KR101704786B1 - Polymeric waveguide devices with high reflectivity Bragg gratings - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광도파로 소자를 개시한다. 본 발명은, 클래딩층과, 폴리머 재질로 상기 클래딩층 내부에 형성되어 광섬유와 연결되며, 일부에 브래그 격자(Bragg Grating) 패턴이 형성되는 제1 코어와, 상기 제1 코어 내부에서 제1 코어보다 고굴절율의 폴리머로 형성되며 제1 코어를 통해 유입된 광이 테이퍼(Taper) 구조의 입력단 및 출력단을 통해 모드 변환되어 출력될 수 있도록 하는 제2 코어를 포함하며, 상기 제2 코어는 광이 유입되는 상기 제1 코어의 입력측으로부터 소정거리 이격 위치되며, 광의 진행방향을 따라 폭이 커지도록 형성되는 입력단부와, 적어도 일부분에 상기 브래그 격자 패턴이 배치되는 바디부와, 상기 바디부를 통과한 광의 진행방향을 따라 폭이 작아지도록 형성되며 상기 제1 코어의 출력측과 소정거리 이격 위치되어 모드변환된 광이 제1 코어로 출력되도록 하는 출력단부를 포함하도록 구성됨으로써, 상기 제1 코어를 통해 광섬유와의 커플링 손실을 줄이고, 제2 코어를 통해 브래그 격자의 반사율을 향상시킨다.The present invention discloses an optical waveguide device. According to an aspect of the present invention, there is provided a light emitting device comprising: a cladding layer; a first core formed inside the cladding layer with a polymer material and connected to the optical fiber and having a Bragg grating pattern formed on a part thereof; And a second core formed of a polymer having a high refractive index and allowing the light introduced through the first core to be mode-converted and output through an input end and an output end of a tapered structure, An input end located at a predetermined distance from an input side of the first core, the input end being formed to have a larger width along the traveling direction of the light, a body portion having the Bragg grating pattern disposed at least in part thereof, And an output terminal which is positioned at a predetermined distance from the output side of the first core to output the mode-converted light to the first core Thereby reducing the coupling loss with the optical fiber through the first core and enhancing the reflectivity of the Bragg grating through the second core.

Description

고반사 브래그 격자 폴리머 광도파로 소자 {Polymeric waveguide devices with high reflectivity Bragg gratings} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-reflection Bragg grating,

본 발명은 WDM 광통신 시스템에서 필요로 하는 파장 가변 필터에 관한 폴리머 광도파로 소자에 관한 것이다.　
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer optical waveguide device relating to a wavelength tunable filter required in a WDM optical communication system.

파장 분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing: WDM) 방식의 광통신 시스템은 나날이 증대하는 인터넷 트래픽 용량을 처리하기 위하여 매우 중요한 기술적인 해결 방법을 제공하였다.　 한 개의 파장으로 초당 10 Giga Bit 의 데이터를 전송할 수 있을 때, 40개의 파장을 이용하여 데이터를 생성하고 이를 다중화 (multiplexing) 하여서 하나의 광섬유를 통하여 보낼 수 있는 WDM 광통신 시스템에서는 400 Giga bit 의 데이터를 1초에 전송할 수 있는 능력을 가지게 된다.　 여러 개의 다른 파장을 이용한 WDM 광통신 시스템에서는 파장이 다른 여러 개의 광원을 이용하여 데이터 전송 속도를 높이고자 하는데, 서로 다른 파장이 가지고 있는 데이터를 추출하기 위해서는 먼저 하나의 파장만 선택적으로 가려낼 수 있는 파장 필터가 필요하게 된다. Wavelength Division Multiplexing (WDM) optical communication systems have provided a very important technical solution for handling ever-increasing Internet traffic capacity. When data of 10 Gigabits per second can be transmitted at one wavelength, data can be generated using 40 wavelengths, multiplexed, and transmitted through one optical fiber. In the WDM optical communication system, 400 Gigabits of data can be transmitted And has the ability to transmit in one second. In a WDM optical communication system using several different wavelengths, it is desired to increase data transmission speed by using a plurality of light sources having different wavelengths. In order to extract data having different wavelengths, a wavelength A filter is required.

파장 필터로 가장 많이 사용되는 부품은 굴절률이 다른 유전체 (dielectric) 재료를 주기적으로 쌓아서 만든 평판형 필터 부품이 있다.　 그러나 이 부품은 자유공간상에서 콜리메이션되어 퍼지지 않고 진행하는 빛을 형성해 주어야 사용 가능한 단점이 있다.　 광도파로 구조를 이용하게 되면 광섬유에서 나온 빛을 곧바로 광도파로 소자에 입사 시켜서 원하는 기능을 수행할 수 있는 장점을 가진다.　 Arrayed Waveguide Grating (AWG) 같은 광도파로 소자는 입사된 다양한 파장의 광원을 파장별로 나누어서 출력시켜주는 기능을 가지고 있다.　 그러나 AWG 소자는 구조가 복잡하여 단일 파장만 필터링하기를 원하는 목적으로 사용하기에는 적합하지 않다.　 또한 필터링하여 추출하기 원하는 파장을 변화시킬 수 있는 가변 파장 필터를 구현하는 것은 매우 어려운 소자이다. The most commonly used components for wavelength filters are flat panel filter parts made by periodically stacking dielectric materials with different refractive indices. However, this part has the drawback that it can be used only when it is collimated in free space to form light which does not spread. When the optical waveguide structure is used, the light emitted from the optical fiber is directly incident on the optical waveguide device, and the desired function can be performed. Optical waveguide devices such as Arrayed Waveguide Grating (AWG) have a function of outputting the input light of various wavelengths divided by wavelength. However, the AWG device has a complicated structure and is not suitable for the purpose of filtering only a single wavelength. It is also very difficult to implement a variable wavelength filter capable of changing the wavelength to be extracted by filtering.

폴리머 광도파로 소자는 광섬유를 통하여 전달된 빛을 소자의 내부에서 다양한 형태로 제어하고 변형시켜서 출력을 시키는 목적을 훌륭히 달성할 수 있다.　 폴리머 광도파로의 도파 모드는 기본적으로 광섬유의 도파모드와 동일하게 일치시킬 수 있으며 굴절률까지도 유사하게 맞출 수 있게 되므로 광섬유와 연결시 추가적인 손실이 발생하지 않는다.　 또한 폴리머 광도파로 소자는 광스위치, 광감쇄기와 같은 광신호 제어를 위한 기본적인 소자들을 제작하기에 적합하므로 이들과 함께 다양한 기능의 광소자들을 집적화시켜서 제작하기에도 적합한 플랫폼을 제공한다.　 또한 폴리머 광소자는 우수한 단열성과 높은 열광학 특성으로 인해 열을 이용한 광신호 제어를 하기에 매우 적합한 소자이다.　 또한 열광학 효과의 크기가 실리카나 다른 재료에 비하여 10배 이상 크기 때문에 적은 열을 이용하여 효율적인 광신호 제어를 달성할 수 있다. The polymer optical waveguide device can excellently accomplish the object of controlling and modifying the light transmitted through the optical fiber in various forms within the device to output. The waveguide mode of the polymer optical waveguide can be basically matched with the waveguide mode of the optical fiber and the refractive index can be similarly adjusted so that no additional loss occurs when the optical fiber is connected. In addition, polymer optical waveguide devices are suitable for fabricating basic devices for optical signal control such as optical switches and optical attenuators, and thus provide a suitable platform for integrating various functional optical devices together with them. In addition, polymer optical devices are well suited for optical signal control using heat due to their excellent thermal insulation and high thermo-optic properties. In addition, since the magnitude of thermo-optic effect is 10 times or more larger than that of silica or other materials, efficient optical signal control can be achieved by using less heat.

파장 필터 소자를 폴리머 광도파로를 이용하여 제작하는 경우 브래그 격자의 반사율을 100%에 가깝게 높이는 것이 필요하다.　 그런데 브래그 격자는 광도파로의 코어부의 두께를 주기적으로 변화시키는 방법으로 형성하게 되므로 코어부가 두꺼운 부분과 얇은 부분에 대한 유효굴절률의 차이로 인해 브래그 격자의 반사율이 결정된다.　 그러므로 격자로 인한 코어부의 두께 차이를 크게 만들어 주면 반사율이 커지게 된다.　 하지만 브래그 격자는 패턴의 크기가 250 nm 정도에 지나지 않고, 이러한 격자가 수 천개 이상 정확한 주기로 배치가 되어야 하므로 코어부의 두께 차이를 크게 제작하는 것은 공정상에서 매우 큰 어려움으로 남게 된다.　 When a wavelength filter element is fabricated using a polymer optical waveguide, it is necessary to raise the reflectance of the Bragg grating to be close to 100%. However, since the Bragg grating is formed by a method of periodically changing the thickness of the core portion of the optical waveguide, the reflectance of the Bragg grating is determined by the difference in effective refractive index between the thick portion and the thin portion of the core portion. Therefore, if the thickness difference of the core portion due to the lattice is made large, the reflectance becomes large. However, since the Bragg grating has a pattern size of only about 250 nm, and the grating must be arranged at an accurate cycle of several thousand or more, it is very difficult to make a large difference in the thickness of the core part.

코어부의 두께 차이를 키우지 않고서도 브래그 격자의 반사율을 높이기 위해서는 코어와 클래딩 간의 굴절률 차이를 키우면 된다.　 하지만 이 경우 굴절률 차이가 너무 커지면 광도파로가 다중모드를 지원하는 문제를 가지게 된다.　 그러므로 광도파로의 굴절률 차이를 키우기 위해서는 광도파로의 크기를 줄여야 한다.　 하지만 광도파로의 크기를 줄이게 되면 도파모드가 따라서 줄어들게 되어 광섬유와 연결시 매우 큰 연결 손실을 발생하는 문제를 가진다.
In order to increase the reflectance of the Bragg grating without increasing the thickness difference of the core part, it is necessary to increase the refractive index difference between the core and the cladding. However, in this case, if the refractive index difference is too large, the optical waveguide has a problem of supporting the multi-mode. Therefore, in order to increase the refractive index difference of the optical waveguide, the size of the optical waveguide must be reduced. However, when the size of the optical waveguide is reduced, the waveguide mode is reduced accordingly, which causes a very large connection loss when connected to the optical fiber.

본 발명의 실시예들은 굴절률 차이가 큰 광도파로에 브래그 격자를 새겨 넣어서 반사율을 높이고, 굴절률이 작은 광도파로를 통하여 광섬유를 연결함으로써 연결 손실을 줄이며, 짧은 길이의 브래그 격자에서도 높은 반사율을 얻을 수 있도록 하고 전체적인 소자의 광손실을 최소화 시킬 수 있는 광도파로 소자를 제공하고자 한다.
In embodiments of the present invention, a Bragg grating is embedded in an optical waveguide having a large difference in refractive index to increase reflectance, an optical fiber is connected through an optical waveguide having a small refractive index to reduce a coupling loss, and a high reflectance can be obtained even in a short Bragg grating And an optical waveguide device capable of minimizing the optical loss of the entire device.

본 발명의 일 측면은, 클래딩층과, 폴리머 재질로 상기 클래딩층 내부에 형성되어 광섬유와 연결되며, 일부에 브래그 격자(Bragg Grating) 패턴이 형성되는 제1 코어와, 상기 제1 코어 내부에서 제1 코어보다 고굴절율의 폴리머로 형성되며 제1 코어를 통해 유입된 광이 테이퍼(Taper) 구조의 입력단 및 출력단을 통해 모드 변환되어 출력될 수 있도록 하는 제2 코어를 포함하며, 상기 제2 코어는 광이 유입되는 상기 제1 코어의 입력측으로부터 소정거리 이격 위치되며, 광의 진행방향을 따라 폭이 커지도록 형성되는 입력단부와, 적어도 일부분에 상기 브래그 격자 패턴이 배치되는 바디부와, 상기 바디부를 통과한 광의 진행방향을 따라 폭이 작아지도록 형성되며 상기 제1 코어의 출력측과 소정거리 이격 위치되어 모드변환된 광이 제1 코어로 출력되도록 하는 출력단부를 포함하도록 구성됨으로써, 상기 제1 코어를 통해 광섬유와의 커플링 손실을 줄이고, 제2 코어를 통해 브래그 격자의 반사율을 향상시키는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a cladding layer; a first core formed inside the cladding layer with a polymer material and connected to the optical fiber, and having a Bragg grating pattern formed on a part thereof; And a second core formed of a polymer having a refractive index higher than that of one core and capable of modulating and outputting light input through the first core through an input end and an output end of a taper structure, An input end located at a predetermined distance from the input side of the first core through which light is introduced and formed so as to have a larger width along the traveling direction of the light, a body portion having the Bragg grating pattern disposed at least in part thereof, And the mode-converted light is output to the first core by being positioned at a predetermined distance from the output side of the first core By being configured to include an output end, is characterized in that that through the first core to reduce the coupling loss of the optical fiber, increase the reflectivity of the Bragg grating through the batt.

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본 실시예에 있어서, 상기 브래그 격자 패턴은 상기 제2 코어의 상면과 접촉하는 상기 제1 코어 또는 상기 제2 코어의 하면과 접촉하는 상기 제1 코어 사이에 끼워져서 형성될 수 있다.In the present embodiment, the Bragg grating pattern may be formed by sandwiching the first core in contact with the upper surface of the second core or between the first cores in contact with the lower surface of the second core.

본 실시예에 있어서, 상기 제1 코어의 굴절률은 상기 제2 코어의 굴절률보다 작게 형성될 수 있다. In this embodiment, the refractive index of the first core may be smaller than the refractive index of the second core.

본 실시예에 있어서, 클래딩층의 상부에 배치되어 상기 브래그 격자 패턴부에 열을 전달하여 굴절률을 변화 시킬 수 있는 마이크로 히터를 더 포함할 수 있다.
The micro-heater may further include a micro heater disposed on the cladding layer and capable of changing the refractive index by transmitting heat to the Bragg grating pattern portion.

본 발명에 따르면, 소형코어아 고굴절률 광도파로를 이용하여 짧은 길이를 가지면서도 반사율이 높은 브래그 격자를 제작할 수 있고, 테이퍼 구조의 광도파로 모드 변환기를 이용함으로써 폴리머 광소자의 입출력부에 연결되는 광섬유와의 결합 손실을 줄일 수도 있게 된다.　 이러한 구조적인 변화를 통하여 높은 반사율을 가지는 소형의 광도파로형 파장 필터를 제작할 수 있다.　 파장 필터를 광도파로 기술을 통하여 구현하게 되면 제품의 생산성이 매우 높게 향상되어 가격 경쟁력을 가지게 될 수 있으며, 또한 동일한 품질의 제품을 대량 생산하는 것이 유리해 진다.　 이를 통하여 기존의 박막 형태의 파장 필터를 대체할 수 있는 제품을 구현할 수 있을 것이다.
According to the present invention, it is possible to fabricate a Bragg grating having a short reflectance while having a short length by using a small core, high refractive index optical waveguide, and by using an optical waveguide mode converter of a tapered structure, It is possible to reduce the coupling loss. Through this structural change, a compact optical waveguide type wavelength filter having a high reflectance can be manufactured. If the wavelength filter is implemented through the optical waveguide technology, the productivity of the product can be improved to be very high, so that it can be made cost competitive, and it is advantageous to mass produce the same quality products. Through this, it is possible to implement a product that can replace the conventional thin film type wavelength filter.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로 소자를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 광도파로 소자의 제작 방법을 보여주는 순서도이다.
도 4는 도 1에 도시된 광도파로 소자에서의 광도파 모습을 보여주는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광도파로 소자의 제1 크래딩층을 보여주는 평면도이다. 1 is a perspective view showing an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in Fig.
3 is a flowchart showing a method of manufacturing the optical waveguide device shown in FIG.
4 is a conceptual diagram showing a light wave pattern in the optical waveguide device shown in FIG.
5 is a plan view showing a first cladding layer of an optical waveguide device according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. It is to be understood that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions. The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by terms. Terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광도파로 소자를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 광도파로 소자의 제작 방법을 보여주는 순서도이다. 도 4는 도 1에 도시된 광도파로 소자에서의 광도파 모습을 보여주는 개념도이다.1 is a perspective view showing an optical waveguide device according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing the optical waveguide device shown in FIG. 4 is a conceptual diagram showing a light wave pattern in the optical waveguide device shown in FIG.

도 1 내지 도 4를 참고하면, 광도파로 소자(100)는 기판(110), 클래딩층(120), 제1 코어(130) 및 제2 코어(140)을 포함할 수 있다. 1 to 4, the optical waveguide device 100 may include a substrate 110, a cladding layer 120, a first core 130, and a second core 140.

기판(110)은 유리재질 또는 실리콘 재질 등과 같이 빛이 투과하거나 경도가 어느 정도 있어 물질을 지지하는 재질로 형성될 수 있다. 이때, 기판(110)은 제조 시 사용된 후 제조가 완료되면 제거될 수 있으며, 제조 후에도 클래딩층(120)에 접착된 상태로 존재하는 것도 가능하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 기판(110)이 제조 후 클래딩층(120)에 접착된 상태인 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. The substrate 110 may be formed of a material that supports a material, such as glass or silicone, through which light passes or has a certain degree of hardness. At this time, the substrate 110 may be removed after the fabrication of the substrate 110 is completed. Alternatively, the substrate 110 may be bonded to the cladding layer 120 after fabrication. Hereinafter, the substrate 110 will be described in detail with reference to the case where the substrate 110 is bonded to the cladding layer 120 after the fabrication for convenience of explanation.

본 발명은 클래딩층과, 상기 클래딩층 내부에 형성되며, 일부에 브래그 격자(Bragg Grating) 패턴이 형성된 제1 코어와, 상기 제1 코어 내부에 형성되며, 입출력단에 형성된 테이퍼를 통하여 제1코어의 도파 모드가 제2코어의 도파 모드로 변환되도록 만든 구조를 나타낸다. 브래그 격자의 반사율을 높이기 위해서는 굴절률 차이가 큰 폴리머를 이용하여 제작되는 제2코어에 작은 모드를 형성하면서 국한된 파동에 의하여 브래그 반사가 일어나도록 만들어 주는 것이 유리하다. 그러나 광섬유와 제2코어 구조를 바로 연결하게 되면 모드 크기의 차이가 심하게 나타나게 되어 광결합 손실이 크게 나타난다. 이를 막기 위하여 광섬유는 큰 도파모드를 가지는 제1코어와 연결이 되고, 그 다음으로 테이퍼 구조를 이용하여 제1코어 모드를 제2코어 모드로 변환시키게 된다.A first core formed inside the cladding layer and having a Bragg grating pattern formed in a part thereof, and a second core formed inside the first core, The waveguide mode of the first core is converted into the waveguide mode of the second core. In order to increase the reflectance of the Bragg grating, it is advantageous to make Bragg reflection by the localized wave while forming a small mode in the second core manufactured by using the polymer having a large refractive index difference. However, if the optical fiber and the second core structure are directly connected to each other, a difference in the mode size becomes severe and the optical coupling loss becomes large. To prevent this, the optical fiber is connected to the first core having the large waveguide mode, and then the first core mode is converted into the second core mode using the taper structure.

클래딩층(120)은 기판(110) 상에 형성될 수 있으며, 또한, 다른 클래딩층(120)과 결합하여 내부에 제1 코어(130) 및 제2 코어(140)을 밀봉할 수 있다. 이때, 클래딩층(120)은 폴리머 재질로 형성될 수 있다. The cladding layer 120 may be formed on the substrate 110 and may be combined with another cladding layer 120 to seal the first core 130 and the second core 140 therein. At this time, the cladding layer 120 may be formed of a polymer material.

한편, 제1 코어(130)은 클래딩층(120)의 내부에 형성될 수 있다. 이때, 제1 코어(130)은 내부에 제2 코어(140)이 배치될 수 있으며, 제1 코어(130)은 제2 코어(140)을 감싸도록 형성될 수 있다. Meanwhile, the first core 130 may be formed inside the cladding layer 120. At this time, the first core 130 may be disposed inside the second core 140, and the first core 130 may be formed to surround the second core 140.

상기와 같은 제1 코어(130)은 광이 지나가는 광도파로를 형성할 수 있다. 이때, 제1 코어(130)은 폴리머 재질로 형성될 수 있으며, 클래딩층(120)의 중심 부분을 관통하도록 배치될 수 있다. The first core 130 may form an optical waveguide through which the light passes. At this time, the first core 130 may be formed of a polymer material, and may be arranged to penetrate a central portion of the cladding layer 120.

상기와 같은 제1 코어(130)에는 브래그 격자 패턴(160)이 형성될 수 있다. 이때, 브래그 격자 패턴(160)은 제2 코어(140)의 하부에 배치되거나, 브래그 격자 패턴(160)은 제2 코어(140)의 상부에 배치될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 브래그 격자 패턴(160)이 제2 코어(140)의 하부에 형성되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. A Bragg grating pattern 160 may be formed on the first core 130 as described above. At this time, the Bragg grating pattern 160 may be disposed below the second core 140, or the Bragg grating pattern 160 may be disposed above the second core 140. Hereinafter, the Bragg grating pattern 160 is formed on the lower portion of the second core 140 for convenience of explanation.

한편, 상기와 같은 제2 코어(140)은 폴리머 재질로 형성될 수 있다. 이때, 제2 코어(140)의 굴절율과 제1 코어(130)의 굴절률은 서로 상이하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 코어(130)의 굴절률은 제2 코어(140)의 굴절률보다 작게 형성될 수 있다. Meanwhile, the second core 140 may be formed of a polymer material. At this time, the refractive index of the second core 140 and the refractive index of the first core 130 may be different from each other. For example, the refractive index of the first core 130 may be smaller than the refractive index of the second core 140.

상기와 같이, 굴절률을 상이하게 형성하기 위하여 제1 코어(130)은 저굴절률의 폴리머 재질 또는 중간 굴절률의 폴리머 재질을 사용하고, 제2 코어(140)은 고굴절률의 폴리머 재질을 사용할 수 있다.As described above, the first core 130 may be made of a polymer material having a low refractive index or a polymer material having a middle refractive index, and the second core 140 may be made of a polymer material having a high refractive index.

제2 코어(140)은 테이퍼지게 형성되어 입력단을 형성하는 입력단부(141), 입력단부(141)에서 입력된 광이 통과하며, 적어도 일부분에 브래그 격자 패턴(160)이 배치되는 바디부(142) 및 테이퍼지게 형성되어 바디부(142)를 통과한 상기 광이 외부로 방출되는 출력단을 형성하는 출력단부(143)를 구비할 수 있다. The second core 140 is tapered and has an input end 141 forming an input end, a body part 142 through which light input from the input end 141 passes, and at least a part of which is provided with a Bragg grating pattern 160 And an output end 143 formed to be tapered to form an output terminal through which the light having passed through the body part 142 is emitted to the outside.

이때, 입력단부(141)와 출력단부(143)는 테이퍼지게 형성될 수 있다. 즉, 입력단부(141)는 상기 광의 진행방향을 따라 폭이 커지도록 형성될 수 있으며, 출력단부(143)는 상기 광의 진행방향을 따라 폭이 작아지도록 형성될 수 있다. At this time, the input end 141 and the output end 143 may be tapered. In other words, the input end 141 may be formed to have a larger width along the traveling direction of the light, and the output end 143 may be formed to have a smaller width along the traveling direction of the light.

따라서 제2 코어(140)은 폭을 점진적으로 변화시키는 테이퍼 구조를 통하여 광의 진행 시 광도파로 모드의 크기를 서서히 변화시킴으로써 추가적인 손실이 없이 모드 변환을 일으키도록 한다. Accordingly, the second core 140 gradually changes the magnitude of the optical waveguide mode in the course of light through a tapered structure that gradually changes the width, thereby causing mode conversion without additional loss.

상기와 같은 광도파로 소자(100)의 제조 방법을 살펴보면, 광도파로 소자(100)는 기판(110) 상에 제작할 수 있으며, 기판(110)은 상기에서 설명한 바와 같이 유리재질 또는 실리콘 재질일 수 있다.　 기판(110)의 상부에 폴리머를 스핀코팅하고 경화하여 박막을 형성함으로써 하부 클래딩 층인 클래딩층(120)을 형성할 수 있다.　 클래딩층(120)의 두께는 기판(110)으로 빛이 빠져나가지 않을 정도로 두껍게 형성하게 되는데 10 um 정도의 두께면 적당하다.　 The optical waveguide device 100 may be fabricated on the substrate 110 and the substrate 110 may be made of glass or silicon as described above . The cladding layer 120, which is a lower cladding layer, can be formed by spin-coating the polymer on the substrate 110 and curing it to form a thin film. The thickness of the cladding layer 120 is thick enough to prevent light from escaping from the substrate 110. A thickness of about 10 um is suitable.

클래딩층(120)의 위에 제1 코어(130)인 대형코어 광도파로를 형성하게 될 제1 폴리머층(131a)을 코팅하여 박막을 형성한다.　 제1 코어(130)의 크기는 대략적으로 8 um 정도의 두께를 가지도록 제작하므로 첫 번째로 형성되는 제1 코어(130)의 하단부 (131a)는 4 um 정도의 두께로 형성한다.　 A first polymer layer 131a is formed on the cladding layer 120 to form a large-core optical waveguide, which is a first core 130, to form a thin film. Since the first core 130 has a thickness of about 8 μm, the lower end 131a of the first core 130 is formed to have a thickness of about 4 μm.

제1 코어의 하단부(131a)의 상부에 브래그 격자 패턴(160)을 형성한다.　 브래그 격자 패턴(160)은 주기가 500 nm 정도이며 듀티비율(duty ratio)이 50% 이면 선폭(line width)이 250 nm 가 된다.　 반사율을 높이기 위해서는 주기적인 브래그 격자 패턴(160)이 많이 필요하게 되며 10,000개 정도의 브래그 격자 패턴(160)을 형성하게 되면 격자의 총 길이는 5 mm 정도가 된다.　 이와 같은 미세하면서도 넓은 범위에 펼쳐져 있는 구조는 포토리소그라피(photolithograph)공정으로 제작할 수 있으나 정밀도를 위하여 광간섭계를 이용하여 제작할 수 있다.　 또한 반사율을 높이기 위해서는 브래그 격자 패턴(160)의 깊이가 깊게 형성이 되어야 하는데, 제작 공정상 250 nm 선폭의 브래그 격자 패턴(160)을 깊이 형성하기에는 어려움이 따른다.　 넓은 범위에 걸쳐서 균일하게 제작이 가능한 브래그 격자 패턴(160)의 경우 깊이가 200 nm 정도로 제한되는 것이 일반적이다.A Bragg grating pattern 160 is formed on the lower end 131a of the first core. The Bragg grating pattern 160 has a period of about 500 nm and a line width of 250 nm if the duty ratio is 50%. In order to increase the reflectance, a periodic Bragg grating pattern 160 is required. When the Bragg grating pattern 160 is formed to about 10,000, the total length of the grating becomes about 5 mm. Such a fine and wide range of structures can be fabricated by a photolithograph process, but can be fabricated using an optical interferometer for accuracy. Also, in order to increase the reflectance, the depth of the Bragg grating pattern 160 must be deep, and it is difficult to form the Bragg grating pattern 160 having a line width of 250 nm in the fabrication process. It is general that the Bragg grating pattern 160 which can be uniformly manufactured over a wide range is limited to a depth of about 200 nm.

브래그 격자 패턴(160)을 형성한 후 그 위에 제2코어를 구성하게 되는 고굴절률 폴리머를 코팅하여 브래그 격자 패턴(160)을 덮어주게 된다.　 이후 고굴절률 폴리머층(제2코어)에 패턴을 만들고 식각을 하여 제2 코어(140)를 형성한다.　 제2 코어(140)의 크기는 두께는 2~3 um 정도가 적절하다.　 제2 코어(140)은 입력단부(141) 및 출력단부(143)에 광도파로의 폭을 점진적으로 변화시키는 테이퍼 구조를 가지고 있으며 이 구조는 제2 코어(140)을 식각하는 과정에서 함께 형성되기 때문에 별도의 추가적인 작업이 필요치 않다. After forming the Bragg grating pattern 160, the Bragg grating pattern 160 is coated thereon by coating the high refractive index polymer that constitutes the second core. Thereafter, a pattern is formed on the high refractive index polymer layer (second core) and etched to form the second core 140. The size of the second core 140 is suitably 2 to 3 μm in thickness. The second core 140 has a tapered structure that progressively changes the width of the optical waveguide at the input end 141 and the output end 143 and is formed together in the process of etching the second core 140 Therefore, no additional work is required.

제2 코어(140)을 형성한 뒤 그 위에 제1코어를 형성하기 위한 폴리머층(132a)을 한층 더 코팅하여 두께가 8 um 정도 되는 폴리머층을 형성한다.　 이후 제1 코어를 형성하기 위한 폴리머층(132a)의 상부에 마스크 패턴을 형성하고 아래쪽의 폴리머층들 (131a, 132a) 을 한꺼번에 연속적으로 식각해 내면 제1 코어(130)를 완성하게 된다.　 제1 코어(130)의 폭은 6~8 um 정도로 제작할 수 있다.　 마지막으로 대형코어의 상부에 클래딩 폴리머를 코팅하여 클래딩층(120)을 형성하여 주면 광도파로 소자(100)가 완성된다.After forming the second core 140, a polymer layer 132a for forming the first core is further coated thereon to form a polymer layer having a thickness of about 8 μm. Then, the first core 130 is completed by forming a mask pattern on the polymer layer 132a for forming the first core and continuously etching the polymer layers 131a and 132a on the lower side. The width of the first core 130 may be about 6 to 8 μm. Finally, the cladding layer 120 is formed by coating the cladding polymer on the upper surface of the large-sized core to complete the optical waveguide element 100.

상기와 같이 완성된 광도파로 소자(100)는 파장 분할 다중화 (Wavelength Division Multiplexing: WDM) 방식에서 사용되는 파장 필터로 사용될 수 있다. 특히 광도파로 소자(100)는 광섬유에 연결되어 입사된 다양한 파장의 광원을 다양한 형태로 제어하고 변형시켜 출력시킬 수 있다. 또한, 광도파로 소자(100)는 상기의 경우 이외에도 광스위치, 광감쇄기 등과 같은 광신호 제어를 위한 기본적인 소자들을 제작하기에 적합한 플랫폼을 제공할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 광도파로 소자(100)가 파장 분할 다중화 방식에서 사용되는 파장 필터로 사용되는 경우를 중심으로 상세히 설명하기로 한다. The completed optical waveguide device 100 may be used as a wavelength filter used in a Wavelength Division Multiplexing (WDM) system. In particular, the optical waveguide device 100 is connected to an optical fiber and can control various incident light sources of various wavelengths, and output the modified light source. In addition, the optical waveguide device 100 can provide a platform suitable for manufacturing basic elements for optical signal control such as an optical switch, an optical attenuator, and the like, in addition to the above case. Hereinafter, for convenience of description, the optical waveguide device 100 will be described in detail with reference to a case where the optical waveguide device 100 is used as a wavelength filter used in a wavelength division multiplexing system.

상기에서 설명한 바와 같이, 제작된 소자에 광케이블을 통하여 광이 입사되면, 제1 코어(130)을 통하여 광이 전파될 수 있다. 이때, 상기 광은 제1 코어(130) 내부의 제2 코어(140)로 입사될 수 있다. As described above, when light is incident on the fabricated device through the optical cable, light can be propagated through the first core 130. At this time, the light may be incident on the second core 140 inside the first core 130.

상기와 같이 진행되는 광은 일부가 브래그 격자 패턴(160)에서 필터링 하고자 하는 특정 파장의 광은 반사되어 입력부로 돌아오게 되고, 다른 파장의 빛들은 브래그 반사 없이 소자를 통과하여 광도파로 소자(100)의 후면에서 상기 광을 측정할 수 있다. Light having a specific wavelength to be filtered by the Bragg grating pattern 160 is reflected by the Bragg grating pattern 160 and returns to the input unit. Light beams of other wavelengths pass through the device without Bragg reflection, The light can be measured on the rear surface of the display panel.

또한, 상기와 같이 광이 진행하는 경우 광은 제1 코어 (130) 에서 제2 코어(140)를 통과하는 과정에서 광도파로 모드의 변형이 발생한다. 특히 제2 코어(140)의 경우 상기와 같이 테이퍼 구조의 입력단부(141)를 통하여 광도파로 모드의 크기를 서서히 변화시킴으로써 상기 광의 손실이 없이 광도파로 모드 변환이 가능해질 수 있다. In addition, when the light travels as described above, the optical waveguide mode is deformed in the course of passing through the second core 140 from the first core 130. In particular, in the case of the second core 140, the magnitude of the optical waveguide mode is gradually changed through the input end 141 of the tapered structure as described above, so that the optical waveguide mode conversion can be performed without loss of the light.

특히 상기와 같은 경우 도 4를 참고하면, 도 4의 (a)는 도 1의 A부분이고, 도 4의 (b)는 도 1의 B부분이며, 도 4의 (c)는 도 1의 C 부분에서의 광의 세기를 나타내는 등고선이다. 이때, 제1 코어(130)과 제2 코어(140)을 통과하는 광의 세기에 대한 분포가 제1 코어(130) 및 제2 코어(140)을 통과하면서 제2 코어(140)으로 집중되는 것을 알 수 있다. 따라서 제2 코어(140)는 상기 광을 집중시킬 뿐만 아니라 광도파로 모드 변환 시 광의 손실을 최소화할 수 있다. In particular, referring to FIG. 4, FIG. 4A is a portion A in FIG. 1, FIG. 4B is a portion B in FIG. 1, Is a contour line representing the intensity of the light in the portion. At this time, the distribution of the intensity of light passing through the first core 130 and the second core 140 passes through the first core 130 and the second core 140 and concentrates on the second core 140 Able to know. Accordingly, the second core 140 not only concentrates the light but also minimizes the loss of light during the optical waveguide mode conversion.

뿐만 아니라 상기와 같이 광이 진행하는 동안 제1 코어(130)와 제2 코어(140) 사이의 굴절률 차이가 큰 광도파로에 브래그 격자 패턴(160)을 통하여 반사율을 높일 수 있으며, 굴절률이 작은 제1 코어(130)을 통하여 광섬유를 연결함으로써 연결손실을 줄일 수 있다. In addition, the reflectance can be increased through the Bragg grating pattern 160 to the optical waveguide having a large difference in refractive index between the first core 130 and the second core 140 during the progress of the light, The coupling loss can be reduced by connecting the optical fibers through the single core 130. [

따라서 광도파로 소자(100)는 높은 반사율을 얻을 수 있으며, 진행하는 광의 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 광도파로 소자(100)는 광도파로 모드를 점진적으로 변화시킴으로써 무손실 모드변환((adiabatic mode conversion)을 구현할 수 있다. Therefore, the optical waveguide element 100 can obtain a high reflectance and minimize the loss of traveling light. In addition, the optical waveguide device 100 can implement adiabatic mode conversion by gradually changing the optical waveguide mode.

특히 광도파로 소자(100)를 파장 필터 형태로 구현함으로써 제품의 생산성이 높아지고 가격 경쟁력을 확보할 수 있으며, 대량 생산이 가능하다. In particular, by implementing the optical waveguide device 100 in the form of a wavelength filter, the productivity of the product can be increased, the price competitiveness can be ensured, and mass production is possible.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광도파로 소자의 평면도이다.5 is a plan view of an optical waveguide device according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 광도파로 소자(100)는 기판(미도시), 클래딩층(220), 제1 코어(미표기), 제2 코어(240) 및 마이크로 히터(270)를 포함할 수 있다. 이때, 클래딩층(220), 상기 제1 코어 및 제2 코어(240)는 상기 도 1 내지 도 4에서 설명한 제1 클래딩층(120), 제1 코어(130) 및 제2 코어(140)과 동일 또는 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 5, the optical waveguide device 100 may include a substrate (not shown), a cladding layer 220, a first core (unrepresented), a second core 240, and a microheater 270. The cladding layer 220 and the first and second cores 240 and 240 may be formed of the first cladding layer 120, the first core 130 and the second core 140 described with reference to FIGS. And therefore the detailed description thereof will be omitted.

마이크로 히터(270)는 금속 재질로 형성될 수 있다. 이때, 마이크로 히터(270)는 브래그 격자 패턴(260)에 열을 가하여 폴리머의 굴절률을 바꾸어 줌으로서 브래그 반사 파장을 변화 시킬 수 있다.　이때, 마이크로 히터(270)에 전류를 흘려주면 열이 발생하게 되고, 이로 인해 폴리머의 굴절률이 줄어들게 되어 초기 브래그 반사 파장에 비하여 청색편향 (blue shift)이 나타나게 된다.　 이를 통하여 가변 파장 필터를 구현할 수 있게 된다. The micro heater 270 may be formed of a metal material. At this time, the micro heater 270 can change the Bragg reflection wavelength by changing the refractive index of the polymer by applying heat to the Bragg grating pattern 260. At this time, if a current is supplied to the microheater 270, heat is generated, and the refractive index of the polymer is reduced, and blue shift is exhibited as compared with the initial Bragg reflection wavelength. This makes it possible to implement a variable wavelength filter.

상기와 같은 마이크로 히터(270)는 클래딩층 (220)의 상부에 브래그 격자 패턴과 정렬되어 제작되며 금속증착, 포토리소그라피 등의 공정을 통하여 광도파로 소자(200)의 마지막 제작 단계에 추가하여 제작할 수 있다.The micro-heater 270 may be fabricated by aligning with a Bragg grating pattern on the upper part of the cladding layer 220, and may be manufactured in addition to the final fabrication step of the optical waveguide device 200 through a process such as metal deposition or photolithography. have.

따라서 광도파로 소자(200)는 상기 제1 코어, 제2 코어(240) 및 브래그 격자 패턴(260) 중 적어도 하나에 열을 가함으로써 브래그 격자 패턴(260)에서 반사되는 광의 파장을 변화시킴으로써 파장을 가변적으로 제거하여 광을 통과시킬 수 있다. The optical waveguide device 200 changes the wavelength of the light reflected by the Bragg grating pattern 260 by applying heat to at least one of the first core 240 and the Bragg grating pattern 260, And the light can be passed through by being variably removed.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, it is intended that the appended claims cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.

100,200: 광도파로 소자
110: 기판
120,220: 클래딩층
130: 제1 코어층
140,240: 제2 코어층
141: 입력단부
142: 바디부
143: 출력단부
160,260: 브래그 격자 패턴
270: 마이크로 히터100, 200: optical waveguide element
110: substrate
120, 220: cladding layer
130: first core layer
140, 240: second core layer
141: input end
142:
143: Output terminal
160,260: Bragg grating pattern
270: Micro-heater

Claims (5)

삭제delete 클래딩층;
폴리머 재질로 상기 클래딩층 내부에 형성되어 광섬유와 연결되며, 일부에 브래그 격자(Bragg Grating) 패턴이 형성되는 제1 코어;
상기 제1 코어 내부에서 제1 코어보다 고굴절율의 폴리머로 형성되며 제1 코어를 통해 유입된 광이 테이퍼(Taper) 구조의 입력단 및 출력단을 통해 모드 변환되어 출력될 수 있도록 하는 제2 코어;를 포함하며,
상기 제2 코어는,
광이 유입되는 상기 제1 코어의 입력측으로부터 소정거리 이격 위치되며, 광의 진행방향을 따라 폭이 커지도록 형성되는 입력단부와,
적어도 일부분에 상기 브래그 격자 패턴이 배치되는 바디부와,
상기 바디부를 통과한 광의 진행방향을 따라 폭이 작아지도록 형성되며 상기 제1 코어의 출력측과 소정거리 이격 위치되어 모드변환된 광이 제1 코어로 출력되도록 하는 출력단부를 포함하도록 구성됨으로써, 상기 제1 코어를 통해 광섬유와의 커플링 손실을 줄이고, 제2 코어를 통해 브래그 격자의 반사율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 광도파로 소자.
A cladding layer;
A first core formed of a polymer material in the cladding layer and connected to the optical fiber and having a Bragg grating pattern formed on a part thereof;
A second core formed of a polymer having a refractive index higher than that of the first core in the first core so that the light introduced through the first core can be converted and outputted through an input terminal and an output terminal of a taper structure; ≪ / RTI &
Wherein the second core comprises:
An input end located at a predetermined distance from the input side of the first core through which light is introduced and formed to have a greater width along the traveling direction of the light,
A body portion in which the Bragg grating pattern is disposed at least in part,
And an output terminal that is formed to have a smaller width along the traveling direction of the light passing through the body and is spaced apart from the output side of the first core by a predetermined distance to output the mode-converted light to the first core, Wherein coupling loss with the optical fiber is reduced through the core and reflectance of the Bragg grating is improved through the second core.
제 2 항에 있어서,
상기 브래그 격자 패턴은 상기 제2 코어의 상면과 접촉하는 상기 제1 코어 또는 상기 제2 코어의 하면과 접촉하는 상기 제1 코어의 사이에 끼워져서 형성되는 광도파로 소자.3. The method of claim 2,
Wherein the Bragg grating pattern is formed by being sandwiched between the first core contacting with the upper surface of the second core or between the first core contacting with the lower surface of the second core. 삭제delete 삭제delete
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