KR970003763B1 - 직접 광학 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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뤽 다누우 띠에리
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코닝 글래스 웍스
알프레드 엘. 미카엘슨
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Abstract

없음.

Description

직접 광학 소자 및 그 제조방법
제1도는 결합기 형태의 본 발명에 따른 집적 광학 소자의 본체를 개략 도시한 투시도.
제2도는 광 파이버를 설치한 상태를 도시한 제1도의 소자의 개략 투시도.
제3도는 완성된 소자의 수직 종단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 모놀리딕 글래스 본체2,3 : 연마용 휘일
4 : 제1횡단 지지 쇼율더5 : 제1플래토우 지지수단
6 : 제1횡단 배출홈7 : 제1횡딘인터페이스 쇼율더
8 : 수평 중안 평면부9 : 제2횡단 인터페이스 쇼율더
10 : 제2횡단 배출홈11 : 제2플래토우 지지수단
12 : 제2횡단 지지 쇼울더13,14 : 광학 회로 경로
15,16 : 종단 절개홈20 : 광 파이버(광섬유)
21 : 코팅22 : 피복
23 : 커버링 스트링24 : 글루(접착제)
25 : 글루 조인트
본 발명은 접적 광학 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
집적 광학 소자는 통상 이온확산 기술을 이용하여 제조되어 왔다. 프랑스 공화국 특허 제FR-A-2,574,950호는 이온 교환을 통해 표면에 적어도 하나의 광학 회로 경로를 형성시킨 모놀리딕 글래스 본체를 갖는 집적 광학 소자에 관해 기술하고 있다. 여기서, 광학 회로 경로는 글래스 본체의 플러스(+)이온과 동일한 성분으로 이루어진다. 그것으로 인해 광학 회로 경로의 굴절 지수는 글래스 본체의 굴절지수보다 큰값으로 된다. 글래스 본체에는, 광학 회로 경로가 존재하는 그것의 적어도 일면상에, 절개홈이 그 글래스 본체내에 모울드된 형식으로 제공된다. 광학 회로 경로는 상기 절개홈에서 종결되어, 광학 디바이스, 예를들면, 광파이버(광섬유)가 그 홈내에 배치되어 그 광학 회로 경로와 광학적으로 정렬되도록, 그 홈과 정렬된다. 절개홈은 V자 형태의 횡단 절개홈으로 할 수 있다.
이 집적 광학 소자는 다음과 같은 단계, 즉 (a) 그것의 적어도 일면상에 절개홈을 갖고 있는 모놀리딕 글래스 본체를 고정밀도로 모울드하는 단계와, (b) 단계(a)에서 얻어진 제품에 이온교환, 즉 이온 확산 기술을 이용하여 적어도 하나의 광학 회로 경로를 형성하되, 이 경로의 일단이 상기 절개홈과 정렬되도록 해서 그 홈내에 배치되는 광학 디바이스가 이 광학 회로 경로와 광학적으로 정렬되게끔 하는 단계로 이루어진 공정에 의해서 제조된다.
이 집적 광학 소자는, 예를 들어, 광파이버(광섬유)를 시준렌즈나 또는 다중모드 모니터와 일렬로 되게 할 수 있는 접속기이거나, 결합-분할기, 또는 단일 모드 결합기나. 단일모드 멀티플렉서 결합기, 혹은 다중 모드 멀티플렉서 결합기 등의 결합기 일수 있다.
그런데, 전기한 프랑스 공화국 특허 제FR-A-2,574,950호에 개시된 소자에 있어서는, 특히 파이버를 배치시킴에 있어 다중모드 결합기보다 고정밀도를 요하는 단일모드 결합기의 제조시, 절개홈을 광학 회로 경로와 정렬시키는 것이 매우 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 정밀한 구성을 갖고 있고, 제조가 용이하며, 그 제조비용이 저렴한 신종의 집적 광학 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일면에 따르면, 적어도 하나의 광파이버와 접속되는 적어도 하나의 이온 확산된 광학 회로 경로를 갖는 글래스기판을 구비화되, 상기 광학 회로 경로의 종단에는 수직 횡단면(7)을 형성하는 적어도 하나의 횡단 배출홈(6,10)이 제공되고, 상기 수직 횡단면에서 상기 광파이버의 단부면이 상기 종단과 접촉하도록한 집적 광학 소장에 있어서, 상기 광학 회로 경로와 대향하는 상기 횡단 배출홈측에 인접하여 상기 광파이버의 비코팅 부분을 지지하는 플래토우(plateau)지지수단(5,11)광; 상기 광학 회로 경로와 대향하는 상기 플래토우 지지수단측에 인접하여 상기 광파이버의 코팅 또는 피복부분을 지지하는 제2지지수단(4,12)과; 상기 광파이버의 단부면을 상기 수직 횡단면에 고정시키기 위한 제1접착 수단을 구비하는 것을 특징으로하는 직접 광학 소자가 제공된다.
본 발명의 다른 일면에 따르면, 광파이버를 이온 교환 광학 회로 경로와 접속시키는 상기한 구성의 집적 광학 소자의 제조방법에 있어서, 대체로 직사각형 글래스 블럭 형태의 글래스 본체를 형성하는 단계와; 이온 교환에 의해 상기 글래스 본체내에 적어도 하나의 광학 회로 경로를 생성하는 단계와; 상기 광학 회로 경로의 종단을 생성하도록 적어도 하나의 횡단 배출홈을 기계적으로 가공하는 단계와; 상기 파이버의 코팅 또는 피복부분을 지지하는 횡단 지지 쇼율더를 기계적으로 가공하는 단계와; 상기 파이버의 비코팅 부분을 지지하는 플래토우 지지수단을 형성하는 단계와; 상기 파이버의 단부면을 상기 광학 회로 경로의 종단과 대충 정렬시키는 단계와; 미세 조정장치를 이용하여 상기 파이버 단부면을 상기 광학 회로 경로 종단과 정밀하게(미세하게) 정렬시키는 단계와; 접착 수단을 이용하여 상기 파이버 단부면을 상기 광학 회로 경로 종단에 고정시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자 제조방법이 제공된다.
이하, 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
제1도에는 모울딩에 의해서 얻어진, 일반적으로 직사각형 블럭 형태의 모놀리딕 글래스 본체(1)가 도시되어 있다. 이 글래스 본체는, 예를 들어, 연마용 휘일(2,3)에 의해서 기계적으로 가공되어, 도면의 좌측에서부터 우측으로 다음과 같은 요소들, 즉
·h1깊이의 제1횡단 지지 쇼유더(4),
·제1플래토우 지지수단(5),
·h2깊이의 제1횡단 배출홈(6),
·홈(6)에 인접하는 h3깊이의 제1횡단 인터페이스 쇼유더(7),
·수평 중안 평면부(8),
·h3깊이의 제2횡단 인터페이스 쇼유더(9),
·쇼울더(9)에 인접하는 h2깊이의 제2횡단 배출홈(10),
·제2플래토우 지지수단(11),
·h1깊이의 제1횡단 지지 쇼울더(12)가 차례로 형성된다.
중앙 평면부는, 그 표면부위에, 이온교환(즉, 이온확산)에 의해 형성된 2개의 유사한 광학(회로)경로(13,14)를 포함한다. 이 경로들은 글래스 본체의 플러스(+)이온가 동일한 성분으로 이루어져 있다. 그것으로 인해, 그 광학 경로들의 굴절지수는 글래스 본체의 굴절지수보다 큰 값으로 된다. 이러한 광학 경로들을 실현하기 위한 기술은 공지되어 있다(전기한 프랑스 공화국 특허 제FR-A-2,574,950호 참조). 이 광학 경로들은 글래스 본체의 기계적 가공에 앞서 형성시키는 것이 바람직하다.
제1도에 도시된 플래토우 지지 수단들(5,11)은 각기 2개의 종단 절개홈(15,16)을 포함하고 있다. 이 홈들의 횡단면은, 예를들어, V자 형태로 되어 있다. 이 홈들은 광학 경로들(13,14)의 대응 단부들과 대체로 정렬된다. 이 홈들은 모울딩에 의해서 형성될 수도 있고, 정밀 가공(연마)에 의해서 형성될 수도 있다.
다른 실시예로써, 플래토우 지지 수단들(5,11)은 평평하게, 그러나 파이버들과의 대체적인 수직정렬에 적합한 높이를 갖도록 형성 또는 가공되기도 한다. 예를들어, 그들의 높이는 제1도에 도시된 광학 회로 경로들의 깊이와 동일하게 할 수 있다. 이 실시예에서는, 미세조정장치 기구를 이용한 미세정렬 단계에 앞서 광파이버들을 대충 정렬된 상태로 유지시키기 위해 글래스 본체 외부의, 이 글래스 본체와 정렬되는 지그(jig)를 사용한다.
또다른 실시예로서, 횡단 지지 쇼울더는 사익 파이버의 코팅 또는 피복부분에 부착되거나, 또는 그러한 부분을 지지하는 다른 적당한 지지수단으로 대치시킬수 있다.
제1도에서, 플래토우 지지 수단들(5,11)과 중앙 평면부(8)는 본체(1)의 상부평면과 일치하는 동일 레벨상에 있다. 지지 쇼울더들(4,12)의 깊이 h1는 접속될 광파이버들의 코팅 직경과 일치한다. 인터페이스 쇼울더들(7,9)의 깊이 h3는 통상 접속될 스트립된 광파이버들의 직경보다 약간 크다. 배출홈들(6,10)의 깊이 h2는 통상 h3보다는 크다. 배출홈들(6,10)의 깊이 h3는 200㎛ 이고, h1은 250㎛, 그리고 h2는 400㎛ 이다.
횡단 배출홈들은 광학 회로 경로와 그것에 접속될 광파이버가 대충 정렬된 후에, 미세조정장치기구(당업자에게는 공지된 것임)를 이용하여 광파이버의 단부면과 광학 회로 경로의 종단과를 미세(정밀)하게 정렬시키는 것을 가능케 한다. 광학 회로 경로와 광파이버를 대충 정렬시키는 초기 정렬 단계는 글래스 본체 외부에서 광파이버와 접촉하는 전기에 언급된 바와같은 정렬 지그나 또는 다른 형태의 정렬 디바이스를 이용하여 행해질수도 있고, 제1도에 도시된 바와같은 광학 회로 경로 맞은편의 플래토우 지지 수단내에 형성된 절개홈들을 이용하여 행해질수도 있다.
횡단 배출홈들의 깊이는, 대충적인 초기 정렬후에 미세 조정장치를 이용하여 홈들내에 광파이버를 단단히 조임으로써 광파이버를 정밀하게 정렬시키기에 충분하지 않으면 안된다. 통상, 횡단 배출홈들의 깊이는 수십분의 일 ㎜ 정도이다. 또, 횡단 배출홈들의 폭도 홈들내에서의 파이버의 이동에 의해 파이버가 정밀하게 정렬될 수 있도록 하기에 충분하여야 한다. 그 폭은, 예를들어, 2 내지 6㎜ 정도이다. 광학 회로 경로 종단에 인접하는 수직 횡단면은, 광파이버들을 광학 회로 경로 종단들과 결합시키기 위한 인터페이스로서 사용되기 때문에, 정밀하게 마무리되지 않으면 안된다(소위, 스케일링(scaling)이 없어야 한다).
제1도에 도시된 실시예에서의, 각 횡단 배출홈은 상대적으로 깊은 부분과, 광파이버를 광학 회로 경로 종단에 결합시키기 위한 인터페이스로서의 기능을 하는 수직면을 갖는 횡단 인터페이스 쇼울더를 이루는 덜 깊은 부분으로 형성된다. 이 실시예에서는, 인터페이스 쇼울더의 수직면의 깊이가 얕아지기 때문에 그 표면을 고밀도로 보다 용이하게 가공할 수 있다. 다른 실시예로서, 횡단 인터페이스 쇼울더들을 없애고, 한번의 가공단계만으로 수직 횡단면과 횡단 배출홈을 생성하게 할수도 있다. 물론, 이 경우에 보다 많은 단계가 활용될수도 있을 것이다. 제2도는 제1도에서와 같이 가공된 본체상에 광파이버들을 장착한 상태를 나타낸 것이다. 광파이버들(20)은 통상 코팅(21)및 피복(22)으로 싸여져 있다. 광파이버를 장착하기 전에, 제1 또는 제2 인터페이스 쇼울더의 수직 횡단면으로부터 블럭, 즉 본체의 좌단 또는 우단에 이르는 거리 d1또는 d1보다 약간 긴 길이만큼 피복(22)을 제거하고, 또 제1 또는 제2인터페이스 쇼울더의 수직 횡단면으로부터 제1또는 제2지지 쇼울더의 수직축에 이르는 거리 d2또는 d2보다 약간 긴 길이만큼 코팅(21)을 제거함으로써 광파이버의 단부를 마련한다. 본 실시예의 경우에는 d1=d1', d2=d2'로 하였지만, 반드시 그렇게 해야 할 필요는 없다.
그후, 각 파이버의 스트립된 부분들은, 그들의 말단부들이 인터페이스 쇼울더들(7,9)의 수직 횡단면 근처(예를들면, 2내지 5㎛)에 까지 오도록 해서, 홈들(15,16)내에 배치된다. 이 파이버 단부들은 광학 경로들(13,14)의 종단들과 대충 정렬되고, 파이버의 스트립된 부분의 단부는 인터페이스 쇼울더(7,9)의 수평면으로부터 수백분의 일㎜ 거리만큼 격리된다. 그쪽에서 부터, 코팅된 부분들은 지지 쇼울더(4,12)의 수평면상에 안치된다.
전술한 바와같이 절개홈들이 없는 다른 실시예에서는, 그 위치가 글래스 본체(및광학 회로 경로)와 관련되는 외부 지그가 파이버들에 부착되어 대충적인 정렬을 제공한다.
전술한 또다른 실시예에서는, 횡단 지지 쇼울더를 이용할 필요없이, 광학 회로 경로와 대향되는 쪽의 플래토우 지지 수단에서 파이버 피복이 제2지지 수단에 부착된다.
플래토우 지지 수단들(5,11)상에는 파이버들을 홈들(15,16)내에 고정시키기 위한 커버링 스트립들(23)이 얹혀진다. 이 커버링 스트립들은 플래토우 지지 수단들(5,11)과 제1및 제2지지 쇼울더(4,12)에 있는 파이버의 부분들을 덮도록 아크릴레이트 글루와 같은 글루(24)로 고정된다. 전술한 다른 실시예에서는, 커버링 스트립들(23)이 제거되고, 글루가 접착 수단으로서 사용된다. 전술한 또다른 실시예에서는, 밀봉 글래스 프리트 또는 저온 금속합금이 접착수단으로서 사용된다.
한편, 파이버들의 자유단부들은 미세조정장치의 이용에 의해서 광학 회로 경로들과 정밀하게 정렬된다. 미세조정장치의 사용은 미세조정장치로 하여금 파이버들을 단단히 조이게 하기에 충분한 공간을 제공하는 배출홈들의 존재에 의해서 가능해 진다. 다음에, 파이버의 단부들은, 예를들어, 광학적 성질을 갖고 있고, 공지된 기술로서 자외선에 의해 경활될 수 있는 글루 조인트(25)를 개재하여 인터페이스 쇼울더들(7,9)의 수직 횡단면에 접착된다.
양호한 실시예에 있어서, 조립순서는 전술한 바와 같고, 글루 조인트는 마지막에 적용된다.
제1도 내지 제3도에 도시된 소자는 단일 모드 결합기이지만, 프랑스 공화국 특허 제FR-A-2,574,950호에 기술된 바와 마찬가지로 다중모드 결합기, 접속기, 결합-분할기, 단일모드 멀티플렉서 결합기, 다중모드 멀티플렉서 결합기, 다중모드 모니터등을 제조하는 데에도 본 발명을 이용할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 이상에서 설명된 실시예에 한정된 것은 아니고, 당업자라면 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 범위내에서 각종의 변형을 실시할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 광파이버와 접속되는 적어도 하나의 이온 확산된 광학 회로 경로를 갖는 글래스 기판을 구비하되, 상기 광학 회로 경로의 종단에는 수직 횡단면(7)을 형성하는 적어도 하나의 횡단 배출홈(6,10)이 제공되고, 상기 수직 횡단면에서 상기 광파이버의 단부면이 상기 종단과 접촉하도록한 집적 광학 소자에 있어서, 상기 광학 회로 경로와 대향하는 상기 횡단 배출홈측에 인접하여 상기 광파이버의 비코팅부분을 지지하는 플래토우 지지수단(5,11)과; 상기 광학 회로 경로와 대향하는 상기 플래토우 지지 수단측에 인접하여 상기 광파이버의 코팅 또는 피복부분을 지지하는 제2지지수단(4,12)과; 상기 광파이버의 단부면을 상기 수직 횡단면에 고정시키기 위한 제1접착수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 횡단 배출홈의 칫수는, 상기 광파이버와 접촉하는 미세조정장치를 이용하여 상기 광파이버를 상기 횡단 배출홈내에 배치시킬수 있기에 충분히 큰 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플래토우 지지수단은, 상기 광학 회로 경로의 밑바닥의 높이와 거의 동일하거나 그보다는 약간 작은 깊이를 갖는 상승된 면을 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플래토우 지지수단은, 상기 광파이버를 수용해서 그것의 단부면을 상기 광학 회로 경로의 종단과 대충 정렬시키는 적어도 하나의 절개홈을 갖는 상승된 플래토우를 구비하는 것을 특징으로 하는 집접 광학 소자.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기회단 배출홈은, 상기 수직 횡단면을 포함하고, 또 상기 광학 회로 경로의 깊이와 거의 동일하거나 그보다 약간 큰 깊이를 갖는 수평면을 포함하는 횡단 인터페이스 쇼울더를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자.
  6. 제1항에 또는 제4항에 있어서, 상기 제2지지수단은 횡단 지지 쇼울더를 구비하도록 하고, 상기 광파이버의 상기 비코팅 부분을 상기 플래토우 지지수단에 고정시키고, 또 상기 광파이버의 상기 코팅 부분을 상기 횡단 지지 쇼울더에 고정시키는 제2접착수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 단일 모드 결합기 또는 결합-분할기를 형성하도록 배열된 적어도 2개의 광학 회로 경로를 구비하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자.
  8. 대체로 직사각형 글래스 블럭 형태의 글래스 본체를 형성하는 단계와; 이온 교환에 의해 상기 글래스 본체내에 적어도 하나의 광학 회로 경로를 생성하는 단계와; 상기 광학 회로 경로의 종단을 생성하도록 적어도 하나의 횡단 배출홈을 기계적으로 가공하는 단계를 통하여 광파이버를 이온 교환 광학 회로 경로에 접속시키는 집적 광학 소자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 파이버의 코팅 또는 피복부분을 지지하는 플래토우 지지수단을 형성하는 단계와; 상기 파이버의 단부면을 상기 광학 회로 경로의 종단과 대충 정렬시키는 단계와; 미세조정장치를 이용하여 상기 파이버 단부면을 상기 광학 회로 경로 종단과 정밀하게 정렬시키는 단계와; 접착수단을 이용하여 상기 파이버 단부면을 상기 광학 회로 경로 종단에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 광학 회로 경로의 종단면을 고밀도로 기계적 가공함으로써 상기 종단에 수직 횡단면을 갖는 인터페이스 쇼울더를 형성하는 단계가 추가로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 파이버 단부면과 상기 광학 회로 경로 종단을 대충 정렬시키는데 사용하기 위한 상기 플래토우 지지수단내의 절개홈들을 미세하게 연마하는 단계가 추가로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적 광학 소자 제조방법.
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