KR20020056975A

KR20020056975A - 랜드 마크를 이용한 평면 광도파로 소자

Info

Publication number: KR20020056975A
Application number: KR1020000087199A
Authority: KR
Inventors: 권오달; 이승현; 조정환; 최진경
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2002-07-11
Also published as: JP3501789B2; JP2002214468A; EP1229362A2; KR100357853B1; US20020118940A1; US6574410B2; EP1229362A3

Abstract

본 발명은 랜드 마크를 이용한 평면 광도파로 소자에 관한 것으로서, 개시된 평면 광도파로 소자는 평면 광도파로 소자와 광섬유 블럭간의 정렬 및 접착 시 결합 손실과 손실 균일도를 향상시키기 위하여 상기 광도파로 소자의 가공 단면으로부터 허용 오차내의 임계각방향 소정 위치에 일정한 간격(t)으로 랜드 마크를 구비한다. 따라서, 본 발명은 검사와 수정을 공정 중에 수행하여 정밀도를 높일 뿐만 아니라, 제품의 수율을 향상시키게 되었다. 더욱이, 본 발명은 광섬유 블럭을 정렬 접착하는 경우, 가공 단면의 짝 맞추기가 가능하여 접속 손실의 균일도를 최대한 향상시킬 수 있게 되는 효과를 달성하였다.

Description

랜드 마크를 이용한 평면 광도파로 소자{PLANNAR LIGHT WAVEGUIDE CIRCUIT ELEMENT USING LANDMARK}

본 발명은 평면 광도파로 소자에 관한 것으로서, 특히 랜드 마크(landmark)를 이용한 평면 광도파로 소자 및 그 제작 방법에 관한 것이다.

최근에 광 신호의 분기, 변조, 스윗칭, 신호 다중화 등의 광신호 처리를 목적으로 평면 도파로 기술을 이용하여 평면 기판상에 광 도파로를 제작하는 광소자의 집적화 기술에 대하여 많은 연구가 이루어 지고 있다. 이러한 광 도파로 소자를 제작하기 위하여 필요한 기술로서는 도파로의 설계, 제작 및 패키지등을 예로 들수 있다. 이러한 일반적인 광 도파로는 광파를 가두고 길이방향으로 손실이 적게 전파시키는 광 전송로로서, 굴절율이 큰 코아와, 코아를 둘러싸고 있는 굴절율이 낮은 클래딩으로 구성된다. 도 1, 도 2를 참조하여 종래의 평면 광도파로의 패키징에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 일 실시 예에 따른 평면 광도파로 소자(10)(PLC:Plannar Light waveguide circuit)의 패키징(packaging)은 광도파로소자(10)에 빛을 입력하고, 출력하기 위하여 광섬유 블럭(11,12)(optical fiber block)과의 정렬 및 결합을 기본으로 하고 있다. 평면 광도파로 소자(10)는 실리콘(silicon)이나 쿼츠 기판(quartz substrate)에 여러 층의 실리카(silica) 또는 폴리머(polymer) 박막을 증착하여 코아(core)부와 이를 감싸고 있는 클래딩(cladding)부의 굴절률 차를 이용하여 코아부의 형상에 따라서 빛의 세기를 분할하거나, 파장을 분할하거나 빛의 경로를 변경시키거나 빛의 세기를 조절하는 등의 역할을 할 수 있도록 설계되어 사용되어져 왔다. 광섬유 블럭(11,12)은 광섬유(13,14)를 지지하기 위한 블럭으로, 보통 실리콘 기판에 V-형 홈(V-groove)을 형성하여 광섬유(13) 또는 리본형 광섬유(14)를 배열하고, 접착제(17)를 이용하여 고정하여 제작된다. 이때, 기판을 쿼츠로 사용되어 질 수 있다. 평면 광도파로 소자(10)와 광섬유 블럭(11,12)과의 정렬은 소자(10)와 그 양단의 광섬유 블럭(11,12)이 각각 정밀 위치제어 장치를 통하여 정렬되어 지며, 정렬 후 양단에 접착제(17)를 도포하여 접착을 하게 된다.

이때, 접착제(17)는 자외선 또는 열 경화형 접착제를 사용하는 경우가 일반적이나, 용접을 통하여 하는 경우도 있다. 정렬 접착된 소자(10)는 하우징(15)에 넣어 최종 제품으로 제작되고, 하우징(15) 재료는 메탈 또는 플라스틱을 이용하며, 때에 따라 기밀(hermetic sealing)을 유지하기 위하여 밀봉을 하는 경우도 있다.

또한, 광도파로 소자에 따라서 온도 조정이 필요한 경우, 하우징(15) 외부로 전원 연결부를 만들어 전류를 공급하기도 한다. 참조부호 16는 전원 리드를 의미한다.

그러나, 이러한 정렬 결합을 하기 위하여는 광도파로 소자 및 광섬유 블럭의 단면 가공이 필요하고, 이때 가공하는 방법으로 블레이드(blade)를 이용한 절단과, 연마제를 이용한 폴리싱 방법(polishing)을 들 수 있다. 광도파로 소자의 가공 정밀도는 광섬유 블럭과의 정렬 접착 시, 결합 손실과 밀접한 관계를 가지고 있으며, 특히 가공면의 기울어진 각도는 삽입 손실의 균일도를 저하시키는 요인이 되고 있으며, 가공 후 가공정도를 측정하는 공정이 필수적이다. 또한 측정치가 기준 이하일 때는 재 가공을 시도하거나, 소자를 버리는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 광도파로 소자를 제작하고, 정렬하는 과정에서, 보다 정확하게 가공되는 각도를 측정하고, 이를 용이하게 수정할 수 있도록 하여 소자의 정렬 및 결합 시 발생하는 결합 손실를 최소화할 수 있는 평면 광도파로 소자를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 랜드 마크를 이용한 평면 광도파로 소자를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은 평면 광도파로 소자에 있어서,

광도파로 소자와 광섬유 블럭간의 정렬 및 접착 시 결합 손실과 손실 균일도를 향상시키기 위하여 상기 광도파로 소자의 가공 단면으로부터 허용 오차내의 임계각방향 소정 위치에 일정한 간격(t)으로 랜드 마크를 구비한다.

도 1은 종래의 일 실시 예에 따른 평면 광도파로 소자에 광섬유 블럭이 정렬된 상태를 나타내는 사시도.

도 2는 종래의 일 실시 예에 따른 정렬된 평면 광도파로 소자가 하우징내에 패킹징된 상태를 나타내는 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 랜드 마크가 적용된 광도파로 소자를 나타내는 평면도.

도 4a는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 랜드 마크가 적용된 광도파로의 양방향으로 광섬유 블럭이 정렬된 상태를 나타내는 평면도.

도 4b는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 랜드 마크가 적용된 광도파로의 양방향으로 광섬유 블럭이 접착된 상태를 나타내는 평면도.

도 5a는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 랜드 마크가 적용된 광도파로의 일방향으로 광섬유 블럭이 정렬된 상태를 나타내는 평면도.

도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 랜드 마크가 적용된 광도파로의 일방향으로 광섬유 블럭이 접착된 상태를 나타내는 평면도.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 랜드 마크가 적용된 광도파로 소자의 측면을 본 경우에 임의의 각도가 없는 경우를 예시한 도면.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 랜드 마크가 적용된 광도파로 소자의 측면을 본 경우에 임의의 각도가 8°또는 12°인 경우를 예시한 도면.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 발명에 따른 랜드 마크는 광 파워 분할기, 파장 분할기, 스위치, 감쇠기, ADM, OADM, TADM 등을 포함하는 광 소자에 적용할 수 있음에 유의하여야 한다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 랜드 마크(32)가 적용된 평면 광도파로 소자(30)에 대해서 설명하기로 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 평면 광도파로 소자(30)는 가공 단면(30a)이 광도파로(31)에 수직하게 놓여져야 할 경우, AB선분과 광도파로(31)가 수직이 되도록 랜드 마크(32)를 구성하며, 이때 원하는 공차는 하기 수학식1에서와 같이 t를 계산하여 랜드 마크(32)의 간격과 폭을 결정한다.

이 경우는 임의의 각도로 만들 수 있으며, 광도파로(31)와 가공 단면(30a)이 수직이 아닌 임의의 각도로 가공하는 것도 가능하다. 상기 랜드 마크(32)는 가공 단면(30a)에서 t의 간격으로 충분히 위치하게 되고, 상기 랜드 마크(32)의 구별을 위하여 끝단에 숫자나 기호를 표시하는 것이 바람직하다.

상기 랜드 마크(32)의 삽입 방법은 실리콘 또는 쿼츠 기판위에 박막을 증착하고, 식각하는 공정에서 포토 마스크에 설계된 형태로 마크를 식각하여 구성한다.

따라서, 상기 랜드 마크(32)와 광도파로(31)와의 각도 정밀도는 전자빔 가공의 정밀도를 갖게 되는 것이다.

상기 수학식1에 따라서 랜드 마크(32)의 크기 및 간격(t)에 대한 설명을 하면 다음과 같다.=90°인 경우, A와 B로 이어진 선이 가공 단면(30a)을 기준으로 90°이고, A와 B' 혹은 B"을 이은 선까지 가공될 경우, 허용 오차의 임계각을라고 한다면, 상기 랜드 마크(32)의 크기 및 간격(t)은 상기 수학식1로 결정될 수 있다.

이어서, 일정 크기 및 간격(t)으로 마크를 삽입한 포토마스크로 광도파로 소자를 제작하고, 광도파로 소자의 단면을 가공한다. 가공하는 과정 중, 마크의 제거된 정도를 검사한다. 가공하는 과정 중, 현미경을 통하여 랜드 마크의 제거된 정도를 관찰하고, 가공된 정도가 A와 B를 잇는 선을 기준으로 점 B' 혹은 B"를 벗어날 경우, 각도를 수정하여 다시 가공하고, 점 B'와 B" 사이에 있을 경우 가공을 마친다.

도 4a 내지 도 5b는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 평면 광도파로 소자가 광섬유 블럭과 정렬된 상태 및 접착된 상태를 각각 나타내는 평면도이다. 도 4a, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 평면 광도파로 소자(40)의 양 가공 단면(40a,40b)에는 한 개의 광섬유(43) 또는 복수 개의 광섬유(44)가 배열되어 있는 각각의 광섬유 블럭(41,42)을 가지고 있으며, 상기 평면 광도파로 소자(40)와 광섬유 블럭(41,42)의 접합부에는 자외선 또는 열경화형 접착제(45)를 이용하여 결합되어 있다. 상기 광섬유 블럭(41,42)은 실리콘 또는 퀄츠 기판 모두 사용가능하며, 접착 방법 역시 용접이나 그 외의 방법으로도 가능하다.

도 5a, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 평면 광도파로 소자(50)의 가공 단면(50a)에는 한 개의 광섬유(53) 또는 복수 개의 광섬유(54)가 배열되어 있는 각각의 광섬유 블럭(51,52)을 가지고 있으며, 상기 평면 광도파로 소자(50)와 광섬유 블럭(51,52)의 접합부에는 자외선 또는 열경화형 접착제(55)를 이용하여 결합되어 있다. 상기 광섬유 블럭(51,52)은 실리콘 또는 퀄츠 기판 모두 사용가능하며, 접착 방법 역시 용접이나 그 외의 방법으로도 가능하다.

도 4a, 도 4b에 도시된 배열 즉, 상기 평면 광도파로 소자(40)를 중심으로 양 방향으로 광섬유 블럭(41,42)이 정렬되어 접착될 수 있고, 도 5a, 도 5b에 도시된 배열 즉, 상기 평면 광도파로 소자(50)를 중심으로 일방향으로 광섬유 블럭(51,52)이 나란한 상태로 정렬되어 접착될 수 있다. 도 4a나 도 5a는 광도파로 소자를 중심으로 광섬유 블럭이 정렬된 상태를 도시하고, 도 4b나 도 5b는 광도파로 소자를 중심으로 광섬유 블럭이 접착제를 이용하여 결합된 상태를 도시한다.

본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따라서 제작된 평면 광도파로 소자를 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 도시된 상태로 정렬 및 접착할 경우, 상기 광도파로 소자에 관한 가공 데이터를 따로 관리하지 않더라도 정렬 시, 현미경에 의해 가공 상태를 확인할 수 있으므로, 광섬유 블럭과 가공 단면의 짝 맞추기가 가능하다.즉, 양의 오차는 양의 오차끼리, 음의 오차는 음의 오차끼리 짝을 맞추어 정렬 접착할 경우, 접속 손실의 균일도를 최대한 향상시킬 수 있다.

도 6과 도 7은 광도파로 소자의 가공면의 측면에서 임의의 각도를 가질 수 있으며, 각도가 없는 경우도 있을 수 있음을 보여주고 있다. 도 6은 평면 광도파로 소자(60)의 가공 단면(60a,60b)의 측면의 각도가 없는 경우를 나타내고, 도 7은 평면 광도파로 소자(70)의 가공 단면(70a,70b)의 측면의 임의의 각도, 예를 들어 8°또는 12°정도 각도가 있는 경우를 나타낸다. 도 6은 평면 광도파로 소자(60)의 가공 단면(60a,60b)을 중심으로 각각의 광섬유 블럭(61,62)의 가공 단면(61a,62a)이 대면하여 정렬된 상태를 나타내고, 도 7은 평면 광도파로 소자(70)의 가공 단면(70a,70b)을 중심으로 각각의 광섬유 블럭(71,72)의 가공 단면(71a,72a)이 대면하여 정렬된 상태를 나타낸다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 평면 광도파로 소자에 있어서, 랜드 마크를 이용함으로서, 검사와 수정을 공정 중에 수행하여 정밀도를 높일 뿐만 아니라, 제품의 수율을 향상시키게 되었다. 더욱이, 본 발명은 광섬유 블럭을 정렬 접착하는 경우, 가공 단면의 짝 맞추기가 가능하여 접속 손실의 균일도를 최대한 향상시킬 수 있게 되는 효과를 달성하였다.

Claims

평면 광도파로 소자에 있어서,

평면 광도파로 소자와 광섬유 블럭간의 정렬 및 접착 시 결합 손실과 손실 균일도를 향상시키기 위하여 상기 평면 광도파로 소자의 가공 단면으로부터 허용 오차내의 임계각방향 소정 위치에 일정한 간격(t)으로 랜드 마크를 구비함을 특징으로 하는 소자.
제1항에 있어서, 상기 랜드 마크의 일정한 간격(t)은 하기 수학식2에 의해 결정됨을 특징으로 하는 소자.

단, t는 랜드 마크의 간격이고,는 허용 오차의 임계각을 의미한다.
제1항에 있어서, 상기 랜드 마크는 허용 공차를 평가하기 위하여 상기 광도파로 소자내에 위치하여 배열됨을 특징으로 하는 소자.
제1항에 있어서, 상기 광도파로 소자는 광파워 분할기, 파장 분할기, 스위치, 감쇠기, ADM, OADM, TADM을 포함함을 특징으로 하는 소자.
제1항에 있어서, 상기 랜드 마크의 구별을 위하여 숫자나 기호를 표시함을 특징으로 하는 소자.