KR20210035618A - 배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입력도파로(10)에 연결되는 제1슬라브(20)와 상기 제1슬라브(20)에 연결되는 배열도파로(30)와 상기 배열도파로(30)에 연결되는 제2슬라브(40)와 상기 제2슬라브에 연결되는 출력도파로(50) 및 경사면(60)으로 구성된 배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자 및 그 제조방법 있어서, 상기 경사면(60)은 상부클래드(41), 하부클래드(42)와 같은 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자에 관한 것이다.

Description

배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자 및 그 제조방법{WAVELENGTH DEMULTIPLEXER WITH ARRAYED WAVEGUIDE GRATING AND METHODS OF MANUFACTURING}
본 발명은 파장역다중화 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
인터넷의 대중화로 인하여 대용량의 정보나 데이터의 전송 요구에 의해 대용량 통신이 폭발적으로 증가하고 있고, 최근에는 100Gbps급, 200Gbps급, 또는 그 이상의 광송수신 모듈의 사용을 통한 대용량 비디오 데이터 전송 수요가 증가하고 있다.
이에 따라, 광모듈의 전송 속도가 급격하게 증가하고 있고, 아울러 저가 및 초소형 광 수신기 모듈 구현 기술이 절실하게 요구되고 있다.
이와 같이, 대용량의 데이터를 전송하기 위하여, 다중화(Mux)/역다중화(Demux) 장치를 이용한 다채널 (4채널 또는 그 이상 채널) 광송신 모듈과 광수신 모듈을 사용하게 된다.
파장분할다중화 (WDM:Wavelength Division Multiplexing) 방식은 단일 코어를 통하여 복수 개(4채널 또는 그 이상 채널)의 광 신호 파장을 동시에 전송하므로, 대용량 고속 전송이 용이하여 많이 사용되고 있다.
WDM 방식은 파장간격에 따라, 약 20nm의 파장간격을 사용하는 CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) 방식과 약 0.8nm이하의 파장간격을 사용하는 DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식으로 구별될 수 있다.
특히, CWDM 방식은 오-밴드(O-band: 1,300nm 대역) 파장대역에서 단거리 대용량 전송으로 데이터 센터에 주로 사용되고 있다.
파장분할다중화 시스템에 있어서, 도 1 내지 도 2와 같이 입력도파로, 제1슬라브, 배열도파로, 제2슬라브 및 출력도파로로 구성된 배열도파로 격자 (AWG: Arrayed Waveguide Grating) 형태를 갖는 파장역다중화 소자를 사용하기도 한다.
파장역다중화 소자 제작에 있어서, 도 3과 같이 파장역다중화 칩 표면에서 수직 방향으로 광 신호를 수광할 수 있도록 포토다이오드(70)가 위치하게 된다.
이때, 출력 단면에 코어도파로(43)를 통해 들어온 광신호인 입력광을 특정 각도(40~44도)로 가공 연마된 경사면에서 전반사(total reflection)이 이루어 지도록 경사면을 형성하여 포토다이오드(70)로 광신호를 수광하게 된다.
도파로 구조를 살펴보면, 도 3과 같이 기판 위에 하부클래드층이 형성되고, 그 위에 광신호를 전달하는 코어 층이 형성되며, 그 위에 상부클래드 층을 형성하여 파장역다중화 칩 구조가 된다.
광신호를 포토다이오드(70)에 수광할 수 있도록 전반사(total reflection) 가 일어나는 경사면을 살펴보면, 경사면이"하부클래드(under clad)/코어(core)/상부클래드(over clad)"와 같이 이루어진다.
하부클래드 와 상부클래드는 같은 물질이며, 코어도파로는 하부클래드와 상부클래드 보다 굴절률을 높게 한 다른 물질이다.
전반사가 이루어 지는 경사면 연마 시 하부클래드 /상부클래드 의 물질과 코어도파로의 물질이 다르므로 이러한 상태에서 연마를 할 경우 연마 정도가 달라져서, 도 3과 같이 코어도파로의 경사면에 디핑(dipping)이 생성되어 불균일하게 거칠게 형성될 수 있다.
이런 경우, 도 3과 같이, 코어도파로를 통해 들어온 입력광신호가 디핑 된 경사면에서 반사될 때, 산란이 심하게 되어 포토다이오드(70)로 충분한 광량이 전달될 수 없어 삽입손실(Insertion Loss)이 낮아지고 반응도(Responsivity)도 나빠지게 되어 파장역다중화 소자의 불량의 원인이 된다.
대한민국 공개특허공보 10-2011-0003237 (공개일자: 2011년01월11일, 발명의 명칭: 광도파로 및 양방향 광송수신 장치, 출원인: 한국전자통신연구원)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 코어 도파로를 통한 전반사(total reflection)가 이루어 지는 경사면이 노출되는 부분을, 하부클래드 와 상부클래드 와 같은 물질로 형성되게 하여, 경사면 연마 시 디핑(dipping) 현상과 같은 불균일한 거칠기가 개선되도록 하여 삽입손실(Insertion Loss)과 반응도(responsivity)를 개선시켜 포토다이오드(70)에 충분하게 수광될 수 있도록 하는 배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 배열도파로 격자형(AWG) 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자는, 도 4와 같이 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자의 제2 슬라브(도 2)에 연결되는 출력도파로의 종단 부분인, 코어도파로(43)를 통한 전반사(total reflection)이 이루어지는 경사면(60)이 노출되는 부분을 상부클래드(41)와 하부클래드(42)와 동일한 물질로 형성되게 하여 경사면(60) 연마 시 불균일한 거칠기를 최소화하여 포토다이오드(70)에서 충분한 수광이 되도록 하여, 삽입손실(Insertion Loss)과 반응도(responsivity)가 개선될 수 있으며, 또한 도 5와 같이, 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자의 제2 슬라브(도 2)에 연결되는 출력도파로 코어도파로(43)에 있어서, 출력도파(도 2)로 종단으로부터 일정 영역을 서로 다른 물질인 코어도파로(43)과 클래드(41, 42) 물질을 한 주기로 하도록 하고, 이를 여러 주기로 형성함으로써 방사각을 줄일 수 있어, 반응도를 개선할 수 있으며, 출력도파로(도 2)의 종단 부분인, 코어도파로(43)를 통한 전반사(total reflection)가 이루어 지는 경사면(60)이 노출되는 부분을, 상부클래드(41)와 하부클래드(42)와 동일한 물질로 형성하여, 경사면 연마 시 불균일한 거칠기의 발생을 억제하여 포토다이오드(70)에서 충분한 수광이 되도록 구성하여, 삽입손실(Insertion Loss)과 반응도(responsivity)도 개선되도록 구현하였다.
이러한 특징에 따르면, 본 발명의 배열도파로 격자형(AWG) 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자 및 그 제조방법은 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자의 제2 슬라브(도 2)에 연결되는 출력도파로의 종단 부분인, 코어 도파로(43)를 통한 전반사(total reflection)이 이루어 지는 경사면(60)이 노출되는 부분을, 상부클래드(41)와 하부클래드(42)와 동일한 물질로 형성되게 하여 경사면 연마 시 디핑(dipping)과 같은 불균일한 거칠기의 발생을 억제하여 삽입손실(Insertion Loss)과 반응도(responsivity)가 개선되도록 하여 포토다이오드(70)에서 충분한 수광이 되도록 하였다.
도 1은 종래의 실시예로 일반적인 배열도파로 형태를 나타낸 도면이다.
도 2는 일반적인 출력도파로에 다중모드 도파로를 형성한 다중모드도파로의 도면이다.
도 3은 종래의 실시예로 코어도파로의 경사면에 디핑(dipping)이 발생되어 불균일한 면을 표시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 적용한 코어도파로의 경사면에 클래드 층을 형성하여 디핑이 제거된 균일한 경사면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 적용한 코어도파로와 클래드층이 교대로 형성된경사면에 클래드 층을 형성하여 디핑이 제거된 균일한 경사면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예를 적용한 코어도파로의 경사면의 거칠기를 제거하는 원리를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
그러면, 도 4 내지 도 6를 참고로 하여 본 발명의 배열도파로 격자형(AWG) 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자 및 그 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.
우선, 도 4의 본 발명의 일 실시예에 따른 구성은, 배열도파로 격자형(AWG) 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자의 제2 슬라브(도 2)에 연결되는 출력도파로의 종단 부분으로, 코어 도파로(43)를 통한 전반사(total reflection)이 이루어 지는 경사면(60)이 노출되는 부분을 상부클래드(41)와 하부클래드(42)와 동일한 물질로 형성한다.
이렇게 경사면(60)을 연마하게 되면, 경사면(60) 연마 시 디핑(dipping)이 발생하지 않아 표면의 불균일한 거칠기가 개선되어 포토다이오드(70)에서 충분한 수광이 될 수 있어, 삽입손실(Insertion Loss)과 반응도(responsivity)가 개선된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 구성은, 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자의 제2 슬라브(도 2)에 연결되는 출력도파로(50)의 코어도파로(43) 있어서, 출력도파로(43) 종단으로부터 일정 영역을 서로 다른 물질인 코어도파로(43)과 클래드(41, 42)를 한 주기로 하도록 하고, 여러 주기로 형성함으로 방사각을 줄이는 효과에 의한 반응도가 개선될 수 있으며, 출력도파로의 종단 부분인 코어 도파로(43)를 통한 전반사가 이루어 지는 경사면(60)이 노출되는 부분을 상부클래드(41)와 하부클래드(42)와 동일한 물질로 형성되게 하여, 경사면(60) 연마 시 디핑(dipping)의 발생을 억제시켜 경사면(60)에 발생하는 불균일한 표면을 최소화시킴으로써 포토다이오드(70)로 충분한 수광이 괼 수 있도록 하여, 삽입손실(Insertion Loss)이 개선되고, 또한 반응도(responsivity)도 개선시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 배열도파로 격자형(AWG) 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자의 제2 슬라브(도 2)에 연결되는 출력도파로의 종단 부분인, 코어 도파로(43)를 통한 전반사가 이루어 지는 경사면(60)이 노출되는 부분을, 상부클래드(41) 및 하부클래드(42)와 동일한 물질로 형성되게 하고, 경사각()은 40 내지 44도로 형성하고, 상부클래드(41) 두께(t)는 1 내지 50um 로 하며, 코어 도파로(43)를 통한 전반사가 이루어 지는 경사면(60)이 노출되는 부분인 상부클래드(41) 물질로부터 첫번째 코어도파로(43-1)까지의 거리(m)은 5 내지 30um 로 할 수 있다.
한 예로, 경사각()이 42도 이고, 상부클래드(41) 두께(t)가 15um이면, 칩 끝에서 코어도파로(43)의 상부클래드(41)가 시작하는 곳까지 거리(w)는 식 (w=t/tan(a))에 의해 16.66um 이 된다.
그리고, 코어 도파로를 통한 전반사(total reflection)이 이루어 지는 경사면이 노출되는 부분인 상부클래드(41) 물질로부터 첫번째 코어도파로(43-1)까지의 거리(m)를 10um 이라고 하면, 칩 끝에서 첫번째 코어 (43-1) 가 나타나는 곳까지의 거리(d)는 식 (d=t/tan(a) + m)에 의해 26.66um 이 된다.
도 5를 참조하면, 배열도파로 격자형(AWG) 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자의 제2 슬라브에 연결되는 출력도파로의 종단 부분인, 코어 도파로(43)를 통한 전반사가 이루어 지는 경사면(60)이 노출되는 부분에 있어서, 코어 물질("A") 와 상부클래드(41) 물질("B")를 한 주기로 하며, 그 한 주기 폭은 1 내지 50um 이고, "A"물질 과 "B"물질을 여러 주기로 하는 길이는 최대 1,000um가 되도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 칩 표면에 폴리싱 마커(polishing marker)를 표시하고 그 곳에서 왼쪽으로 26.66um 부근에 상부클래드(41) 물질과 다른 물질인 코어도파로(43)이 형성되게 구성함으로써, 본 발명의 삽입손실(Insertion Loss)과 반응도(responsivity)가 개선된 배열도파로 격자형(AWG) 파장역다중화(Wavelength Demux) 소자의 제작이 가능하게 된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 입력도파로 20: 제1슬라브
30: 배열도파로 40: 제2슬라브
41: 상부클래드 42: 하부클래드
43: 코어도파로 43-1: 제1코어
43-2: 제2코어 43-3: 제3코어
50: 출력도파로 60: 경사면
70: 포토다이오드 80: 기판

Claims (2)

  1. 입력도파로(10)에 연결되는 제1슬라브(20),
    상기 제1슬라브(20)에 연결되는 배열도파로(30),
    상기 배열도파로(30)에 연결되는 제2슬라브(40),
    상기 제2슬라브에 연결되는 출력도파로(50) 및 경사면(60)으로 구성된 배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자 및 그 제조방법 있어서,
    상기 경사면(60)은 상부클래드(41), 하부클래드(42)와 같은 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 경사면(60)의 각도는 40 내지 44사이에서 정해지는 것을 특징으로 하는 배열도파로 격자형의 파장역다중화 소자.
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