KR20050108787A - Temperature independent wavelength-division multiplexing device using inorganic-organic hybrid materials - Google Patents

Temperature independent wavelength-division multiplexing device using inorganic-organic hybrid materials Download PDF

Info

Publication number
KR20050108787A
KR20050108787A KR1020040033965A KR20040033965A KR20050108787A KR 20050108787 A KR20050108787 A KR 20050108787A KR 1020040033965 A KR1020040033965 A KR 1020040033965A KR 20040033965 A KR20040033965 A KR 20040033965A KR 20050108787 A KR20050108787 A KR 20050108787A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
group
organic
temperature
division multiplexing
multiplexing device
Prior art date
Application number
KR1020040033965A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100683938B1 (en
Inventor
배병수
강은석
이태호
남금희
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020040033965A priority Critical patent/KR100683938B1/en
Publication of KR20050108787A publication Critical patent/KR20050108787A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100683938B1 publication Critical patent/KR100683938B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02CSPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C1/00Assemblies of lenses with bridges or browbars
    • G02C1/04Bridge or browbar secured to or integral with partial rims, e.g. with partially-flexible rim for holding lens
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02CSPECTACLES; SUNGLASSES OR GOGGLES INSOFAR AS THEY HAVE THE SAME FEATURES AS SPECTACLES; CONTACT LENSES
    • G02C2200/00Generic mechanical aspects applicable to one or more of the groups G02C1/00 - G02C5/00 and G02C9/00 - G02C13/00 and their subgroups
    • G02C2200/08Modular frames, easily exchangeable frame parts and lenses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Silicon Polymers (AREA)

Abstract

본 발명은 온도무의존 파장분할다중화 소자로서, 평면 기판 상의 하부 클래드층, 코어층 및 상부 클래드층 중 적어도 하나 이상의 층이 음의 열광학계수를 가지는 무-유기 혼성물질로 구성되며, 열광학계수의 조절을 통해 온도무의존특성이 발휘되어짐을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자를 제공한다. The present invention provides a temperature-independent wavelength division multiplexing device, wherein at least one of the lower clad layer, the core layer and the upper clad layer on the planar substrate is composed of an organic-inorganic hybrid material having a negative thermo optical coefficient, and the thermo optical coefficient Provided is a temperature independent wavelength division multiplexing device characterized in that the temperature-independent characteristics are exhibited through the control of.

Description

무-유기 혼성물질을 이용한 온도무의존 파장분할다중화소자{Temperature Independent Wavelength-Division Multiplexing Device Using Inorganic-Organic Hybrid Materials} Temperature Independent Wavelength-Division Multiplexing Device Using Inorganic-Organic Hybrid Materials

본 발명은 광통신용 파장분할다중화소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 파장분할다중화소자의 코어층과 클래드층을 형성하는 재료로써 열광학 계수를 조절 가능한 무-유기 혼성물질을 포함하여 소자의 온도의존성을 억제하는 파장분할다중화소자에 관한 것이다.The present invention relates to a wavelength division multiplexing device for an optical communication, and more particularly, to a temperature dependency of an element including an organic-inorganic hybrid material which can control thermo-optic coefficient as a material forming a core layer and a clad layer of a wavelength division multiplexing device. A wavelength division multiplexing device that suppresses

파장분할다중화소자는 도 1과 같이 입력단에서의 파장들이 일정 길이만큼 차이 나도록 배열된 도파로열들을 거쳐 위상차이가 발생되고 간섭현상에 의해 출력단에서는 각각의 파장으로 분리되는 소자이다. 그러나 이러한 파장분할다중화소자는 실리카로 코어층과 클래드층이 형성된 경우, 출력단 중심파장이 ~0.012nm/℃의 온도 의존성을 나타내며 이는 1550nm에서 1GHz에 해당한다. 최근 각광을 받고 있는 조밀파장다중(Dense Wavelength Division Multiplexing : DWDM) 전송시스템은 10 GHz 정도의 매우 좁은 채널 간격을 요구하고 있으므로 이같은 온도의존성은 주변 온도에 따라 근접한 출력단 사이의 크로스톡(Crosstalk) 문제를 발생시키므로 소자의 온도안정화가 필수적이다. 기존의 파장분할다중화소자는 온도안정화를 위하여 히터와 냉각기를 사용하였으나 이는 전력소모, 가격, 크기 등의 문제를 야기시켜 장애요인으로 작용한다. 따라서 간단한 온도무의존 파장분할다중화소자의 개발이 필요하다.The wavelength division multiplexing device is a device in which a phase difference is generated through waveguide columns arranged so that wavelengths at an input terminal are different by a predetermined length as shown in FIG. 1, and are separated into respective wavelengths at an output terminal by interference. However, such a wavelength division multiplexing device, when the core layer and the clad layer are formed of silica, the center wavelength of the output terminal has a temperature dependency of ~ 0.012nm / ℃ corresponds to 1550nm to 1GHz. Recently, the Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) transmission system, which is in the spotlight, requires a very narrow channel spacing of about 10 GHz. It is necessary to stabilize the temperature of the device. Conventional wavelength division multiplexing devices use heaters and coolers for temperature stabilization, but this causes obstacles such as power consumption, price, and size. Therefore, it is necessary to develop a simple temperature independent wavelength division multiplexing device.

본 발명과 관련된 종래의 기술로서 일본의 Y.Kokubun 교수는 온도 무의존 광도파로를 재료의 열광학 효과를 이용하여 제작하였다. 이는 실리카를 코어층으로 하고 폴리머 재료를 상부 클래드층으로 하는 광도파로의 경우 온도에 따라 광경로가 변하지 않고 일정하게 유지되는 것을 기반으로 하였다. (Electron. Lett., Vol. 30, No.15, p.1223 (1994)) 그러나 폴리머 재료는 대부분 열광학 계수가 큰 음의 값이므로 좁은 범위의 온도에서만 온도무의존 특성을 얻을 수 있어, 코어층 위에 열광학계수 조절을 위한 중간 실리카 층을 도입해야만 사용 온도 범위를 넓힐 수 있었다. (Electron. Lett., Vol. 34, No.4, p.367 (1998)) 하지만 이는 공정이 복잡해지고 추가 비용이 생성되는 단점이 있다.As a related art related to the present invention, Professor Y. Kokubun of Japan has fabricated a temperature independent optical waveguide using the thermooptic effect of the material. This is based on the fact that in the case of an optical waveguide having silica as a core layer and a polymer material as an upper clad layer, the optical path is kept constant without change with temperature. ( Electron. Lett. , Vol. 30, No. 15, p. 1223 (1994)) However, polymer materials are mostly negative values with large thermo-optic coefficients, so they can obtain temperature-independent properties only in a narrow range of temperatures. The introduction of an intermediate silica layer for thermooptic coefficient control over the layer allowed the temperature range to be extended. (Electn . Lett. , Vol. 34, No. 4, p. 367 (1998)) However, this has the disadvantage of complicating the process and creating additional costs.

미국 특허 제 6,519,380호에서는 집적광학소자의 온도 무의존 특성을 얻기 위하여 실리카 코어층에 유기물을 포함하는 재료와 유리 재료의 조합에 의한 상부클래드층을 형성하였다. 여기서 유기물을 포함하는 재료는 폴리머나 졸-겔법에 의한 무-유기 혼성물질이며, 상부클래드층의 특정부위만 유기물을 포함하는 재료로 하고 나머지 부분은 유리 재료로 입히거나 두 물질을 상부클래드 2층막으로 적층하여 열광학계수를 조절하고 소자의 온도의존성을 안정시켰다. 그러나 이는 많은 공정을 거쳐야하고 소자가 복잡해지는 단점이 있다.In US Pat. No. 6,519,380, an upper clad layer is formed by a combination of an organic material and a glass material in a silica core layer in order to obtain a temperature independent characteristic of an integrated optical device. Here, the organic material is an organic-inorganic hybrid material by polymer or sol-gel method, and only a specific part of the upper clad layer is made of organic material and the remaining part is coated with glass material or both materials are coated with the upper clad two layer film. The lamination was performed to adjust the thermo-optic coefficient and to stabilize the temperature dependence of the device. However, this requires a lot of processes and has the disadvantage of complicated device.

이외에도 Kaneto et al.은 파장분할다중화소자인 실리카 도파로열 격자소자의 코어층에 음의 열광학계수를 갖는 실리콘 접착성 물질로 채워진 홈를 도입하여 온도 무의존 광소자를 구현하였으며 (Electron. Lett., Vol.36, p.318 (2000)), Maru et al.은 실리카 도파로열 격자소자의 광입사 영역에 초승달 모양의 트렌치를 만들어서 온도 무의존 특성을 구현하였다. (OFC 2000, San Jose, WH3 (2000)) 그러나 이러한 방법들은 추가적인 광손실과 위상의 변화가 야기되며, 편광 의존성 역시 문제된다.In addition, Kaneto et al. Introduced temperature-independent optical devices by introducing grooves filled with silicon adhesive materials with negative thermo-optic coefficients in the core layer of the silica waveguide thermal lattice device, which is a wavelength division multiplexing device ( Electron. Lett. , Vol . .36, p.318 (2000)), Maru et al., Have made a crescent-shaped trench in the light incidence region of a silica waveguide thermal lattice device to realize temperature-independent characteristics. ( OFC 2000, San Jose, WH3 (2000)) However, these methods cause additional light loss and phase shift, and polarization dependence is also a problem.

상기 기술한 바와 같이 온도무의존 파장분할다중화소자를 제작하는 데 있어서 재료의 열광학효과는 핵심적인 역할을 하나 기존의 광도파로 재료인 실리카나 폴리머는 열광학 계수의 범위가 한정적이므로 온도무의존 파장분할다중화소자를 제작하기 힘들고 설계가 복잡해지는 단점이 있었다. 따라서 보다 안정적이며 손쉽게 제조할 수 있는 온도무의존 파장분할다중화 소자가 필수적이다. As described above, the thermo-optic effect of the material plays a key role in the fabrication of temperature-independent wavelength division multiplexing devices. It was difficult to manufacture a split multiplexing device and the design was complicated. Therefore, a temperature-independent wavelength division multiplexing device that is more stable and easily manufactured is essential.

본 발명은 상기 종래 기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 열광학계수의 조절이 용이하고 광범위하게 조절 가능한 무-유기 혼성물질을 이용하여 소자형태가 단순하고 공정이 간단한 온도무의존 파장분할다중화소자를 제공하는 데 있다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art, the purpose of which is that the temperature of the device is simple and the process is simple using a non-organic hybrid material that is easy to adjust the thermo-optic coefficient and is widely adjustable The present invention provides a dependent wavelength division multiplexing device.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 온도무의존 파장분할다중화 소자에 있어서, 평면 기판 상의 하부 클래드층, 코어층 및 상부 클래드층 중 적어도 하나 이상의 층이 음의 열광학계수를 가지는 무-유기 혼성물질로 구성되며, 열광학계수의 조절을 통해 온도무의존특성이 발휘되어지는 온도무의존 파장분할다중화 소자를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a temperature-independent wavelength division multiplexing device, wherein at least one or more of the lower cladding layer, the core layer and the upper cladding layer on the planar substrate have a negative thermo-optic coefficient. It is composed of a material and provides a temperature-independent wavelength division multiplexing device that exhibits temperature-independent characteristics by adjusting thermo-optic coefficients.

본 발명은 바람직하게는 상기 소자의 온도무의존 특성은 코어층와 클래드층간의 열광학계수의 조절을 통해 달성되어지는 온도무의존 파장분할다중화 소자를 제공한다.The present invention preferably provides a temperature independent wavelength division multiplexing device in which the temperature independent characteristic of the device is achieved through the adjustment of the thermo-optic coefficient between the core layer and the clad layer.

본 발명은 바람직하게는 상기 무-유기 혼성물질은 구조 내에 규소에 결합된 산소원자 또는 가교나 수식이 가능한 유기단량체로 가교된 망목구조를 가지는 물질인 온도무의존 파장분할다중화 소자를 제공한다.The present invention preferably provides a temperature-independent wavelength division multiplexing device wherein the organic-inorganic hybrid material is a material having an oxygen atom bonded to silicon in the structure or a network structure crosslinked with an organic monomer capable of crosslinking or modification.

이하, 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the content of the present invention in more detail as follows.

도 2는 온도무의존 파장분할다중화소자의 수직단면도로서, 실리콘 기판(1) 위에 하부클래드층(2), 코어층(3), 상부 클래드층(4) 중 적어도 하나의 층 이상에 무-유기 혼성물질을 포함한다. 상기 무-유기 혼성물질은 음의 열광학계수를 가지며, 바람직하게는 구조 내에 규소에 결합된 산소원자 또는 가교나 수식이 가능한 유기단량체로 가교된 망목구조를 가지는 물질을 포함한다.FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a temperature independent wavelength division multiplexing device, and is organic-free on at least one of the lower clad layer 2, the core layer 3, and the upper clad layer 4 on the silicon substrate 1. Contains hybrids. The organic-inorganic hybrid material has a negative thermo-optic coefficient, and preferably includes a material having a network structure crosslinked with an oxygen atom bonded to silicon or an organic monomer capable of crosslinking or modification in the structure.

본 발명의 광도파로형 파장분할소자의 온도무의존 원리는 다음과 같다. 파장분할소자와 같은 광필터 소자에 있어서 온도에 따른 중심 파장 의존성은 다음과 같이 표현된다.The temperature-independent principle of the optical waveguide wavelength division device of the present invention is as follows. In an optical filter element such as a wavelength division element, the dependence of the center wavelength on temperature is expressed as follows.

여기서 는 중심파장, L은 소자길이, 는 광도파로의 실효굴절률, S는 광경로길이를 나타낸다. 광경로 길이 S는 균일한 벌크 물질에 있어서 다음과 같이 나타낼 수 있다.here Is the center wavelength, L is the element length, Is the effective refractive index of the optical waveguide, S is the optical path length. The optical path length S can be expressed as follows for a uniform bulk material.

단, 은 굴절률, L은 매질의 길이이다. 따라서 광경로길이는 다음과 같이 수식화된다.only, Is the refractive index and L is the length of the medium. Therefore, the optical path length is formulated as follows.

여기서, 는 열팽창계수이다. 따라서 소자의 온도 무의존 조건을 만족하기 위해서는here, Is the coefficient of thermal expansion. Therefore, to satisfy the temperature-independent condition of the device

를 충족해야만 한다. 그러나 실리카인 경우에는 위 식에 포함된 상수들, 즉 열팽창계수와 열광학계수가 모두 양의 값을 갖기 때문에 온도 무의존 조건을 만족시킬 수 없다.Must meet. However, in the case of silica, the constants included in the above formula, that is, the thermal expansion coefficient and the thermo-optic coefficient are both positive values, and thus temperature-independent conditions cannot be satisfied.

반면, 기판 위에 형성된 광도파로인 경우에는 기판의 영향에 의해 온도에 따른 중심 파장 의존성은 다음과 같이 표현된다.On the other hand, in the case of the optical waveguide formed on the substrate, the dependence of the center wavelength on temperature under the influence of the substrate is expressed as follows.

여기서, 는 기판의 열팽창계수를 나타내며, 기판의 열팽창계수가 포함된 이유는 기판의 두께가 광도파로의 두께에 비해 매우 두꺼우므로 도파로의 열팽창이 기판에 의해 결정되기 때문이다. 따라서 온도 무의존 조건은 다음과 같다.here, Denotes the thermal expansion coefficient of the substrate, and the thermal expansion coefficient of the substrate is included because the thermal expansion of the waveguide is determined by the substrate because the thickness of the substrate is very thick compared to the thickness of the optical waveguide. Therefore, the temperature independent condition is as follows.

그러므로 기판의 열팽창계수, 코어와 클래드의 굴절률, 코어 두께 등이 정해진 상태에서, 기판의 열팽창계수와 굴절률은 양의 값이므로 위식을 만족시키는 음의 열광학계수를 조절함으로써 온도 무의존 조건을 충족시킬 수 있게 된다. 여기서 열광학계수는 온도에 따른 실효굴절률의 변화에 관한 것이므로 코어와 클래드의 열광학계수의 조합에 의해 값이 결정된다. 주요한 광도파로 재료인 실리카인 경우 열광학계수가 대략 1.1×10-5/℃로써 양의 값을 나타내고 큰 폭으로 변화시키는 것이 어렵기 때문에 실리카로 코어층을 형성한 경우 위의 온도무의존에 관한 식을 만족시키기 위해서는 음의 열광학계수를 갖는 상부클래드층을 조절하여 온도무의존 광소자를 구현할 수 있다.Therefore, in the state where the thermal expansion coefficient of the substrate, the refractive index of the core and clad, the core thickness, etc. are determined, the thermal expansion coefficient and the refractive index of the substrate are positive values, so that the temperature-independent condition can be satisfied by adjusting the negative thermo-optic coefficient that satisfies the above equation. It becomes possible. Since the thermo-optic coefficient is related to the change of the effective refractive index with temperature, the value is determined by the combination of the thermo-optic coefficients of the core and the clad. In the case of silica, which is the main optical waveguide material, the thermo-optic coefficient is about 1.1 × 10 -5 / ° C, which is a positive value and it is difficult to change largely. In order to satisfy the condition, a temperature-independent optical device can be realized by adjusting the upper cladding layer having a negative thermo-optic coefficient.

본 발명의 무-유기 혼성물질은 가수분해(hydrolysis)와 축합(condensation)반응 과정을 포함하는 졸-겔법에 의해 제조되거나, 유기할로겐실란을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 반응시켜 제조되거나, 물을 사용하지 않는 비가수분해(Non-hydrolytic)반응 과정 등을 거쳐 제조되어질 수 있다.The organic-inorganic hybrid material of the present invention is prepared by a sol-gel method including a hydrolysis and condensation reaction process, prepared by reacting an organic halogen silane with a silicon alkoxide or an alkyl ether, or using water. It can be prepared through a non-hydrolytic reaction process that does not.

본 발명의 무-유기 혼성물질은 하기 일반식 1~3으로 나타낼 수 있는 규소 화합물들을 출발 물질로 하여 제조될 수 있다.The organic-inorganic hybrid material of the present invention can be prepared using silicon compounds represented by the following general formulas 1 to 3 as starting materials.

<일반식 1><Formula 1>

(OR1)nSi-R2 m (n+m=4)(OR 1 ) n Si-R 2 m (n + m = 4)

<일반식 2><Formula 2>

(OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4)(OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4)

<일반식 3><Formula 3>

R4SiCl3 R 4 SiCl 3

상기 일반식 1~3에서 R1은 탄소수가 1~10개인 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등의 직쇄 또는 측쇄 알킬기이거나 이들 그룹이 가수분해된 수소원자이며, R2는 탄소수가 1~4인 직쇄 또는 측쇄 알킬기, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기를 나타낸다. 또한 n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수를 나타낸다.In general formulas 1 to 3, R 1 is a straight-chain or branched chain alkyl group such as methyl, ethyl, propyl, or butyl having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom in which these groups are hydrolyzed, and R 2 is a straight chain having 1 to 4 carbon atoms. Or a branched alkyl group, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, or an amine group. In addition, n is a natural number of 1-4, m represents the integer of 0-3.

X는 탄소수가 3~6인 탄소 사슬이며 R3은 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬 내에 플로라이드 원자가 치환된 물질(이하, 탄화불소라 한다)을 나타낸다.X is a carbon chain having 3 to 6 carbon atoms, R 3 is a substance containing a vinyl group, a glycidoxy group, a methacryl group or a fluoride substance substituted with a fluoride atom in a carbon chain having 4 to 8 carbon atoms (hereinafter referred to as fluorocarbon). Indicates.

R4는 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기, 비닐기, 글리시독시기 또는 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 탄화불소이다.R 4 is a fluoride valence in a carbon chain having 1 to 10 carbon atoms, or a straight or branched alkyl group or a hydrogen atom, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, an amine group, a vinyl group, a glycidoxy group or a methacryl group or a carbon chain having 4 to 8 carbon atoms. Substituted fluorocarbons.

상기 일반식 1~3에 속하는 구체적인 화합물의 예로서는 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라부톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리프로폭시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐디메톡시에톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리프로폭시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리에톡시실란, N-(3-아크릴옥시-2-하이드록시프로필)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디메톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필디프로폭시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리에톡시실란, 3-(메트)아크릴옥시프로필트리프로폭시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리메톡시실란(DIAMO), N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리프로폭시실란, N-(2-아미노에틸-3-아미노프로필)-트리부톡시시실란, 트리메톡시실릴프로필디에틸렌트리아민(TRIAMO), 트리에톡시실릴프로필디에틸렌트리아민, 트리프로폭시실릴프로필디에틸렌트리아민, 트리부톡시실릴프로필디에틸렌트리아민, 2-글리시독시에틸메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-글리시독시프로필트리메톡시실란, 2-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디에톡시실란, 3-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필에틸디에톡시실란, 2-글리시독시프로필에틸디에톡시실란, 2-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에톡시사이클로헥실)에틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리프로폭시실란, 2-클로로프로필트리부톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 3,3,3,-트리플루오르프로필트리메톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필메틸디메톡시실란, 메틸트리클로로실란, 에틸트리클로로실란, 페닐트리클로로실란, 비닐트리클로로실란, 헥실트리클로로실란 또는 데실트리클로로실란이 있다.Examples of specific compounds belonging to the general formulas (1) to (3) include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltripropoxysilane, Vinyltriacetoxysilane, vinyldimethoxyethoxysilane, aminopropyltriethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane, aminopropyltripropoxysilane, N- (3-acryloxy-2-hydroxypropyl) -3 -Aminopropyltriethoxysilane, N- (3-acryloxy-2-hydroxypropyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyldimethoxysilane, 3-acryloxypropyldiethoxysilane, 3-acryloxypropyldipropoxysilane, 3- (meth) acryloxypropyltrimethoxysilane, 3- (meth) acryloxypropyltriethoxysilane, 3- (meth) acryloxypropyltripropoxysilane, N -(2-aminoethyl-3-aminoprop Phil) -trimethoxysilane (DIAMO), N- (2-aminoethyl-3-aminopropyl) -triethoxysilane, N- (2-aminoethyl-3-aminopropyl) -tripropoxysilane, N -(2-aminoethyl-3-aminopropyl) -tributoxysisilane, trimethoxysilylpropyldiethylenetriamine (TRIAMO), triethoxysilylpropyldiethylenetriamine, tripropoxysilylpropyldiethylenetri Amine, tributoxysilylpropyldiethylenetriamine, 2-glycidoxyethylmethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 2-glycidoxypropyl Trimethoxysilane, 2-glycidoxypropyltriethoxysilane, 2-glycidoxyethylmethyldimethoxysilane, 2-glycidoxyethylmethyldiethoxysilane, 3-glycidoxyethylmethyldimethoxysilane, 3 Glycidoxypropylethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropylethyldie Cysilane, 2-glycidoxypropylethyldiethoxysilane, 2-glycidoxypropylethyldimethoxysilane, 2- (3,4-ethoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 2- (3,4-e) Methoxycyclohexyl) ethyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltripropoxysilane, 2-chloropropyltributoxysilane, phenyl Trimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, 3,3,3, -trifluoropropyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, 3-chloropropylmethyldimethoxysilane, methyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, Phenyltrichlorosilane, vinyltrichlorosilane, hexyltrichlorosilane or decyltrichlorosilane.

본 발명에 의한 무-유기 혼성물질을 제조하는 첫 번째 방법은 상기 일반식 1과 2에 나타낸 물질의 물과 알콜의 혼합 용액을 만들고 바람직하기로는 산 또는 염기 촉매를 첨가하여 가수분해(hydrolysis)와 축합(condensation)반응하는 과정을 포함한다. 즉, 상기 일반식 1과 2에 표시한 실란들을 하기 화학식 1에 나타낸 가수 분해 및 축합 반응의 연속적인 반응을 통해 분자량이 큰 산화물을 졸 상태에서 겔 상태로 전이하는 겔화(Gelation)과정을 통해 무-유기 혼성물질을 제조할 수 있다. The first method of preparing an organic-inorganic hybrid material according to the present invention is to prepare a mixed solution of water and alcohol of the materials represented by the general formulas (1) and (2) above, preferably by adding an acid or a base catalyst to hydrolysis and Condensation reaction. That is, the silanes represented by Formulas 1 and 2 are free from the gelation process in which oxides having a high molecular weight are transferred from a sol state to a gel state through a continuous reaction of hydrolysis and condensation reactions represented by Formula 1 below. Organic hybrids can be prepared.

<화학식 1><Formula 1>

[가수분해][Hydrolysis]

M(OR)x + xH2O ↔M(OH)x + xROHM (OR) x + xH 2 O ↔M (OH) x + xROH

[축합(Condensation)][Condensation]

≡M(OH) + (HO)M≡ ↔ ≡M-O-M≡ + H2O≡M (OH) + (HO) M≡ ↔ ≡MOM≡ + H 2 O

[물축합]               [Water condensation]

≡M(OR) + (HO)M≡ ↔ ≡M-O-M≡ + ROH≡M (OR) + (HO) M≡ ↔ ≡M-O-M≡ + ROH

[알콜축합]              [Alcohol condensation]

본 발명에 의한 무기-유기 혼성물질의 두 번째 제조방법은 상기 일반식 3에 나타낸 실리콘클로라이드, 메틸트리클로로실란, 에틸트리클로로실란, 페닐트리클로로실란 등의 유기실란화합물을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 바람직하기로는 금속클로라이드, 예를 들면 지르코늄 클로라이드, 티타늄 클로라이드, 틴 클로라이드 등의 촉매를 이용하여 하기 화학식 2에 나타낸 반응을 통해 고분자 산화물 구조의 무-유기 혼성물질을 제조하는 과정을 포함한다.According to a second method of preparing an inorganic-organic hybrid material according to the present invention, an organosilane compound such as silicon chloride, methyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, or phenyltrichlorosilane represented by the general formula (3) may be combined with silicon alkoxide or alkyl ether. Preferably, the method includes preparing a non-organic hybrid material having a polymer oxide structure through a reaction represented by the following Chemical Formula 2 using a catalyst such as metal chloride, for example, zirconium chloride, titanium chloride, tin chloride, and the like.

<화학식 2><Formula 2>

RSiCl3 + 0.75Si(OR`)4 → [RSi1.75O3]n + 3R`ClRSiCl 3 + 0.75 Si (OR`) 4 → [RSi 1.75 O 3 ] n + 3R`Cl

0.75SiCl4 + RSi(OR`)3 → [RSi1.75O3]n + 3R`Cl0.75SiCl 4 + RSi (OR`) 3 → [RSi 1.75 O 3 ] n + 3R`Cl

RSiCl3 + RSi(OR`)3 → [R2Si2O3]n + 3R`ClRSiCl 3 + RSi (OR`) 3 → [R 2 Si 2 O 3 ] n + 3R`Cl

2RSiCl3 + 3R`2O → [R2Si2O3]n + 6R`Cl2RSiCl 3 + 3R` 2 O → [R 2 Si 2 O 3 ] n + 6R`Cl

RSiCl3 + Si(OR`)4 → [RSi2O3-OR`]n + 3R`ClRSiCl 3 + Si (OR`) 4 → [RSi 2 O 3 -OR`] n + 3R`Cl

SiCl4 + RSi(OR`)3 → [RSi2O3-Cl]n + 3R`ClSiCl 4 + RSi (OR`) 3 → [RSi 2 O 3 -Cl] n + 3R`Cl

상기 화학식 2에 나타낸 R`는 탄소수가 1~10인 직쇄 또는 측쇄 알킬기이며 R은 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기, 비닐기, 글리시독시기 또는 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 탄화불소를 나타낸다.R ′ in Formula 2 is a straight or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R is a straight or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, an amine group, a vinyl group, or a glycidoxy group. Or fluorine carbide containing a methacryl group or substituted with a fluoride atom in a carbon chain having 4 to 8 carbon atoms.

본 발명에 의한 무-유기 혼성물질의 세 번째 제조방법은 물을 사용하지 않는 비가수분해(Non-hydrolytic)반응에 의한 것으로 하기 일반식 4로 표시되는 실란다이올과 일반식 5로 표시되는 금속 알콕사이드를 반응시켜 얻어지는 올리고머를 열경화 또는 광경화에 의해 고분자 형태의 무-유기 혼성물질을 제조하는 과정을 포함한다.The third method for producing an organic-inorganic hybrid material according to the present invention is by a non-hydrolytic reaction without using water, and a silanediol represented by the following general formula (4) and a metal represented by the general formula (5). Preparing an organic-inorganic hybrid material in the form of a polymer by thermal or photocuring the oligomer obtained by reacting the alkoxide.

<일반식 4><Formula 4>

R5R6Si(OH)2 R 5 R 6 Si (OH) 2

<일반식 5><Formula 5>

R7 aR8 bM(OR9)(c-a-b) R 7 a R 8 b M (OR 9 ) (cab)

상기 일반식 4, 5에서 R5, R6, R7, R8은 알킬기, 케톤기, 아크릴기, 알릴기, 방향족기, 할로겐기, 아민기, 아미노기, 머캡토기, 에테르기, 에스테르기, 또는 에폭시 작용기를 단독 또는 2종이상 가지는 직쇄, 측쇄 또는 고리형의 탄소수 1~12개의 탄화수소기이고, a, b는 0 ~ 3 인 정수, c는 3~6인 정수, M 은 실리콘 또는 금속, R9는 알킬기, 알콕시기, 케톤기, 방향족기를 단독 또는 2종이상 가지는 직쇄, 측쇄 또는 고리형의 탄소수 1~6개의 탄화수소기를 나타낸다.In Formulas 4 and 5, R 5 , R 6 , R 7 , and R 8 are an alkyl group, a ketone group, an acryl group, an allyl group, an aromatic group, a halogen group, an amine group, an amino group, a mercapto group, an ether group, an ester group, Or a linear, branched or cyclic C1-C12 hydrocarbon group having one or two or more epoxy functional groups, a, b is an integer of 0 to 3, c is an integer of 3 to 6, M is silicon or a metal, R <9> represents a linear, branched or cyclic C1-C6 hydrocarbon group which has an alkyl group, an alkoxy group, a ketone group, and an aromatic group single or 2 types or more.

또한, 상기 무-유기 혼성물질은 상기 일반식 2, 5로 표시되는 화합물 중 실리콘에 치환된 유기그룹으로 가교가 가능한 유기단량체를 포함하는 동종 또는 이종의 화합물을 자유라디칼 및 유기중합개시제를 첨가하여 중합시켜 얻을 수도 있고, 상기 일반식 2, 5로 표시되는 화합물 중 실리콘에 치환된 유기그룹으로 가교가 가능한 유기단량체를 포함하는 동종 또는 이종의 화합물을 금속알콕사이드 또는 아민기를 이용해 개환 반응시켜 중합시켜 얻을 수도 있다. 유기중합개시제의 구체적인 예를 들면, 알루미늄알콕사이드, 지르코늄 알콕사이드, 티타늄 알콕사이드, 1-메틸이미다졸, 이미다졸계열, 보론트리플루오라이드 디에틸 이서레이트, 벤조일퍼옥사이드, 2.2'-아조비스이소부티로나이트릴 등이 있으나 이들에 한정되는 것은 아니다.In addition, the organic-inorganic hybrid material is a compound of the same or different types including an organic monomer capable of crosslinking with an organic group substituted in silicon of the compounds represented by the general formula 2, 5 by adding a free radical and an organic polymerization initiator It can also be obtained by polymerization, the compound represented by the general formulas (2) and (5) can be obtained by the ring-opening reaction of a homogeneous or heterogeneous compound containing an organic monomer capable of crosslinking with an organic group substituted with silicon by ring-opening reaction with a metal alkoxide or amine group It may be. Specific examples of the organic polymerization initiator include aluminum alkoxide, zirconium alkoxide, titanium alkoxide, 1-methylimidazole, imidazole series, borontrifluoride diethyl isate, benzoyl peroxide, 2.2'-azobisisobutyro Nitriles and the like, but are not limited thereto.

본 발명에 의한 무-유기 혼성물질은 상기 방법들에 의해 제조가 가능하며 첨가되는 유기물의 종류에 따라 최종 재료의 구조와 특성을 변화시킬 수 있다. 무-유기 혼성물질에서 유기물은 크게 산소원자로 가교된 망목구조 내에서 가교제(network former)와 수식제(network modifier) 역할을 수행한다. 예를 들어 페닐기나 아민기와 같이 다른 유기 단량체(organic monomer)나 무기 망목구조(inorganic network)와 결합을 할 수 없는 유기물은 무-유기 혼성물질 내에서 수식제 역할을 수행한다. 만약 첨가되어진 유기물이 글리시독시기, 메타아크릴기, 비닐기와 같은 유기물일 경우 다른 유기 단량체(organic monomer)나 무기 망목구조물 내의 다른 유기물과 결합을 통해 새로운 결합을 형성하는 가교제 역할을 수행할 수 있게 된다. 상기 일반식 2의 물질 중 분자간 가교를 가능하게 하는 유기단량체로서 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기가 포함된 경우에는 하기 화학식 3에 나타낸 유기중합반응을 수행하는 것이 가능하다. 실리콘에 치환된 유기그룹이 비닐기와 메타아크릴기(바람직하기로 메타아크릴록시기) 등일 경우에 바람직하기로 유기중합반응은 자유 라디칼, 양·음 이온 형태의 열·광 유기중합 개시제를 첨가시켜 반응시킨다. The organic-inorganic hybrid material according to the present invention can be prepared by the above methods and can change the structure and properties of the final material according to the type of organic material added. In organic-inorganic hybrids, organics play a role as network formers and network modifiers in networks that are largely crosslinked with oxygen atoms. For example, organic substances that cannot bind to other organic monomers or inorganic network such as phenyl group or amine group play a role of modifier in organic-inorganic hybrids. If the added organic substance is an organic substance such as glycidoxy group, methacryl group, or vinyl group, it can act as a crosslinking agent to form a new bond through bonding with other organic monomers or other organic substances in the inorganic network structure. . In the case where a vinyl group, glycidoxy group, or methacryl group is included as the organic monomer which enables crosslinking between molecules in the material of Formula 2, it is possible to perform an organic polymerization reaction represented by the following Chemical Formula 3. It is preferable when the organic group substituted in the silicon is vinyl group or methacryl group (preferably methacryloxy group). Let's do it.

글리시독시기가 포함된 경우에는 바람직하기로 알루미늄 알콕사이드, 티타늄 알콕사이드, 지르코늄 알콕사이드, 아민기 등에 의한 개환(ring opening) 반응을 통해 유기중합반응이 가능하다. When glycidoxy group is included, organic polymerization may be preferably performed through a ring opening reaction using aluminum alkoxide, titanium alkoxide, zirconium alkoxide, amine group or the like.

<화학식 3><Formula 3>

O3≡Si-R + R`-Si≡O3 → O3≡Si-R-R`-Si≡O3 O 3 ≡Si-R + R`-Si≡O 3 → O 3 ≡Si-RR`-Si≡O 3

O3≡Si-R + R + R + R`-Si≡O3 → O3≡Si-R-R-R-R`-Si≡O3 O 3 ≡Si-R + R + R + R`-Si≡O 3 → O 3 ≡Si-RRRR`-Si≡O 3

상기 화학식 3의 R, R`는 가교가 가능한 유기단량체로서 이중결합이나 삼중결합 등의 불포화 탄화수소를 가지거나 불안정한 고리 구조(ring structure)를 갖는다. 이러한 결합 또는 구조의 대표적인 예로는 비닐기, 메타아크릴기, 글리시독시기 등이 있다. R, R` in Formula 3 is an organic monomer capable of crosslinking and has an unsaturated hydrocarbon such as a double bond or a triple bond or an unstable ring structure. Representative examples of such bonds or structures include vinyl groups, methacryl groups, glycidoxy groups, and the like.

본 발명의 무-유기 혼성물질의 열광학계수는 음의 값을 나타내며, 기존의 광도파로 재료인 실리카나 폴리머에서는 얻을 수 없었던 -10-5/℃에서 -3×10-4/℃의 넓은 범위의 값을 나타낸다. 또한 용액 상태에서 제조하므로 쉽게 조성 및 구조를 제어할 수 있어서 무기물과 유기물의 비율, 유기물의 종류, 유기물의 중합반응이나 가교반응, 무기물 망목도, 이종 금속 산화물 비율 등에 따라 열광학 계수를 매우 간단하며 미세하게 변화시킬 수 있다. 그리고 굴절률의 미세한 조절이 용이하고, 제조된 용액은 점도의 변화가 쉬우므로 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 바 코팅법과 같은 쉬운 코팅 공정에 의해 막을 형성할 수 있고, 점도 변화에 의해 코팅막의 두께를 조절할 수 있으며 균일한 코팅 막을 얻을 수 있다. 그러므로 열광학계수를 넓은 범위로 매우 간단하고 미세하게 조절할 수 있고 굴절률을 변화시킬 수 있으며, 성막 공정이 쉬운 무-유기 혼성물질을 이용하여 열광학계수가 핵심적인 역할을 하는 온도무의존 파장분할다중화소자를 단순한 소자구조와 간단한 공정으로 제공할 수 있다.The thermo-optic coefficient of the organic-inorganic hybrid material of the present invention exhibits a negative value, and is a wide range from -10 -5 / ° C to -3 × 10 -4 / ° C, which was not obtained with silica or polymer, which is a conventional optical waveguide material. Indicates the value of. In addition, since it is manufactured in a solution state, the composition and structure can be easily controlled. Therefore, the thermo-optic coefficient is very simple according to the ratio of inorganic and organic materials, the type of organic materials, the polymerization or crosslinking reaction of the organic materials, the inorganic mesh degree, and the heterometal oxide ratio. It can be changed finely. And since the fine adjustment of the refractive index is easy, and the prepared solution is easy to change the viscosity, it is possible to form a film by an easy coating process such as spin coating method, dip coating method, bar coating method, the thickness of the coating film by the viscosity change Controllable and uniform coating film can be obtained. Therefore, temperature-independent wavelength-division multiplexing device in which thermo-optic coefficient plays a key role by using organic-inorganic hybrid materials that can adjust the thermo-optic coefficient very simply and finely in a wide range, can change refractive index, and is easy to form. Can be provided by a simple device structure and a simple process.

이하 본 발명의 내용을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 다만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 아니된다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are only presented to understand the content of the present invention, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to these embodiments.

<실시예 1><Example 1>

도 2의 수직 단면 구조에서 실리콘 기판 위에 실리카 하부 클래드층, 실리카 코어층, 무-유기 혼성물질 상부 클래드층으로 이루어진 파장분할다중화소자를 제작하였다. 실리콘 기판의 열팽창계수가 2.63×10-6/℃, 실리카 하부 클래드층의 1550nm 파장에서의 굴절률은 1.4440, 실리카 코어층의 1550nm 파장에서의 굴절률이 1.4548이고 실리카층의 열광학계수가 1.1×10-5/℃인 실제값을 이용하여 수치해석을 한 경우 상부 클래드층 무-유기 혼성물질이 1550nm 파장에서 굴절률이 1.4440, 열광학계수가 -1.0×10-4/℃~-1.3×10-4/℃인 경우에만 파장분할다중화소자의 온도무의존 특성을 얻을 수 있었다.In the vertical cross-sectional structure of FIG. 2, a wavelength division multiplexing device including a silica lower cladding layer, a silica core layer, and an organic-inorganic hybrid upper cladding layer was fabricated on a silicon substrate. The thermal expansion coefficient of the silicon substrate is 2.63 × 10 −6 / ° C., the refractive index at the wavelength of 1550 nm of the lower silica cladding layer is 1.4440, the refractive index is 1.4548 at the wavelength of 1550 nm of the silica core layer, and the thermal optical coefficient of the silica layer is 1.1 × 10 −5. / ℃ the case of a numerical analysis by using the actual value of the upper clad layer non-organic hybrid material of a refractive index of 1.4440, the number of excited academia -1.0 × 10 -4 /℃~-1.3×10 -4 / ℃ at 1550nm wavelength Only in this case, temperature independent characteristics of the wavelength division multiplexing device could be obtained.

위 조건을 만족하는 무-유기 혼성물질을 제조하기 위하여 3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란(MPTS), 지르코늄프로폭사이드(ZPO), 퍼플루오로알킬실란(PFAS)을 출발물질로 하여 1:0.2:0.242의 몰비율로 혼합하였다. 0.01N HCl을 반응 촉매로 사용하여 20시간동안 교반하였고, 추가적으로 아크릴 유기중합 개시제인 벤조일퍼옥사이드(BZPO)를 실리콘 원자의 3 중량%의 양으로 첨가한 후 1시간 동안 교반하였다. 최종 용액을 파장분할다중화 소자의 실리카 하부클래드층과 코어층이 화염가수분해증착(Flame Hydrolysis Deposition, FHD)에 의해 제작된 기판 위에 도포하여 1000rpm으로 스핀코팅한 후, 섭씨 150도에서 5시간 동안 열처리하였다. 냉각시 코팅 막에 열응력(thermal stress)이 작용하므로 섭씨 120, 80, 40 도의 온도로 단계적으로 서서히 냉각시켜 상부 클래드층을 제조하였다. 제조된 무-유기 혼성물질의 굴절률은 프리즘 커플러로 측정한 결과 1550nm에서 1.4440의 값을 보였으며, 전자주사현미경 (SEM)으로 코팅막의 두께를 측정한 결과 약 15㎛의 값을 보였다.In order to prepare an organic-inorganic hybrid material satisfying the above conditions, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MPTS), zirconium propoxide (ZPO), and perfluoroalkylsilane (PFAS) are used as starting materials. Mix at a molar ratio of 1: 0.2: 0.242. 0.01 N HCl was used as a reaction catalyst and stirred for 20 hours. Further, benzoyl peroxide (BZPO), an acrylic organic polymerization initiator, was added in an amount of 3% by weight of silicon atoms, followed by stirring for 1 hour. The final solution was coated on a substrate prepared by Flame Hydrolysis Deposition (FHD) with a silica lower cladding layer and a core layer of a wavelength division multiplexing device, spin-coated at 1000 rpm, and then heat treated at 150 degrees Celsius for 5 hours. It was. Since the thermal stress (thermal stress) acts on the coating film during cooling, the upper cladding layer was prepared by gradually cooling to a temperature of 120, 80, 40 degrees Celsius. The refractive index of the prepared organic-inorganic hybrid material was 1.4440 at 1550 nm as measured by a prism coupler, and the thickness of the coating film was measured by electron scanning microscope (SEM).

도 3은 파장분할다중화 소자 출력단에서의 온도에 따른 중심 파장의 변화를 나타낸다. 도 3의 부호 5는 실리카로 제작된 파장분할다중화 소자의 온도의존성을 보여주는데 온도가 증가함에 따라 0.013nm/℃의 기울기로 직선적으로 증가한다. 이에 반해 도 3의 부호 6으로 표시된 무-유기 혼성물질로 구성되는 상부 클래드층을 이용한 파장분할다중화 소자는 온도 증가에 따라 중심 파장이 감소하다가 60℃ 부근에서 다시 증가하며 U자형의 변화곡선을 보이며, 측정된 10℃에서 90℃ 사이의 온도 범위에서 중심 파장의 변화폭이 0.28nm로 실리카로 제작된 파장분할다중화 소자에 비해 온도 의존성을 크게 줄일 수 있었다. 따라서 무-유기 혼성물질의 열광학계수 조절에 의해 기존의 광도파로 재료로는 구현할 수 없었던 온도 무의존 파장분할다중화 소자를 간단한 형태로 제작할 수 있었다.3 shows the change of the center wavelength according to the temperature at the output terminal of the wavelength division multiplexing device. 3 shows the temperature dependence of the wavelength division multiplexing device made of silica, and increases linearly with a slope of 0.013 nm / ° C as the temperature increases. On the contrary, in the wavelength division multiplexing device using the upper cladding layer composed of the organic-inorganic hybrid material indicated by the symbol 6 of FIG. 3, the center wavelength decreases with increasing temperature and increases again around 60 ° C, showing a U-shaped change curve. In the temperature range of 10 ° C to 90 ° C, the temperature dependence was significantly reduced compared to the wavelength division multiplexing device made of silica with a change in the center wavelength of 0.28nm. Therefore, the temperature-independent wavelength division multiplexing device, which could not be realized by the conventional optical waveguide material, could be manufactured in a simple form by controlling the thermo-optic coefficient of the organic hybrid material.

<실시예 2><Example 2>

상기 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 위에 실리카 하부 클래드층, 실리카 코어층, 무-유기 혼성물질 상부 클래드층으로 이루어진 파장분할다중화소자를 제작하였다. 이 때 무-유기 혼성물질은 3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란과 메틸트리클로로실란, 퍼플루오로알킬실란을 출발 물질로 하여 제조하였다. 촉매제로서 틴 클로라이드를 사용하여 10시간 교반하였으며, 아크릴 유기중합 개시제인 벤조일퍼옥사이드(BZPO)를 실리콘 원자의 3 중량%의 양으로 첨가한 후 1시간 교반하였다. 제조되어진 무-유기 혼성물질은 2.5±0.5×10-4/℃의 열광학계수를 나타냈으며, 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 파장분할다중화소자의 상부 클래드층을 제조한 결과 측정된 10℃에서 90℃ 사이의 온도 범위에서 중심 파장의 변화폭이 약 0.5nm로 실리카로 제작된 파장분할다중화 소자에 비해 온도 의존성을 줄일 수 있었다.In the same manner as in Example 1, a wavelength division multiplexing device including a silica lower cladding layer, a silica core layer, and an organic-inorganic hybrid upper cladding layer was fabricated on a silicon substrate. At this time, the organic hybrid material was prepared using 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, methyltrichlorosilane, and perfluoroalkylsilane as starting materials. It stirred for 10 hours using tin chloride as a catalyst, and after adding benzoyl peroxide (BZPO) which is an acrylic organic polymerization initiator in the quantity of 3 weight% of a silicon atom, it stirred for 1 hour. The prepared organic-inorganic hybrid material exhibited a thermo-optic coefficient of 2.5 ± 0.5 × 10 −4 / ° C., and the upper cladding layer of the wavelength division multiplexing device was manufactured in the same manner as in Example 1, and measured at 10 ° C. In the temperature range between 90 ° C, the temperature dependence was reduced compared to the wavelength division multiplexing device made of silica with a change of about 0.5 nm in the center wavelength.

<실시예 3><Example 3>

상기 실시예 1과 동일하게 실리콘 기판 위에 실리카 하부 클래드층, 실리카 코어층, 무-유기 혼성물질 상부 클래드층으로 이루어진 파장분할다중화소자를 제작하였다. 이 때 무-유기 혼성물질은 3-메타크릴릭옥시프로필트리메톡시실란과 다이페닐실란디올, 퍼플루오로알킬실란을 출발 물질로 하여 제조하였다. 용액을 혼합한 후 60℃에서 5시간 교반하고 아크릴 유기중합 개시제인 벤조일퍼옥사이드(BZPO)를 실리콘 원자의 3 중량%의 양으로 첨가하여 1시간 교반하였다. 실시예 1과 동일한 과정을 거쳐 제조되어진 무-유기 혼성물질은 3.0±0.3×10-4/℃의 범위로 열광학계수를 조절할 수 있었으며, 파장분할다중화소자의 상부 클래드층을 제조한 결과 10℃에서 90℃ 사이의 온도 범위에서 중심 파장의 변화폭이 0.58nm로 실리카로 제작된 파장분할다중화 소자에 비해 온도 의존성을 줄일 수 있었다.In the same manner as in Example 1, a wavelength division multiplexing device including a silica lower cladding layer, a silica core layer, and an organic-inorganic hybrid upper cladding layer was fabricated on a silicon substrate. At this time, the organic hybrid material was prepared using 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, diphenylsilanediol, and perfluoroalkylsilane as starting materials. After the solution was mixed, the mixture was stirred at 60 ° C. for 5 hours, and benzoyl peroxide (BZPO), which is an acrylic organic polymerization initiator, was added in an amount of 3% by weight of silicon atoms, followed by stirring for 1 hour. The organic-inorganic hybrid material prepared through the same process as in Example 1 was able to adjust the thermo-optic coefficient in the range of 3.0 ± 0.3 × 10 -4 / ℃, 10 ℃ as a result of manufacturing the upper cladding layer of the wavelength division multiplexing device In the temperature range from to 90 ° C, the temperature dependence was reduced compared to the wavelength division multiplexing device made of silica with a variation of the center wavelength of 0.58 nm.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 무-유기 혼성물질을 이용한 파장분할다중화 소자는 넓은 범위에서 미세하게 굴절률 및 열광학계수를 조절할 수 있어 기존의 광도파로 재료로서는 구현하기 불가능한 온도무의존 특성을 제공할 수 있다.As described above, the wavelength division multiplexing device using the organic-inorganic hybrid material according to the present invention can finely control the refractive index and the thermo-optic coefficient in a wide range, thereby providing a temperature-independent characteristic that cannot be realized with conventional optical waveguide materials. Can be.

도 1은 종래의 파장분할다중화소자1 is a conventional wavelength division multiplexing device

도 2는 본 발명에 따른 온도무의존 파장분할다중화소자의 수직단면도2 is a vertical cross-sectional view of a temperature independent wavelength division multiplexing device according to the present invention;

도 3은 본 발명의 무-유기 혼성물질에 의한 파장분할다중화소자의 온도의존성Figure 3 is the temperature dependence of the wavelength division multiplexing device by the organic-inorganic hybrid material of the present invention

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 실리콘 기판 2 : 하부클래드층1: silicon substrate 2: lower clad layer

3 : 코어층 4 : 상부클래드층3: core layer 4: upper clad layer

Claims (12)

온도무의존 파장분할다중화 소자에 있어서, In the temperature independent wavelength division multiplexing device, 평면 기판 상의 하부 클래드층, 코어층 및 상부 클래드층 중 적어도 하나 이상의 층이 음의 열광학계수를 가지는 무-유기 혼성물질로 구성되며, 열광학계수의 조절을 통해 온도무의존특성이 발휘되어짐을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자At least one of the lower clad layer, the core layer and the upper clad layer on the planar substrate is composed of an organic-inorganic hybrid material having a negative thermo-optic coefficient, and temperature-independent characteristics are exhibited by controlling the thermo-optic coefficient. Temperature independent wavelength division multiplexing device 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 소자의 온도무의존특성은 코어층와 클래드층간의 열광학계수의 조절을 통해 달성되어짐을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자Temperature-independent wavelength division multiplexing device, characterized in that the temperature-independent characteristic of the device is achieved by adjusting the thermo-optic coefficient between the core layer and the cladding layer 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 무-유기 혼성물질은 구조 내에 규소에 결합된 산소원자 또는 가교나 수식이 가능한 유기단량체로 가교된 망목구조를 가짐을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자The organic-inorganic hybrid material has a temperature-independent wavelength division multiplexing device having a network structure crosslinked with an oxygen atom bonded to silicon or an organic monomer capable of crosslinking or modification in the structure. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 무-유기 혼성물질은 하기 일반식 1로 표시되는 화합물을 산 또는 염기 촉매의 존재 하에 가수분해 및 축합반응을 거치는 졸-젤법에 의해 형성된 화합물임을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자The organic-inorganic hybrid material is a temperature independent wavelength division multiplexing device characterized in that the compound represented by the following formula (1) is a sol-gel method of undergoing hydrolysis and condensation reaction in the presence of an acid or a base catalyst. (1) (OR1)nSi-R2 m (n+m=4)(1) (OR 1 ) n Si-R 2 m (n + m = 4) 상기에서 R1은 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자. R2는 탄소수가 1~4인 직쇄 또는 측쇄 알킬기, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기. n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수.R 1 is a straight or branched chain alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom. R <2> is a C1-C4 linear or branched alkyl group, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, and an amine group. n is a natural number between 1 and 4, and m is an integer between 0 and 3. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 무-유기 혼성물질은 하기 일반식 2로 표시되는 화합물을 산 또는 염기 촉매의 존재 하에 가수분해 및 축합반응을 거치는 졸-젤법에 의해 형성된 화합물임을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자The organic-inorganic hybrid material is a temperature-independent wavelength-division multiplexing device, characterized in that the compound represented by the following formula (2) is formed by a sol-gel process undergoing hydrolysis and condensation reaction in the presence of an acid or a base catalyst (2) (OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4)(2) (OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4) 상기에서 R1은 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자. X는 탄소수가 3~6인 탄소 사슬. R3은 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 탄화불소. n은 1~4의 자연수, m은 0~3 사이의 정수.R 1 is a straight or branched chain alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom. X is a carbon chain having 3 to 6 carbon atoms. R 3 is a fluorocarbon containing a vinyl group, a glycidoxy group, a methacryl group, or a fluoride atom substituted with a carbon chain having 4 to 8 carbon atoms. n is a natural number between 1 and 4, and m is an integer between 0 and 3. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 무-유기 혼성물질은 하기 일반식 3으로 표시되는 유기할로겐실란을 실리콘 알콕사이드 또는 알킬에테르와 반응시켜 얻어지는 화합물임을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자The organic-inorganic hybrid material is a temperature independent wavelength division multiplexing device, characterized in that a compound obtained by reacting an organic halogen silane represented by the following general formula (3) with a silicon alkoxide or an alkyl ether: (3) R4SiCl3 (3) R 4 SiCl 3 상기에서 R4는 탄소수가 1~10개인 직쇄 또는 측쇄 알킬기 또는 수소원자, 페닐기, 페닐 알콕시기, 아민기, 비닐기, 글리시독시기, 메타아크릴기를 포함하거나 탄소수가 4~8개인 탄소 사슬내에 플로라이드 원자가 치환된 탄화불소.R 4 is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom, a phenyl group, a phenyl alkoxy group, an amine group, a vinyl group, a glycidoxy group, a methacryl group, or a 4 to 8 carbon chain in a carbon chain. Fluorocarbon substituted by a ride atom. 제 3항에 있어서, 상기 무-유기 혼성물질은 하기 일반식 4, 5로 표시되는 화합물이 비가수분해 반응에 의해 제조되어짐을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자The temperature-independent wavelength division multiplexing device according to claim 3, wherein the organic-inorganic hybrid material is prepared by a non-hydrolysis reaction of the compound represented by the following general formulas (4) and (5). (4) R5R6Si(OH)2 (4) R 5 R 6 Si (OH) 2 (5) R7 aR8 bM(OR9)(c-a-b) (5) R 7 a R 8 b M (OR 9 ) (cab) 상기 일반식에서 R5, R6, R7, R8은 알킬기, 케톤기, 아크릴기, 알릴기, 방향족기, 할로겐기, 아민기, 아미노기, 머캡토기, 에테르기, 에스테르기, 또는 에폭시 작용기를 단독 또는 2종이상으로 가지는 직쇄, 측쇄 또는 고리형의 탄소수 1~12개의 탄화수소. a, b는 0~3인 정수, c는 3~6인 정수, M은 실리콘 또는 금속, R9는 알킬기, 알콕시기, 케톤기, 방향족기를 단독 또는 2종이상으로 가지는 직쇄, 측쇄 또는 고리형의 탄소수 1~6개의 탄화수소.In the general formula, R 5 , R 6 , R 7 , R 8 is an alkyl group, a ketone group, an acryl group, an allyl group, an aromatic group, a halogen group, an amine group, an amino group, a mercapto group, an ether group, an ester group, or an epoxy functional group A straight, branched or cyclic hydrocarbon having 1 to 12 carbon atoms, alone or in combination. a, b is an integer of 0 to 3, c is an integer of 3 to 6, M is a silicon or metal, R 9 is an alkyl group, an alkoxy group, a ketone group, a straight chain, branched or cyclic having solely or two or more kinds Hydrocarbons of 1 to 6 carbon atoms. 제 3항에 있어서, 상기 무-유기 혼성물질은 하기 일반식 2, 5로 표시되는 화합물 중 실리콘에 치환된 유기그룹으로 가교가 가능한 유기단량체를 포함하는 동종 또는 이종의 화합물을 자유라디칼 및 유기중합개시제를 첨가하여 중합되어짐을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자The method of claim 3, wherein the organic-inorganic hybrid material is free radicals and organic polymerization of the same or different compounds comprising an organic monomer capable of crosslinking with an organic group substituted with silicon in the compounds represented by the following general formulas (2) and (5) Temperature-independent wavelength division multiplexing device characterized by polymerization by adding an initiator (2) (OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4)(2) (OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4) (5) R7 aR8 bM(OR9)(c-a-b) (5) R 7 a R 8 b M (OR 9 ) (cab) 상기 각 일반식은 청구항 5 및 7에서 정의한 바와 동일하다.Each general formula is the same as defined in claims 5 and 7. 제 3항에 있어서, 상기 무-유기 혼성물질은 하기 일반식 2, 5로 표시되는 화합물 중 실리콘에 치환된 유기그룹으로 가교가 가능한 유기단량체를 포함하는 동종 또는 이종의 화합물을 금속알콕사이드 또는 아민기를 이용해 개환 반응시켜 중합되어짐을 특징으로 하는 온도무의존 파장분할다중화 소자The method of claim 3, wherein the organic-inorganic hybrid material is a compound of the same type or heterogeneous compound containing an organic monomer capable of crosslinking with an organic group substituted with silicon in the compounds represented by the general formulas 2, 5 Temperature-independent wavelength division multiplexing device characterized in that the ring opening reaction (2) (OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4)(2) (OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4) (5) R7 aR8 bM(OR9)(c-a-b) (5) R 7 a R 8 b M (OR 9 ) (cab) 상기 각 일반식은 청구항 5 및 7에서 정의한 바와 동일하다.Each general formula is the same as defined in claims 5 and 7. 하기 일반식 2 또는 5로 표시되는 화합물 중 실리콘에 치환된 유기그룹으로 가교가 가능한 유기단량체를 포함하는 동종 또는 이종의 화합물을 자유라디칼 및 유기중합개시제를 첨가하여 중합되는 온도무의존 파장분할다중화 소자제작용 무-유기 혼성물질의 제조방법Temperature-independent wavelength-division multiplexing device in which the same or different compounds including organic monomers capable of crosslinking with an organic group substituted in silicon are polymerized by the addition of free radicals and an organic polymerization initiator Manufacturing method of organic-inorganic hybrid material for manufacturing (2) (OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4)(2) (OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4) (5) R7 aR8 bM(OR9)(c-a-b) (5) R 7 a R 8 b M (OR 9 ) (cab) 상기 각 일반식은 청구항 5 및 7에서 정의한 바와 동일하다.Each general formula is the same as defined in claims 5 and 7. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 유기중합개시제는 알루미늄알콕사이드, 지르코늄 알콕사이드, 티타늄 알콕사이드, 1-메틸이미다졸, 이미다졸계열, 보론트리플루오라이드 디에틸 이서레이트, 벤조일퍼옥사이드, 2.2'-아조비스이소부티로나이트릴의 군에서 선택되는 제조방법The organopolymerization initiator is selected from the group consisting of aluminum alkoxide, zirconium alkoxide, titanium alkoxide, 1-methylimidazole, imidazole series, borontrifluoride diethyl isate, benzoyl peroxide, 2.2'-azobisisobutyronitrile Selected manufacturing method 하기 일반식 2 또는 5로 표시되는 화합물 중 실리콘에 치환된 유기그룹으로 가교가 가능한 유기단량체를 포함하는 동종 또는 이종의 화합물을 금속알콕사이드 또는 아민기를 이용해 개환 반응시켜 중합되는 온도무의존 파장분할다중화 소자제작용 무-유기 혼성물질의 제조방법Temperature-independent wavelength-division multiplexing device that is polymerized by ring-opening reaction of the same or different compounds including organic monomers crosslinkable with an organic group substituted with silicon among the compounds represented by the following general formulas 2 or 5 using a metal alkoxide or an amine group Manufacturing method of organic-inorganic hybrid material for manufacturing (2) (OR1)nSi-(X-R3)m (n+m=4)(2) (OR 1 ) n Si- (XR 3 ) m (n + m = 4) (5) R7 aR8 bM(OR9)(c-a-b) (5) R 7 a R 8 b M (OR 9 ) (cab) 상기 각 일반식은 청구항 5 및 7에서 정의한 바와 동일하다.Each general formula is the same as defined in claims 5 and 7.
KR1020040033965A 2004-05-13 2004-05-13 Temperature Independent Wavelength-Division Multiplexing Device Using Inorganic-Organic Hybrid Materials KR100683938B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040033965A KR100683938B1 (en) 2004-05-13 2004-05-13 Temperature Independent Wavelength-Division Multiplexing Device Using Inorganic-Organic Hybrid Materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040033965A KR100683938B1 (en) 2004-05-13 2004-05-13 Temperature Independent Wavelength-Division Multiplexing Device Using Inorganic-Organic Hybrid Materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050108787A true KR20050108787A (en) 2005-11-17
KR100683938B1 KR100683938B1 (en) 2007-02-16

Family

ID=37284826

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040033965A KR100683938B1 (en) 2004-05-13 2004-05-13 Temperature Independent Wavelength-Division Multiplexing Device Using Inorganic-Organic Hybrid Materials

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100683938B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013005902A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 엘지전자 주식회사 Transparent composite material and a production method therefor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5991493A (en) * 1996-12-13 1999-11-23 Corning Incorporated Optically transmissive bonding material
JP4025397B2 (en) 1997-09-29 2007-12-19 Tdk株式会社 Organic / inorganic polymer composite and production method thereof
KR100594537B1 (en) * 2002-01-18 2006-07-03 산요덴키가부시키가이샤 Method of Producing Organic-Inorganic Composite Material and Organic-Inorganic Composite Material
JP4439191B2 (en) 2002-06-07 2010-03-24 三洋電機株式会社 Optical waveguide and optical transceiver module using the same
KR100558965B1 (en) * 2003-01-29 2006-03-10 한국과학기술원 Controlling method of Thermo-optic coefficient of Inorganic-Organic Hybrid Materials for Thermo-Optic Waveguide Devices

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013005902A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 엘지전자 주식회사 Transparent composite material and a production method therefor
CN103562279A (en) * 2011-07-07 2014-02-05 Lg电子株式会社 Transparent composite material and a production method therefor
US9187362B2 (en) 2011-07-07 2015-11-17 Lg Electronics Inc. Transparent composite material and a production method therefor
US9593041B2 (en) 2011-07-07 2017-03-14 Lg Electronics Inc. Transparent composite material and a production method therefor

Also Published As

Publication number Publication date
KR100683938B1 (en) 2007-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101259887B1 (en) Transparent Siloxane Resin Composition for Optical Applications
US7062145B2 (en) Hydrophobic materials for waveguides, optical devices, and other applications
JP5950937B2 (en) Polymerizable composition, cured product obtained therewith and use of these materials
KR100985272B1 (en) Polyorganosiloxane materials and methods for hybrid organic-inorganic dielectrics for integrated circuit applications
US5614603A (en) Thermosetting silicone resins
US7813615B2 (en) Flexible film optical waveguide using organic-inorganic hybrid material and fabrication method thereof
US8513372B2 (en) Asymmetric photo-patternable sol-gel precursors and their methods of preparation
KR20000057548A (en) Optically transmissive material and bond
CN1423753A (en) Athermalized integrated optical waveguide devices
JP4279064B2 (en) Porous silica film and laminate having the same
SE442861B (en) PROCEDURE FOR PREPARING A SILICO-OXIDE-CONTAINING TRANSPARENT COATING
US5902636A (en) Method for chemical surface modification of fumed silica particles
JPH0647651B2 (en) Method for producing transparent organopolysiloxane composition
EP0768554A1 (en) Polysiloxane thermo-optic modulator
KR100683938B1 (en) Temperature Independent Wavelength-Division Multiplexing Device Using Inorganic-Organic Hybrid Materials
US20040008960A1 (en) Stable organic-inorganic materials for waveguides, optical devices, and other applications
JP4246589B2 (en) Method for manufacturing plasma display panel
JP2004301911A (en) Optical waveguide, method of manufacturing the same and optical waveguide device
JP4146277B2 (en) Polymer optical waveguide manufacturing method and polymer optical waveguide
KR100558965B1 (en) Controlling method of Thermo-optic coefficient of Inorganic-Organic Hybrid Materials for Thermo-Optic Waveguide Devices
JP2002509564A (en) Light transmitting material and adhesive layer
US7643717B2 (en) Hybrid organic-inorganic materials for waveguides, optical devices, and other applications
JPH06256523A (en) Polysiloxane containing transition metal element and optical wave guide produced by using the polymer
US6830818B2 (en) Polymer material and polymer film
US20040005131A1 (en) Materials having low optical loss for waveguides and other optical devices

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110201

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120111

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee