B having different sizes of cores or actual refractive indexes of the cores on one substrate 11 as shown in FIG. In this case, the actual refractive index of the two waveguide cores is N2N1N3, and the core size is W2W1. Therefore, each waveguide A and B has an effective refractive index different according to the wavelength of the input light and generally has a wavelength versus effective refractive index curve of the form shown in FIG. 2, which is determined by the material and the waveguide structure. In most cases, however, within a limited wavelength range (for example, near 1300 nm or 1550 nm used in optical communication), the effective refractive index does not change significantly by materials. Thus, in general, the wavelength versus effective refractive index curve is determined by the waveguide structure.

한편, 두 도파로의 거리가 충분히 가까워지면 한쪽 도파로로 들어간 빛이 다른 도파로로 옮겨가는 커플링 현상이 일어날 수 있는데, 100% 커플링이 일어나려면 두 도파로의 유효 굴절율이 같아야 한다는 위상 정합 조건을 만족하여야 한다. 만일 위상 정합 조건을 만족하지 못하면 두 도파로의 거리가 아무리 가까워도 100% 커플링은 일어나지 않는다. 그래서 도 2와 같은 형태의 파장 대 유효 굴절율 곡선을 갖고 100% 커플링이 일어나는 길이를 갖는 비대칭 방향성 커플러의 한쪽 도파로에 λ1에서 λ2가지의 빛을 입력하면, 다른 쪽 도파로에서 커플링된 빛이 파장에 따라 투과량이 달라져 도 3과 같은 파장 투과 곡선을 얻는다. 이때 중심파장은 두 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선이 만나는 곳이 되고, 선폭은 두 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 클수록 좁아진다. 따라서 좁은 선폭의 파장 필터의 비대칭 방향성 커플러를 만들기 위해서는 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 두 도파로를 갖는 구조의 비대칭 방향성 커플러가 필요하다.On the other hand, when the distance between two waveguides is close enough, a coupling phenomenon may occur in which light entering one waveguide is transferred to another waveguide. To achieve 100% coupling, a phase matching condition that the effective refractive index of the two waveguides must be the same must be satisfied. do. If the phase match condition is not met, 100% coupling does not occur no matter how close the two waveguides are. Thus, when λ1 to λ2 light is input to one waveguide of the asymmetrical directional coupler having the wavelength versus effective refractive index curve of FIG. 2 and having 100% coupling, the light coupled from the other waveguide is the wavelength. The amount of transmission varies according to the wavelength transmission curve as shown in FIG. 3. At this time, the center wavelength is where the wavelength vs. effective refractive index curves of the two waveguides meet, and the line width becomes narrower as the slope difference between the wavelengths and the effective refractive index curves of the two waveguides increases. Therefore, in order to make an asymmetrical directional coupler of a narrow linewidth wavelength filter, an asymmetrical directional coupler having a structure having two waveguides with a large difference in the slope of the wavelength versus effective refractive index curve is required.

파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기는 도파로의 코아의 크기가 클수록 완만해 지고, 코아와 기판의 굴절율 차가 심할수록 급격해진다. 그래서 종래에는 도 1과 같이 코아의 크기가 크고 코아와 기판의 굴절율 차가 작은 도파로A와, 코아의 크기가 작고 코아와 기판의 굴절율 차가 큰 도파로B로 이루어진 비대칭 방향성 커플러를 만들었다.The slope of the wavelength versus effective refractive index curve is gentler as the core size of the waveguide is larger, and sharper as the difference in refractive index between the core and the substrate is greater. Accordingly, as shown in FIG. 1, asymmetrical directional couplers including a waveguide A having a large core size and a small refractive index difference between the core and the substrate and a waveguide B having a small core size and a large refractive index difference between the core and the substrate are manufactured.

그러나 종래의 비대칭 방향성 커플러 구조는 두 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기를 크게 할 수 없어 좁은 선폭의 파장 필터를 만들기가 어려웠다.However, the conventional asymmetrical directional coupler structure cannot increase the slope of the wavelength versus effective refractive index curves of the two waveguides, making it difficult to produce a narrow line width wavelength filter.

즉, 종래에는 두 도파로를 제작함에 있어, 단순히 도파로의 코아 굴절율 또는 코아 크기를 바꾸는 한정된 범위의 변화만을 가지기 때문에 좁은 선폭의 파장 필터가 어려웠다.That is, conventionally, in manufacturing two waveguides, the wavelength filter having a narrow line width has been difficult because it only has a limited range of variation in changing the core refractive index or core size of the waveguide.

본 발명은 감광 공정과 식각 공정을 사용하여, 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 두 개의 도파로를 갖고 있어, 좁은 선폭의 파장 필터가 가능한 비대칭 방향성 커플러 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an asymmetrical directional coupler capable of a narrow linewidth wavelength filter and a method of manufacturing the same, having two waveguides having a large difference in slope of the wavelength versus effective refractive index curve using a photosensitive process and an etching process.

도 1은 종래의 비대칭 방향성 커플러 구조도,1 is a conventional asymmetrical directional coupler structure diagram,

도 2는 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선,2 is the wavelength versus effective refractive index curve of the waveguide,

도 3은 비대칭 방향성 커플러의 파장 투과 곡선,3 is a wavelength transmission curve of an asymmetrical directional coupler,

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예시도.4 and 5 are embodiments of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10,100,1000: 기판10,100,1000: substrate

20A,20B,200A,200B,2000A,2000B: 코아20A, 20B, 200A, 200B, 2000A, 2000B: Core

본 발명의 비대칭 방향성 커플러는, 기판; 상기 기판에 매립되되 그 표면이 공기중에 노출된 제1코아로 이루어진 제1도파로; 및 상기 기판 상에 형성되어 그 측벽과 표면이 공기중에 노출된 제2코아로 이루어져 상기 제1도파로 보다 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 제2도파로를 포함하여 이루어진다.An asymmetrical directional coupler of the present invention, the substrate; A first waveguide embedded in the substrate and having a first core whose surface is exposed to air; And a second waveguide formed on the substrate, the second core having sidewalls and surfaces exposed to air, wherein the second waveguide has a steeper slope of a wavelength versus effective refractive index curve than the first waveguide.

그리고, 상기 제1도파로를 둘러싼 상기 기판 부위는 빛이 입사되어 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 상기 제2 도파로 보다 완만한 것을 특징으로 한다.In addition, light is incident on the portion of the substrate surrounding the first waveguide so that a slope of a wavelength versus effective refractive index curve is gentler than that of the second waveguide.

또한, 본 발명의 비대칭 방향성 커플러 제조 방법은 기판상에 매립되되 그 표면이 노출되는 제1코아 및 제2코아를 형성하는 단계; 및 상기 제2코아의 측벽이 그 표면과 연장되어 노출되도록 상기 기판의 소정 부위를 식각하는 단계를 포함하여 이루어진다.In addition, the method of manufacturing the asymmetrical directional coupler of the present invention comprises the steps of forming a first core and a second core buried on the substrate, the surface of which is exposed; And etching a predetermined portion of the substrate such that the sidewall of the second core extends and is exposed to the surface thereof.

그리고, 상기 제1코아 주위의 상기 기판에 감광 공정에 의해 빛을 입사하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And injecting light into the substrate around the first core by a photosensitive process.

통상적으로, 감광 공정이란 기판 또는 코아층의 일부분에 빛을 입사하여 굴절율을 바꾸는 것을 뜻하고, 식각 공정이란 기판의 일부분을 깍아내는 것을 뜻한다.Typically, the photosensitive process refers to changing the refractive index by injecting light into a portion of the substrate or core layer, the etching process refers to shaving off a portion of the substrate.

그래서 감광 공정을 사용하면 기판과 코아의 굴절율 차가 매우 작은 도파로를 만들 수 있다. 그리고 식각 공정을 사용하면 코아 바깥 부분이 공기에 노출되는, 즉 기판이 공기에 노출되어 기판과 코아의 굴절율 차가 매우 큰 도파로를 만들 수 있다. 그러므로 두 도파로의 코아 크기와 실제 굴절율을 적절히 조정하면 종래의 비대칭 방향성 커플러보다 좁은 선폭의 파장 필터가 가능한 비대칭 방향성 커플러를 제작 할 수 있다.Thus, using the photosensitive process, a waveguide with a very small difference in refractive index between the substrate and the core can be produced. The etching process exposes the outer portion of the core to air, ie, exposes the substrate to air, resulting in a waveguide with a large difference in refractive index between the substrate and the core. Therefore, by properly adjusting the core size and the actual refractive index of the two waveguides, it is possible to fabricate an asymmetrical directional coupler capable of a narrow linewidth wavelength filter than the conventional asymmetrical directional coupler.

즉, 좁은 선폭의 파장 필터를 만들기 위해서는 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 두 개의 도파로를 갖는 비대칭 방향성 커플러를 만들어야 하는데, 본 발명에서는 감광 공정을 사용하여 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 완만한 도파로A와, 식각 공정을 사용하여 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 도파로B를 갖는 비대칭 방향성 커플러를 한 기판에 만드는 것이다. 그러면 두 도파로의 파장대 유효 굴절율 곡선이 만나는 곳이 중심 파장이 되는 좁은 선폭의 파장 필터를 만들 수 있다.In other words, in order to make a narrow line width wavelength filter, an asymmetrical directional coupler having two waveguides having a large difference in the slope of the wavelength-to-effective refractive index curve should be manufactured. A and an etching process are used to make an asymmetrical directional coupler with a waveguide B having a sharp slope of the wavelength versus effective refractive index curve in one substrate. This creates a narrow linewidth wavelength filter where the wavelength band of the effective waveguide of the two waveguides meets as the center wavelength.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예로서, 기판이 일부 식각되어 도파로B의 코아층은 그 측벽의 일측 또는 타측이 공기중에 노출되어 있어, 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 도파로를 형성하고, 도면 상에는 나타내지 않았지만 도파로A의 코아층 또는 일측면 기판은 감광 공정에 의해 빛을 입사받아 있어 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 완만한 도파로를 형성하게 된다.4 and 5 illustrate embodiments of the present invention, in which the core layer of the waveguide B is partially exposed to air in the core layer of the waveguide B to form a waveguide having a steep slope of the wavelength versus effective refractive index curve. Although not shown in the drawing, the core layer or one side substrate of the waveguide A receives light by a photosensitive process, thereby forming a waveguide having a gentle slope of the wavelength versus effective refractive index curve.

여기서 코아의 실제 굴절율은 N2(도파로B)N1(도파로A)N3(기판)의 대소관계를 갖고, 코어의 크기는 W2(도파로B)W1(도파로A)의 대소 관계를 갖으며, 파장 투과 곡선은 도 3과 같은 형태를 갖고 있어 종래와 동일하나, 두 도파로의 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 종래의 비대칭 방향성 커플러보다 커져 필터링되는 파장의 선폭이 좁아진다.Here, the core's actual refractive index has a magnitude relationship of N2 (waveguide B) N1 (waveguide A) N3 (substrate), and the size of the core has a magnitude relationship of W2 (waveguide B) W1 (waveguide A) and a wavelength transmission curve. 3 has the same shape as in FIG. 3, but the slope difference of the wavelength versus the effective refractive index curves of the two waveguides is larger than that of the conventional asymmetric directional coupler, thereby narrowing the line width of the filtered wavelength.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.

한 기판에 감광 공정과 식각 공정을 사용하여 종래의 비대칭 방향성 커플러보다 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기 차가 심한 구조의 비대칭 커플러가 가능하므로 좁은 선폭의 파장 필터를 제작할 수 있다.By using a photosensitive process and an etching process on one substrate, a narrow linewidth wavelength filter can be manufactured since asymmetric coupler having a structure having a greater slope difference in wavelength versus effective refractive index curve than a conventional asymmetrical directional coupler can be manufactured.

Claims (10)

기판;Board; 상기 기판에 매립되되 그 표면이 공기중에 노출된 제1코아로 이루어진 제1도파로; 및A first waveguide embedded in the substrate and having a first core whose surface is exposed to air; And 상기 기판 상에 형성되어 그 측벽과 표면이 공기중에 노출된 제2코아로 이루어져 상기 제1도파로 보다 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 급격한 제2도파로를 포함하여 이루어진 비대칭 방향성 커플러.And a second waveguide formed on the substrate, the second core having sidewalls and surfaces exposed in air, the second waveguide having a steeper slope of a wavelength versus effective refractive index curve than the first waveguide. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1도파로를 둘러싼 상기 기판 부위는 빛이 입사되어 파장 대 유효 굴절율 곡선의 기울기가 상기 제2 도파로 보다 완만한 것을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.Wherein the portion of the substrate surrounding the first waveguide is incident on light such that the slope of the wavelength versus effective refractive index curve is gentler than that of the second waveguide. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1코어는 그 표면과 연장되어 그 일측벽이 공기중에 더 노출된 것을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.And said first core extends from its surface such that one side wall is further exposed to air. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제2코어는 그 표면과 연장되어 그 양측벽이 공기중에 노출된 것을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.And the second core extends from the surface thereof so that both sidewalls thereof are exposed to air. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1코아, 상기 제2코아 및 상기 기판 간의 굴절율 대소관계는 제2코아제1코아기판 임을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.An asymmetrical directional coupler, characterized in that the refractive index magnitude relationship between the first core, the second core and the substrate is a second core 1 core substrate. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1코어와 상기 제2코아 간의 패턴선폭 크기 대소관계는 제2코아제1코아 임을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러.An asymmetrical directional coupler, characterized in that the magnitude of the pattern line width between the first core and the second core is a second core 1 core. 기판상에 매립되되 그 표면이 노출되는 제1코아 및 제2코아를 형성하는 단계; 및Forming a first core and a second core embedded on the substrate, the surfaces of which are exposed; And 상기 제2코아의 측벽이 그 표면과 연장되어 노출되도록 상기 기판의 소정 부위를 식각하는 단계를 포함하여 이루어진 비대칭 방향성 커플러 제조 방법.Etching a predetermined portion of the substrate such that the sidewall of the second core extends and is exposed to the surface thereof. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1코아 주위의 상기 기판에 감광 공정에 의해 빛을 입사하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러 제조 방법.And injecting light into the substrate around the first core by a photosensitive process. 제7항 또는 제8항에 있어서,The method according to claim 7 or 8, 상기 제1코아, 상기 제2코아 및 상기 기판 간의 굴절율 대소관계는 제2코아제1코아기판 임을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러 제조 방법.The refractive index magnitude relationship between the first core, the second core and the substrate is a second core 1 core substrate manufacturing method of the asymmetrical directional coupler. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 제1코어와 상기 제2코아 간의 패턴선폭 크기 대소관계는 제2코아제1코아 임을 특징으로 하는 비대칭 방향성 커플러 제조 방법.The pattern line width magnitude magnitude relationship between the first core and the second core is a second core 1 core.
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