WO2017018596A1 - Planar lightwave circuit-based integrated optical chip - Google Patents

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WO2017018596A1
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김정원
김철
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한국과학기술원
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    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1106Mode locking
    • H01S3/1112Passive mode locking
    • H01S3/1115Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
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    • G02B6/12Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B2006/12166Manufacturing methods
    • G02B2006/12176Etching

Definitions

  • It relates to integrated optical chips based on planar lightwave circuits, and more particularly to the integration of a plurality of optical components into one optical chip for mass production, for example by a dicing process.
  • Femtosecond laser technology has a relatively short history of commercialization and industrial use, and many research institutes around the world are actively researching femtosecond lasers and related applications.
  • Typical examples of femtosecond laser-based systems being used in industrial applications include fine precision machining, glass welding, direct laser writing, nanoparticle generation, lasers for medical procedures, and bio-imaging using nonlinear optical phenomena. There is this.
  • femtosecond lasers and other femtosecond lasers have femtosecond lasers because of their sub-picosecond pulse width, high peak power, wide light spectrum, low phase noise and low timing noise.
  • Related applications continue to expand.
  • an integrated optical chip is formed on a substrate, a plurality of optical components based on a planar lightwave circuit formed on one surface of the substrate, and formed on the one surface of the substrate, the plurality of optical components to each other It comprises a plurality of optical waveguides (connecting).
  • the plurality of optical components includes a saturable absorber having nonlinear loss characteristics.
  • the saturable absorber is formed on a core layer formed on the one surface of the substrate, an overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer, and formed on at least a portion of the overcladding layer to guide at least a portion of the core layer. It may include a saturated absorbing layer disposed to interact with the attenuation field of the light.
  • the saturated absorber layer may include at least one of a carbon nanostructure or a topological insulator.
  • the plurality of optical components includes a wavelength division multiplexer.
  • the wavelength division multiplexer may include a core layer formed on the one surface of the substrate and including a plurality of separated optical waveguides, and an overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer.
  • the plurality of optical components includes an output coupler.
  • the output coupler may include a core layer formed on the one surface of the substrate and including a plurality of separated optical waveguides, and an overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer.
  • the substrate comprises a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides.
  • the substrate further comprises an undercladding layer interposed between the substrate and the plurality of optical waveguides, wherein the undercladding layer includes a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides.
  • the plurality of optical components and the plurality of optical waveguides are formed using at least one of a deposition process, a photolithography process, an etching process and an ion exchange process.
  • a pulsed laser device is formed on a substrate, a plurality of optical components based on a planar lightwave circuit formed on one surface of the substrate, and formed on the one surface of the substrate,
  • An integrated optical chip comprising a plurality of optical waveguides connected to each other, and at least one optical fiber array block connecting the optical waveguides of at least one end of the integrated optical chip and a core of the at least one optical fiber block; FAB).
  • a pulsed laser device is formed on a substrate, a plurality of optical components based on a planar lightwave circuit formed on one surface of the substrate, and formed on the one surface of the substrate, An integrated optical chip comprising a plurality of optical waveguides connected to each other, a first optical chip comprising a pumping light source module, and a second optical chip comprising a gain medium, the first optical chip comprising: An end is coupled with the first optical chip and the second end of the integrated optical chip is coupled with the second optical chip.
  • an integrated optical chip manufacturing method includes providing a wafer, forming an optical waveguide on the wafer, forming an overcladding layer on the wafer and the optical waveguide, and at least a portion of the overcladding layer. Removing a portion, and forming a saturated absorbing layer having a nonlinear loss characteristic on the overcladding layer, the saturated absorbing layer disposed to interact with an attenuation field of light guiding at least a portion of the optical waveguide.
  • the forming of the optical waveguide may include forming a core layer on the wafer, and forming an optical waveguide extending with a rectangular cross section by removing at least a portion of the core layer. Include.
  • the method of manufacturing an integrated optical chip further includes forming a mask layer on the core layer, and removing at least a portion of the mask layer using a photolithography process. In one embodiment, the method of manufacturing an integrated optical chip further includes cutting the wafer to separate the plurality of integrated optical chips.
  • the saturable absorber layer comprises at least one of carbon nanostructures or topological insulators.
  • the wafer comprises a material having a lower refractive index than the optical waveguide.
  • the method may further include forming an undercladding layer on the wafer, the undercladding layer including a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides, and forming the core layer on the undercladding layer. Forming a core layer.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment.
  • 4A is a graph illustrating an output of a femtosecond laser in a time domain according to an embodiment.
  • 4B is a graph illustrating an output of a femtosecond laser in a frequency domain according to an embodiment.
  • 4C is a graph illustrating the characteristics of a saturated absorber according to an embodiment.
  • 5A and 5B are block diagrams illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment.
  • 6A through 6D are plan and perspective views illustrating an integrated optical chip according to an embodiment.
  • FIG. 7 illustrates a production process of an integrated optical chip, according to one embodiment.
  • 8A-8M illustrate a production process of an integrated optical chip, according to one embodiment.
  • the femtosecond laser includes a pump light source 110, a wavelength division multiplexer 120, a gain medium 130, an optical isolator 140, and saturation. It may include a absorber (saturable absorber) 150, and an output coupler (160).
  • a femtosecond laser is an optical pulse train pulse train that uses an optical cavity with gain and saturation absorption functions, which is different from the conventional continuous wave lasers.
  • FIG. 4A the output of a femtosecond laser in accordance with one embodiment is shown in the time domain.
  • a femtosecond laser can generate a light pulse train with a constant pulse width 410 and a constant period 420.
  • 4B the output of a femtosecond laser according to one embodiment is shown in the frequency domain.
  • mode-locking may be implemented in which multiple frequency modes are oscillated simultaneously.
  • the wavelength division multiplexer 120, the gain medium 130, the light shield 140, the saturable absorber 150, and the output coupler 160 form part of the optical resonator of the femtosecond laser. can do.
  • the optical resonator may comprise a ring-type resonator.
  • the pump light source 110 of the femtosecond laser may provide pump light input into the optical resonator.
  • the pump light source 110 may include a laser diode.
  • Pump light provided by the pump light source 110 may be input to the optical resonator through the wavelength division multiplexer 120.
  • the wavelength division multiplexer 120 of the femtosecond laser may perform a function of guiding light of a specific wavelength in a desired path.
  • the wavelength division multiplexer 120 may guide the light of the pump light source such that the light input from the pump light source 110 is input to the gain medium 130 in the optical resonator.
  • the wavelength division multiplexer 120 may guide the signal light so that the signal light output from the gain medium 130 does not leave the optical resonator when passing through the wavelength division multiplexer 120.
  • the wavelength division multiplexer 120 may be implemented in the form of a directional coupler or a multimode interference coupler. Connection paths and implementations of the wavelength division multiplexer 120 may be selected to be suitable according to design needs in addition to those illustrated herein.
  • the femtosecond laser may implement the gain inside the optical resonator using the gain medium 130.
  • gain medium 130 may comprise an erbium (Er) doped medium or a ytterbium (Yb) doped medium.
  • the gain medium 130 may be implemented in the form of an optical fiber or a chip. Materials included in the gain medium 130 and implementations of the gain medium 130 may be selected to be suitable according to design needs in addition to those shown herein by way of example.
  • the femtosecond laser may induce a unidirectional resonance of light using the light shield 140.
  • the femtosecond laser may implement a saturation absorption function in the optical resonator using the saturable absorber 150 having nonlinear loss characteristics.
  • the nonlinear loss characteristic refers to a characteristic in which the loss ratio experienced by light decreases as the intensity of incident light increases.
  • 4C is a graph illustrating exemplary nonlinear loss characteristics.
  • the saturable absorber 150 may include carbon nanostructures or topological insulators having nonlinear loss characteristics. Materials and implementations included in the saturable absorber 150 may be selected to be suitable according to design needs in addition to those shown herein by way of example.
  • the femtosecond laser may output the mode locked optical pulse train generated by the optical resonator through the output coupler 160.
  • output coupler 160 may include a 10:90 optical coupler that outputs 10% of the light.
  • the output coupler 160 may be implemented in the form of a directional coupler, a multimode interference coupler, a Y-branch, or a loop mirror. The output ratio and implementation of the output coupler 160 may be selected to be suitable according to design needs in addition to the examples presented herein.
  • a femtosecond laser includes a pump light source 210, a wavelength division multiplexer 220, a gain medium 230, reflective mirrors 240, 270, an output coupler 250, and a saturable absorber 260. can do.
  • the pump light source 210, the wavelength division multiplexer 220, the gain medium 230, the reflection mirrors 240 and 270, the output coupler 250, and the saturable absorber 260 form part of the optical resonator of the femtosecond laser. can do.
  • the optical resonator may comprise a linear-type resonator.
  • the reflection mirrors 240 and 270 of the femtosecond laser may perform a function of reflecting all or part of incident light.
  • the femtosecond laser may select a resonator mode of a specific wavelength by interference of light inside the optical resonator using the reflection mirrors 240 and 270.
  • the femtosecond laser may include a pump light source 310, a wavelength division multiplexer 320, a gain medium 330, output couplers 340 and 350, and a light shield 360.
  • the pump light source 310, the wavelength division multiplexer 320, the gain medium 330, the output couplers 340 and 350, and the light shield 360 may form part of an optical resonator of a femtosecond laser.
  • the optical resonator may comprise a figure of 8 type resonator.
  • a femtosecond laser includes a plurality of optical components, and in addition to the types described above, there may be resonators having various types of structures.
  • resonators having various types of structures.
  • it may be disadvantageous in terms of the volume of the femtosecond laser and the complexity of the production process.
  • the femtosecond laser may include a pump light source 510, an integrated optical chip 520, a gain medium 530, and a light shield 540.
  • the femtosecond laser may include a pump light source 510, an integrated optical chip 520, a gain medium 530, and a reflective mirror 550.
  • the femtosecond laser of FIGS. 5A and 5B includes an integrated optical chip 520 formed by a plurality of optical components integrated in one chip.
  • a plurality of optical components based on planar lightwave circuits may be integrated within the integrated optical chip 520.
  • the plurality of optical components may include at least one of a wavelength division multiplexer, a saturated absorber, and an output coupler. That is, some of the wavelength division multiplexer, the saturable absorber, and the output coupler may be integrated into the integrated optical chip 520, and other optical components may be integrated into the integrated optical chip 520.
  • the integrated optical chip 520 may include a plurality of optical waveguides connecting the plurality of optical components to each other.
  • the production process can be greatly simplified since there is no need to connect the plurality of optical components to each other by fusion splicing or butt-coupling. .
  • the length of the optical fiber used can be reduced and the laser volume can be reduced compared to the case of using individual optical components.
  • the integrated optical chip 600 may include a plurality of optical components based on a planar lightwave circuit and a plurality of optical waveguides connecting the plurality of optical components to each other.
  • the plurality of optical components may include a wavelength division multiplexer 610, a saturated absorber 620, and an output coupler 630.
  • the wavelength division multiplexer 610 may include a plurality of separate optical waveguides extending in the same direction at regular intervals.
  • the plurality of separate optical waveguides may be formed as part of a core layer having a refractive index suitable for causing total reflection.
  • the wavelength division multiplexer 610 may include an overcladding layer surrounding at least a portion of the plurality of separate optical waveguides.
  • the wavelength division multiplexer 610 may be implemented in different forms at different positions than the illustrated example, and is not limited by the illustrated example.
  • the saturable absorber 620 may include an optical waveguide and a saturated absorbing layer that interacts with the attenuation field of light guiding at least a portion of the optical waveguide.
  • the optical waveguide may be formed as part of a core layer having a refractive index suitable for causing total reflection.
  • the saturated absorber layer may comprise carbon nanostructures or topological insulators having nonlinear loss characteristics.
  • the carbon nanostructures can include graphene or carbon nanotubes
  • the topological insulator can include one of Bi 2 Se 3 , Bi 2 Te 3, and Sb 2 Te 3 .
  • the saturated absorber 620 may include an overcladding layer surrounding at least a portion of the optical waveguide.
  • the saturable absorber 620 may be implemented in different forms at different positions than the illustrated example, and is not limited by the illustrated example.
  • the output coupler 630 may include a plurality of separate optical waveguides extending in the same direction at regular intervals.
  • the plurality of separate optical waveguides may be formed as part of a core layer having a refractive index suitable for causing total reflection.
  • the output coupler 630 may include an overcladding layer surrounding at least a portion of the plurality of separate optical waveguides.
  • the output coupler 630 may be implemented in different forms at different locations than the illustrated example, and is not limited by the illustrated example.
  • the plurality of optical waveguides 640 may connect a plurality of optical components (eg, wavelength division multiplexer 610, saturated absorber 620, and output coupler 630) to one another.
  • the plurality of optical waveguides 640 may connect between the plurality of optical components and at least one end of the integrated optical chip 600.
  • the plurality of optical waveguides 640 may be formed to have a rectangular cross section.
  • the plurality of optical waveguides 640 may be formed as part of a core layer having a refractive index suitable for causing total reflection.
  • the integrated optical chip 600 may be combined with one or more fiber array block (FAB) 650.
  • FAB fiber array block
  • both ends of the integrated optical chip 600 may be combined with the optical fiber array block 650.
  • the optical fiber array block 650 connects the optical waveguide 640 in the integrated optical chip 600 with the cores of one or more optical fibers 660.
  • the integrated optical chip 600 may be connected to an external optical component through the optical fiber array block 650.
  • the integrated optical chip 600 may include a substrate 601, an overcladding layer 602 formed on at least a portion of the substrate, and a saturated absorbing layer 603 formed on at least a portion of the over cladding layer. .
  • the integrated optical chip 600 may include a core layer formed on at least a portion of the substrate.
  • the core layer may constitute at least a portion of the wavelength division multiplexer 610, the saturable absorber 620, the output coupler 630, and the plurality of optical waveguides 640.
  • the core layer includes a material having a higher refractive index than the substrate 601 and the overcladding layer 602 to be suitable for causing total reflection.
  • the integrated optical chip 600 may further include an undercladding layer (not shown) formed between the substrate 670 and the core layer.
  • an undercladding layer having a lower refractive index than the core layer is formed between the substrate and the core layer so that the optical waveguide formed as part of the core layer causes total reflection.
  • An undercladding layer may be interposed therebetween.
  • FIG. 6C is a perspective view illustrating an integrated optical chip 600 according to an embodiment.
  • integrated optical chip 600 may be combined with one or more optical chips 670, 680.
  • both ends of the integrated optical chip 600 may include a first optical chip 670 including a pumping light source module 672 and a second optical chip 680 including an optical waveguide based gain medium 682.
  • the integrated optical chip 600 and one or more optical chips 670, 680 may be coupled via UV curing.
  • the integrated optical chip 600 may be connected to an external optical component through one or more optical chips 670 and 680.
  • FIG. 6D is a perspective view illustrating an integrated optical chip 600 according to an embodiment.
  • the integrated optical chip 600 may be combined with one or more optical fiber array blocks 650 and one or more optical chips 670.
  • both ends of the integrated optical chip 600 may be combined with an optical chip 670 that includes an optical fiber array block 650 and a pumping light source module.
  • the optical fiber array block 650 connects the optical waveguide in the integrated optical chip 600 with the cores of one or more optical fibers 660.
  • the integrated optical chip 600 may be connected to an external optical component through the optical fiber array block 650 and the optical chip.
  • FIG. 7 illustrates a production process of an integrated optical chip, according to one embodiment.
  • the process of fabricating the plurality of integrated optical chips 710 on the wafer 700 may include, for example, at least one of a deposition process, a photolithography process, an etching process, and an ion exchange process.
  • FIG. 8A-8J illustrate a production process of an integrated optical chip, according to one embodiment.
  • the core layer 820 may be deposited using chemical vapor deposition (CVD).
  • the wafer 810 may include silicon (Si) or silica (SiO 2 ), and the core layer 820 may include a material having a higher refractive index than the wafer 810.
  • the 8B illustrates a step in which a mask layer 830 is formed on the core layer 820.
  • the mask layer 830 may be deposited using sputtering.
  • the mask layer 830 may include chromium (Cr).
  • the photoresist layer 840 may be coated using spincoating.
  • the 8D illustrates a step in which a pattern is formed in the photoresist layer 840.
  • the pattern may be formed by exposure using a mask aligner.
  • FIG. 8E illustrates a step in which at least a portion of mask layer 830 has been removed.
  • the mask layer 830 may be etched using an etchant corresponding to the mask layer 830.
  • FIG. 8F illustrates the step where photoresist layer 840 has been removed.
  • the photoresist layer 840 may be removed using a photoresist stripper corresponding to the photoresist layer 840.
  • FIG. 8G illustrates a step in which a portion of core layer 820 has been removed.
  • the core layer 820 may be etched using inductively coupled plasma.
  • the mask layer 830 may be etched using a corrosion solution corresponding to the mask layer 830.
  • an overcladding layer 850 is formed on the wafer 810 and the core layer 820.
  • the overcladding layer 850 may be deposited using chemical vapor deposition.
  • a structure in which a saturated absorbent layer 860 is formed on the core layer 820 and the overcladding layer 850 after at least a portion of the overcladding layer 850 is selectively removed is illustrated.
  • the portion from which the overcladding layer 850 has been selectively removed may be part of the saturable absorber in the integrated optical chip.
  • removal of the overcladding layer 850 and formation of the saturated absorbing layer 860 are arranged such that the saturated absorbing layer 860 can interact with the attenuation field of light guiding at least a portion of the core layer 820.
  • an overcladding layer 850 and a saturated absorbing layer 860 are shown, which are implemented in various forms, respectively, according to one embodiment. Similar to the structure of FIG. 8J, the overcladding layer 850 and the saturated absorbing layer 860 are arranged such that the saturated absorbing layer 860 can interact with the attenuation field of light guiding at least a portion of the core layer 820.
  • the overcladding layer 850 and the saturated absorbent layer 860 may be implemented in different forms at different locations than the illustrated example, and are not limited by the illustrated example.
  • an integrated optical chip can be fabricated on a wafer using a deposition process, a photolithography process, an etching process, or the like.
  • a deposition process a photolithography process, an etching process, or the like.
  • a large number of integrated optical chips can be produced at one time through a dicing process. Therefore, compared to the conventional femtosecond laser production process, it is possible to obtain significantly improved productivity in terms of time and cost.
  • the embodiments have been described with reference to a femtosecond laser when the width of the mode locked pulse is in femtosecond units (ie, less than 1 picosecond), the advantages of the described embodiments have arbitrary pulse widths in addition to the femtosecond laser. Applicable to pulsed lasers. That is, the pulse width can be increased or decreased by adjusting the performance of the integrated optical chip as needed. Therefore, the advantages with embodiments should not be construed as being limited to femtosecond lasers.

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Abstract

In an embodiment, an integrated optical chip comprises: a substrate; a plurality of planar lightwave circuit-based optical components that are formed on one surface of the substrate; and a plurality of optical waveguides that are formed on the one surface of the substrate and that connect the plurality of optical components to one another. In the embodiment, the plurality of optical components include a saturable absorber having nonlinear loss characteristics. The saturable absorber may comprise: a core layer that is formed on the one surface of the substrate; an overcladding layer that wraps around at least a part of the core layer; and a saturable absorption layer that is formed on at least a part of the overcladding layer and that is arranged so as to interact with an evanescent field of light guided through at least a part of the core layer.

Description

평면형 광파 회로 기반의 집적 광학 칩Integrated optical chip based on planar lightwave circuit
평면형 광파 회로 기반의 집적 광학 칩에 연관되며, 보다 상세하게는 복수의 광학 컴포넌트를 하나의 광학 칩에 집적하여 예를 들어 다이싱 공정에 의해 대량 생산하는 것에 연관된다.It relates to integrated optical chips based on planar lightwave circuits, and more particularly to the integration of a plurality of optical components into one optical chip for mass production, for example by a dicing process.
펨토초 레이저 기술은 상용화 및 산업 현장 활용의 역사가 비교적 짧은 분야로서, 현재에도 세계적으로 많은 연구 기관에서 펨토초 레이저 및 그와 관련된 다양한 응용 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 산업 현장에서 펨토초 레이저 기반 시스템이 활용되고 있는 대표적인 예로는 미세 정밀 가공, 유리 접합(glass welding), 레이저 각인(direct laser writing), 나노 입자 생성, 의료 시술용 레이저, 비선형 광학 현상을 이용한 바이오 이미징 등이 있다. 그 밖에도, 펨토초 레이저의 피코초 미만의 펄스폭, 높은 첨두 출력(peak power), 넓은 광 스펙트럼, 낮은 위상 잡음 특성과 낮은 타이밍 잡음 특성 등 기존의 전자 기반 시스템에서 구현할 수 없었던 특성으로 인하여 펨토초 레이저와 관련된 응용 분야가 계속해서 확대되고 있다.Femtosecond laser technology has a relatively short history of commercialization and industrial use, and many research institutes around the world are actively researching femtosecond lasers and related applications. Typical examples of femtosecond laser-based systems being used in industrial applications include fine precision machining, glass welding, direct laser writing, nanoparticle generation, lasers for medical procedures, and bio-imaging using nonlinear optical phenomena. There is this. In addition, femtosecond lasers and other femtosecond lasers have femtosecond lasers because of their sub-picosecond pulse width, high peak power, wide light spectrum, low phase noise and low timing noise. Related applications continue to expand.
그러나, 현재까지 개발된 상용 펨토초 레이저는 고체 크리스탈 또는 광섬유 기반의 광학 컴포넌트를 조합하여 제작되기 때문에 대량 생산이 어렵고 제조 단가가 높다. 특히, 일반적인 고체 크리스탈 기반 펨토초 레이저의 경우, 복수의 광학 컴포넌트의 광경로를 정밀하게 정렬(align)하여 광학 공진기를 구성하고 모드 잠금(mode-locking) 조건을 찾아야 하므로 숙련된 기술자의 수작업을 필요로 하는 등 비효율적인 생산 공정이 요구된다. 또한, 광섬유 기반 펨토초 레이저의 경우에도, 복수의 광섬유 컴포넌트를 일일이 융착접속(splicing)하여 제작되므로, 마찬가지로 숙련된 기술자의 수작업을 필요로 하며 공진기의 길이와 레이저의 부피가 커질 수 있다.However, commercial femtosecond lasers developed to date are manufactured by combining optical components based on solid crystals or optical fibers, which makes mass production difficult and high manufacturing costs. In particular, typical solid crystal-based femtosecond lasers require manual alignment by skilled technicians, as the optical paths of multiple optical components must be precisely aligned to form an optical resonator and find mode-locking conditions. Inefficient production processes are required. In addition, even in the case of a fiber-based femtosecond laser, since a plurality of optical fiber components are manufactured by splicing one by one, a manual work of a skilled technician is required and the length of the resonator and the laser volume can be increased.
따라서, 펨토초 레이저에 사용되는 복수의 광학 컴포넌트를 보다 효율적으로 생산할 수 있는 기술이 요구된다.Accordingly, there is a need for a technique that can more efficiently produce a plurality of optical components used in femtosecond lasers.
일측에 따르면, 집적 광학 칩은 기판, 상기 기판의 일면 상에 형성된 평면형 광파 회로(planar lightwave circuit) 기반의 복수의 광학 컴포넌트, 및 상기 기판의 상기 일면 상에 형성되고, 상기 복수의 광학 컴포넌트를 서로 연결하는 복수의 광도파로(optical waveguide)를 포함한다.According to one side, an integrated optical chip is formed on a substrate, a plurality of optical components based on a planar lightwave circuit formed on one surface of the substrate, and formed on the one surface of the substrate, the plurality of optical components to each other It comprises a plurality of optical waveguides (connecting).
일실시예에서, 상기 복수의 광학 컴포넌트는 비선형 손실 특성을 가지는 포화 흡수체(saturable absorber)를 포함한다. 상기 포화 흡수체는, 상기 기판의 상기 일면 상에 형성되는 코어층, 상기 코어층의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층, 및 상기 오버클래딩층의 적어도 일부 상에 형성되고 상기 코어층의 적어도 일부를 도파하는 광의 감쇠장과 상호 작용하도록 배치되는 포화 흡수층을 포함할 수 있다. 상기 포화 흡수층은 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the plurality of optical components includes a saturable absorber having nonlinear loss characteristics. The saturable absorber is formed on a core layer formed on the one surface of the substrate, an overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer, and formed on at least a portion of the overcladding layer to guide at least a portion of the core layer. It may include a saturated absorbing layer disposed to interact with the attenuation field of the light. The saturated absorber layer may include at least one of a carbon nanostructure or a topological insulator.
일실시예에서, 상기 복수의 광학 컴포넌트는 파장 분할 다중화기(wavelength division multiplexer)를 포함한다. 상기 파장 분할 다중화기는, 상기 기판의 상기 일면 상에 형성되고 복수의 분리된 광도파로를 포함하는 코어층, 및 상기 코어층의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 포함할 수 있다.In one embodiment, the plurality of optical components includes a wavelength division multiplexer. The wavelength division multiplexer may include a core layer formed on the one surface of the substrate and including a plurality of separated optical waveguides, and an overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer.
일실시예에서, 상기 복수의 광학 컴포넌트는 출력 커플러(output coupler)를 포함한다. 상기 출력 커플러는, 상기 기판의 상기 일면 상에 형성되고 복수의 분리된 광도파로를 포함하는 코어층, 및 상기 코어층의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 포함할 수 있다.In one embodiment, the plurality of optical components includes an output coupler. The output coupler may include a core layer formed on the one surface of the substrate and including a plurality of separated optical waveguides, and an overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer.
일실시예에서, 상기 기판은 상기 복수의 광도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함한다. 다른 일실시예에서, 상기 기판 및 상기 복수의 광도파로 사이에 개재되는(interposed) 언더클래딩층을 더 포함하고, 상기 언더클래딩층은 상기 복수의 광도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함한다. 일실시예에서, 상기 복수의 광학 컴포넌트 및 상기 복수의 광도파로는 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 에칭 공정 및 이온 교환 공정 중 적어도 하나를 이용하여 형성된다.In one embodiment, the substrate comprises a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides. In another embodiment, the substrate further comprises an undercladding layer interposed between the substrate and the plurality of optical waveguides, wherein the undercladding layer includes a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides. In one embodiment, the plurality of optical components and the plurality of optical waveguides are formed using at least one of a deposition process, a photolithography process, an etching process and an ion exchange process.
다른 일측에 따르면, 펄스 레이저 장치는 기판, 상기 기판의 일면 상에 형성된 평면형 광파 회로(planar lightwave circuit) 기반의 복수의 광학 컴포넌트, 및 상기 기판의 상기 일면 상에 형성되고, 상기 복수의 광학 컴포넌트를 서로 연결하는 복수의 광도파로(optical waveguide)를 포함하는 집적 광학 칩, 및 상기 집적 광학 칩의 적어도 하나의 단부의 광도파로 및 적어도 하나의 광섬유의 코어를 연결하는 적어도 하나의 광섬유 배열 블록(fiber array block; FAB)을 포함한다.According to another aspect, a pulsed laser device is formed on a substrate, a plurality of optical components based on a planar lightwave circuit formed on one surface of the substrate, and formed on the one surface of the substrate, An integrated optical chip comprising a plurality of optical waveguides connected to each other, and at least one optical fiber array block connecting the optical waveguides of at least one end of the integrated optical chip and a core of the at least one optical fiber block; FAB).
다른 일측에 따르면, 펄스 레이저 장치는 기판, 상기 기판의 일면 상에 형성된 평면형 광파 회로(planar lightwave circuit) 기반의 복수의 광학 컴포넌트, 및 상기 기판의 상기 일면 상에 형성되고, 상기 복수의 광학 컴포넌트를 서로 연결하는 복수의 광도파로(optical waveguide)를 포함하는 집적 광학 칩, 펌핑 광원 모듈을 포함하는 제1 광학 칩, 및 이득 매질을 포함하는 제2 광학 칩을 포함하고, 상기 집적 광학 칩의 제1 단부는 상기 제1 광학 칩과 결합되고 상기 집적 광학 칩의 제2 단부는 상기 제2 광학 칩과 결합된다.According to another aspect, a pulsed laser device is formed on a substrate, a plurality of optical components based on a planar lightwave circuit formed on one surface of the substrate, and formed on the one surface of the substrate, An integrated optical chip comprising a plurality of optical waveguides connected to each other, a first optical chip comprising a pumping light source module, and a second optical chip comprising a gain medium, the first optical chip comprising: An end is coupled with the first optical chip and the second end of the integrated optical chip is coupled with the second optical chip.
다른 일측에 따르면, 집적 광학 칩 제조 방법은 웨이퍼를 제공하는 단계, 상기 웨이퍼 상에 광도파로를 형성하는 단계, 상기 웨이퍼 및 상기 광도파로 상에 오버클래딩층을 형성하는 단계, 상기 오버클래딩층의 적어도 일부를 제거하는 단계, 및 상기 오버클래딩층 상에 비선형 손실 특성을 가지는 포화 흡수층 - 상기 포화 흡수층은 상기 광도파로의 적어도 일부를 도파하는 광의 감쇠장과 상호 작용하도록 배치됨 - 을 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect, an integrated optical chip manufacturing method includes providing a wafer, forming an optical waveguide on the wafer, forming an overcladding layer on the wafer and the optical waveguide, and at least a portion of the overcladding layer. Removing a portion, and forming a saturated absorbing layer having a nonlinear loss characteristic on the overcladding layer, the saturated absorbing layer disposed to interact with an attenuation field of light guiding at least a portion of the optical waveguide. .
일실시예에서, 상기 광도파로를 형성하는 단계는, 상기 웨이퍼 상에 코어층을 형성하는 단계, 및 상기 코어층의 적어도 일부를 제거하여 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장하는 광도파로를 형성하는 단계를 포함한다. 일실시예에서, 집적 광학 칩 제조 방법은 상기 코어층 상에 마스크층을 형성하는 단계, 및 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 마스크층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 더 포함한다. 일실시예에서, 집적 광학 칩 제조 방법은 상기 웨이퍼를 절단하여 복수의 집적 광학 칩으로 분리시키는 단계를 더 포함한다.In an embodiment, the forming of the optical waveguide may include forming a core layer on the wafer, and forming an optical waveguide extending with a rectangular cross section by removing at least a portion of the core layer. Include. In one embodiment, the method of manufacturing an integrated optical chip further includes forming a mask layer on the core layer, and removing at least a portion of the mask layer using a photolithography process. In one embodiment, the method of manufacturing an integrated optical chip further includes cutting the wafer to separate the plurality of integrated optical chips.
일실시예에서, 상기 포화 흡수층은 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함한다. 일실시예에서, 상기 웨이퍼는 상기 광도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함한다. 일실시예에서, 상기 웨이퍼 상에 상기 복수의 광도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 언더클래딩층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 코어층을 형성하는 단계는 상기 언더클래딩층 상에 상기 코어층을 형성하는 단계를 포함한다.In one embodiment, the saturable absorber layer comprises at least one of carbon nanostructures or topological insulators. In one embodiment, the wafer comprises a material having a lower refractive index than the optical waveguide. In an embodiment, the method may further include forming an undercladding layer on the wafer, the undercladding layer including a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides, and forming the core layer on the undercladding layer. Forming a core layer.
도 1은 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 일부를 도시한 블록 다이어그램이다.1 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment.
도 2는 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 일부를 도시한 블록 다이어그램이다.2 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment.
도 3은 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 일부를 도시한 블록 다이어그램이다.3 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment.
도 4a는 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 출력을 시간 영역에서 나타내는 그래프이다.4A is a graph illustrating an output of a femtosecond laser in a time domain according to an embodiment.
도 4b는 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 출력을 주파수 영역에서 도시한 그래프이다.4B is a graph illustrating an output of a femtosecond laser in a frequency domain according to an embodiment.
도 4c는 일실시예에 따른 포화 흡수체의 특성을 도시한 그래프이다.4C is a graph illustrating the characteristics of a saturated absorber according to an embodiment.
도 5a 및 5b는 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 일부를 도시한 블록 다이어그램이다.5A and 5B are block diagrams illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment.
도 6a 내지 6d는 일실시예에 따른 집적 광학 칩을 도시한 평면도 및 사시도이다.6A through 6D are plan and perspective views illustrating an integrated optical chip according to an embodiment.
도 7은 일실시예에 따른 집적 광학 칩의 생산 공정을 도시한다.7 illustrates a production process of an integrated optical chip, according to one embodiment.
도 8a 내지 도 8m은 일실시예에 따른 집적 광학 칩의 생산 공정을 도시한다.8A-8M illustrate a production process of an integrated optical chip, according to one embodiment.
이하에서, 실시예들을, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.The terminology used in the description below has been selected to be general and universal in the art to which it relates, although other terms may vary depending on the development and / or change in technology, conventions, and preferences of those skilled in the art. Therefore, the terms used in the following description should not be understood as limiting the technical spirit, and should be understood as exemplary terms for describing the embodiments.
또한 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.In addition, in certain cases, there is a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning thereof will be described in detail in the corresponding description. Therefore, the terms used in the following description should be understood based on the meanings of the terms and the contents throughout the specification, rather than simply the names of the terms.
도 1은 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 일부를 도시하는 블록 다이어그램이다. 일실시예에 따른 펨토초 레이저는 펌프 광원(pump light source)(110), 파장 분할 다중화기(wavelength division multiplexer)(120), 이득 매질(130), 광 차폐기(optical isolator)(140), 포화 흡수체(saturable absorber)(150), 및 출력 커플러(output coupler)(160)를 포함할 수 있다.1 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment. The femtosecond laser according to an embodiment includes a pump light source 110, a wavelength division multiplexer 120, a gain medium 130, an optical isolator 140, and saturation. It may include a absorber (saturable absorber) 150, and an output coupler (160).
펨토초 레이저는 이득과 포화 흡수 기능을 구비한 광 공진기(optical cavity)를 이용하여 광 펄스열(optical pulse train pulse train)을 생성하는 레이저로서, 종래에 널리 이용되어 온 연속파(continuous wave) 레이저와는 차이가 있다. 도 4a를 참조하면, 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 출력이 시간 영역에서 도시된다. 도시된 바와 같이, 펨토초 레이저는 일정한 펄스 폭(410) 및 일정한 주기(420)를 가진 광 펄스열을 생성할 수 있다. 또한, 도 4b를 참조하면, 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 출력이 주파수 영역에서 도시된다. 도시된 바와 같이, 다수의 주파수 모드(mode)가 동시에 발진되는 모드 잠금(mode-locking)이 구현될 수 있다.A femtosecond laser is an optical pulse train pulse train that uses an optical cavity with gain and saturation absorption functions, which is different from the conventional continuous wave lasers. There is. 4A, the output of a femtosecond laser in accordance with one embodiment is shown in the time domain. As shown, a femtosecond laser can generate a light pulse train with a constant pulse width 410 and a constant period 420. 4B, the output of a femtosecond laser according to one embodiment is shown in the frequency domain. As shown, mode-locking may be implemented in which multiple frequency modes are oscillated simultaneously.
다시 도 1을 참조하면, 파장 분할 다중화기(120), 이득 매질(130), 광 차폐기(140), 포화 흡수체(150), 및 출력 커플러(160)는 펨토초 레이저의 광 공진기의 일부를 구성할 수 있다. 일실시예에서, 광 공진기는 고리형(ring-type) 공진기를 포함할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the wavelength division multiplexer 120, the gain medium 130, the light shield 140, the saturable absorber 150, and the output coupler 160 form part of the optical resonator of the femtosecond laser. can do. In one embodiment, the optical resonator may comprise a ring-type resonator.
펨토초 레이저의 펌프 광원(110)은 광 공진기 내부로 입력되는 펌프 광을 제공할 수 있다. 예를 들어, 펌프 광원(110)은 레이저 다이오드를 포함할 수 있다. 펌프 광원(110)에 의해 제공된 펌프 광은 파장 분할 다중화기(120)를 통해 광 공진기에 입력될 수 있다.The pump light source 110 of the femtosecond laser may provide pump light input into the optical resonator. For example, the pump light source 110 may include a laser diode. Pump light provided by the pump light source 110 may be input to the optical resonator through the wavelength division multiplexer 120.
펨토초 레이저의 파장 분할 다중화기(120)는 특정한 파장의 광을 원하는 경로로 가이드(guide)하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 파장 분할 다중화기(120)는 펌프 광원(110)으로부터 입력되는 광이 광 공진기 내의 이득 매질(130)로 입력되도록 펌프 광원의 광을 가이드할 수 있다. 또한, 파장 분할 다중화기(120)는 이득 매질(130)로부터 출력되는 신호(signal) 광이 파장 분할 다중화기(120)를 통과시 광 공진기 내부를 벗어나지 않도록 신호 광을 가이드할 수 있다. 일실시예에서, 파장 분할 다중화기(120)는 방향성 결합기(directional coupler) 또는 다중모드 간섭 결합기(multimode interference coupler)의 형태로 구현될 수 있다. 파장 분할 다중화기(120)의 연결 경로 및 구현 형태는 본 명세서에 예시적으로 제시된 것 이외에도 설계상의 필요에 따라 적합한 것으로 선택될 수 있다.The wavelength division multiplexer 120 of the femtosecond laser may perform a function of guiding light of a specific wavelength in a desired path. For example, the wavelength division multiplexer 120 may guide the light of the pump light source such that the light input from the pump light source 110 is input to the gain medium 130 in the optical resonator. In addition, the wavelength division multiplexer 120 may guide the signal light so that the signal light output from the gain medium 130 does not leave the optical resonator when passing through the wavelength division multiplexer 120. In one embodiment, the wavelength division multiplexer 120 may be implemented in the form of a directional coupler or a multimode interference coupler. Connection paths and implementations of the wavelength division multiplexer 120 may be selected to be suitable according to design needs in addition to those illustrated herein.
펨토초 레이저는 이득 매질(130)을 이용하여 광 공진기 내부에서 이득을 구현할 수 있다. 일실시예에서, 이득 매질(130)은 어븀(Er) 도핑된 매질 또는 이터븀(Yb) 도핑된 매질을 포함할 수 있다. 또한, 이득 매질(130)은 광섬유 형태 또는 칩 형태로 구현될 수 있다. 이득 매질(130)이 포함하는 물질 및 이득 매질(130)의 구현 형태는 본 명세서에 예시적으로 제시된 것 이외에도 설계상의 필요에 따라 적합한 것으로 선택될 수 있다.The femtosecond laser may implement the gain inside the optical resonator using the gain medium 130. In one embodiment, gain medium 130 may comprise an erbium (Er) doped medium or a ytterbium (Yb) doped medium. In addition, the gain medium 130 may be implemented in the form of an optical fiber or a chip. Materials included in the gain medium 130 and implementations of the gain medium 130 may be selected to be suitable according to design needs in addition to those shown herein by way of example.
또한, 펨토초 레이저는 광 차폐기(140)를 이용하여 광의 단방향 공진을 유도할 수 있다.In addition, the femtosecond laser may induce a unidirectional resonance of light using the light shield 140.
또한, 펨토초 레이저는 비선형 손실 특성을 가지는 포화 흡수체(150)를 이용하여 광 공진기 내부에서 포화 흡수 기능을 구현할 수 있다. 본 명세서에서, 비선형 손실 특성은 입사광의 세기가 커지면 광이 겪는 손실 비율이 감소하는 특성을 지칭한다. 도 4c는 예시적인 비선형 손실 특성을 도시한 그래프이다. 예를 들어, 포화 흡수체(150)는 비선형 손실 특성을 가지는 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체를 포함할 수 있다. 포화 흡수체(150)가 포함하는 물질 및 구현 형태는 본 명세서에 예시적으로 제시된 것 이외에도 설계상의 필요에 따라 적합한 것으로 선택될 수 있다.In addition, the femtosecond laser may implement a saturation absorption function in the optical resonator using the saturable absorber 150 having nonlinear loss characteristics. In the present specification, the nonlinear loss characteristic refers to a characteristic in which the loss ratio experienced by light decreases as the intensity of incident light increases. 4C is a graph illustrating exemplary nonlinear loss characteristics. For example, the saturable absorber 150 may include carbon nanostructures or topological insulators having nonlinear loss characteristics. Materials and implementations included in the saturable absorber 150 may be selected to be suitable according to design needs in addition to those shown herein by way of example.
또한, 펨토초 레이저는 광 공진기에서 생성되는 모드 잠금된 광 펄스열을 출력 커플러(160)를 통해 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력 커플러(160)는 광의 10%를 출력하는 10:90 광 커플러를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 출력 커플러(160)는 방향성 결합기, 다중모드 간섭 결합기, Y형 분기관(Y-branch), 또는 고리형 거울(loop mirror)의 형태로 구현될 수 있다. 출력 커플러(160)의 출력 비율 및 구현 형태는 본 명세서에 예시적으로 제시된 것 이외에도 설계상의 필요에 따라 적합한 것으로 선택될 수 있다.In addition, the femtosecond laser may output the mode locked optical pulse train generated by the optical resonator through the output coupler 160. For example, output coupler 160 may include a 10:90 optical coupler that outputs 10% of the light. In one embodiment, the output coupler 160 may be implemented in the form of a directional coupler, a multimode interference coupler, a Y-branch, or a loop mirror. The output ratio and implementation of the output coupler 160 may be selected to be suitable according to design needs in addition to the examples presented herein.
도 2는 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 일부를 도시하는 블록 다이어그램이다. 일실시예에 따른 펨토초 레이저는 펌프 광원 (210), 파장 분할 다중화기(220), 이득 매질(230), 반사 거울(240, 270), 출력 커플러(250), 및 포화 흡수체(260)를 포함할 수 있다. 펌프 광원 (210), 파장 분할 다중화기(220), 이득 매질(230), 반사 거울(240, 270), 출력 커플러(250), 및 포화 흡수체(260)는 펨토초 레이저의 광 공진기의 일부를 구성할 수 있다. 일실시예에서, 광 공진기는 선형(linear-type) 공진기를 포함할 수 있다.2 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment. A femtosecond laser according to one embodiment includes a pump light source 210, a wavelength division multiplexer 220, a gain medium 230, reflective mirrors 240, 270, an output coupler 250, and a saturable absorber 260. can do. The pump light source 210, the wavelength division multiplexer 220, the gain medium 230, the reflection mirrors 240 and 270, the output coupler 250, and the saturable absorber 260 form part of the optical resonator of the femtosecond laser. can do. In one embodiment, the optical resonator may comprise a linear-type resonator.
펨토초 레이저의 반사 거울(240, 270)은 입사되는 광의 전부 또는 일부를 반사하는 기능을 수행할 수 있다. 펨토초 레이저는 반사 거울(240, 270)을 이용하여 광 공진기 내부에서 광의 간섭에 의해 특정 파장의 공진 모드(resonator mode)를 선별할 수 있다. The reflection mirrors 240 and 270 of the femtosecond laser may perform a function of reflecting all or part of incident light. The femtosecond laser may select a resonator mode of a specific wavelength by interference of light inside the optical resonator using the reflection mirrors 240 and 270.
도 2에 도시된 일실시예에 따른 펨토초 레이저에는 도 1을 참조하여 설명된 내용이 유사하게 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 내용은 생략한다.Since the contents described with reference to FIG. 1 may be similarly applied to the femtosecond laser according to the embodiment illustrated in FIG. 2, more detailed descriptions thereof will be omitted.
도 3은 일실시예에 따른 펨토초 레이저의 일부를 도시하는 블록 다이어그램이다. 일실시예에 따른 펨토초 레이저는 펌프 광원 (310), 파장 분할 다중화기(320), 이득 매질(330), 출력 커플러(340, 350), 및 광 차폐기(360)를 포함할 수 있다. 펌프 광원 (310), 파장 분할 다중화기(320), 이득 매질(330), 출력 커플러(340, 350), 및 광 차폐기(360)는 펨토초 레이저의 광 공진기의 일부를 구성할 수 있다. 일실시예에서, 광 공진기는 8자형(figure of 8 type) 공진기를 포함할 수 있다.3 is a block diagram illustrating a portion of a femtosecond laser according to one embodiment. The femtosecond laser according to one embodiment may include a pump light source 310, a wavelength division multiplexer 320, a gain medium 330, output couplers 340 and 350, and a light shield 360. The pump light source 310, the wavelength division multiplexer 320, the gain medium 330, the output couplers 340 and 350, and the light shield 360 may form part of an optical resonator of a femtosecond laser. In one embodiment, the optical resonator may comprise a figure of 8 type resonator.
도 3에 도시된 일실시예에 따른 펨토초 레이저에는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된 내용이 유사하게 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 내용은 생략한다.Since the contents described with reference to FIGS. 1 and 2 may be similarly applied to the femtosecond laser according to the embodiment illustrated in FIG. 3, more detailed descriptions thereof will be omitted.
이상에서 설명된 바와 같이, 일실시예에 따른 펨토초 레이저는 복수의 광학 컴포넌트를 포함하며, 위에서 설명된 유형 이외에도 다양한 유형의 구조를 가지는 공진기가 존재할 수 있다. 다만, 고체 크리스탈 기반의 복수의 광학 컴포넌트의 광경로를 정밀하게 정렬하거나 광섬유 기반의 복수의 광학 컴포넌트를 융착접속에 의해 연결하는 경우, 펨토초 레이저의 부피와 생산 공정의 복잡도 면에서 불리할 수 있다. 이러한 문제를 개선하기 위하여, 예를 들어 평면형 광파 회로 기반의 복수의 광학 컴포넌트를 이용하여 펨토초 레이저를 구현하는 것을 고려할 수 있다.As described above, a femtosecond laser according to an embodiment includes a plurality of optical components, and in addition to the types described above, there may be resonators having various types of structures. However, when precisely aligning the optical paths of the plurality of solid crystal-based optical components or connecting the plurality of optical components based on the optical fiber by fusion splicing, it may be disadvantageous in terms of the volume of the femtosecond laser and the complexity of the production process. In order to improve this problem, it is possible to consider implementing a femtosecond laser using a plurality of optical components, for example based on planar lightwave circuits.
도 5a 및 도 5b는 일실시예에 따른 펨토초 레이저를 도시한 블록 다이어그램이다. 일실시예에서, 펨토초 레이저는 펌프 광원(510), 집적 광학 칩(integrated optical chip)(520), 이득 매질(530) 및 광 차폐기(540)를 포함할 수 있다. 다른 일실시예에서, 펨토초 레이저는 펌프 광원(510), 집적 광학 칩(integrated optical chip)(520), 이득 매질(530) 및 반사 거울(550)을 포함할 수 있다.5A and 5B are block diagrams illustrating a femtosecond laser according to one embodiment. In one embodiment, the femtosecond laser may include a pump light source 510, an integrated optical chip 520, a gain medium 530, and a light shield 540. In another embodiment, the femtosecond laser may include a pump light source 510, an integrated optical chip 520, a gain medium 530, and a reflective mirror 550.
도 1 내지 도 3의 펨토초 레이저와 달리, 도 5a 및 도 5b의 펨토초 레이저는 복수의 광학 컴포넌트가 하나의 칩 내에 집적되어 형성된 집적 광학 칩(520)을 포함한다. 일실시예에서, 집적 광학 칩(520) 내에는 평면형 광파 회로 기반의 복수의 광학 컴포넌트가 집적될 수 있다. 예를 들어, 복수의 광학 컴포넌트는 파장 분할 다중화기, 포화 흡수체 및 출력 커플러 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 파장 분할 다중화기, 포화 흡수체 및 출력 커플러 중 일부가 집적 광학 칩(520) 내에 집적될 수 있으며, 그 이외에도 다른 광학 컴포넌트가 집적 광학 칩(520) 내에 집적될 수 있다. 또한, 집적 광학 칩(520)은 복수의 광학 컴포넌트를 서로 연결하는 복수의 광도파로(optical waveguide)를 포함할 수 있다.Unlike the femtosecond laser of FIGS. 1-3, the femtosecond laser of FIGS. 5A and 5B includes an integrated optical chip 520 formed by a plurality of optical components integrated in one chip. In one embodiment, a plurality of optical components based on planar lightwave circuits may be integrated within the integrated optical chip 520. For example, the plurality of optical components may include at least one of a wavelength division multiplexer, a saturated absorber, and an output coupler. That is, some of the wavelength division multiplexer, the saturable absorber, and the output coupler may be integrated into the integrated optical chip 520, and other optical components may be integrated into the integrated optical chip 520. In addition, the integrated optical chip 520 may include a plurality of optical waveguides connecting the plurality of optical components to each other.
복수의 광학 컴포넌트의 기능이 단일 칩 내에 구현된 집적 광학 칩(520)을 이용하는 경우, 복수의 광학 컴포넌트를 융착접속 또는 버트-커플링에 의해 서로 연결할 필요가 없기 때문에 생산 공정을 크게 단순화시킬 수 있다. 또한, 개별적인 광학 컴포넌트들을 이용하는 경우에 비하여 사용되는 광섬유의 길이가 감소되고 레이저 부피가 감소될 수 있다. 일실시예에 따른 집적 광학 칩(520)의 구조 및 생산 공정에 대하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.When using the integrated optical chip 520 in which the functions of the plurality of optical components are implemented in a single chip, the production process can be greatly simplified since there is no need to connect the plurality of optical components to each other by fusion splicing or butt-coupling. . In addition, the length of the optical fiber used can be reduced and the laser volume can be reduced compared to the case of using individual optical components. The structure and production process of the integrated optical chip 520 according to one embodiment will be described in more detail below.
도 6a는 일실시예에 따른 집적 광학 칩(600)을 도시한 평면도이다. 집적 광학 칩(600)은 평면형 광파 회로 기반의 복수의 광학 컴포넌트 및 복수의 광학 컴포넌트를 서로 연결하는 복수의 광도파로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광학 컴포넌트는 파장 분할 다중화기(610), 포화 흡수체(620), 및 출력 커플러(630)를 포함할 수 있다.6A is a plan view illustrating an integrated optical chip 600 according to an embodiment. The integrated optical chip 600 may include a plurality of optical components based on a planar lightwave circuit and a plurality of optical waveguides connecting the plurality of optical components to each other. For example, the plurality of optical components may include a wavelength division multiplexer 610, a saturated absorber 620, and an output coupler 630.
일실시예에서, 파장 분할 다중화기(610)는 일정한 간격을 두고 동일한 방향으로 연장하는 복수의 분리된 광도파로를 포함할 수 있다. 복수의 분리된 광도파로는 전반사를 일으키는 데 적합한 굴절률을 가지는 코어층의 일부로서 형성될 수 있다. 또한, 파장 분할 다중화기(610)는 복수의 분리된 광도파로의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 포함할 수 있다. 파장 분할 다중화기(610)는 도시된 예와 상이한 위치에 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 도시된 예에 의해 제한되지 않는다.In one embodiment, the wavelength division multiplexer 610 may include a plurality of separate optical waveguides extending in the same direction at regular intervals. The plurality of separate optical waveguides may be formed as part of a core layer having a refractive index suitable for causing total reflection. In addition, the wavelength division multiplexer 610 may include an overcladding layer surrounding at least a portion of the plurality of separate optical waveguides. The wavelength division multiplexer 610 may be implemented in different forms at different positions than the illustrated example, and is not limited by the illustrated example.
일실시예에서, 포화 흡수체(620)는 광도파로 및 광도파로의 적어도 일부를 도파하는 광의 감쇠장과 상호 작용하는 포화 흡수층을 포함할 수 있다. 광도파로는 전반사를 일으키는 데 적합한 굴절률을 가지는 코어층의 일부로서 형성될 수 있다. 포화 흡수층은 비선형 손실 특성을 가지는 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄소 나노 구조물은 그래핀 또는 탄소 나노관을 포함할 수 있고, 위상학적 절연체는 Bi2Se3, Bi2Te3 및 Sb2Te3 중 하나를 포함할 수 있다. 또한, 포화 흡수체(620)는 광도파로의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 포함할 수 있다. 포화 흡수체(620)는 도시된 예와 상이한 위치에 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 도시된 예에 의해 제한되지 않는다.In one embodiment, the saturable absorber 620 may include an optical waveguide and a saturated absorbing layer that interacts with the attenuation field of light guiding at least a portion of the optical waveguide. The optical waveguide may be formed as part of a core layer having a refractive index suitable for causing total reflection. The saturated absorber layer may comprise carbon nanostructures or topological insulators having nonlinear loss characteristics. For example, the carbon nanostructures can include graphene or carbon nanotubes, and the topological insulator can include one of Bi 2 Se 3 , Bi 2 Te 3, and Sb 2 Te 3 . In addition, the saturated absorber 620 may include an overcladding layer surrounding at least a portion of the optical waveguide. The saturable absorber 620 may be implemented in different forms at different positions than the illustrated example, and is not limited by the illustrated example.
일실시예에서, 출력 커플러(630)는 일정한 간격을 두고 동일한 방향으로 연장하는 복수의 분리된 광도파로를 포함할 수 있다. 복수의 분리된 광도파로는 전반사를 일으키는 데 적합한 굴절률을 가지는 코어층의 일부로서 형성될 수 있다. 또한, 출력 커플러(630)는 복수의 분리된 광도파로의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층을 포함할 수 있다. 출력 커플러(630)는 도시된 예와 상이한 위치에 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 도시된 예에 의해 제한되지 않는다.In one embodiment, the output coupler 630 may include a plurality of separate optical waveguides extending in the same direction at regular intervals. The plurality of separate optical waveguides may be formed as part of a core layer having a refractive index suitable for causing total reflection. In addition, the output coupler 630 may include an overcladding layer surrounding at least a portion of the plurality of separate optical waveguides. The output coupler 630 may be implemented in different forms at different locations than the illustrated example, and is not limited by the illustrated example.
일실시예에서, 복수의 광도파로(640)는 복수의 광학 컴포넌트(예를 들어, 파장 분할 다중화기(610), 포화 흡수체(620), 및 출력 커플러(630))를 서로 연결할 수 있다. 또한, 복수의 광도파로(640)는 복수의 광학 컴포넌트와 집적 광학 칩(600)의 적어도 하나의 단부 사이를 연결할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광도파로(640)는 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장하도록 형성될 수 있다. 또한, 복수의 광도파로(640)는 전반사를 일으키는 데 적합한 굴절률을 가지는 코어층의 일부로서 형성될 수 있다.In one embodiment, the plurality of optical waveguides 640 may connect a plurality of optical components (eg, wavelength division multiplexer 610, saturated absorber 620, and output coupler 630) to one another. In addition, the plurality of optical waveguides 640 may connect between the plurality of optical components and at least one end of the integrated optical chip 600. For example, the plurality of optical waveguides 640 may be formed to have a rectangular cross section. In addition, the plurality of optical waveguides 640 may be formed as part of a core layer having a refractive index suitable for causing total reflection.
일실시예에서, 집적 광학 칩(600)은 하나 이상의 광섬유 어레이 블록(fiber array block; FAB)(650)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 집적 광학 칩(600)의 양측 단부가 광섬유 어레이 블록(650)과 결합될 수 있다. 광섬유 어레이 블록(650)은 집적 광학 칩(600) 내의 광도파로(640)와 하나 이상의 광섬유(660)의 코어를 연결한다. 이와 같이, 집적 광학 칩(600)은 광섬유 어레이 블록(650)을 통해 집적 광학 칩(600)은 외부의 광학 컴포넌트와 연결될 수 있다.In one embodiment, the integrated optical chip 600 may be combined with one or more fiber array block (FAB) 650. For example, both ends of the integrated optical chip 600 may be combined with the optical fiber array block 650. The optical fiber array block 650 connects the optical waveguide 640 in the integrated optical chip 600 with the cores of one or more optical fibers 660. As such, the integrated optical chip 600 may be connected to an external optical component through the optical fiber array block 650.
도 6b는 일실시예에 따른 집적 광학 칩(600)을 도시한 사시도이다. 일실시예에서, 집적 광학 칩(600)은 기판(601), 기판의 적어도 일부 상에 형성된 오버클래딩층(602), 오버 클래딩층의 적어도 일부 상에 형성된 포화 흡수층(603)을 포함할 수 있다. 또한, 집적 광학 칩(600)은 기판의 적어도 일부 상에 형성된 코어층을 포함할 수 있다. 코어층은 파장 분할 다중화기(610), 포화 흡수체(620), 출력 커플러(630) 및 복수의 광도파로(640)의 적어도 일부를 구성할 수 있다. 코어층은 전반사를 일으키는 데 적합하도록 기판(601) 및 오버클래딩층(602)보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함한다.6B is a perspective view illustrating an integrated optical chip 600 according to an embodiment. In one embodiment, the integrated optical chip 600 may include a substrate 601, an overcladding layer 602 formed on at least a portion of the substrate, and a saturated absorbing layer 603 formed on at least a portion of the over cladding layer. . In addition, the integrated optical chip 600 may include a core layer formed on at least a portion of the substrate. The core layer may constitute at least a portion of the wavelength division multiplexer 610, the saturable absorber 620, the output coupler 630, and the plurality of optical waveguides 640. The core layer includes a material having a higher refractive index than the substrate 601 and the overcladding layer 602 to be suitable for causing total reflection.
다른 일실시예에서, 집적 광학 칩(600)은 기판(670) 및 코어층 사이에 형성된 언더클래딩층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(670)이 코어층보다 높은 굴절률을 가지는 경우, 코어층의 일부로서 형성된 광도파로가 전반사를 일으키도록 하기 위하여, 코어층보다 낮은 굴절률을 가지는 언더클래딩층이 기판 및 코어층 사이에 언더클래딩층이 개재될 수 있다.In another embodiment, the integrated optical chip 600 may further include an undercladding layer (not shown) formed between the substrate 670 and the core layer. For example, when the substrate 670 has a higher refractive index than the core layer, an undercladding layer having a lower refractive index than the core layer is formed between the substrate and the core layer so that the optical waveguide formed as part of the core layer causes total reflection. An undercladding layer may be interposed therebetween.
도 6c는 일실시예에 따른 집적 광학 칩(600)을 도시한 사시도이다. 일실시예에서, 집적 광학 칩(600)은 하나 이상의 광학 칩(670, 680)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 집적 광학 칩(600)의 양측 단부는 펌핑 광원 모듈(672)을 포함하는 제1 광학 칩(670) 및 광도파로 기반의 이득 매질(682)을 포함하는 제2 광학 칩(680)과 결합될 수 있다. 일실시예에서, 집적 광학 칩(600)과 하나 이상의 광학 칩(670, 680)은 자외선 경화 방식을 통해 결합될 수 있다. 이와 같이, 집적 광학 칩(600)은 하나 이상의 광학 칩(670, 680)을 통해 집적 광학 칩(600)은 외부의 광학 컴포넌트와 연결될 수 있다.6C is a perspective view illustrating an integrated optical chip 600 according to an embodiment. In one embodiment, integrated optical chip 600 may be combined with one or more optical chips 670, 680. For example, both ends of the integrated optical chip 600 may include a first optical chip 670 including a pumping light source module 672 and a second optical chip 680 including an optical waveguide based gain medium 682. It can be combined with In one embodiment, the integrated optical chip 600 and one or more optical chips 670, 680 may be coupled via UV curing. As such, the integrated optical chip 600 may be connected to an external optical component through one or more optical chips 670 and 680.
도 6d는 일실시예에 따른 집적 광학 칩(600)을 도시한 사시도이다. 일실시예에서, 집적 광학 칩(600)은 하나 이상의 광섬유 어레이 블록(650) 및 하나 이상의 광학 칩(670)과 결합될 수 있다. 예를 들어, 집적 광학 칩(600)의 양측 단부는 광섬유 어레이 블록(650) 및 펌핑 광원 모듈을 포함하는 광학 칩(670)과 결합될 수 있다. 광섬유 어레이 블록(650)은 집적 광학 칩(600) 내의 광도파로와 하나 이상의 광섬유(660)의 코어를 연결한다. 이와 같이, 집적 광학 칩(600)은 광섬유 어레이 블록(650) 및 광학 칩을 통해 외부의 광학 컴포넌트와 연결될 수 있다.6D is a perspective view illustrating an integrated optical chip 600 according to an embodiment. In one embodiment, the integrated optical chip 600 may be combined with one or more optical fiber array blocks 650 and one or more optical chips 670. For example, both ends of the integrated optical chip 600 may be combined with an optical chip 670 that includes an optical fiber array block 650 and a pumping light source module. The optical fiber array block 650 connects the optical waveguide in the integrated optical chip 600 with the cores of one or more optical fibers 660. As such, the integrated optical chip 600 may be connected to an external optical component through the optical fiber array block 650 and the optical chip.
도 7은 일실시예에 따른 집적 광학 칩의 생산 공정을 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 하나의 웨이퍼(700) 상에 복수의 집적 광학 칩(710)을 제작한 후 다이싱 공정을 수행함으로써, 많은 수량의 집적 광학 칩(710)을 일시에 생산할 수 있다. 웨이퍼(700) 상에 복수의 집적 광학 칩(710)을 제작하는 공정은 예를 들어 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 에칭 공정 및 이온 교환 공정 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 생산 공정을 통하여, 복수의 광학 컴포넌트가 집적된 집적 광학 칩(710)을 대량 생산할 수 있다. 따라서, 종래의 펨토초 레이저 생산 공정에 비하여 시간 소모 및 비용 소모 면에서 크게 향상된 생산성을 얻을 수 있다.7 illustrates a production process of an integrated optical chip, according to one embodiment. As shown in FIG. 7, by fabricating a plurality of integrated optical chips 710 on one wafer 700 and then performing a dicing process, a large number of integrated optical chips 710 may be produced at a time. . The process of fabricating the plurality of integrated optical chips 710 on the wafer 700 may include, for example, at least one of a deposition process, a photolithography process, an etching process, and an ion exchange process. Through this production process, it is possible to mass-produce the integrated optical chip 710 in which a plurality of optical components are integrated. Therefore, compared to the conventional femtosecond laser production process, it is possible to obtain significantly improved productivity in terms of time and cost.
도 8a 내지 도 8j는 일실시예에 따른 집적 광학 칩의 생산 공정을 도시한다.8A-8J illustrate a production process of an integrated optical chip, according to one embodiment.
도 8a는 웨이퍼(810) 상에 코어층(820)이 형성된 단계를 도시한다. 예를 들어, 코어층(820)은 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)을 이용하여 증착될 수 있다. 일실시예에서, 웨이퍼(810)는 실리콘(Si) 또는 실리카(SiO2)를 포함할 수 있고, 코어층(820)은 웨이퍼(810)보다 높은 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 8A illustrates a step in which a core layer 820 is formed on a wafer 810. For example, the core layer 820 may be deposited using chemical vapor deposition (CVD). In one embodiment, the wafer 810 may include silicon (Si) or silica (SiO 2 ), and the core layer 820 may include a material having a higher refractive index than the wafer 810.
도 8b는 코어층(820) 상에 마스크층(830)이 형성된 단계를 도시한다. 예를 들어, 마스크층(830)은 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 증착될 수 있다. 일실시예에서, 마스크층(830)은 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.8B illustrates a step in which a mask layer 830 is formed on the core layer 820. For example, the mask layer 830 may be deposited using sputtering. In one embodiment, the mask layer 830 may include chromium (Cr).
도 8c는 마스크층(830) 상에 포토레지스트층(840)이 형성된 단계를 도시한다. 예를 들어, 포토레지스트층(840)은 스핀코팅(spincoating)을 이용하여 코팅될 수 있다.8C illustrates a step in which the photoresist layer 840 is formed on the mask layer 830. For example, the photoresist layer 840 may be coated using spincoating.
도 8d는 포토레지스트층(840)에 패턴이 형성된 단계를 도시한다. 예를 들어, 패턴은 마스크 얼라이너를 이용한 노광에 의하여 형성될 수 있다.8D illustrates a step in which a pattern is formed in the photoresist layer 840. For example, the pattern may be formed by exposure using a mask aligner.
도 8e는 마스크층(830)의 적어도 일부가 제거된 단계를 도시한다. 예를 들어, 마스크층(830)은 마스크층(830)에 대응하는 부식액(etchant)을 이용하여 에칭될 수 있다.8E illustrates a step in which at least a portion of mask layer 830 has been removed. For example, the mask layer 830 may be etched using an etchant corresponding to the mask layer 830.
도 8f는 포토레지스트층(840)이 제거된 단계를 도시한다. 예를 들어, 포토레지스트층(840)은 포토레지스트층(840)에 대응하는 포토레지스트 스트리퍼(stripper)를 이용하여 제거될 수 있다.8F illustrates the step where photoresist layer 840 has been removed. For example, the photoresist layer 840 may be removed using a photoresist stripper corresponding to the photoresist layer 840.
도 8g는 코어층(820)의 일부가 제거된 단계를 도시한다. 예를 들어, 코어층(820)은 유도 결합 플라즈마(inductively coupled plasma)를 이용하여 에칭될 수 있다.8G illustrates a step in which a portion of core layer 820 has been removed. For example, the core layer 820 may be etched using inductively coupled plasma.
도 8h는 마스크층(830)이 제거된 단계를 도시한다. 예를 들어, 마스크층(830)은 마스크층(830)에 대응하는 부식액을 이용하여 에칭될 수 있다.8H illustrates the step in which the mask layer 830 has been removed. For example, the mask layer 830 may be etched using a corrosion solution corresponding to the mask layer 830.
도 8i는 웨이퍼(810) 및 코어층(820) 상에 오버클래딩층(850)이 형성된 단계를 도시한다. 예를 들어, 오버클래딩층(850)은 화학 기상 증착법을 이용하여 증착될 수 있다.8I illustrates a step in which an overcladding layer 850 is formed on the wafer 810 and the core layer 820. For example, the overcladding layer 850 may be deposited using chemical vapor deposition.
도 8j를 참조하면, 오버클래딩층(850)의 적어도 일부가 선택적으로 제거된 후 코어층(820) 및 오버클래딩층(850) 상에 포화 흡수층(860)이 형성된 구조가 도시된다. 일실시예에서, 오버클래딩층(850)이 선택적으로 제거된 부분은 집적 광학 칩 내의 포화 흡수체의 일부일 수 있다. 예를 들어, 오버클래딩층(850)의 제거 및 포화 흡수층(860)의 형성은 포화 흡수층(860)이 코어층(820)의 적어도 일부를 도파하는 광의 감쇠장과 상호 작용할 수 있도록 배치된다.Referring to FIG. 8J, a structure in which a saturated absorbent layer 860 is formed on the core layer 820 and the overcladding layer 850 after at least a portion of the overcladding layer 850 is selectively removed is illustrated. In one embodiment, the portion from which the overcladding layer 850 has been selectively removed may be part of the saturable absorber in the integrated optical chip. For example, removal of the overcladding layer 850 and formation of the saturated absorbing layer 860 are arranged such that the saturated absorbing layer 860 can interact with the attenuation field of light guiding at least a portion of the core layer 820.
도 8k 내지 도 8m을 참조하면, 일실시예에 따라 각각 다양한 형태로 구현된 오버클래딩층(850) 및 포화 흡수층(860)이 도시된다. 도 8j의 구조와 유사하게, 오버클래딩층(850) 및 포화 흡수층(860)은 포화 흡수층(860)이 코어층(820)의 적어도 일부를 도파하는 광의 감쇠장과 상호 작용할 수 있도록 배치된다. 오버클래딩층(850) 및 포화 흡수층(860)은 도시된 예와 상이한 위치에 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 도시된 예에 의해 제한되지 않는다.8K to 8M, an overcladding layer 850 and a saturated absorbing layer 860 are shown, which are implemented in various forms, respectively, according to one embodiment. Similar to the structure of FIG. 8J, the overcladding layer 850 and the saturated absorbing layer 860 are arranged such that the saturated absorbing layer 860 can interact with the attenuation field of light guiding at least a portion of the core layer 820. The overcladding layer 850 and the saturated absorbent layer 860 may be implemented in different forms at different locations than the illustrated example, and are not limited by the illustrated example.
이상과 같은 방식으로, 증착 공정, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정 등을 이용하여 웨이퍼 상에 집적 광학 칩을 제작할 수 있다. 웨이퍼 상에 복수의 집적 광학 칩이 제작되면, 다이싱 공정을 통하여 많은 수량의 집적 광학 칩을 일시에 생산할 수 있다. 따라서, 종래의 펨토초 레이저 생산 공정에 비하여 시간 소모 및 비용 소모 면에서 크게 향상된 생산성을 얻을 수 있다.In the above manner, an integrated optical chip can be fabricated on a wafer using a deposition process, a photolithography process, an etching process, or the like. When a plurality of integrated optical chips are fabricated on the wafer, a large number of integrated optical chips can be produced at one time through a dicing process. Therefore, compared to the conventional femtosecond laser production process, it is possible to obtain significantly improved productivity in terms of time and cost.
또한, 실시예들이 모드 잠금된 펄스의 폭이 펨토초 단위(즉, 1 피코초 미만)인 경우의 펨토초 레이저를 기준으로 설명되었으나, 설명된 실시예들이 가지는 이점은 펨토초 레이저 이외에도 임의의 펄스 폭을 가지는 펄스 레이저에 적용이 가능하다. 즉, 필요에 따라 집적 광학 칩의 성능을 조정하여 펄스 폭을 늘리거나 줄일 수 있다. 따라서, 실시예들이 가지는 이점이 펨토초 레이저에 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다.In addition, although the embodiments have been described with reference to a femtosecond laser when the width of the mode locked pulse is in femtosecond units (ie, less than 1 picosecond), the advantages of the described embodiments have arbitrary pulse widths in addition to the femtosecond laser. Applicable to pulsed lasers. That is, the pulse width can be increased or decreased by adjusting the performance of the integrated optical chip as needed. Therefore, the advantages with embodiments should not be construed as being limited to femtosecond lasers.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. Although the embodiments have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (20)

  1. 기판;Board;
    상기 기판의 일면 상에 형성된 평면형 광파 회로(planar lightwave circuit) 기반의 복수의 광학 컴포넌트; 및A plurality of optical components based on a planar lightwave circuit formed on one surface of the substrate; And
    상기 기판의 상기 일면 상에 형성되고, 상기 복수의 광학 컴포넌트를 서로 연결하는 복수의 광도파로(optical waveguide)A plurality of optical waveguides formed on the one surface of the substrate and connecting the plurality of optical components to each other
    를 포함하는, 집적 광학 칩.Including, integrated optical chip.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 광학 컴포넌트는 비선형 손실 특성을 가지는 포화 흡수체(saturable absorber)를 포함하는, 집적 광학 칩.And the plurality of optical components comprises a saturable absorber having nonlinear loss characteristics.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 포화 흡수체는,The saturated absorber,
    상기 기판의 상기 일면 상에 형성되는 코어층;A core layer formed on the one surface of the substrate;
    상기 코어층의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층; 및An overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer; And
    상기 오버클래딩층의 적어도 일부 상에 형성되고 상기 코어층의 적어도 일부를 도파하는 광의 감쇠장과 상호 작용하도록 배치되는 포화 흡수층A saturated absorbent layer formed on at least a portion of the overcladding layer and disposed to interact with an attenuation field of light guiding at least a portion of the core layer.
    을 포함하는, 집적 광학 칩.Including, integrated optical chip.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 포화 흡수층은 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함하는, 집적 광학 칩.And said saturated absorbing layer comprises at least one of carbon nanostructures or topological insulators.
  5. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 광학 컴포넌트는 파장 분할 다중화기(wavelength division multiplexer)를 포함하는, 집적 광학 칩.And the plurality of optical components comprises a wavelength division multiplexer.
  6. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 파장 분할 다중화기는,The wavelength division multiplexer,
    상기 기판의 상기 일면 상에 형성되고 복수의 분리된 광도파로를 포함하는 코어층; 및A core layer formed on the one surface of the substrate and including a plurality of separate optical waveguides; And
    상기 코어층의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층An overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer
    을 포함하는, 집적 광학 칩.Including, integrated optical chip.
  7. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 광학 컴포넌트는 출력 커플러(output coupler)를 포함하는, 집적 광학 칩.And the plurality of optical components comprises an output coupler.
  8. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 출력 커플러는,The output coupler is,
    상기 기판의 상기 일면 상에 형성되고 복수의 분리된 광도파로를 포함하는 코어층; 및A core layer formed on the one surface of the substrate and including a plurality of separate optical waveguides; And
    상기 코어층의 적어도 일부를 감싸는 오버클래딩층An overcladding layer surrounding at least a portion of the core layer
    을 포함하는, 집적 광학 칩.Including, integrated optical chip.
  9. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 기판은 상기 복수의 광도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함하는, 집적 광학 칩.And the substrate comprises a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides.
  10. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 기판 및 상기 복수의 광도파로 사이에 개재되는(interposed) 언더클래딩층을 더 포함하고, 상기 언더클래딩층은 상기 복수의 광도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함하는, 집적 광학 칩.And an undercladding layer interposed between the substrate and the plurality of optical waveguides, wherein the undercladding layer comprises a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides.
  11. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 광학 컴포넌트 및 상기 복수의 광도파로는 증착 공정, 포토리소그래피 공정, 에칭 공정 및 이온 교환 공정 중 적어도 하나를 이용하여 형성되는, 집적 광학 칩.And the plurality of optical components and the plurality of optical waveguides are formed using at least one of a deposition process, a photolithography process, an etching process and an ion exchange process.
  12. 제1항에 기재된 집적 광학 칩; 및The integrated optical chip of claim 1; And
    상기 집적 광학 칩의 적어도 하나의 단부의 광도파로 및 적어도 하나의 광섬유의 코어를 연결하는 적어도 하나의 광섬유 배열 블록(fiber array block; FAB)을 포함하는, 펄스 레이저 장치.And at least one fiber array block (FAB) connecting the optical waveguide at at least one end of the integrated optical chip and the core of at least one optical fiber.
  13. 제1항에 기재된 집적 광학 칩;The integrated optical chip of claim 1;
    펌핑 광원 모듈을 포함하는 제1 광학 칩; 및A first optical chip comprising a pumping light source module; And
    이득 매질을 포함하는 제2 광학 칩을 포함하고,A second optical chip comprising a gain medium,
    상기 집적 광학 칩의 제1 단부는 상기 제1 광학 칩과 결합되고 상기 집적 광학 칩의 제2 단부는 상기 제2 광학 칩과 결합되는, 펄스 레이저 장치.And a first end of the integrated optical chip is coupled with the first optical chip and a second end of the integrated optical chip is coupled with the second optical chip.
  14. 웨이퍼를 제공하는 단계;Providing a wafer;
    상기 웨이퍼 상에 광도파로를 형성하는 단계;Forming an optical waveguide on the wafer;
    상기 웨이퍼 및 상기 광도파로 상에 오버클래딩층을 형성하는 단계;Forming an overcladding layer on the wafer and the optical waveguide;
    상기 오버클래딩층의 적어도 일부를 제거하는 단계; 및Removing at least a portion of the overcladding layer; And
    상기 오버클래딩층 상에 비선형 손실 특성을 가지는 포화 흡수층 - 상기 포화 흡수층은 상기 광도파로의 적어도 일부를 도파하는 광의 감쇠장과 상호 작용하도록 배치됨 - 을 형성하는 단계Forming a saturated absorbing layer having a nonlinear loss characteristic on the overcladding layer, the saturated absorbing layer disposed to interact with an attenuation field of light guiding at least a portion of the optical waveguide.
    를 포함하는, 집적 광학 칩 제조 방법.Including, integrated optical chip manufacturing method.
  15. 제14항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 광도파로를 형성하는 단계는,Forming the optical waveguide,
    상기 웨이퍼 상에 코어층을 형성하는 단계; 및Forming a core layer on the wafer; And
    상기 코어층의 적어도 일부를 제거하여 직사각형 형태의 단면을 가지고 연장하는 광도파로를 형성하는 단계Removing at least a portion of the core layer to form an optical waveguide extending with a rectangular cross section;
    를 포함하는, 집적 광학 칩 제조 방법.Including, integrated optical chip manufacturing method.
  16. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 코어층 상에 마스크층을 형성하는 단계; 및Forming a mask layer on the core layer; And
    포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 마스크층의 적어도 일부를 제거하는 단계Removing at least a portion of the mask layer using a photolithography process
    를 더 포함하는, 집적 광학 칩 제조 방법.Further comprising, integrated optical chip manufacturing method.
  17. 제14항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 웨이퍼를 절단하여 복수의 집적 광학 칩으로 분리시키는 단계를 더 포함하는, 집적 광학 칩 제조 방법.Cutting the wafer and separating the wafer into a plurality of integrated optical chips.
  18. 제14항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 포화 흡수층은 탄소 나노 구조물 또는 위상학적 절연체 중 적어도 하나를 포함하는, 집적 광학 칩 제조 방법.And wherein said saturated absorbing layer comprises at least one of carbon nanostructures or topological insulators.
  19. 제14항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 웨이퍼는 상기 광도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함하는, 집적 광학 칩 제조 방법.And the wafer comprises a material having a lower refractive index than the optical waveguide.
  20. 제14항에 있어서,The method of claim 14,
    상기 웨이퍼 상에 상기 복수의 광도파로보다 낮은 굴절률을 가지는 물질을 포함하는 언더클래딩층을 형성하는 단계를 더 포함하고,Forming an undercladding layer on the wafer, the undercladding layer comprising a material having a lower refractive index than the plurality of optical waveguides;
    상기 코어층을 형성하는 단계는 상기 언더클래딩층 상에 상기 코어층을 형성하는 단계를 포함하는, 집적 광학 칩 제조 방법.Forming the core layer comprises forming the core layer on the undercladding layer.
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