KR19990065145A - 진폭 마스크를 이용한 제파 필터 제조 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

복수의 진폭 마스크를 이용하여 다양한 장주기 격자 필터를 제조하기 위한 제파 필터 제조 방법 및 장치가 개시되어 있다. 본 발명에 따른 제파 필터 제조 방법은, 제파 필터를 제조하는 방법에 있어서, 광원과 제파 필터 재료 사이에 소정 주기의 격자가 형성된 복수의 진폭 마스크를 서로 평행하게 배치하는 단계; 상기 복수의 진폭 마스크 중 적어도 하나를 상기 격자의 길이 방향에 수직한 방향으로 소정량만큼 이동시키는 단계; 및 상기 광원으로부터 상기 제파 필터 재료 상에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 제파 필터 제조 장치는, 제파 필터 재료 상에 광을 조사하여 소정 격자 주기를 가진 제파 필터를 제조하는 장치에 있어서, 광원; 소정 주기의 격자가 형성된 복수의 진폭 마스크; 및 상기 복수의 진폭 마스크에 형성된 각각의 격자들이 서로 중첩되도록 상기 복수의 진폭 마스크 중 적어도 하나를 소정의 방향으로 이동시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 복수의 진폭 마스크를 중첩시키는 간단한 방식으로 진폭 마스크의 격자 주기를 변화시켜 다양한 격자 주기를 가진 제파 필터를 제공한다.

Description

진폭 마스크를 이용한 제파 필터 제조 방법 및 장치

본 발명은 제파 필터 제조 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 진폭 마스크를 이용하여 다양한 장주기 격자 필터를 제조하기 위한 제파 필터 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.

장주기 격자 필터는 코어로 진행하는 기본 모드를 클래딩 모드로 커플링시킴으로써 특정 파장에 대한 대역 제파 필터 또는 파장 다중 분할 통신에 이용되는 광섬유 증폭기의 이득 평탄화 등에 응용이 가능한 소자이다. 이러한 커플링은 아래의 수학식 1의 위상 매칭 조건을 만족시킬 때 일어난다.

여기서, β_co는 코어로 진행하는 기본 모드의 진행 상수이고, β_cl ⁽ⁿ⁾ 은 n차 클래딩 모드 진행 상수이며, Λ는 격자 주기이다. 또한, n은 유효 굴절률을 나타내고, λ는 커플링이 발생하는 파장이며, 이들 사이의 관계는 아래의 수학식 2로 나타낼 수 있다.

위의 수학식 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 특정 파장을 클래딩 모드로 커플링시키기 위해서는 진폭 마스크의 격자 주기 Λ의 값과 n_eff ^co- n_eff ^cl(n)(=Δn)의 값을 변화시키면 된다. 즉, 격자 주기 Λ를 고정시켜 놓은 상태에서 광 민감성 도파로에 자외선 레이저를 조사하면, 게르마늄을 포함하고 있는 코어의 굴절률이 변하게 되는데, 레이저 조사 시간에 따라 코어와 클래딩의 유효 굴절률 차이를 유발하게 되고 위의 수학식 2를 만족시키는 특정 파장의 제거량을 조절할 수 있다. 또한, 레이저 노출 조건을 동일하게 하여 굴절률 변화(Δn)는 같게 하되, 진폭 마스크의 격자 주기 Λ를 변화시킴으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 특정 파장의 제거량을 조절하기 위해서는 진폭 마스크의 격자 주기를 변화시켜야 한다.

현재 사용되고 있는 진폭 마스크는 실리카 위에 패턴을 형성하고 크롬층을 입혀 만들기 때문에 제조가 어렵고 제조 단가가 비싸며 손실 문턱 에너지가 낮아 레이저의 출력을 효율적으로 이용할 수 없는 단점이 있다. 이러한 문제는 스테인레스 강과 같은 얇은 금속판을 이용한 진폭 마스크를 사용함으로써 해결하였으나, 이 경우 진폭 마스크는 하나의 주기 밖에 갖지 못하므로 조건이 바뀔 때마다 필요로 하는 주기의 진폭 마스크를 새로 제조해야 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 일정 주기를 가진 진폭 마스크를 이용하는 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제파 필터 제조시 일정 주기를 가진 2 개의 진폭 마스크를 평행 배치한 후 이들의 축방향 위치를 상대적으로 변화시켜 광원이 통과하는 격자의 주기를 가변시킴으로써 다양한 격자 주기의 제파 필터를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 본 발명의 제파 필터 제조 방법을 수행할 수 있는 제파 필터 제조 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 따르면, 소정 주기의 격자가 형성된 복수의 진폭 마스크를 이용하여 제파 필터를 제조하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 광원과 제파 필터 재료 사이에 상기 복수의 진폭 마스크를 서로 평행하게 배치하는 단계; 상기 복수의 진폭 마스크 중 적어도 하나를 상기 격자의 길이 방향에 수직한 방향으로 소정량만큼 이동시키는 단계; 및 상기 광원으로부터 상기 제파 필터 상에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 소정 주기의 격자가 형성된 복수의 진폭 마스크를 이용하여 제파 필터를 제조하는 또 다른 방법이 제공되는데, 이 방법은 광원과 제파 필터 재료 사이에 상기 복수의 진폭 마스크의 각각의 격자들이 서로 중첩되게 상기 복수의 진폭 마스크를 배치하는 단계; 및 상기 광원으로부터 상기 복수의 진폭 마스크의 중첩된 격자들을 통해 상기 제파 필터 재료 상에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 광원으로부터 소정 주기의 격자가 형성된 복수의 진폭 마스크를 통해 제파 필터 재료 상에 광을 조사하여 소정 격자 주기를 가진 제파 필터를 제조하는 장치가 제공되는데, 이 장치는 상기 복수의 진폭 마스크에 형성된 각각의 격자들이 서로 중첩되도록 상기 복수의 진폭 마스크 중 적어도 하나를 소정의 방향으로 이동시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 제파 필터 제조 장치의 개략도.

도 2a 내지 2e는 본 발명에 따른 제파 필터 제조 장치에서 진폭 마스크로 사용되는 금속 박판을 나타내는 도면으로서, 도 2a 내지 2c는 마이크로 스테이지를 이용하여 온/오프 비율을 달리한 형태를 나타내며, 도 2d 및 2e는 처핑 효과를 얻기 위해 주기를 달리한 형태를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 제파 필터 제조 장치에서 온/오프 비율을 달리한 진폭 마스크를 이용하여 제조한 제파 필터의 투과 스펙트럼을 나타내는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 레이저 광원

12 : 평면 거울

14 : 원통 렌즈

16 : 진폭 마스크

18 : 마이크로 스테이지

20 : 고정 스테이지

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제파 필터 제조 방법 및 장치를 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 제파 필터 제조 장치를 개략적으로 도시한 도 1을 참조하면, 본 발명의 제파 필터 제조 장치는 248 nm 파장의 KrF 레이저 광원(10)과, 2 개의 진폭 마스크(16)를 평행하게 장착하여 각각의 진폭 마스크를 일정 방향으로 이동시킬 수 있는 마이크로 스테이지(18)와, 필터 재료를 장착하기 위한 고정 스테이지(20)를 구비하고 있다. 또한, 제파 필터 제조 장치는 상기 광원으로부터 방출되는 레이저광을 필터 재료를 향해 편향시키기 위한 평면 거울(12)과, 상기 평면 거울을 통해 편향된 레이저광을 집광하여 제파 필터용 재료 상에 조사하기 위한 원통 렌즈(14)를 구비하고 있다.

상기 마이크로 스테이지(18) 상에 평행하게 장착된 2 개의 진폭 마스크(16)는 그 표면에 격자들이 형성되어 있는데, 이 격자들을 통해 상기 원통 렌즈(14)에서 집광된 광이 통과되어 고정 스테이지(20) 상에 장착된 필터 재료 상에 조사된다. 상기 진폭 마스크의 격자는, 예컨대, 도 2a 내지 도 2e에 도시된 바와 같이, 일정 주기로 형성되는데, 얇은 두께의 금속 마스크에 레이저 또는 화학 약품에 의한 에칭을 통해 제조될 수 있다.

이제, 본 발명의 제파 필터 제조 장치를 이용하여 제파 필터를 제조하는 방법을 설명한다.

먼저, 고정 스테이지(20)에 필터 재료를 장착한 후, 동일한 격자 주기를 가진 2 개의 진폭 마스크를 마이크로 스테이지(18) 상에 상하로 평행하게 장착한다. 그 다음, 마이크로 스테이지에 장착된 상하 2 개의 진폭 마스크를 도 1에서의 수평 방향으로 이동시켜 각각의 진폭 마스크에 형성되어 있는 각각의 격자들이 서로 중첩되도록 한다. 도 2a는 온/오프 비율이 50 : 50으로 격자 주기가 같은 2 개의 진폭 마스크를 일치시켜 놓은 경우이며, 도 2b와 2c는 하나의 진폭 마스크를 마이크로 스테이지를 이용하여 수십 μm 이동시킨 경우를 나타낸다. 이러한 중첩을 통해 2 개의 진폭 마스크의 결과적인 격자 주기를 필요한 만큼 변화시키는 것이 가능하게 된다.

따라서, 굴절률 변화를 일으키는 부분인 진폭 마스크 격자들의 온/오프 비를 조절하는 것이 가능하게 되어, 즉 격자 주기는 고정되어 있지만, 빛이 통과하는 부분과 통과하지 않는 부분의 비율을 조절하여 n_eff ^co- n_eff ^cl(n)(=Δn)의 값을 변화시킴으로써 다양한 격자 주기를 갖는 제파 필터를 제조할 수 있게 된다.

결과적으로, 수학식 2를 참조할 때, 동일한 격자 주기 Λ의 진폭 마스크 2개를 사용하여 코어와 클래딩의 유효 굴절률 차이를 온/오프 비율로 조절함으로써 다른 주기의 진폭 마스크를 사용하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.

이 후, 중첩된 진폭 마스크를 통해 필터 재료 상에 레이저광을 조사하여 원하는 겪자 주기를 가진 제파 필터를 제조한다.

이와 같이 본 발명에 따라 제조된 제파 필터에 대한 실험 자료로서, 도 3a는 본 발명에 따라 50 : 50의 온/오프 비율을 사용하여 제조된 제파 필터의 제파 피크 스펙트럼을 나타내며, 도 3b는 30 : 70의 온/오프 비율을 사용하여 제조된 제파 필터의 제파 피크 스펙트럼을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 도 2a의 경우에는 1573 nm의 파장에서 23 dB의 소거비를 나타내고 있으며, 도 2b의 경우에는 1565 nm의 파장에서 도 2a의 경우와 동일한 효과를 나타내고 있기 때문에 약 8 nm의 파장 이동 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명은 바람직한 실시예를 통해 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예컨대 격자 주기가 다른 2 개 이상의 진폭 마스크를 사용하는 경우에도 격자 주기가 위치에 따라 변화되는 처핑(chirping) 마스크 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 복수의 진폭 마스크를 중첩시키는 간단한 방식으로 진폭 마스크의 격자 주기를 변화시켜 다양한 격자 주기를 가진 제파 필터를 제조할 수 있다.

Claims (4)

1. 제파 필터를 제조하는 방법에 있어서,

   광원과 제파 필터 재료 사이에 소정 주기의 격자가 형성된 복수의 진폭 마스크를 서로 평행하게 배치하는 단계;

   상기 복수의 진폭 마스크 중 적어도 하나를 상기 격자의 길이 방향에 수직한 방향으로 소정량만큼 이동시키는 단계; 및

   상기 광원으로부터 상기 제파 필터 재료 상에 광을 조사하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 제파 필터 제조 방법.
2. 제파 필터를 제조하는 방법에 있어서,

   광원과 제파 필터 재료 사이에 소정 주기의 격자가 형성된 복수의 진폭 마스크를 배치하되, 각각의 격자들이 서로 중첩되게 상기 복수의 진폭 마스크를 배치하는 단계; 및

   상기 광원으로부터 상기 복수의 진폭 마스크의 중첩된 격자들을 통해 상기 제파 필터 재료 상에 광을 조사하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 제파 필터 제조 방법.
3. 제파 필터 재료 상에 광을 조사하여 소정 격자 주기를 가진 제파 필터를 제조하는 장치에 있어서,

   광원;

   소정 주기의 격자가 형성된 복수의 진폭 마스크; 및

   상기 복수의 진폭 마스크에 형성된 각각의 격자들이 서로 중첩되도록 상기 복수의 진폭 마스크 중 적어도 하나를 소정의 방향으로 이동시키기 위한 수단

   을 포함하며,

   상기 복수의 진폭 마스크 및 상기 제파 필터 재료는 상기 광원의 광로 상에 차례로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 제파 필터 제조 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 이동 수단은 수 μm 내지 수 십 μm의 이동 정밀도를 가진 마이크로 스테이지인 것을 특징으로 하는 제파 필터 제조 장치.