KR100265795B1 - 광도파로칩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광도파로 칩에 관한 것으로서, 광섬유, 광섬유 어레이 모듈 및 다른 광도파로 칩의 도파로와 접속되는 출력단 도파로를 구비한 광도파로 칩에 있어서, 그 출력단 도파로는 접속하고자하는 광섬유 및 광섬유 어레이 모듈의 광섬유 코아의 단면적과 다른 광도파로 칩의 도파로 단면적보다 큰 접속 단면적을 가짐을 특징으로 한다. 그리고 광도파로칩의 출력단 도파로 단면적은 도파로의 끝단으로 갈수록 점진적으로 증가되고, 증가되는 경사도는 10°이하임이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 광도파로 소자의 패키지 공정중에서 광도파로 칩에 광섬유, 광섬유 어레이모듈 또는 다른 광도파로 칩을 접속시킬 때, 광축의 오프셋에 대한 범위를 도파로 폭의 ±20% 정도까지도 허용할 수 있으며, 제작공정시 기존 공정대비 추가되는 공정이 없고 광특성에 대한 추가 손실을 발생하지 않으며 접속에 필요한 시간을 상당부분 줄일 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 광도파로 칩에 관한 것으로서, 특히 광도파로 소자의 패키징(packaging) 공정에서 광도파로 칩에 광섬유, 광섬유 어레이모듈 또는 다른 광도파로 칩을 접속시길 때 접속 정밀도의 허용오차 범위를 크게 하면서도 광접속손실은 기존의 방법과 비교할 때 차이가 작은 광도파로 칩에 관한 것이다.
평면도파로 기술(Planar Waveguide Technology)을 이용한 광도파로 소자의 목적은 대량 생산을 통한 저가 광통신 부품의 제작이다. 일반적으로 광도파로 칩의 제작공정은 반도체 제작 기술을 응용하여 대량 생산할 수 있을 정도로 기술적인 발전이 되어 왔다. 그러나 광도파로 소자의 패키징 기술에 있어서는 제작기술과 비교할 때 그 발전속도가 느리게 진행되고 있으며 광도파로 소자의 대량생산 측면에서 가장 걸림돌이 되고 있는 기술부문이다. 특히 수동소자에서는 광도파로와 광섬유, 광섬유 어레이 모듈 또는 다른 광도파로 칩사이의 접합기술이 소자의 특성과 가격을 좌우하는 중요한 공정으로서, 향후 광도파로 소자의 광특성을 보장하면서 저가 대량 생산을 위하여 극복하여야만 하는 요소기술이다.
도 1a는 종래 방법에 의한 광도파로 칩의 출력단 도파로와 다른 광도파로 칩의 입력단 도파로와의 접속을 도시한 것으로서, 참조번호 100은 출력단 광도파로 칩의 기판, 110은 출력단 광도파로 칩의 도파로, 130은 출력단 광도파로 칩과 입력단 광도파로 칩의 접속부, 140은 입력단 광도파로 칩의 도파로, 150은 입력단 광도파로 칩의 기판을 나타낸다. 도 1b는 종래 방법에 의한 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유 어레이 모듈과의 접속을 도시한 것으로서, 참조번호 160은 출력단 광도파로 칩과 광섬유 어레이 모듈의 접속부, 170은 광섬유 어레이 모듈의 정렬기판, 180은 광섬유 코아, 190은 광섬유를 나타낸다. 도 1c는 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유와의 접속을 나타낸 구조도로서, 참조번호 195는 출력단 광도파로 칩과 광섬유의 접속부를 나타낸다.
상기 도 1 a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이 기존의 방법에서는 광도파로 칩에 광섬유, 광섬유 어레이모듈 또는 광도파로 칩을 부착할 때, 광접속손실을 최소화하기 위하여 접속정밀도의 허용오차범위를 단일모드 도파로의 경우 도파로 크기의 약 10% 에 해당하는 1㎛ 이하인 서브미크론 단위(Submicron Order) 이하로 유지하여야 한다. 이러한 정밀도를 확보하기 위해서는 고가의 정밀 정렬장비 및 고도로 숙련된 인력과 많은 시간을 요구한다. 따라서 종래 방법은 광도파로 소자의 제작에 대하여 원가의 상승 및 대량 생산의 걸림돌이 되고 있다..
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 광도파로 소자의 패키징(packaging) 공정에서 광도파로 칩에 광섬유, 광섬유 어레이모듈 또는 다른 광도파로 칩을 접속시길 때, 접속 정밀도의 허용오차 범위를 크게 하면서도 광접속손실은 기존의 방법과 비교할 때 차이가 작은 광도파로 칩을 제공하는 것이다.
도 1a 종래 방법에 의한 광도파로 칩의 출력단 도파로와 다른 광도파로 칩의 입력단 도파로와의 접속을 도시한 것이다.
도 1b는 종래 방법에 의한 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유 어레이 모듈과의 접속을 도시한 것이다.
도 1c는 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유와의 접속을 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광도파로 칩의 출력단 도파로와 다른 도파로 칩의 입력단 도파로와의 접속을 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유 어레이 모듈과의 접속을 도시한 것이다.
도 2c는 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유와의 접속을 도시한 것이다.
도 3a는 6㎛의 정방형 광도파로를 단일모드의 조건을 갖는 광도파로 칩의 구조도에 대한 일실시예를 도시한 것이다.
도 3b는 광도파로 칩과 광도파로 칩과의 접합시 도파로 구조와 오프셋의 정도에 따른 투과특성에 대한 일실시예를 도시한 것이다.
도 3c는 도 3b에 도시된 광도파로 칩의 오프셋 정도에 따른 광투과 특성을 도시한 것이다.
도 3d는 광도파로 칩과 광도파로 칩과의 접합시 도파로의 폭이 증가하는 길이가 길어질 경우에 대한 도파로 구조와 오프셋의 정도에 따른 투과특성에 대한 일실시예를 도시한 것이다.
도 3e는 도 3d에 도시된 광도파로 칩의 오프셋 정도에 따른 광투과 특성을 도시한 것이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
200, 300 : 광도파로 칩의 기판,
210, 310 : 광도파로 칩의 출력단 도파로
220, 320 : 출력단 도파로의 확장부,
230, 330 : 광도파로 칩의 출력단 도파로와 다른 광도파로 칩의 입력단 도파로의 접속부,
240, 340 : 다른 광도파로 칩의 입력단 도파로,
250, 350 : 다른 광도파로 칩의 기판
255 : 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유의 접속부,
260 : 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유 어레이 모듈의 접속부
265 : 광섬유의 코아, 270 : 광섬유 어레이 모듈 정렬기판
275 : 광섬유의 클래드, 280 : 광섬유 코아, 290 : 광섬유
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 광도파로 칩은, 광섬유, 광섬유 어레이 모듈 및 다른 광도파로 칩의 도파로와 접속되는 출력단 도파로를 구비한 광도파로 칩에 있어서, 상기 출력단 도파로는 접속하고자하는 상기 광섬유 및 광섬유 어레이 모듈의 광섬유 코아의 단면적과 상기 다른 광도파로 칩의 도파로 단면적보다 큰 접속 단면적을 가짐이 바람직하다.
상기 광도파로칩의 출력단 도파로 단면적은 도파로의 끝단으로 갈수록 점진적으로 증가되고, 상기 증가되는 경사도는 10°이하임이 바람직하다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도 2a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광도파로 칩의 출력단 도파로와 다른 도파로 칩의 입력단 도파로와의 접속을 도시한 것으로서, 참조번호 200은 광도파로 칩의 기판, 210은 광도파로 칩의 출력단 도파로, 220은 상기 출력단 도파로의 확장부, 230은 광도파로 칩의 출력단 도파로와 다른 광도파로 칩의 입력단 도파로의 접속부, 240은 다른 광도파로 칩의 입력단 도파로, 250은 다른 광도파로 칩의 기판을 나타낸다. 도 2b는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유 어레이 모듈과의 접속을 도시한 것으로서, 참조번호 260은 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유 어레이 모듈의 접속부, 270은 광섬유 어레이 모듈 정렬기판, 280은 광섬유 코아, 290은 광섬유를 나타낸다. 도 2c는 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유와의 접속을 도시한 것으로서, 참조번호 255는 광도파로 칩의 출력단 도파로와 광섬유의 접속부, 265는 상기 광섬유의 코아, 275는 상기 광섬유의 클래드를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 광섬유, 광섬유 어레이 모듈 및 다른 광도파로 칩의 도파로와 접속되는 상기 광도파로 칩의 출력단 도파로는 상기 출력단 도파로(210)는 접속하고자하는 상기 광섬유 및 광섬유 어레이 모듈의 광섬유 코아의 단면적과 상기 다른 광도파로 칩의 도파로 단면적보다 큰 도파로 출력단 확장부(220)를 가진다.
상기 광도파로칩의 출력단 도파로(210) 단면적은 도파로의 끝단으로 갈수록 점진적으로 증가되며, 상기 증가되는 경사도는 10°이하이다. 상기 광도파로 칩의 출력단 도파로(210)의 끝단 폭은 단일모드를 유지하는 도파로의 최대폭보다 4배 이내이고 2배 이내가 최적으로 된다. 또한 상기 광도파로 칩의 출력단 도파로(210) 폭이 증가되는 출발점은 상기 광도파로 칩의 도파로 끝단에서부터 단일모드를 유지하는 도파로의 최대폭의 길이보다 6 내지 12배의 길이를 가지는 것이 바람직하다.
상기 광도파로 칩의 기판 재질은 리튬나이오베이트(LiNbO3), 실리콘 웨이퍼, Si3N4, 무기유리(Ingoranic glass) 및 Ⅲ-Ⅴ 족 반도체가 될 수 있다. 상기 출력단 도파로는 사용 광파장에서 광투과성을 갖는 평면기판 위에 굴절율을 높이는 확산물질을 증착한 후, 화학적 또는 물리적으로 평면기판 내부에 상기 확산물질을 침투확산시켜 제작된다.
본 발명의 동작을 설명하기로 한다. 본 발명은 도파로 칩의 도파로 출력단의 구조를 끝단에서부터 도파로 폭의 약 10배 정도 되는 길이 지점부터 점차적으로 도파로의 폭을 늘려가면서 도파로의 끝단 폭이 일반 도파로의 폭의 약 2배정도 되도록 한다. 그리하여 도파로의 단면을 인위적으로 직사각형 구조를 갖도록 제작하여 광섬유, 광섬유 어레이모듈 또는 다른 일반 도파로의 입력단 부분과 접속시 광축의 오프셋(offset) 정도가 도파로 폭의 ±20% 이내에서도 접속손실을 최소화 할 수 있다. 도 3a는 6㎛의 정방형 광도파로를 단일모드의 조건을 갖는 광도파로 칩의 구조도에 대한 일실시예를 도시한 것으로서, 참조번호 300은 광도파로 칩의 기판, 310은 광도파로 칩의 출력단 도파로, 320은 상기 출력단 도파로의 확장부를 나타낸다. 일례로 가로 x 세로의 크기가 6㎛ x 6㎛을 갖는 도파로의 경우, 광도파로 칩의 출력단 끝에서 약 80㎛ - 100㎛ 지점에서 도파로의 폭을 임의의 각도로 증가시켜 도파로의 폭을 도파로의 끝단이 약 12㎛ 정도의 폭을 가질 때까지 지속적으로 증가시킨 구조를 갖고 있다. 이 경우에 광축의 오프셋 정도가 도파로 중심에서 ±1.5㎛ 이내에서도 일반적으로 90% 이상의 투과특성을 나타낸다. 도 3b는 광도파로 칩과 광도파로 칩과의 접합시 도파로 구조와 오프셋의 정도에 따른 투과특성에 대한 일실시예를 도시한 것으로서, 참조번호 330은 광도파로 칩의 출력단 도파로와 다른 광도파로 칩의 입력단 도파로의 접속부, 340은 다른 광도파로 칩의 입력단 도파로, 350은 다른 광도파로 칩의 기판을 나타낸다. 그리고 도 3c는 상기 도 3b에 도시된 광도파로 칩의 오프셋 정도에 따른 광투과 특성을 도시한 것이다.
또한 도파로의 폭이 증가하는 길이가 도파로 폭의 10배 이상으로 길어질 경우에도 도파로의 투과 특성을 감소되나 그 감소의 크기는 매우 적다. 도 3d는 광도파로 칩과 광도파로 칩과의 접합시 도파로의 폭이 증가하는 길이가 길어질 경우에 대한 도파로 구조와 오프셋의 정도에 따른 투과특성에 대한 일실시예를 도시한 것이며, 도 3e는 상기 도 3d에 도시된 광도파로 칩의 오프셋 정도에 따른 광투과 특성을 도시한 것이다. 그러나 도파로 끝단의 폭이 급격하게 증가되어 경사도가 약 5°이상이 될 경우에 큰 접속 손실이 생긴다.
본 발명에 의하면, 광도파로 소자의 패키지 공정중에서 광도파로 칩에 광섬유, 광섬유 어레이모듈 또는 다른 광도파로 칩을 접속시킬 때, 광축의 오프셋에 대한 범위를 도파로 폭의 ±20% 정도까지도 허용할 수 있으며, 제작공정시 기존 공정대비 추가되는 공정이 없고 광특성에 대한 추가 손실을 발생하지 않으며 접속에 필요한 시간을 상당부분 줄일 수 있는 장점이 있다. 특히 광도파로 칩에 광섬유 어레이 모듈 또는 다른 광도파로 칩의 접속시에 빈번한 문제점인 광축의 오프셋에 대하여 민감한 광접속 손실의 측면에 대하여 상당부분 보상할 수 있는 특성을 보이고 있다.
Claims (4)
- 광섬유, 광섬유 어레이 모듈 및 다른 광도파로 칩의 도파로와 접속되는 출력단 도파로를 구비한 광도파로 칩에 있어서,상기 출력단 도파로의 단면은 사각형의 구조를 가지며, 그 단면적이 도파로의 끝단으로 갈수록 점진적으로 증가되어, 상기 접속되는 도파로의 단면적에 비하여 더 큰 접속 단면적을 가지며,상기 출력단 도파로의 폭이 증가되는 출발점은 상기 출력단 도파로의 끝단에서부터 단일모드를 유지하는 도파로의 최대폭의 길이보다 6 내지 12배의 길이를 가지며, 상기 출력단 도파로의 끝단 폭은 단일모드를 유지하는 도파로의 최대폭의 4배이내 임을 특징으로 하는 광도파로 칩.
- 제1항에 있어서, 상기 증가되는 경사도는10°이하임을 특징으로 하는 광도파로 칩.
- 제1항에 있어서, 상기 광도파로 칩의 기판 재질은리튬나이오베이트(LiNbO3), 실리콘 웨이퍼, Si3N4, 무기유리(Ingoranic glass) 및 Ⅲ-Ⅴ 족 반도체 중 어느 하나 임을 특징으로 하는 광도파로 칩.
- 제1항에 있어서, 상기 출력단 도파로는사용 광파장에서 광투과성을 갖는 평면기판 위에 굴절율을 높이는 확산물질을 증착한 후, 화학적 또는 물리적으로 평면기판 내부에 상기 확산물질을 침투확산시켜 제작됨을 특징으로 하는 광도파로 칩.
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