KR20080041398A - 파장변환 장치 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강유전체 결정의 비선형 특성을 이용한 파장가변기를 제작함에 있어 광도파로 기술, 분극반전기술, 정밀가공 기술, 온도제어 기술, E-O특성에 의한 미세 광굴절 변환 기술 및 마이크로 렌즈 집적화 기술을 접목함으로써 소형, 저가격, 생산성 및 저전력 구동의 에 의한 파장변환 장치에 대한 것이다. 본 발명에 의한 파장변환 장치는 광도파로 및 주기적 분극 반전 패턴을 포함하는 비선형 매질의 강유전체 결정 기판, 상기 광도파로와 분극 반전 패턴 상의 버퍼층, 상기 강유전체 결정 기판과 버퍼층의 일 측면에 형성된 앵글 폴리싱 면, 상기 앵글 폴리싱 면 상에 형성된 코팅층, 온도제어부 그리고 서브마운트를 포함하는 비선형 칩, 광원 및 위 앵글 폴리싱 면의 반대 방향에 위치하고 상기 광원과 상기 광원 사이에 위치하는 집속 렌즈를 포함한다.

광도파로, 파장 변환, 분극 반전, 2차조화파, 앵글 폴리싱

Description

광도파로 파장 변환 장치 및 그 제작 방법{Methods and Apparatus for Manufacturing Wavelength Changing Device Having Optical Waveguide}

도 1은 종래 기술에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 2는 종래 기술에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 사시도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 4은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 파장 변환 장치의 주기적 분극반전 예 , 2차조화파 그래프 및 관련 이론식를 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 파장 변환 장치에서 입력 펌핑 광원의 파장 변환에 따른 비선형 변환 효율 그래프를 나타내는 도면,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 파장 변환 장치에서 버퍼층의 역할을 설명하는 단면도,

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 파장 변환 장치의 성능을 나타내기 위한 단면도 및 특성 그래프,

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 온도제어장치의 동작을 나타내는 도면,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치에서 편광분리기의 특징 그래프를 나타내는 도면,

도 16은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도,

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 의한 파장 변환 장치를 나타내는 단면도

이다.

본 발명은 분극반전에 의한 광도파로를 통해 2차조화파의 광파장으로 변환하는 기술에 대한 것으로서, 특히 다이오드 레이저 펌핑 광원과 광도파로 기술, 분극반전기술, 정밀가공 기술, 온도제어 기술, E-O특성에 의한 미세 광굴절 변환 기술 및 마이크로 렌즈 집적화 기술을 접목한 파장변환 기술에 대한 것이다.

LiNbO₃, KTP 또는 LiTaO₃등은 높은 전기광학, 압전 및 비선형 계수를 갖는 강유전체이다. 최근, 이러한 결정을 이용하여 주기적 분극 반전을 위한 반도체 공 정 패턴을 결정웨이퍼에 형성하고 이에 외부전계를 인가함으로써 결정내의 분극방향을 전환하는 기술이 개발되고 있다. 구체적인 예로 LiNbO₃의 분극반전 기술(periodically poled lithium niobate, PPLN)을 이용한 광 저장 소자(optical storage) 및 2차 조화파(Second Harmonic Generation, SHG)기술을 이용한 가시광선 대역의 레이저 제작 등의 연구가 진행되고 있다.

특히 분극반전된 비선형 칩을 사용한 레이저 광원 기술은 다양한 방법으로 접근이 시도되고 있다. 예를 들어 차주파수(Difference Frequency Mixig), 합주파수(Sum Frequency Mixing), 또는 광매개공진기(Optical Parametric Oscillator) 장치를 제작할 수 있다. 이 중에서도 가시광 대역의 파장 광원을 제작하기 위해서는 합주파수의 특수한 형태인 2차조화파 생성 기술이 적용이 된다. 이는 낮은 주파수를 갖는 펌핑 광원이 비선형 특성을 갖는 분극반전된 광도파에 입사된 후 변환되어 2배수의 주파수를 갖는 광원으로 변환되는 기술을 말한다. 이론적으로는 입사되는 펌핑 광원의 제곱과 비선형 칩의 길이의 제곱에 비례하여 2차조화파 광원의 파워가 결정되지만 도파 손실 및 흡수손실 및 광접속 손실 등으로 인해 100%의 변환효율을 가질 수 없게 된다. 비선형을 이용한 2차 조화파 생성 기술은 다양한 문헌에서 언급이 되고 있다.

예를 들면, 1)Tohmon, et al., "Blue Light Source Using Guided-Wave Frequency Doubler with a Diode Laser", SPIE vol. 898 Miniature Optics and Lasers(1988), pp. 70-75.

2) Feng, et al., "Enhancement of Second-Harmonic Generation in LiNbO3 Crystals With Periodic Laminar Ferroelectric Domains", Appl. Phys. Lett. 37(7) 1 Oct., 1980, pp. 607-609.

3) Jaskorzynska, et al., "Periodic Structures For Phase Matching in Second Harmonic Generation in Titanium Lithium Niobate Waveguides", SPIE vol. 651 Integrated Optical Cirquit Engineering III (1986), pp. 221-228

4) W. K. Burns, “Second Harmonic Generation in Field Poled, Quasi Phase Matched Bulk LiNbO3", IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 6(2), pp. 252-254, Feb., 1994

등이 있다.

도 1은 릴런드 스탠포드 주니어 유니버스티에서 출원한 특허의 대표도이다. 레이저 다이오드(12), 광도파로(13), Ferroelectric 결정(14)을 포함하고, 주기적인 분극 반전(21, 22)이 광도파로에 형성되어 있다. 도 1의 발명은 Ti 확산도파로를 형성하고 그 위에 주기적인 분극반전 패턴을 형성함으로써 2차조화파(SHG) 광원을 생성하는 기술에 대한 특허를 나타낸다. 도 2는 소니 코퍼레이션에서 출원한 특허의 대표도이다. 광도파로(12)는 LiNbO₃ 비선형 결정 웨이퍼 위에 TiO₂-doped-Ta2O₅ 박막필름을 증착함으로써 형성된다. 도 2에서 (10)과 같이 주기적인 분극 반전이 결정에 형성되어 있다. 주기적인 분극 반전 격자의 주기는 생성하고자 하는 2차조화파의 파장에 의해 결정이 된다. TiO₂-doped-Ta₂O₅ 박막필름의 두께와 폭을 제 어하고 도핑량에 따른 굴절률 변화(2.2~2.4)를 제어함으로써 2차 조화파 광원의 도파모드를 최적화하도록 구성되어 있다.

비선형을 이용한 파장가변 레이저 제작에 있어서 중요한 변수는 다음과 같다. 결정의 비선형 계수값, 비선형 샘플의 길이, 입력 펌핑광원의 파워, 입력 펌핑광원의 선폭, 펌핑광원과의 정렬손실, 광도파로의 모드, 또는 광도파로의 도파손실 등이 있다. 도 1에 의한 종래기술의 경우 비선형 파장가변을 위해서 Ti 확산 도파로에 의한 파장가변 광원 제작기술을 설명하고 있다. 이러한 종래기술의 경우 입력광원과 광도파로와의 손실 최적화와 장치 제작시 패키징 구조의 선택 및 소형화를 위한 구조의 개선과 같은 측면이 아직 구체화되지 못한 문제점을 갖고 있다. 소형화의 관점으로 기존 기술과 비교하면, 광도파로가 아닌 벌크옵틱스 기술을 적용하는 경우 의사위상정합 주기가 형성된 벌크결정 또는 벌크결정의 광축을 이용한 방법이 사용될 수 있다. 이 경우 수 W의 높은 출력을 갖는 펌핑 광원을 적용해야만 비선형 변환효율을 얻을 수 있다. 이 경우 비선형 칩 제작단가와 그 크기에 비해 펌핑 광원 자체의 가격과 크기가 상대적으로 훨씬 큰 문제점이 있다. 이로 인해 소형, 경량 및 저가격의 파장가변 레이저를 제작할 수가 없다.

특히, 레이저를 이용한 소형 디스플레이를 구현하기 위해서는 저가의 녹색, 적색 및 청색 광원을 필요로 한다. 아직 기존의 기술로는 적색을 제외하고는 가격 경쟁력이 있는 광원을 제작한 사례가 없다. 특히, 녹색 광원의 경우 다이오드 펌핑에 의한 레이저광원 기술(Diode Pumped Solid State Laer)이 있으나 광변조기술을 적용함에 있어서 문제점을 갖고 있다. 즉, 디스플레이용 레이저 광원은 수 MHz 이 상의 광변조기술을 적용해야 하나 종래의 기술로는 이를 구현하기 어렵다.

본 발명의 목적은 다이오드 레이저 펌핑 광원과 광도파로 기술, 분극반전기술, 정밀가공 기술, 온도제어 기술, E-O특성에 의한 미세 광굴절 변환 기술 및 마이크로 렌즈 집적화 기술을 접목함으로써 소형, 경량 및 저전력 소비의 파장변환 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 파장변환 장치는 광도파로 및 주기적 분극 반전 패턴을 포함하는 비선형 매질의 강유전체 결정 기판, 상기 광도파로와 분극 반전 패턴 상의 버퍼층, 상기 강유전체 결정 기판과 버퍼층의 일 측면에 형성된 앵글 폴리싱 면, 상기 앵글 폴리싱 면 상에 형성된 코팅층, 온도제어부 그리고 서브마운트를 포함하는 비선형 칩, 광원 및 위 앵글 폴리싱 면의 반대 방향에 위치하고 상기 광원과 상기 광원 사이에 위치하는 집속 렌즈를 포함한다.

본 발명에 의한 파장변환 장치는 2차조화파를 시준화 할 수 있는 마이크로 렌즈를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하도록 한다.

본 발명의 일실시예에 의한 파장변환 장치가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 먼저 입력 평핑 광원(1)에서 펌핑 광원이 집속렌즈(3)에 의해 집속되어 비선형 칩(6)에 입사된다. 비선형 칩(6)에 입사된 펌핑 광원은 광도파로를 따라 진행하게 되고, 이에 따라 2차조화파가 발생하여 펌핑 광원과 함께 광도파로를 따라 진행한다. 코팅층(8)에 도달한 두 가지 파장의 광원 중 2차조화파 광원(λ₂)은 코팅층(8)에서 반사되고, 펌핑 광원(λ)은 코팅층(8)에서 반사되지 않고 그대로 진행하게 된다. 코팅층(8)에서 반사된 2차조화파 광원(λ₂)은 마이크로 렌즈(10)에 의해 시준화되어 외부로 사출된다.

입력 펌핑 광원(1)은 칩으로 제작된 다이오드 레이저 광원이 가장 바람직하나 Diode Pumped Solid State Laser, 기체, 고체 및 액체 레이저와 같은 다양한 방법으로 제작된 광원이 적용될 수 있다. 서브마운트는 실리콘을 사용하는 것이 바람직하나 Thermal Conductor로 AlN 또는 SiC와 같은 다양한 재료가 적용될 수 있다. 서브마운트는 2종 이상의 재료로 구성이 되어질 수도 있으며 이때 열전도체(Thermal Conductor)와 열배리어(Thermal Barrier)의 조합으로 구성이 될 수도 있다. 여기서 열배리어로는 ZrO₂등이 사용될 수 있다.

펌핑 광원(1)에서 출사된 빔을 비선형 변환칩의 광도파로(5)에 집속하기 위해 렌즈(3)가 사용된다. 렌즈는 하나 또는 여러 렌즈의 조합으로 적용할 수 있다. 이러한 렌즈는 구면, 비구면, 볼, GI(Gradient Index) 렌즈 등과 같은 다양한 벌크 렌즈가 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 제안한 바와 같이 마이크로 렌즈 또는 마이크로 렌즈와 렌즈파이버(Lensed Fiber)를 동시 적용할 수도 있다.

비선형 칩에 적용된 강유전체 결정은 Mg이 도핑된 MgO:LiNbO₃가 바람직하나 LiNbO₃, LiTaO₃, Zn:LiNbO₃ 및 KTiOPO₄ 등이 적용될 수 있다.

광도파로는 리지(Ridge) 구조로 제작되는 것이 바람직하나 확산 도파로, Proton Exchange 도파로, Rib, Trench 또는 Slab 도파로 구조로 제작될 수도 있다.

버퍼층(4)은 후술하는 강유전체 기판의 앵글 폴리싱 정밀 가공 작업시 모서리 부에 있는 도파로 부분이 물리적으로 손상을 입는 것을 방지하기 위해 사용이 되었으며 일반적인 증착법에 의해 형성될 수 있다. 버퍼층(4)은 TiO₂, ZnS, SiO₂, Ta₂O₅, Al₂O₃, SiN 및 Nb₂O₅ 등의 다양한 재료가 사용될 수 있다.

본 실시예에서는 강유전체 기판의 앵글 폴리싱 된 면에 형성되는 코팅층(8)은 펌핑광원(1)에 대하여는 무반사이고, 비선형 칩에 의해 생성되는 파장(2차조화파)의 광원에 대하여는 고반사인 것이 바람직하다. 다른 실시예에서 코팅층(8)의 특성은 달리 적용될 수 있다.

앵글 폴리싱 된 면에서 반사된 2차조화파 파장의 광원을 시준화(Collimation)하기 위해 마이크로 렌즈(10)과 기판(9)이 버퍼층(4) 위에 부착된다. 이때, 마이크로 렌즈는 별도의 기판 웨이퍼에 제작된 후 기능성 광학 코팅과 최종 가공 공정을 거친 후 비선형 칩(6)의 버퍼층(4)에 부착되는 것이 바람직하다.

마이크로 렌즈(10)는 글래스 또는 2차조화파 파장에 대하여 흡수 손실이 없는 투명한 재질을 가지는 별도의 기판에 감광제와 같은 폴리머를 코팅하고 사진식각공정을 행한 후 열처리를 하고 이에 다시 건식 식각 작업을 하여 미세 곡면 형상을 패터닝하는 기술로서 제작하는 것이 바람직하나 이와 달리 Hot 엠보싱, UV 엠보 싱등과 같은 금형 가공 방법을 적용한 다양한 방법으로 제작이 되어질 수도 있다. 마이크로 렌즈의 곡률반경과 초점거리와 같은 설계 변수는 2차조화파 파장의 광원을 시준화 함에 있어 그 특성이 우수하도록 공정이 최적화되어야 한다. 또한, 마이크로 렌즈를 적용하는 방법은 본 발명에서 제안한 다양한 실시예에 따라 달리 적용될 수 있다.

비선형 칩(6)에는 서브마운트(Sub Mount)와 열전 소자(Thermal Electric Cooler) 또는 박막 저항 히터와 같은 온도제어부도 포함된다. 서브마운트에는 강유전체 기판 및 온도제어부 등이 장착되며, 온도제어부는 강유전체 기판의 온도를 제어하는 역할을 한다. 서브마운트는 실리콘을 사용하는 것이 바람직하나 열전도체(Thermal Conductor)인 AlN 또는 SiC와 같은 다양한 재료가 사용될 수 있다. 또한, 서브마운트는 두 종류 이상의 재료로 구성이 되어 질 수 있으며 이때 열전도체(Thermal Conductor)와 열배리어(Thermal Barrier)의 조합으로 구성될 수도 있다. 열배리어(Thermal Barrier)로서는 ZrO₂등이 사용될 수 있다.

일반적으로 펌핑광원(1)을 다이오드 레이저로 적용할 경우 여기서 출사되는 광은 TE모드로 되어 있다. Z-Cut의 LiNbO₃와 같은 비선형 결정을 사용하여 비선형 칩(6)을 제작하면 입력광원은 TM모드로 되어야 한다. 따라서, 도 3의 A-A` 단면도에서와 같이 다이오드 레이저를 수직하게 세우거나 또는 이와 반대로 비선형칩 자체를 수직으로 세워야 한다. 또는 도 4에서와 같이 복굴절 광소자(21)을 적용하여 다이오드 레이저에서 출사된 TE모드 편광을 TM모드 편광으로 바꾸는 방법을 적용할 수도 있다.

비선형 광결정은 웨이퍼 절단축에 따라 X, Y, Z-cut 또는 임의의 축이 될 수 있으며, 이에 따라 주기적인 분극 방향을 형성하는 축이 도 3과 달리 수직한 방향으로 형성이 될 수도 있다. 이렇게 비선형 광결정의 축을 달리하는 경우에는 그에 맞추어 펌핑광원(1)의 편광 방향도 맞추어야 한다.

비선형을 이용한 파장가변기는 복굴절을 이용하거나 본 발명에서와 같이 주기적 분극반전을 이용하는 방법이 주로 사용된다. 파장가변기의 의사위상정합 주기는 생성할 목표 파장과 파장가변기에 적용되는 온도 및 입력 펌핑 광원의 파장을 적용하여 결정된다. 의사위상정합(Quasi Phase Matching) 주기의 결정은 간략하게 다음의 1)과 2)식에 의해 결정될 수 있다.

1)

2)

여기서 n은 굴절률, λp는 펌핑광원의 파장, λs는 시그널 광원의 파장, λi는 아이들러 광원의 파장, ∧g는 분극반전 주기, m은 의사위상정합 차수 및 △k는 위상차를 나타낸다. 여기서, 2차조화파 생성의 경우 λs와 λi가 같은 파장을 갖고 있으며 이 파장을 입력 펌핑광원으로 사용하여 λp의 새로운 파장을 생성하는 특수 한 경우에 해당된다. 이를 Second Harmonic Generation이라 통칭한다.

입력 펌핑광원이 비선형 칩을 통과하면서 새로운 파장으로 생성이 될 경우 그 변환효율을 높이는 것이 중요하다. 비선형 칩을 이용한 이차조화파생성시의 그 변환효율(P2ω/Pω)은 비선형계수의 제곱, 비선형 칩의 길이의 제곱 및 입력 펌핑광원의 파워에 비례하는 특성을 갖고 있으며, 비선형 칩을 지나는 광원의 직경의 제곱에 반비례하는 특성을 갖고 있다. 따라서 광도파로를 이용한 파장가변기를 제작할 경우 광원이 지나는 통로를 수마이크로의 치수로 조절함으로써 파장가변 변환효율(P2ω/Pω)을 극대화할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에서 목적으로 하는 소형이면서도 저가격의 2차 조화파 광원 레이저를 제작할 수 있다. 도 5는 주기적 분극반전을 나타낸 예시와 입력펌핑광원이 진행함에 따라 생성되는 2차조화파 광원의 파워 증가 그래프 및 이러한 물리적 현상을 설명하는 이론식을 나타내고 있다.

주기적 분극반전 폭을 결정하는 Lc가 ∧/2의 홀수배이면 2차조화파가 생성이 되고 짝수배이면 2차조화파가 생성되지 않음을 그래프에서 볼 수 있다. 또한, Lc가 ∧/2(즉, m=1)일 때 가장 변환효율이 높음을 알 수 있다. 여기서 Perfect Phase Matching곡선은 QPM이 아닌 복굴적의 광축을 이용하는 방법에서 적용되는 경우이나 이 경우에는 비선형 계수인 d33값이 QPM에서 적용되는 방법에 비해 현저히 낮은 값을 갖고 있다. 따라서, 그래프에서 비선형 변환 효율은 높아 보이나 실제 적용에 있어서는 QPM방법보다 그 변환효율이 작게 된다.

도 3에 있는 파장 변환 장치의 제조 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다. 상세 제작방법을 설명함에 있어서는 강유전체 기판중 Z-cut MgO:LiNbO3를 예로 선 택하였다. 또한, 입력 펌핑광원으로는 다이오드 레이저를 적용하고 광도파로는 Ridge 구조를 적용하였다.

1) 강유전체 기판에 광도파로 제작과 주기적 분극 반전

강유전체 기판 상부에 시드층(Seed layer)과 감광막을 순차적으로 형성하고, 그 후, 사진 식각공정을 수행하여 감광막 패턴을 형성한다. 감광막 패턴사이 공간에 보호층인 Ni막을 형성하고, 감광막 패턴을 제거한다. 강유전체 기판 상부에는 기판 식각을 위한 마스크 역할을 수행할 보호층인 Ni막만 남게 된다.

상기 금속 마스크가 제작된 강유전체 기판을 건식 또는 습식식각방법을 통해 약 1-10 um의 깊이로 식각한다. 강유전체의 식각되지 않은 면 위에 금속전극을 형성한 후 외부전계를 전극에 인가해 주기적 분극 반전을 수행한다. 다른 방법으로는 기판의 식각 면 위에 감광제와 같은 유기물을 패터닝한 후 LiCl 과 같은 전도성 용액을 이용한 외부전계의 인가를 통해 분극 반전시킬 수 있다.

광도파로가 기판의 표면에 형성되어지므로 표면에 식각되어진 요철을 가지고 있다면 광 도파로에 손상을 주어 소자로써 이용이 불가능하기 때문에 각 기판의 요철 부위를 제거해 주어야 한다. 상세한 방법은 준비된 기판을 세라믹으로 이루어진 원형지그 면 위에 기판을 열 왁스를 이용하여 부착한다. 이때 부착된 기판과 세라믹 지그는 균일한 연마를 위해 1 ~ 3um 미만의 평탄도를 가지고 있어야 하며, 래핑 머신과 화학적 기계연마기를 이용하여 부착된 기판을 연마한다. 이렇게 준비된 기판을 세척 공정을 수행해 줌으로써 완성된 주기적 분극 도메인 반전 기판을 얻을 수 있다.

z-축 강유전체 결정에서의 Ridge 형태의 광 도파로 제작은 다음과 같다. 상기 설명에서 제작된 연마가 완료된 기판을 이용하여 건식식각공정으로 도파관이 형성된 z-축 기판을 제작한다. 주기적 분극 반전 구조가 형성된 강유전체 기판을 식각하기 위해서 플로린(fluorine)을 기본으로 하는 가스, 수소 및 불활성 가스의 혼합가스를 이용하여 식각공정 또는 HF 솔루션을 이용한 습식식각을 진행한다. 식각공정에 필요한 마스크의 소재로는 Ni, Ti, Cr, 감광제 등을 사용할 수 있으며 습식식각의 경우 감광제를 이용한다. 주기적 분극 강유전체 기판 위에 식각을 위한 마스크가 제작되면 약 3 ~ 15 마이크로의 깊이로 식각 공정을 수행한다. 식각된 강유전체는 측면 각도가 약 75° ~ 85° 정도이며, 밑면이 넓고 윗면이 좁은 사다리꼴 형상의 광도파로가 형성이 된다.

이렇게 도파로가 형성된 기판에 강유전체 기판과 동일한 소재이거나 굴절률이 낮은 glass계 더미기판을 접합할 수 있다. 더미기판 위에 스핀 코팅 등을 이용하여 UV 또는 열처리에 의하여 경화되는 경화성 에폭시 또는 왁스를 도포하거나 또는 직접 direct bonding을 수행한다. 더미 기판 상에 에폭시 또는 왁스가 도포되면 강유전체 기판상에 식각된 면을 더미기판에 접합시킨 후 자외선이나 열을 이용하여 두 기판의 접합면을 경화시키며 direct bonding을 수행할 경우는 기판을 붙인 후 열처리하여 결합력을 증대시킨다. 이때 두 기판 사이의 간격이 균일해야 하며, 기판 사이에 이물질이나 공공과 같은 결함은 사전에 제거해 주어야 한다.

2) 입력 펌핑광원 준비 공정

입력 펌핑광원인 다이오드 칩을 서브마운트(Sub Mount)와 정렬하여 접합한다. 이때 접합방법은 솔더링을 적용함이 가장 바람직하다. AuSn 솔더범프를 서브마운트에 증착하고 패터닝한 후 다이오드 칩을 솔더범프 패턴과 정렬 접합한 후 초음파 또는 금속 저항 판히터 등과 같은 방법을 사용하여 열을 가하여 접합한다. 다이오드 레이저가 접합된 서브마운트에 온도제어부인 열전 소자(Thermal Electric Cooler)와 접합하여 준비 공정을 완료한다. 이때, 서브마운트와 온도 제어부는 솔더로 접합함이 가장 바람직하다. 이경우 온도 제어부로서 열전 소자(TEC) 대신 박막 저항 히터를 사용할 수도 있다. 박막 저항 히터를 사용하는 경우에는 박막 저항 히터를 서브마운트에 증착하고 그 위에 전기배리어(Electric Barrier)와 열전도체(Thermal Conductor)역할을 하는 버퍼층을 형성한 후 그 위에 상기에서 설명한 바와 같이 솔더범프 패턴을 형성하여 다이오드 칩을 접합하여 온도 제어부를 구성하는 방법을 적용한다.

입력 펌핑 광원의 파장특성을 제어하기 위해 온도 제어가 필요하며 입력 펌핑 광원의 파장 변환에 따른 비선형 변환 효율 그래프를 도 6에 나타내었다. 입력 펌핑 광원의 파장이 중심으로부터 0.1nm 벗어나게 되면 대략 50%의 비선형 변환효율 감소가 있다는 것을 그래프로 알 수 있다. 따라서, 입력 펌핑 광원의 파장이 움직이지 않도록 온도 제어를 해야함을 알 수 있다.

3) 비선형 칩 단면 폴리싱, 광학 박막 코팅, 마이크로 렌즈 접합 및 준비공정

비선형 칩에 버퍼층(4)을 형성한 후 비선형 칩의 측면을 폴리싱한다. 강유전체 결정내 형성된 광도파로는 비선형 칩 단면의 모서리에 위치하고 있으며, 이로 인해 단면 폴리싱 공정 작업시 도파로가 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위해 버퍼층(4)를 형성함으로써 폴리싱 작업에 의한 도파로 면의 손상을 방지할 수 있다. 도 7은 폴리싱 작업에 의한 단면 손상의 예를 나타내는 그림이다. 그림과 같이 버퍼층을 형성함으로써 단면 폴리싱 작업시 모서리 부의 부서짐으로 인해 광도파로가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이때 버퍼층(4)는 TiO₂, ZnS, SiO₂, Ta₂O₅, Al₂O₃, SiN 및 Nb₂O₅ 등의 다양한 재료가 사용될 수 있다.

비선형 칩의 광도파로를 진행하여 출사되는 빛은 최종 끝단에서 2개의 파장을 갖고 있다. 하나는 입력 펌핑 광원이며 또 하나는 비선형 변환에 의해 파장가변된 광원이다. 따라서, 파장변환된 2차조화파 파장을 손실없이 원하는 방향으로 출사시키기 위해서는 광학 박막 코팅을 필요로 한다. 도 3과 같이 45도 앵글을 갖는 폴리싱 단면에 2차조화파에 대해서는 고반사이고 입력 펌핑광원에 대해서는 무반사 인 코팅층(8)을 제작할 수 있다.

비선형 칩에서 출사되는 파장가변 광원, 예를 들어 2차조화파는 디스플레이와 같은 제품에 활용되기 위해 시준화되어야 하며 이를 위해서는 렌즈가 구성되어야 한다. 본 발명에서는 이를 위해 마이크로 렌즈(10)을 도 3과 같이 적용하였다. 마이크로 렌즈는 반도체 공정에 의해 대량 생산이 가능하므로 비선형 광원 제품의 제작 단가를 낮추는 효과를 갖게 된다. 또한, 반도체 공정에 의해 제작된 마이크로 렌즈는 마이크로 정도의 치수제어가 가능하므로 별도의 광 정렬 작업없이 Alignment Key를 사용하여 지정된 위치에 이동함으로써 생산비용과 시간을 절감하는 효과를 갖게 된다. 간단한 비전 시스템과 지그를 이용하면 자동화 공정도 가능하게 된다. 이를 통해 인건비 절감 효과까지 얻을 수 있다. 마이크로 렌즈는 앞에서 설명한 바와 같이 별도의 기판 웨이퍼에 제작된 후 기능성 광학 코팅과 최종 가공 공정을 거친 후 비선형 칩(6)의 버퍼층(4) 상에 부착되며, 이때 광투과성 에폭시 또는 2차조화파 광진행 경로를 방해하지 않는 외곽에 형성된 솔더범프와 Au메탈층을 이용하여 버퍼층(4)와 기판층(9)를 접합하는 것이 가장 바람직하다.

마이크로 렌즈를 적용한 출사광 시준화 설계시 여러층의 서로 다른 물질을 2차조화파 광이 진행함에 따른 광손실을 고려하여야 한다. 도 8은 2차조화파 광원이 코팅층(8)에 반사된 이후에 여러층을 진행함에 따른 투과손실 그래프를 나타낸다. 여기서, 4층의 구조를 고려하였으며 마지막 글래스와 Air층은 2차조화파에 대하여 무반사 코팅을 적용하는 것으로 가정하였다. 광도파로(5)를 LN으로 적용하고 버퍼층(4)은 LN보다 다소 높거나 낮은 굴절률을 갖는 TiO₂와 Ta₂O₅ 두가지 경우를 적용하고 마이크로 렌즈 기판(9)과 버퍼층(4) 사이에 에폭시 또는 인덱스 매칭 오일을 적용하고 마이크로 렌즈 기판(9)는 글래스를 적용할 경우의 투과 손실 그래프를 설계하였다. 도 8에서와 같이 모든 경우에서 95%이상의 투과율을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있으며, 본딩 에폭시 또는 인덱스 매칭 오일의 두께를 최소화 함에 따라 손실 변화정도를 최소화할 수 있다을 알 수 있다. 상기의 설계는 최적화되지 않은 굴절률을 적용한 결과이며 특정한 굴절률을 적용하여 제작시 투과 손실을 더욱 최소화할 수 있다.

상기의 과정을 통해 제작된 강유전체 기판은 앞에서 준비한 서브마운트(Sub Mount)와 정렬하여 접합한다. 이때 접합방법은 솔더링을 적용함이 가장 바람직하다. AuSn 솔더범프를 서브마운트에 증착하고 패터닝한 후 제작된 비선형 칩을 솔더범프 패턴과 정렬 접합한 후 초음파 또는 금속 저항 판히터등과 같은 방법을 사용하여 열을 가하여 접합한다.

4) 입력 펌핑 광원과 비선형 칩과의 정렬 및 시스템 특성

펌핑광원(1)에서 출사된 빔을 비선형 변환칩의 광도파로(5)에 손실을 최소화하여 집속하기 위해 렌즈(3)의 최적화와 정렬작업을 필요로 한다. 이때, 렌즈의 최적화는 앞서 설명한 바와 같다. 펌핑광원의 출사광을 렌즈로 수광하고 이를 광도파로에 집속하기 위한 초기 정렬 위치는 서브마운트와 반도체 공정의 Alignment Key 기법과 접합기술을 적용하여 최적화될 수 있다. 그후, 펌핑광원의 출사광이 비선형 칩에 최적으로 집속이 되기 위해 광이 진행하는 횡방향으로 2축정렬을 함으로써 정렬작업이 종료된다. 그 후 정렬위치를 고정하기 위해 에폭시 본딩, 솔더 접합 또는 레이저 웰딩과 같은 기술이 적용될 수 있다.

최종 제작 작업을 마친 제품은 도 9와 같은 시스템 제어 구성도를 따라 특성 평가가 이루어 진다. 펌핑광원부는 전류, 온도, 출사광의 파워 및 변조의 특성을 제어하고 그 특성을 평가하며 비선형 QPM 칩 제어부는 전압 및 온도를 제어하고 그 특성을 평가한다. 최종적으로 비선형 칩에서 출사되는 광을 측정하여 모니터링 하고 이 결과를 다시 펌핑광원부와 비선형 QPM 칩 제어부에 피드백하여 실시간 제어를 함으로써 최종 특성 평가가 이루어진다.

앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 앞서 설명한 본 발명의 일실시예 이외의 다른 실시예에 대해서 설명하도록 한다.

(실시예 1)

도 10은 비선형 칩에서 출사되는 파장가변 광원, 예를 들어 2차조화파는 디스플레이와 같은 제품에 활용되기 위해 시준화되어야 하며 이를 위해서는 렌즈가 구성되어야 함은 앞에서 설명한 바와 같다. 본 발명에서는 이를 위해 마이크로 렌즈와 그 기판(31)을 도 10과 같이 적용하였다. 마이크로 렌즈를 적용한 장점은 앞 에서 설명한 바와 같다. 도 10에서와 같이 마이크로 렌즈를 위치하기 위해서는 코팅면(32)를 필요로 한다. 즉, 코팅면(32)에 그림과 같이 약간의 Wedge 앵글을 갖도록 폴리싱하고 이 면에 펌핑광원에 대하여 고반사 코팅과 2차조화파 광원에 대하여 무반사 코팅을 함으로 제작된다. Wedge 앵글은 마이크로 렌즈 기판이 아니라 비선형 칩의 출사단면에 적용될 수도 있다. 마이크로 렌즈의 제작과 그 특성에 관한 설명은 상기에서 설명한 바와 같다.

(실시예 2)

도 11은 본 발명의 구성에 대한 설명에서 기술한 바와 같이 Z-cut MgO:LiNbO₃를 예로 선택하고 입력 펌핑광원으로는 다이오드 레이저를 적용하고 광도파로로는 Ridge 구조 41, 42, 43을 적용할 경우의 예를 나타낸다. 이의 제작과정과 그 특성에 관한 설명은 상기에서 설명한 바와 같다.

(실시예 3)

도 12는 예를 들어 입력 펌핑광원과 비선형 칩에 의해 생성된 2차조화파 광원을 강유전체 기판의 끝단면 코팅층(53)에서 두 파장을 모두 반사시켜 2번 비선형 칩을 통과하여 파장변환이 이루어지도록 하는 특징을 갖고 있다. 코팅층(53)은 수직으로 단면 폴리싱 작업을 한 후 두 파장에 대하여 모두 고반사인 코팅을 하여 제작된다. 이 구조의 경우에도 Z-cut MgO:LiNbO₃를 예로 선택하고 입력 펌핑광원으로는 다이오드 레이저를 적용하여 파장 가변 장치 제작하는 경우에 대한 예시를 나타낸다. 이 구조의 또 다른 특징은 입력 펌핑광원이 반사되어 다시 다이오드 칩으로 들어가지 못하도록 편광분리기(51)과 패러데이 로테이터(Faraday Rotator)(52)를 구성한 것이다. 편광방향을 광이 진행하는 횡방향에 따라 도 12의 아래에 표시하였다. 순방향 진행은 실선으로 표기하고 역방향 진행은 점선으로 표기하였다. 순방향 진행시 다이오드 칩에서 나온 광은 TE 모드이며 이는 편광분리기(51)를 투과하여 패러데이 로테이터(52)를 지나면서 45도 편광방향이 돌아가게 된다. 45도 편광방향이 비선형 칩의 분극방향과 일치하도록 서브마운트(7)을 가공하여 강유전체 기판이 45도 경사를 갖도록 하였다. 비선형 칩을 지나 코팅층(53)에서 반사된 두 광원은 역방향으로 진행하게 된다. 역방향으로 진행된 광원은 패러데이 로테이터(52)를 지나면서 다시 45도 편광방향이 돌아가게 되며 이로 인해 편광분리기(51)에 입사될 때의 편광방향이 펌핑 광원에서 출사된 편광방향과 수직하게 된다. 편광분리기(51)는 TM모드는 반사하고 TE모드는 투과하는 특성을 갖고 있다. 편광분리기(51)에서 반사된 두 광원을 다시 파장분할 필터를 사용하여 2차조화파만을 필터링한다. 이때, 편광분리기는 편광방향에 따른 복굴절 현상 또는 복굴절 결정의 Wedge를 적용한 빔위치변환(Beam Displacement) 방법을 적용하여 구성될 수도 있다. 이와 같이 비선형 칩을 두 번 진행하게 되면 도 5의 수식에서 설명한 바와 같이 비선형 변환 효율을 결정하는 길이가 2배가 되며 이로 인해 그 효율은 4배가 되게 된다. 즉, 목표파워를 갖는 2차조화파 생성에 있어서 최종 제품의 크기를 1/2로 줄이거나 동일한 칩 길이에서 입력광원의 파워를 1/2로 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 결과적으로 소형화의 장점 또는 저전력 구동의 장점을 선택할 수 있는 특징을 갖는 구조이다.

(실시예 4)

도 13은 실시예 3에서 설명한 바와 동일한 구조와 제작방법을 갖고 있으나 그림에서와 같이 일반 벌크렌즈를 적용하지 않고 마이크로 렌즈(61, 62)를 적용하여 장치를 구현하는 예를 나타낸다. 이를 통해 더욱더 소형화가 가능하고 저가격과 저전력 소모의 장치 제작이 가능하다.

(실시예 5)

도 14는 실시예 4에서 설명한 바와 동일한 구조와 제작방법을 갖고 있으나 그림에서와 같이 편광분리기(71)을 광학 박막필터 만으로 구성한 예를 나타낸다. 광학 박막필터(71)의 면 S1과 S2는 그림에서 설명한 바와 같은 설계 특성을 갖고 있다. 즉, S1의 경우 P-Polarization 펌핑광원에 대하여 무반사율을 갖고 S-Polarization 펌핑광원에 대하여 고반사율 특성을 갖고 있다. 또한, S2의 경우 S-Polarization 2차조화파 광원에 대해 고반사율을 갖고 S-Polarization 펌핑광원에 대하여 무반사율을 갖는 특성을 갖고 있다. 이러한 특성을 갖는 광학 박막필터(71)의 S1면에 대한 설계 예를 도 15에 나타내었다. 고굴절률 물질로 Ta₂O₅를 적용, 저굴절률 물질로 SiO₂를 적용, 중심파장을 1064nm로 적용하고 입사각도를 51도로 적용하였을 경우의 설계 예를 나타낸다. 코팅층 설계(Layer Design)는 도 14에서 표기한 바와 같다. 그래프는 반사율에 대하여 나타낸 결과이다. P-Polarization 펌핑광원에 대하여 무반사율을 갖고 S-Polarization 펌핑광원에 대하여 고반사율 특성을 갖는 편광필터 제작이 가능함을 알 수 있다. 이러한 광학 필터를 적용함으로써 더욱더 소형화와 저가격화가 가능하다.

(실시예 6)

도 16은 본 발명에서 설명한 도 3과 4의 구조와 상기에서 설명한 다른 실시예 1-5 및 7-8의 모든 구조에 적용가능한 E-O특성에 의한 미세 광굴절 변환 기술을 적용하는 사례를 나타낸다. 비선형 변환효율이 좋은 특성을 갖는 광결정은 E-O 특성이 좋은 특성도 갖는다. 이러한 E-O특성을 이용하면 미세 광굴절 변환 효과를 제어할 수 있게 된다. 이러한 특성은 앞에서 설명한 위상정합 조건식의 변수에 적용되는 굴절률 값에 변화를 주게 되며 따라서 위상정합조건을 만족하는 펌핑광원의 파장으로 미세 튜닝이 가능하도록 한다. 이러한 E-O 특성을 구현하기 위해 2가지 방법으로 전극을 구성할 수 있다. 첫번째 전극 배열(81)로써 전계를 가하는 구조는 분극반전영역에서 동일하게 굴절률이 증가하거나 감소하는 효과를 갖는다. 또한, 두번째 전극 배열(82)로써 전계를 가하는 구조는 서로 다른 분극반전 영역에서 서로 다른 방향으로 굴절률 변화를 갖는다. 즉, 분극 방향에 따라 한쪽은 굴절률이 증가하고 또 다른 쪽은 굴절률이 감소하는 효과를 갖게 된다. 이러한 미세 굴절률 변환 기술을 적용함으로써 펌핑광원의 파장변환에 따른 2차 조화파 광원의 출력변화를 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있다.

(실시예 7)

도 17은 마이크로 렌즈와 렌즈파이버(Lensed Fiber) 및 파이버 브래그 그레이팅(Fiber Bragg Grating)을 동시 적용하는 방법을 적용시 제작 예를 나타낸다. 렌즈파이버는 LD 패키징에 오래전부터 적용되어 온 방법으로 다양한 방법으로 제작이 가능하다. 싱글모드 파이버에 마이크로 렌즈를 적용하는 방법, 코아와 클래드가 같이 줄어드는 타입, 클래드만 직경의 변화를 주고 끝단을 구면 또는 비구면 처리하는 타입 및 파이버 단면에 Wedge를 형성하는 방법등이 있다. 또한, Gradient Index fiber를 끝단에 적용하고 이에 싱글모드 파이버를 접합하는 방법과 구면의 렌즈를 적용하고 이를 코아확장된 싱글모드파이버와 접합하는 방법등이 적용될 수 있다. 이러한 렌즈 파이버(91)을 적용하여 다이오드 칩에서 출사되는 광을 집속할 경우 80-90%의 수광 특성을 얻을 수 있다. 일반적인 렌즈 수광에 의해서는 50-60%의 수광 특성밖에 얻을 수 없으며 이를 감안하면 렌즈 파이버를 적용시 수광 특성을 상당히 개선할 수 있다을 알 수 있다. 이 구조의 또 다른 장점은 정렬작업을 쉽게 할 수 있다는 것이다.

도 17에서 F-F` 단면도와 같이 서브마운트에 렌즈파이버 장착을 위한 안착부를 가공하고 이를 덮개(92)를 사용하여 고정할 수 있다. 이때, 다이오드 칩 또는 렌즈파이버 장착부 둘 중에 하나는 미세 정렬을 추가로 필요로 한다.

도 17에서 도면부호 93은 렌즈파이버에 파이버 브래그 그레이팅(Fiber Bragg Grating)을 적용한 예를 나타낸다. SHG 비선형 변환 효율을 증대시키기 위해서는 좁은 선폭의 LD를 필요로 하며 이는 좁은 선폭의 LD를 제작하거나 또는 외부공진기 구성을 포함한 Fabry-Perot LD를 사용하여 제작이 가능하다. 외부공진기를 구성함에 있어서는 본 실시예와 같이 렌즈파이버에 그레이팅 격자를 형성하여 LD의 외부공진기 형성에 의한 선폭제어 방법이 가장 바람직하다. 이러한 FBG 렌즈 파이버는 본 실시예와 같이 LD의 뒷단에 올수도 있고 반대로 앞단에 위치할 수도 있다. FBG 파이버는 LD에서 출사된 광원의 특정파장에 대해서만 반사율을 갖도록 설계되어 지 며 이를 통해 LD와의 외부 공진기과 구성이 된다.

따라서, 렌즈파이버를 적용하여 장치를 제작시 펌핑광원의 접속손실을 최소화하고 LD의 선폭을 줄여 비선형 변환효율을 증대시키게 되며 이로 인해 저전력 구동의 장점을 갖게 된다.

(실시예 8)

도 18은 박막 저항 히터(101, 102)를 서브마운트(7), 비선형 칩 기판(6), 버퍼층(4)의 상판 또는 다이오드 칩 서브마운트(2)에 적용하는 예를 나타낸다. 다른 실시예에서 설명한 열전 소자(TEC)는 비교적 크기가 큰 단점을 갖고 있다. 반면, 박막 저항 히터는 그 적용 면적을 최소화할 수 있는 장점을 갖고 있다. 박막 저항 히터는 증착된 재료에 따라 그 특성이 다소 차이를 갖고 있다. 박막 저항 히터용 재료로는 Tantalum Nitride, Chromium-silicon oxide cerments, Tungsten, Platinum, Chromium, Ruthenium oxide, Polysilicon등 다양하게 적용이 가능하나 Nickel-Chromium을 적용하는 것이 가장 바람직하다. 상기에 기술된 재료를 사용하여 박막을 증착하고 증착된 저항 히터에 전압을 인가하고 가열되는 소자에 장착되어 있는 IC 온도센서 AD590, Thermistor 또는 Digital IC 온도센서와 같은 소자에서의 온도 데이터를 피드백 함으로써 온도제어 시스템을 구성할 수 있다. 이러한 구조의 실시예는 소형화의 장점을 갖고 있다.

현재 소형이면서 저가격의 파장가변 레이저의 제작에 대한 시장의 요구와 관심이 지속적으로 높아지고 있으며 이러한 장치는 다양한 분야에 응용이 가능하다. 특히, Visible Wavelength 영역의 경우는 레이저를 이용한 디스플레이용 광원 제작에 적용이 가능하며 IR Wavelength 영역의 경우는 레이저분광학, 환경모니터링, 개스 및 화학성분 분석 및 공정제어등의 다양한 목적에 맞는 응용이 가능하다.

본 발명에 의한 파장변환 장치는 강유전체 결정의 비선형 특성을 이용한 파장가변기를 제작함에 있어 광도파로 기술, 분극반전기술, 정밀가공 기술, 온도제어 기술, E-O특성에 의한 미세 광굴절 변환 기술 및 마이크로 렌즈 집적화 기술을 접목함으로써 소형, 저가격, 생산성 및 저전력 구동의 효과가 있다.

본 발명에 의한 파장변환 장치는 광이 통과하는 경로를 수 마이크로 영역에 한정함으로써 비선형 효율을 극대화하여 파장가변기의 비선형 변환 효율을 높일 수 있는 장점을 갖고 있다.

Claims (26)

1. 광도파로 및 주기적 분극 반전 패턴을 포함하는 비선형 매질의 강유전체 결정 기판;

   상기 광도파로 및 분극 반전 패턴 상의 버퍼층;

   상기 강유전체 결정 기판 및 버퍼층의 일 측면에 형성된 앵글 폴리싱 면; 및

   상기 앵글 폴리싱 면 상에 형성된 코팅층

   을 포함하는 비선형 칩.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 강유전체 결정 기판 하부의 온도제어부; 및

   상기 온도제어부 하부의 서브마운트

   를 더 포함하는 비선형 칩.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 온도제어부는 열전 소자(TEC)인 비선형 칩.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 온도제어부는 박막 저항 히터 및 전기적 열적 버퍼층인 비선형 칩.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 서브마운트는 실리콘, AlN, SiC 및 열전도체 물질과 열배리어 물질의 조합 중 어느 하나인 비선형 칩.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 앵글 폴리싱 면에 대응되는 버퍼층 상의 기판 및 마이크로 렌즈를 더 포함하는 비선형 칩.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 코팅층은 펌핑 광원에 대해서는 무반사이고, 비선형 칩 내부에서 생성되는 파장의 광원에 대해서는 고반사의 특징을 가지는 비선형 칩.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 광도파로에 수직으로 상기 코팅면에 형성되는 기판 및 마이크로 렌즈를 더 포함하고, 상기 기판은 상기 앵글 폴리싱 면에 맞추어 폴리싱 된 비선형 칩.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 코팅층은 펌핑 광원에 대해서는 고반사이고, 비선형 칩 내부에서 생성되는 파장의 광원에 대해서는 무반사의 특징을 가지는 비선형 칩.
10. 제 7 항 또는 제 9 항에 의한 비선형 칩;

    광원; 및

    상기 앵글 폴리싱 면의 반대 방향에 위치하고 상기 광원과 상기 비선형 칩 사이에 위치하는 집속 렌즈

    를 포함하는 파장변환 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    분극반전영역에 전계를 가하는 전극 구조물을 더 포함하는 파장변환 장치.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 집속 렌즈는 마이크로 렌즈인 파장변환 장치.
13. 제 2 항에 의한 비선형 칩;

    광원;

    상기 앵글 폴리싱 면의 반대 방향에 위치하고 상기 광원과 상기 비선형 칩 사이에 위치하는 두 세트의 집속 렌즈;

    상기 두 세트의 집속 렌즈 사이에서 광원 방향에 위치하는 편광분리기; 및

    상기 두 세트의 집속 렌즈 사이에서 비선형 칩 방향에 위치하는 패러데이 로테이터

    를 포함하는 파장변환 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 비선형 칩의 수평방향은 상기 광원의 수평방향에 대하여 회전된 파장변환 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 앵글 폴리싱 면 및 상기 코팅층은 수직을 이루고,

    상기 코팅층은 펌핑 광원 및 비선형 칩 내부에서 생성되는 파장의 광원에 대해 고반사의 특징을 가지는 파장변환 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 편광분리기는 TM 모드는 반사하고, TE 모드는 투과하며,

    상기 패러데이 로테이터는 광의 편광방향을 회전시키는 파장변환 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    분극반전영역에 전계를 가하는 전극 구조물을 더 포함하는 파장변환 장치.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 집속 렌즈는 마이크로 렌즈인 파장변환 장치.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 편광분리기에서 반사되는 파장을 분리하는 파장분할 필터를 더 포함하 는 파장변환 장치.
20. 제 15 항에 있어서,

    상기 편광분리기는 상기 광원 방향의 제1면과 반대방향의 제2면을 가지며,

    상기 제1면은 P-편광의 펌핑 광원에 대해서는 무반사율을, S-편광의 펌핑 광원에 대해서는 고반사율을 가지고,

    상기 제2면은 S-편광의 비선형 칩 내부에서 생성되는 파장의 광원에 대해서는 고반사율을, S-편광의 펌핑광원에 대해서는 무반사율을 가지는 파장변환 장치.
21. 제 20 항에 있어서,

    분극반전영역에 전계를 가하는 전극 구조물을 더 포함하는 파장변환 장치.
22. 제 20 항에 있어서,

    상기 집속 렌즈는 마이크로 렌즈인 파장변환 장치.
23. 강유전체 기판 상부에 시드층과 감광막을 순차적으로 형성하고 상기 감광막 을 패터닝하는 단계;

    상기 감광막이 패턴된 공간 사이에 보호층을 형성하고 상기 감광막을 제거하는 단계;

    상기 보호층을 마스크로 하여 강유전체 기판을 식각하는 단계;

    전계를 인가해 주기적 분극 반전을 형성하는 단계;

    상기 기판을 평탄화하는 단계;

    상기 기판을 패터닝하고 식각하여 광도파로를 형성하는 단계;

    상기 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계;

    상기 기판의 단면을 앵글 폴리싱하는 단계;

    앵글 폴리싱한 상기 기판의 단면에 코팅층을 형성하는 단계;

    상기 기판에 마이크로 렌즈를 부착하는 단계; 및

    상기 기판을 입력 펌핑광원 수단과 접합된 서브마운트와 접합하는 단계

    를 포함하는 파장변환 장치 제조 방법.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 광도파로는 측면 각도가 75°~ 85°인 좁은 사다리꼴 형태인 파장변환 장치 제조 방법.
25. 제 23 항에 있어서,

    상기 기판을 입력 펌핑광원 수단과 접합된 서브마운트와 접합하는 단계 이후에,

    열전 소자(TEC)를 접합하는 단계를 더 포함하는 파장변환 장치 제조 방법.
26. 제 23 항에 있어서,

    상기 기판을 입력 펌핑광원 수단과 접합된 서브마운트와 접합하는 단계 이전에,

    상기 서브마운트 상에 박막 저항 히터 및 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 파장변환 장치 제조 방법.

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