KR100891265B1 - 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 특히 도파로형 인터리브 소자 및 박막간섭형 인터리브 소자의 장점을 취합하고, 저가형 저손실 초박막간섭필터를 사용함으로써 패키징의 강도를 향상시킴과 동시에 저가격화 하도록 하는 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 평면 광도파로에 초박막 필터를 사용하므로 광을 모아주기 위한 콜리메이터가 불필요하고, 에탈론 박막간섭형의 경우 각 파장이 서로의 신호에 영향을 주는 잡음의 정보인 아이솔레이션 특성이 매우 우수하고 패키징이 매우 단순하여 대량 생산이 가능하도록 한다.

Description

파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자 및 그 제조 방법{Planer lightwave circuit type interleave device for wavelength division and manufacturing method therefor}
도 1은 종래의 파장 분할용 광섬유 커플러형 인터리브 소자.
도 2는 종래의 파장 분할용 도파로형 인터리브 소자.
도 3은 종래의 파장 분할용 박막간섭필터형 인터리브 소자.
도 4는 본 발명에 따른 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자의 제조 방법.
본 발명은 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 평면 광도파로에 초박막 필터를 삽입하여 패키지의 효율을 극대화시킴과 동시에 저가화를 구현하도록 하는 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기존의 광 전송방식에서 전송용량의 증대는 펄스변조의 속도를 증가시키는 것으로 대응해 왔으며, 다채널의 전송은 시분할다중화(TDM ; Time Division Multiplexing) 방식을 이용하고 있다.
그런데, 이러한 시분할다중화 방식은 전기적 한계로 인해 10Gbps급 이상의 대용량의 데이터 처리시 변조가 어려운 기술적인 문제와 경제적 한계가 있다. 따라서, 광 전송방식으로 대용량의 정보를 고속으로 처리가 가능한 파장분할다중화(WDM;Wavelength Division Multiplexing) 전송 방식을 고려하게 되었다.
또한, 광섬유의 넓은 전송대역폭을 이용한 파장분할다중화 개념은 1958년 R. T. Denton과 T. S. Kinse에 의해 제안된 이후, 1970대 O.E.De Lang와 Tomlinson에 의해 그 가능성이 실현되었다.
그 이후에, 광전송시스템은 DFB(Distributed Feedback) 레이저 다이오드와, DBR(Distributed Bragg Reflection) 레이저 다이오드와, 다른 좁은 선폭의 레이저와, 성형결합기 및 광섬유 증폭기 등과 같은 주변소자의 개발이 급속하게 이루어짐으로서 획기적인 발전을 이루었다.
또한, 한 가닥의 광섬유에 여러 파장의 광신호를 전송하는 파장분할다중화의 개념은 특정 광파장의 신호를 분리할 수 있는 광소자를 필요로 하게 되었으며, 이러한 광소자는 그 응용에 따라 국간망 또는 광가입자망에서의 파장분할다중화 소자가 사용된다.
한편, 인터리브(Interleave) 소자는 상술된 파장분할다중화 또는 역다중화에 사용되며 입력된 파장을 다중화하여 전송량을 크게 높인 소자이다. 즉, 인터리브 소자는 입사된 신호를 주기적인 간격으로 분리한다.
이러한 종래의 인터리브 소자의 실시예들을 도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.
종래의 파장분할다중화용 인터리브 소자는 크게 도 1의 마하젠더(Mach Zehnder) 광섬유 커플러형 인터리브 소자와, 도 2의 마하젠더 도파로형 인터리브 소자와, 도 3의 박막간섭필터형 인터리브 소자로 나눌 수 있다.
먼저, 도 1에 도시된 종래의 마하젠더 광섬유 커플러형 인터리브 소자는 입력포트에 각각 연결된 입력단(1)과, 출력포트에 각각 연결된 출력단(2)을 구비한다. 그리고, 입력단(1)과 출력단(2)의 사이에는 입력단(1)을 통해 인가된 2개의 광신호를 파장에 무관하게 50:50으로 분리하는 광섬유 커플러(3)가 연결된다. 또한, 광섬유 커플러(3) 사이에는 롱암(Long arm;4) 및 쇼트 암(Short arm;5)이 연결된다.
이러한 마하젠더 광섬유 커플러형 인터리브 소자는 롱암(4)과 쇼트 암(5)의 길이의 편차에 따른 광경로차에 의하여 광신호의 보강 간섭 효과가 나타나며, 이 원리에 따라서 파장을 분리할 수 있다.
그런데, 종래의 마하젠더 광섬유 커플러형 인터리브 소자는 롱암(4)과 쇼트 암(5) 사이의 경로 차이를 정확하게 조절하기 위하여 롱암(4) 및 쇼트 암(5)의 길이를 조절해야 한다. 또한, 롱암(4) 및 쇼트암(5)의 길이 조절시 길이의 차가 ㎛단위이므로 매우 미세하게 제작하여야 하며, 롱암(4) 및 쇼트(5)의 길이 또한 아주 작게 제작하여야 한다.
따라서, 종래의 이러한 마하젠더 광섬유 커플러형 인터리브 소자는 광섬유의 가격에 비추어 볼 때 원 재료비 측면에서는 매우 저렴한 장점이 있지만, 실제 광섬유의 길이를 정확하게 제어하여야 한다는 점에서 그 제작이 매우 어려운 문제점이 있다. 그리고, 이러한 인터리브 소자는 인터리브 소자의 패키징시 고비용이 소비되고, 광신호간의 아이솔레이션이 낮으며, 부피가 큰 문제점이 있다.
또한, 온도 안정화 측면에서 볼때 롱암(4) 및 쇼트 암(5)은 온도 변화에 따라 광섬유 길이가 팽창하므로 그 경로차가 달라지게 되는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 것을 방지하기 위하여 온도 보정 장치를 사용한다.
그러나, 온도 보정 장치는 고가이며, 온도 보상을 하기 위한 전기 회로가 시스템에 추가적으로 들어감으로 시스템이 복잡하고 에러가 쉽게 발생되는 문제점이 있다.
한편, 도 2에 도시된 마하젠더 도파로형 인터리브 소자는 입력 광도파로(6)와, 출력 광도파로(7)의 사이에 곡선 광도파로(8) 및 직선 광도파로(9)가 구비된다.
여기서, 인터리브 소자가 도파로형인 경우 반도체 공정으로 소자를 구현하게 되므로 광경로차의 조절을 위한 광도파로의 길이를 수 마이크로로 단위로 조절하는 공정이 가능하다. 따라서, 곡선 광도파로(8) 및 직선 광도파로(9)의 길이를 정확히 제어할 수 있다.
또한, 공정이 최적화 되었을 때 대량생산이 가능하고, 이에 따라서 부품의 가격을 저가화할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 미세 경로차를 자외선 트리밍(UltraViolet trimming) 방법으로 조정한다. 이에 따라서 제조 장비가 매우 고가이므로 제조 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
한편, 도 3과 같은 종래의 박막간섭 필터형 인터리브 소자는 입력단(10)과 출력단(11,12) 사이에 광을 모아 주기 위한 콜리메이터(15)가 부착된 그린렌즈(14)가 연결되고 그린렌즈(14) 사이에 박막필터(13)가 삽입된다.
이러한 박막간섭 필터형 인터리브 소자는 각 파장이 서로의 신호에 영향을 주는 잡음의 정보인 아이솔레이션 특성이 매우 우수하며, 사용되는 두 파장간의 대역 차이가 크더라도 쉽게 조절이 가능하다.
그러나, 이러한 인터리브 소자는 패키징에 어려움이 있으며 박막필터(13)와 콜리메이터(15)를 하나씩 수동으로 조작해야 하므로 대량 생산에 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 크기가 작고 온도에 따른 광학적 특성의 변화가 거의 없으며, 제작에 따른 비용이 저렴한 초박막 필터를 도파로에 삽입하여 파장 다중화 인터리브 소자를 쉽게 제작하도록 하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파장 분할용 광도파로 인터리브 소자는, 양단으로 분기된 입력단 및 출력단의 사이에 구비된 광도파로 및 상기 광도파로의 양단에서 입력단의 분기점 및 출력단의 분기점에 각각 구비되어 상기 광도파도로에 입사된 광신호를 반사시키고 분리하여 출력하는 초박막 필터를 구비함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자의 제조 방법은, 광 도파로를 형성하는 공정과, 광 도파로에 코아를 형성하여 에칭하는 공정과, 광 도파로에 복수개의 필터 삽입용 홈을 형성하는 공정 및 복수개의 필터 삽입용 홈에 복수개의 초박막 필터를 증착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자의 구성도이다.
본 발명은 입력단(16)과 출력단(17) 사이에 구비된 광도파로(19)와, 입력단(16)과 출력단(17)의 분기점에 초박막 필터(18)들을 각각 삽입하여 평면 도파로 상의 초박막 필터(18)들의 사이에서 페브릿 페롯 에탈론(Fabry-Perot etalon) 효과를 나타내도록 한다.
여기서, 페브릿 페롯 에탈론 효과란 입력되는 다채널의 광신호의 파장을 분기하여 파장의 일정 영역만을 선택하여 출력하는 것을 말한다. 즉, 초박막 필터(18)는 입사각이 변함에 따라 투과되는 중심파장이 이동되는 것을 이용하여 특정 입사각의 조절에 따라 원하는 파장신호를 추가 또는 추출할 수 있게 된다.
따라서, 입력단(16)으로부터 초박막 필터(18)들의 사이에 연결된 광도파로(19)에 입사된 광신호가 초박막 필터(18)들에 반사되어 초박막 필터(18)들의 사이를 왕복하며 출력단(17)으로 배출되고, 또 다른 신호는 입력단(16) 측으로 다시 출력된다.
이때, 입사된 광의 입사축을 조절하면 입사측의 다른 포트로 광신호가 출력된다. 즉, 입력단(16)의 상단과 하단이 일정한 각도를 이루고 있는데 입력단(16)의 상단으로 입사된 광원이 광도파로(19)로 입력된다. 여기서, 입력단(16)의 상단입사각이 너무 크면 입력된 광원이 입사하지 못하고 밖으로 빠져 나가게 된다.
또한, 페브릿 페롯 에탈론 효과를 나타내는 광원이 다시 입력단(16)의 하단을 통해 출력된다. 이때, 입력단(16)의 각도를 조절하여 원하는 출력을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 입력단(16)을 통해 입력된 파장을 주기적으로 나누어 출력하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
먼저, 기판(20)의 상부에 하부 클래드층(21), 코아층(22) 및 상부 클래드층(23)을 차례대로 적층하여 도파로를 제작한다. 여기서, 기판(20)으로는 폴리이미드 필름이 사용된다.
이후에, 상부 클래드층(23) 및 하부 클래드층(21)의 사이에 코아층(22)에 의한 코아가 형성이 되면 초박막 필터(25a,25b)가 삽입되는 부분에 필터 삽입용 홈(24a,24b)을 형성한다. 여기서, 초박막 필터(25a,25b)는 SiO2와 GeO2를 다층막으로 제작하여 형성된다.
그리고, 필터 삽입용 홈(24a,24b)을 에칭 장비로 에칭하여 도파로를 관통시킴으로써 창을 형성한다.
다음에, 초박막 필터(25a,25b)를 필터 삽입용 홈(24a,24b)에 증착하고, 굴절 률 정합 에폭시(26a,26b)를 도포하여 초박막 필터(25a,25b)를 고정시킨다. 여기서, 굴절률 정합 에폭시(26a,26b)는 폴리머로 이루어지며, 도파로와 도파로 사이의 광 손실을 줄이기 위하여 도파로의 굴절율과 같게 제작함이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 도파로형과 박막간섭형의 장점을 취하고, 저가형 저손실 초박막간섭필터를 사용함으로써 패키징의 강도를 향상시키고 저가격화 하도록 한다.
둘째, 도파로형으로 제작되므로 반도체 공정을 이용하여 광경로차의 길이를 수 마이크로 단위로 조절할 수 있고, 에탈론 필터의 길이를 정확히 제어할 수 있다.
셋째, 공정이 최적화 되었을 경우, 인터리브 소자의 대량생산이 가능하고, 이에 따라서 부품의 가격을 저가화할 수 있다.
넷째, 초박막 필터를 사용하므로 콜리메이터가 불필요하며, 아이솔레이션 특성이 매우 우수하고 패키징이 간단하여 대량 생산이 가능하도록 한다.

Claims (4)

  1. 양단으로 분기된 입력단 및 출력단의 사이에 구비된 광도파로; 및
    상기 광도파로의 양단에서 입력단의 분기점 및 출력단의 분기점에 각각 구비되어 상기 광도파도로에 입사된 광신호를 반사시키고 분리하여 출력하는 초박막 필터
    를 포함함을 특징으로 하는 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 초박막 필터는
    SiO2와 GeO2를 다층막으로 제작하여 형성함을 특징으로 하는 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자.
  3. 광 도파로를 형성하는 공정;
    상기 광 도파로에 코아를 형성하여 에칭하는 공정;
    상기 광 도파로에 복수개의 필터 삽입용 홈을 형성하는 공정; 및
    상기 복수개의 필터 삽입용 홈에 복수개의 초박막 필터를 증착하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수개의 초박막 필터의 상부에 굴절률 정합 에폭시를 각각 도포하여 상기 초박막 필터를 고정시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 분할용 평면 광도파로 인터리브 소자의 제조 방법.
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