KR100493089B1 - 집적광학장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 둘 이상의 광학장치가 집적된 집적광학장치에 관한 것으로, 특히 상기 광학장치들간의 광적 절연을 구현한 집적광학장치에 관한 것이다.

본 발명의 집적광학장치는 각각 광도파로를 구비하는 적어도 둘 이상의 광학장치와, 상기 광학장치들 사이의 상기 광도파로가 단락되도록 상기 광학장치들 사이의 상기 광도파로를 포함하는 영역에 개재되며, 상기 광학장치들을 광적/전기적으로 절연시키는 이너 윈도우(inner window)를 구비함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 개별 소자간의 광적 절연을 위한 독립적인 광절연기를 따로 사용하지 않아도 되므로 비용을 절감할 수 있고, 소자들 사이의 광결합을 조절할 필요가 없어 공정시간을 줄일 수 있다.

Description

집적광학장치{INTEGRATED OPTICAL DEVICE}

본 발명은 적어도 둘 이상의 광학장치를 포함하여 구성된 집적광학장치에 관한 것으로, 특히 상기 광학장치들간의 광적 절연을 구현한 집적광학장치에 관한 것이다.

일반적으로, 광통신에서 10G bps 이상의 초고속 광신호 전송을 위하여 주로 광섬유의 흡수율이 낮은 1550nm 파장대역을 사용하고 있으며, 전계 흡수형 광변조기(electro-absorption optical modulator)가 결합된 분포귀환형 레이저 다이오드(Distributed-Feedback Laser Diode: DFB LD)를 사용하면 광전송 시스템의 제작이 용이한 장점이 있다. 그러나, 전계 흡수형 광변조기가 결합된 레이저(electro-absorption modulated laser; 이하 EML이라 칭함)의 경우, 낮은 광출력으로 인해 장거리 전송에는 단점이 있다. 이에 따라 광출력을 증가시키기 위상 반도체 광증폭기(Semiconductor Optical Amplifier: SOA)를 집적화하는 방안이 제시되고 있다.

이러한 집적화 소자의 경우, 집적된 분포귀환형 레이저 다이오드와 전계 흡수형 광변조기 사이의 전기적 절연, 또는 반도체 광증폭기와 전계 흡수형 광변조기 또는 분포귀환형 레이저 다이오드 사이의 전기적 절연, 광적 절연이 소자의 성능을 결정하는 중요한 요소이다.

종래에는 집적된 소자들 사이의 광적, 전기적 절연을 위해 실제로 둘 이상의 소자를 각각 독립적으로 제작하여 전기적으로 절연하고, 이들 사이에 독립적인 광절연기(Optical Isolator) 등을 삽입하여 광적으로 절연하는 기술을 사용하고 있다.

그러나, 상기 종래기술은 하기와 같은 문제점을 안고 있다.

첫째, 독립적인 광절연기를 사용해야 하므로 가격증가요인이 된다.

둘째, 독립된 소자들 사이에 광절연기를 삽입하는 과정에서 광결합 효율이 감소하여 광출력이 감소하거나, 결합 효율을 증가시키는 특별한 구조의 설계가 필요하다. 이에 따라 많은 시간과 비용이 소요되며, 실제로 결합효율에 대한 소자간 분포가 매우 다양하다.

셋째, 독립된 소자와 광절연기를 이용한 소자는 각각의 소자와 광절연기에서 발생하는 외부 환경에 대한 허용오차(tolerance)가 매우 크게 되어 소자의 광출력의 외부 환경에 대한 신뢰성이 감소한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광소자, 광절연기 등을 독립적으로 제작할 필요 없이 각 광소자들의 집적화과정에서 동시에 형성할 수 있는 내부 광절연기를 구비한 집적광학장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광도파로를 구비하는 적어도 둘 이상의 광학장치와, 상기 광학장치들 사이의 상기 광도파로가 단락되도록 상기 광학장치들 사이의 상기 광도파로를 포함하는 영역에 개재되며, 상기 광학장치들을 광적/전기적으로 절연시키는 이너 윈도우(inner window)를 구비함을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 광학장치들간의 광절연 정도는 상기 이너 윈도우의 길이에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 이너 윈도우는 상기 광도파로가 제거되고 반도체 물질로 채운 것임을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 이너 윈도우는 상기 광도파로가 제거되고 여타의 물질을 임의로 채우지 않은 것임을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 광학장치들간의 전기적 절연은 상기 이너 윈도우 구성물질의 전기전도도 조절에 의해 가능함을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 이너 윈도우의 구성물질은 반도체이며, 불순물 도핑 정도에 의해 전기전도도의 조절이 가능함을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 광학장치들은 레이저 다이오드와 반도체 광증폭기이며, 상기 광절연 윈도우는 상기 레이저 다이오드와 반도체 광증폭기 사이에 형성된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 레이저 다이오드는 전계흡수형 변조기가 집적된 분포귀환형 레이저 다이오드인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 집적광학장치에서의 광절연 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에서, 집적광학장치는 제1 광학장치(10), 제2 광학장치(20) 및 이들 사이에 개재된 이너 윈도우(inner window, 30)를 포함하여 구성된다. 광학장치들(10, 20)을 구성하는 물질층들은 기판(1) 상에 형성되며, 광도파로(2)를 공유하는 구조를 갖는다. 광도파로(2)는 클래딩층(3)에 의해 감싸지는 것이 바람직하며, 상기 광학장치들(10, 20)을 구성하는 물질층들에 대한 상세 구성은 생략한다. 도면에서 미설명 부호 4는 전극을 나타낸다.

상기 이너 윈도우(30)는 상기 광학장치들(10, 20) 사이의 상기 광도파로(2)를 제거한 부분에 개재되며, 상기 광학장치들을 광적/전기적으로 절연시키는 기능을 수행한다.

먼저, 전기적 절연은 이너 윈도우(30)를 구성하는 물질의 전기전도도를 조절함으로써 이루어진다. 실제로 반도체 물질의 경우 불순물(dopant)의 도핑(doping) 정도를 조절함으로써 가능하다.

광적 절연 원리는 다음과 같다. 반도체 소자 내부에 존재하는 광모드는 굴절률 차이에 의해 발생하는 광도파로에 구속되며, 이러한 광 구속은 반도체 소자의 동작을 가능하게 한다. 레이저의 경우 발진을 가능하게 하고, 광변조기의 경우 흡수를 가능하게 하여 변조된 신호를 발생한다. 또한, 반도체 광증폭기의 경우 광증폭 효율의 증대를 가능하게 한다.

다시 도 1을 참조하면, 제1 광학장치(10)에서 구속된 광이 광도파로가 제거된 이너 윈도우(30)에서는 광구속이 없어 발산하게 되고, 발산되는 광이 이너 윈도우(30)를 지나 제2 광학장치(20)에 존재하는 광도파로에 다시 결합하는 효율은 작아지게 된다. 따라서, 각각의 장치들 사이의 광결합(광손실), 즉 광적 절연이 가능하게 된다. 이때, 결합 효율 또는 광절연 양은 이너 윈도우(30)의 길이에 의해 조절 가능하다.

이너 윈도우(30)의 기술적 원리는 상술한 바와 같이 광도파로를 공유하는 두 소자 사이의 상기 광도파로를 제거한 데 있으며, 이너 윈도우(30)의 구성 방법은 다양하다. 가능한 예로는

첫째, 단순히 두 소자 사이의 광도파로를 제거하기만 할 수 있다. 이 경우 광도파로가 제거된 부분에는 공기(air)층으로 차게 된다.

둘째, 두 소자 사이의 광도파로를 제거하고, 광도파로가 제거된 부분에 여타의 물질을 채울 수 있다. 반도체 소자의 경우 대체로 하부층을 재성장(regrowth)시켜 채우게 된다.

셋째, 두 소자 사이의 광도파로의 일부분을 변형시켜 광적 절연을 이룰 수 있다.

넷째, 두 소자 사이의 광도파로의 일부분에 다른 물질을 첨가하여 광적 절연을 이룰 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집적광학장치의 구성예를 나타낸 도면이다.

도 2에서, 집적광학장치는 분포귀환형(DFB) 레이저 다이오드(100)와, 전계 흡수형 광변조기(EA-Modulator, 200)와, 반도체 광증폭기(SOA, 300) 및 2개의 이너 윈도우(250, 350)를 포함하여 구성된다. 세 장치(100, 200, 300) 모두 광도파로(2)를 구비하며, 광적/전기적 절연을 필요로 하는 소자들 사이에 도파로를 제거하고 이너 윈도우(250, 350)가 개재된다. 도 1과 마찬가지로, 상기 광학장치들(100, 200, 300)을 구성하는 물질층들에 대한 상세 구성은 생략한다.

상기 전계 흡수형 광변조기(200) 측에 위치한 광도파로에 구속된 광이 광도파로가 제거된 이너 윈도우(250)에서는 광구속이 없어 발산하게 되고, 발산되는 광이 이너 윈도우(250)를 지나 반도체 광증폭기(300) 측에 존재하는 광도파로에 다시 결합하는 효율은 작아지게 된다. 따라서, 전계 흡수형 광변조기(200)와 반도체 광증폭기(300) 사이의 광적 절연이 가능하게 된다. 이때, 결합 효율 즉, 광절연 양은 도 3에 도시된 바와 같이 이너 윈도우(250, 350)의 길이에 의해 조절 가능하다.

도 3은 이너 윈도우의 길이(inner window length, ㎛)에 따른 결합 효율(Coupling Efficiency, dB)의 계산결과와 실제 제작된 도 2의 소자에서 추출된 결합효율(E)을 표시한 것이다. 실험결과 15dB 정도의 광절연이 직접화된 두 소자사이에 발생한 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 집적광학장치는 각각 독립된 특성을 갖는 광학 소자의 집적시 개별 광학장치들 사이의 광도파로를 제거하고 광적/전기적 절연을 위한 이너 윈도우(inner window)를 개재함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 개별 소자를 독립적으로 제작하는 어려움을 제거하고, 공정과정 및 시간을 단축할 수 있다.

둘째, 광결합 효율을 증대시키기 위한 광도파로 구조의 변경 등 부가의 설계가 필요 없다.

셋째, 개별 소자간의 광적 절연을 위한 독립적인 광절연기를 따로 사용하지 않아도 되므로 비용을 절감할 수 있고, 소자들 사이의 광결합을 조절할 필요가 없어 공정시간을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 집적광학장치에서의 광절연 원리를 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집적광학장치의 구성예를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 이너 윈도우의 길이(inner window length, ㎛)에 따른 결합 효율(Coupling Efficiency, dB)의 계산결과와 실제 제작된 소자에서 추출된 결합효율(E)을 나타낸 도면.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 광도파로를 구비하는 적어도 둘 이상의 광학장치와,

   상기 광학장치들 사이의 상기 광도파로가 단락되도록 상기 광학장치들 사이의 상기 광도파로를 포함하는 영역에 개재되며, 상기 광학장치들을 광적/전기적으로 절연시키는 이너 윈도우(inner window)를 구비하며,

   상기 이너 윈도우는 상기 광도파로가 제거되고 반도체 물질로 채워진 것을 특징으로 하는 집적광학장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 3 항에 있어서, 상기 광학장치들은

   레이저 다이오드와 반도체 광증폭기이며,

   상기 광절연 윈도우는 상기 레이저 다이오드와 반도체 광증폭기 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 집적광학장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 레이저 다이오드는

   전계흡수형 변조기가 집적된 분포귀환형 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 집적광학장치.