KR20080005673A - 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한광필터 - Google Patents

대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한광필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광신호를 전달하기 위하여 일측단은 광신호가 입력되는 입력포트 및 다른 일측단은 광신호가 통과되는 통과포트가 형성되는 제 1 도파로와 상기 제 1 도파로의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 폐루프로 형성되며, 상기 제 1 도파로와 커플링되어 대역통과 필터로 동작하는 제 1 링공진기와 상기 제 1 링공진기의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 신호가 커플링 되도록 하부측에 상기 제 1 도파로와 평행하게 형성되어 일측단은 신호를 추가하여 입력되는 추가포트 및 다른 일측단은 신호를 출력하는 인입포트가 형성되는 제 2 도파로와 상기 제 2 도파로의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 폐루프로 형성되며, 상기 제 2 도파로와 커플링되어 대역저지 필터로 동작하는 제 2 링공진기 및 상기 제 2 링공진기의 상부층에 개방루프로 형성되며 상기 개방루프의 양끝단부를 연결하여 전류를 조절하는 가변전압기가 형성되는 전극패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 대역통과 필터와 대역저지 필터를 접목하여 대역통과 필터의 소멸비 및 대역폭을 전기적으로 조절하는 것으로써, 제 1 링공진기에 의해서 대역통과 특성을 조절하고, 제 2 링공진기에 의해서 대역저지 특성을 조절하며, 제 1 및 제 2 링공진기의 링 반경을 변화시켜 대역폭을 조절하고, 전극패턴에 전류를 인가하여 굴절률에 따른 공진파장의 변화에 의해서 소멸비를 조절할 뿐만 아니라, 전극패턴에 전류를 인가함으로써 파장 응답을 조절하는 효과가 있다.
링공진기, 대역폭, 소멸비, 커플링, 도파로, 필터

Description

대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터 {Optical Fiter with Variable Bandwidth and Extinction Ratio using the Microring Resonator}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터의 구성도
도 2는 본 발명의 도 1에 따른 제 2 링공진기와 전극패턴의 입체도
도 3a는 본 발명의 도 1에 따른 소멸비가 조절되는 경우의 전달특성을 나타낸 도면
도 3b는 본 발명의 도 1에 따른 인입포트에서 전극에 인가되는 전력에 따른 소자의 출력 세기를 나타낸 도면
도 4a는 본 발명의 도 1에 따른 대역폭이 조절되는 경우의 전달특성을 나타낸 도면
도 4b는 본 발명의 도 1에 따른 인입포트의 파장에 따른 소자의 출력 세기를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 따른 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터 제작방법을 나타낸 순서도
* 주요 도면부호에 대한 설명 *
100 : 제 1 도파로 110 : 입력포트
120 : 통과포트 200 : 제 1 링공진기
300 : 제 2 도파로 330 : 추가포트
340 : 인입포트 400 : 제 2 링공진기
500 : 전극패턴 510 : 가변전압기
본 발명은 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제 1 및 제 2 도파로가 서로 수평하게 소정의 이격거리를 갖도록 형성되고 제 1 링공진기가 제 1 및 제 2 도파로의 사이에 형성되며 제 2 링공진기가 제 2 도파로의 하부측에 형성되며, 상기 제 2 링공진기의 상부층에는 전극패턴이 형성된 광필터에 관한 것이다.
종래의 광필터는 한쌍을 이루는 두개의 도파로가 소정의 간격으로 수평하게 형성되고, 상기 두개의 도파로 사이에는 링공진기가 형성되며, 상기 두개의 도파로 사이의 링공진기 좌측면과 우측면에 두쌍의 전극, 즉 4개의 전극으로 이루어져서 4개의 전극에 전압을 인가하여 도파로의 변화에 따른 광필터의 특성을 조절하는 기 술이 있었다.
그러나, 상기 종래의 기술에 따르면, 광필터의 소멸비는 도파로 자체를 기계적으로 이동하여 링공진기의 전파손실을 변화시킴으로써 조절이 가능하였으며, 광필터의 대역폭은 광도파로와 링공진기 상호간의 결합 및 링공진기의 손실을 변하시켜 조절하였으나, 이와 같은 경우에는 광필터의 소멸비 및 대역폭 특성을 각각 독립적으로 조절하는 문제점이 수반되고, 도파로와 링공진기 상호간의 복잡한구조와 기계적 움직임으로 인한 안정성이 저하될 뿐만 아니라 구동전류가 높게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제 1 및 제 2 링공진기가 형성되고, 제 2 링공진기에 전류를 가변하는 전극패턴이 증착되어 있기 때문에, 제 1 링공진기에 의해서 대역통과 특성을 조절하고, 제 2 링공진기에 의해 대역저지 특성을 조절하며, 공진파장의 변화에 의해서 소멸비를 조절하고, 제 1 및 제 2 링공진기의 링 반경을 변화시켜 대역폭을 조절할 뿐만 아니라, 전극패턴에 전압을 인가함으로써 파장 응답을 자유롭게 조절하는 광필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터는 광신호를 전달하기 위하여 일측단은 광신호가 입력되는 입력포트 및 다른 일측단은 광신호가 통과되는 통과포트가 형성되는 제 1 도파로와 상기 제 1 도파로의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 폐루프로 형성되며, 상기 제 1 도파로와 커플링되어 대역통과 필터로 동작하는 제 1 링공진기와 상기 제 1 링공진기의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 신호가 커플링되도록 하부측에 상기 제 1 도파로와 평행하게 형성되어 일측단은 신호를 추가하여 입력되는 추가포트 및 다른 일측단은 신호를 출력하는 인입포트가 형성되는 제 2 도파로와 상기 제 2 도파로의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 폐루프로 형성되며, 상기 제 2 도파로와 커플링되어 대역저지 필터로 동작하는 제 2 링공진기 및 상기 제 2 링공진기의 상부층에 개방루프로 형성되며 상기 개방루프의 양끝단부를 연결하여 전류를 조절하는 가변전압기가 형성되는 전극패턴으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제 2 링공진기는 굴절률 변화에 따른 공진파장의 변화에 의하여 광필터의 소멸비를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 전극패턴의 상기 개방루프 양끝단부에 형성된 상기 가변전압기에 전류를 인가하여 광필터의 대역통과 특성을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제 2 링공진기는 링 반경을 변화시켜 광필터의 대역폭을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제 1 링공진기는 대역저지 필터인 제 2 링공진기에 의하여 대역통과 필터의 부엽을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 상기 제 1 및 제 2 링공진기는 폴리머, 실리 카, 전기광학 폴리머, 실리콘 및 화합물 반도체 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터의 구성도로서, 광신호를 전달하기 위하여 일측단은 광신호가 입력되는 입력포트(110) 및 다른 일측단은 광신호가 통과되는 통과포트(120)가 형성되는 제 1 도파로(100)와 상기 제 1 도파로(100)의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 폐루프로 형성되며, 상기 제 1 도파로(100)와 커플링되어 대역통과 필터로 동작하는 제 1 링공진기(200)와 상기 제 1 링공진기(200)의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 신호가 커플링 되도록 하부측에 상기 제 1 도파로(100)와 평행하게 형성되어 일측단은 신호를 추가하여 입력되는 추가포트(330) 및 다른 일측단은 신호를 출력하는 인입포트(340)가 형성되는 제 2 도파로(300)와 상기 제 2 도파로(300)의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 폐루프로 형성되며, 상기 제 2 도파로(300)와 커플링 되어 대역저지 필터로 동작하는 제 2 링공진기(400) 및 상기 제 2 링공진기(400)의 상부층에 개방루프로 형성되며 상기 개방루프의 양끝단부를 연결하여 전류를 조절하는 가변전압기(510)가 형성되는 전극패턴(500)으로 이루어진다.
보다 상세하게는, 상기 제 1 도파로(100)의 하단에 소정간격으로 이격되게 형성된 상기 제 1 링공진기(200)는 상기 제 1 링공진기(200)와 상기 제 1 도파로(100)의 간격에 의해서 소멸비가 조절되고, 상기 제 1 링공진기(100)의 길이에 의해서 공진파장이 조절되며 공진특성은 FSR(Free Spectral Range)마다 주기적으로 나타난다.
또한, 상기 FSR = c(광속) / 2 n(굴절률) L(링공진기 길이)로 나타낼 수 있다.
상기 제 1 링공진기(200)는 상기 제 1 도파로(100)에서 입사되는 광신호가 커플링 되어 상기 제 1 링공진기(200)의 폐곡선을 따라 회전하며 도파된다.
특히, 상기 제 1 링공진기(200)와 상기 제 1 도파로(200)가 커플링 되어 상기 제 2 도파로(300)에 커플링 되는 광신호는 상기 제 1 링공진기(200)의 링 반경에 의해 주어지는 공진파장 대역의 광신호 성분만을 선택적으로 통과시킴으로써, 상기 제 1 링공진기(200)는 주기적인 대역통과 필터 특성이 나타난다.
상기 제 2 도파로(300)는 일측에 추가포트(330)가 형성되고 타측에 인입포트(340)를 형성하여 상기 제 1 링공진기(200)와 소정간격으로 이격되게 형성되고 상기 제 1 링공진기(200)와 커플링 되어 광신호를 전송받는다.
상기 추가포트(330)는 상기 입력포트(110)에서 입사되는 광신호 이외의 광신호에 대해서 입력이 가능하고 해당 광신호는 상기 인입포트(340)에서 출력하게 된다.
상기 제 2 링공진기(400)는 상기 제 2 도파로(300)의 하단에 소정간격으로 이격되게 형성되어 상기 제 2 도파로(300)에서 전송되는 광신호가 폐루프로 형성된 상기 제 2 링공진기(400)의 폐곡선을 따라 회전하여 상기 인입포트(340)로 도파된다.
특히, 상기 제 2 링공진기(400)를 따라서 상기 인입포트(340)에 출력되는 광신호는 상기 제 2 링공진기(400)의 링 반경에 의해 주어지는 공진파장 대역의 광신호 성분만을 감쇠시킴으로써, 상기 제 2 링공진기(400)는 주기적인 대역저지 필터 특성을 얻는다.
따라서, 상기 인입포트(340)의 출력 특성은 상기 제 1 링공진기(200)의 대역통과 특성과 상기 제 2 링공진기(400)의 대역저지 특성이 서로 적절히 상쇄되어 결정된다.
게다가, 상기 제 1 및 제 2 링공진기(200, 400)는 특정 파장이 검출되는 것으로써, 상기 제 1 도파로(100)에 형성된 입력포트(110)에서 광신호 입사되고 상기 제 1 링공진기(200)에서 커플링이 발생할 경우에는 상기 제 1 링공진기(200)에 커플링 되어 폐곡선을 따라 회전하여 도파되며, 상기 제 2 도파로(300)에서 전송되는 광신호는 상기 제 2 링공진기(400)를 통하여 공진파장 대역의 광신호 성분만을 감쇠시켜 상기 인입포트(340)로 도파된다.
상기 전극패턴(500)은 개방루프로 형성되어 양쪽끝단에는 가변전압기(510)를 구비하며, 상기 가변전압기(510)에서 전기적인 출력파워를 변화시켜 상기 제 2 링공진기(400)에 열이 가해져서 굴절률을 변화하거나 상기 제 2 도파로(300)의 길이변화에 의해서 상기 제 2 링공진기의 공진조건을 조절할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 링공진기(200, 400)는 폴리머, 실리카, 전기광학 폴리머, 실리콘 및 화합물 반도체 중 어느 하나의 재질로 사용이 가능하다.
도 2는 본 발명의 도 1에 따른 제 2 링공진기와 전극패턴의 입체도로서, 상기 제 2 공진기의 상부층에 상기 전극패턴이 형성되는 것으로써, 상기 전극패턴(500)에 형성된 가변전압기(510)를 통하여 전기적인 출력파워를 증가시키면 상기 전극패턴(500)에서 열이 발생하게 되고, 발생된 열에 의해서 광학물질의 굴절률이 바뀌게 되며, 상기 굴절률이 바뀌게 되면 광학물질의 유효굴절률이 변하게 되어 제 2 링공진기(400)의 공진파장의 특성이 이동하게 되는 것을 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 도 1에 따른 소멸비가 조절되는 경우의 전달특성을 나타낸 도면으로서, 상기 제 1 링공진기(200)와 상기 제 2 링공진기(400)의 공진파장의 위치가 일치하는 경우에 중심 파장 에서의 출력 신호의 세기가 최소가 되며 이 때, 상기 전극패턴(500)에 인가되는 출력파워가 증가하게 되면 상기 제 2 링공진기(400)의 공진파장이 폴리머의 열광학효과에 의하여 짧은 파장 쪽으로 이동되어 상기 제 1 링공진기(200)의 공진파장과는 다르게 점점 변화됨으로써, 상기 인입포트(340)에서의 출력 신호는 점점 증가하게 된다.
도 3a에 도시된 바와 같이 전기적 신호가 인가되지 않을 때의 필터 특성은 #1이고, 전기적인 출력 파워를 증가시키면 #2, 전기적인 출력파워를 #2보다 더 증가 시키면 #3으로 단파장 대역으로 이동한다.
따라서, 대역저지 파장 특성이 #3과 같이 되는 경우에 대역통과 필터 특성이 감쇠없이 상기 인입포트(340)로 출력되어 결과적으로 상기 전극패턴(500)에 전류를 인가함으로써 특정 공진파장을 갖는 광신호에 대한 출력 세기가 전기적으로 조절된다.
도 3b는 본 발명의 도 1에 따른 인입포트에서 전극에 인가되는 전력에 따른 소자의 출력 세기를 나타낸 도면으로서, 상기 전극패턴(500)에 전압을 인가하지 않은 초기상태일 경우에 중심파장에서 상기 인입포트(340)로 출력되는 신호가 없으며, 상기 전극패턴(500)에 전류를 인가하여 전류의 세기가 점점 늘어남에 따라, 대역저지 특성이 이동하여 출력 신호가 인가해준 전기적 신호에 비례하여 증가하는 것을 알 수 있다.
도 4a는 본 발명의 도 1에 따른 대역폭이 조절되는 경우의 전달특성을 나타낸 도면으로서, 상기 제 1 링공진기(200)의 반경이 상기 제 2 링공진기(400)의 반경보다 작다고 가정하면, 상기 FSR은 제 1 링공진기(200)의 FSR이 제 2 링공진기(400)의 FSR보다 크게 되므로 상기 FSR은 링반경에 반비례하는 것을 알 수 있다.
도 4b는 본 발명의 도 1에 따른 인입포트의 파장에 따른 소자의 출력 세기를 나타낸 도면으로서, 대역저지 특성이 대역통과 특성의 양쪽에 대칭적으로 존재하게 되는 경우, 상기 인입포트(340)에서 얻어지는 전체출력 특성을 보면 대역폭이 감소되어 나타난다.
한편, 상기 제 2 링공진기(400)가 없는 경우에는 통과 대역폭이 상기 제 1 링공진기(200)에 의해서 결정되어 상대적으로 대역폭이 넓지만 상기 제 2 링공진기(400)를 도입하므로써, 상기 제 2 링공진기(400)의 반경에 의해서 FSR의 변화에 따른 통과 대역폭을 정확하게 얻을 수 있다.
따라서, 상기 제 2 링공진기(400)의 대역저지 특성의 상대적인 파장 위치는 상기 전극패턴(500)에서 인가되는 전력을 이용하여 용이하게 조절하고, 대역저지 특성이 대역통과 특성의 양쪽에 대칭적으로 존재하면 상기 인입포트에서 얻어지는 전체출력 특성이 도 4b의 도면과 같이 대역폭이 감소되어 나타난다.
또한, 부엽(sidelobe)특성은 대역저지 필터에 의한 대역통과 필터의 특성이 개선되어 이상적인 대역통과 필터 특성을 갖고, 상기 전극패턴(500)에 형성된 가변조절기(510)의 전기적인 출력파워를 변화시켜 출력 대역폭을 조절할 수 있다.
도 5는 본 발명의 따른 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터 제작방법을 나타낸 순서도이며, 실리콘 기판상에 굴절률이 낮은 폴리머를 스핀 코팅하여 하부 클래딩을 형성하는 제 1 단계(S10)와, 상기 하부 클래딩의 상부면에 포토레지스트를 도포하고 포토마스크와 좌외선 광원을 이용한 리소그래피 공정을 수행하는 제 2 단계(S20)와, 상기 리소그래피(lithography) 공정 수행 후 상기 하부 클래딩에 반응이온 식각공정을 수행하여 코어패턴인 소자패턴을 형성하는 제 3 단계(S30)와, 상기 형성된 소자패턴 상부면에 굴절률이 높은 폴리머를 스핀 코팅하여 광필터 패턴을 형성하는 제 4 단계(S40)와, 상기 광필터 패턴 상부면에 폴리머를 스핀 코팅하여 상부 클래딩을 형성하는 제 5 단계(S50) 및 상기 상부 클래딩 상부면에 상기 광필터 패턴에서 제 2 링공진기(400)를 커버하는 위치로 금 박막 전극패턴(500)을 형성하는 제 6 단계(S60)로 이루어진다.
보다 상세하게는, 실리콘 기판상에 폴리머를 스핀 코팅하고 적절하게 경화시켜 하부 클래딩을 형성하고, 상기 형성된 하부 클래딩에 포토레지스트를 도포하여 포토마스크와 자외선 광원을 이용한 리소그래피 공정을 수행하고, 상기 리소그래피 공정 이후에 반응이온 식각공정을 수행하여 코어 패턴인 소자 패턴을 상기 하부 클래딩에 형성한 후 굴절률이 높은 폴리머를 스핀 코팅하여 제 1, 제 2 도파로(100, 300), 제 1, 제 2 링공진기(200, 400)로 형성된 광필터 패턴을 형성하고, 이후에, 상기 하부 클래팅과 동일한 방법으로 상부 클래딩을 형성하고, 상기 상부 클래딩 상부면에 상기 광필터 패턴에서 제 2 링공진기를 커버하는 위치로 금 박막 전극패턴(500)을 형성하여 광필터를 완성한다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 대역통과 필터와 대역저지 필터를 접목하여 대역통과 필터의 소멸비 및 대역폭을 전기적으로 조절하는 것으로써, 제 1 링공진기에 의해서 대역통과 특성을 조절하고, 제 2 링공진기에 의해서 대역저지 특성을 조절하며, 제 1 및 제 2 링공진기의 링 반경을 변화시켜 대역폭을 조절하고, 전극패턴에 전압을 인가하여 굴절률에 따른 공진파장의 변화에 의해서 소멸비를 조절할 뿐만 아니라, 전극패턴에 전압을 인가함으로써 파장 응답을 조절하는 효 과가 있다.

Claims (6)

  1. 광신호를 전달하기 위하여 일측단은 광신호가 입력되는 입력포트 및 다른 일측단은 광신호가 통과되는 통과포트가 형성되는 제 1 도파로와;
    상기 제 1 도파로의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 폐루프로 형성되며, 상기 제 1 도파로와 커플링되어 대역통과 필터로 동작하는 제 1 링공진기와;
    상기 제 1 링공진기의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 신호가 커플링되도록 하부측에 상기 제 1 도파로와 평행하게 형성되어 일측단은 신호를 추가하여 입력되는 추가포트 및 다른 일측단은 신호를 출력하는 인입포트가 형성되는 제 2 도파로와;
    상기 제 2 도파로의 하부측에 소정의 간격으로 이격되어 폐루프로 형성되며, 상기 제 2 도파로와 커플링되어 대역저지 필터로 동작하는 제 2 링공진기; 및
    상기 제 2 링공진기의 상부층에 개방루프로 형성되며 상기 개방루프의 양끝단부를 연결하여 전류를 조절하는 가변전압기가 형성되는 전극패턴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 링공진기는 굴절률 변화에 따른 공진파장의 변화에 의하여 광필터의 소멸비를 조절하는 것을 특징으로 하는 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극패턴의 상기 개방루프 양끝단부에 형성된 상기 가변전압기에 전류를 인가하여 광필터의 대역통과 특성을 조절하는 것을 특징으로 하는 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 링공진기는 링 반경을 변화시켜 광필터의 대역폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 링공진기는 대역저지 필터인 제 2 링공진기에 의하여 대역통과 필터의 부엽을 제거하는 것을 특징으로 하는 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 링공진기는 폴리머, 실리카, 전기광학 폴리머, 실리콘 및 화합물 반도체 중 어느 하나의 재질인 것을 특징으로 하는 대역폭과 소멸비가 조절되는 마이크로링 공진기를 이용한 광필터.
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