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KR100542828B1 - 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작장치 - Google Patents

레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작장치 Download PDF

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KR100542828B1
KR100542828B1 KR1020030054576A KR20030054576A KR100542828B1 KR 100542828 B1 KR100542828 B1 KR 100542828B1 KR 1020030054576 A KR1020030054576 A KR 1020030054576A KR 20030054576 A KR20030054576 A KR 20030054576A KR 100542828 B1 KR100542828 B1 KR 100542828B1
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KR
South Korea
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laser
optical waveguide
laser beam
lens
polymer
Prior art date
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KR1020030054576A
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KR20050015645A (ko
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안승호
이우진
윤근병
최태구
Original Assignee
한국전자통신연구원
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Publication date
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 레이저 직접묘화에 의해 마스크나 별도의 추가공정 없이 고분자 기판에 레이저빔을 직접 조사하는 단순한 공정으로 고분자의 굴절률을 변화시켜 손쉽게 정밀한 광도파로를 제작할 수 있는, 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치를 제공하고자 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 광반응성 고분자 기판, 상기 광반응성 고분자 기판을 이송하기 위한 이송 스테이지, 및 줌기능이 있는 줌대물렌즈를 구비한 광도파로 제작 장치에 있어서, 레이저빔을 출력하기 위한 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 출력된 레이저빔의 광출력을 조절하고 변조하기 위한 변조수단; 상기 변조수단에서 출력된 빔의 노이즈를 제거하고 평행광을 확보하기 위한 렌즈부; 상기 렌즈부에서 출력된 빔의 경로를 변경시키기 위한 반사수단; 상기 반사수단에서 출력된 빔을 분리하기 위한 빔분리수단; 레이저빔의 경로차를 이용한 간섭무늬 형성을 통해 묘화공정 전에 초점을 확인할 수 있도록 하기 위한 초점확인수단; 광파워를 검출하기 위한 수광소자; 상기 변조수단과 상기 이송 스테이지를 제어하고, 상기 수광소자로부터 파워값을 입력받아 상기 입력받은 파워값의 변화에 따라 압전변환수단을 구동·제어하기 위한 제어수단; 및 상기 제어수단으로부터의 구동제어신호에 따라 상기 줌대물렌즈의 위치를 순간적으로 미세조정하기 위한 상기 압전변환수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 광통신 시스템 등에 이용됨.
광통신, WDM, 광도파로, 레이저, 묘화, 카메라, 압전변환기, 렌즈

Description

레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치{Apparatus for Production of High Polymer Plane Optical Waveguide using Laser Patterning}
도 1 은 일반적인 레이저 직접묘화 방법에 대한 일실시예 설명도.
도 2 는 본 발명에 따른 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치의 일실시예 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작 장치의 평행광을 형성하기 위한 렌즈부를 나타낸 일실시예 상세 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작을 위해 초점을 확인하기 위한 방법에 대한 일실시예 설명도.
도 5 는 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작을 위한 공정 중 초점을 일정하게 유지하기 위한 방법에 대한 다른 실시예 설명도.
도 6 은 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작 장치의 레이저빔을 나타낸 일실시예 설명도.
도 7 은 본 발명에 따른 레이저빔 모드의 종류에 따른 도파로 폭 방향의 노광량을 나타낸 일실시예 설명도.
도 8 은 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작 장치를 이용한 다중모드 광도파로를 구현하는 방법에 대한 일실시예 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 포스트 2 : 레일
3 : 레이저 광원 4 : 음향광학변조기(AOM)
5 : 핀홀 6 : 렌즈
7 : 반사경 8 : 빔분리기
9 : CCD 카메라 11 : 수광소자
12 : 컴퓨터 13 : 마이크로 스테이지
14 : 압전변환기(PZT) 15 : 고분자 기판
16 : 줌대물렌즈
본 발명은 고분자를 이용하여 평면형 광도파로 소자를 제조하는데 있어, 마스크나 복잡한 추가공정 없이 고분자 기판상에 레이저빔을 직접 조사하여 굴절률을 변화시킴으로써 코어를 형성하여 정밀한 광도파로를 구현하는 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포토리소그래피용 마스크(Mask)나 별도의 추가공정 없이 고분자 기판에 레이저빔을 직접 조사하여 굴절률을 변화시킴으로써 원하는 구조의 코어를 형성하는 레이저 직접묘화에 의한 평면형 광도파로의 제작 장치이며, 레이저 직접묘화 장치를 구성함에 있어 정밀하고, 재현성 있는 광도파로 제작을 위해 레이저 광원에서 나오는 레이저빔을 평행광으로 유지할 수 있도록 만들고, 형성되어야 할 광도파로의 폭에 따라 레이저빔의 초점을 조절, 빔의 스팟 사이즈(Spot Size)를 제어할 수 있으며, 묘화공정 중 기판 표면의 굴곡에 의한 높이 차이를 보정해 주는 자동초점기능을 제공하는 광도파로 제작 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은, 단일모드 광도파로 뿐만 아니라 묘화 중 초점의 이동 및 초점거리의 조절로 수회 중첩 묘화하여 다중모드 광도파로를 형성할 수 있으며, 또한 직선 광도파로 뿐만 아니라 곡선 광도파로 등 다양한 구조의 평면형 광도파로 소자를 마스크 등을 사용하지 않으면서 간단하고, 정밀하게 제작할 수 있는 광도파로 제작 장치에 관한 것이다.
최근 광통신 시스템의 고속, 대용량화 요구에 따라 파장분할다중화(WDM : Wavelength Division Multiplex) 시스템 등 평면형 광소자를 이용한 광통신 시스템 기술개발이 이루어지고 있으며, 이러한 시스템의 기술개발에 필요한 평면형 광소자는 지금까지 주로 반도체 공정기술을 이용하여 제작되어 왔으나, 최근에는 저가격화의 요구에 의해 고분자를 이용한 평면형 광도파로 소자 연구가 이루어지고 있다.
지금까지 대용량의 광통신 및 정보기록과 정보처리의 초고속화 구현에 필요한 광소자 및 부품들은 반도체 재료와 무기 실리카 계열의 재료를 근간으로 발전되 어 왔으나, 최근에는 저가격화, 단순 공정의 이점으로 고분자 소재에 대한 관심이 높아지고 있다.
종래의 기술로서, 고분자를 이용한 평면형 광도파로 제작기법은 마스크를 이용하여 노광하는 방법이 주로 이용되었으나, 최근에는 레이저 직접묘화 방법이나 핫 엠보싱(Hot Embossing) 기법 등과 같은 새로운 방법들이 제시되고 있다.
종래의 마스크를 이용하는 노광 방법은 광도파로 구조에 따라 설계된 마스크를 제작하여 기판에 밀착하고, 자외선(UV) 노광으로 광도파로를 형성하는 방법이며, 종래의 핫 엠보싱(Hot Embossing) 기법은 전기도금이나 실리콘 기판 식각으로 요구되는 광도파로의 반대형상을 만들고 이를 금형으로 사용하여 고분자 기판에 찍어내는 방법을 사용한다. 이러한 종래의 방법들은 마스크를 별도로 제작해야 하거나, 엠보싱(Embossing) 후 도파로 코어를 후공정으로 별도로 형성해야 하는 등 공정이 복잡해지게 되는 문제점이 있었다. 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
고분자 소재를 이용한 광도파로 제작은 다양한 방식으로 이루어지고 있으며 보편적인 가공 기술로는 포토리소그래피(Photolithography), 핫 엠보싱(Hot Embossing), 자외선 직접묘화(Direct UV patterning) 및 레이저 직접묘화 기술 등이 있다.
이때, 포토리소그래피 공정은 기판 위에 클래딩 재료를 코팅하여 베이킹(Baking) 과정을 거치고, 코어 물질을 코팅, 감광재(Photoresist)를 도포, 포토마스크(Photomask)를 사용한 노광 공정, 현상(Developing), 식각 등의 복잡한 공정을 거치게 된다.
그리고 핫 엠보싱 공정은 하부 클래드 재료에 몰드 마스터를 이용하여 코어 부분의 구조를 성형하고, 형성된 구조에 코어 물질을 주입한 다음에, 상부 클래드를 덮고, 코어 물질의 경화와 상부 클래드의 접착을 위해 자외선을 조사한다.
그리고 자외선 직접묘화 방식은 평면 기판상에 하부 클래드를 형성한 후에 코어 층으로 자외선 경화 고분자를 코팅한다. 그리고 포토마스크를 이용하여 자외선을 노광한 후에 고분자 현상액을 사용하여 코어 패턴을 형성시킨 다음에 상부 클래드 재료를 코팅하여 제작한다.
그리고 레이저 직접묘화에 의한 광도파로 제작 방법은 광반응 고분자 재료에 레이저빔을 집속시켜 묘화 과정을 거치고, 묘화된 패턴은 굴절률이 상대적으로 높아져서 광도파로가 형성된다.
이러한 레이저 직접묘화 기술은 레이저 미세 가공 기술에 기초를 두고 있다.
도 1 은 일반적인 레이저 직접묘화 방법에 대한 일실시예 설명도로서, 레이저빔이 광원, 필터와 셔터를 통과, 대물렌즈를 통해 기판에 집광된 레이저빔을 조사하여 광도파로를 형성하는 일반적인 구조를 나타낸다.
레이저(101)에서 발생한 빛은 필터(Tunable Neutral Density Filter)(103)와 셔터(104)를 통과하고 현미경(110)의 대물렌즈(111)를 거쳐서 기판(112)상에 조사된다.
기판(112)상에는 클래드 재료를 코팅하고, 코어층을 코팅한다. 그리고 코어층에 레이저빔을 집속시켜 원하는 패턴을 그리는 간단한 공정으로 광도파로의 제작이 가능하다.
레이저에 의해 묘화된 패턴은 묘화되지 않은 인접 영역보다 굴절률이 높아지게 되어 전반사 원리에 의해 광도파로가 형성된다.
레이저 직접묘화 공정은 포토 마스크가 필요없는 단순한 공정으로 공정 시간의 단축, 저 가격화, 대면적 적용의 이점이 있다.
그러나 가우시안 빔을 이용한 종래의 레이저 직접묘화에 의한 광도파로의 구현은 빛의 성질상 명확한 광도파로 단면 형상의 구현이 쉽지 않고, 광도파로의 정밀한 구현이 어려운 문제점이 있었다. 또한 다중모드 광도파로와 같이 형상이 큰 도파로의 경우 레이저 직접 묘화를 적용하면 빛의 성질상 빔이 확산되어 한번의 직접묘화로 요구되는 사각형상의 광도파로 정밀구현이 곤란하다. 그리고 요구되는 광도파로 폭에 따른 미세한 초점의 조절과 초점의 일정한 유지가 쉽지 않아 정밀한 광도파로의 구현이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 레이저 직접묘화에 의해 마스크나 별도의 추가공정 없이 고분자 기판에 레이저빔을 직접 조사하는 단순한 공정으로 고분자의 굴절률을 변화시켜 손쉽게 정밀한 광도파로를 제작할 수 있는, 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 광반응성 고분자 기판, 상기 광반응성 고분자 기판을 이송하기 위한 이송 스테이지, 및 줌기능이 있는 줌대물렌즈를 구비한 광도파로 제작 장치에 있어서, 레이저빔을 출력하기 위한 레이저 광원; 상기 레이저 광원에서 출력된 레이저빔의 광출력을 조절하고 변조하기 위한 변조수단; 상기 변조수단에서 출력된 빔의 노이즈를 제거하고 평행광을 확보하기 위한 렌즈부; 상기 렌즈부에서 출력된 빔의 경로를 변경시키기 위한 반사수단; 상기 반사수단에서 출력된 빔을 분리하기 위한 빔분리수단; 레이저빔의 경로차를 이용한 간섭무늬 형성을 통해 묘화공정 전에 초점을 확인할 수 있도록 하기 위한 초점확인수단; 광파워를 검출하기 위한 수광소자; 상기 변조수단과 상기 이송 스테이지를 제어하고, 상기 수광소자로부터 파워값을 입력받아 상기 입력받은 파워값의 변화에 따라 압전변환수단을 구동·제어하기 위한 제어수단; 및 상기 제어수단으로부터의 구동제어신호에 따라 상기 줌대물렌즈의 위치를 순간적으로 미세조정하기 위한 상기 압전변환수단을 포함한다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명에 따른 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치의 일실시예 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작 장치는, 레이저빔을 출력하기 위한 레이저 광원(3), 상기 레이저 광원(3)에서 출력된 레이저빔의 광출력을 조절하고, 변조하기 위한 음향광학변조기(AOM)(4), 상기 음향광학변조기(AOM)(4)에서 출력된 빔의 노이즈를 제거하고, 평행광을 확보하기 위한 렌즈부(5, 6), 상기 렌즈부(5, 6)에서 출력된 빔의 경로를 변경시키기 위한 반사경(7), 상기 반사경(7)에서 출력된 빔을 분리하기 위한 빔분리기(Beam Splitter)(8), 레이저빔의 경로차를 이용한 간섭무늬 형성을 통해 묘화공정 전에 초점을 확인할 수 있도록 하기 위한 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(9), 광파워를 검출하기 위한 수광소자(11), 상기 음향광학변조기(AOM)(4)와 마이크로 스테이지(13)를 제어하고, 상기 수광소자(11)로부터 파워값을 입력받아 상기 입력받은 파워값의 변화에 따라 압전변환기(PZT)(14)를 구동·제어하기 위한 컴퓨터(12), 상기 컴퓨터(12)로부터의 구동제어신호에 따라 줌대물렌즈(16)의 위치를 순간적으로 미세조정하기 위한 상기 압전변환기(PZT)(14)를 포함한다.
본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작 장치는, 두 개의 포스트(1)에 두 개의 가로 레일(2)을 장착하며, 안정되고 일정한 평행광을 확보하기 위해 레이저 광원(3)에서 출사되는 레이저빔을 음향광학변조기(AOM : Acoustic Optic Modulator)(4)를 거치고, 핀홀(Pin hole)(5)을 사이에 둔 두 개의 렌즈(6)를 통해 빔을 축소 또는 확대하여 노이즈 제거 및 평행광을 확보하는 구조를 가지고 있다. 또한 상기 형성된 레이저빔의 경로를 변경시켜주는 다수의 반사경(7)이 존재하고, 묘화가 일어나는 수직 축에는 두 개의 빔분리기(8)가 존재하며, 레이저빔의 경로차를 이용한 간섭무늬 형성을 통해 묘화공정 전에 CCD 카메라(9)를 이용하여 초점을 확인할 수 있도록 하거나, 수광소자(11)를 이용하여 광파워를 검출하고, 컴퓨터(12)가 상기 수광소자(11)에서 검출된 광파워의 변화에 따라 압전변환기(14)를 구동·제어하여 광파워가 일정하게 유지되도록 하고 묘화공정 중 자동으로 초점 거리를 유지시켜주기 위한 기능을 수행한다.
설계된 광도파로 형상의 묘화는 컴퓨터(12)에 의해 마이크로 스테이지(13)가 X축과 Y축으로 움직이면서 광반응성 고분자 기판(15)에 레이저빔이 조사되어 광도파로가 만들어지게 된다.
음향광학변조기(AOM)(4)와 마이크로 스테이지(13)의 구동 및 제어는 컴퓨터(12)에 의해 이루어지고, 광파워 및 자동 초점 유지를 위한 수광소자(11)의 파워값이 컴퓨터(12)에 입력되면, 컴퓨터(12)가 그 파워값의 변화에 따라 압전변환기(PZT : Piezoelectric Transducer)(14)를 구동하고 제어하게 된다.
도 3 은 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작 장치의 평행광을 형성하기 위한 렌즈부를 나타낸 일실시예 상세 구성도로서, 레이저 광원(3)에서 나온 레이저빔의 평행성을 유지하기 위한 것을 나타낸다.
평행 빔은 레이저빔의 파워분포가 대칭적이고, 묘화공정 준비단계에서 고분자 기판(15)에 레이저빔의 초점을 맞출 때 오정렬에 의한 간섭무늬 형성이 용이하기 때문에 필요하다.
구성은 레이저 광원(3)과 음향광학변조기(AOM)(4)를 거쳐 나온 빔을 렌즈(6)로 입사시켜 빔의 크기를 줄여 미세한 핀홀(Pin hole)(5)로 통과시켜 노이즈를 제거한 후, 다시 상기 렌즈(5)와 반대형상의 렌즈(6)를 통과시켜 원래 빔의 크기로 확대시켜 평행광을 만들게 된다.
렌즈(6)에는 마이크로미터를 장착하여 미세한 위치조절이 가능하다.
도 4 는 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작을 위해 초점을 확인하기 위한 방법에 대한 일실시예 설명도로서, 고분자 기판(15)상에 요구되는 크기의 레이저빔의 초점이 형성되었는지를 확인하기 위해 구성된 일예를 나타낸다.
레이저빔이 고분자 기판(15)에 도달하는 경로에서 빔분리기(8)에 의해 입사된 레이저빔의 파워가 50%씩 두개의 경로로 분리되어 전달되고, 이중 하나는 고분자 기판(15)에 도달하여 반사되고, 다른 하나는 반사거울(7)에 의해 반사되어 합해진 반사빔의 상이 CCD 카메라(9)에 맺히게 된다.
초점이 정확하게 맞지 않았을 경우, 이들의 두 레이저빔의 경로차이에 의해 간섭무늬가 발생하게 된다.
간섭무늬는 CCD 카메라(9)를 통해 컴퓨터(12)의 모니터로 확인이 되며, 배율 조절이 가능한 줌대물렌즈(16)로 요구되는 빔의 스팟 사이즈(Spot Size)를 조절, 확인할 수 있고, 초점의 미세조절은 줌대물렌즈(16)와 붙어 있는 마이크로미터로 미세조절하게 된다.
도 5 는 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작을 위한 공정 중 초점을 일정하게 유지하기 위한 방법에 대한 다른 실시예 설명도로서, 레이저 직접묘화 공정 중에 고분자 기판(15) 표면의 굴곡에 의한 높이 차이를 보정해 주기 위한 자동초점기능을 구현하기 위한 방법을 나타낸다.
묘화공정 전에 초점을 유지한 상태에서 초점 조절시 이용된 고분자 기판(15) 표면에서 반사된 빔이 빔분리기(8)를 거쳐 수광소자(PD)(18)에 의해 검출되며, 검출된 광신호의 최대파워는 핀홀(Pin hole)(19)을 이용하여 미세 조절을 확인하고, 이값을 기준으로 스테이지 이동에 따른 파워의 변화를 묘화공정 중 계속 검출하여 그 차이를 컴퓨터(12)를 통해 압전변환기(PZT)(20)에 피드백시켜서 줌대물렌즈(16)의 위치를 순간적으로 미세 조정하여 항상 일정한 파워를 가지도록 하여 초점거리를 유지할 수 있도록 작용한다.
도 6 은 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작 장치의 레이저빔을 나타낸 일실시예 설명도로서, 사용되는 레이저 광원의 레이저 도넛형 빔 모드(TEM01 mode) 형상을 나타낸다.
광도파로 코어의 굴절률 분포는 특정지점에서 광반응 고분자 재료가 받는 에너지의 총량에 의해 결정되며, 묘화에 사용된 빔의 강도분포를 빔의 진행방향에 대해 적분함으로써 구할 수 있다.
도 7 은 본 발명에 따른 레이저빔 모드의 종류에 따른 도파로 폭 방향의 노광량을 나타낸 일실시예 설명도이다.
도 7 은 단일 가우시안 빔, 도넛 형태의 빔에 의해 광도파로가 받는 에너지 분포를 모의 전산실험으로 계산하여 비교 도시한 그래프이다.
도 7 에 도시된 바와 같이, 광반응 고분자의 굴절률 변화는 굴절률 변화의 포화 영역에 이르기 전에는 선형에 가까운 변화를 보이기 때문에 광도파로가 받는 에너지 분포는 굴절률 변화와 형태를 같이한다. 따라서 도넛 형태의 빔으로 광도파로 코어의 경계를 계단형에 가깝게 구현할 수 있다.
구체적인 모의실험 조건을 살펴보면, 단일 가우시안 그래프는 지름 6㎛의 단일 가우시안 빔에 의해 형성된 광도파로의 굴절률 분포를 도시한 것이고, TEM01 모드를 나타내는 그래프는 종래 기술에 의하여 광도파로 측면 굴절률 분포를 개선하기 위하여, 도넛 형태의 빔(TEM01 mode)을 이용한 경우를 도시하고 있다.
도 7 의 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 도넛 형태의 빔에 의해 생성된 광도파로의 굴절률 분포는 단일 가우시안에 비해 탁월하게 계단 형에 가까운 굴절률 분포를 형성함을 확인할 수 있으며, 빔 크기와 간격은 필요에 따라서 조절할 수 있다.
도 8 은 본 발명에 따른 고분자 평면형 광도파로 제작 장치를 이용한 다중모드 광도파로를 구현하는 방법에 대한 일실시예 설명도로서, 도파로 폭과 깊이에 따라 수회 빔의 위치와 초점거리를 압전변환기(PZT)(14)와 마이크로 스테이지(13)를 이용하여 컴퓨터(12)로 구동/제어하여 묘화함으로써 한번에 묘화한 광도파로보다 굴절률 분포가 개선된 다중모드 광도파로 구현이 가능하다.
본 발명에서는 상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 기판 위에 클래드 재료를 코팅하는 단계와 클래드 재료 위에 코어층 재료로서 광반응성 고분자를 코팅하는 단계와 레이저빔을 이용하여 광도파로를 형성하는 직접묘화단계를 포함하되, 정밀하고 재현성 있는 광도파로의 구현을 위해 레이저빔의 스팟 사이즈(Spot Size) 조절기능과 공정 중 초점을 자동으로 유지할 수 있는 기능을 포함한 고분자 평면형 광도파로 제작 방법을 제공한다.
즉, 광도파로를 제작하기 위해 평면 기판 위에 클래드 재료를 코팅하고, 클래드 재료 위에 코어층 재료로서 광반응성 고분자를 요구되는 광도파로 단면의 높이만큼 코팅한다. 그리고 레이저 직접묘화를 위해 레이저빔을 코어층 재료 위에 집속시키고, 빔크기를 요구되는 도파로 크기만큼 조절한다.
그리고 고분자 기판이 놓여있는 스테이지를 움직여서 광도파로 패턴을 묘화시킨다. 레이저빔에 노출된 패턴은 노출되지 않은 재료보다 굴절률이 높아지며, 전반사의 원리에 의해 광도파로 기능을 가진다.
한편, 본 발명은 기존의 레이저 직접묘화 장치가 가지는 코어의 측면 굴절률 분포 개선을 위해 TEM01 모드의 레이저 광원을 사용하고, 묘화 장치를 구성함에 있어 정밀하고 재현성 있는 광도파로 제작을 위해 레이저 광원에서 나오는 레이저빔을 평행광으로 유지할 수 있도록 만들고, 요구되는 광도파로의 폭에 따라 줌기능이 가능한 광학계를 이용히여 레이저빔의 초점을 조절하여 레이저빔의 스팟 사이즈(Spot Size)를 제어할 수 있도록 하였으며, 묘화공정 중 기판 표면의 굴곡에 의한 높이 차이를 보정해 주는 자동초점기능을 제공한다.
또한 본 발명에 따른 장치를 이용하여 적절한 빔의 스팟 사이즈(Spot Size)를 조절하여 50㎛ 이상의 다중모드 광도파로를 묘화하는데 있어, 수차례 초점거리를 이동 조절하여 중첩 묘화하는, 굴절률 분포가 개선된 레이저 직접묘화기법을 제공한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 리소그래피 공정에서와 같은 마스크나 노광 공정이 필요없고, 핫 엠보싱 기법에서와 같이 코어를 형성해야 하는 별도의 후공정이 필요 없게 된다. 또한 설계된 형상을 따라 레이저빔을 직접 조사하여 도파로를 형성하기 때문에 공정을 단순화시킬 수 있으며, 어떠한 복잡한 광도파로 형상도 짧은 시간 안에 경제적으로 구현할 수 있다. 따라서 단일모드, 다중모드 형태의 직선, 곡선 광도파로 뿐만 아니라 파장분할다중화(WDM) 등 다양하고 복잡한 구조의 평면형 광도파로 소자를 간단하고, 정밀하게 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 광반응성 고분자 기판, 상기 광반응성 고분자 기판을 이송하기 위한 이송 스테이지, 및 줌기능이 있는 줌대물렌즈를 구비한 광도파로 제작 장치에 있어서,
    레이저빔을 출력하기 위한 레이저 광원;
    상기 레이저 광원에서 출력된 레이저빔의 광출력을 조절하고 변조하기 위한 변조수단;
    상기 변조수단에서 출력된 빔의 노이즈를 제거하고 평행광을 확보하기 위한 렌즈부;
    상기 렌즈부에서 출력된 빔의 경로를 변경시키기 위한 반사수단;
    상기 반사수단에서 출력된 빔을 분리하기 위한 빔분리수단;
    레이저빔의 경로차를 이용한 간섭무늬 형성을 통해 묘화공정 전에 초점을 확인할 수 있도록 하기 위한 초점확인수단;
    광파워를 검출하기 위한 수광소자;
    상기 변조수단과 상기 이송 스테이지를 제어하고, 상기 수광소자로부터 파워값을 입력받아 상기 입력받은 파워값의 변화에 따라 압전변환수단을 구동·제어하기 위한 제어수단; 및
    상기 제어수단으로부터의 구동제어신호에 따라 상기 줌대물렌즈의 위치를 순간적으로 미세조정하기 위한 상기 압전변환수단
    을 포함하는 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광원에서 출력되는 레이저빔은,
    실질적으로, TEM01모드인 것을 특징으로 하는 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는,
    상기 레이저 광원과 상기 변조수단을 거쳐 나온 빔을 제 1 렌즈로 입사시켜 빔의 크기를 줄인 후에, 미세한 핀홀(Pin hole)을 통과시켜 노이즈를 제거한 다음에, 다시 상기 제 1 렌즈와 반대형상의 제 2 렌즈를 통과시켜 빔을 평행광으로 만드는 것을 특징으로 하는 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 줌대물렌즈는,
    광도파로의 폭에 따라 상기 광반응성 고분자 기판의 표면에 집속되는 레이저빔의 크기를 미세 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 빔분리수단은,
    상기 반사수단에서 출력되어 입사되는 레이저빔을 두 개의 빔으로 분리하고, 다시 반사에 의해 합해진 이들 빔을 상기 초점확인수단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광소자는,
    상기 광반응성 고분자 기판의 표면의 불균일에 의한 높이 차이를 보정하기 위해 별도의 추가 광원을 이용하지 않고, 상기 광반응성 고분자 기판에서 반사되는 레이저빔의 광파워를 검출하여 상기 제어수단으로 출력하는 것을 특징으로 하는 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어수단은,
    상기 수광소자로부터 입력되는 광파워를 모니터링하고 상기 모니터링한 결과를 이용하여 상기 압전변환수단을 제어하여 광파워가 자동으로 일정하게 유지되도록 하고 묘화공정 중 일정한 초점거리를 확보하여 자동으로 초점이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 레이저 묘화 기법을 이용한 고분자 평면형 광도파로 제작 장치.
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