KR101466385B1 - spectral module and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 평판형 분광모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 광을 도파하는 광도파판과, 광도파판 상부 및 하부에 형성된 상부 및 하부 클래드층과, 상부 클래드층 상부 및 하부 클래드층 하부에 광도파판과 동일 소재로 광도파판과 동일 형상으로 형성된 상부 및 하부 버퍼판을 갖으며 광이 입사되는 광입사면 반대편은 광입사면을 통해 입사된 광을 광입사면과 직교하는 제1측면으로 반사시키되 광입사면의 광축을 기준으로 제1측면의 길이가 길고 제1측면과 대향되는 제2측면의 길이가 짧게 호형으로 형성된 반사면을 갖는 도파 본체와, 도파 본체의 제1측면에 형성된 회절격자와, 도파본체의 제2측면에 설치되어 회절격자를 통해 분광된 광을 검출하는 수광소자와, 광입사면을 통해 광을 전송하는 광섬유를 구비한다. 이러한 평판형 분광 모듈 및 그 제조방법에 의하면, 가공시 충격에 의한 파손이 억제되는 장점을 제공한다. The present invention relates to a flat panel type spectroscopic module and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a flat panel type spectroscopic module and a method of manufacturing the same, which comprises a light wave plate for guiding light, upper and lower clad layers formed on upper and lower portions of the light wave plate, The light guide plate has upper and lower buffer plates formed in the same material as the light wave plate and opposite to the light incident surface on which the light is incident, reflects the light incident through the light incident surface to the first side orthogonal to the light incident surface, A diffraction grating formed on a first side surface of the waveguide body, and a diffraction grating formed on the first side surface of the waveguide body, A light receiving element provided on a second side surface of the main body and detecting the light that has been scattered through the diffraction grating, and an optical fiber for transmitting light through the light incident surface. According to such a flat panel type spectroscopy module and a method of manufacturing the same, an advantage of suppressing breakage due to an impact upon processing is provided.
Description
본 발명은 평판형 분광 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 호형 반사면과 회절격자를 통해 입사광을 분광시킬 수 있도록 된 평판형 분광 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a planar type spectroscopy module and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a planar type spectroscopy module capable of spectrally separating incident light through an arc-shaped reflective surface and a diffraction grating, and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 분광기는 과일 당도 선별기 등 다양한 용도로 이용되고 있다.In general, spectroscopes are used for various purposes such as fruit juice separator and the like.
현재 개발된 소형 분광기는 회절격자형이 거의 대부분인데, 지금까지 대부분의 분광기는 균일한 격자주기를 갖는 평탄한 회절격자에 평행광을 입사시켜 분광하는 방식이 이용되었다Recently, the small-sized spectroscope developed is mostly a diffraction grating type. Up to now, most of the spectroscopes used a spectroscopic method in which parallel light is incident on a flat diffraction grating having a uniform grating period
이러한 방식에서는 분광기에 입사되어 발산하는 점광원(또는, 입력슬릿의 광)이 예컨대, 거울 또는 렌즈 등에 의해 평행광으로 변환되며, 이를 회절격자로 분광 회절시킨 다음 다시 거울 또는 렌즈 등을 써서 수렴광으로 출사 점광원(또는, 출력슬릿)에 결상하여 파장을 분리하게된다. In this method, the point light source (or the light of the input slit) incident on the spectroscope and diverging is converted into parallel light by, for example, a mirror or a lens, and is diffracted by a diffraction grating, (Or output slit) to separate the wavelengths.
이러한 방식은 자이스(Zeiss)사 및 오션옵틱(Ocean Optics)사 등의 광학계에 사용되고 있는데, 이들은 두 개의 오목거울 (Concave Mirror)과 홀로그램 회절격자판을 사용하여 3차원 공간상에서 파장을 분리하는 공간광학(free space optics) 타입의 분광광학계를 개발하였다. 하지만 이러한 기술들은 정교한 회절격자와 광학미러 등을 자유공간에 구성함으로서 우수한 분광특성을 얻을 수는 있으나, 분광기의 크기가 커지고, 고가이며, 충격에 약한 단점이 있다. This method is used in optical systems such as Zeiss and Ocean Optics, which use two concave mirrors and a spatial optical system to separate the wavelengths in three-dimensional space using a hologram diffraction grating free space optics type optical spectroscope. However, these techniques can obtain excellent spectroscopic characteristics by forming elaborate diffraction gratings and optical mirrors in a free space, but they are disadvantageous in that they are large in size, expensive, and weak in impact.
따라서 광학정렬이 복잡하고, 소형화 및 대량생산이 어려우며 저가화에 불리하다.Therefore, the optical alignment is complicated, and miniaturization and mass production are difficult, which is disadvantageous in cost reduction.
이러한 단점을 개선하기 위하여 본 출원인은 등록특허 제10-1154714호를 통해 평판형 분광기를 제안한 바 있다.In order to overcome such disadvantages, the present applicant has proposed a planar type spectroscope through the registration number 10-1154714.
그런데, 상기 평판형 분광기를 폴리머를 이용하여 클래드층을 형성하는 경우 비용이 높아지고, 통상 500㎛ 두께를 갖는 웨이퍼를 연마하여 도광판을 형성하는 경우 얇은 두께에 의해 연마 과정에서 쉽게 파손되는 문제점이 있다. However, in the case of forming the clad layer using the polymer as the flat panel type spectroscope, the cost is increased, and when a wafer having a thickness of 500 탆 is polished to form a light guide plate, there is a problem that it is easily broken in the polishing process due to its thin thickness.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 제작성이 좋으면서 연마 가공시 파손이 억제될 수 있는 평판형 분광 모듈 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to provide a flat panel type spectroscopy module and a method of manufacturing the same.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평판형 분광 모듈은 광을 도파하는 광도파판과, 상기 광도파판 상부 및 하부에 형성된 상부 및 하부 클래드층과, 상기 상부 클래드층 상부 및 상기 하부 클래드층 하부에 상기 광도파판과 동일 소재로 상기 광도파판과 동일 형상으로 형성된 상부 및 하부 버퍼판을 갖으며 광이 입사되는 광입사면 반대편은 상기 광입사면을 통해 입사된 광을 상기 상기 광입사면과 직교하는 제1측면으로 반사시키되 상기 광입사면의 광축을 기준으로 상기 제1측면의 길이가 길고 상기 제1측면과 대향되는 제2측면의 길이가 짧게 호형으로 형성된 반사면을 갖는 도파 본체와; 상기 도파 본체의 상기 제1측면에 형성된 회절격자와; 상기 도파본체의 상기 제2측면에 설치되어 상기 회절격자를 통해 분광된 광을 검출하는 수광소자와; 상기 광입사면을 통해 광을 전송하는 광섬유;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a flat panel type spectroscopy module comprising: a waveguide for guiding light; upper and lower cladding layers formed on upper and lower portions of the waveguide; and upper and lower cladding layers And an upper and a lower buffer plate formed in the same material as the light waveguide and formed in the same shape as the light waveguide. The opposite side of the light incident face where the light is incident has a light incident through the light incident face, And a reflecting surface formed on the first side surface, the reflecting surface being formed such that a length of the first side surface is longer and a length of a second side surface opposite to the first side surface is shorter than the optical axis of the light incident surface; A diffraction grating formed on the first side surface of the waveguide body; A light receiving element provided on the second side surface of the waveguide body and detecting light that has been spectrally separated through the diffraction grating; And an optical fiber for transmitting light through the light incident surface.
바람직하게는 상기 제1광도파판과 상기 상부 버퍼판 및 하부 버퍼판은 실리카소재로 된 웨이퍼이고, 상기 상부 클래드층과 하부 클래드층은 에폭시소재로 형성되어 있고, 상기 광섬유가 장착되는 상기 광입사면은 상기 제1측면과 직교되게 형성된다.Preferably, the first optical waveguide, the upper buffer plate, and the lower buffer plate are wafers made of a silica material, and the upper clad layer and the lower clad layer are made of an epoxy material, Is formed to be orthogonal to the first side surface.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 평판형 분광모듈의 제조방법은 가. 원형 실리카 웨이퍼로 된 광도파판의 상면 및 저면에 에폭시를 코팅하여 상부 클래드층 및 하부 클래드층 형성하고, 상기 상부 클래드층 상부 및 상기 하부 클래드층 하부에 원형 실리카 웨이퍼로 된 상부 버퍼판 및 하부 버퍼판을 접합하여 도파 본체를 형성하는 단계와; 나. 상기 도파 본체를 수평상으로 연장된 제1측면과, 상기 제1측면과 직교하는 방향으로 연장된 광입사면과, 상기 광입사면과 직교하며 상기 제1측면과 나란하게 연장되되 상기 제1측면보다 길이가 짧은 제2측면과, 상기 제1측면의 종단과 상기 제2측면의 종단을 호형으로 연결하는 호형부분을 갖게 가공하는 단계와; 다. 상기 호형부분의 외측면에 반사소재로 코팅하여 반사면을 형성하는 단계와; 라. 상기 제1측면에 회절격자를 결합하고, 상기 제2측면에 수광소자를 결합하고, 상기 광입사면에 광섬유를 결합하는 단계;를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a plate type spectroscopy module, An upper clad layer and a lower clad layer are formed by coating an upper surface and a lower surface of a light waveguide made of a circular silica wafer to form an upper clad layer and a lower clad layer, To form a waveguide body; I. A light incident surface extending in a direction orthogonal to the first side surface and a second side surface extending perpendicular to the light incident surface and extending in parallel to the first side surface, Machining a second side having a shorter length and an arcuate portion connecting the end of the first side and the end of the second side in an arc shape; All. Forming a reflective surface by coating the outer surface of the arcuate portion with a reflective material; la. Coupling the diffraction grating to the first side surface, coupling the light receiving element to the second side surface, and coupling the optical fiber to the light incident surface.
또한, 상기 반사면은 상기 호형부분에 Ti로 1차 코팅하고, 금으로 2차 코팅하여 형성한다.Further, the reflection surface is formed by first coating Ti on the arc-shaped portion and secondary coating with gold.
본 발명에 따른 평판형 분광 모듈 및 그 제조방법에 의하면, 가공시 충격에 의한 파손이 억제되는 장점을 제공한다. The planar type spectroscopic module and the method of manufacturing the same according to the present invention provide an advantage that breakage due to impact during processing is suppressed.
도 1은 본 발명에 따른 평판형 분광 모듈을 나타내 보인 사시도이고,
도 2는 도 1의 평판형 분광 모듈의 제조과정을 나타내 보인 공정도이다.1 is a perspective view showing a planar type spectroscopy module according to the present invention,
2 is a process diagram showing a manufacturing process of the plate-type spectroscopic module of FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 평판형 분광 모듈 및 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a planar spectral module according to a preferred embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 평판형 분광 모듈을 나타내 보인 사시도이다.1 is a perspective view showing a planar type spectroscopy module according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 평판형 분광 모듈(100)은 도파 본체(110), 광섬유(130), 회절격자(150) 및 수광소자(160)를 구비한다.1, a planar
도파 본체(110)는 광을 도파하는 광도파판(111), 광도파판(111) 상부 및 하부에 에폭시 소재로 형성된 상부 클래드층(121) 및 하부 클래드층(122), 상부 클래드층(121) 상부 및 하부 클래드층(122) 하부에 광도파판(111)과 동일 소재로 광도파판(111)과 동일 형상으로 형성된 상부 버퍼판(131) 및 하부 버퍼판(132)을 갖는 구조로 되어 있다.The
여기서, 광도파판(111), 상부 버퍼판(131) 및 하부 버퍼판(132)은 실리카소재(SiO2)의 웨이퍼로 형성된다.Here, the
또한, 도파 본체(110)는 수평상으로 연장된 제1측면(113)과, 제1측면(113)과 직교하는 방향으로 연장된 광입사면(114)과, 광입사면(114)과 직교하며 제1측면(113)과 나란하게 연장되되 광입사면(114)을 기준으로 제1측면(113)보다 길이가 짧게 연장된 제2측면(115)과, 광입사면(114) 반대편에서 제1측면(113)의 종단과 제2측면(115)의 종단을 호형으로 연결하는 호형부분(116)을 갖게 형성되어 있다.The
여기서, 호형부분(116)은 광입사면의 중간부분에 광섬유(140)가 설치되어 광을 출사하는 광축을 기준으로 제1측면(113)의 길이가 길고 제1측면(113)과 대향되는 제2측면(115)의 길이가 짧게 호형으로 형성되어 있다.The
또한, 호형부분(116)의 외측면에 반사소재로 코팅된 반사면(118)이 형성되어 있다.A reflecting
이러한 도파 본체(110)는 광입사면(114) 통해 입사된 광이 광입사면(114)과 대향되는 반사면(118)을 통해 광입사면(114)과 직교하는 방향에 회절격자(150)가 설치된 제1측면으로 반사시킨다. The
광섬유(140)는 종단이 도파 본체(110) 광입사면에 결합되어 전송된 광을 반사면(118)을 향하여 출사하도록 되어 있다.The
회절격자(150)는 도파 본체(110)의 제1측면(113)상의 광도파판(111)에 설치되어 있다.The diffraction grating 150 is provided on the
회절격자(150)는 광의 파장에 따른 회절각이 연속적으로 가변될 수 있도록 격자 간격이 분균일하게 형성된다.The diffraction grating 150 is formed such that the lattice spacing is uniformly distributed so that the diffraction angle according to the wavelength of the light can be continuously varied.
수광소자(160)는 도파본체(110)의 제2측면(115)에 설치되어 회절격자(150)를 통해 분광된 광을 검출하고, 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력한다.The
이러한 평판형 분광모듈(100)에 적용되는 회절격자의 상세 구조 분광 특성은 본 출원인에 의해 제안된 등록특허 제10-1154714호에 상세히 개시되어 있어 상세한 설명은 생략한다.Detailed structural spectroscopic characteristics of the diffraction grating applied to the flat plate
이하에서는 이러한 평판형 분광모듈(100)의 제조과정을 도 2를 함께 참조하여 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the flat panel
먼저, 실리카 소재로 된 원형 실리카 웨이퍼를 이용한 광도파판(111)의 상면 및 저면에 에폭시를 스핀 코팅방식에 의해 코팅하여 상부 클래드층(121) 및 하부 클래드층(122) 형성하고, 상부 클래드층(121) 상부 및 하부 클래드층(122) 하부에 원형 실리카 웨이퍼로 된 상부 버퍼판(131) 및 하부 버퍼판(132)을 접합하여 도파 본체(110)를 형성한다.First, an
이후, 접합된 도파 본체(110)를 원형 형상이 되도록 홀더(240)에 지지시켜 회전시키면서 반원형 홈이 형성된 연마부재(230)에 회전 접속시켜 폴리싱처리한다. Thereafter, the coupled
다음은 도파 본체(110)를 수평상으로 연장된 제1측면(113)과, 제1측면(113)과 직교하는 방향으로 연장된 광입사면(114)과, 광입사면(114)과 직교하며 제1측면(113)과 나란하게 연장되되 제1측면(113)보다 길이가 짧은 제2측면(115)과, 제1측면(113)의 종단과 제2측면(115)의 종단을 호형으로 연결하는 호형부분(116)을 갖는 형상에 대응되는 가공 마크(211)를 도파 본체(110)에 형성한 후, 가공 마크(211)를 따라 커팅기(미도시)를 이용하여 절단한다.The following description will be made on the assumption that the
이후, 호형부분(116)의 외측면에 반사소재인 Ti로 1차 코팅하고, 금으로 2차 코팅하여 반사면(118)을 형성한다.Thereafter, the outer surface of the
마지막으로 도파 본체(110)의 제1측면(113)에 회절격자(150)를 결합하고, 제2측면(115)에 수광소자(160)를 결합하고, 광입사면(114)에 광섬유(140)를 결합하면 된다.The
이러한 평판형 분광모듈(100)의 제조과정에 의하면, 클래드층 소재로 에폭시를 이용함으로써 비용절감이 되며 커팅기 및 연마기(230)에 의한 가공시 상부 및 하부 버퍼판(131)(132)에 의해 보강된 두께에 의해 파손이 억제되는 장점을 제공한다.According to the manufacturing process of the flat panel type
110: 도파 본체 111: 광도파판
121: 상부 클래드층 122: 하부 클래드층
131: 상부 버퍼판 132: 하부 버퍼판110: waveguide body 111: light wave plate
121: upper clad layer 122: lower clad layer
131: upper buffer plate 132: lower buffer plate
Claims (4)
상기 도파 본체의 상기 제1측면에 형성된 회절격자와;
상기 도파본체의 상기 제2측면에 설치되어 상기 회절격자를 통해 분광된 광을 검출하는 수광소자와;
상기 광입사면을 통해 광을 전송하는 광섬유;를 구비하고,
상기 광도파판과 상기 상부 버퍼판 및 하부 버퍼판은 실리카소재로 된 웨이퍼이고, 상기 상부 클래드층과 하부 클래드층은 에폭시소재로 형성되어 있고, 상기 광섬유가 장착되는 상기 광입사면은 상기 제1측면과 직교되게 형성된 것을 특징으로 하는 평판형 분광모듈.The upper cladding layer and the lower cladding layer are formed of the same material as that of the optical waveguide and are formed in the same shape as the optical waveguide. And an upper surface of the light guide plate and a lower surface of the lower buffer plate opposite to the light incident surface to reflect light incident through the light incident surface to a first side orthogonal to the light incident surface, A waveguide body having a first side face and a second side face opposite to the first side face, the waveguide body having a short arc-shaped reflection surface;
A diffraction grating formed on the first side surface of the waveguide body;
A light receiving element provided on the second side surface of the waveguide body and detecting light that has been spectrally separated through the diffraction grating;
And an optical fiber for transmitting light through the light incident surface,
Wherein the optical waveguide, the upper buffer plate, and the lower buffer plate are wafers made of a silica material, the upper clad layer and the lower clad layer are made of an epoxy material, and the light incident surface, on which the optical fiber is mounted, Wherein the first and second reflectors are orthogonal to each other.
나. 상기 도파 본체를 수평상으로 연장된 제1측면과, 상기 제1측면과 직교하는 방향으로 연장된 광입사면과, 상기 광입사면과 직교하며 상기 제1측면과 나란하게 연장되되 상기 제1측면보다 길이가 짧은 제2측면과, 상기 제1측면의 종단과 상기 제2측면의 종단을 호형으로 연결하는 호형부분을 갖게 가공하는 단계와;
다. 상기 호형부분의 외측면에 반사소재로 코팅하여 반사면을 형성하는 단계와;
라. 상기 제1측면에 회절격자를 결합하고, 상기 제2측면에 수광소자를 결합하고, 상기 광입사면에 광섬유를 결합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 분광모듈의 제조방법. end. An upper clad layer and a lower clad layer are formed by coating an upper surface and a lower surface of a light waveguide made of a circular silica wafer to form an upper clad layer and a lower clad layer, To form a waveguide body;
I. A light incident surface extending in a direction orthogonal to the first side surface and a second side surface extending perpendicular to the light incident surface and extending in parallel to the first side surface, Machining a second side having a shorter length and an arcuate portion connecting the end of the first side and the end of the second side in an arc shape;
All. Forming a reflective surface by coating the outer surface of the arcuate portion with a reflective material;
la. Coupling a diffraction grating to the first side surface, coupling a light receiving element to the second side surface, and coupling the optical fiber to the light incident surface.
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