KR20030004124A - 광도파로 - Google Patents

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KR20030004124A
KR20030004124A KR1020020038148A KR20020038148A KR20030004124A KR 20030004124 A KR20030004124 A KR 20030004124A KR 1020020038148 A KR1020020038148 A KR 1020020038148A KR 20020038148 A KR20020038148 A KR 20020038148A KR 20030004124 A KR20030004124 A KR 20030004124A
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optical waveguide
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나라카주타카
카시하라카주히사
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후루까와덴끼고오교 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 광도파로는 하부피복을 실리콘기판위에 퇴적하고, 예를 들면, 어레이도파로회절격자회로를 가진 코어를 그 위에 형성하고, 또한 코어를 상부피복에 의해 덮음으로서 형성하고, 반파장판을 형성하지 않고, 편파의존성손실 및 흡습으로 인한 악화의 영향을 억제할 수 있다. 어레이도파로회절격자회로는 적어도 하나의 입력도파로, 제 1슬래브도파로, 서로 소정량 만큼 상이한 길이로 나란히 배치된 복수의 채널도파로로 이루어진 어레이도파로, 제 2슬래브도파로 및 출력도파로를 포함한다. 피복 및 코어는 실리카계유리로 이루어진다. 기판의 열팽창계수가 αs이고, 하부피복의 열팽창계수가 αuc이고, 상부피복의 열팽창계수가 αoc이면, αoc는 (αs-2.0 x 10-7) 이상, (αs+ 2.0 x 10-7) 이하이고, (αoc- αuc)는 (21.5 x 10-7) 이하이다.

Description

광도파로{OPTICAL WAVEGUIDE}
<발명의 분야>
본 발명은, 광통신에 있어서 사용되는, 예를 들면 어레이도파로회절격자 등의 광도파로에 관한 것이다.
<발명의 배경>
최근, 광통신에 있어서, 전송용량을 비약적으로 증가시키는 방법으로서, 광파장분할다중에 대한 연구가 활성화되고 실용화가 진행되고 있다. 광도파로분할다중에 있어서, 예를 들면, 서로 다른 파장을 가진 복수의 광은 파장분할다중되어 전송된다. 이러한 광파장분할다중시스템에 있어서, 시스템에 광투과소자를 배치하는 것이 필수적이다. 수광측에서, 복수의 전송된 광으로부터 각각의 파장을 가진 광을 인출할 수 있도록, 광투과소자는 소정의 파장을 가진 광만을 투과시키고 소정의 출력포트로부터 출력된다.
광투과소자의 예로서, 예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이 어레이도파로회절격자(AWG ; Arrayed Waveguide Grating)가 있다. 어레이도파로회절격자 등의 광도파로는 기판(11)과 도파로형성영역(10)을 구비한다. 도파로형성영역(10)은 기판(11)위에 형성된 하부피복, 하부피복위에 형성된 코어 및 코어를 덮는 상부피복으로 이루어졌다. 기판(11)은 예를 들면 실리콘기판이다.
코어는 각각의 광도파로의 회로를 형성한다. 어레이도파로회절격자의 회로는, 도 1에 도시한 바와 같이, 적어도 하나의 입력도파로(12), 입력도파로(12)의 출사측에 접속된 제 1슬래브도파로(13), 제 1슬래브도파로(13)의 출사측에 접속된 어레이도파로(14), 어레이도파로(14)의 출사측에 접속된 제 2슬래브도파로(15) 및 제 2슬래브도파로(15)의 출사측에 접속된 출력도파로(16)를 포함한다. 출력도파로(16)는 나란히 복수로 배치된다.
어레이도파로(14)는 제 1슬래브도파로(13)에서 유도된 광을 전송한다. 어레이도파로(14)는 복수의 채널도파로(14a)를 나란히 배치함으로써 형성되고, 인접한 채널도파로(14a)는 서로 소정량(△L)만큼 다른 길이를 가진다.
통상적으로, 예를 들면 100개의 채널도파로(14a) 등의 다수의 채널도파로가배열되어 어레이도파로(14)를 형성한다. 또한, 출력도파로(16)의 개수는, 예를 들면, 어레이도파로회절격자의 사용에 의해 분파 또는 합파되고 파장이 서로 다른 신호광의 개수에 해당한다. 그러나, 도 1에 있어서, 도면을 간단하게 하기 위하여, 채널도파로(14a), 출력도파로(16) 및 입력도파로(12)의 각각의 개수는 간단한 방법으로 도시한다.
예를 들면, 전송측광파이버(도면에 도시하지 않음)는 입력도파로(12)에 접속되고, 파장합파광은 입력도파로에서 도입된다. 예를 들면, 하나의 입력도파로(12)를 통하여 전파되고 제 1슬래브도파로(13)로 입력된 광은 회절 때문에 전개되고, 어레이도파로(14)에 입사하고 어레이도파로(14)를 통하여 전파한다. 어레이도파로(14)를 통하여 전파되고 제 2슬래브(15)에 도달한 광은 출력도파로(16)에 집광되어 거기로부터 출력된다
어레이도파로(14)를 형성하는 모든 채널도파로(14a)는 길이가 서로 다르므로, 어레이도파로(14)를 통하여 전파한 후, 각각의 광 사이에서의 위상 상이가 일어나고 집광된 광의 동위상면은 위상이 다른 량에 따라서 경사진다. 집광위치는 이 경사 각에 따라서 결정되고, 상이한 파장을 가진 광의 집광위치는 서로 다르다. 출력도파로(16)가 각각의 집광위치에 형성되고, 파장이 서로 다른 각각의 광은 파장마다 상이한 출력도파로(16)로부터 출력되어도 된다.
예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 하나의 입력도파로(12)로부터, 파장 λ1, λ2, λ3, …λn(n은 정수)를 구비한 파장 합파 광을 입력시킨다. 이들 광은 제 1슬래브도파로(13)에 의해 퍼지며, 어레이도파로(14)에 도달하며, 제 2슬래브도파로(15)를 통하여 전파하고, 상기 설명한 바와 같이, 파장에 따라서 다른 위치에 집광되고, 서로 다른 출력도파로(16)로 입사한다.
각각의 파장을 가진 광은 각각의 출력도파로(16)를 통하여 전파하고 각각의 출력도파로(16)의 출사단으로부터 출력된다. 입력시 사용하기 위한 광파이버(도면에서 도시하지 않음)가, 각각의 출력도파로(16)의 출사단에 접속하는 경우, 광파이버를 개재하여 각각의 파장을 가진 광을 인출할 수 있다.
어레이도파로회절격자에 있어서, 회절격자의 파장해상력은 각각의 채널도파로(14a)의 길이의 차이(△L)에 비례한다. 따라서, (△L)를 크게 설정함으로써, 종래의 회절격자를 사용하여 실현되지 않았던 좁은 파장간격을 가진 파장합파광이 합분파될 수 있다.
따라서, 어레이도파로회절격자는 복수의 신호광을 합분파할 수 있고, 이것은 고밀도 광파장분할다중을 실현하기 위해 필요하다고 고려되는 기능이다. 즉, 어레이도파로회절격자는 1nm 이하의 파장간격을 가진 복수의 광신호를 분합파할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d에 있어서, 어레이도파로회절격자를 조립하는 대표적인 공정에 대하여 도시한다. 이하에 있어서, 광도파로의 조립방법에 대하여, 도 6a 내지 도 6d를 참조하면서 설명한다. 도 6a에 도시된 공정은, 하부피복(1b)의 막과 코어(2)의 막이 화염가수분해 퇴적 및 소결을 사용하여 기판위에서 연속적으로 형성되는 공정이다. 도 6a에 있어서 (5)는 화염가수분해퇴적에서 사용되는 버너의 화염을 표시한다.
도 6b에 도시된 공정은 코어(2)의 막을 처리하는 공정이다. 코어(2)의 막의 공정에 있어서, 마스크(8)을 사용함으로써, 광리소그래피 및 반작용이온에칭법을 적용한다. 이 공정으로 인하여, 도 6c에 도시한 바와 같이, 어레이도파로회절격자의 광도파로패턴이 형성됨으로써 상기 회로구성을 가진 코어(2)가 형성된다.
도 6d에 도시된 공정은 코어(2)를 덮는 하부피복(1b) 막의 형성공정이다. 상부피복(1a)의 막은 화염가수분해퇴적을 사용함으로써 상부피복유리의 미립자를 퇴적한 다음, 상부피복 유리의 미립자를, 예를 들면, 1200℃ 내지 1250℃의 범위내의 온도에서 소결함으로써 형성한다. 도 6d의 (5)는 화염가수분해퇴적에서 사용되는 버너의 화염을 표시한다.
지금까지, 상부피복(1b)은, B2O3및 P2O5각각 5몰%씩, 순수실리카에 혼합된 실리카계유리를 사용함으로써 형성되었다.
상기 설명한 바와 같이 어레이도파로회절격자는 광파장분할다중용의광투과소자로서 적용되고, 어레이도파로회절격자에서의 TE모드와 TM모드의 편파의존성손실은 가능한 0에 가깝게되는 것이 바람직하다.
그러나, 종래의 어레이도파로회절격자에 있어서, 편파의존성손실은 크다. 예를 들면, 도 7에 있어서 특성곡선 a는, 종래의 어레이도파로회절격자의 TE모드의 전송스펙트럼의 예를 도시하고, 특성곡선 b는 TM모드의 전송스펙트럼의 예를 도시한다. 도 7에 있어서의 특성곡선 a 및 b에서 도시하는 바와 같이, 어레이도파로회절격자의 TE모드 및 TM모드의 통과스펙트라의 중심파장±0.1범위내에 있어서의 상기 편파의존성손실은 3dB이다.
편파의존성손실을 보상하기 위해서, 종래의 어레이도파로회절격자에 있어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 어레이도파로(14)의 도중에, 폴리이미드 등으로 구성된 반파장판(3)이 삽입된다. 반파장판(3)은 모든 채널도파로(14a)를 횡단하도록 배열된다. 이와 같이 반파장판(3)으로 형성된 어레이도파로회절격자에 있어서, 편파의 편광평면을 반파장판(3)의 입사측과 출사측 사이에서 90°만큼 회전시킨다. 따라서, 편파의존성손실로 야기된 영향을 피할 수 있다.
편파장판(3)은 폴리이미드로 이루어진 것에 제한되지 않고, 실리카계유리로 이루어 진 것이어도 된다. 반파장판(3)이 폴리이미드로 이루어진 경우, 그 두께를 얇게할 수 있다. 따라서, 종래의 어레이도파로회절격자용으로 이용할 수 있는 반파장판(3)으로서, 폴리이미드로 이루어진 것이 가장 우수하다.
도 1은 어레이도파로회절격자의 구성의 예를 대표적으로 도시하는 설명도.
도 2는 본 발명에 의한 광도파로의 일실시예에 있어서 각각의 편파에 대한 통과스펙트럼을 도시하는 그래프.
도 3은 광도파로의 흡습으로 인하여 초래된 크랙현상의 대표적인 설명도.
도 4는 광도파로의 흡습으로 인하여 초래된 크랙현상원인의 고찰설명도.
도 5는 광도파로의 하부피복과 상부피복의 열팽창계수차와 크랙길이 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 6a는 어레이도파로회절격자의 조립공정에 있어서 기판위의 코어 막과 하부피복막의 형성공정을 도시하는 설명단면도.
도 6b는 어레이도파로회절격자의 조립공정에 있어서 코어막을 공정하는 처리를 도시하는 설명단면도.
도 6c는 어레이도파로회절격자의 조립공정에 있어서 코어막을 공정함으로써 형성된 코어의 상태를 도시하는 설명단면도.
도 6d는 어레이도파로회절격자의 조립공정에 있어서 코어의 상부측위에 상부피복의 막을 형성하는 공정을 도시하는 설명단면도.
도 7은 종래의 어레이도파로회절격자에 있어서 편파마다의 통과스텍트럼을도시하는 그래프.
도 8은 반파장판으로 형성된 종래의 어레이도파로회절격자를 대표적으로 도시하는 설명도.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
1a : 상부피복1b : 하부피복
2 : 코어3 : 반파장판
5 : 버너의 화염10 : 도파로형성영역
11 : 기판12 : 입력도파로
13 : 제 1슬래브도파로14 : 어레이도파로
14a : 채널도파로15 : 제 2슬래브도파로
16 : 출력도파로
<발명의 요약>
기판과,
기판위에 형성된 하부피복과;
하부피복위에 형성된 코어와;
코어를 덮는 상부피복과
를 구비하고 있는 광도파로에 있어서,
상기 기판의 열팽창계수가 αs이고, 하부피복의 열팽창계수가 αuc이고, 상부피복의 열팽창계수가 αoc인 경우,
αoc는 (αsc-2.0 x 10-7) 이상, (αs+ 2.0 x 10-7) 이하이며, (αoc- αuc)는 (21.5 x 10-7) 이하인 것을 특징으로 하는 광도파로이다.
<상세한 설명>
본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면과 함께 설명한다.
반파장판(3)으로 형성된 어레이도파로회절격자는 편파의존성손실의 악영향을 회피할 수 있지만, 이하의 문제점이 있다. 즉, 이와 같이 구성된 어레이도파로회절격자에 있어서, 반파장판(3)으로 입사하는 광이, 광도파로(12)의 입사측에 부분적으로 복귀하는 문제점이 있다. 이것을 복귀손실문제점이라 칭한다. 예를 들면, 어레이도파로(14)의 각각의 채널도파로(14a)에 직교하도록 반파장판(3)이 삽입된 경우, 복귀손실치는 약 -35dB로 된다.
광파장분할다중시스템에 있어서 사용되는 소자에 있어서, 40-dB 보다 큰 복귀손실은 광통신에 있어서 지장을 초래한다. 따라서, 상기 값의 복귀손실이 초래되는 경우, 어레이도파로회절격자는 광파장분할다중용으로서 적용할 수 없다.
채널도파로(14a)와 직교축에 대하여 8°의 각 만큼 경사지도록 반파장판(3)을 삽입하는 경우, 복귀손실은 약 -40dB으로 될 수 있다. 그러나, 이 경우에 있어서, 폴리이미드반파장판(3)이 적용되는 경우라도, 반파장판(3)을 삽입하는 슬릿을형성하는 것이 어렵고 반파장판(3)을 삽입하는 데 기술적인 어려움이 있다. 그 결과, 어레이도파로회절격자의 수율이 저감하는 문제점이 있다.
또한, 현재 이용가능한 폴리이미드반파장판(3)은 길이가 약 8mm이다. 채널도파로(14a)가 25㎛간격으로 나란히 배치되도록 하면, 기껏해야 320개의 채널도파로(14a)만이 배치되도록 된다. 즉, 반파장판(3)을 구비한 어레이도파로회절격자에 있어서, 채널도파로(14a)의 개수가 제한된다. 따라서, 장래에 좁은 파장간격을 가진 어레이도파로회절격자를 실현하기 위하여 채널도파로(14a)의 개수를 증가시키려고 하는 경우, 대응하기 곤란하게 될 수 있다.
또한, 폴리이미드반파장판(3)의 길이를 증가시키려고 하는 경우, 반파장판 그 자체의 수율이 저하되고, 어레이도파로회절격자의 코스트가 높게된다.
또한, 반파장판(3)을 삽입함으로써 어레이도파로회절격자를 형성하기 위하여, 반파장판(3)을 삽입하는 삽입슬릿은 다이서(dicer)을 이용함으로써 가공하고, 반파장판(3)은 슬릿에 삽입되며, 또한 접착제를 사용함으로써 반파장판(3)을 고정한다. 그 결과, 반파장판(3)을 배치하는 경우, 어레이도파로회절격자의 조립공정수가 증가하고, 어레이도파로회절격자의 코스트가 증가한다.
반파장판(3)의 삽입으로 초래된 다양한 문제점을 극복하기 위하여, 일본국 특개평 2000-380호 공보에 제안이 개시되어 있다. 상기 제안에 의하면, 상부피복의 열팽창계수를 기판의 선형 열팽창계수에 근접하게 함으로써, 반파장판(3)을 삽입하지 않고, 편파의존성손실을 감소시킬 수 있다. 상기 제안에 의하면, 편파의존성손실은, 반파장판(3)을 삽입하지 않고 감소시킬 수 있으므로, 반파장판(3)을 삽입하는 경우, 동반되는 문제점이 해결될 수 있다. 그러나, 상기 제안에 있어서, 상부피복의 열팽창계수를 실리콘기판의 선형열팽창계수에 근접시키기 위하여, 예를 들면, 순수실리카에 도핑된 B2O3및 P2O5의 도핑농도를 종래의 어레이도파로회절격자에 있어서의 상부피복의 것보다 증가시킨다.
이와 같이 도핑농도를 증가시킴에 따라서, 매우 엄격한 고온 및 고습조건하에서, 광도파로는 흡습으로 인하여, 그 특성이 악화될 수 있다. 이와 같은 악화가능성의 고려하여, 본 발명자들은 편파의존성손실과 흡습으로 인한 특성악화의 양자를 억제할 수 있는 광도파로의 구성을 제안하였다. 고온 및 고습의 엄격한 조건은, 예를 들면, 120℃ 및 100%RH이다. 편파의존성손실과 흡습으로 인해 초래된 특성악화 양자를 억제할 수 있는 광도파로구성의 제안에 있어서, 본 발명자들은 상기 제안에 의거하여 편파의존손실을 억제할 수 있는 구성을 고려하였다. 또한, 흡습으로 인하여 발생하는 특성악화를 억제하기 위하여, 본 발명자들은 유리의 열팽창계수에 주목하였다.
일반적으로, 습기가 유리에 흡수되는 경우, 그 열팽창계수는 커진다. 따라서, 예를 들면 B2O3및 P2O5등의 흡습성이 높은 도펀트를 높은 농도로 함유하는 실리카유리를 사용하여 광도파로의 상부피복을 형성하면, 예를 들면 광도파로의 압력쿠커테스트(pressure cooker test)를 행할 때에, 상부피복중에 있어서 수분과 도펀트가 반응하여, 열팽창계수가 증가한다.
한편, 광도파로의 하부피복에 있어서 도펀트농도가 낮으면, 예를 들면, 압력쿠커테스트를 행할 경우, 도펀트는 하부피복에 있어서의 수분과 거의 반응하지 않으므로 열팽창계수는 커지지 않는다.
다음에, 본 발명자들은 이하와 같은 가설을 세웠다. 즉, 상부피복을 흡습성이 높은 도펀트의 고농도로 도핑한 광도파로를, 고온 및 고습 분위기, 예를 들면 120℃ 및 100%RH에 두면, 상부피복의 열팽창계수는 하부피복의 열팽창계수보다 커진다. 열팽창계수의 차이가 큰 경우, 도 4에 도시한 바와 같이, 상부피복과 하부피복 사이의 계면의 상부피복측에 인장응력(tensile stress)이 인가된다. 상기 인장응력으로 인하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 상부피복과 하부피복 사이의 계면에서 상부피복이 크랙하게 된다.
따라서, 본 발명자들은, 상부피복에 있어서, B2O3및 P2O5등의 도펀트의 농도를 증가시키고 하부피복중에 있어서 도핑되는 도펀트의 양을 증가시키는 것을 고려하였다. 상기 구성은 광도파로가 고온 및 고습의 분위기에 있어서 수분을 흡수하는 경우, 하부피복의 열팽창계수와 상부피복의 열팽창계수 사이의 차이를 감소시킬 수 있다.
그 결과, 상기 설명한 바와 같이, 광도파로의 상부피복에 있어서 도펀트의 양과 광도파로의 하부에 있어서 도펀트의 양을 증가시키는 구성은, 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 상기 제안에서 설명한 바와 같이, 예를 들면 1.55㎛파장대역에서 편파의존성손실이 발생하는 것도 억제할 수 있다.
상기 고찰에 의거하여, 본 발명자들은 기판위에 하부피복과 상부피복을 연속적으로 퇴적하고, 30mm 사각형으로 절단함으로써 광도파로 칩을 제조하였다. 가압쿠커테스트를 이 칩에 행하였다. 가압쿠커테스트는, 광도파로칩을 120℃, 100%RH의 분위기하에서 100시간동안 노광함으로써 행하였다. 광도파로의 단면으로부터 크랙의 길이를 측정함으로써, 하부피복에 있어서의 도펀트의 양과 상부피복에 있어서 크랙발생의 정도와의 관계를 얻었다.
이 실험에서, 실리콘기판의 열팽창계수의 범위내에 있는 상부피복의 열팽창계수가 ±2.0 X 10-7에 설정되도록 상부피복의 조성이 제어된다. 즉, 기판의 열팽창계수가 αs이고 하부피복의 열팽창계수가 αoc인 경우, αoc는 (αs- 2.0 x 10-7) 이상, (αs+ 2.0 x 10-7) 이하가 되도록 상부피복의 조성과 열팽창계수가 일정하게 제어된다. 상기에 있어서, 각각의 열팽창계수는 (섭씨도)-1에 관하여 표현되었다.
그 결과, 도 5에 도시한 바와 같이, 하부피복에 있어서 도펀트의 양을 증가시키고 상부피복과 하부피복의 열팽창계수의 차이를 작게함으로써, 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다는 것을 실험적으로 확인하였다. 크랙발생의 억제에 있어서의 임계점은, 상부의 열팽창계수와 하부피복의 열팽창계수의 차이에 관하여 21.5 x 10-7℃-1라는 것을 발견하였다.
본 발명은 상기 관찰에 의거하여 구성되었다. 이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예의 설명에 있어서,종래예와 동일한 명칭을 가지는 동일한 부분은 동일한 번호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
본 발명에 의한 광도파로의 일실시예는 도 1에 도시된 어레이도파로회절격자이다. 일실시예의 어레이도파로회절격자는, 기판(11)의 열팽창계수가αs이고, 하부피복(1b)의 열팽창계수가 αuc이고, 상부피복(1a)의 열팽창계수가 αoc인 경우, αoc는 (αs- 2.0 x 10-7) 이상이고, (αs+ 2.0 x 10-7) 이하이고, (αoc- αuc)는 (21.5 x 10-7) 이하가 되도록 구성된다.
일실시예에 있어서, 기판 (11)은 실리콘이고, 그 열팽창계수 αs는 3.0 x 10-6이다. αs의 값에 대하여, 실시예에 있어서, 상부피복(1a)의 열팽창계수(αoc)는 2.95 x 10-6으로 설정하고, 하부피복(1b)의 열팽창계수(αuc)는 1.0 x 10-6으로 설정한다. 이에 의해, 상기 조건은 만족된다.
일실시에에 있어서, 상부피복(1a)는, 각각의 B2O3및 P2O5가 약 8몰%씩 순수실리카에 부가된 실리카계유리(SiO2-B2O3-P2O5계)로 이루어진다. 이 실시예에 있어서, 상기 조성으로 상부피복(1a)를 형성함으로써, 상부피복(1a)의 열팽창계수 αoc와 기판(11)(이 경우에 있어서는 실리콘기판)의 열팽창계수 αs가 만족하게 된다. 또한, 이 실시에에 있어서, 조성에 있어서 상부피복(1a)을 형성함으로써, 광도파로형성영역(10)에서 발생하는 복굴절(B)의 값은 B의 절대값이 5.34 x 10-5이하가 되도록 설정된다.
일 실시예에 있어서, 상기 값으로 복굴절의 값을 설정하고, 종래의 어레이도파로회절격자에서 형성된 반파장판(3)을 형성하지 않고도, 편파의존성손실의 악영향을 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 광파장분할다중에 있어서 적합한 광도파로를 형성한다. 복굴절의 값(B)와 편파의존성손실의 관계에 대한 상세한 설명은 일본국 특개평 2000-380호 공보에 개시되어 있다.
또한, 일실시예에 있어서, 하부피복(1b)은 실리카계유리, 즉 SiO2-B2O3-P2O5유리로 이루어진다. 또한, 코어(2)는 실리카계유리, 즉 상대적굴절률차(△)가 0.8%이 되도록 SiO2-B2O3-P2O5-GeO2유리로 이루어진다. 하부피복(1b)의 막두께는 20㎛이고, 상부피복(1a)의 막두께는 30㎛이고, 코어(2)의 막두께는 6.5㎛이다. 광도파로의 조립방법으로서, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 방법을 적용한다.
일실시예에 있어서, 상부피복(1a)과 하부피복(1b)의 열팽창계수는 이하 방법에 의해 측정된다. 즉, 본 발명자들은, 먼저, 실리콘기판(11)위에, 일실시예에서 적용된 하부기판의 것과 동일한 재질로 구성된 20㎛막을 형성한 샘플(S1)과, 일실시예에 적용된 상부기판(1a)의 것과 동일한 재질로 구성된 30㎛막을 형성한 샘플(S2)을 형성하였다. 다음에, 샘플(S1),(S2)의 각각에 대하여, 휘어진 반경을 측정하였다.
샘플(S1),(S2)의 각각의 휘어진 반경에 의거하여, 상부피복(1a)과하부피복(1b)의 열팽창계수는 이하 산술에 의하여 얻었다.
광도파로형성영역(10)에 발생하는 내부응력이 σ인 경우, 그 값은 기판의 휘어진 반경, R에 의하여, 이하 방정식(1)에 의해 표현될 수 있다. 휘어진 반경, R에 있어서의 단위는 m에 의해 표현된다.
σ= Esx b2/(6 x (1-νs) x R x d) (1)
상기 방정식에 있어서, Es는 영률(Young's modulus)이다. 기판이 실리콘인 경우, Es는 1.3 x 1011(Pa)이다. 또한, b는 기판의 두께이다. 이 경우에 있어서, b는 1.0 x 10-3(m)이다. νs는 기판의 포아송비(Poisson's ratio)이고, 실리콘기판의 경우에 있어서 0.28이다. d는 피복유리의 두께이고, 샘플(S1)의 경우에 있어서, 일실시예에 있어서의 하부피복(1b)와 동일한 두께를 갖으며, 즉 d는 0.02 x 10-3(m)이다. 샘플(S2)의 경우에 있어서, 일실시예에 있어서의 상부피복(1a)와 동일한 두께를 갖으며, 즉 d는 0.03 x 10-3(m)이다.
또한, 광도파로형성영역(10)에 있어서 발생된 열응역이 σT인 경우, 그 값은 이하 방정식(2)에 의해 표현된다.
σT= Egx (αg- αs) x △T (2)
상기 방정식에 있어서, Eg는 피복유리의 영율(Young's modulus)이고 이 경우에 있어서 7.29 x 1010(Pa)이다. αg는 피복유리의 열팽창계수이다. αs는 기판의 열팽창계수이고, 실리콘기판(11)의 경우에 있어서 3.0 x 10-6(℃)-1이다. △T 는 피복유리의 고화로부터 실온까지의 온도저하를 표시하고 일실시예에 있어서 1000℃이다.
내부응력이 완전히 열응력에 의해 발생한다고 하면, σ는 σT와 동일하게 되며, 상기 방정식 (1)과 (2)로부터 방정식(3)이 유도된다.
α9= αs+ (Esx b2/(6 x Egx (1-νs) x R x d x ΔT)) (3)
또한, 구부러진 양은, 접촉식의 표면형상측정기를 사용함으로써 측정한다. 그 결과, 샘플 (S1)에 있어서 기판의 구부러진 반경, R은 7.8m로 측정되었고, 샘플(S2)에 있어서는 258m로 측정되었다. 즉, 하부피복(1b)의 경우에 있어서, 방정식(3)에 R = 258을 대입하고, 하부피복(1b)의 열팽창계수와 상부피복(1a)의 열팽창계수를 각각 얻었다.
상기 얻은 하부피복(1b)의 열팽창계수 αg= αuc는, 상기에서 설명한 바와 같이, 1.0 x 10-6이고, 상부피복(1a)의 열팽창계수 αg= αuc는 2.95 x 10-6이다.
일실시예는 상기 설명한 바와 같이 구성된다. 도 2에 있어서, 일 실시예에 의한 어레이도파로회절격자에 있어서의 편파장에 대한 통과스펙트럼의 측정에 대하여 도시한다. TE모드의 통과스펙트럼은 도 2에 도시한 특성곡선처럼 도시되고, TM모드의 통과스펙트럼은 동일한 도면에 있어서 특성곡석(b)처럼 도시된다.
이들 특성곡선 (a)와 (b)를 비교하면, TM모드통과스펙트럼의 중심파장은, TE모드통과스펙트럼의 중심파장으로부터 0.01이하 만큼 이동하였다. 도 7에 도시한 바와 같이, 종래예의 TM모드통과스텍트럼의 중심파장은 TE모드통과스펙트럼의 것보다 약 0.20nm 만큼 이동(해리)하였다. 양쪽을 비교함으로써, 본 실시예에 있어서, 편파모드 사이의 통과스펙트럼의 중심파장의 이동이 현저하게 감소한 것을 발견하였다.
상기 설명한 바와 같이, 일실시예에 있어서, 상기 설명한 바와 같은 광도파로를 형성하는 상부피복(1a)의 열팽창계수를 설정하고 적절한 값에서 복굴절의 값(B)를 설정함으로써, 반파장판(3)을 형성하지 않고, 편파의존성손실의 악영항이 거의 나타나지 않고, 이에 의해 광파장분할다중용에 적합한 광도파로을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예의 광도파로는 30mm의 사각형으로 절단되고, 가압쿠커테스트를, 120℃, 100%RH의 분위기에서 100시간동안 절단된 샘플위에 적용한다. 크랙등은 없다. 즉, 일실시예의 광도파로는 흡습으로 인해 발생되는 크랙의 발생을 억제할 수 있으며, 즉, 특성악화를 억제할 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 일실시예에 있어서, 반파장판이 없는 광도파로는 편파의존성손실의 악영향을 거의 받지 않으며, 고온 및 고습의 엄격한 조건인 경우라도 크랙이 발생하지 않은 것을 실현할 수 있다.
또한 일실시예는 반파장판이 필요하지 않으므로, 조립공정수를 감소시킬 수 있으며 수율을 개선시킬 수 있어 코스트가 저감된다.
또한, 일실시예에서는 반파장판이 필요하지 않으므로, 필요에 따라서, 예를 들면 25㎛간격으로 320개 이상의 채널도파로가 나란히 배치되어도 된다. 즉, 채널도파로의 개수를 증가시킬 수 있다.
일실시예는 상기의 이점을 나타내므로, 광도파로가, 예를 들면, 1.55㎛밴드광파장분할다중에 적용하는 경우, 반파장판을 형성하지 않으며, 편파존성손실이 발생하는 것을 억제할 수 있고 흡습으로 인해 초래되는 특성의 악화가 발생되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 양질의 광파장분할다중시스템을 형성할 수 있다.
본 발명은 일실시예에 제한되지 않고 다양한 응용모드를 채택할 수 있다. 예를 들면, 광도파로를 형성하는 하부피복(1b), 상부피복(1a) 및 코어(2)의 전부는 특별한 것에 제한하지 않고 적절하게 설정할 수 있다.
즉, 이러한 조성은 기판(11)의 열팽창계수기판(11)의 열팽창계수 (αs), 하부피복(1b)의 열팽창계수 (αuc)이고, 상부피복(1a)의 열팽창계수 (αoc)의 관계는, 즉, (αoc)는 (αs- 2.0 x 10-7) 이상이고, (αs+ 2.0 x 10-7) 이하이고, (αoc- αuc)는 (21.5 x 10-7) 이하인 것을 만족하도록 적합하게 설정될 수 있다. 또한, 하부피복(1b), 상부피복(1a) 및 코어(2)의 조성은, 코어(2)의 굴절률이 피복(1)의 굴절률보다 크도록 적절하게 설정될 수 있다.
또한, 일실시예에 있어서, 광도파로는 어레이도파로회절격자이지만, 광도파로는 어레이도파로회절격자에 제한될 필요는 없다. 본 발명은 하부피복(1b), 코어(2) 및 상부피복(1a)을 구비하는 광도파로형성영역이, 기판(11)위에 형성되는 다양한 광도파로에 적용될 수 있다.
또한, 실시예는 실리콘기판을 기판(11)으로서 채택하지만, 기판(11)은 실리콘에 제한되지 않으며, 적절한 기판, 예를 들면 사파이어기판등에 적용해도 된다.

Claims (17)

  1. 기판과;
    기판 위에 형성된 하부피복과;
    기판위에 형성된 코어와;
    코어를 덮는 상부피복과
    를 구비하고 있는 광도파로에 있어서,
    상기 기판의 열팽창계수가αs이고, 하부피복의 열팽창계수가 αuc이고, 상부피복의 열팽창계수가 αoc이고,
    αoc는 (αs- 2.0 x 10-7) 이상, (αs+ 2.0 x 10-7) 이하이며, (αoc- αuc)는 (21.5 x 10-7) 이하인 것을 특징으로 하는 광도파로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 광도파로의 코어는 어레이도파로회절격자회로로서 구성되고,
    어레이도파로회절격자는,
    적어도 하나의 입력도파로와,
    입력도파로의 출사측에 접속된 제 1슬래브도파로와,
    제 1슬래브도파로의 출사측에 접속되고 서로 소정의 양만큼 길이가 다르게나란히 배치된 복수의 채널도파로로 이루어진 어레이도파로와,
    어레이도파로의 출사측에 접속된 제 2슬래브도파로와
    를 구비하고,
    복수의 출력도파로는 상기 제 2슬래브도파로의 출사측에 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘기판인 것을 특징으로 하는 광도파로.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘기판인 것을 특징으로 하는 광도파로.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 상부피복은, B2O3및 P2O5중의 적어도 하나에 의해 도핑된 것을 특징으로 하는 광도파로.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 상부피복은 SiO2-B2O3-P2O5계물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 하부피복은 SiO2-B2O3-P2O5유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 코어는 SiO2-B2O3-P2O5-GeO2유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 SiO2-B2O3-P2O5-GeO2유리는, 0.8% 상대적굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 광도파로는 반파장판 없이 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 광도파로.
  11. 기판과;
    기판위에 형성된 하부피복과;
    하부피복위에 형성된 코어와;
    코어를 덮은 상부피복과;
    열적으로 유도된 인장 응력으로 인한 상기 상부피복의 크랙을 억제하는 수단과
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 억제수단은 상기 상부피복과 하부피복에 있어서의 열팽창계수를 일치시키는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 상부피복은 SiO2-B2O3-P2O5계물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 하부피복은 SiO2-B2O3-P2O5유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 코어는 SiO2-B2O3-P2O5-GeO2유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 SiO2-B2O3-P2O5-GeO2유리는 0.8% 상대적굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광도파로.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 광도파로는 반파장판없이 동작되도록 구성된 것을 특징으로 하는 광도파로.
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