KR20110030205A - Photonic crystal based optical sensor and its manufacture method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광도파로의 일부에 압전체 박막 또는 압전체 광결정을 형성하여 이에 인가되는 압력에 대한 광신호의 변화를 감지하여 압력의 세기를 검출하는 압전체 물질의 박막 및 광결정 구조를 이용한 광 센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides an optical sensor using a thin film of a piezoelectric material and a photonic crystal structure for forming a piezoelectric thin film or a piezoelectric photonic crystal on a portion of an optical waveguide and detecting a change in pressure by detecting a change in an optical signal with respect to a pressure applied thereto. It is about.
센서란 어떤 외부의 자극에 대해 감지할 수 있는 장치나 시스템을 말하며, 압력 센서는 압력을 측정하는 소자로 각종 계측기나 자동제어용, 의료용, 자동차 부품, 환경 감시, 및 각종 가전기기 등 그 용도가 다양하게 사용되고 있으며, 최근에는 보다 소형화되고 정밀도가 높은 성능의 센서에 대한 관심이 높아지고 있다.A sensor is a device or system that can detect any external stimulus. A pressure sensor is a device that measures pressure. Its various uses include various measuring instruments, automatic control, medical, automobile parts, environmental monitoring, and various home appliances. Recently, there has been a growing interest in sensors of smaller and more accurate performance.
현재 실용화되고 있는 압력센서의 측정 원리를 살펴보면, 변위, 전압, 자기-열전도율, 및 진동수 등을 이용하는 것으로, 주로 압력의 변화를 전기적인 신호로 변환하여 측정한다.Looking at the measuring principle of the current pressure sensor, the displacement, voltage, self-thermal conductivity, and the frequency, etc. are used, and the change in pressure is mainly converted into an electrical signal and measured.
하지만, 전기적 신호로 변환하는 압력센서는 별도의 전선의 사용에 따라 구조적으로 센서 소형화의 어려움 및 전선의 자기가열효과로 인한 측정 오차 발생 등의 문제점이 발생한다.However, the pressure sensor converting into an electrical signal causes problems such as difficulty in miniaturizing the sensor structurally and measurement error due to the self heating effect of the wire according to the use of a separate wire.
따라서, 구조적으로 소형화를 이루면서, 측정오차가 최소화되는 정밀한 센서 구현이 요구된다.Therefore, while achieving a structural miniaturization, it is required to implement a precise sensor that minimizes measurement errors.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 광도파로에 압력에 대해 반응하는 압전체를 구비하여, 압전체의 변화되는 굴절률로부터 광도파로 상을 진행하는 빛이 영향을 받아 특성이 변화하며, 그 변화를 이용하여 인가되는 압력을 검출하는 압전체 물질의 박막 및 광결정 구조를 이용한 광 센서 및 그의 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.In order to solve the problems of the prior art, the present invention includes a piezoelectric element that reacts to pressure in an optical waveguide so that light propagates onto the optical waveguide is changed from a changed refractive index of the piezoelectric material so that its characteristics change, and the change is used. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical sensor using a thin film of a piezoelectric material and a photonic crystal structure for detecting pressure applied thereto, and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 압전체 물질의 박막 및 광결정 구조를 이용한 광 센서 및 그의 제조방법은 광도파로의 클래드층을 소정부분 식각하여 압전체 박막 또는 압전체 광결정을 형성하여, 압전체 굴절률 변화에 따라 광도파로를 통과하는 빛의 특성 변화로부터 압력 등의 외부 인자 특성을 검출하는 정밀한 센서를 구현할 수 있다.In order to achieve the above object, an optical sensor using the thin film and the photonic crystal structure of the piezoelectric material of the present invention and a method of manufacturing the same, the piezoelectric thin film or the piezoelectric photonic crystal are formed by etching a cladding layer of an optical waveguide, and the light is changed according to the change of the piezoelectric refractive index. It is possible to implement a precise sensor that detects external factors such as pressure from the change in the characteristics of light passing through the waveguide.
본 발명은 압전체 물질에 의해 굴절률이 변화하는 빛의 특성을 이용하여 압력의 양을 감지하는 광 센서에 관한 것으로, 코어보다 낮은 굴절률을 갖는 물질로 형성되며 코어를 감싸면서 형성되는 클래드 층의 소정 부분을 식각하고, 식각된 부분에 압전체 박막 또는 압전체 광결정을 형성할 수 있다. The present invention relates to an optical sensor that detects an amount of pressure by using a characteristic of light whose refractive index is changed by a piezoelectric material. The present invention relates to a predetermined portion of a clad layer formed of a material having a lower refractive index than the core and surrounding the core. May be etched and a piezoelectric thin film or a piezoelectric photonic crystal may be formed on the etched portion.
이때, 식각되는 클래드층은 코어의 상부 또는 코어가 존재하지 않는 부분의 상부로서 코어가 노출되지 않도록 할 수 있다. 또한, 소정부분 식각된 클래드층에 형성되는 압전체 광결정은 일정한 간격을 갖고 형성되어 특정 파장만을 통과시키는데, 압력에 따라 압전체 물질의 굴절률이 바뀌면 출력되는 빛의 파장이 변화함으로써 압력 특성에 민감한 센서를 형성할 수 있다.In this case, the etched cladding layer may prevent the core from being exposed as the upper portion of the core or the upper portion of the portion where the core does not exist. In addition, the piezoelectric photonic crystals formed on the cladding layer etched at predetermined portions are formed at regular intervals to pass only a specific wavelength. When the refractive index of the piezoelectric material changes according to pressure, the wavelength of the output light changes to form a sensor sensitive to pressure characteristics. can do.
본 발명에서 상기 압전체 박막은 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), 황화카드뮴(CdS), 및 피지티(PZT) 중 선택되는 하나의 물질로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 산화아연(ZnO)으로 형성할 수 있다.In the present invention, the piezoelectric thin film may be formed of one material selected from zinc oxide (ZnO), aluminum nitride (AlN), cadmium sulfide (CdS), and piji (PZT), preferably zinc oxide (ZnO). ) Can be formed.
또한, 본 발명은 광도파로를 이용하여 광 센서를 제조하는 방법에 관한 것으로, 그 방법은 상기 광도파로의 상·하부 클래드층으로 둘러쌓인 코어가 노출되지 않도록 상부 클래드층의 소정부분을 식각하는 단계를 포함하고, 상기 식각된 부분에 압전체 물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the present invention relates to a method for manufacturing an optical sensor using an optical waveguide, the method comprises the steps of etching a predetermined portion of the upper clad layer so that the core surrounded by the upper and lower cladding layer of the optical waveguide is not exposed. It includes, and may include forming a piezoelectric material on the etched portion.
이때, 광도파로는 하부 클래드층의 상부에 코어를 형성하고, 코어를 감싸면 하부 클래드층의 상부에 상부 클래드층을 적층하여 형성되며, 식각되는 클래드 층은 상부 클래드층으로 하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 하부 클래드 층을 식각하여 형성할 수도 있다. In this case, the optical waveguide is formed by forming a core on the upper cladding layer, and surrounding the core to form an upper cladding layer on the lower cladding layer, and the etching cladding layer is preferably an upper cladding layer. Alternatively, the lower clad layer may be formed by etching.
그리고 상기 압전체 물질을 형성하는 단계는 상기 압전체 물질을 박막으로 형성하거나 광결정 구조로 형성할 수 있으며, 광결정 구조로 형성할 경우에는 식각 되어 노출된 클래딩 층에 압전체 박막을 형성한 후 나노 패턴을 사용하여 식각함으로써 상부 클래드층의 식각된 부분에 일정 간격을 갖도록 압전체 광결정을 형성할 수 있다. In the forming of the piezoelectric material, the piezoelectric material may be formed into a thin film or a photonic crystal structure. When the piezoelectric material is formed into a photonic crystal structure, a piezoelectric thin film may be formed on an exposed cladding layer which is etched and then using a nano pattern. By etching, the piezoelectric photonic crystal may be formed to have a predetermined interval in the etched portion of the upper clad layer.
또한, 광결정 구조로 형성할 경우 식각되어 노출된 클래딩 층에 버퍼층을 성정한 후, 나노 패턴을 형성하고, 액상의 압전체 물질을 부어서 압전체 물질을 선택적으로 성장시켜 광결정을 형성할 수 있다. 이때, 버퍼층은 서로 다른 물질을 사용하여 성장 공정을 할 경우 성장을 용이하게 하도록 사용하는 것으로 생략할 수도 있다.In addition, in the case of forming the photonic crystal structure, after forming a buffer layer on the etched and exposed cladding layer, a nanopattern may be formed, a liquid piezoelectric material is poured, and the piezoelectric material may be selectively grown to form a photonic crystal. In this case, the buffer layer may be omitted as it is used to facilitate growth when the growth process using different materials.
본 발명은 하나의 입력단과 하나의 출력단을 포함하며 적어도 두 개 이상의 광경로를 포함하여 입사되는 광신호가 적어도 한 번 이상 분기되는 마흐-젠더 전계 광학 변조기 광 센서에 있어서, 상기 하나의 광경로에 압전체 물질의 박막과 광결정 구조를 이용한 광 센서를 형성할 수 있다.The present invention provides a Mach-Gender field optical modulator optical sensor comprising one input terminal and one output terminal and including at least two optical paths, wherein an incident optical signal is split at least once. It is possible to form an optical sensor using a thin film of material and a photonic crystal structure.
본 발명에 의하면 압전체 물질을 박막 또는 광결정 구조를 형성하여 광 센서를 구현함으로써 기계적 변형에 의해 발생되는 전기 분극을 형상을 추출하는 센서 형태에 비하여 매우 민감한 광을 이용하여 센서를 구현함으로써 외부로의 전기적인 신호를 인출하기 위한 전선 등 부가적인 재료가 필요하지 않기 때문에 구조적으로 소형화되며 민감하고 정밀한 센서 구현이 가능한 효과가 있다. According to the present invention, the piezoelectric material is formed into a thin film or photonic crystal structure to implement an optical sensor, thereby realizing the electric polarization generated by mechanical deformation, using a very sensitive light as compared to a sensor type for extracting the shape of electricity to the outside. Since additional materials such as wires are not required to extract the signal, the structure is miniaturized, and it is possible to realize a sensitive and precise sensor.
또한, 압전체 박막 및 압전체 광결정 구조를 광도파로의 코어의 상부뿐만 아니라, 코어가 존재하지 않은 클래드 층의 식각부분에 형성함으로써 강한 압력에 의해 코어가 파손될 가능성이 적어 신뢰성이 있는 광 센서 구현이 가능한 효과가 있다.In addition, since the piezoelectric thin film and the piezoelectric photonic crystal structure are formed not only on the upper part of the core of the optical waveguide, but also on the etching portion of the clad layer in which the core does not exist, the core is less likely to be damaged by a strong pressure, thereby enabling a reliable optical sensor. There is.
그리고, 본 발명은 광도파로의 클래드 층을 식각하여 압전체 박막 또는 압전체 광결정을 형성하는 것으로서 평면 광도파로, 마흐-젠더(Mach-Zehnder) 전계광학 변조기(ElEcterooptic Mofulator) 등 다양한 분야의 광 센서로 적용가능한 효과가 있다.In addition, the present invention is to form a piezoelectric thin film or piezoelectric photonic crystal by etching the cladding layer of the optical waveguide, which can be applied to optical sensors of various fields such as planar optical waveguide, Mach-Zehnder ElEcterooptic Mofulator It works.
센서란 외부의 자극에 대해 감지할 수 있는 장치로서, 그 중 빛을 이용하는 광 센서는 가장 높은 정밀도를 나타낸다. 이에, 높은 정밀도를 갖는 광 센서를 이용하여 압력을 감지할 수 있는 광 센서를 제조하는 방법을 설명하고자 한다.A sensor is a device capable of sensing external stimuli, and among them, an optical sensor using light shows the highest precision. Thus, a method of manufacturing an optical sensor capable of detecting pressure by using an optical sensor having high precision will be described.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전체를 포함하는 광 센서 제조방법을 나타낸 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an optical sensor including a piezoelectric body according to an embodiment of the present invention.
광 센서는 광도파로(100)의 소정부분을 식각하여 압전체를 형성한 것으로, 광도파로(100)는 하부 클래드층(110)의 상부에 클래드층보다 굴절률이 높은 코어(120)를 형성하고, 코어(120)를 감싸며 하부 클래드층(110) 상부에 형성되는 상부 클래드층(130)을 포함한다(도 1a 내지 도 1c 참조).The optical sensor is a piezoelectric material formed by etching a predetermined portion of the
이때, 하부 클래드층(110)과 상부 클래드층(130)은 동일한 물질로 형성되며, 설명의 편의상 분리하여 구분하였지만, 바람직하게는 하나의 클래드층의 내부에 코어를 삽입하여 형성할 수 있다. At this time, the
도 1d를 참조하면, 압력을 가했을 때, 광도파로(100)를 통과하는 빛에 영향을 주는 즉, 빛의 굴절률을 변화시킬 물질(압전체)을 형성하기 위하여 광도파로(100)의 소정부분을 식각한다.Referring to FIG. 1D, when a pressure is applied, a predetermined portion of the
본 발명에 한정되는 것은 아니나, 식각되는 부분은 상부 클래드층(130)으로 코어(120)의 상부 또는 코어(120)가 존재하지 않는 상부 클래드층(130)의 상부 - 즉, 코어에 비하여 굴절률이 작은 클래드층으로만 이루어진 부분- 를 포함하며, 코어(120)의 상부 식각 시 코어(120)가 노출되지 않도록 식각할 수 있다.Although not limited to the present invention, the portion to be etched is the
자세한 내용은 하기의 도 2a 및 도 2b를 참조할 수 있다.For details, refer to FIGS. 2A and 2B below.
도 1e를 참조하면, 도 1d에서 식각되어진 부분의 상부 클래드층(130)에 압전물질인 압전체 박막(210)을 형성한다. Referring to FIG. 1E, the piezoelectric
압전체 박막(210)은 물리증착법, 화학기상증착법, 액상법 등 다양한 방법으 로 형성할 수 있으며, 우수한 압전체 특성을 나타내기 위해서는 균일한 두께의 단결정 박막 형성이 필요하다. 이때, 압전체 박막의 두께는 수백 nm~ 수 um로서 측정하고자 하는 압전 특성에 따라 두께를 다르게 하여 사용할 수 있다.The piezoelectric
좀더 구체적으로, 압전체 물질은 스퍼터(sputter), 분자선 증착기(MBE), 유기금속기상증착기(MOCVD) 등의 물리증착법 또는 화학기상증착법 등을 사용하여 버퍼층을 형성하고 그 위에 액상법에 의해 양호한 결정성을 갖는 박막형태로 성장한다.More specifically, the piezoelectric material may be formed using a physical vapor deposition method such as sputter, molecular beam evaporator (MBE), organometallic vapor deposition (MOCVD) or chemical vapor deposition, or the like to form a good crystallinity by liquid phase method. It grows into a thin film form.
압전체 물질은 외부의 기계적인 압력이 가해졌을 때 물질 내부에 분극이 유도되거나 외부 전기장에 의하여 기계적인 변형이 일어나는 재료로서, 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에서는 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), 황화카드뮴(CdS), 및 피지티(PZT) 중 선택되는 하나의 물질로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 산화아연(ZnO)으로 형성할 수 있다.The piezoelectric material is a material in which polarization is induced inside the material when the external mechanical pressure is applied or mechanical deformation is caused by an external electric field. However, the piezoelectric material is not limited thereto. In the present invention, zinc oxide (ZnO) and aluminum nitride (AlN) are used. , Cadmium sulfide (CdS), and may be formed of one material selected from PZT, preferably zinc oxide (ZnO).
통상적으로 압전체를 이용한 센서는 주로 기계적 변형에 의하여 발생되는 전기 분극을 응용하는 것으로 진동, 가속도, 각속도, 어쿠스틱(acoustic) 센서 등이 있으며, 압전체의 또 다른 특성으로 압력 및 외부의 응력에 의해 굴절률의 변화를 나타낸다. In general, a sensor using a piezoelectric material mainly applies electric polarization generated by mechanical deformation, and includes vibration, acceleration, angular velocity, and acoustic sensor. Another characteristic of the piezoelectric material is that the refractive index is reduced by pressure and external stress. Indicates a change.
본 발명에서는 압력에 의해 굴절률의 변화를 나타내는 특성을 이용하고자 광도파로 상에 압전체 물질(압전체 박막 또는 압전체 광결정)을 형성하여, 압전체 물질에 압력이 가해졌을 경우 압전체 물질의 굴절률이 변화하고, 이때 광도파로를 통과하는 광의 특성에 영향을 주어 변화되는 광의 특성을 통해 외부에서 인가하는 압 력을 검출할 수 있다. In the present invention, a piezoelectric material (a piezoelectric thin film or a piezoelectric photonic crystal) is formed on an optical waveguide in order to take advantage of the characteristic of changing the refractive index by pressure, and when the pressure is applied to the piezoelectric material, the refractive index of the piezoelectric material changes, and at this time, The influence of the light passing through the waveguide can be affected to detect the pressure applied from the outside through the changed light.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전체의 형성 위치를 달리한 광 센서를 나타낸 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating optical sensors having different positions of forming a piezoelectric body according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 상기의 도 1a 내지 도 1c에 의해 형성된 광도파로(100)에서 압전체를 형성하기 위한 상부 클래드층(130)의 식각부분을 변경한 것으로서, 압전체 박막(210)이 코어(120)의 상부가 아닌, 코어(120)가 존재하지 않는 부분에 형성되는 것을 나타낸다.2A and 2B illustrate an etching portion of the
도 2a와 같이 상부 클래드층(130) 식각 시 코어(120)가 존재하지 않는 부분에 식각공정(건식식각 또는 습식 식각 사용)을 진행할 때, 식각 정도에 따라 코어(120) 손상 위험이 발생하나, 도 2b의 경우에는 코어(120)가 존재하지 않는 부분 즉, 클래딩 층(110,130)으로만 구성된 부분을 식각함으로써 코어(120) 손상 위험이 없다. When performing the etching process (using dry etching or wet etching) in the portion where the
게다가, 광도파로에 있어서 광이 코어를 통과할 때, 코어 주변의 클래딩층을 모두 거쳐서 진행됨으로 코어에서 소정거리 떨어진 곳이 클래딩 층에서도 광을 감지할 수 있기 때문에 클래드 층(110, 130)만으로 구성된 부분에 압전체 박막(210)을 형성하더라도 광의 감도 부분에 있어서는 효과의 차이가 크지 않다. 따라서 도 2b와 같이 코어(120)의 측면에 압전체 박막(210)을 형성한 광 센서의 경우 압력을 감지하는 센서로서의 민감도에는 영향을 미치지 않는다.In addition, in the optical waveguide, when the light passes through the core, the light proceeds through all of the cladding layers around the core, so that light can be detected even at a predetermined distance from the core, so that only the cladding layers 110 and 130 are formed. Even if the piezoelectric
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광결정을 포함하는 광 센서를 나타낸 단면도이다.3A to 3B are cross-sectional views illustrating an optical sensor including a photonic crystal according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a는 상기의 도 1d의 공정에서 압전체 박막(210) 대신 압전체 광결정(220)을 형성하고, 도 3b는 상기의 도 2b의 공정에서 압전체 박막(210) 대신 압전체 광결정(230)을 형성하였다.3A illustrates the
압전체 광결정(230)은 식각 공정 또는 성장 공정을 통해 형성할 수 있으며, 식각공정은 나노 패터닝 공정을 사용하여 형성하는 것으로, 식각되어 노출된 클래딩 층(130)에 박막 형태의 압전체 물질을 형성하고, 전자선묘화법(electron beam lithography), 나노 임프린트(nano-Imprint), 및 레이저 간섭법(laser interference lithography) 등을 사용하여 나노 패턴을 이용하여 박막 형태의 압전체 물질을 식각하여 광결정을 형성할 수 있다.The piezoelectric photonic crystal 230 may be formed through an etching process or a growth process, and the etching process is formed by using a nano patterning process, and forms a thin film piezoelectric material on the etched and exposed
그리고, 성장 공정은 식각되어 노출된 클래딩 층(130)에 버퍼층(미도시)을 형성한 후, 나노 패턴을 형성하고, 패턴을 이용하여 압전체 물질의 액상 소스를 사용하여 선택적으로 성장시켜 압전체 광결정(230)을 형성할 수 있다.The growth process is performed by forming a buffer layer (not shown) on the etched and exposed
본 발명에 의하며, 광 센서를 형성하기 위하여 광도파로 상에 압전체 물질을 박막 또는 광결정 구조로 형성하는데 이는 벌크형(덩어리) 압전체 센서에 비하여 소형화가 가능하며 민감도가 향상된 광 센서를 형성할 수 있습니다. According to the present invention, in order to form an optical sensor, a piezoelectric material is formed in a thin film or a photonic crystal structure on an optical waveguide, which can be miniaturized compared to a bulk (lump) piezoelectric sensor and can form an optical sensor having improved sensitivity.
참고적으로, 압전체 물질을 광결정 구조로 형성하면 벌크형에 비해 유효압전 상수가 상대적으로 커지기 때문에 민감도가 향상되는 것을 알 수 있습니다(M. H. Zhao. et. al. NANO LETTERS, 4(4) 587 2004).For reference, when the piezoelectric material is formed into a photonic crystal structure, the sensitivity is improved because the effective piezoelectric constant is relatively larger than that of the bulk type (M. H. Zhao. Et. Al. NANO LETTERS, 4 (4) 587 2004).
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마흐-젠더 전계광학 변조기 센서를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a Mach-gender electro-optic modulator sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 하나의 입력단(410)과 하나의 출력단(420)을 포함하면서 중간의 경로가 분기되어 두 개의 광경로(광도파로;430A,430B)를 갖는 마흐-젠더 전계 광학 변조기를 나타낸다. 이때, 도면에서는 하나의 분기를 가지고 두 개의 광경로(430A,430B)로 나누었지만, 이에 한정되지 않고 분기에 따라 광경로의 수가 변경될 수 있다.Referring to FIG. 4, a Mah-gender field optical modulator including one
도 4에서 두 개의 광도파로(430A,430B) 중 하나의 광도파로(430B) 상에 도 1e, 도 2b, 도 3a, 및 도 3b에서와 같이 압전체 물질(440)을 형성하여, 하나의 입력단(410)으로부터 입사된 광이 분기되어 각각의 광도파로(430A,430B)를 통과한다. 그리고, 압전체 물질(440)을 포함하는 광도파로(430B) 부분을 통과하는 광은, 압전체 물질의 굴절률 변화에 의해 광의 파장이 변화하며, 변화된 파장을 갖는 광은 출력단(420) 부분에서 다른 광도파로(430A)를 통과한 광과 결합하여 출력된다.In FIG. 4, the
또한, 압전체 물질(440)이 형성되지 않은 광도파로(430A)의 경우에도 인접하는 광도파로(430A)의 압전체 물질(440)에 의해 통과되는 광의 굴절률에 영향을 받을 수도 있다.In addition, even in the case of the
그리고, 압전체 물질(440)은 압전체 박막 또는 압전체 광결정으로 이에 관한 상세한 내용은 상기의 도 1a 내지 도 1e, 도 2a 및 도 2b, 도 3a 및 도 3b를 참조한다.The
이때, 어느 하나의 광도파로(430A,430B)의 상부 또는 측면에 형성되는 압전체 물질(440)은 압력 등의 외부 인지와 반응하기 때문에, 서로 다른 광도파로를 통과한 광은 위상의 차이를 나타내기 때문에 출력단(420)에서 측정되는 광의 특성과 입력단(410)에서 입사되는 광의 특성의 차이를 알 수 있으며 이에 따라 광도파로에 가해지는 압력을 감지할 수 있다.At this time, since the
좀더 자세하게, 일반적인 광결정 구조의 광도파로는 파장보다 짧은 간격으로 광결정이 배치되는데, 이러한 광결정 구조를 통해 마흐-젠더 전계광학 변조기 광 센서를 구현하게 되면 최소한의 단위면적으로 광도파로의 유효굴절률의 변화를 측정할 수 있다.More specifically, optical waveguides having a general photonic crystal structure are arranged at shorter intervals than wavelengths. When the Mach-Gender electro-optic modulator optical sensor is implemented through the photonic crystal structure, the effective refractive index of the optical waveguide is changed in a minimum unit area. It can be measured.
또한, 광도파로에 광결정을 형성하면 특정 파장만 통과하고, 옆에 다른 광도파로를 위치시키면 특정 파장만 통과하지 못하게 된다. 이러한 특정 파장의 광특성은 광결정의 굴절률이 바뀌게 되면 공진 특성이 바뀌게 되어 공진 파장이 이동하거나 광경로차에 의한 위상변화를 발생시킨다. In addition, when a photonic crystal is formed in an optical waveguide, only a specific wavelength passes, and if another optical waveguide is placed next to the optical waveguide, only a specific wavelength does not pass. When the refractive index of the photonic crystal is changed, the optical characteristic of the specific wavelength changes the resonance characteristic, causing the resonance wavelength to shift or the phase change due to the optical path difference.
즉, 광결정 구조의 압전체 굴절률이 바뀌게 되면 공진조건이 변하게 되어 출력이 달라지거나 위상변화가 발생하므로 출력되는 파장의 변화를 측정할 수 있다.In other words, when the piezoelectric refractive index of the photonic crystal structure is changed, the resonance condition is changed, and thus the output is changed or a phase change occurs, so that the change in the output wavelength can be measured.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 압전체를 포함하는 광 센서를 나타낸 단면도.1A to 1E are cross-sectional views illustrating an optical sensor including a piezoelectric body according to an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압전체의 형성 위치를 달리한 광 센서를 나타낸 단면도.2A and 2B are cross-sectional views illustrating optical sensors having different formation positions of piezoelectric bodies according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광결정을 포함하는 광 센서를 나타낸 단면도.3A to 3B are cross-sectional views illustrating optical sensors including a photonic crystal according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 마흐-젠더 전계광학 변조기 센서를 나타낸 도면.4 is a diagram illustrating a Mach-gender electro-optic modulator sensor according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100, 430A, 430B : 광도파로 110 : 하부 클래드층100, 430A, 430B: optical waveguide 110: lower clad layer
120 : 코어 130 : 상부 클래드층120: core 130: upper clad layer
210 : 압전체 박막 220 : 압전체 광결정210: piezoelectric thin film 220: piezoelectric photonic crystal
410 : 입력단 420 : 출력단410: input terminal 420: output terminal
440 : 압전체 물질440: piezoelectric material
Claims (9)
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KR1020090088232A KR20110030205A (en) | 2009-09-17 | 2009-09-17 | Photonic crystal based optical sensor and its manufacture method |
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