KR20120009824A - 광 스위치 소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 경로의 구조가 간단하고 고속 스위칭이 가능한 광 스위치 소자 및 그의 제조방법을 개시한다. 그의 소자는, 제 1 방향으로 배치된 적어도 하나의 제 1 광 도파로와, 상기 제 1 광 도파로에서 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연결되는 적어도 하나의 제 2 광 도파로와, 상기 제 2 광 도파로가 연결되는 상기 제 1 광 도파로 내에서 상기 제 1 방향으로 투과되는 빛을 단속하여 상기 제 2 방향의 상기 제 2 광 도파로에 선택적으로 반사하는 적어도 하나의 스위칭부를 포함한다.

Description

광 스위치 소자 및 그의 제조방법{optical switch and manufacturing method of the same}
본 발명은 광 스위치 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광통신 시스템에 사용되는 광 스위치 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근에 광통신 시스템의 대용량, 고속화 및 고기능화에 대한 요구가 급격하게 높아지고 있다. 예컨대, 광통신 시스템의 일 예로서, WDM(Wavelength Division Multiplexing) 방식의 광통신 시스템 및 ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer) 방식의 광통신 시스템 등이 있다. 예컨대, ROADM 방식의 광통신 시스템은 여러 채널들을 동시에 연결하는 것 등의 장점으로 인하여 망(network)의 활용도를 증가시킬 수 있으며, 또한, 비용이 줄어들고 네트워크 구조도 단순화할 수 있다.
광 스위치 소자는 이러한 광통신 시스템들을 구성하는 중요한 요소들 중에 하나이다. 광 스위치 소자는 광 감쇠 및 경로 변경을 통하여 광을 스위칭을 할 수 있다. 예컨대, 외부 조절에 의하여 광 스위치 소자를 통과하는 광신호의 세기가 감쇠되거나, 광 경로가 변경될 수 있다. 광 스위치 소자는 광신호의 감쇠 정도 및 광 경로 변경을 이용하여 상기 광신호를 스위칭 할 수 있다.
하지만, 광통신 산업이 발전함에 따라, 광통신 시스템은 다양한 기능의 광 스위치 소자들을 요구하고 있다. 이에 따라, 새로운 기능을 수행하는 광 스위치들에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 광 경로의 변경 구조가 간단하고 크기가 작은 광 스위치 소자 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 광 손실이 최소화할 수 있는 광 스위치 소자 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 고속 스위칭이 가능한 광 스위치 소자 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 광 스위치 소자는 제 1 광 도파로 제 2 광 도파로 사이에서 열 또는 전기장에 의해 굴절률이 가변되어 빛을 선택적으로 투과 및 반사하는 스위칭부를 포함한다. 소자는, 제 1 방향으로 배치된 적어도 하나의 제 1 광 도파로; 상기 제 1 광 도파로에서 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연결되는 적어도 하나의 제 2 광 도파로; 및 상기 제 2 광 도파로가 연결되는 상기 제 1 광 도파로 내에서 상기 제 1 방향으로 투과되는 빛을 단속하여 상기 제 2 방향의 상기 제 2 광 도파로에 선택적으로 반사하는 적어도 하나의 스위칭부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스위칭부는 빛을 투과 또는 반사하는 선택 반사부와, 상기 선택 반사부 에서 빛의 투과 및 반사를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 선택 반사부는 온도 또는 전기장에 따라 굴절률이 변화될 수 있다. 상기 스위칭부는 상기 선택 반사부와 상기 제 1 광 도파로의 경계면에서 상기 굴절률에 따라 변화되는 빛의 임계각을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 선택 반사부는 온도에 따라 굴절률이 변화되는 열광학 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 열광학 폴리머는 온도에 따라 굴절률이 변화될 수 있다. 상기 열광학 폴리머는 상온에서 제 1 광 도파로의 실리카 또는 실리콘 산화물와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 상기 열광학 폴리머는 제 1 광 도파로에서 진행되는 빛을 굴절 및 투과시킬 수 있다. 상기 열광학 폴리머는 고온에서 상기 실리카 또는 상기 실리콘 산화물보다 낮은 굴절률을 갖는다. 상기 열광학 폴리머는 제 1 광 도파로에서 진행되는 빛을 전반사시킬 수 있다. 따라서 상기 선택 반사부는 온도에 따라 빛을 투과 또는 전반사시킬 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 광 도파로들 상하부에 배치된 상부 및 하부 클래드들을 더 포함하되, 상기 선택 반사부는 상기 제 1 광 도파로 내에 배치된 코어 열광학 폴리머와, 상기 상부 및 하부 클래드들 내에 배치된 상부 및 하부 열광학 폴리머들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 열광학 폴리머를 가열하는 히터 전극을 포함할 수 있다. 상기 히터 전극은 상기 상부 열광학 폴리머보다 작은 선폭을 갖고, 상기 상부 클래드 및 상기 상부 열광학 폴리머 상에 배치할 수 있다. 상기 히터 전극은 상기 열광학 폴리머의 가열을 제어할 수 있다. 따라서, 상기 히터 전극은 상기 열광학 폴리머의 투과 및 전반사를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 선택 반사부는 전기장의 변화에 따라 굴절률이 변화되는 전기광학 폴리머를 포함할 수 있다. 상기 전기광학 폴리머는 전기장의 방향 및 크기에 따라 굴절률이 빠르게 변화되는 물질을 포함할 수 있다. 전기광학 폴리머는 제 1 광 도파로의 실리카 또는 실리콘 산화물과 굴절률이 동일하면 빛을 투과시킬 수 있다. 전기광학 폴리머는 실리카 또는 실리콘 산화물보다 굴절률이 현저히 낮으면 빛을 전반사시킬 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 광 도파로들 상하부에 배치된 상부 및 하부 클래드들을 더 포함하되, 상기 선택 반사부는 상기 제 1 광 도파로 내에 배치된 코어 전기광학 폴리머와, 상기 상부 및 하부 클래드들 내에 배치된 상부 및 하부 전기광학 폴리머들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제어부는 상기 전기광학 폴리머의 상하부에서 상기 전기장을 인가하는 상부 전극 및 하부 전극을 포함할 수 있다. 상부 전극 및 하부 전극에는 고주파 전기신호가 인가될 수 있다. 따라서, 상기 전기광학 폴리머는 고주파 전기신호에 의해 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이에서 빠르게 가변되는 전기장으로부터 빛의 투과 및 반사가 고속 스위칭될 수 있다. 상기 상부 전극은 상기 상부 전기광학 폴리머보다 작은 선폭을 갖고 상기 상부 클래드 및 상기 상부 전기광학 폴리머 상에 배치되고, 상기 하부 전극은 상기 하부 클래드 및 상기 하부 전기광학 폴리머 아래의 전면에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 스위칭부는 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향 사이의 제 3 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 제 1 광 도파로에 제 2 방향으로 N개의 상기 제 2 광 도파로가 연결되고, 상기 스위칭부는 1XN개수를 가질 수 있다. 1XN개의 상기 스위칭부는 상기제 1 광 도파로에서 상기 제 2 광 도파로가 연결될 때마다 상기 제 3 방향으로 배치될 수 있다. 상기 제 1 광 도파로는 상기 입력단과 제 1 출력단으로 연결되고, 상기 제 2 광 도파로는 제 2 내지 제 N+1 출력단으로 연결될 수 있다. 상기 출력단은 스위칭부의 개수보다 하나가 더 많을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 방향으로 평행한 M개의 상기 제 1 광 도파로들과, 제 2 방향으로 평행한 N개의 상기 제 2 광 도파로들이 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 선택 반사부는 MXN개수를 가질 수 있다. 복수개의 상기 제 1 광 도파로와 상기 제 2 광 도파로들이 교차될 때마다 각기 상기 제 3 방향으로 스위칭부들이 배치될 수 있다. 상기 제 1 광 도파로들은 M개의 입력단으로 각각 연결되고, 상기 제 2 광 도파로들은 각각 N개의 출력단으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 방향으로 배치된 복수개의 상기 제 1 광 도파로들이 상기 제 2 광 도파로에 의해 서로 연결되고, 상기 복수개의 제 1 광 도파로들 내에서 한쌍의 스위칭부들은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 제 1 방향으로 평행하게 배치된 복수개의 제 1 광 도파로들사이에서 제 2 방향의 제 2 광 도파로들이 연결될 때마다, 스위칭부들이 제 4 방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 마찬가지로, 복수개의 제 1 광 도파로들 사이에서 제 3 방향의 제 2 광 도파로들이 연결될 때마다, 스위칭부들이 제 5 방향으로 서로 평행하게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법은, 기판 상에서 하부 클래드를 형성하는 단계; 상기 하부 클래드 상에 제 1 광 도파로와 제 2 광 도파로를 형성하는 단계; 상기 제 1 광 도파로 및 상기 제 2 광 도파로 상에 상부 클래드를 형성하는 단계; 상기 상부 클래드와 상기 제 1 광 도파로를 관통하여 상기 하부 클래드를 노출시키는 바닥을 갖는 트랜치를 형성하는 단계; 상기 트랜치 내에 선택 반사부를 형성하는 단계; 및 상기 선택 반사부 상에 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 선택 반사부의 형성단계는, 상기 트랜치의 바닥에서 상기 하부 클래드의 상부 표면과 동일한 레벨을 갖는 하부 반사부를 형성하는 단계; 상기 하부 반사부 상에서 상기 제 1 광 도파로 및 상기 제 2 광 도파로와 동일한 레벨을 갖는 코어 반사부를 형성하는 단계; 및 상기 코어 반사부 상에서 상기 상부 클래드와 동일한 레벨을 갖는 상부 반사부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판과 상기 하부 클래드 사이의 전면에 하부 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 하부 전극은 도전성이 우수한 금속을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예적 구성에 따르면, 제 1 광 도파로와 제 2 광 도파로 사이에서 온도 또는 전기장에 따라 굴절률이 변화되는 선택 반사부를 포함하기 때문에 광 경로의 변경 구조가 간단히 설계될 수 있는 효과가 있을 뿐 아니라 소자의 크기를 현저하게 줄일 수 있다.
또한, 선택 반사부는 고주파 전기신호에 의해 제 1 광 도파로 내에서 진행되는 빛을 제 1 방향과 제 2 방향으로 고속 스위칭할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상을 절취하여 나타낸 단면도.
도 3a 및 도 3b는 각각 오프 상태에서 빛의 입력 성분과 투과 성분을 중첩적분 계산 결과로 나타낸 그래프들.
도 4a 및 도 4b는 각각 온 상태의 빛의 입력 파워과 반사 파워을 중첩적분 계산 결과로 나타낸 그래프들.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도.
도 14는 도 11의 Ⅱ-Ⅱ'선상을 절취하여 나타낸 단면도.
도 15 내지 도 24는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들.
도 25는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도.
도 26은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도.
도 27는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상을 절취하여 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자는, 기판(70) 상에 제 1 방향(D1)으로 배치된 제 1 광 도파로(optical waveguide, 10)내에서 투과되는 빛(light)을 단속(control)하고, 상기 제 1 광 도파로(10)에서 제 2 방향(D2)으로 연결된 제 2 광 도파로(20)에 선택적으로 반사하는 스위칭부(S)를 포함할 수 있다. 스위칭부(S)는 온도에 따라 굴절률이 변화되는 선택 반사부(30)와, 상기 선택 반사부(30)의 온도를 변화시키는 히터 전극(heater electrode, 34)을 포함할 수 있다. 선택 반사부(30)는 굴절률의 변화에 따라 빛의 임계각(critical angle)이 가변됨으로서, 제 1 광 도파로(10) 내에서 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛을 그대로 통과시키거나, 제 2 방향(D2)의 제 2 광 도파로(20)에 반사시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자는 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20) 사이에서 온도에 따라 변화되는 굴절률을 갖는 선택 반사부(30)를 포함하기 때문에 광 경로의 변경 구조가 간단히 설계될 수 있다.
제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)는 하부 클래드(lower clad, 72)와 상부 클래드(higher clad, 74) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)는 불순물이 도핑된 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 하부 클래드(72)와 상부 클래드(74)는 제 1 광 도파로(10) 및 제 2 광 도파로(20)를 둘러쌀 수 있다. 하부 클래드(72)와 상부 클래드(74)는 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)의 상하에 각각 배치될 수 있다. 하부 클래드(72)는 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)의 하부에서 평탄하게 배치될 수 있다. 상부 클래드(74)는 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)의 상부와 측면에 배치될 수도 있다. 하부 클래드(72)와 상부 클래드(74)는 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
제 1 광 도파로(10)는 빛이 입출력되는 제 1 단일모드 코어들(16)과, 상기 제 1 단일모드 코어들(16)사이에 배치된 제 1 다중모드 코어(12)와, 상기 제 1 다중모드 코어(12) 및 상기 제 1 단일모드 코어들(16)간에 연결되는 제 1 테이퍼링 코어들(14)을 포함할 수 있다.
제 1 단일모드 코어들(16)은 소정 파장대에서 고유한(eigen) 하나의 모드에 대응되는 빛만을 진행시킬 수 있다. 모드는 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20) 내에서 도파 조건을 만족하면서 진행되는 빛을 포함할 수 있다. 이하, 모드와 빛을 대등한 관계 또는 동일한 개념으로 설명한다. 제 1 단일모드 코어들(16)은 기판(70) 외부에 배치되는 광섬유(미도시)에 연결될 수 있다. 제 1 단일모드 코어들(16)은 보다 구체적으로 입력단(In)과 제 1 출력단(Out1)으로 나누어질 수 있다. 예를 들어, 제 1 단일모드 코어들(16)은 약 3㎛ 내지 약 10㎛ 정도의 지름을 가질 수 있다.
제 1 다중모드 코어(12)는 제 1 테이퍼링 코어들(14)을 통해 제 1 단일모드 코어들(16)에 제 1 방향(D1)으로 연결될 수 있다. 제 1 다중모드 코어(12)는 소정 파장대에서 단일모드를 포함한 다중모드를 도파시킬 수 있다. 제 1 다중모드 코어(12)는 스위칭부(S)에서 투과되는 모드를 제 1 방향(D1)으로 진행시킬 수 있다. 제 1 다중모드 코어(12)는 스위칭부(S)에서 전반사되는 모드를 제 2 다중모드 코어(22)에 전달할 수 있다. 제 1 다중모드 코어(12)는 제 2 다중모드 코어(22)와 실질적으로 동일한 레벨에 배치될 수 있다. 또한, 제 1 다중모드 코어(12)는 제 2 다중모드 코어(22)와 동일한 재질의 불순물이 도핑된 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 다중모드 코어(12)는 약 20~60㎛ 정도의 지름을 가질 수 있다.
제 1 테이퍼링 코어들(14)은 제 1 다중모드 코어(12)의 양측에서 제 1 단일모드 코어들(16)을 대칭적으로 연결한다. 제 1 테이퍼링 코어들(14)은 제 1 다중모드 코어(12)와 제 1 단일모드 코어들(16) 간의 두께 및 폭의 차이를 점진적으로 완충시킬 수 있는 원뿔 또는 사다리꼴 육면체 모양을 가질 수 있다. 제 1 테이퍼링 코어들(14)은 제 1 다중모드 코어(12)와 제 1 단일모드 코어들(16) 간의 두께 및 폭의 차이에 비례하여 제 1 방향(D1)으로의 길이가 증가될 수 있다. 제 1 테이퍼링 코어들(14) 내에서 빛의 진행 과정은 다음과 같다. 제 1 단일모드 코어(16)를 통하여 입력되는 빛은 제 1 테이퍼링 코어(14)에서 고차(high Order)모드의 여기없이 점진적으로(adiabatic)으로 모드의 크기가 확대되어 상기 제 1 다중모드 코어(12)로 진행할 수 있다. 마찬가지로, 제 1 다중모드 코어(12) 내에서 진행되는 빛은 제 1 테이퍼링 코어(14)에서 점진적으로 모드의 크기가 축소되어 제 1 단일모드 코어(16)로 출력될 수 있다. 따라서, 제 1 광 도파로(10)의 제 1 테이퍼링 코어들(14)은 고차모드 발생에 의한 손실을 최소화할 수 있다.
제 2 광 도파로(20)는 제 1 광 도파로(10)의 제 1 다중모드 코어(12)에 연결되는 제 2 다중모드 코어(22)와, 상기 제 2 다중모드 코어(22)에서 진행되는 빛을 출력하는 제 2 단일모드 코어(26)와, 상기 제 2 단일모드 코어(26) 및 상기 제 2 다중모드 코어(22)사이에 배치된 제 2 테이퍼링 코어(24)를 포함할 수 있다.
제 2 다중모드 코어(22)는 제 1 다중모드 코어(12)와 마찬가지로 소정 파장대에서 모드를 진행시킬 수 있다. 제 2 다중모드 코어(22)는 스위칭부(S)에서 전반사되는 모드를 제 2 방향(D2)으로 진행시킬 수 있다. 제 2 다중모드 코어(22)는 제 1 다중모드 코어(12)와 실질적으로 동일한 레벨에 배치될 수 있다. 제 2 다중모드 코어(22)는 제 1 다중모드 코어(12)와 동일한 선폭 및 두께를 가질 수 있다. 또한, 제 2 다중모드 코어(22)는 제 1 다중모드 코어(12)와 동일한 재질의 불순물이 도핑된 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 제 1 다중모드 코어(12)와 제 2 다중모드 코어(22)는 동일 물질로 구성되어 있기 때문에 경계면이 나타나지 않을 수 있다.
제 2 단일모드 코어(26)는 제 2 다중모드 코어(22) 및 제 2 테이퍼링 코어(24)를 통해 제 2 방향(D2)으로 진행되는 빛을 제 2 출력단(Out2)으로 출력할 수 있다. 제 2 단일모드 코어(26)는 광섬유(미도시)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제 2 단일모드 코어들(26)은 약 3㎛ 내지 약 10㎛ 정도의 폭을 가질 수 있다.
제 2 테이퍼링 코어(24)는 제 2 다중모드 코어(22) 및 제 2 단일모드 코어(26)를 연결할 수 있다. 제 2 테이퍼링 코어(24)는 제 2 다중모드 코어(22)와 제 2 단일모드 코어(26)간의 두께 및 폭의 차이를 점진적으로 완충시킬 수 있는 원뿔 또는 사다리꼴 육면체 모양을 가질 수 있다. 제 2 테이퍼링 코어(24)는 제 2 다중모드 코어(22)와 제 2 단일모드 코어(26)간의 두께 및 폭의 차이에 비례하여 제 2 방향(D2)으로의 길이가 증가될 수 있다. 제 2 테이퍼링 코어(24)는 제 2 다중모드 코어(22)에서 진행되는 모드의 크기를 점진적으로 축소시켜 제 2 단일모드 코어(26)에 전달할 수 있다.
스위칭부(S)는 제 1 다중모드 코어(12) 및 제 2 다중모드 코어(22)가 연결되는 교차 영역 또는 접합 영역에 배치될 수 있다. 스위칭부(S)는 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2) 사이의 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있다. 제 1 방향(D1)과 제 3 방향(D3)이 이루는 각과, 제 2 방향(D2)과 제 3 방향(D3)이 이루는 각은 서로 대칭적이고, 동일할 수 있다. 스위칭부(S)는 제 1 다중모드 코어(12) 내에서 소정의 각도로 기울어지게 배치될 수 있다.
상술한 바와 같이, 스위칭부(S)는 선택 반사부(30)와 히터 전극(34)을 포함할 수 있다. 히터 전극(34)은 선택 반사부(30)를 온도로 제어하는 제어부로서, 상기 선택 반사부(30)를 가열할 수 있다. 히터 전극(34)은 복수개의 단자들(미도시)로부터 인가되는 전력(power)에 의해 발열되는 저항 금속을 포함할 수 있다.
상기 선택 반사부(30)는 상기 하부 클래드(72)와 동일한 상부 표면을 갖는 하부(lower) 반사부(31)와, 상기 하부 반사부(31) 상에서 상기 제 1 광 도파로(10) 및 제 2 광 도파로(20)와 동일한 레벨을 갖는 코어 반사부(32)와, 상기 코어 반사부(32) 상에서 상기 상부 클래드(74)와 동일한 하부 표면을 갖는 상부 반사부(33)를 포함할 수 있다. 하부 반사부(31)와 상부 반사부(33)는 상온에서 각각 하부 클래드(72) 및 상부 클래드(74)와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 코어 반사부(32)는 상온에서 제 1 단일모드 코어(12)와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 코어 반사부(32)는 제 1 다중모드 코어(12) 내에 배치될 수 있다.
코어 반사부(32)는 온도에 따라 굴절률이 변화될 수 있다. 또한, 선택 반사부(30)는 굴절률의 변화에 따라 제 1 다중모드 코어(12)에서 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛을 투과시키거나 전반사시킬 수 있다. 실질적으로, 빛은 제 1 다중모드 코어(12)와 코어 반사부(32)의 경계면에서 투과되거나 전반사될 수 있다. 따라서, 코어 반사부(32)는 온도의 변화에 따라 제 1 다중모드 코어(12)에서 진행되는 빛의 경로를 선택적으로 변경할 수 있다.
예를 들어, 선택 반사부(30)는 온도의 증가에 따라 굴절률이 감소되는 열광학 폴리머를 포함할 수 있다. 열광학 폴리머는 온도에 반비례하여 굴절률이 빠르게 변화되고, 음의 열광학계수가 높은 물질을 포함할 수 있다. 실리카 또는 실리콘 산화물은 온도가 증가함에 따라 굴절률이 증가되지만 열광학계수가 작기 때문에 열광학 폴리머의 굴절률 변화량에 비하여 미미하다. 열광학 폴리머는 온도에 반비례하여 굴절률이 변화될 수 있다. 예를 들어, 열광학 폴리머는 하부 반사부(31)와 상부 반사부(33)에 대응되는 하부 열광학 폴리머와, 상부 열광학 폴리머를 포함하고, 코어 반사부(32)에 대응되는 코어 열광학 폴리머를 포함할 수 있다.
열광학 폴리머는 상온에서 실리카 또는 실리콘 산화물과 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 코어 반사부(32)는 제 1 다중모드 코어(12)에서 진행되는 빛을 투과 또는 반사시킬 수 있다. 실리카 또는 실리콘 산화물과, 열광학 폴리머의 굴절률이 동일하면, 빛은 제 1 다중모드 코어(12)와 코어 반사부(32)의 경계면에서 굴절없이 투과될 수 있다.
반면, 열광학 폴리머는 히터 전극(34)에 의해 가열되면, 실리카 또는 실리콘 산화물보다 굴절률이 감소될 수 있다. 선택 반사부(30)는 제 1 다중모드 코어(12)와의 경계면에서 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛을 제 2 방향(D2)으로 제 2 다중모드 코어(22) 방향으로 반사시킬 수 있다. 반사는 굴절률이 큰 제 1 다중모드 코어(12)에서 굴절률이 작은 열광학 폴리머에 빛이 입사될 때 일어날 수 있다. 반사가 시작되는 빛의 입사각은 임계각이 될 수 있다.
일반적으로 빛은 입사각이 임계각보다 작으면 반사 및 투과되고, 임계각보다 크면 전반사된다. 임계각은 스넬의 법칙에 따라 제 1 다중모드 코어(12)와 선택 반사부(30)의 굴절률의 비로 나타날 수 있다. 선택 반사부(30)는 히터 전극(34)의 발열에 의해 굴절률이 변화됨에 따라 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛의 임계각을 변화시킬 수 있다. 선택 반사부(30)는 굴절률이 감소함에 따라 임계각 또한 감소하기 때문에 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛을 제 2 방향(D2)으로 전반사시킬 수 있다.
입사각은 제 3 방향(D3)에 수직하는 제 4 방향(D4)과, 제 1 방향(D1)이 이루는 각도가 될 수 있다. 또한, 임계각은 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛이 선택 반사부(30) 표면을 따라 제 3 방향(D3)으로 진행될 때, 제 4 방향(D4)과 상기 제 1 방향(D1)이 이루는 각도를 의미한다. 빛은 임계각보다 큰 각도로 입사되면 선택 반사부(30)와 제 1 다중모드 코어(12)의 경계면에서 100% 반사될 수 있다.
빛의 입사각과 반사각은 스넬의 법칙에 의해 서로 동일하다. 입사각은 제 4 방향(D4)과 제 1 방향(D1)이 이루는 각도가 될 수 있다. 반사각은 제 4 방향(D4)과 제 2 방향(D2)이 이루는 각도가 될 수 있다. 선택 반사부(30)는 굴절률이 감소함에 따라 제 1 다중모드 코어(12)에서 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛을 제 2 방향(D2)으로 전반사시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자는 열광학 폴리머의 선택 반사부(30)를 가열하는 히터 전극(34)의 발열여부에 따라 온/오프(ON/OFF)될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 오프 상태에서 입력된 빛의 투과 성분과 반사 성분을 중첩적분(convolution) 계산 결과로 나타낸 그래프들이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 선택 반사부(30)의 오프 상태에서 빛의 입력 성분(51)과 투과 성분(52)은 동일한 제 1 방향(D1)으로 입출력될 수 있다. 도 3a에서 X축과 Y축은 도 1의 제 1 광 도파로(10) 및 제 2 광 도파로(20)의 위치를 표현하기 위한 좌표축이다. 도 3b의 가로축은 정규화된 에너지값의 변화를 나타내고, 세로축은 도 1에서 제 3 방향(D3) 방향으로의 거리를 나타낸다.
입사된 광에 대하여 투과 성분(52)은 입사된 광과 투과 성분과의 중첩적분으로부터 계산될 수 있다. 제 1 방향(D1)으로 1로 정규화된 광파워가 입력되면, 다시 제 1 방향(D1)으로 약 0.9708정도의 투과 성분(52)이 출력될 수 있다. 빛은 선택 반사부(30)에서 약 0.0292정도의 반사 성분(53)으로 손실이 발생될 수 있다. 반사 성분(53)은 제 2 방향(D2)으로 출력될 수 있다.
입력 성분(51)에 대한 투과 성분(53)의 비율은 상용로그 값으로 환산되는 데시벨(dB)로 변환될 수 있다. 따라서, 빛은 선택 반사부(30)의 오프 상태에서의 제 1 방향(D1)으로 약 -0.12dB의 손실값으로 투과될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 온 상태에서 빛의 투과 성분과 반사 성분을 중첩적분 계산 결과로 나타낸 그래프들이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 온 상태에서 빛의 입력 성분(51)은 제 1 방향(D1)으로 입력되고, 반사 성분(53)은 상기 제 1 방향(D1)에 교차되는 제 2 방향(D2)으로 출력될 수 있다.
제 1 방향(D1)으로 1로 정규화된 광파워가 입력되면, 제 2 방향(D2)으로 약 0.942정도의 반사 성분(53)이 출력될 수 있다. 입사된 빛은 선택 반사부(30)에서 약 0.058정도의 손실이 발생할 수 있으며 일부는 투과 성분(52)으로 출력될 수 있다. 또한, 투과 성분(52)은 설계변수 최적화를 통하여 제 2 방향(D2)으로 출력될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자는 온도에 따라 굴절률이 변화되는 열광학 폴리머를 포함한 선택 반사부(30)를 이용하여 빛을 투과시키거나 반사시킬 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 기판(70) 상에서 하부 클래드(72) 및 코어 층(73)를 형성한다. 하부 클래드(72) 및 코어 층(73)은 화염가수분해 방법 (flame hydrolysis deposition), 열산화막 형성 (thermal oxidation), 또는 화학기상증착방법 (chemical vapor deposition)으로 형성된 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 하부 클래드(72) 및 코어 층(73)은 굴절률이 서로 다를 수 있다.
도 6 및 도 1을 참조하면, 코어 층(73)으로부터 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)를 포토리소그래피 공정으로 패터닝한다. 제 1 광 도파로(20)와 제 2 광 도파로(30)은 각각 제 1 다중모드 코어(12)와 제 2 다중모드 코어(22)를 포함할 수 있다. 포토리소그래피 공정은 코어 층(73)을 선택적으로 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 패터닝 공정과, 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출되는 코어 층(73)을 식각하는 식각 공정을 포함할 수 있다. 패터닝 공정은 코어 층(73) 상의 전면에 포토레지스트를 도포하는 스핀 코팅 공정과, 포토레지스트를 포토 마스크에 따라 자외선에 노광시키는 노광 공정과, 상기 자외선에 노광된 포토레지스트를 현상하는 현상 공정을 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제 1 다중모드 코어(12) 및 제 2 다중모드 코어(22)를 덮는 상부 클래드(74)를 형성한다. 상부 클래드(74)는 하부 클래드(72)와 마찬가지로, 화염가수분해방법, 또는 화학기상증착방법으로 기판(70)의 전면에 형성된 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제 1 다중모드 코어(12) 및 제 2 다중모드 코어(22)를 관통하는 트렌치(75)를 형성한다. 트렌치(75)는 하부 클래드(72) 상부면에서 바닥면까지 형성될 수 있다. 트렌치(75)는 제 1 다중모드 코어(12)의 선폭보다 크게 형성될 수 있다. 트렌치(75)는 제 1 다중모드 코어(12)의 외곽의 상부 클래드(74)에 접하게 배치될 수 있다.
트렌치(75)는 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다. 포토리소그래피 공정은 제 1 다중모드 코어(12) 및 상부 클래드(74)를 선택적으로 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 패터닝 공정과, 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출되는 제 1 다중모드 코어(12)를 식각하는 식각 공정을 포함할 수 있다. 상부 클래드(74), 제 1 다중모드 코어(12), 및 하부 클래드(72)는 건식식각방법에 의해 비등방적으로 식각될 수 있다.
도 9를 참조하면, 트렌치(75)의 바닥에 하부 클래드(72)의 상부 표면 레벨까지 하부 반사부(31)를 형성한다. 하부 반사부(31)는 스핀 코팅방법 및 건식식각방법으로 형성된 하부 열광학 폴리머를 포함할 수 있다. 하부 열광학 폴리머는 상온에서 하부 클래드(72)와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 하부 열광학 폴리머는 스핀 코팅방법에 의해 트렌치(75) 내에 충진될 수 있다. 또한, 하부 열광학 폴리머는 기판(70)의 전면에 형성될 수 있다. 이후, 하부 열광학 폴리머는 건식식각방법에 의해 상부 클래드 상에서 제거될 수 있다. 또한, 하부 열광학 폴리머는 트랜치(75) 내에서 하부 클래드(72)와 동일한 레벨까지 제거될 수 있다. 건식식각방법은 타임 식각방법을 포함할 수 있다. 트렌치(75) 내에서 하부 열광학 폴리머 상부 표면의 레벨은 알파스텝장치에 의해 확인될 수 있다.
도 10을 참조하면, 하부 반사부(31) 상에서 제 1 다중모드 코어(12)의 상부 표면 레벨까지 코어 반사부(32)를 형성한다. 코어 반사부(32)는 스핀 코팅방법 및 건식식각방법으로 트렌치(75) 내에 형성된 코어 열광학 폴리머를 포함할 수 있다. 코어 열광학 폴리머는 상온에서 제 1 다중모드 코어(12)와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 코어 열광학 폴리머는 스핀 코팅방법에 의해 트렌치(75) 내에 충진되고, 기판(70)의 전면에서 형성될 수 있다. 코어 열광학 폴리머는 건식식각방법에 의해 기판(70)의 전면에서 제거되고, 트랜치(75) 내에서 제 1 다중모드 코어(12)의 상부 표면과 동일한 레벨까지 제거될 수 있다. 마찬가지로, 코어 열광학 폴리머 상부 표면의 레벨은 알파스텝장치에 의해 확인될 수 있다.
도 11을 참조하면, 트렌치(75) 내에서 코어 반사부(32) 상에 상부 반사부(33)를 형성한다. 상부 반사부(33)는 스핀 코팅방법 및 건식식각방법으로 트렌치(75) 내에 형성된 상부 열광학 폴리머를 포함할 수 있다. 상부 열광학 폴리머는 상온에서 상부 클래드(74)와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 상부 열광학 폴리머는 스핀 코팅방법에 의해 트렌치(75) 내에 충진되고, 기판(70)의 전면에 형성될 수 있다. 상부 열광학 폴리머는 건식식각방법에 의해 기판(70) 상에서 평탄하게 제거될 수 있다.
도 12를 참조하면, 선택 반사부(30) 상에 히터 전극(34)을 형성한다. 히터 전극(34)은 저항 금속을 포함할 수 있다. 히터 전극(34)은 저항 금속의 증착 공정과 포토리소그래피 공정으로 형성될 수 있다. 증착 공정은 선택 반사부(30) 및 상부 클래드(74) 상의 전면에 저항 금속을 형성하는 이빔증착방법(e-beam evaporation deposition) 또는 열증착방법(thermal evaporation deposition)을 포함할 수 있다. 포토리소그래피 공정은 저항 금속을 선택적으로 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 패터닝 공정과, 포토레지스트 패턴에 의해 노출되는 저항 금속을 제거하는 식각 공정을 포함할 수 있다. 식각 공정은 습식 혹은 건식식각방법을 포함할 수 있다. 히터 전극(34)은 포토레지스트 패턴 하부에서 식각 공정으로부터 제거되지 않고 선택 반사부(30) 상에 잔존하는 저항 금속을 포함할 수 있다. 저항 금속은 니켈과 크롬의 합금, 타이타늄, 혹은 금을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법은 제 1 다중모드 코어(12)를 관통하는 트렌치(75) 내에 열광학 폴리머를 포함하는 선택 반사부(30)와 상기 선택 반사부(30) 상에 적층되는 히터 전극(34)을 형성할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도이고, 도 14는 도 11의 Ⅱ-Ⅱ'선상을 절취하여 나타낸 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위치 소자는, 제 1 방향(D1)의 제 1 광 도파로(10) 내에서 투과되는 빛을 전기광학효과(electro- optic effect)로 단속하여 제 2 방향(D2)의 제 2 광 도파로(20)에 선택적으로 반사하는 스위칭부(S)를 포함할 수 있다. 스위칭부(S)는 전기장의 크기 및 방향에 따라 굴절률이 변화되는 선택 반사부(30)와, 상기 선택 반사부(30)의 상하에서 전기장을 인가하는 하부 전극(36) 및 상부 전극(38)을 포함할 수 있다. 선택 반사부(30)는 굴절률의 변화에 따라 빛의 임계각을 만족시킴으로서, 제 1 광 도파로(10) 내에서 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛을 그대로 투과시키거나, 제 2 방향(D2)의 제 2 광 도파로(20)에 전반사시킬 수 있다. 선택 반사부(30)는 빛을 상기 제 1 광 도파로(10)의 제 1 출력단(Out1)과, 제 2 광 도파로(20)의 제 2 출력단(Out2)에 대해 선택적으로 출력시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위치 소자는 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20) 사이에서 전기광학효과에 의해 가변되는 굴절률을 갖는 선택 반사부(30)를 포함하기 때문에 광 경로의 변경 구조가 간단히 설계될 수 있다. 선택 반사부(30)는 하부 전극(36) 및 상부 전극(38)에 인가되는 고주파 전기신호(radiofrequency electrical signal)에 의해 제 1 광 도파로(10) 내에서 진행되는 빛을 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2)으로 고속 스위칭할 수 있다.
제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)는 기판(70) 상의 하부 클래드(72)와 상부 클래드(74) 사이에 배치될 수 있다. 상부 클래드(74)는 제 1 광 도파로(10) 및 제 2 광 도파로(20)를 둘러쌀 수 있다. 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)는 불순물이 도핑된 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 하부 클래드(72)와 상부 클래드(74)는 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
제 1 광 도파로(10)는 빛이 입출력되는 입력단(In) 및 제 1 출력단(Out1)을 갖는 제 1 단일모드 코어들(16)과, 상기 제 1 단일모드 코어들(16)사이에 배치된 제 1 다중모드 코어(12)와, 상기 제 1 다중모드 코어(12) 및 상기 제 1 단일모드 코어들(16)간에 연결되는 제 1 테이퍼링 코어들(14)을 포함할 수 있다.
제 2 광 도파로(20)는 제 1 광 도파로(10)의 제 1 다중모드 코어(12)에 연결되는 제 2 다중모드 코어(22)와, 상기 제 2 다중모드 코어(22)에서 진행되는 빛을 제 2 출력단(Out2)으로 출력하는 제 2 단일모드 코어(26)와, 상기 제 2 단일모드 코어(26) 및 상기 제 2 다중모드 코어(22)사이에 배치된 제 2 테이퍼링 코어(24)를 포함할 수 있다.
제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)는 실질적으로 동일한 물질로 이루어지기 때문에 도 12에서 설명의 편의 상 스위칭부(S)의 좌측을 상기 제 1 광 도파로(10)의 제 1 다중모드 코어(12)로 나타내고, 우측을 상기 제 2 광 도파로(20)의 제 2 다중모드 코어(22)로 나타낸다.
스위칭부(S)는 제 1 다중모드 코어(12) 및 제 2 다중모드 코어(22)가 연결되는 교차 영역 또는 접합 영역에 배치될 수 있다. 스위칭부(S)는 제 1 방향(D1)과 제 2 방향(D2) 사이의 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있다. 제 1 방향(D1)과 제 3 방향(D3)이 이루는 각과, 제 2 방향(D2)과 제 3 방향(D3)이 이루는 각은 서로 대칭적이고, 동일할 수 있다. 따라서, 스위칭부(S)는 상기 제 1 방향(D1)의 제 1 다중모드 코어(12)를 가로지르는 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있다.
스위칭부(S)는 굴절률의 변화에 따라 빛을 제 1 광 도파로(10)에서 제 2 광 도파로(20)에 선택적으로 반사하는 선택 반사부(30)와, 상기 선택 반사부(30) 상하에서 상기 선택 반사부(30)에 전기장을 인가하는 하부 전극(36)과 상부 전극(38)을 포함할 수 있다. 하부 전극(36)과 상부 전극(38)은 선택 반사부(30)를 전기장으로 제어하는 제어부가 될 수 있다. 하부 전극(36)과 상부 전극(38)은 교류 성분의 고주파 전기신호가 인가될 수 있다. 하부 전극(36)과 상부 전극(38)은 도전성이 우수한 금속을 포함할 수 있다. 하부 전극(36)은 기판(70)과 하부 클래드(72) 사이에 배치될 수 있다. 하부 전극(36)은 기판(70)상의 전면에 배치될 수 있다. 상부 전극(38)과 하부 전극(36)은 각각 선택 반사부(30)에 접촉되거나 이격될 수 있다. 선택 반사부(30)는 전기광학 폴리머로 도전성을 갖지 않는다. 따라서, 선택 반사부(30)는 상부 전극(38)과 하부 전극(36) 각각에 전기적으로 접촉되지 않아도 무방하다. 예를 들어, 선택 반사부(30)는 제 1 다중모드 코어(12)의 하부면과 하부 전극(36)사이의 하부 클래드(72) 내에서의 깊이까지 배치될 수 있다.
상기 선택 반사부(30)는 상기 하부 클래드(72)와 동일한 상부 표면을 갖는 하부(lower) 반사부(31)와, 상기 하부 반사부(31) 상에서 상기 제 1 광 도파로(10) 및 제 2 광 도파로(20)와 동일한 레벨을 갖는 코어 반사부(32)와, 상기 코어 반사부(32) 상에서 상기 상부 클래드(74)와 동일한 하부 표면을 갖는 상부 반사부(33)를 포함할 수 있다. 하부 반사부(31)와 상부 반사부(33)는 각각 하부 클래드(72) 및 상부 클래드(74)와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 코어 반사부(32)는 제 1 단일모드 코어(12)와 동일한 굴절률을 가질 수 있다.
코어 반사부(32)는 전기장의 방향 및 크기에 따라 굴절률이 변화될 수 있다. 코어 반사부(32)는 굴절률의 변화에 따라 제 1 다중모드 코어(12)에서 제 1 방향(D1)으로 진행되는 빛을 투과시키거나 전반사시킬 수 있다. 따라서, 코어 반사부(32)는 하부 전극(36) 및 상부 전극(34)에서 유도되는 전기장에 따라 제 1 다중모드 코어(12)에서 진행되는 빛의 경로를 선택적으로 변경할 수 있다.
예를 들어, 선택 반사부(30)는 전기장의 인가에 따라 굴절률이 감소하는 전기광학 폴리머를 포함할 수 있다. 전기광학 폴리머는 전기장의 방향 및 크기에 따라 굴절률이 빠르게 변화되는 물질을 포함할 수 있다. 전기광학 폴리머는 유전 분극을 가질 수 있다. 유전 분극은 전기광학 폴리머 내에서 일방향으로 배열될 수 있다. 따라서, 전기광학 폴리머는 전기장이 유전 분극에 나란한 방향으로 인가되거나, 상기 유전 분극에 반대 방향으로 인가될 경우, 굴절률이 변화될 수 있다.
제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)를 구성하는 실리카 또는 실리콘 산화물은 전기장에 의하여 굴절률이 거의 변화되지 않는다. 전기광학 폴리머는 실리카 또는 실리콘 산화물과 굴절률이 동일하면 빛을 투과시킬 수 있다. 전기광학 폴리머는 실리카 또는 실리콘 산화물보다 굴절률이 현저히 낮으면 빛을 전반사시킬 수 있다. 전기광학 폴리머의 굴절률이 변하여 빛의 입사각이 임계각에 도달될 때 빛은 전반사될 수 있다.
전기광학 폴리머는 전기장의 세기가 증가되면 굴절률의 변화가 가속화될 수 있다. 예를 들어, 전기광학 폴리머는 하부 반사부(31)와 상부 반사부(33)에 대응되는 하부 전기광학 폴리머와, 상부 전기광학 폴리머를 포함하고, 코어 반사부(32)에 대응되는 코어 전기광학 폴리머를 포함할 수 있다.
제 1 광 도파로(10)와 선택 반사부(30)는 각각 제 1 방향(D1)과 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있다. 빛의 입사각은 제 3 방향(D3)에 수직하는 제 4 방향(D4)과, 제 1 방향(D1)이 이루는 각도로서 고정될 수 있다. 선택 반사부(30)는 전기광학효과에 의한 굴절률의 변화에 대응하여 제 1 광 도파로(10)에서 진행되는 빛을 전반사 시킬 수 있다. 즉, 선택 반사부(30)는 제 1 방향(D1)의 빛을 그대로 투과시키거나 빛을 제 2 방향(D2)으로 반사 할 수 있다. 선택 반사부(30)는 하부 전극(36)과 상부 전극(38)사이에 유도되는 전기장에 의해 스위칭될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위칭 소자는 상부 전극(38)과 하부 전극(36)에 인가되는 고주파 전기신호에 의해 선택 반사부(30)에서 빛의 투과 및 전반사를 고속으로 스위칭할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다
도 15 내지 도 25는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 단면도들이다.
도 15를 참조하면, 기판(70) 상에 하부 전극(36)을 형성한다. 하부 전극(36)은 도전성이 높은 금속층을 포함할 수 있다. 하부 전극(36)은 금속층의 증착 공정으로 기판(70)의 전면에 형성될 수 있다. 금속층은 기판(70)의 전면에 이빔증착방법(e-beam evaporation deposition) 또는 열증착방법(thermal evaporation deposition)으로 증착될 수 있다.
도 16을 참조하면, 하부 전극(36)을 포함하는 기판(70)의 전면에 하부 클래드(72) 및 코어 층(73)를 형성한다. 하부 클래드(72)는 화염가수분해증착방법, 열산화막 형성방법 또는 화학기상증착방법으로 형성된 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 하부 클래드(72) 및 코어 층(73)은 굴절률이 서로 다를 수 있다.
도 17 및 도 13을 참조하면, 코어 층(73)으로부터 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로(20)를 포토리소그래피 공정으로 패터닝한다. 제 1 광 도파로(20)와 제 2 광 도파로(30)은 각각 제 1 다중모드 코어(12)와 제 2 다중모드 코어(22)를 포함할 수 있다. 포토리소그래피 공정은 코어 층(73)을 선택적으로 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 패터닝 공정과, 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출되는 코어 층(73)을 식각하는 식각 공정을 포함할 수 있다. 패터닝 공정은 코어 층(73) 상의 전면에 포토레지스트를 도포하는 스핀 코팅 공정과, 포토레지스트를 포토 마스크에 따라 자외선에 노광시키는 노광 공정과, 상기 자외선에 노광된 포토레지스트를 현상하는 현상 공정을 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 제 1 다중모드 코어(12) 및 제 2 다중모드 코어(22)를 덮는 상부 클래드(74)를 형성한다. 상부 클래드(74)는 하부 클래드(72)와 마찬가지로, 화염가수분해방법, 또는 화학기상증착방법으로 기판(70)의 전면에 형성된 실리카 또는 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
도 19를 참조하면, 제 1 다중모드 코어(12) 및 제 2 다중모드 코어(22)를 관통하는 트렌치(75)를 형성한다. 트렌치(75)는 하부 클래드(72) 상부면에서 바닥면까지 형성될 수 있다. 트렌치(75)는 제 1 다중모드 코어(12)의 선폭보다 크게 형성될 수 있다. 트렌치(75)는 제 1 다중모드 코어(12)의 외곽의 상부 클래드(74)에 접하게 배치될 수 있다. 트렌치(75)는 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다. 포토리소그래피 공정은 제 1 다중모드 코어(12) 및 상부 클래드(74)를 선택적으로 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 패터닝 공정과, 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출되는 제 1 다중모드 코어(12)를 식각하는 식각 공정을 포함할 수 있다. 상부 클래드(74), 제 1 다중모드 코어(12), 및 하부 클래드(72)는 건식식각방법에 의해 비등방적으로 식각될 수 있다.
도 20을 참조하면, 트렌치(75)의 바닥에서 하부 클래드(72) 상부 표면의 레벨까지 하부 반사부(31)를 형성한다. 하부 반사부(31)는 스핀 코팅방법 및 건식식각방법으로 형성된 하부 전기광학 폴리머를 포함할 수 있다. 하부 전기광학 폴리머는 상온에서 하부 클래드(72)와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 하부 전기광학 폴리머는 스핀 코팅방법에 의해 트렌치(75) 내에 충진될 수 있다. 또한, 하부 전기광학 폴리머는 기판(70)의 전면에 형성될 수 있다. 이후, 하부 전기광학 폴리머는 건식식각방법에 의해 상부 클래드 상에서 제거될 수 있다. 또한, 하부 전기광학 폴리머는 트랜치(75) 내에서 하부 클래드(72)과 동일한 레벨까지 제거될 수 있다. 트렌치(75) 내에서 하부 전기 광학 폴리머 상부 표면의 레벨은 알파스텝장치에 의해 확인될 수 있다.
도 21을 참조하면, 하부 반사부(31) 상에서 제 1 다중모드 코어(12)의 상부 표면 레벨까지 코어 반사부(32)를 형성한다. 코어 반사부(32)는 스핀 코팅방법 및 건식식각방법으로 트렌치(75) 내에 형성된 코어 전기광학 폴리머를 포함할 수 있다. 코어 전기광학 폴리머는 스핀 코팅방법에 의해 트렌치(75) 내에 충진되고, 기판(70)의 전면에서 형성될 수 있다. 코어 전기광학 폴리머는 건식식각방법에 의해 기판(70)의 전면에서 제거되고, 트랜치(75) 내에서 제 1 다중모드 코어(12)의 상부 표면과 동일한 레벨까지 제거될 수 있다. 마찬가지로, 코어 전기광학 폴리머 상부 표면의 레벨은 알파스텝장치에 의해 확인될 수 있다.
도 22를 참조하면, 트렌치(75) 내에서 코어 반사부(32) 상에 상부 반사부(33)를 형성한다. 상부 반사부(33)는 스핀 코팅방법 및 건식식각방법으로 트렌치(75) 내에 형성된 상부 전기광학 폴리머를 포함할 수 있다. 상부 전기광학 폴리머는 스핀 코팅방법에 의해 트렌치(75) 내에 충진되고, 기판(70)의 전면에 형성될 수 있다. 상부 전기광학 폴리머는 건식식각방법에 의해 기판(70) 상에서 평탄하게 제거될 수 있다.
도 23을 참조하면, 선택 반사부(30)의 전기광학 폴리머에서 유전 분극을 일방향으로 정열한다. 유전 분극(39)은 전기적으로 절연성을 갖는 유전체에 유도 전기장(40)이 인가되면, 전기적으로 극성을 띤 분자들이 전체적으로 상기 유도 전기장(40)과 반대방향으로 정렬되어 상기 유전체가 일정한 방향으로 분극되는 현상으로 정의될 수 있다. 따라서, 선택 반사부(30)는 폴링(poling) 전극(44)과 하부 전극(36) 사이에 생성되는 유도 전기장(40)에 의해 물질 내에서 정렬되는 유전 분극(39)을 가질 수 있다. 유전 분극(39)은 도 23이외에는 도시되지 않았지만, 다른 도면들에서도 선택 반사부(30) 내에 존재할 수 있다. 폴링 전극(44)은 상부 클래드(74) 상에서 이격되게 배치될 수 있다. 폴링 전극(44)과 하부 전극(36)에는 매우 높은 값을 갖는 직류 성분의 전압이 인가될 수 있다.
도 24를 참조하면, 선택 반사부(30) 상에 상부 전극(38)을 형성한다. 상부 전극(38)은 도전성이 높은 금속층을 포함할 수 있다. 상부 전극(38)은 하부 전극(36)과 마찬가지로, 금속 층의 증착 공정과 포토리소그래피 공정에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광 스위치 소자의 제조방법은 하부 전극(36)과 상부 전극(38) 사이에서 제 1 다중모드 코어(12)를 관통하는 트렌치(75) 내에 선택 반사부(30)를 형성할 수 있다.
도 25는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도이다.
도 25를 참조하면, 제 3 실시예에 따른 광 스위치 소자는, 제 1 방향(D1)으로 배치되는 제 1 광 도파로(10)에 제 2 방향(D2)으로 연결되는 복수개의 제 2 광 도파로들(20)이 분기될 때마다, 제 3 방향(D3)으로 배치된 복수개의 스위칭부들(S1~S7)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 스위치 소자는 제 1 광 도파로(10) 에서 제 2 광 도파로(20)가 연결될 때마다 복수개의 스위칭부들(S1~S7)이 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있기 때문에 광 경로의 변경 구조가 간단해질 수 있다.
제 1 광 도파로(10)는 빛이 입출력되는 입력단(In)과 제 1 출력단(Out1)으로 연장되는 제 1 단일모드 코어들(16) 및 제 1 테이퍼링 코어들(14) 사이에서 복수개의 제 2 광 도파로들(20)이 분기되는 제 1 다중모드 코어(12)를 포함할 수 있다. 입력단(In)과 제 1 출력단(Out1)은 제 1 다중모드 코어(12)의 양측에 제 1 방향(D1)으로 배치된 제 1 단일모드 코어들(16)에 대응될 수 있다. 제 1 다중모드 코어(12)는 제 1 단일모드 코어들(16)과 제 1 테이퍼링 코어들(14)사이에서 입출력되는 빛을 제 1 방향(D1)으로 진행시킬 수 있다. 제 1 다중모드 코어(12)는 복수개의 스위칭부들(S1~S7)에서 빛을 제 1 방향(D1)으로 진행시킬 수 있다. 또한, 제 1 다중모드 코어(12)는 복수개의 스위칭부들(S1~S7)에서 전반사되는 빛을 제 2 다중모드 코어들(22)에 전달할 수 있다.
복수개의 스위칭부들(S1~S7)은 제 1 다중모드 코어(12) 내에서 각각 제 1 방향(D1)으로 이격하여 배치될 수 있다. 복수개의 스위칭부들(S1~S7)은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에서 설명된 바와 같이, 빛을 제 1 광 도파로(10)에서 제 2 광 도파로들(20)에 선택적으로 반사하는 선택 반사부들과, 상기 선택 반사부들을 온도 또는 전기장으로 제어하는 제어부들을 포함할 수 있다.
제 2 광 도파로들(20)은 제 1 다중모드 코어들(12)에 연결되는 제 2 다중모드 코어들(22)과, 상기 제 1 다중모드 코어(12)에 대향되는 상기 제 2 다중모드 코어들(22)의 타단에 연결되는 제 2 테이퍼링 코어들(24)과, 상기 제 2 테이퍼링 코어들(24)에서 연장되는 제 2 단일모드 코어들(26)을 포함할 수 있다.
제 2 다중모드 코어들(22)과 제 2 테이퍼링 코어들(24)은 모두 제 2 방향(D2)으로 배치될 수 있다. 제 2 단일모드 코어들(26)은 제 2 테이퍼링 코어들(24)로부터 제 2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 또한, 제 2 단일모드 코어들(26)은 제 2 방향(D2)에서 제 1 방향(D1)으로 방향이 변경될 수 있다. 제 2 단일모드 코어들(26)은 곡선손실이 발생하지 않는 곡률로 방향이 변경될 수 있다. 제 2 단일모드 코어들(26)은 제 2 내지 제 8 출력단(Out2~Out8)으로 빛을 출력할 수 있다. 출력단들(Out1~Out8)은 스위칭부들(S1~S7)의 개수보다 하나가 더 많을 수 있다. 도 22에서 출력단들(Out1~Out8)은 이해를 돕기 위해 1X8개가 도시되었으며, 출력단들(Out1~Out8)의 번호는 아래 방향에 대해 순차적으로 개시되었다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다른 형태의 1XN개의 출력단을 갖는 광 스위치 소자로 구현될 수 있다.
제 1 광 도파로(10)에 입력된 빛은 동작되는 스위칭부들(S1~S7)의 순서에 따라 출력될 수 있다. 예를 들어, 제 2 스위칭부(S2)가 동작되면 빛은 제 7 출력단(Out7)으로 출력될 수 있다. 제 1 광 도파로(10)의 입력단(In)으로 입력된 빛은 복수개의 스위칭부들(S1~S7)이 모두 동작되지 않을 경우, 제 1 출력단(Out1)으로 출력될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 광 스위칭 소자는 하나의 제 1 광 도파로(10)에 N개의 제 2 광 도파로들(20)이 연결되는 분기점마다 배치되는 1XN개의 스위칭부(S)를 포함할 수 있다.
도 26은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도이다.
도 26을 참조하면, 제 4 실시예에 따른 광 스위치 소자는, 제 1 방향(D1)으로 평행한 M개의 제 1 광 도파로들(10)과, 제 2 방향(D2)으로 평행한 N개의 제 2 광 도파로들(20)에 의해 정의되는 매트릭스(matrix)의 각 노드(node)에서 제 3 방향(D3)으로 배치된 MXN 개수의 스위칭부들(S11~SMN)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광 스위치 소자는 복수개의 제 1 광 도파로(10)와 제 2 광 도파로들(20)이 교차될 때마다 각기 제 3 방향(D3)으로 스위칭부들(S11~SMN)이 배치될 수 있기 때문에 광 경로의 변경 구조가 간단해질 수 있다.
복수개의 제 1 광 도파로들(10)은 제 1 방향(D1)으로 평행하게 배치되는 제 1 다중모드 코어들(12)을 포함할 수 있다. 복수개의 제 2 광 도파로들(20)은 제 1 방향(D1)과 교차되는 제 2 방향(D2)으로 평행하게 배치된 제 2 다중모드 코어들(22)을 포함할 수 있다. 복수개의 제 1 다중모드 코어들(12)과 제 2 다중모드 코어들(22)은 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 복수개의 스위칭부들(S11~SMN)은 매트릭스 내에서 복수개의 제 1 다중모드 코어들(12)과 제 2 다중모드 코어들(22)이 교차되는 각각의 노드마다 배치될 수 있다. 복수개의 스위칭부들(S11~SMN)은 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있다. 복수개의 스위칭부들(S11~SMN)은 제 1 다중모드 코어들(12)과 제 2 다중모드 코어들(22)을 가로지를 수 있다. 복수개의 스위칭부들(S11~SMN)은 제 1 및 제 2 실시예에서 설명된 바와 같이, 빛을 제 1 광 도파로(10)에서 제 2 광 도파로들(20)에 선택적으로 반사하는 선택 반사부들과, 상기 선택 반사부들을 온도 또는 전기장으로 제어하는 제어부들을 포함할 수 있다.
복수개의 제 1 광 도파로들(10)은 제 1 다중모드 코어들(12)에서 제 1 방향(D1)으로 연결된 제 1 테이퍼링 코어들(14)과, 제 1 단일모드 코어들(16)을 포함할 수 있다. 제 1 광 도파로들(10)의 제 1 단일모드 코어들(16)은 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있다. 제 1 단일모드 코어들(16)은 제 3 방향(D3)에서 제 1 방향(D1)으로 방향이 변경될 수 있다. 제 1 단일모드 코어들(16)은 곡선손실이 발생되지 않는 곡률로 방향이 변경될 수 있다.
복수개의 제 2 광 도파로들(20)은 제 2 다중모드 코어들(22)에서 제 2 방향(D2)으로 연결된 제 2 테이퍼링 코어들(24)과 제 2 단일모드 코어들(26)을 포함할 수 있다. 제 2 광 도파로들(20)의 제 2 단일모드코어들은 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 단일모드 코어들(26)은 곡선손실이 발생되지 않는 곡률로 제 2 방향(D2)에서 제 3 방향(D3)으로 방향이 변경될 수 있다. 제 1 단일모드 코어들(16)은 입력단들(In1~InM)에서 연장될 수 있다. 제 2 단일모드 코어들(26)은 출력단들(Out1~OutN)에 연장될 수 있다. 스위칭부들(S11~SMN)은 입력단들(In1~InM)들과 출력단들(Out1~OutN)의 곱에 대응되는 개수를 가질 수 있다.
도 26에서 이해를 돕기 위해 제 1 다중모드 코어들(12)의 순서에 따라 먼저 1에서 M번까지 번호가 매겨졌고, 제 2 다중모드 코어들(22)의 순서에 따라 다음에 N번까지 번호가 매겨진 MXN개의 스위칭부들(S11~SMN)이 개시되었다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 매트릭스 내에서 다른 형태의 순번을 갖는 광 스위치 소자로 구현될 수도 있다.
입력단(In1~InM)들로부터 입력되는 빛은 다음과 같이 복수개의 스위칭부들(S11~SMN)의 동작에 따라 출력단들(Out1~OutN)으로 출력될 수 있다. 제 1 광 도파로들(10)에 입력된 빛은 해당 제 1 광 도파로들(10)에 배치된 적어도 하나의 스위칭부들(S11~SMN)의 동작에 따라 출력이 결정될 수 있다. 또한, 빛은 동작되는 스위칭부들(S11~SMN) 중의 하나에 연결된 제 2 광 도파로(20)를 통해 출력될 수 있다. 예를 들어, 제 23 스위칭부(S23)가 동작되면, 제 2 입력단(In2)에서 입력된 빛은 제 2 출력단(Out2)으로 출력될 수 있다.
보다 구체적으로, 제 2 입력단(In2)에 연결된 두 번째 제 1 광 도파로(10)를 통해 입력된 빛은 제 23 스위칭부(S23)에서 두 번째 제 2 광 도파로(20)에 반사된 후 제 2 출력단(Out2)으로 출력될 수 있다. 여기서, 두 번째 제 1 광 도파로(10)를 공유한 복수개의 스위칭부들(S21, S22, S23, …, S2M)은 제 2 입력단(In2)으로부터의 거리에 대응되는 순서에 따라 빛을 스위칭하는 유효 권한을 가질 수 있다. 빛은 제 23 스위칭부(S23)가 먼저 동작된다면, 제 2N 스위칭부(S2N)가 동작되더라도 두 번째 제 2 광 도파로(20)를 통해 제 2 출력단(Out2)으로 출력될 수 있다. 이때, 제 22 스위칭부(S22)가 동시에 동작되면 세 번째 제 2 광 도파로(20)를 통해 제 3 출력단(Out3)으로 먼저 출력될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 광 스위칭 소자는 M개의 제 1 광 도파로들(10)과, N개의 제 2 광 도파로들(20)에 의해 정의되는 매트릭스의 노드마다 배치되는 MXN개의 스위칭부(S11~SMN)를 포함할 수 있다.
도 27은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광 스위치 소자를 나타내는 평면도이다.
도 27을 참조하면, 제 5 실시예에 따른 광 스위치 소자는, 제 1 방향(D1)으로 배치된 복수개의 제 1 광 도파로들(10) 사이에서 제 2 방향(D2)과 제 3 방향(D3)으로 서로 교차되는(crossed) 복수개의 제 2 광 도파로들(20)이 상기 제 1 광 도파로들(10)과 연결될 때마다, 제 4 방향(D4)과 제 5 방향(D5)으로 배치된 2X2 개수의 스위칭부들(S11, S12, S21, S22)을 포함할 수 있다. 제 11 및 제 22 스위칭부들(S11, S22)은 복수개의 제 1 광 도파로들(10)에 제 2 방향(D2)으로 제 2 광 도파로들(20)이 연결될 때마다 제 4 방향(D4)으로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 제 12 및 제 21 스위칭부들(S12, S21)은 복수개의 제 1 광 도파로들(10)에 제 3 방향(D3)으로 제 2 광 도파로들(20)이 연결될 때마다 제 5 방향(D5)으로 평행하게 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광 스위치 소자는, 복수개의 제 1 광 도파로들(10) 사이에 적어도 하나의 제 2 광 도파로들(20)이 연결될 때마다, 한쌍의 제 11 및 제 22 스위칭부들(S11, S22) 또는 제 12 및 제 21 스위칭부들(S12, S21)이 평행하게 배치될 수 있기 때문에 광 경로의 변경 구조가 간단해질 수 있다.
복수개의 제 1 광 도파로들(10)은 제 1 방향(D1)으로 서로 평행하게 배치될 수 있다. 복수개의 제 1 광 도파로들(10)은 제 1 및 제 2 입력단(In1, In2)과 제 1 및 제 2 출력단(Out1, Out2)으로 연장될 수 있다. 복수개의 제 1 광 도파로들(10)은 제 1 및 제 2 입력단(In1, In2)과 제 1 및 제 2 출력단(Out1, Out2)으로 연장되는 제 1 단일모드 코어들(16) 및 제 1 테이퍼링 코어들(14)과, 상기 제 1 테이퍼렁 코어들(14)사이에서 제 2 광 도파로들(20)이 연결되는 제 1 다중모드 코어들(12)을 포함할 수 있다. 제 1 다중모드 코어들(12)은 스위칭부들(S11, S12, S21, S22)에서 투과되는 빛을 제 1 방향(D1)으로 진행시킬 수 있다. 제 1 다중모드 코어들(12)은 제 11 및 제 21 스위칭부들(S11, S21)에서 제 2 및 제 3 방향(D3)으로 전반사되는 빛을 제 2 광 도파로들(20)에 전달할 수 있다. 또한, 제 1 다중모드 코어들(12)은 제 12 및 22 스위칭부들(S12, S22)에서 전반사되는 빛을 제 1 방향(D1)으로 진행시킬 수 있다.
복수개의 제 2 광 도파로들(20)은 제 2 다중모드 코어들을 포함할 수 있다. 복수개의 제 2 광 도파로들(20)은 복수개의 제 1 다중모드 코어들(12)사이에서 각각 제 2 방향(D2)과 제 3 방향(D3)으로 배치될 수 있다. 복수개의 제 2 광 도파로들(20)은 제 1 다중모드 코어들(12)사이에서 교차될 수 있다. 복수개의 제 2 광 도파로들(20)은 교차영역에서 빛의 간섭없이 제 2 방향(D2)과 제 3 방향(D3)으로 진행시킬 수 있다. 교차되는 부분에서 진행되는 빛의 손실 및 간섭을 최소화하기 위하여 교차각도를 증가시킬 수 있다.
복수개의 스위칭부들(S11, S12, S21, S22)은 제 1 다중모드 코어들(12) 내에서 각각 제 1 방향(D1)으로 이격하여 배치될 수 있다. 첫 번째 제 1 광 도파로(10)에 배치된 제 11 및 제 12 스위칭부들(S11, S12)은 각각 제 2 광 도파로들(20)에 연결되고, 제 1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. 마찬가지로, 두 번째 제 1 광 도파로(10)에 배치된 제 21 및 제 22 스위칭부들(S21, S22)은 각각 제 2 광 도파로들(20)에 연결되고, 제 1 방향(D1)으로 이격될 수 있다. 복수개의 스위칭부들(S11, S12, S21, S22)은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에서 설명된 바와 같이, 빛을 선택적으로 반사하는 선택 반사부들과, 상기 선택 반사부들을 온도 또는 전기장으로 제어하는 제어부들을 포함할 수 있다.
도 27에서 이해를 돕기 위해 입력단들(In1, In2)과 출력단들(Out1, Out2)은 각각 2개씩으로 나타나고, 스위칭부들(S11, S12, S21, S22)은 2X2개가 도시되었으며, 스위칭부들(S11, S12, S21, S22)의 번호는 제 1 다중모드 코어들(12)의 순서와 입력단들(In1, In2)에서 가까운 순서대로 매겨졌다. 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 입력단들과 출력단들의 증가에 따라 다른 형태의 2XN, NX2, NXN개의 스위칭부들을 갖는 광 스위치 소자로 구현될 수 있다.
복수개의 스위칭부들(S11, S12, S21, S22)은 서로 연동되어 동작될 수 있다. 예를 들어, 제 11 스위칭부(S11)가 동작되면, 제 22 스위칭부(S22) 또한 동작될 수 있다. 제 1 입력단(In1)에서 입력된 빛은 제 11 스위칭부(S11)의 동작에 의해 제 2 광 도파로(20)를 따라 진행되고, 제 22 스위칭부(S22)의 동작에 의해 제 2 출력단(Out2)으로 출력될 수 있다. 제 1 입력단(In1)에서 입력된 빛은 제 11 스위칭부(S11)가 동작되지 않으면, 제 12 스위칭부(S12)를 통과하여 제 1 출력단(Out1)으로 출력될 수 있다. 마찬가지로, 제 21 및 제 12 스위칭부들(S21, S12) 또한 동작이 연동될 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 광 스위칭 소자는 복수개의 제 1 광 도파로(10) 사이에서 복수개의 제 2 광 도파로들(20)이 교차될 때마다, 상기 제 1 광 도파로들(10)에서 각각 서로 다른 방향으로 배치된 2X2, 2XN, NX2, NXN 개수의 스위칭부들을 포함할 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 제 1 광 도파로 20: 제 2 광 도파로
S: 스위칭부 40: 유도 전기장
70: 기판

Claims (19)

  1. 제 1 방향으로 배치된 적어도 하나의 제 1 광 도파로;
    상기 제 1 광 도파로에서 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 연결되는 적어도 하나의 제 2 광 도파로; 및
    상기 제 2 광 도파로가 연결되는 상기 제 1 광 도파로 내에서 상기 제 1 방향으로 투과되는 빛을 단속하여 상기 제 2 방향의 상기 제 2 광 도파로에 선택적으로 반사하는 적어도 하나의 스위칭부를 포함하는 광 스위치 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭부는 빛을 투과 또는 반사하는 선택 반사부와, 상기 선택 반사부 에서 빛의 투과 및 반사를 제어하는 제어부를 포함하는 광 스위치 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택 반사부는 온도에 따라 굴절률이 변화되는 열광학 폴리머를 포함하는 광 스위치 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광 도파로들 상하부에 배치된 상부 및 하부 클래드들을 더 포함하되, 상기 선택 반사부는 상기 제 1 광 도파로 내에 배치된 코어 열광학 폴리머와, 상기 상부 및 하부 클래드들 내에 배치된 상부 및 하부 열광학 폴리머들을 포함하는 광 스위치 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 열광학 폴리머를 가열하는 히터 전극을 포함하는 광 스위치 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 히터 전극은 상기 상부 열광학 폴리머보다 작은 선폭을 갖고, 상기 상부 클래드 및 상기 상부 열광학 폴리머 상에 배치되는 광 스위치 소자.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 선택 반사부는 전기장의 변화에 따라 굴절률이 변화되는 전기광학 폴리머를 포함하는 광 스위치 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광 도파로들 상하부에 배치된 상부 및 하부 클래드들을 더 포함하되, 상기 선택 반사부는 상기 제 1 광 도파로 내에 배치된 코어 전기광학 폴리머와, 상기 상부 및 하부 클래드들 내에 배치된 상부 및 하부 전기광학 폴리머들을 포함하는 광 스위치 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기광학 폴리머에 상기 전기장을 인가하는 상부 및 하부 전극들을 포함하는 광 스위치 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 전극은 상기 상부 전기광학 폴리머보다 작은 선폭을 갖고 상기 상부 클래드 및 상기 상부 전기광학 폴리머 상에 배치되고, 상기 하부 전극은 상기 하부 클래드 및 상기 하부 전기광학 폴리머 아래의 전면에 배치된 광 스위치 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭부는, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향 사이의 제 3 방향으로 배치되는 광 스위치 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    하나의 상기 제 1 광 도파로에 상기 제 2 방향으로 N개의 상기 제 2 광 도파로가 연결되고, 상기 스위칭부는 1XN개수를 갖는 광 스위치 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 광 도파로는 입력단과 제 1 출력단으로 연결되고, 상기 제 2 광 도파로는 제 2 내지 제 N+1 출력단으로 연결되는 광 스위치 소자.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 방향으로 평행한 M개의 상기 제 1 광 도파로들과, 상기 제 2 방향으로 평행한 N개의 상기 제 2 광 도파로들이 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 스위칭부는 MXN개수를 갖는 광 스위치 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 광 도파로들은 M개의 입력단으로 각각 연결되고, 상기 제 2 광 도파로들은 각각 N개의 출력단으로 연결되는 광 스위치 소자.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방향으로 배치된 복수개의 상기 제 1 광 도파로들이 상기 제 2 광 도파로에 의해 서로 연결되고, 상기 복수개의 제 1 광 도파로들 내에서 한쌍의 상기 스위칭부들은 서로 평행하게 배치되는 광 스위치 소자.
  17. 기판 상에서 하부 클래드를 형성하는 단계;
    상기 하부 클래드 상에 제 1 광 도파로와 제 2 광 도파로를 형성하는 단계;
    상기 제 1 광 도파로 및 상기 제 2 광 도파로 상에 상부 클래드를 형성하는 단계;
    상기 상부 클래드와 상기 제 1 광 도파로를 관통하여 상기 하부 클래드를 노출시키는 바닥을 갖는 트랜치를 형성하는 단계;
    상기 트랜치 내에 선택 반사부를 형성하는 단계; 및
    상기 선택 반사부 상에 전극을 형성하는 단계를 포함하는 스위치 소자의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 선택 반사부의 형성단계는,
    상기 트랜치의 바닥에서 상기 하부 클래드의 상부 표면과 동일한 레벨을 갖는 하부 반사부를 형성하는 단계;
    상기 하부 반사부 상에서 상기 제 1 광 도파로 및 상기 제 2 광 도파로와 동일한 레벨을 갖는 코어 반사부를 형성하는 단계; 및
    상기 코어 반사부 상에서 상기 상부 클래드와 동일한 레벨을 갖는 상부 반사부를 형성하는 단계를 포함하는 광 스위치 소자의 제조방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 하부 클래드 사이에 하부 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 광 스위치 소자의 제조방법.
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