KR20020020085A - Collimation interface of optical beam from a fiber using an integrated micro lens - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집적된 마이크로 렌즈를 이용해서 레이저 빔을 평행화하는 평행 빔 인터페이스를 제조하는 방법과, 그 평행 빔 인터페이스의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a parallel beam interface for parallelizing a laser beam using an integrated micro lens, and a structure of the parallel beam interface.
특히 본 발명은 파장분할 다중화 광통신 시스템에서 여러 개의 광신호를 교환(switching)하고자 할 때, 광섬유 번들에서 출사(또는 입사)되는 레이저 빔(광)을 평행화하기 위한 평행빔 인터페이스 구조와 평행빔 구현을 위한 인터페이스 구조의 제조방법에 관한 것이다.In particular, the present invention implements a parallel beam interface structure and parallel beam for parallelizing a laser beam (light) emitted (or incident) from an optical fiber bundle when switching multiple optical signals in a wavelength division multiplexing optical communication system. It relates to a manufacturing method of the interface structure for.
더욱 상세하게는 본 발명은 마이크로 렌즈를 실리콘 기판에 집적하여 렌즈기판을 제작하고, 이 렌즈기판을 광섬유 번들이 삽입고정된 광섬유 기판과 접합한 인터페이스 구조를 이용해서 레이저 빔을 평행화하는 기술을 제시한다.More specifically, the present invention provides a technique for fabricating a lens substrate by integrating a microlens into a silicon substrate, and parallelizing a laser beam using an interface structure in which the lens substrate is bonded to an optical fiber substrate to which an optical fiber bundle is inserted. do.
현재 인터넷, 전자상거래 등의 보급으로 인하여 통신 정보량의 폭발적인 증가가 거듭되고 있다. 이와같이 막대한 양의 정보를 효과적이고 경제적으로 전송할 수 있는 방안 중의 하나로 파장분할 다중화(DWMD: Dense Wavelength Division Multiplexing) 광통신 시스템이 연구되어 왔다. 파장 분할 다중화 시스템에서는 여러개의 광신호를 교환(switching)할 필요가 있다.At present, the amount of communication information is exploding due to the spread of internet and electronic commerce. Dense Wavelength Division Multiplexing (DWMD) optical communication system has been studied as one of the ways to efficiently and economically transmit a huge amount of information. In wavelength division multiplexing systems, it is necessary to switch several optical signals.
광신호 교환을 위한 종래의 기술로는 광신호를 일단 전기신호로 변환하고, 전기 신호로 변환된 것을 전기적으로 스위칭한 다음, 스위칭된 전기신호를 다시 광신호로 재변환하여 전송하는 광/전/광 변환 방법이 있다.Conventional technology for optical signal exchange includes optical / electric / transmitting an optical signal once to an electrical signal, electrically switching the converted electrical signal, and then reconverting the switched electrical signal back to an optical signal. There is a light conversion method.
그러나, 광/전/광 변환은 광신호를 전기신호로 변환하고 또 이 전기신호를 다시 광신호로 변환해야 하기 때문에 광전변환, 전광변환에 관련된 구성요소가 부담으로 작용하는 것은 물론, 신호변환 과정에서의 에너지 손실과 신호의 왜곡,오류의 발생, 잡음개입 등의 문제점에 노출되어 있다.However, since the optical / electric / optical conversion has to convert the optical signal into an electrical signal and converts the electrical signal back into the optical signal, the components related to photoelectric conversion and all-optical conversion act as burdens, and also the signal conversion process Are exposed to problems such as energy loss, signal distortion, error generation and noise interference.
광신호 교환을 위한 종래의 또다른 기술로는 광/전/광 변환없이 전광 스위칭(all-optcal switching)할 수 있는 크로스 커넥트 스위치(cross connect switch)가 이용되고 있다.Another conventional technique for optical signal exchange uses a cross connect switch capable of all-optcal switching without optical / electric / optical conversion.
도1에 광 응용 실리콘 미세 가공기술(MOEMS: Micro-Opto-Electro-Mechanical System)을 이용한 크로스 커넥트 스위치의 구조를 개념적으로 보였다.Fig. 1 conceptually illustrates the structure of a cross connect switch using a micro-optic-electro-mechanical system (MOEMS).
이 스위치 구조는 광섬유 번들기판(101)에 여러개의 광섬유(102)가 종단면 접합의 형태로 고정되어 있고, 상기 광섬유 번들기판(101)과 소정 거리 이격되고 또 나란하게 배열된 렌즈기판(103)에는 레이저 빔을 평행화하기 위한 볼렌즈(104) 들이 어레이 형태로 구비되어 있고, 상기 렌즈기판(103)과 소정거리 이격되고 또 나란하게 배열된 구동 미러 기판(105)에는 집적된 여러개의 구동 미러(actuating micro-mirror)(106)가 구비되어 있고, 상기 렌즈기판(103)과 구동 미러 기판(105) 사이에서 레이저 빔의 전송경로를 이루어 주기 위한 반사 미러(reflecting mirror)(107)가 구비되어 있다. 상기 기판들은 실리콘 기판이 이용되고 있으며 렌즈나 구동 미러는 실리콘 기판 위에 집적되어 있다.In this switch structure, a plurality of optical fibers 102 are fixed to the optical fiber bundle substrate 101 in the form of longitudinal cross-section bonding, and the lens substrate 103 is spaced apart from the optical fiber bundle substrate 101 at a predetermined distance and arranged side by side. Ball lenses 104 for parallelizing the laser beam are provided in an array form, and a plurality of driving mirrors integrated in the driving mirror substrate 105 spaced apart from the lens substrate 103 at a predetermined distance and arranged side by side An actuating micro-mirror 106 is provided, and a reflecting mirror 107 is provided between the lens substrate 103 and the driving mirror substrate 105 to form a transmission path of the laser beam. . The substrates are silicon substrates, and lenses or driving mirrors are integrated on the silicon substrates.
도1의 크로스 커넥트 스위치에 의한 광 스위칭은 다음과 같이 이루어진다.Light switching by the cross connect switch of FIG. 1 is performed as follows.
광섬유(102)를 통해 전송되는 입력신호(IN)는 광섬유 종단에서 출사되어 볼렌즈(104)를 통과하면서 평행빔이 되고, 이 평행화된 레이저 빔은 구동 미러(106)에서 반사되어 반사 미러(107)에 의해 전송경로가 변경되고, 다시 구동 미러(106)에서 반사되어 볼렌즈(104)를 통해 광섬유(102)로 전달됨으로써 출력신호(OUT)로전송된다.The input signal IN transmitted through the optical fiber 102 is emitted from the end of the optical fiber and passes through the ball lens 104 to form a parallel beam. The parallelized laser beam is reflected from the driving mirror 106 to reflect the reflection mirror ( The transmission path is changed by the 107, reflected by the driving mirror 106, and transmitted to the optical fiber 102 through the ball lens 104 to be transmitted as the output signal OUT.
이때 각 미러의 각도를 적절하게 조절함으로써 광신호를 스위칭할 수 있다.At this time, the optical signal can be switched by appropriately adjusting the angle of each mirror.
그런데 이 스위칭 시스템 내부에서는 레이저 빔들이 수십cm 이상의 거리를 진행해야 하기 때문에 빔의 크기가 진행 거리에 따라 거의 변하지 않는 평행빔이 요구되고, 이러한 평행 빔 구현을 위해서 볼렌즈(104)를 사용하는 것이다.However, in this switching system, since the laser beams must travel a distance of several tens of centimeters or more, a parallel beam is required in which the size of the beam hardly changes according to the traveling distance, and the ball lens 104 is used to implement such a parallel beam. .
즉, 일반적으로 광섬유로부터 출력되는 광은 평행 빔이 아닐 경우 가우시안(Gaussian) 분포에 의해서 공간에서 퍼지게 되어 다시 광섬유에 결합될 경우에는 광손실이 급격하게 증가하기 때문에, 평행 빔을 얻기 위해서 광섬유의 종단에 볼렌즈와 같은 마이크로 렌즈를 적당한 간격을 두고 설치한 것이다.That is, in general, the light output from the optical fiber is spread out in space by a Gaussian distribution when it is not a parallel beam, and when it is coupled to the optical fiber, the optical loss increases rapidly. The micro lenses such as ball lenses are installed at appropriate intervals.
그러나, 이와같은 크로스 커넥트 스위치 구조에서는 광섬유 번들의 종단과 상기 볼렌즈 어레이를 맞추기 위한 렌즈 정렬이 어렵고 복잡할 뿐만 아니라, 마이크로 렌즈 어레이와 광섬유 종단의 정확한 정렬 정도에 따라 시스템 전체의 성능과 신뢰성이 좌우되며, 렌즈와 광섬유의 정확한 정렬이 어렵기 때문에 실제로 시스템의 광 전송경로 스위칭 성능이 떨어지는 문제점이 있다.However, in such a cross-connect switch structure, not only is the lens alignment difficult and complicated to align the end of the optical fiber bundle and the ball lens array, but the performance and reliability of the entire system depend on the exact alignment of the micro lens array and the optical fiber end. In addition, since it is difficult to accurately align the lens and the optical fiber, there is a problem in that the optical transmission path switching performance of the system is inferior.
본 발명은 광섬유 번들 기판과 마이크로 렌즈 기판을 일체로 접합하여 평행 빔을 구현함으로써, 평행 빔 구현을 위한 인터페이스 구조를 간단하게 구현할 수 있도록 함은 물론, 렌즈 정렬이 용이하고 정확하게 이루어져서 신뢰성 높은 평행 빔 구현이 가능하도록 한 평행 빔 인터페이스 구조와 그 제조방법을 제안한다.The present invention implements a parallel beam by integrally bonding the optical fiber bundle substrate and the micro lens substrate, thereby simplifying the interface structure for implementing the parallel beam, as well as easy and accurate lens alignment to achieve a highly reliable parallel beam. We propose a parallel beam interface structure and a method of manufacturing the same.
본 발명은 광섬유 번들이 삽입 고정된 실리콘 기판(번들기판)과 마이크로 렌즈가 삽입 고정된 실리콘 기판(렌즈기판)을 일체로 접합하고, 이때 스페이서를 두 기판 사이에 개입시켜서 렌즈와 광섬유 종단면 사이의 거리를 정밀하게 유지시켜 줄 수 있도록 한 평행 빔 인터페이스 구조와 그 제조방법을 제안한다.The present invention integrally bonds a silicon substrate (bundle substrate) into which an optical fiber bundle is inserted and a silicon substrate (lens substrate) to which a microlens is inserted and fixed, and in this case, a distance between the lens and the optical fiber end surface by interposing a spacer between the two substrates. We propose a parallel beam interface structure and a method of manufacturing the same, which can maintain the precision.
도1은 광 크로스 커넥트 스위치의 구조를 개념적으로 나타낸 도면1 conceptually illustrates the structure of an optical cross connect switch;
도2는 본 발명 제1실시예로서 광섬유 번들과 구형 볼렌즈가 접합된 구조를 나타낸 도면2 is a view showing a structure in which an optical fiber bundle and a spherical ball lens are bonded as a first embodiment of the present invention;
도3은 본 발명 제2실시예로서 광섬유 번들과 구형 볼렌즈가 접합된 구조의 다른 예를 나타낸 도면3 is a view showing another example of a structure in which an optical fiber bundle and a spherical ball lens are bonded as a second embodiment of the present invention;
도4는 본 발명 제3실시예로서 광섬유 번들과 반구형 볼렌즈가 접합된 구조를 나타낸 도면4 is a view showing a structure in which an optical fiber bundle and a hemispherical ball lens are bonded as a third embodiment of the present invention.
도5는 본 발명 제4 실시예로서 광섬유 번들과 반구형 볼렌즈가 접합된 구조의 다른 예를 나타낸 도면5 is a view showing another example of a structure in which an optical fiber bundle and a hemispherical ball lens are bonded as a fourth embodiment of the present invention;
도6은 본 발명에서 구형 볼렌즈 홈 제작과정을 나타낸 공정도Figure 6 is a process chart showing a spherical ball lens groove manufacturing process in the present invention
도7은 본 발명에서 반구형 볼렌즈 홈 제작과정을 나타낸 공정도7 is a process chart showing a process for manufacturing a hemispherical ball lens groove in the present invention
본 발명은 광섬유 번들기판과, 마이크로 렌즈가 집적된 구조의 렌즈기판을 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평행 빔 인터페이스 구조와 그 제조방법이다.The present invention provides a parallel beam interface structure and a method of manufacturing the optical fiber bundle substrate and a lens substrate having a microlens integrated structure.
본 발명은 실리콘을 미세 가공하여 마이크로 렌즈를 실리콘 기판에 삽입고정하고, 마이크로 렌즈가 삽입고정된 렌즈기판을 광섬유 번들 기판과 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평행 빔 인터페이스 구조와 그 제조방법이다.The present invention provides a parallel beam interface structure and a method of manufacturing the microlens by inserting and fixing a microlens into a silicon substrate and bonding a lens substrate into which a microlens is inserted and bonded to an optical fiber bundle substrate.
또한 본 발명은 상기 마이크로 렌즈가 삽입될 렌즈기판의 렌즈 홈 및 렌즈 구조를 구형, 반구형, 사다리꼴 등의 다양한 구조로 이루는 것을 특징으로 하는 평행 빔 인터페이스 구조와 그 제조방법이다.In addition, the present invention is a parallel beam interface structure and its manufacturing method characterized in that the lens groove and the lens structure of the lens substrate into which the microlens is inserted into a variety of structures, such as spherical, hemispherical, trapezoidal.
또한 본 발명은 상기 평행 빔의 크기와 동일하게 실리콘 기판에 광 도파로를 형성함으로써, 마이크로 렌즈에 의해서 평행화된 빔이 자유공간으로 일정한 크기를 갖고 안정되게 전파될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 평행 빔 인터페이스 구조와 그 제조방법이다.In addition, the present invention by forming an optical waveguide in the silicon substrate the same as the size of the parallel beam, the parallel beam characterized in that the beam parallelized by the microlenses can be stably propagated in a free space and stable Interface structure and its manufacturing method.
또한 본 발명은 상기 마이크로 렌즈 기판과 광섬유 번들 기판을 접합할 때, 광섬유 종단면과 마이크로 렌즈 사이의 거리를 정밀하게 조정할 수 있도록 한 스페이서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평행 빔 인터페이스 구조와 그제조방법이다.In another aspect, the present invention further comprises a spacer for bonding the microlens substrate and the optical fiber bundle substrate, the spacer further allows precise adjustment of the distance between the optical fiber end face and the microlens, and a manufacturing method thereof. to be.
또한 본 발명에서 상기 렌즈 홈은 건식 식각과 습식 식각을 이용해서 이루는 것을 특징으로 하는 평행 빔 인터페이스 구조와 그 제조방법이다.In addition, in the present invention, the lens groove is a parallel beam interface structure and a method of manufacturing the same, which are formed by using dry etching and wet etching.
또한 본 발명에서 상기 마이크로 렌즈와 광섬유 사이의 거리를 정밀하게 조정하기 위한 스페이서가 SU-8과 같이 감광처리가 가능하고 기계적으로 견고한 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 평행 빔 인터페이스 구조와 그 제조방법이다.In addition, in the present invention, the spacer for precisely adjusting the distance between the microlens and the optical fiber is a parallel beam interface structure and a method of manufacturing the same, characterized in that it is made of a material that is photosensitive and mechanically robust, such as SU-8. .
또한 본 발명은 광섬유를 번들기판에 삽입고정하여 광섬유 번들을 형성하는 단계, 렌즈기판에 마이크로 렌즈가 삽입될 공간을 형성하고 이 공간에 마이크로 렌즈를 삽입하는 단계, 상기 번들기판과 렌즈기판 사이에 스페이서를 형성하는 단계, 상기 스페이서를 개입시켜 광섬유 번들기판과 렌즈기판을 접합하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평행 빔 인터페이스 제조방법이다.In another aspect, the present invention is the step of inserting and fixing the optical fiber to the bundle substrate to form a fiber bundle, forming a space for the microlens to be inserted into the lens substrate and inserting the microlens in the space, the spacer between the bundle substrate and the lens substrate Forming a step of bonding the optical fiber bundle substrate and the lens substrate through the spacers.
또한 본 발명에서 상기 광 출력 기판면에 상기 마이크로 렌즈를 경유하여 출사되는 평행 빔의 도파로를 형성하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, it is characterized in that to form a waveguide of the parallel beam emitted through the micro lens on the surface of the light output substrate.
또한 본 발명에서 상기 렌즈삽입 공간의 형성이, 실리콘 기판에 식각될 부분을 마스크를 이용해서 노출시키고 소정 깊이로 비등방성 식각을 수행하여 경사진 구조의 렌즈삽입 공간을 형성하는 단계, 상기 실리콘 기판의 렌즈삽입 공간의 대향하는 다른 면을 패터닝한 후 건식 식각으로 상기 렌즈삽입 공간을 관통시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Also, in the present invention, the lens insertion space is formed by exposing a portion to be etched on the silicon substrate using a mask and performing anisotropic etching to a predetermined depth to form a lens insertion space having an inclined structure. And patterning the other opposite surface of the lens insertion space and penetrating the lens insertion space by dry etching.
또한 본 발명에서 상기 렌즈삽입 공간의 형성이, 실리콘 기판에 식각될 부분을 패터닝하고 등방성 식각을 수행하여 반구형의 렌즈 삽입공간을 형성하는 단계,상기 반구형의 렌즈 삽입공간을 건식 식각 공정을 이용해서 관통시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the formation of the lens insertion space, patterning the portion to be etched on the silicon substrate and performing isotropic etching to form a hemispherical lens insertion space, through the hemispherical lens insertion space through a dry etching process Characterized in that the step consisting of.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시예로서 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.
도2는 본 발명 제1실시예를 설명하기 위한 평행 빔 인터페이스의 구조를 나타낸다.2 shows a structure of a parallel beam interface for explaining the first embodiment of the present invention.
광섬유 번들기판(201)에 광섬유(202)가 삽입고정된다. 광섬유(202)를 광섬유 번들기판(201)에 삽입하기 위하여 광섬유 삽입홈(202a)을 형성하였다. 광섬유 번들을 번들기판(201)에 삽입고정하는 방법은 실리콘 기판에 습식 식각과 건식 식각을 이용해서 광섬유 삽입홈과 삽입구멍을 형성하고, 여기에 광섬유 번들의 종단을 삽입하여 고정하였다.The optical fiber 202 is inserted into and fixed to the optical fiber bundle substrate 201. The optical fiber insertion groove 202a is formed to insert the optical fiber 202 into the optical fiber bundle substrate 201. In the method of inserting and fixing the optical fiber bundle into the bundle substrate 201, optical fiber insertion grooves and insertion holes are formed in the silicon substrate using wet etching and dry etching, and the ends of the optical fiber bundle are inserted and fixed thereto.
렌즈기판(203)에는 볼렌즈 삽입홈(204)을 형성하고 여기에 구형의 볼렌즈(205)를 삽입하여 고정하였다. 렌즈기판(203)에 구형의 볼렌즈(205)를 삽입하여 고정하기 위해서, 실리콘 기판에 볼렌즈 삽입홈을 건식 식각과 습식 식각 공정을 이용해서 깔때기 모양의 경사진 구조로 형성하고 여기에 구형의 볼렌즈를 삽입하여 고정하였다.A ball lens insertion groove 204 was formed in the lens substrate 203, and a spherical ball lens 205 was inserted and fixed thereto. In order to insert and fix the spherical ball lens 205 to the lens substrate 203, the ball lens insertion groove is formed in the silicon substrate into a funnel-shaped inclined structure using dry etching and wet etching processes, The ball lens was inserted and fixed.
그리고, 광이 출력되는 기판면에 마이크로 렌즈(볼렌즈)를 통해서 출력되는 평행 빔의 크기와 동일하게 직경 'D'의 원형 도파관(206)을 형성함으로서, 이 관이 자연스럽게 광 도파로의 역할을 하도록 하였다.The circular waveguide 206 having a diameter 'D' is formed on the surface of the substrate on which the light is output through the microlens (ball lens) so that the tube naturally serves as an optical waveguide. It was.
한편, 광섬유(202)로부터 출사되는 광을 평행 빔으로 만들기 위해서는 광섬유의 종단면(202a)과 렌즈(205)가 일정한 거리(f) 만큼 정확하게 떨어져 있어야 한다.On the other hand, in order to make the light emitted from the optical fiber 202 into a parallel beam, the end face 202a of the optical fiber and the lens 205 should be separated exactly by a constant distance f.
이 것을 위해서 광섬유 번들기판(201)과 렌즈기판(205) 사이에 스페이서(207)를 개입시켜 광섬유 번들(201)과 렌즈기판(205)을 접합하는 것과 함께, 광섬유 종단면(202a)과 렌즈(205)가 일정한 거리(f)만큼 정확하게 이격되도록 하였다.For this purpose, the optical fiber bundle 201 and the lens substrate 205 are bonded to each other through the spacer 207 between the optical fiber bundle substrate 201 and the lens substrate 205, and the optical fiber end surface 202a and the lens 205 are bonded together. ) Are precisely spaced apart by a constant distance (f).
상기 스페이서(207)는 SU-8과 같은 감광성과 기계적 견고성을 지닌 물질을 이용하였고, 광섬유 번들기판(201)위에 적당한 두께의 막을 스핀 코팅 방법을 이용해서 형성하였다. 이때 스핀 코팅의 속도를 조절함으로써 스페이서(207)의 두께를 자유롭게, 그리고 정밀하게 조절할 수 있다.The spacer 207 is made of a material having photosensitivity and mechanical robustness, such as SU-8, and a film having a suitable thickness on the optical fiber bundle substrate 201 is formed by spin coating. In this case, the thickness of the spacer 207 can be freely and precisely adjusted by adjusting the speed of spin coating.
스페이서(207)를 개입시켜서 광섬유 번들기판(201)과 렌즈기판(203)을 영구적으로 접합(anodic bonding 공정 이용)함으로써, 광섬유 번들기판(201)과 렌즈기판(203)이 접합된 구조의 평행 빔 인터페이스 구조가 완성된다.A parallel beam having a structure in which the optical fiber bundle substrate 201 and the lens substrate 203 are bonded to each other by permanently bonding the optical fiber bundle substrate 201 and the lens substrate 203 through the spacer 207 (using an anodic bonding process). The interface structure is complete.
도2에 도시한 본 발명 제1실시예의 평행 빔 인터페이스 구조에서는 광섬유 종단면(202a)에서 출사되는 광이 구형의 볼렌즈(205)로 입사되는 부분에 해당되는 스페이서 일부를 제거하였다. 도2에서는 이 부분을 부호 207a로 표기하였다.In the parallel beam interface structure of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2, a part of the spacer corresponding to a portion where light emitted from the optical fiber end surface 202a is incident on the spherical ball lens 205 is removed. In FIG. 2, this portion is indicated by reference numeral 207a.
도3은 본 발명 제2실시예를 설명하기 위한 평행 빔 인터페이스 구조를 나타낸 도면으로서, 상기 도2와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 표기하고 중복되는 설명은 생략한다.FIG. 3 is a diagram illustrating a parallel beam interface structure for explaining a second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
도3의 본 발명 제2실시예에서는 구형의 볼렌즈(205)가 깔때기 모양으로 경사진 구조의 렌즈 삽입홈(204)에 고정되어 있고, 광섬유(202)의 종단(202a)과렌즈(205) 사이에 스페이서(207)가 남아있는 경우이며, 부호 301로 이 부분을 표기하였다.In the second embodiment of the present invention of Fig. 3, the spherical ball lens 205 is fixed to the lens insertion groove 204 inclined in a funnel shape, and the end 202a and the lens 205 of the optical fiber 202 are fixed. This is a case where the spacer 207 remains in between, and this portion is indicated by reference numeral 301.
이와같이 스페이서(207)가 남아있더라도 스페이서(207)의 두께가 충분히 작고 또한 광흡수가 작기 때문에 광손실은 최소화된다. 또한 공기의 굴절율은 1.0이고 광섬유의 굴절율은 약 1.4이지만 스페이서(207)로 사용한 SU-8의 굴절율은 약 1.6∼1.9 정도이기 때문에 단면에서 생기는 프레넬(Fresnel) 반사 손실이 작아지는 장점이 있다.In this manner, even if the spacer 207 remains, the light loss is minimized because the thickness of the spacer 207 is sufficiently small and the light absorption is small. In addition, since the refractive index of air is 1.0 and the refractive index of the optical fiber is about 1.4, the refractive index of SU-8 used as the spacer 207 is about 1.6 to 1.9, so the fresnel reflection loss occurring in the cross section is reduced.
도4는 본 발명 제3실시예를 설명하기 위한 평행 빔 인터페이스 구조를 나타낸 도면으로서, 상기 도2 및 도3과 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 표기하고 중복되는 설명은 생략한다.4 is a diagram illustrating a parallel beam interface structure for explaining a third embodiment of the present invention. The same parts as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals and redundant descriptions thereof will be omitted.
도4의 본 발명 제3실시예는 실리콘 기판(203) 위에서 수직 식각없이 바로 습식 식각을 이용해서 깔때기 모양의 경사진 구조의 렌즈 삽입홈(204)을 만들고 여기에 기판을 관통하는 수직의 관(206)을 형성하였으며, 구형의 볼렌즈 대신 반구형의 렌즈(401)를 사용한 경우이다.In the third embodiment of the present invention of FIG. 4, a vertical tube penetrating the substrate is formed by making a funnel-shaped inclined lens insertion groove 204 by using wet etching directly on the silicon substrate 203 without vertical etching. 206 is formed, and the hemispherical lens 401 is used instead of the spherical ball lens.
도5는 본 발명 제4실시예를 설명하기 위한 평행 빔 인터페이스 구조를 나타낸 도면으로서, 상기 도2 내지 도4와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호로 표기하고 중복되는 설명은 생략한다.FIG. 5 is a diagram illustrating a parallel beam interface structure for explaining a fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
도5의 본 발명 제4실시예는 실리콘 기판(206) 자체를 등방성으로 식각하여 반구형의 렌즈 삽입홈을 만들고 여기에 반구형의 렌즈(401)를 삽입한 경우이다.In the fourth embodiment of the present invention of FIG. 5, the silicon substrate 206 is itself isotropically etched to make a hemispherical lens insertion groove, and a hemispherical lens 401 is inserted therein.
본 발명 제4실시예에서 반구형의 렌즈(401) 뿐만 아니라 구형의 볼렌즈를 삽입하고 스페이서로 광섬유와의 간격을 조절할 수도 있다.In the fourth embodiment of the present invention, not only the hemispherical lens 401 but also the spherical ball lens may be inserted and the distance from the optical fiber may be adjusted by the spacer.
도6은 본 발명에서 구형 볼렌즈 홈 제작과정을 나타낸 공정도이다.6 is a process chart showing a spherical ball lens groove manufacturing process in the present invention.
실리콘 기판(601)에서 식각될 부분을 마스크(600)를 이용해서 노출시키고 Deep RIE 장비를 이용해서 일정한 깊이 만큼 비등방성 식각을 수행한다. 이렇게 해서 일단 볼렌즈 홈이 삽입되기 위한 예비 홈(602)을 만든다(도6의 a).A portion of the silicon substrate 601 to be etched is exposed using the mask 600, and anisotropic etching is performed by a predetermined depth using the Deep RIE device. This makes a preliminary groove 602 for inserting the ball lens groove once (Fig. 6A).
다음, KOH 용액 등에 습식 식각을 하여 구형 볼렌즈가 삽입될 깔때기 모양의 경사진 렌즈 삽입홈(603)을 형성한다(도 6의 b).Next, wet etching is performed on the KOH solution to form a funnel-shaped inclined lens insertion groove 603 into which the spherical ball lens is inserted (b of FIG. 6).
그리고, 렌즈 삽입홈(603)의 반대쪽 다른 기판면을 패터닝하고 Deep RIE 장비를 이용해서 건식 식각으로 관통 구멍(604)을 형성한다(도 6의 c).Then, the other substrate surface opposite the lens insertion groove 603 is patterned, and a through hole 604 is formed by dry etching using the Deep RIE apparatus (FIG. 6C).
이렇게 함으로써 깔때기 모양의 렌즈 삽입홈이 완성되고, 이 렌즈 삽입홈에 상기한 바와같이 볼렌즈를 삽입 고정하고 또한 상기 관통 구멍에 상기한 광 도파로를 구성할 수 있게 하였다.In this way, the funnel-shaped lens insertion groove is completed, and the ball lens is inserted and fixed as described above in the lens insertion groove, and the optical waveguide can be configured in the through hole.
도7은 본 발명에서 반구형 볼렌즈 홈 제작과정을 나타낸 공정도이다.7 is a process chart showing a hemispherical ball lens groove manufacturing process in the present invention.
이 방법은 반구형의 볼렌즈를 삽입할 수 있는 구조를 가공하는 방법이다.This method is to process the structure that can insert the hemispherical ball lens.
실리콘 기판(701)의 표면을 패터닝하고, 마스크(700)와 질산 계열(HNA)의 용액을 이용해서 등방성 식각을 수행한다(도7의 a). 등방성 식각 공정의 수행 결과로 반구형의 렌즈 삽입홈(702)이 형성된다.The surface of the silicon substrate 701 is patterned, and isotropic etching is performed using a solution of the mask 700 and the nitric acid series (HNA) (FIG. 7A). As a result of the isotropic etching process, a hemispherical lens insertion groove 702 is formed.
다음, 건식 식각 공정을 이용해서 실리콘 기판(701)을 완전히 관통하는 관통 구멍(703)을 형성한다(도7의 b).Next, through holes 703 are formed through the dry etching process to completely pass through the silicon substrate 701 (Fig. 7B).
이렇게 함으로써 반구형의 렌즈 삽입홈이 완성되고, 이 렌즈 삽입홈에 상기한 바와같이 반구형의 볼렌즈를 삽입하고 또한 관통구멍에 상기한 광 도파로를 구성할 수 있게 하였다.In this way, the hemispherical lens insertion groove is completed. As described above, the hemispherical ball lens can be inserted into the lens insertion groove, and the optical waveguide described above can be formed in the through hole.
본 발명은 광섬유 번들기판과 마이크로 렌즈가 집적된 렌즈기판을 일체로 접합하였다. 따라서, 팽행 빔을 구현하기 위한 인터페이스 구조가 매우 간단하게 되었고, 또한 렌즈를 광섬유 종단면에 정확하게 일치시켜 정렬할 수 있기 때문에 평행 빔 구현이 정밀한 것은 물론, 용이하다.The present invention integrally bonded the optical fiber bundle substrate and the lens substrate in which the micro lens is integrated. Therefore, the interface structure for implementing the bouncing beam has become very simple, and the parallel beam implementation is precise as well as easy because the lens can be aligned with the optical fiber longitudinal section.
본 발명은 광섬유 번들기판과 마이크로 렌즈가 집적된 렌즈기판을 스페이서를 개입시켜 일체로 접합하였다. 따라서, 평행 빔 구현을 위해서 광섬유 종단면과 렌즈 사이의 정확한 거리를 유지시키는 것이 가능해지고, 이에 따른 안정된 평행 빔 출사(입사)가 가능하게 되었다.In the present invention, the optical fiber bundle substrate and the lens substrate in which the microlenses are integrated are integrally bonded through the spacer. Therefore, it is possible to maintain the correct distance between the optical fiber end face and the lens for parallel beam implementation, thereby enabling stable parallel beam exit (incident).
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