KR20030048368A - 광자결정 제조방법, 마스크, 마스크 제조방법 및광디바이스 제조방법 - Google Patents

광자결정 제조방법, 마스크, 마스크 제조방법 및광디바이스 제조방법 Download PDF

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KR20030048368A
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Abstract

본 발명은 광자결정 제조방법에 관한 것으로, 광자결정이 제조되는 소정 막을 제공하는 제 1 공정과, 각 영역에 대한 소정의 주기구조를 기초로 하여 배열된 통과부를 갖는 마스크 및 상기 통과부를 보유하는 마스크 기판 상에 소정 입자 또는 전자기파를 조사하는 제 2 공정을 포함하며, 상기 마스크는 (a) 상기 입자가 상기 제 2 공정에서 조사될 때, 상기 입자가 실질상 상기 통과부만 통과하거나, (b) 상기 전자기파가 상기 제 2 공정에서 조사될 때, 에너지 밀도차가 상기 주기구조를 기초로 한 회절효과에 의하여 상기 막 상에 생성되도록 구성되고, 상기 배열의 방향은 상기 광자결정의 기본격자 벡터의 방향에 대응하며, 상기 각 영역의 적어도 하나의 상기 기본격자 벡터의 방향에 대응하는 방향은 상기 영역의 전역에서 일관된다.

Description

광자결정 제조방법, 마스크, 마스크 제조방법 및 광디바이스 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING PHOTONIC CRYSTAL, MASK, METHOD OF MANUFACTURING MASK AND METHOD OF MANUFACTURING OPTICAL DEVICE}
본 발명은 광통신용 광분기장치 및 WDM(Wavelength Division Multiplexer; 파장분할 다중화기) 송수신 모듈 등에 사용되는 광자결정막, 광자결정 제조방법, 마스크, 마스크 제조방법, 광디바이스 및 광디바이스 제조방법에 관한 것이다.
먼저, 단일 주기구조를 갖는 몰드를 사용하는 광자결정의 종래예인 단일 주기구조를 갖는 광자결정 제조방법을 도 10에 나타낸다(일본 특개평 2000-258650 참조). 참고로, 상기 공보의 개시된 모든 내용은 본 명세서에서 인용하는 것으로 한다.
기판(101)은 몰드(102)를 사용하여 가압되어 요철( ) 패턴을 갖고, 옥살산(oxalic acid) 내에서 양극 산화되는 것에 의해, 주기적 나노(nano) 홀 구조(104)를 갖는 금속 산화물 박막(105)으로 변형된다.
이와 같이, 단일 주기구조는 단일 주기구조를 갖는 몰드를 가압함으로써 대상물에 간단하게 전사될 수 있다.
다만, 단일 주기구조를 갖는 마스크를 사용하는 광자결정에 대하여 일본 특개평 2001-105447에서 설명한 이 발명자의 발명인 단일 주기구조를 갖는 광자결정 제조방법을 도 9의 (A) 및 도 9의 (B)에 나타낸다. 참고로, 일본 특개평 2001-105447의 개시된 모든 내용은 본 명세서에서 인용하는 것으로 한다. 발명자의 일본특개평 2001-105447은 본 출원의 우선일(2001년, 12월, 13일)에 공개되지 않았으므로, 일본 특개평 2001-105447에서 설명한 발명은 종래기술이 아니다.
유리기판(90) 상에 폴리머 박막(91)을 형성한 슬래브 도파관이 준비되는 경우(도 9의 (A) 참조), 이 슬래브 도파관의 폴리머 박막(91) 상에 종래의 광자결정 구조와 동일한 단일 주기구조를 갖는 마스크(92)가 배치된 후, 이온빔(95)이 주입되고, 폴리머 박막(91) 상의 마스크 창(관통홀(96))의 위치에 주입된 이온(94)에 의해 트래킹(93)이 형성된다(도 9의 (B) 참조). 이들 트래킹(93)이 알칼리 처리를 통하여 홀로 변형되어 폴리머 박막(91) 상의 마스크의 주기구조와 동일한 단일 주기구조를 갖는 홀의 주기구조가 형성된다.
이와 같이, 단일 주기구조가 있는 마스크를 사용함으로써 폴리머 박막(91) 상에 홀의 광자결정이 용이하게 실현된다. 또한, 폴리머 이외의 재료가 광자결정 재료로서 사용된다 하더라도, 단일 주기구조를 갖는 마스크가 사용되는 경우와 동일하게 적용한다.
광자결정이 WDM 등의 광자결정의 파장 분산 기능을 사용하여 특정 파장으로만 작용되는 경우, 한 종류의 주기구조를 갖는 하나의 광자결정만 사용될 필요가 있다. 그러나, 광자결정이 복수 종류의 파장으로 작용하게 되는 경우, 파장의 종류와 동일한 갯수의 광자결정이 사용될 필요가 있다. 이 경우, 광자결정의 주기구조는 근본적으로 파장의 종류와 동일한 갯수의 종류를 필요로 한다. 따라서, 상이한 주기구조를 갖는 광자결정의 모든 광축이 정렬되어 연속적으로 접속되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 복수의 광자결정이 상기와 같은 방식으로 광도파관을 통하여접속되는 경우에도 광축 정렬을 필요로 하게 된다.
상술한 예에서와 같이 특정 파장으로만 작용하는 광자결정이 사용되는 경우, 각 파장에 대응하는 광자결정의 광축을 정렬시킬 필요가 있고, 부품의 갯수 및 광축 정렬을 포함하는 조립 공정수가 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 특정 파장으로만 작용하는 단일 결정 구조를 갖는 광자결정의 문제점을 고려하여, WDM용 광필터, ADD-DROP 및 2파 이상의 파장의 파워를 분리하는 WDM용 분기장치를 실현할 수 있는 광자결정인 광디바이스, 광자결정 제조방법, 마스크, 마스크 제조방법, 광디바이스 제조방법, 광디바이스 및 광자결정막을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 다주기(multi-cyclic) 구조를 갖는 광자결정의 개략도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예인 광자결정의 개략도.
도 3의 (A) 내지 도 3의 (C)는 본 발명의 제 3 실시예인 멀티 홀 형성방법의 개략도.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따르는 광자결정 제조용 마스크 제조방법의 개략도.
도 5는 본 발명의 제 5 실시예인 레이저를 사용하여 광자결정을 제조하는 개략도.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예에 따르는 광자결정이 적용되는 디바이스의 개략도.
도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 따르는 광자결정이 적용되는 디바이스의 개략적인 횡단면도.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예 내지 제 6 실시예에 따르는 광자결정의 홀의깊이를 나타내는 도면.
도 9의 (A) 및 도 9의 (B)는 단일 주기 광자결정을 나타내는 도면.
도 10의 (A) 및 도 10의 (B)는 몰드를 사용하여 종래의 단일 주기 광자결정을 제조하는 일예를 나타내는 도면.
도 11은 제 1 실시예에 따르는 광자결정의 주기구조의 개요를 부여하는 개략적인 횡단면도.
도 12는 특히 도 4에 나타낸 몰드(47)의 A-A'단면의 제 k 몰드부(43) 및 제 (k+1) 몰드부(49)의 횡단면의 확대도를 나타내는 개략적인 횡단면도.
도 13의 (A) 및 도 13의 (B)는 제 5 실시예에 따르는 이온 주입을 통하여 마스크 기판을 제조하는 방법을 나타내는 도면.
도 14의 (A) 및 도 14의 (B)는 제 5 실시예에 따르는 전자기 간섭을 통하여 마스크 기판을 제조하는 방법을 나타내는 도면.
도 15의 (A) 내지 도 15의 (D)는 제 5 실시예에 따르는 몰드를 사용하여 마스크 기판을 제조하는 방법을 나타내는 도면.
도 16은 도 6에 나타낸 광디바이스에 의한 파장의 반사를 설명하는 개략도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1, 48 : 마스크 기판2 : 관통홀
3, 42 : 제 k의 2차원 주기구조4 : 제 k 마스크부
5, 44 : 제 1 기본격자 벡터6 : 제 1 마스크부
7 : 제 n 마스크부8, 22 : 마스크
9, 20, 52, 60, 80 : 박막 코어10, 21, 53, 61, 81 : 클래드 기판
11, 26, 95 : 이온빔12, 49 : 결정격자 내각
13 : 홀 반경14, 50 : 격자상수
23 : 마스크 홀더24 : 창
25 : 광축30, 93 : 트래킹
31 : 마스크 홀33 : 성장 중인 홀
34 : NaOH 수용액35 : 성장 완료 홀
40 : 몰드기판41 : 돌출부
43 : 제 k 몰드부45 : 폴리머 박막의 원하는 홀 형상
46 : 제 n 몰드부47, 102 : 몰드
51 : 회절격자54 : 레이저
55 : 회절광62 : 슬래브형 광자결정
63 : 입력측 광파이버64 : 제 1 출력측 광파이버
65 : 제 2 출력측 광파이버66 : 제 1 V홈
67 : 제 2 V홈68 : V홈 기판
69 : 접합부82 : 슬래브형 광자결정 도파관
83, 96 : 홀90 : 유리기판
91 : 폴리머 박막92 : 단일 주기 마스크
94 : 주입 이온101 : 기판
103 : 요철( ) 패턴104 : 주기적 나노(nano)홀 구조
105 : 금속 산화물 박막245 : 제 1 몰드부
본 발명의 제 1 발명은, 광자결정이 제조되는 소정 막을 제공하는 제 1 공정과, 각 영역에 대한 소정의 주기구조를 기초로 하여 배열된 통과부를 갖는 마스크 및 상기 통과부를 보유하는 마스크 기판 상에 소정 입자 또는 전자기파를 조사하는 제 2 공정을 포함하며, 상기 마스크는 (a) 상기 입자가 상기 제 2 공정에서 조사될 때, 상기 입자가 실질상 상기 통과부만 통과하거나, (b) 상기 전자기파가 상기 제 2 공정에서 조사될 때, 에너지 밀도차가 상기 주기구조를 기초로 한 회절효과에 의하여 상기 막 상에 생성되도록 구성되고, 상기 배열의 방향은 상기 광자결정의 기본격자 벡터의 방향에 대응하며, 상기 각 영역의 적어도 하나의 상기 기본격자 벡터의 방향에 대응하는 방향은 상기 영역의 전역에서 일관된 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 2 발명은, 제 1 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 통과부는 주기, 크기 또는 형상 중 적어도 하나가 상기 각각의 영역에서 상이한 홀로 구성되는 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 3 발명은, 제 1 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 막은 광도파관용 박막이고, 상기 제 2 공정은 상기 입자로서 하전입자(charged particle)를 사용하는 공정이며, 상기 제 2 공정에서, 상기 주기구조는 상기 통과부를 통과하는 상기 하전입자를 상기 박막에 주입함으로써 전사되는 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 4 발명은, 제 1 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 제 2 공정은 상기 전자기파를 조사하는 공정이고, 상기 막은 광도파관용 박막이며, 상기 통과부의 굴절율은 상기 마스크 기판의 굴절율과 다르고, 상기 에너지 밀도차가 상기 에너지 밀도의 강도 분포로 생성됨으로써 상기 주기구조가 상기 박막에 전사되는 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 5 발명은, 제 1 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 각 영역의 배열은 상기 막에 대하여 제조되는 상기 광자결정의 2차원 기본격자 벡터에 대응하는 2차원 배열이고, 상기 배열의 2방향으로 형성된 각(angle) 중의 하나는 60°내지 90°이며, 상기 통과부는 격자상수, 크기 또는 형상 중 적어도 하나가 상기 각각의 영역에서 상이한 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 6 발명은, 제 1 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서,상기 막은 광도파관 막이며, 상기 마스크 및 상기 광도파관 막 사이에, 상기 마스크 및 상기 광도파관 막 사이의 간격을 일정하게 유지하고 상기 마스크의 일부 및 상기 광도파관 막의 일부를 노출시키는 창을 갖는 스페이서를 삽입하는 제 3 공정을 추가로 포함하는 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 7 발명은, 제 6 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 스페이서는 상기 마스크와 일체화되고, 상기 마스크 구조는 상기 일체화된 스페이서를 이동시킴으로써 차례로 상기 복수의 광도파관 막에 전사되는 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 8 발명은, 제 6 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 광도파관 방향에서의 상기 광도파관 막의 길이는 상기 마스크 창의 길이보다 짧고, 상기 광도파관 막의 면 내의 상기 광도파관 방향에 비례하는 방향에서의 상기 광도파관 막의 폭은 상기 마스크 창의 폭보다 큰 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 9 발명은, 제 3 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 각 통과부의 횡단면의 크기는 상기 복수의 하전입자가 통과할 수 있는 크기이고, 상기 통과부의 크기는 상기 광도파관 막 상에 형성되는 주기구조를 이루는 부분의 횡단면의 크기보다 작으며, 상기 통과부의 굴절율은 상기 광도파관 막의 굴절율과 상이한 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 10 발명은, 제 9 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 통과부는, 횡단면의 크기가 상기 광도파관 막 상에 형성되는 주기구조를 이루는 부분의 크기보다 1/4 이상이며, 상기 광도파관 막의 굴절율과 상이한 굴절율을갖는 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 11 발명은, 제 10 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 상기 광도파관 내에 하전입자를 주입한 후 알칼리 수용액으로 상기 광도파관 막을 침지하는 공정을 추가로 포함하며, 상기 광도파관 막은 실질상 상기 알칼리 수용액에 의해 상기 하전입자 주입부의 재료 변화 후에 상기 주기구조를 이루는 상기 각 부분의 크기가 상기 광도파관 막 상에 형성되는 상기 주기구조를 이루는 각 부분의 크기에 도달할 때까지 상기 알칼리 수용액 내에 침지되는 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 12 발명은, 제 1 발명에 따르는 광자결정 제조방법에 있어서, 복합 주기구조를 갖는 상기 마스크의 상기 주기구조 각각의 격자상수는 상기 주기구조 각각에 특정한 파장의 0.4 내지 0.6배의 크기를 갖는 광자결정 제조방법이다.
본 발명의 제 13 발명은, 광축 방향으로 적어도 하나의 관통 구조의 V홈을 갖는 기판과, 상기 기판의 V홈이 있는 면을 접촉하는 방식으로 배치된 광자결정을 포함하는 광도파관 막과, 상기 광축을 포함하는 상기 기판에 평행한 면 내의 입사광측 및 출사광측과 함께 제공된 상기 광도파관 막의 상기 입사광측에 상기 V홈으로 고정된 입사광측 상의 적어도 하나의 광파이버와, 상기 출사광측에 고정된 상기 출사광측 상의 적어도 하나의 광파이버를 사용하는 광디바이스 제조방법에 있어서, 상기 광자결정은 각 영역에 대한 소정의 주기구조를 기초로 하여 배열된 통과부를 갖는 마스크 및 상기 통과부를 보유하는 마스크 기판 상에 소정의 입자 또는 전자기파를 조사함으로써 제조되고, 상기 배열의 방향은 상기 광자 결정의 기본격자 벡터의 방향에 대응하며, 상기 각 영역의 적어도 하나의 상기 기본격자 벡터의 방향에 대응하는 방향은 상기 영역의 전역에서 일관된 광디바이스 제조방법이다.
본 발명의 제 14 발명은, 제 13 발명에 따르는 광디바이스 제조방법에 있어서, 상기 V홈의 간격은 상기 광자결정의 상기 영역의 길이에 비례하여 결정되는 광디바이스 제조방법이다.
본 발명의 제 15 발명은, 제 13 발명 또는 제 14 발명에 따르는 광디바이스 제조방법에 있어서, 상기 광자결정의 격자상수는 2차원 광자결정에 특정한 파장의 0.4 내지 0.6배를 갖는 광디바이스 제조방법이다.
본 발명의 제 16 발명은, 제 15 발명에 따르는 광디바이스 제조방법에 있어서, 상기 광자결정은 박막 코어부로부터 상기 광도파관 막을 이루는 클래드 기판의 범위를 초과하여 형성되어 2차원적 및 주기적으로 배열된 홀로 구성되는 광디바이스 제조방법이다.
본 발명의 제 17 발명은, 각 영역에 대한 소정의 주기구조를 기초로 하여 배열된 통과부와, 상기 통과부를 보유하는 마스크 기판을 포함하고, 상기 마스크는 (a) 입자가 조사될 때, 상기 입자가 실질상 상기 통과부만 통과하거나, (b) 전자기파가 조사될 때, 에너지 밀도차가 상기 주기구조를 기초로 하여 회절효과에 의한 소정의 막 상에 생성되도록 구성되며, 상기 소정의 주기구조는 상기 마스크 기판의 적어도 인접하는 영역 사이에서 상이한 마스크이다.
본 발명의 제 18 발명은, 제 17 발명에 따르는 마스크에 있어서, 상기 각 영역 내의 상기 통과부의 배열은 2차원 주기구조를 기초로 한 배열이고, 상기 배열의 방향은 상기 마스크를 사용하여 소정의 막 상에 제조되는 광자결정의 2차원 기본격자 벡터의 2방향에 대응하며, 상기 영역 내의 적어도 하나의 기본격자 벡터의 방향에 대응하는 방향은 상기 영역의 전역에서 일관된 마스크이다.
본 발명의 제 19 발명은, 제 18 발명에 따르는 마스크에 있어서, 상기 통과부는 주기, 크기 또는 형상 중 적어도 하나가 상기 각각의 영역에서 상이한 마스크이다.
본 발명의 제 20 발명은, 제 17 발명에 따르는 마스크에 있어서, 상기 입자는 하전입자이고, 상기 통과부는 상기 하전입자가 통과할 수 있는 관통 홀인 마스크이다.
본 발명의 제 21 발명은, 제 17 발명에 따르는 마스크에 있어서, 상기 마스크 기판은 전자기파로 조사되고, 상기 통과부의 굴절율은 상기 마스크 기판의 굴절율과 상이한 마스크이다.
본 발명의 제 22 발명은, 소정의 굴절율을 갖는 마스크 기판을 제공하는 공정 (a)와, 굴절파의 간섭으로 인한 에너지 밀도차가 상기 마스크 기판 상의 복수의 위치에 생성되도록 상기 기판 상의 복수의 위치에 이온을 주입하거나 전자기파를 조사함으로써 상기 위치에서 상기 마스크 기판의 굴절율을 변화시키는 공정 (b)를 포함하며, 상기 위치는 상기 마스크 기판 상의 각 영역에 대한 소정의 규칙을 기초로 하여 결정되고, 상기 소정의 규칙은 상기 마스크 기판 상의 적어도 인접 영역 사이에서 변화하는 마스크 제조방법이다.
본 발명의 제 23 발명은, 소정의 굴절율을 갖는 마스크 기판을 제공하는 공정 (a)와, 상기 마스크 기판 상의 복수의 위치에 관통홀을 형성하는 공정 (b)와,상기 마스크 기판의 상기 굴절율과 굴절율이 상이한 재료로 상기 관통홀을 충전하는 공정 (c)를 포함하며, 상기 관통홀의 위치는 상기 마스크 기판 상의 각 영역에 대한 소정의 규칙을 기초로 하여 결정되고, 상기 소정의 규칙은 상기 마스크 기판 상의 적어도 인접 영역 사이에서 변화하는 마스크 제조방법이다.
본 발명의 제 24 발명은, 실질상 소정 입자의 통과를 제한하는 마스크 기판을 공급하는 공정 (a)와, 이온빔 또는 전자빔을 사용하여 복수의 위치에 복수의 관통홀을 형성하는 상기 마스크 기판에 건식 에칭을 적용하는 공정 (b)를 포함하며, 상기 위치는 상기 마스크 기판 상의 각 영역에 대한 소정의 규칙을 기초로 하여 결정되고, 상기 소정의 규칙은 상기 마스크 기판 상의 적어도 인접 영역 사이에서 변화하는 마스크 제조방법이다.
본 발명의 제 25 발명은, 실질상 소정 입자의 통과를 제한하는 마스크 기판을 제공하는 공정 (a)와, 복수의 위치에 돌출부를 갖는 몰드수단을 사용하여 상기 마스크 기판 상에 함몰부 또는 관통홀을 형성하는 공정 (b)를 포함하며, 상기 위치는 상기 마스크 기판 상의 각 영역에 대한 소정의 규칙을 기초로 하여 결정되고, 상기 소정의 규칙은 상기 마스크 기판 상의 적어도 인접 영역 사이에서 변화하는 마스크 제조방법이다.
본 발명의 제 26 발명은, 제 25 발명에 따르는 마스크 제조방법에 있어서, 상기 공정 (b)는 상기 마스크 기판 상에 상기 함몰부를 형성하는 공정이며, 상기 방법은 관통홀을 얻도록 상기 함몰부에 양극 산화법을 적용하는 공정 (c)를 추가로 포함하는 마스크 제조방법이다.
본 발명의 제 27 발명은, 제 25 발명에 따르는 마스크 제조방법에 있어서, 상기 돌출부는 상기 마스크 기판의 각각의 영역에 대응하는 주기구조를 갖고, 상기 주기구조는 2차원 기본격자 벡터를 기초로 한 2차원 배열이고 상기 2차원 기본격자 벡터에 의해 형성된 각 중의 하나는 60°내지 90°이며, 상기 돌출부는 격자상수, 크기 또는 형상 중 적어도 하나가 상기 각각의 영역에서 상이한 마스크 제조방법이다.
본 발명의 제 28 발명은, 제 27 발명에 따르는 마스크 제조방법에 있어서, 상기 각 주기구조의 상기 격자상수는 상기 각 주기구조에 특정한 파장의 0.4 내지 0.6배의 크기를 갖는 마스크 제조방법이다.
본 발명의 제 29 발명은, 광축 방향으로 적어도 하나의 V홈을 갖는 기판과, 상기 기판의 V홈이 있는 면을 접촉하도록 배치된 광자결정막을 포함하는 광도파관 막과, 상기 광축을 포함하는 상기 기판에 평행한 면 내의 입사광측 및 출사광측과 함께 제공된 상기 도파관 막의 상기 입사광측에 상기 V홈으로 고정된 입사광측 상의 적어도 하나의 광파이버와, 상기 출사광측에 고정된 상기 출사광측 상의 적어도 하나의 광파이버를 포함하며, 상기 광자결정막에는 각 영역에 대한 소정의 주기 배열을 기초로 하여 상이한 굴절율을 갖는 위치가 제공되고, 적어도 하나의 상기 주기 배열의 방향은 상기 모든 영역의 상기 광축의 방향에 일치하는 광디바이스이다.
본 발명의 제 30 발명은, 제 1 굴절율을 갖는 광자결정막 본체와, 상기 광자결정막의 각 영역에 대한 소정의 주기 배열을 기초로 하여 존재하는 상기 제 1 굴절율과 상이한 굴절율을 갖는 위치를 포함하며, 상기 주기 배열 중의 적어도 하나의 방향은 상기 모든 영역의 광축 방향으로 정렬되는 광자결정막이다.
따라서, 복수의 주기구조가 있는 상술한 마스크를 사용하고, 그 마스크 구조를 슬래브 도파관의 박막 코어부에 전사함으로써, 박막 코어부가 복수의 주기구조를 갖는 광자결정이 얻어진다. 이로 인하여 WDM 등과 같은 복수의 파장에 대응하는 다양한 주기구조의 광자결정이 박막 코어에 형성된다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
(제 1 실시예)
이하, 본 발명의 광자결정 제조방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명함과 동시에, 그 방법에 의해 제조된 광자결정의 일예를 설명한다.
도 1은 복수 종류의 주기구조 및 마스크 구성을 갖는 광자결정 제조방법의 구성 개요도이다. 또한, 도 11은 제 1 실시예에 따르는 광자결정의 주기구조의 개요를 부여하는 개략적인 횡단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 광자결정을 생성하기 위해 사용된 마스크(8)는 복수의 관통홀(2) 및 이들 관통홀(2)을 보유하는 마스크 기판(1)으로 구성된다. 다만, 관통홀(2)은 본 발명의 통과부의 일예이다.
마스크 기판(1)은 하나의 본체로서 일체화된 제 1 마스크부(6) 내지 제 n 마스크부(7)로 구성된다. 반면, 관통홀(2)은 소정의 이온빔(11)을 통과시키고, 제 1 마스크부(6) 내지 제 n 마스크부(7)의 각각의 영역에서 배열, 크기 및 형상 등이 다르다. 다만, 소정의 이온빔(11)은 본 발명의 소정 입자의 일예이다.
즉, 마스크 기판(1)은 제 1 마스크부(6) 내지 제 n 마스크부(7)의 각 영역에 대한 소정의 주기구조를 기초로 하여 배열된 관통홀(2)을 보유하고, 관통홀(2) 이외의 영역이 이온빔(11)의 통과를 차단하는 기능을 갖는 기판이다.
여기에서, 제 1 실시예의 마스크(8)의 구성을 더욱 상세하게 설명한다. 마스크(8)는 복수개의 마스크부를 배열함으로써 구성된다. 즉, 마스크(8)는 각 마스크부의 공통의 제 1 기본격자 벡터(5)의 방향으로 제 1 마스크부(6)로부터 제 n 마스크부(7)까지 n개의 제 k(k=1, 2, …, n) 마스크부(4)의 배열을 갖고, 각 제 k 마스크부는 2차원적 및 주기적으로 배열된 관통홀(2)이 있는 2차원 주기구조를 갖는다(도 1은 제 k 마스크부(4)의 일부 확대도를 나타낸다).
다음에, 마스크(8)는 상술한 마스크부의 2차원 구조와는 관통홀(2)의 주기 및 형상 면에서 상이한 복합 주기구조를 구성한다.
다만, 제 k 마스크부(4)의 격자상수(ak) 및 홀 직경(반경, rk)은 이하의 수학식으로 나타낸 제 k 마스크부(4)에 대응하는 광 파장(fk)과 선형관계를 갖는다.
이하, 제 1 실시예의 광자결정 제조방법을 설명한다.
먼저, 박막 코어(9) 및 클래드 기판(145)의 2층 구조를 갖는 슬래브형 도파관(18)이 준비된다(본 발명의 제 1 공정에 대응).
다음에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 마스크(8)는 도 1에 나타낸 바와 같은 슬래브형 도파관(18)의 박막 코어(9) 상에 겹쳐진다(본 발명의 제 2 공정에 대응).
그 후, 1MeV 이상의 H, O, Ar, Xe, Kr, Au 등의 고에너지 이온빔(11)을 마스크(8)를 통하여 박막 코어(9)에 주입함으로써, 마스크(8)의 2차원 주기구조를 박막 코어(9)에 전사하는 것이 가능하다(본 발명의 제 2 공정에 대응).
이로 인하여 하나의 박막 코어(9) 내에 2차원의 상이한 주기구조를 갖는 복수 종류의 광자결정을 단일체 구조(이것을 본 명세서에는 "복합 주기구조"라 칭함)로서 동시에 생성하는 것이 가능하게 된다.
이것은 부품의 갯수를 감소시킴과 동시에 종래기술의 경우와 같이 까다로운 광축 정렬을 제거시키는 효과를 갖는다.
박막 코어(8)용 재료로서, 제 1 실시예는 약 1.3 내지 2.0의 굴절율을 갖는 유리 및 폴리머와 같은 유전체를 사용한다.
또한, 관통홀(2)의 2차원 주기구조로서, 마스크(8)는 각 광자결정이 약 80°의 내각 θ(12)를 갖는 2개의 기본 격자벡터(a1, a2)의 방향으로 작용하는 파장의 약 0.54배의 격자상수 a(14)를 갖는다.
따라서, 박막 코어(9)에 전사된 주기구조는 각 광자결정이 상술한 마스크(8)의 것과 동일한 기본 격자벡터의 방향으로 작용하는 파장의 약 0.54배의 격자상수 a(14)를 갖는다.
관통홀(2)의 굴절율이 1.0이므로, 상이한 굴절율(굴절율=1.0)을 갖는 2차원 주기구조는 굴절율이 1.3 내지 2.0인 박막 코어(9) 상에 형성된다.
또한, 클래드 기판(145)으로서, 약 1.0 내지 1.8의 굴절율을 갖는 유리 및 폴리머와 같은 유전체가 사용된다.
다만, 마스크의 주기구조를 전사하는 방법으로서, 이온빔에 추가로 전자기파가 사용될 수도 있다.
따라서, 복수의 주기구조를 갖는 마스크를 사용하여 슬래브형 도파관의 박막 코어부에 마스크의 구조를 전사함으로써, 박막 코어부가 복수의 주기구조를 갖는 광자결정이 얻어지고, WDM과 같은 복수의 파형에 대응하는 각 주기구조의 광자결정을 형성하는 것이 가능하다.
(제 2 실시예)
이하, 주로 도 2를 참조하여, 본 발명의 광자결정 제조방법의 실시예를 설명한다. 도 2는 제 2 실시예에 따르는 광자결정 제조방법의 개략적인 구성도이다.
제 2 실시예의 광자결정 제조방법은 박막 코어(20) 및 클래드 기판(21)의 2층으로 구성된 슬래브형 도파관(29), 2차원 주기구조를 갖는 마스크(22) 및 마스크 홀더(23)를 사용하여 구성된다. 다만, 마스크 홀더(23)는 본 발명의 스페이서(spacer)의 일예이다.
여기에서, 마스크 홀더(23)는 마스크(22) 및 박막 코어(20) 사이의 간격을 일정하게 유지하고, 마스크(22)를 박막 코어(20)에 대향하게 하는 창(24)을 구비하며, 마스크(22)와 함께 일체화된다.
제 2 실시예에서, 마스크(22)의 주기구조는 상술한 제 1 실시예와 마찬가지로 이온빔 또는 전자기파를 사용함으로써 박막 코어(20)에 전사된다.
마스크 홀더(23)의 창(24)은 슬래브형 도파관(29)의 광축(25)의 방향에 대하여 슬래브형 도파관(29)의 도파관의 길이보다 길고, 박막 코어(20)의 면 내의 광축(25)에 대한 수직 방향에 대하여 슬래브형 도파관(29)의 폭보다 짧은 것과 같은 방식으로 형상화된다.
이와 같이, 광축 방향으로 직사각형인 창(24)을 가짐으로써, 슬래브형 도파관(29)의 입사광 측으로부터 출사광 측까지 광자결정을 형성하는 것이 가능한 반면, 광축에 수직 방향으로 폭을 축소시킴으로써, 마스크(22) 및 박막 코어(20) 사이에 일정 간격을 형성하여 안정된 전사를 하는 것이 가능하다.
또한, 마스크(22)와 함께 일체화된 마스크 홀더(23)를 사용함으로써, 이하의 효과가 발생한다. 즉, 예컨대, 마스크(22)가 수 ㎛ 정도의 박막이라 하더라도, 조작자 또는 기계에 의해 용이하게 취급될 수 있고, 마스크(22)의 재이용도 가능하다. 또한, 마스크(22)는 마스크 홀더(23)와 함께 일체화될 수도 있고, 상술한 마스크 구조는 일체화된 마스크 홀더를 이동시킴으로써 차례로 복수의 광도파관 막으로 전사될 수 있다.
(제 3 실시예)
이하, 주로 도 3의 (A) 내지 도 3의 (C)를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예를 설명한다.
도 3의 (A) 내지 도 3의 (C)는 광자결정 제조방법을 나타내며, 다수의 작은 구형 홀을 결합함으로써 형성된 원통형 홀 제조방법의 개략적인 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 도 3의 (A)는 이온빔 주입 직후의 상태를 나타내고, 도 3의 (B)는 NaOH 침지 후의 상태를 나타내며, 도 3의 (C)는 NaOH 침지가 완료된 때의 상태를 나타낸다.
제 3 실시예의 광자결정 제조방법은 상술한 제 1 실시예에 따르는 광자결정 제조방법과 동일한 구성을 갖고, 마스크(8)의 주기구조를 슬래브형 도파관(18)의 박막 코어(9)에 전사함으로써 광자결정을 형성하는 것과 같은 방식으로 구성된다(도 1 참조).
여기에서, 상술한 전사방법은 박막 코어(9)에 대하여 폴리머를 사용하고, H, O, Ar, Xe, Kr 및 Au와 같은 이온을 1MeV 이상의 고에너지로 가속하여 슬래브형 도파관(18)의 박막 코어(9)에 주입함으로써 이루어진다.
즉, 폴리머 고분자 본드가 주입된 이온의 트레이스에 따라서 절단되는 트래킹(30)이 박막 코어(9) 내에 생성된다(도 3의 (A) 참조).
그 후, 트래킹(30)이 생성된 박막 코어(9)가 NaOH와 같은 알칼리 수용액 내에 침지될 때, 트래킹(30)이 습식 에칭되어 다수의 홀(33)이 생성되며(도 3의 (B) 참조), 이들 홀이 에칭시간의 경과에 따라 성장한다(도 3의 (C) 참조).
이상적으로, 홀의 횡단면은 하나의 이온을 소정 위치에 주입함으로써 홀(35)을 원하는 크기로 형성하는 방법을 사용하여 원형이 되게 할 수 있다.
그러나, 이온빔 중의 하나의 이온의 주입을 마스크를 사용하여 제어하는 것은 거의 불가능하다.
따라서, 도 3의 (A) 내지 도 3의 (C)에 나타낸 바와 같이, 마스크(8)의 홀(31)의 크기는 폴리머 박막 코어(9) 내에 형성될 원하는 홀(45)의 크기 보다 작게 만들어지고 예컨대, 약 1/2로 감소된다. 그 후, 마스크(8)의 홀(31)의 가장자리를 따라 생성된 트래킹(30)의 알칼리 습식 에칭으로 인해, 홀(33)은 상기 원하는 크기의 홀(45)로 성장한다. 이 방식으로, 거의 원하는 크기의 홀(45)이 형성될 수 있다.
즉, 마스크(8)의 홀(31)을 통과하는 복수의 이온이 슬래브형 도파관(18)의 폴리머 박막 코어(9)에 주입되어 복수의 트래킹(30)이 원하는 크기의 홀(45) 보다 작은 범위 이내로 형성된다.
다음에, 복수의 트래킹(30)이 있는 폴리머 박막 코어(9)가 알칼리 수용액 내에 침지될 때, 복수의 성장 중인 홀(33)이 형성되고, 인접 홀이 결합되어 보다 큰 홀이 형성된다. 그 후, 최외 위치의 홀이 원하는 크기의 홀(45)의 가장자리에 도달할 때, 알칼리 침지가 완료된다.
이로 인하여 복수의 성장 완료 홀(35)이 서로 결합되고, 원하는 범위의 홀(45)이 시작점으로서의 트래킹(30)으로부터 성장 완료 홀(35)로 충전되어 원하는 홀(45)과 거의 동일한 홀을 생성한다.
이 방식으로 제조된 광자결정의 박막 코어(9)를 갖는 슬래브형 도파관(18)의 개략적인 횡단면도를 도 11에 나타낸다. 도 11에 나타낸 횡단면은 광축에 평행한 면 즉, 제 1 기본격자 벡터(5)의 방향에 평행한 면이다.
도 11에서, 영역(101)은 도 1의 제 k 마스크부(4)에 대응하는 주기구조를 갖고, 홀(45) 사이의 피치(101p)는 격자상수 a(14)와 일치한다. 또한, 영역(102)은 제 (k+1) 마스크부에 대응하는 주기구조를 갖고, 홀(45) 사이의 피치(102p)는 상기격자상수 a(14)와는 상이한 값이다.
따라서, 하나의 이온 주입이 아닌 복수 이온의 주입 범위를 제어함으로써, 복수 홀의 결합에 의해 하나의 큰 홀을 형성하는 것이 가능하다.
또한, 이 방식으로 제조된 광자결정의 슬래브형 도파관은 상기 실시예의 경우와 같이 부품의 갯수를 감소시키는 것을 가능하게 하고, 종래기술의 경우와 같이 까다로운 광축 정렬의 필요성을 제거하는 효과를 갖는다.
(제 4 실시예)
이하, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따르는 마스크 제조방법을 설명한다.
도 4는 제 4 실시예에 따르는 광자결정 제조용 마스크 제조방법의 개략도를 나타낸다.
제 4 실시예에 따르는 광자결정은 상기 제 1 실시예의 광자결정과 동일한 구성을 갖는다.
제 4 실시예의 마스크 제조방법에 따르면, 몰드(47)는 몰드기판(40)의 면을 따라 복수개의 몰드부를 배열함으로써 구성된다. 즉, 몰드(47)는 공통의 제 1 기본격자 벡터(44) 방향으로 제 1 몰드부(245)로부터 제 n 몰드부(46) 까지 n개의 제 k(k=1,2,…, n) 몰드부(43)의 배열을 갖고, 각 제 k 몰드부(43)는 몰드기판(40)의 면에 따라 주기적으로 배열된 돌출부(41)가 있는 제 k의 2차원 주기구조(42)를 갖는다.
몰드(47)는 각 몰드부의 2차원 주기구조의 돌출부(41)의 형상 및 주기가 각각의 몰드부에서 상이한 복합 주기구조로 구성된다.
다만, 상기 몰드(47)는 본 발명의 몰드수단에 대응한다.
상기 구성에서, 몰드(47)의 돌출부(41)의 면은 알루미늄 등으로 구성된 마스크 기판(48)에 대하여 반대쪽에 배치되어 마스크 기판(48)의 표면 상에 요철 패턴을 생성하도록 가압된다.
도 12는 특히 도 4에 나타낸 몰드(47)의 A-A'단면의 제 k 몰드부(43) 및 제 (k+1) 몰드부(49)의 횡단면 확대도이다.
그 후, 옥살산 등을 사용하여 상기 마스크 기판(48)에 양극 산화를 적용함으로써, 마스크 기판(48)은 몰드(47)의 주기구조를 갖는 홀 구조를 갖는 금속 산화물 마스크 기판이 된다.
이 방식으로, 몰드(47)의 2차원 주기구조를 갖는 홀 집합이 관통 홀에 전사된 막 두께 방향으로 확장된 마스크 기판(48)의 구조를 형성하는 것이 가능하다.
제 4 실시예에서는 몰드(47)의 재료료서 유리 또는 금속 등을 사용한다. 또한, 돌출부(41)의 2차원 주기구조로서, 약 80°의 내각 θ(49)를 갖는 2개의 기본격자 벡터(a1, a2)의 방향에, 각 광자결정이 작용하는 파장의 크기가 약 0.54인 격자상수 a(50)가 제공된다.
다만, 제 4 실시예에서는 마스크 기판 상의 관통홀의 소정 위치에 몰드(47)의 돌출부(41)를 가압하고, 옥살산 등을 사용하여 양극 산화를 적용함으로써 마스크 기판의 관통홀 제조방법을 설명하였지만, 그 방법은 이것에 한정되지 않고 이하의 방법도 이용가능하다.
즉, 마스크 기판에 대하여 마스크 기판의 막 두께 이상의 돌출부를 갖는 몰드를 가압함으로써 한번에 관통 홀을 제조하는 방법도 있다(도 15의 (A) 내지 도 15의 (C) 참조).
다른 방법은 마스크 기판의 원하는 위치에 이온빔 또는 전기 빔을 조사하여 건식 에칭을 적용한다. 이 경우, 이온빔은 원하는 위치에만 조사되므로 주기구조가 있는 관통 홀을 갖는 마스크 생성용 마스크가 사용된다.
다만, 돌출부(41)의 높이는 양극 산화와 같은 포스트 공정이 제 4 실시예의 경우와 같이 적용될 때 마스크 두께(1㎛ 내지 100㎛) 이하로 설정되어 1㎛ 이하의 나노 수준이 된다.
그러나, 상술한 바와 같이, 돌출부(41)의 높이는 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 마스크가 가압만으로 생성될 때, 돌출부(41)의 높이는 마스크 두께 이상의 높이로 설정된다.
(제 5 실시예)
이하, 주로 도 5를 참조하여, 본 발명의 광자결정 제조방법의 실시예를 설명한다.
도 5는 제 5 실시예의 광자결정 제조방법의 개략도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 제 5 실시예의 광자결정 제조방법은 2종류의 굴절율이 2차원적 및 주기적으로 배열된 회절격자(51)를 마스크로서 사용한다.
즉, 회절격자(51)는 박막 코어(52) 및 클래드 기판(53)의 2층 구조를 갖는 슬래브형 도파관(58)의 박막 코어(52)로부터 일정 거리 떨어져 배치되고, 레이저와 같은 전자기파가 회절격자(51) 상에 조사된다.
이로 인하여, 발생된 회절광(55)에 의하여 박막 코어(52) 상에 에너지 밀도 차가 발생된다.
이 에너지 밀도차 때문에, 고에너지 밀도 영역은 에칭되어 굴절율(굴절율 = 1.0)이 변화되지만, 저에너지 밀도 영역의 굴절율(예컨대, 1.3 내지 2.0)은 변화되지 않으므로, 2차원 주기구조가 박막 코어(52)에 전사될 수 있다.
제 5 실시예에 따르면, 회절격자(51)의 굴절율의 2차원 주기구조는 약 80°의 2개의 기본격자 벡터에 의해 형성된 내각 θ를 제공한다.
또한, 약 80°의 내각 θ가 있는 회절격자(51)를 사용하여 제조된 광자결정은 이하의 효과를 증명한다.
회절격자 내각 θ가 80°로 설정될 때, 격자상수, 홀 직경 및 굴절율 사이의 결합에 대응하는 파장만 약 7°로 분극화되는데, 이것은 복수 종류의 파장 중의 한 파장만 추출하는 것을 가능하게 한다.
또한, 회절격자(51)의 2차원 주기구조로서, 상기 제 1 실시예의 마스크의 주기구조의 경우와 같이 복수 종류의 주기구조와 동일한 기판 상에 연속적으로 형성된 제 k(k=1 내지 n) 마스크부(51b)를 사용하는 것도 가능하다. 다만, 도 5에서, 제 1 마스크부에는 참조번호 51a를 부여하고, 제 n 마스크부에는 참조번호 51c를 부여한다.
이 방식의 회절격자를 사용하면, 복수 종류의 주기구조(복합 주기구조)를 한번에 박막 코어에 형성되게 한다. 따라서, 상술한 제 5 실시예의 경우와 같이, 이 방식으로 제조된 광자결정의 슬래브형 도파관은 부품의 갯수를 감소시키는 효과를갖고 또한, 종래기술과 같은 까다로운 광축 정렬을 제거시키는 효과를 갖는다.
다음에, 도 13의 (A) 내지 도 15의 (D)를 사용하여, 제 5 실시예에 사용된 회절격자의 마스크를 제조하는 3가지 방법을 설명한다.
제 1 방법은 도 13의 (A) 및 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이 굴절율이 변화되는 마스크 기판(1301) 상의 원하는 위치에 이온(1304)을 주입하고 다른 위치의 원하는 위치보다 높은 주입 위치에 굴절율을 만드는 것이다. 원하는 위치에만 이온(1304)을 주입하기 위해, 주기구조가 있는 관통홀(1303)을 갖는 마스크 생성용 마스크(1302)가 사용된다.
이로 인하여 마스크 기판(1301)이 마스크 기판 본체의 저굴절율 부분(1301a, 예컨대, 굴절율≒1.500)의 한 가운데에 주기적 및 2차원적으로 배열된 고굴절율 부분(1301b, 예컨대, 굴절율≒1.505)이 있는 구조를 갖게 된다.
도면을 간소화하기 위해, 도 13의 (A) 내지 도 15의 (D)는 한 종류의 2차원 주기구조를 갖는 것처럼 마스크 기판을 나타낸다. 그러나, 이 2차원 주기구조는 도 5에서 설명한 바와 같이, 제 1 마스크부(51a) 내지 제 n 마스크부(51c)의 각각의 영역에서 변화한다. 근본적으로, 이것은 도 4 및 도 12 등을 사용하여 설명한 상술한 실시예와 동일하다.
그러나, 회절격자인 마스크(51)는 상기 제 4 실시예 등에서 설명한 마스크와 유사하지만, 박막 코어(52)보다 작은 제 5 실시예의 마스크와는 크기 면에서 다르다(도 5 참조). 또한, 마스크(51)의 경우, 전자기파가 고굴절율 영역뿐만 아니라 저굴절율 영역도 통과한다.
도 14의 (A) 및 도 14의 (B)에 나타낸 바와 같이, 제 2 방법은 회절파 중의 간섭에 의한 고조사 에너지 밀도가 있는 영역을 굴절율이 변화되는 마스크 기판(1401) 상의 원하는 위치에 형성되게 한다. 이로 인하여 다른 위치의 굴절율 보다 고굴절율로 원하는 위치에서 굴절율을 변화시키게 된다.
이 방식에서, 마스크 생성용 마스크(1402)는 회절파 중의 간섭을 통하여 마스크 기판 상에 조사 에너지 밀도 분포를 생성할 필요가 있다. 이 마스크 생성용 마스크(1402)는 2차원적 및 주기적으로 배열된 2가지 종류의 굴절율 즉, 저굴절율 부분(1402a) 및 고굴절율 부분(1402b)을 갖는 회절격자이다.
상술한 구성에서, 마스크 제조용 마스크(1402)는 먼저 마스크 기판(1401)으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 배치된 후 자외선과 같은 전자기파(1404)가 마스크 기판(1401) 상에 조사되는데, 이것은 상술한 바와 같이 마스크 기판(1401) 상에 조사 전자기 에너지 밀도 분포를 생성시키며, 상기 에너지 밀도 분포에 따라 마스크 기판(1401) 상에 굴절율의 변동이 발생된다. 도 14의 (B)에서, 이들 영역은 저굴절율 부분(1401a) 및 고굴절율 부분(1401b)으로 표시된다.
마스크 생성용 마스크(1402)는 예컨대 도 13의 (A) 및 도 13의 (B), 도 15의 (A) 내지 도 15의 (D)에 나타낸 방법을 사용하여 생성된다.
도 15의 (A) 내지 도 15의 (D)에 나타낸 바와 같이, 제 3 방법은 몰드(1502)를 사용하여 굴절율이 변화되는 마스크 기판(1501) 상의 원하는 위치에 관통홀(1503)을 생성하는 것이고, 이들 관통홀(1503)은 마스크 기판(예컨대, 고굴절율 재료(1505))의 굴절율과 상이한 굴절율을 갖는 물질로 충전된다. 이로 인하여원하는 위치에서만 굴절율을 변화시키게 된다.
도 15의 (A) 내지 도 15의 (D)에서는, 마스크 기판의 구조로 관통홀이 생성되어 물질로 충전되는 경우를 설명하였다. 그러나, 마스크 기판의 구조는 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 몰드를 사용하여 주기적으로 마스크 기판 상에 간단히 함몰부를 형성하는 것도 가능하다.
제 5 실시예는 주기적으로 배열된 고굴절율 부분 및 저굴절율 부분이 있는 구조를 갖는 회절격자로 이루어진 상술한 마스크(51)를 갖지만, 제 5 실시예는 이것에 한정되지 않고, 상술한 제 4 실시예에서 설명한 바와 같은 마스크 구조를 가질수도 있다. 이 경우의 마스크는 전자기파가 상술한 마스크의 고굴절율 부분에 대응하는 영역을 통과하게 하는 구조를 갖고 또한, 전자기파가 상술한 저굴절율 부분에 대응하는 영역을 통과하지 못하게 하는 물질로 이루어진다. 이들 2가지 영역은 2차원 주기구조를 구성한다. 이 마스크에서, 상술한 마스크와 마찬가지로, 전자기파가 마스크 상에 조사될 때, 에너지 밀도 분포는 상술한 2차원 주기구조를 기초로 한 회절 효과에 의하여 박막 코어(52)의 표면 상에 생성된다. 여기에서, 전자기파가 관통 또는 통과할 수 있는 영역은 관통홀이 될 수 있고 또한, 전자기파를 관통시키는 물질로 충전될 수 있다.
(제 6 실시예)
이하, 도 6 및 도 7 등을 참조하여, 본 발명의 광디바이스의 실시예를 설명한다.
도 6은 제 6 실시예에 따르는 광디바이스의 개략적인 블록도를 나타내고, 도7은 제 6 실시예의 횡단면도를 나타낸다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 제 6 실시예에 따르는 광디바이스는 주기구조를 갖는 박막 코어(60) 및 클래드 기판(61)을 포함하는 슬래브형 광자결정 도파관(62), 입력측 광파이버(63), 제 1 출력측 광파이버(64), 제 2 출력측 광파이버(65) 및, 상술한 슬래브형 광자결정의 박막 코어(60)와 접속면을 공유하고 상술한 입력측 광파이버(63)와 제 1 출력측 광파이버(64)를 동일축 상에 고정하는 제 1 V홈(66)과 제 2 출력측 광파이버(65)를 고정하는 제 2 V홈(67)을 갖는 V홈 기판(68)으로 구성된다.
그러나, 제 1 V홈(66) 및 제 2 V홈(67)은 소위 슬래브형 광자결정 도파관(62)에 평행한 V홈 기판(68) 상의 일단으로부터 타단까지 형성된 관통 V홈이고, 제 1 V홈(66) 및 제 2 V홈(67)은 입력측 광파이버(63), 제 1 출력측 광파이버(64) 및 제 2 출력측 광파이버(65)를 V홈 기판과 접합면(69)을 공유하는 슬래브형 광자결정 도파관(62)의 박막 코어(60)와 최적으로 결합될 수 있는 높이로 정렬시킨다. 도 6에서, 영역(101 및 102)은 도 11에 설명한 바와 같이 제 k 및 제 (k+1) 마스크부에 대응하는 주기구조를 갖는다.
기판의 입력측으로부터 출력측까지 관통 구조의 V홈을 형성함으로써 입력측 광파이버(63) 및 제 1 출력측 광파이버(64)의 광축 조정용 V홈의 정밀도를 향상시키고, 관통 구조의 V홈을 채택함으로써 기판 상에 V홈 가공이 용이해진다. 여기에서, 관통 구조의 V홈은 도 6에 나타낸 바와 같이 광축에 평행한 방향에 대하여 기판(68)의 길이와 동일한 길이를 갖는 홈을 의미한다.
다음에, 제 k(k=1 내지 n) 영역의 광자결정의 길이(Lk) 및 2개의 출력측 광파이버(64 및 65) 사이의 간격(d) 사이의 관계를 도 16을 사용하여 설명한다.
도 16은 (n+m)형식의 파장(λ1내지 λn+m)을 갖는 광 신호가 입력측으로부터 입사되고, λn+1내지 λn+m의 그룹 및 λ1내지 λn의 그룹으로 분할되어, 각각 제 1 출력측 광파이버(64) 및 제 2 출력측 광파이버(65)로 유도되는 경우를 나타낸다.
박막 코어(60) 내에 형성된 제 k 영역의 광자결정(1601)에서, 특정 파장 λk만 일정 각 θ로 반사되는 반면, 다른 파장은 광축 방향의 전방으로 직진한다.
제 k 영역의 광자결정(1601)의 출사광측(1602)에서의 비반사광(1603) 및 반사광(1604) 사이의 간격(d)은 제 k 영역의 광자결정의 길이(Lk) 및 tanθ의 곱(×)에 의해 결정된다.
여기에서, 다른 영역의 광자결정의 길이(예컨대, L1, L2) 및 반사각(예컨대, θ1, θ2)은 Li 및 tanθi(i=1 내지 n, i≠k)의 곱이 상기에서 나타낸 바와 같이 얻어진 간격(d)와 동일한 값을 갖는 것과 같은 방식으로 설정된다. 따라서, 제 1 V홈(66) 및 제 2 V홈(67) 사이의 간격(d)은 제 k 영역의 광자결정(1601)의 길이에 비례하는 값으로 결정된다.
다만, 각 영역의 각 광자결정에 대한 특정 파장만을 추출하기 위해, 파장의 광 신호는 예컨대, 각 영역의 측면으로부터 출력될 수 있다.
제 6 실시예는 격자상수가 2차원 광자결정에 특정한 파장의 약 0.54배인 경우를 설명하였지만, 격자상수는 이것에 한정되지 않고, 파장의 0.4 내지 0.6배의 범위 이내의 어떤 값이 될 수 있다.
또한, 제 6 실시예는 기본격자 벡터에 의해 형성된 각이 80°인 경우를 주로 설명하였지만, 각은 이것에 한정되지 않고, 60°내지 90°범위 이내의 어떤 값이 될 수 있다.
다만, 제 1 실시예 내지 제 6 실시예에서 설명한 광자결정의 깊이에 대하여, 홀(45)은 예컨대, 도 11에 나타낸 바와 같이 슬래브형 광자결정 도파관(18)의 박막 코어(9)의 영역만 관통시켜도 되지만, 광자결정의 깊이는 이것에 한정되지 않고, 홀(83)은 예컨대, 도 8에 나타낸 바와 같이 박막 코어(80)를 클래드 기판(81)의 일부에 관통시켜도 된다. 또한, 홀(83)은 클래드 기판(81)을 관통시켜도 된다.
상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 상술한 제 6 실시예는 복수의 주기구조를 갖는 마스크를 사용하여, 그 마스크의 구조를 슬래브형 도파관의 박막 코어부에 전사하는데, 이것은 상술한 박막 코어부가 복수의 주기구조를 갖는 광자결정을 생성하고 WDM과 같은 복수의 파장에 작용하는 광자결정을 형성하는 효과를 갖는다.
상술한 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 부품의 갯수를 감소시키고, 종래기술에서 요구된 까다로운 광축의 정렬의 필요성을 제거하는 장점을 갖는다.

Claims (30)

  1. 광자결정이 제조되는 소정 막을 제공하는 제 1 공정과,
    각 영역에 대한 소정의 주기구조를 기초로 하여 배열된 통과부를 갖는 마스크 및 상기 통과부를 보유하는 마스크 기판 상에 소정 입자 또는 전자기파를 조사하는 제 2 공정을 포함하며,
    상기 마스크는 (a) 상기 입자가 상기 제 2 공정에서 조사될 때, 상기 입자가 실질상 상기 통과부만 통과하거나, (b) 상기 전자기파가 상기 제 2 공정에서 조사될 때, 에너지 밀도차가 상기 주기구조를 기초로 한 회절효과에 의하여 상기 막 상에 생성되도록 구성되고,
    상기 배열의 방향은 상기 광자결정의 기본격자 벡터의 방향에 대응하며,
    상기 각 영역의 적어도 하나의 상기 기본격자 벡터의 방향에 대응하는 방향은 상기 영역의 전역에서 일관된 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 통과부는 주기, 크기 또는 형상 중 적어도 하나가 상기 각각의 영역에서 상이한 홀로 구성되는 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 막은 광도파관용 박막이고,
    상기 제 2 공정은 상기 입자로서 하전입자(charged particle)를 사용하는 공정이며,
    상기 제 2 공정에서, 상기 주기구조는 상기 통과부를 통과하는 상기 하전입자를 상기 박막에 주입함으로써 전사되는 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 공정은 상기 전자기파를 조사하는 공정이고,
    상기 막은 광도파관용 박막이며,
    상기 통과부의 굴절율은 상기 마스크 기판의 굴절율과 다르고,
    상기 에너지 밀도차가 상기 에너지 밀도의 강도 분포로 생성됨으로써 상기 주기구조가 상기 박막에 전사되는 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 각 영역의 배열은 상기 막에 대하여 제조되는 상기 광자결정의 2차원 기본격자 벡터에 대응하는 2차원 배열이고, 상기 배열의 2방향으로 형성된 각(angle) 중의 하나는 60°내지 90°이며,
    상기 통과부는 격자상수, 크기 또는 형상 중 적어도 하나가 상기 각각의 영역에서 상이한 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 막은 광도파관 막이며,
    상기 마스크 및 상기 광도파관 막 사이에, 상기 마스크 및 상기 광도파관 막 사이의 간격을 일정하게 유지하고 상기 마스크의 일부 및 상기 광도파관 막의 일부를 노출시키는 창을 갖는 스페이서를 삽입하는 제 3 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 마스크와 일체화되고, 상기 마스크 구조는 상기 일체화된 스페이서를 이동시킴으로써 차례로 상기 복수의 광도파관 막에 전사되는 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 광도파관 방향에서의 상기 광도파관 막의 길이는 상기 마스크 창의 길이보다 짧고, 상기 광도파관 막의 면 내의 상기 광도파관 방향에 비례하는 방향에서의 상기 광도파관 막의 폭은 상기 마스크 창의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 각 통과부의 횡단면의 크기는 상기 복수의 하전입자가 통과할 수 있는 크기이고, 상기 통과부의 크기는 상기 광도파관 막 상에 형성되는 주기구조를 이루는 부분의 횡단면의 크기보다 작으며, 상기 통과부의 굴절율은 상기 광도파관 막의 굴절율과 상이한 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 통과부는, 횡단면의 크기가 상기 광도파관 막 상에 형성되는 주기구조를 이루는 부분의 크기보다 1/4 이상이며, 상기 광도파관 막의 굴절율과 상이한 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 광도파관 내에 하전입자를 주입한 후 알칼리 수용액으로 상기 광도파관 막을 침지하는 공정을 추가로 포함하며,
    상기 광도파관 막은 실질상 상기 알칼리 수용액에 의해 상기 하전입자 주입부의 재료 변화 후에 상기 주기구조를 이루는 상기 각 부분의 크기가 상기 광도파관 막 상에 형성되는 상기 주기구조를 이루는 각 부분의 크기에 도달할 때까지 상기 알칼리 수용액 내에 침지되는 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    복합 주기구조를 갖는 상기 마스크의 상기 주기구조 각각의 격자상수는 상기 주기구조 각각에 특정한 파장의 0.4 내지 0.6배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 광자결정 제조방법.
  13. 광축 방향으로 적어도 하나의 관통 구조의 V홈을 갖는 기판과,
    상기 기판의 V홈이 있는 면을 접촉하는 방식으로 배치된 광자결정을 포함하는 광도파관 막과,
    상기 광축을 포함하는 상기 기판에 평행한 면 내의 입사광측 및 출사광측과 함께 제공된 상기 광도파관 막의 상기 입사광측에 상기 V홈으로 고정된 입사광측 상의 적어도 하나의 광파이버와,
    상기 출사광측에 고정된 상기 출사광측 상의 적어도 하나의 광파이버를 사용하는 광디바이스 제조방법에 있어서,
    상기 광자결정은 각 영역에 대한 소정의 주기구조를 기초로 하여 배열된 통과부를 갖는 마스크 및 상기 통과부를 보유하는 마스크 기판 상에 소정의 입자 또는 전자기파를 조사함으로써 제조되고,
    상기 배열의 방향은 상기 광자 결정의 기본격자 벡터의 방향에 대응하며,
    상기 각 영역의 적어도 하나의 상기 기본격자 벡터의 방향에 대응하는 방향은 상기 영역의 전역에서 일관된 것을 특징으로 하는 광디바이스 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 V홈의 간격은 상기 광자결정의 상기 영역의 길이에 비례하여 결정되는 것은 특징으로 하는 광디바이스 제조방법.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 광자결정의 격자상수는 2차원 광자결정에 특정한 파장의 0.4 내지 0.6배를 갖는 것을 특징으로 하는 광디바이스 제조방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 광자결정은 박막 코어부로부터 상기 광도파관 막을 이루는 클래드 기판의 범위를 초과하여 형성되어 2차원적 및 주기적으로 배열된 홀로 구성되는 것을 특징으로 하는 광디바이스 제조방법.
  17. 각 영역에 대한 소정의 주기구조를 기초로 하여 배열된 통과부와,
    상기 통과부를 보유하는 마스크 기판을 포함하고,
    상기 마스크는 (a) 입자가 조사될 때, 상기 입자가 실질상 상기 통과부만 통과하거나, (b) 전자기파가 조사될 때, 에너지 밀도차가 상기 주기구조를 기초로 하여 회절효과에 의한 소정의 막 상에 생성되도록 구성되며,
    상기 소정의 주기구조는 상기 마스크 기판의 적어도 인접하는 영역 사이에서 상이한 것을 특징으로 하는 마스크.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 각 영역 내의 상기 통과부의 배열은 2차원 주기구조를 기초로 한 배열이고,
    상기 배열의 방향은 상기 마스크를 사용하여 소정의 막 상에 제조되는 광자결정의 2차원 기본격자 벡터의 2방향에 대응하며,
    상기 영역 내의 적어도 하나의 기본격자 벡터의 방향에 대응하는 방향은 상기 영역의 전역에서 일관된 것을 특징으로 하는 마스크.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 통과부는 주기, 크기 또는 형상 중 적어도 하나가 상기 각각의 영역에서 상이한 것을 특징으로 하는 마스크.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 입자는 하전입자이고, 상기 통과부는 상기 하전입자가 통과할 수 있는 관통 홀인 것을 특징으로 하는 마스크.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 마스크 기판은 전자기파로 조사되고, 상기 통과부의 굴절율은 상기 마스크 기판의 굴절율과 상이한 것을 특징으로 하는 마스크.
  22. 소정의 굴절율을 갖는 마스크 기판을 제공하는 공정 (a)와,
    굴절파의 간섭으로 인한 에너지 밀도차가 상기 마스크 기판 상의 복수의 위치에 생성되도록 상기 기판 상의 복수의 위치에 이온을 주입하거나 전자기파를 조사함으로써 상기 위치에서 상기 마스크 기판의 굴절율을 변화시키는 공정 (b)를 포함하며,
    상기 위치는 상기 마스크 기판 상의 각 영역에 대한 소정의 규칙을 기초로 하여 결정되고,
    상기 소정의 규칙은 상기 마스크 기판 상의 적어도 인접 영역 사이에서 변화하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
  23. 소정의 굴절율을 갖는 마스크 기판을 제공하는 공정 (a)와,
    상기 마스크 기판 상의 복수의 위치에 관통홀을 형성하는 공정 (b)와,
    상기 마스크 기판의 상기 굴절율과 굴절율이 상이한 재료로 상기 관통홀을 충전하는 공정 (c)를 포함하며,
    상기 관통홀의 위치는 상기 마스크 기판 상의 각 영역에 대한 소정의 규칙을 기초로 하여 결정되고,
    상기 소정의 규칙은 상기 마스크 기판 상의 적어도 인접 영역 사이에서 변화하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
  24. 실질상 소정 입자의 통과를 제한하는 마스크 기판을 공급하는 공정 (a)와,
    이온빔 또는 전자빔을 사용하여 복수의 위치에 복수의 관통홀을 형성하는 상기 마스크 기판에 건식 에칭을 적용하는 공정 (b)를 포함하며,
    상기 위치는 상기 마스크 기판 상의 각 영역에 대한 소정의 규칙을 기초로하여 결정되고,
    상기 소정의 규칙은 상기 마스크 기판 상의 적어도 인접 영역 사이에서 변화하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
  25. 실질상 소정 입자의 통과를 제한하는 마스크 기판을 제공하는 공정 (a)와,
    복수의 위치에 돌출부를 갖는 몰드수단을 사용하여 상기 마스크 기판 상에 함몰부 또는 관통홀을 형성하는 공정 (b)를 포함하며,
    상기 위치는 상기 마스크 기판 상의 각 영역에 대한 소정의 규칙을 기초로 하여 결정되고,
    상기 소정의 규칙은 상기 마스크 기판 상의 적어도 인접 영역 사이에서 변화하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 공정 (b)는 상기 마스크 기판 상에 상기 함몰부를 형성하는 공정이며, 상기 방법은 관통홀을 얻도록 상기 함몰부에 양극 산화법을 적용하는 공정 (c)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
  27. 제 25항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 마스크 기판의 각각의 영역에 대응하는 주기구조를 갖고,
    상기 주기구조는 2차원 기본격자 벡터를 기초로 한 2차원 배열이고 상기 2차원 기본격자 벡터에 의해 형성된 각 중의 하나는 60°내지 90°이며,
    상기 돌출부는 격자상수, 크기 또는 형상 중 적어도 하나가 상기 각각의 영역에서 상이한 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 각 주기구조의 상기 격자상수는 상기 각 주기구조에 특정한 파장의 0.4 내지 0.6배의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크 제조방법.
  29. 광축 방향으로 적어도 하나의 V홈을 갖는 기판과,
    상기 기판의 V홈이 있는 면을 접촉하도록 배치된 광자결정막을 포함하는 광도파관 막과,
    상기 광축을 포함하는 상기 기판에 평행한 면 내의 입사광측 및 출사광측과 함께 제공된 상기 도파관 막의 상기 입사광측에 상기 V홈으로 고정된 입사광측 상의 적어도 하나의 광파이버와,
    상기 출사광측에 고정된 상기 출사광측 상의 적어도 하나의 광파이버를 포함하며,
    상기 광자결정막에는 각 영역에 대한 소정의 주기 배열을 기초로 하여 상이한 굴절율을 갖는 위치가 제공되고, 적어도 하나의 상기 주기 배열의 방향은 상기 모든 영역의 상기 광축의 방향에 일치하는 것을 특징으로 하는 광디바이스.
  30. 제 1 굴절율을 갖는 광자결정막 본체와,
    상기 광자결정막의 각 영역에 대한 소정의 주기 배열을 기초로 하여 존재하는 상기 제 1 굴절율과 상이한 굴절율을 갖는 위치를 포함하며,
    상기 주기 배열 중의 적어도 하나의 방향은 상기 모든 영역의 광축 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 광자결정막.
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