KR20060059962A

KR20060059962A - 도파관 전개를 위한 광전기 간극-셀

Info

Publication number: KR20060059962A
Application number: KR1020067001128A
Authority: KR
Inventors: 테리 빅터 클랩
Original assignee: 다우 코닝 코포레이션
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-06-02
Also published as: JP2007516462A; DE602004032059D1; ATE423331T1; EP1736817B1; GB2404035A; CN1860390A; DE602004019535D1; GB0316825D0; CN101980069B; EP1646897B1; US7536065B2; WO2005010578A2; EP1736817A2; CN101295079A; CN101295079B; CN101980069A; EP1646897A2; JP4750026B2; EP1736817A3; WO2005010578A3

Abstract

본 발명은 도파관 전개를 위한 전기 광학적인 간극-셀을 제공하는데, 이것은 소자 층의 적어도 일부에 형성된 제 1 의 광 전송 매체, 소자 층의 적어도 일부에 형성된 제 2 의 광 전송 매체 및, 소자 층의 적어도 일부에 형성된 슬롯을 구비하며, 슬롯은 적어도 하나의 만곡된 가장자리를 가지고, 슬롯이 제 1 및, 제 2 의 전송 매체에 근접하여 배치된다.

Description

도파관 전개를 위한 광전기 간극-셀{An Electro-optic Gap-Cell For Waveguide Deployment}

본 발명은 전체적으로 광학 도파관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 광학 도파관에서의 전개를 위한 전기 광학적 간극 셀(gap-cell)에 관한 것이다.

정보를 저장, 전송 및/또는 처리하도록 광을 이용하는 포토닉(photonic)은 상품과 첨단 기술 제품 시장으로 급속히 증가하면서 침투하고 있다. 예를 들면, 광학은 많은 대도시와 지역 네트워크에서 선택되는 전송 매체이다. 포토닉 적용예에서 사용되는 다양한 광학적 장치들은 종종 전자 장치들과 함께 팩키지화되거나 또는 혼성으로 통합된다. 예를 들면, 기판은 광의 형태인 정보를 송신하고 그리고/또는 수신하기 위한 레이저, 검출기 및, 하나 또는 그 이상의 도파관 장치들 뿐만 아니라, 트랜지스터, 저항기 및, 그와 유사한 것들과 같은 하나 또는 그 이상의 전자 또는 광전자 장치들을 구비할 수 있다. 광전자 장치들의 기능성은 광학적 기능과 전자적 기능의 점증하는 통합과 함께 증가할 것으로 기대된다.

도파관을 통한 데이터의 송신을 포함하는 일부 광학적 통신 적용예에서, 도파관 안에서 전파되는 광의 위상을 변화시키는 것이 소망스러울 수 있다. 예를 들면, 제어 가능한 위상 조절부가 광학적 감쇠기, 스펙트럼 선택 필터, 간섭계 및, 그와 유사한 것에서 채용될 수 있는데, 여기에서는 하나의 도파관으로 발진된 광이 제 2 도파관 안에서 전파되는 광과 간섭된다. 그러나, 도파관 안에서 전파되는 광의 위상을 조절하는 종래의 방법들은 포토닉 장치들이 전자 장치들과 밀접하게 통합된 적용예에 대해서는 잘 적합하지 않을 수 있다.

광 도파관에서 전파되는 광의 위상을 제어하는 종래의 한가지 방법은 도파관의 유효 굴절율이 도파관의 온도에 의존한다는 사실을 이용하는 것이다. 예를 들면, 도파관의 온도를 증가시키는 것은 도파관이 팽창하게 할 뿐만 아니라, 도파관의 광학적 경로 길이를 변화시킬 수 있다. 도파관에서의 결과적인 응력 및/또는 변형(strain)은 도파관의 광학적 경로 길이를 더 변화시킬 수 있다. 통상적으로, 주울 히터(Joule heater)가 광학 도파관의 온도를 변화시키도록 사용되며, 그에 의해서 도파관의 광학적 경로 길이가 변화한다. 온도에 의존된 위상 콘트롤러의 감도는 도파관 재료 안에서의 경로 길이의 열 계수에 의존한다. 일부 재료들이 커다란 열-광학적 계수를 나타낼 수 있을지라도, 이들은 낮은 손실의 단일 모드 도파관으로 형성되는 것이 어려울 수 있으며, 따라서 광학 도파관에서 사용되기에 적합하지 않을 수 있다.

온도에 의존하는 위상 콘트롤러들은 기판의 특성에 기인하여 구비되는 것이 곤란할 수 있다. 첫째, 위상 제어의 열-광학적 방법들은 히트 싱크(heat sink) 또는 열적 질량(thermal mass)의 문제 때문에 가해진 온도 변화에 대하여 충분히 빠르게 응답하지 않을 수 있다. 기판상에 구비될 수 있는 전자 장치들과 밀접하게 통합되도록 하기 위하여, 대상물에 발생되는 전체적인 열적 부하를 고려할 필요가 있 다. 둘째, 하나 이상의 위상 콘트롤러가 기판상에 구비될 때 열적 혼선(crosstalk)이 정확성, 정밀성 및, 온도 의존적인 위상 콘트롤러의 제어를 저하시킬 수 있다. 온도 의존적인 위상 콘트롤러의 위상 표시(phase expression)의 범위는 열적인 혼선에 의해서 감소될 수도 있다. 비록 위상 표시 범위에서의 감소가 적어도 부분적으로 위상 콘트롤러에 가해진 온도의 번위를 증가시킴으로써 보상될 수 있을지라도, 온도 범위를 증가시키는 것은 통상적으로 장치의 전력 소비에서 그에 상응하는 증가를 초래한다.

도파관에서 이동하는 광의 위상을 조절하도록 전기 광학적으로 활성인 물질을 이용하는, 슬롯이 형성된 단결정 광학 도파관은 클랩(Clapp)의 미국 특허 제 6,424,755 호에 설명되어 있다. 전기 광학적인 활성 물질이 도파관의 2 개 위치들 사이의 사각형 슬롯(slot) 안에 위치되며, 2 개의 사각형 전극들은 사각형 슬롯 위에 전개된다. 전압이 사각형 전극들에 인가될 때 프린징 전기장(fringing electric field)이 사각형 슬롯 안에 형성되고 전기 광학적 활성 물질의 굴절률은 사각형 전극들에 인가된 전압을 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 그러나, 클랩에서 설명된 슬롯이 형성된 단결정 광학 도파관은 다수의 단점들을 가진다. 예를 들면, 사각형 슬롯은 작동하는 동안에 응력 및/또는 변형을 집중시키는 다수의 날카로운 코너들을 포함하여, 잠재적으로는 정적인 피로 파괴, 재료의 파괴 및, 그와 유사한 것으로 이끌게 된다. 다른 예를 들면, 사각형 전극들은 소망스럽지 않게 전기장을 집중시킬 수 있는 다수의 날카로운 코너들을 포함한다.

본 발명의 일 특징에 있어서, 도파관의 전개를 위한 전기 광학적인 간극-셀(gap-cell)이 제공되는데, 이것은 소자 층(device layer)의 적어도 일부분에 형성된 제 1 의 광 전송 매체, 소자 층의 적어도 일부분에 형성된 제 2 의 광 전송 매체 및, 소자 층의 적어도 일부분에 형성된 슬롯을 구비하며, 여기에서 슬롯은 제 1 및, 제 2 전송 매체에 근접하여 배치된다. 소자를 형성하는 방법도 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 있어서, 위상 조절 시스템에서 사용되기 위한 것으로 그 안에 형성되어 도파관에 근접한 슬롯을 가지는 위상 조절 요소(phase adjusting element)가 제공된다. 위상 조절 요소는 위상 조절 요소의 적어도 일부가 슬롯 안으로 도입될 수 있게 하도록 선택된 형상을 가지는 기판, 위상 조절 요소의 일부가 슬롯 안으로 도입되었을 때 개구가 도파관에 근접하도록 기판내에 형성된 개구 및, 슬롯에 근접하게 형성된 적어도 하나의 전극을 구비한다. 위상 조절 요소는 또한 개구 안에 전개된 전기-광학적 활성 물질을 포함한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 이해될 수 있으며, 여기에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소들을 나타낸다.

도 1a 및, 도 1b 는 제 1 의 예시적인 위상 조절 시스템의 일 구현예를 개념상으로 도시한다.

도 2 는 도 1a 및, 도 1b 에 도시된 것과 같은 제 1 의 예시적인 위상 조절 시스템의 매립된 도파관 구조 안에 형성된 슬롯들과 전극들의 이미지를 도시한다.

도 3a 내지 도 3e 는 전극들의 4 개의 다른 구현예들을 개념상으로 도시한 다.

도 4 는 제 2 의 예시적인 위상 조절 시스템의 일 구현예를 개념상으로 도시한다.

도 5a 내지 도 5e 는 제 2 의 예시적인 위상 조절 소자의 5 개의 다른 구현예들을 개념상으로 도시한다.

도 6 은 도 1a, 도 1b 및, 도 4 에 도시된 제 1 또는 제 2 의 예시적인 위상 조절 시스템들에서 사용될 수 있는 위상 조절 요소의 일 구현예를 개념상으로 도시한다.

본 발명은 다양한 변형 및, 대안의 형태들이 가능하지만, 그것의 특정한 구현예들이 도면에서 일 예로서 도시되어 있으며 여기에 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 특정한 구현예들에 대하여 여기에서 설명된 것은 본 발명을 특정의 개시된 형태에 제한하도록 의도된 것은 아니며, 반대로, 첨부된 청구 범위들에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에 속하는 모든 변형예, 등가예 및, 대안들을 포괄하도록 의도된 것이다.

본 발명의 예시적인 구현예들은 아래에 설명되어 있다. 명확성을 위해서, 실제 기구의 모든 특징들이 본원 명세서에 설명되지는 않을 것이다. 물론 그 어떤 실제 구현예의 전개에 있어서도 다양한 실시에 대하여 특정된 결정들이 개발자의 특정한 목적을 달성하도록 이루어져야 한다는 점이 이해될 것이며, 예를 들면 실시예마다 변화하게 되는 시스템 관련의 제한 및 사업 관련의 제한들에 순응하는 것과 같은 것이다. 더구나, 그러한 개발의 노력이 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 발명의 개시의 혜택을 받은 당업자에게는 일상적인 임무일 것이라는 점이 이해될 것이다.

도 1a 는 제 1 의 예시적인 위상 조절 시스템(100)의 일 구현예에 대한 사시도를 개념상으로 나타낸다. 예를 들면, 제 1 의 예시적인 위상 조절 시스템(100)은 제어 가능한 위상 조절부를, 광학 감쇠기, 스펙트럼 선택 필터, 간섭계 및, 그와 유사한 것들과 같은 하나 또는 그 이상의 광학 소자들로 도입하는데 사용될 수 있다. 도시된 구현예에서, 하나 또는 그 이상의 도파관 부분(105(1-2))들은 소자의 층(device layer, 110) 안에 형성되는데, 상기 소자의 층은 당해 기술 분야에서 통상적으로 클래딩 층(cladding layer), 도파관 코어(waveguide core), 도파관 층, 버퍼, 하부 클래딩(under cladding)등으로 지칭되는 것이다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 알려진 다른 제조 과정을 이용하여 형성된 대안의 구현예들에서, 클래딩 층들은 반도체나 또는 폴리머와 같은 다른 재료들일 수 있는데, 이들은 실리콘과 같은 기판(120)의 위나, 또는 다른 재료들의 위에 형성된다. 예를 들면, 클래딩 층들은 유리나 또는 폴리머로 형성될 수 있다. 위상 조절 시스템(100)의 구성은 사실상 예시적이며, 대안의 구현예에서 위상 조절 시스템(100)이 다른 구성 요소들을 구비할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 예를 들면, 이후에 설명되는 바로서, 위상 조절 시스템(100)은 당업자들에게 공지된 다양한 다른 광 전송 매체를 구비할 수 있는데, 이것은 링 공진기(ring resonator), 격자(gratings), ""위스퍼링 갤러리" 대상물(whispering gallery objects), 포토닉 결 정 및, 그와 유사한 것을 포함한다.

도시된 구현예들에 나타난 도파관 부분(105(1-2))들은 소자 층(110)의 굴절률 보다 큰 굴절률을 가진 재료로 형성된다. 예를 들면, 도파관 부분(105(1-2))들은 약 1.4557 의 굴절률을 가진 도핑된 이산화규소(doped silica)로 형성될 수 있으며, 소자 층(110)은 약 1.445 의 굴절률을 가진 도핑되거나 또는 도핑되지 않은 이산화규소로 형성될 수 있다. 다른 구현예들에서, 도파관 부분들(105(1-2))과 소자 층(110)은 그 어떤 소망스러운 재료들로 형성될 수도 있다. 일 구현예에서, 소자 층(110)은 도파관 부분(105(1-2))의 아래에 적어도 부분적으로 형성된 하부 클래딩 층(미도시) 및, 도파관 부분(105(1-2))의 위에 적어도 부분적으로 형성된 상부 클래딩 층(미도시)을 구비할 수 있다.

도시된 구현예에서, 도파관 부분(105(1-2))들이 소자 층(110) 안에 형성된 슬롯(130)에 근접하여 종료되도록 슬롯(130)이 층(110) 안에 절개되거나, 절단되거나, 또는 에칭된다. 일 구현예에서, 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(1-2))들에서 도파관 부분(105(1-2))들 안에 전파되는 신호들에 기인하는, 소실 피일드(evanescent field)의 진폭은 정점의 값인 -40 dB 보다 작다. 그러나, 슬롯(130)의 정확한 위치 및, 횡방향 가장자리(150(1-2))에서의 소망되는 소실 피일드의 진폭은 설계상의 선택에 관한 문제이다. 일 구현예에서, 도파관 부분(105(1-2))과 슬롯(130)은, 원하지 않는 광이 도파관 부분(105(1-2)) 안의 어느 방향으로든 이동하게 할 수 있는 반사를 감소시키는 상대 각도를 가지고 형성된다.

도 1b 는 제 1 의 위상 조절 시스템(100)의 일 구현예에 대한 평면도를 개념 상으로 도시한다. 도시된 구현예에 있어서, 슬롯(130)은 소자 층(110)들 안의 소위 "아령 형상(dumbbell shape)" 개구이다. 그러나, 다른 구현예들에 있어서, 슬롯(130)은 그 어떤 소망되는 형상을 가진 개구일 수 있다. 특히, 슬롯(130)은 슬롯(130)의 하나 또는 그 이상의 가장자리들이 만곡되도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 슬롯(130)은 슬롯(130)의 하나 또는 그 이상의 가장자리들이 소자 층(110)들의 표면에 대략 평행하게 배향된 평면에서 제로가 아닌 반경을 가지도록 형성될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같은 슬롯(130)을 제공함으로써, 작동하는 동안에 발생된 슬롯(130)을 둘러싸는 재료에 대한 응력 및/또는 변형이 감소될 수 있으며, 이것은 정적인 피로 파괴, 재료의 손상등과 같은 손실 모드의 가능성을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 실시에 필요하지 않을지라도, 슬롯(130)의 하나 또는 그 이상의 표면들이 하나 또는 그 이상의 표면들의 특성을 부가하거나, 제거하거나 또는 변화시키도록 처리될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 슬롯(130)의 하나 또는 그 이상의 표면들은 슬롯(130) 안으로 삽입된 분리된 요소상이나, 또는 슬롯(130)의 하나 또는 그 이상의 표면들에서 바람직한 분자 배향을 형성하도록 처리될 수 있다. 다른 대안의 구현예에서, 상호 침투되는 폴리머 매트릭스(polymer matrix), 카본 나노튜브(carbon nanotube) 및, 보조적인 도펀트들중 적어도 하나가 슬롯(130)으로 삽입된 물질로부터 형성되거나 또는 전달될 수 있으며 슬롯(130)의 하나 또는 그 이상의 표면들과 상호 작용할 수 있다. 대안의 구현예들에서 이용될 수 있는 슬롯(130)의 다른 처리들은, 시레인(silane) 및/또는 유도체와 같은 표면 에너지 변화를 초래하는 선처리(pre-treatment)와, 광학 물질의 안에서나 또는 분리되어 조성된 것 으로서 슬롯(130)의 표면으로 이주하는 첨가제들을 포함한다. 다른 대안의 구현예들에서, 슬롯(130)은 높은 전기 광학적 특성 및/또는 비선형 광학적 특성 및/또는 우선적인 형광성(preferential fluorescence) 및/또는 광 조사 특성과 같은 유리한 특성들을 도입하도록 설계된, 크로모포어(chromophores), 안정화 작용제, 굴절률 개질제(refractive index modifiers) 또는 다른 작용제들과 같은 물질로 처리될 수 있다.

도 1a 및, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 각각의 전극(140(1-2))들의 일부가 실질적으로 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(1-2))들중 개별적인 하나에 실질적으로 근접하도록, 한쌍의 전극(140(1-2))들이 소자 층(110) 위에 형성될 수 있다. 도시된 구현예에서, 전극(140(1-2))들중 하나 또는 그 이상의 가장자리들이 만곡되도록 전극(140(1-2))들은 후크 형상으로 만곡된다. 일 구현예에서, 하나 또는 그 이상의 가장자리들이 층(110)들의 평면에서 제로가 아닌 곡률 반경을 가지도록 전극(140(1-2))들이 형성된다. 그러나, 다른 구현예에 있어서, 그보다 많거나 적은 전극들(140(1-2))이 소자의 층(110) 위에 형성될 수 있고 전극들(140(1-2))이 그 어떤 소망하는 형상을 가질 수 있다. 더욱이, 이후에 상세하게 설명될 것과 같은 다양한 다른 대안의 구현예들에서, 전극(140(1-2))들의 부분들은 슬롯(130)안에 형성되거나 또는 그 안으로 도입될 수 있다. 예를 들면, 전극(140(1-2))들은 소자 층(110) 위에 형성될 수 없으며, 대신에 슬롯(130)내에 형성될 수 있거나 또는 그 안에 도입될 수 있다.

일 구현예에 있어서, 슬롯(130)은 전기 광학적으로 활성인 물질(미도시)로 충전될 수 있다. 당해 기술 분야의 당업자들이 이해하는 바로서, 슬롯(130) 안의 전기 광학적 활성 물질의 분자 축은 전극(140(1-2))에 인가되는 상대 전위를 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 예를 들면, 분자 축의 배향은, 전기 광학적 활성 물질의 굴절률이 대략 최대인 것으로부터, 전기 광학적 활성 물질의 굴절률이 대략 최소인 것으로 변화될 수 있다. 다른 예를 들면, 복굴절 전기 광학적인 활성 물질의 편광 의존적인 굴절률은 전극(140(1-2))에 인가되는 전위를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 결국, 슬롯(130)을 통해 전파되는 광의 위상, 진폭 및/또는 편광은 조절될 수 있다.

일 구현예에 있어서, 전기 광학적인 활성 물질은 슬롯(130) 안으로 도입될 수 있는 액체일 수 있다. 예를 들면, 전기 광학적인 활성 물질은 액정, 폴리머 분산 액정, 상호 침투된(inter-penetrating) 폴리머 네트워크 및, 그와 유사한 것들일 수 있다. 다른 구현예들에 있어서, 폴리머 분산의 액정은 카본-기초 폴리머, 이종 분자 시스템, 실록산(siloxane), 래더 실록산(ladder siloxne), 실리콘 포함 폴리머, 덴드리머(dendrimer), 초분자 시스템(supramolecular system) 및, 그와 유사한 것을 포함한다. 이와는 다르게, 이후에 상세하게 설명되는 바로서, 전기 광학적인 활성 물질은 슬롯(130) 안으로 삽입될 수 있는 분리 요소의 일부분일 수 있다.

도 2 는 층(220)들 안에 형성된 슬롯(210(1-2))들과 전극(200(1-4))들의 이미지를 도시한다. 도시된 구현예에서, 전극들(200(1-2))과 슬롯(210(1))은 제 1 도파관(미도시)을 위한 제 1 의 위상 조절 시스템(225(1))의 일부이며, 전극들(200(3-4))과 슬롯(210(2))은 제 2 도파관(미도시)을 위한 제 2 위상 조절 시스템 (225(2))의 일부이다. 위에서 설명된 바와 같이, 슬롯(210(1-2))들과 전극(200(1-4))들의 하나 또는 그 이상의 가장자리들은 만곡될 수 있다. 예를 들면, 슬롯(210(1-2))들 및/또는 전극(200(1-4))들의 하나 또는 그 이상의 가장자리들은 층(110)들의 평면에서 제로가 아닌 곡률 반경을 가질 수 있다.

도 3a 내지 도 3e 는 전극(140(1-2))들의 다른 배치를 가진 위상 조절 시스템(100)의 4 개의 대안 구현예를 개념상으로 도시한다. 도파관 부분(105(1-2))에 대하여 대략 직각인 방향으로부터 도시한 것으로서, 도 3a 는 위상 조절 시스템(100)의 제 1 의 대안인 구현예를 도시하는 것으로서, 이것은 전극(140(1-2))의 제 1 의 대안 배치를 가진다. 도 3a 에 도시된 제 1 구현예에서, 각각의 전극(140(1-2))들의 제 1 부분(300)은 클래딩 층(110)의 위에서 슬롯(130)에 근접하여 형성된다. 전극(140(1-2))들의 제 2 부분(305)은 클래딩 층(110)에 근접하여 슬롯(130)의 내측에 형성된다. 일 구현예에 있어서, 전극(140(1-2))들의 제 1 부분(300)은 전극(140(1-2))들의 제 2 부분(305)과 같은 재료로 형성될 수 있다. 예를 들면, 전극(140(1-2))들의 제 1 및 제 2 부분(300,305)들은 금속, 금속 산화물 및, 그와 유사한 것으로 형성될 수 있다. 대안의 일 구현예에 있어서, 전극(140(1-2))들의 제 1 부분(300)은 전극(140(1-2))들의 제 2 부분(305)과 같은 재료로 형성되지 않을 수 있다. 예를 들면, 전극(140(1-2))의 제 2 부분(305)은 전극을 형성하도록 인듐 주석 산화물(indium tin oxide)이거나 또는 다른 실질적으로 투명한 도전성 재료로 형성될 수 있는데, 이것은 도파관의 면들을 덮으며 이것을 통하여 전파되는 신호가 통과될 수 있다.

도 3b 는 도파관 부분(105(1-2))의 축을 따라서 도시된 바로서 전극(140(1-2))들의 제 1 구현예를 개념상으로 도시한다. 전극(140(1-2))들에 있는 개구(310)는 광이 전극(140(1-2))을 통하여 이동할 수 있도록 도파관 부분(105(1-2))의 단부들에 근접하여 제공될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 개구(310)는 도파관 부분(105(1-2))들이 전극(140(1-2))을 통과하는 것을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 대안의 구현예에서, 도파관 부분(105(1-2))은 전극(140(1-2))을 통과할 수 없다. 전극(140(1-2))들의 제 1 배치는 실질적으로 수평인 슬롯(130) 안에 전기장을 제공하도록 이용될 수 있다.

도 3c 는 도파관 부분(105(1-2))에 대략 직각인 방향으로부터 도시된 바로서, 위상 조절 시스템(100)의 제 2 의 대안 구현예를 도시하는데, 이것은 전극(140(1-2))의 제 2 의 다른 배치를 가진다. 도 3c 에 도시된 제 2 구현예에서, 제 1 전극(140(1))은 클래딩 층(110)의 위와 슬롯(130)의 위에 형성된다. 제 2 전극(140(2))은 클래딩 층(110)의 아래와 슬롯(130)의 아래에 형성된다. 예를 들면, 제 2 전극(140(2))은 클래딩 층(110)을 기판(120)의 위에 형성하기 이전에 기판(120)에 형성될 수 있다. 전극(140(1-2))의 제 2 배치는 실질적으로 수직인 슬롯(130) 안에 전기장을 제공하도록 이용될 수 있다.

도 3d 는 도파관 부분(105(1-2)에 대략 직각인 방향으로부터 도시한 것으로서, 위상 조절 시스템(100)의 제 3 구현예를 도시하며, 이것은 전극(140(1-2))들의 제 3 대안의 배치를 가진다. 도 3d 에 도시된 제 3 의 구현예에서, 전극(140(1-2))들은 운반부(320)에 결합된다. 일 구현예에 있어서, 전극(140(1-2))들과 운반부 (320)는 위상 조절 시스템(100)을 형성하기 이전에 조립될 수 있으며, 다음에 소망될 때 위상 조절 시스템(100)의 안으로 삽입될 수 있다. 전극(140(1-2))들의 제 3 구현예는 실질적으로 수평인 슬롯(130) 안에 전기장을 제공하도록 이용될 수 있다.

도 3e 는 도파관 부분(105(1-2))에 대략 직각인 방향으로부터 도시된 바로서, 위상 조절 시스템(100)의 제 4 구현예를 도시하며, 전극(140(1-2))들의 제 4 의 대안의 배치를 가진다. 도 3e 에 도시된 제 4 의 구현예에서, 전극(140(1-2))들은 클래딩 층(110)내에 형성되고 실질적으로 도파관 부분(105(1-2))에 직각이다. 예를 들면, 전극(140(1-2))들은 클래딩 층(110) 안에 형성될 수 있다. 전극(140(1-2))들의 제 4 구현예는 실질적으로 수평인 슬롯(130) 안에 전기장을 제공하도록 이용될 수 있다.

도 4 는 제 2 의 예시적인 위상 조절 시스템(400)의 일 구현예를 개념상으로 도시한다. 도 4 에 도시된 구현예에서, 도파관 부분(410(1-2))의 적어도 일부는 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(1-2)들에 대략 평행하게 배향되어 있으며, 그에 의해서 도파관 부분(410(1))내에 전파되는 광의 일부가 도파관 부분(410(2))으로 전송될 수 있다. 예를 들면, 제 2 의 예시적인 위상 조절 시스템(400)은 평탄 도파관, 마하-젠더 간섭계(Mach-Zehnder interferometer) 및, 그와 유사한 것과 같은 결합된 파동 소자(coupled wave device)일 수 있다. 그러나, 이들은 본 발명의 실시를 위해서 필수적인 것은 아니다. 다른 구현예에서, 도파관 부분(410(1-2))은 슬롯(130))에 근접하여 종료되지 않을 수 있다.

도 1 에 도시된 제 1 의 예시적인 위상 조절 시스템에서와 같이, 슬롯(130) 의 횡방향 가장자리(150(1-2))에서 도파관 부분(410(1-2)) 안에 전파되는 신호들에 기인한 소실 피일드 진폭은 정점 값(peak value)인 -40dB 보다 작도록, 제 2 위상 조절 시스템(400)의 슬롯(130)이 층들(미도시) 안으로 절개되거나, 에칭되거나 또는 절단될 수 있다. 그러나, 슬롯(130)의 정확한 위치와 횡방향 가장자리(150(1-2))들의 소망되는 소실 피일드 진폭은 설계상의 선택 문제이다.

도 5a 내지 도 5e 는 제 2 의 예시적인 위상 조절 시스템(400)의 제 5 의 대안의 구현예들을 개념상으로 도시한다. 도파관 부분(410(1))으로부터 도파관 부분(410(2))으로 광을 전송할 수 있도록 하는 대신에, 도 5a 내지 도 5e 에 도시된 5 개의 다른 구현예들은 광이 도파관 부분(410(1))으로부터, 저장, 변조, 및/또는 전송을 위한 다양한 공지의 광학 소자들로 전송될 수 있게 한다. 도 5a 내지 도 5e 에 있어서, 도파관 부분(410(1))은 적어도 일부가 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(1))에 대략 평행하도록 배향된다. 도 5a 에 있어서, 링 공진기(ring resonator, 420)는 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(2))에 근접하게 전개된다. 도 5b 에 있어서, "위스퍼링 갤러리(whispering gallery)" 대상물(430)은 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(2))에 근접하게 전개된다. 도 5c 에 있어서, 회절 격자와 같은 격자(440)는 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(2))에 근접하게 전개된다. 도 5d 에 있어서, 광 결정(photonic crystal) 또는 광 밴드 갭 소자(photonic band gap device)와 같은 포토닉 요소(450)가 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(2))에 근접하여 전개된다. 도 5e 에 있어서, 제 1 링 공진기(420)는 슬롯(130)의 횡방향 가장자리(150(2))에 근접하여 전개된다. 제 2 의 슬롯(450)은 제 1 의 링 공진기(420) 와 제 2 의 링 공진기(470) 사이에 전개됨으로써, 도파관 부분(410)(1)내에 전파되는 광의 제 1 부분은 제 1 링 공진기(420)로 전송될 수 있고, 광의 제 2 부분은 제 2 링 공진기(470)으로 전송될 수 있으며, 역으로도 된다.

도 6 은 슬롯(130) 안으로 삽입될 수 있는 위상 조절 요소(600)의 일 구현예를 개념상으로 도시한다. 예를 들면, 위상 조절 요소(600)는 미끄럼에 의해서 슬롯(130) 안으로 삽입될 수 있고, 슬롯(130)으로부터 제거될 수 있다. 일 구현예에서, 위상 조절 요소(600)는 기판(610)을 구비하는데, 이것은 마일라(Mylar), 실리콘 및, 그와 유사한 것과 같은 물질로부터 형성될 수 있다. 개구(620)가 기판(610)내에 형성될 수 있다. 위상 조절 요소(600)가 슬롯(130) 안으로 삽입될 때 개구(620)가 실질적으로 도파관에 근접하여 위치되고 실질적으로 도파관과 정렬되도록 개구(620)는 기판(610)내에 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 전개될 때, 도파관내에서 전파되는 광의 적어도 일부는 개구(620)를 통과할 수 있다.

전기-광학적인 활성 물질이 개구(620) 내에 전개될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 다양한 구현예들에서, 전기-광학적인 활성 물질은 액정, 폴리머-분산 액정, 폴리머 안정화 액정, 상호-침투 폴리머 네트워크(inter-penetrating polymer network) 및, 그와 유사한 것일 수 있다. 다양한 대안의 구현예들에서, 슬롯(130) 안으로 도입된 위상 조절 요소(100)는 슬롯(130) 안으로 도입되었을 때 점증적으로 전기 광학적이 되는 물질을 포함한다.

본 발명의 실시에 필요하지 않을지라도, 하나 또는 그 이상의 전극(630(1-4))들이 기판(610)의 안이나 또는 그 위에 형성될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 위에서 설명된 바와 같이 분자 축을 배향시키도록 전위가 전극(630(1-4))들에 제공될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 도전성 자취부(trace, 미도시)가 클래딩 층(110) 안에 형성될 수 있어서 예를 들면 납땜에 의해서 전극(630(1-4))들에 전기적으로 결합될 수 있다. 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 보다 많거나 적은 전극(630(1-4))들이 기판(610)의 안이나 위에 형성될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 더욱이, 전극(630(1-4))들은 기판(610)상의 그 어떤 소망스러운 위치에라도 위치될 수 있다. 특히, 전극(630(1-4))들은 개구(620) 안에서 프린징 전기장의 소망되는 배향을 제공하도록 위치될 수 있다. 일 구현예에서, 전극(630(1-4))들은 도 1a 및, 도 1b 에 도시된 전극(140(1-2))을 대체할 수 있다.

본 발명은 도파관을 이용하는 장치등에서 이용될 수 있다.

Claims

소자 층의 적어도 일부에 형성된 제 1 의 광 전송 매체;

소자 층의 적어도 일부에 형성된 제 2 의 광 전송 매체; 및,

소자 층들의 적어도 일부에 형성된 슬롯으로서, 슬롯은 적어도 하나의 만곡된 가장자리를 가지고, 슬롯은 제 1 및, 제 2 의 전송 매체들에 근접하게 배치되는, 슬롯;을 구비하는 장치.
제 1 항에 있어서,

슬롯은 제로가 아닌 곡률 반경을 가진 적어도 하나의 가장자리를 가지는, 장치.
제 2 항에 있어서,

제로가 아닌 곡률 반경을 가진 적어도 하나의 가장자리는 기판의 표면에 실질적으로 평행한 평면에서 제로가 아닌(non-zero) 곡률 반경을 가진 적어도 하나의 가장자리를 가지는, 장치.
제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,

제 1 의 광 전송 매체가 도파관을 형성하는, 장치.
제 4 항에 있어서,

도파관은 슬롯의 횡방향 에지(transverse edge)에 대략 직각으로 배향되는 장치.
제 5 항에 있어서,

도파관은 대략 슬롯의 횡방향 가장자리에서 종료되는, 장치.
제 4 항에 있어서,

도파관과 슬롯은, 원하지 않는 광이 도파관내의 어느 방향으로 이동하는 것을 야기하는 반사를 감소시키도록 하는 상대 각도에서 형성된, 장치.
제 4 항에 있어서,

도파관의 적어도 일부는 슬롯의 횡방향 가장자리에 대략 평행하게 배향된, 장치.
제 1 항 내지 제 8 항의 어느 한 항에 있어서,

제 2 의 광 전송 매체는 도파관, 링 공진기, 위스퍼링 갤러리 모드 대상물, 격자가 한정된 공동(cavity), 광 결정 및, 광 밴드-갭 대상물들중 적어도 하나인, 장치.
제 1 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,

제 3 의 광 전송 매체를 더 구비하는, 장치.
제 10 항에 있어서,

제 3 의 광 전송 매체는 도파관, 링 공진기, 위스퍼링 갤러리 모드 대상물, 격자가 한정된 공동, 광 결정 및, 광 밴드-갭 대상물들중 적어도 하나인, 장치.
제 1 항 내지 제 11 항의 어느 한 항에 있어서,

슬롯은 위상 조절 요소를 수용하도록 적합화되는, 장치.
제 12 항에 있어서,

위상 조절 요소는:

위상 조절 요소가 슬롯 안으로 삽입될 수 있도록 선택된 형상을 가진 기판;

위상 조절 요소가 슬롯 안에 삽입될 때 개구가 도파관에 근접하도록 기판 안에 형성된 개구; 및,

개구내에 전개된 전기 광학적 활성 물질;을 구비하는 장치.
제 13 항에 있어서,

적어도 하나의 전극은 기판상에 전개되는, 장치.
제 14 항에 있어서,

위상 조절 요소의 기판상에 전개된 적어도 하나의 전극에 결합된 적어도 하나의 도전성 요소를 더 구비하는, 장치.
제 12 항에 있어서,

위상 조절 요소는 슬롯 안으로 도입된 전기 광학적인 활성 액체를 구비하는, 장치.
제 12 항에 있어서,

슬롯 안으로 도입된 위상 조절 요소는 슬롯 안으로 도입되었을 때 점증적으로 전기 광학적인 되는 물질을 구비하는, 장치.
제 1 항 내지 제 17 항의 어느 한 항에 있어서,

슬롯의 표면은 도입된 물질로부터 초래된 표면 처리, 상호 침투되는 폴리머 매트릭스(inter-penetrating polymer matrix), 카본 나노튜브 및, 보조 도펀트들중 적어도 하나를 제공하도록 개질되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 18 항의 어느 한 항에 있어서,

슬롯의 표면은 바람직한 분자 배향을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항 내지 제 19 항의 어느 한 항에 있어서,

슬롯에 근접하여 전개된 적어도 하나의 전극을 더 구비하고, 적어도 하나의 전극은 슬롯 안에 가변적인 전기장의 적어도 일부를 제공하도록 적합화되는, 장치.
제 20 항에 있어서,

적어도 하나의 전극은 적어도 하나의 만곡된 전극 가장자리를 가지는, 장치.
제 21 항에 있어서,

적어도 하나의 전극은 제로가 아닌 곡률 반경을 가진 적어도 하나의 전극 가장자리를 가지는, 장치.
제 22 항에 있어서,

제로가 아닌 곡률 반경을 가지는 적어도 하나의 전극 가장자리는 유전층의 표면에 실질적으로 평행한 평면에서 제로가 아닌 곡률 반경을 가진 적어도 하나의 전극 가장자리를 구비하는, 장치.
기판;

기판 위에 형성된 소자의 층;

소자 층의 적어도 일부에 형성된 도파관;

소자 층의 적어도 일부에 형성되고 소자 층의 표면에 실질적으로 평행한 평 면에서 제로가 아닌 곡률 반경을 가지는 적어도 하나의 가장자리를 가지는 슬롯으로서, 도파관 안에서 전파되는 광의 적어도 일부가 도파관으로부터 다른 전송 매체로 전송될 수 있게 하는 슬롯;

슬롯에 근접하여 전개된 적어도 하나의 전극으로서, 소자 층의 표면에 실질적으로 평행한 평면에서 제로가 아닌 곡률 반경을 가진 적어도 하나의 전극 가장자리를 가지고, 슬롯 안에 가변적인 전기장의 적어도 일부를 제공할 수 있는, 적어도 하나의 전극; 및,

슬롯 안에 전개된 위상 조절 요소;를 구비하는 장치.
제 24 항에 있어서,

위상 조절 요소는:

위상 조절 요소가 슬롯 안으로 삽입될 수 있도록 선택된 형상을 가진 기판;

위상 조절 요소가 슬롯 안에 삽입될 때 개구가 도파관에 근접하도록 기판 안에 형성된 개구; 및,

개구 안에 전개된 전기-광학적 활성 물질;을 구비하는 장치.
제 24 항 또는 제 25 항에 있어서,

적어도 하나의 전극은 위상 조절 요소의 기판상에 전개되는, 장치.
제 24 항 내지 제 26 항의 어느 한 항에 있어서,

슬롯은 도파관내에서 전파되는 광의 적어도 일부가 도파관으로부터, 도파관, 링 공진기, 위스퍼링 갤러리 모드 대상물, 격자가 한정된 공동, 광 결정(photonic crystal) 및, 광 밴드-갭 대상물들중 적어도 하나로 전송될 수 있도록 하는, 장치.
소자 층의 적어도 일부에 제 1 의 광 전송 매체를 형성하는 단계;

소자 층의 적어도 일부에 제 2 의 광 전송 매체를 형성하는 단계;

소자 층의 적어도 일부내에 슬롯을 형성하는 단계로서, 슬롯은 적어도 하나의 만곡된 가장자리를 가지며, 슬롯은 제 1 및, 제 2 의 전송 매체에 근접하여 배치되어 있는, 슬롯 형성 단계;를 구비하는 방법.
제 28 항에 있어서,

제 1 의 광 전송 매체를 형성하는 단계는 슬롯의 횡방향 가장자리에 대략 직각으로 배향된 도파관을 형성하는 것을 포함하는 방법.
제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,

슬롯을 형성하는 단계는 도파관이 슬롯의 대략 횡방향인 가장자리에 근접하게 종료되도록 슬롯을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
제 28 항에 있어서,

제 1 의 광 전송 매체를 형성하는 단계는 도파관을 형성하는 단계를 포함하 고, 도파관의 적어도 일부는 슬롯의 횡방향 가장자리에 대략 평행하게 배향되는, 방법.
제 28 항 내지 제 31 항의 어느 한 항에 있어서,

제 2 의 광 전송 매체를 형성하는 단계는 도파관, 링 공진기, 위스퍼링 갤러리 모드 대상물, 격자가 한정된 공동, 광 결정 및, 광 밴드 갭 대상물들중 적어도 하나를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
제 28 항 내지 제 32 항의 어느 한 항에 있어서,

기판 내에 제 3 의 광 전송 매체를 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 28 항 내지 제 33 항의 어느 한 항에 있어서, 슬롯 안에 전기 광학적으로 활성인 요소를 전개하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 34 항에 있어서,

슬롯 안에 전기 광학적으로 활성인 요소를 전개하는 단계는 액정 및 폴리머 분산 액정들중 적어도 하나를 슬롯 안으로 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
제 34 항에 있어서,

슬롯 안에 전기 광학적으로 활성인 요소를 전개시키는 단계는 위상 조절 요 소를 슬롯 안에 삽입하는 단계를 포함하는, 방법.
제 34 항에 있어서,

슬롯 안으로 도입된 광 매체내에 보조 도펀트, 카본 나노튜브, 상호 침투된 폴리머 매트릭스들중 적어도 하나를 형성하는 단계를 더 구비하는, 방법.
제 37 항에 있어서,

보조 도펀트, 카본 나노튜브, 상호 침투된 폴리머 매트릭스들중 적어도 하나는 슬롯의 표면으로 연장되는, 방법.
제 34 항에 있어서,

시레인, 시레인 유도체, 슬롯의 표면으로 이주하는 첨가제, 크로모포어, 안정화 작용제 및, 굴절률 개질제들중 적어도 하나를 이용하여 슬롯을 처리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 28 항 내지 제 39 항의 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 전극이 슬롯 안에 가변적인 전기장의 적어도 일부를 제공할 수 있도록 슬롯에 근접한 적어도 하나의 만곡된 가장자리를 가진 적어도 하나의 전극을 전개하는 단계를 더 구비하는, 방법.
위상 조절 시스템에서 사용되는 것이며 도파관에 근접하게 형성된 슬롯을 가지는 위상 조절 요소로서,

위상 조절 요소의 적어도 일부가 슬롯 안으로 도입될 수 있도록 선택된 형상을 가진 기판;

위상 조절 요소의 일부가 슬롯 안에 도입될 때 개구가 도파관에 근접하도록 기판 안에 형성된 개구;

개구에 근접하게 형성된 적어도 하나의 전극; 및,

개구 안에 전개된 전기 광학적으로 활성인 물질;을 구비하는 위상 조절 요소.
제 41 항에 있어서,

전기 광학적으로 활성인 물질은 액정, 초분자 어셈블리 및, 광학적으로 활성인 매체들중 적어도 하나를 포함하는, 위상 조절 요소.
제 42 항에 있어서,

전기 광학적으로 활성인 물질은 폴리머 매트릭스와 상호 침투하는 폴리머 네트워크들중 적어도 하나의 안에 배치되는, 방법.
제 43 항에 있어서,

폴리머는 카본-베이스 폴리머, 이종 분자 시스템, 실록산, 래더 실록산 (ladder siloxane), 실리콘 함유 폴리머, 덴드리머 및, 초분자 어셈블리(supramolecular assembly)들중 적어도 하나를 포함하는, 위상 조절 요소.
제 41 항에 있어서,

전기 광학적으로 활성인 물질의 굴절률은 인가된 전기장에 응답하여 가변적인, 위상 조절 요소.
제 41 항에 있어서,

전기 광학적으로 활성인 물질은 복굴절인, 위상 조절 요소.
제 46 항에 있어서,

복굴절의 전기 광학적으로 활성인 물질의 굴절률의 배향은 인가된 전기장에 응답하여 변화될 수 있는, 위상 조절 요소.
제 41 항에 있어서,

위상 조절 요소는 슬롯으로부터 제거될 수 있는, 위상 조절 요소.
위상 조절 시스템에서 사용되기 위한 것이며 도파관에 근접하게 형성된 슬롯을 가지는 위상 조절 요소를 형성하는 방법으로서:

위상 조절 요소의 적어도 일부가 슬롯 안으로 도입될 수 있도록 선택된 형상 을 가진 기판을 형성하는 단계;

위상 조절 요소가 슬롯 안에 도입되어 있을 때 개구가 도파관과 근접하도록 개구를 기판내에 형성하는 단계;

개구에 근접하게 적어도 하나의 전극을 형성하는 단계; 및,

전기 광학적으로 활성인 물질을 개구 안에 적재하는 단계;를 구비하는 위상 조절 요소를 형성하는 방법.
제 49 항에 있어서,

전기 광학적으로 활성인 물질을 적재하는 단계는 액정, 폴리머 안정화 액정 및, 폴리머 분산 액정들중 적어도 하나를 개구 안에 적재하는 단계를 포함하는, 위상 조절 요소를 형성하는 방법.
제 49 항에 있어서,

선택된 형상을 가진 기판을 형성하는 단계는 위상 조절 요소가 슬롯으로부터 제거될 수 있도록 기판을 형성하는 단계를 포함하는, 위상 조절 요소를 형성하는 방법.
제 49 항에 있어서,

기판을 형성하는 단계는 마일라(Mylar) 및 실리콘들중 적어도 하나로부터 기판을 형성하는 단계를 포함하는, 위상 조절 요소를 형성하는 방법.
제 49 항에 있어서,

적어도 하나의 전극을 형성하는 단계는 선택된 배향의 전기적인 프린징 피일드(fringing field)의 적어도 일부를 개구안에 제공할 수 있는 복수개의 전극들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 위상 조절 요소를 형성하는 방법.
제 1 항에 있어서,

첨부된 도면을 참조하여 여기에 실질적으로 설명된 장치.
제 28 항에 있어서,

첨부된 도면을 참조하여 여기에 실질적으로 설명된 방법.