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KR100803288B1 - 폴리머 집광 도파로 격자 커플러 및 광 ｐｃｂ - Google Patents

폴리머 집광 도파로 격자 커플러 및 광 ｐｃｂ Download PDF

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KR100803288B1
KR100803288B1 KR1020060130824A KR20060130824A KR100803288B1 KR 100803288 B1 KR100803288 B1 KR 100803288B1 KR 1020060130824 A KR1020060130824 A KR 1020060130824A KR 20060130824 A KR20060130824 A KR 20060130824A KR 100803288 B1 KR100803288 B1 KR 100803288B1
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KR
South Korea
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polymer
core layer
optical
region
cladding layer
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KR1020060130824A
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English (en)
Inventor
오범환
양정수
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 폴리머 집광 도파로 격자 커플러 및 광 PCB에 관한 것으로서, 실리콘 기판에 광 도파로인 코어 상부면 또는 상부 클래딩층의 상부면에 폴리머로 일정 주기 및 곡률을 가지는 다수의 격자를 엠보싱 공정을 이용하여 형성시킴으로써, 공정이 용이하도록 간소화되어 원가를 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 대량 생산이 가능하고, 사출 및 스핀 코팅 방법으로 적층되는 폴리머층 두께의 조절이 용이하고, 코어의 일정 부분을 테이퍼진 형상의 모드 어답터로 형성시켜 격자 영역에 결합시킴으로써, 격자 영역을 소형화하여 집적 효율을 높일 수 있으므로 초고밀도 집적화에 이용 가능하고, 광 다이오드 및 집광 소자와의 효율적인 광결합이 가능하며, 광통신을 위한 광 PCB의 광 송신부 및 광 수신부의 광신호 수직 결합에 이용될 수 있는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러 및 광 PCB을 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 실리콘 기판; 상기 기판의 상부면에 증착되는 실리카 클래딩층; 상기 하부 클래딩층의 상부면에 빔이 도파할 수 있는 광 도파로인 실리콘 코어층; 상기 코어층를 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합시키는 격자 영역을 포함하는 폴리머 코어층; 으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
수직 광 커플러, 광도파로, 광 PCB, 폴리머, 격자

Description

폴리머 집광 도파로 격자 커플러 및 광 ＰＣＢ{Polymer Focusing Optical Grating Coupler and Optical Printed Circiut Board}
도 1은 본 발명에 따른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러의 개략적인 사시도 및 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러의 개략적인 사시도 및 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러의 개략적인 사시도 및 단면도.
도 4는 본 발명의 폴리머 집광 도파로 격자 커플러를 이용한 광 PCB의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러를 이용한 광 PCB의 개략적인 단면도.
<도면의 도면 부호에 대한 간단한 설명>
1, 2, 3, 80, 80': 폴리머 집광 도파로 격자 커플러
4, 5: 광 PCB 10: 기판
20: 클래딩층 20': 하부 클래딩층
30: 실리콘 코어층 31: 모드 어댑터
32: 자유도파영역 40': 폴리머 상부 클래딩층
40, 43: 폴리머 코어층 41: 격자 영역
50: 광 발신기 51: 드라이버 IC
60: 광 수신기 61: 수신기 IC
70: PCB 81: 폴리머 코어층
82: 폴리머 클래딩층 83: 격자 영역
본 발명은 폴리머 집광 도파로 격자 커플러 및 광 PCB에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 기판에 광 도파로인 코어 상부면 또는 상부 클래딩층의 상부면에 폴리머로 일정 주기 및 곡률을 가지는 다수의 격자를 엠보싱 공정을 이용하여 형성시킴으로써, 공정이 용이하도록 간소화되어 원가를 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 대량 생산이 가능하고, 사출 및 스핀 코팅 방법으로 적층되는 폴리머층 두께의 조절이 용이하고, 코어의 일정 부분을 테이퍼진 형상의 모드 어답터로 형성시켜 격자 영역에 결합시킴으로써, 격자 영역을 소형화하여 집적 효율을 높일 수 있으므로 초고밀도 집적화에 이용 가능하고, 광 다이오드 및 집광 소자와의 효율적인 광 결합이 가능하며, 광통신을 위한 광 PCB의 광 송신부 및 광 수신부의 광신호 수직 결합에 이용될 수 있는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러 및 광 PCB에 관한 것이다.
일반적으로, 집광 도파로 격자 커플러는 실리콘에 기반하여 생성되어 특정 파장 및 신호를 가지는 빔(Beam)을 도파할 수 있는 도파로와 상기 도파로를 통하여 입사되는 빔을 수직 방향의 초점으로 도파 및 결합되도록 상기 도파로의 상부면에 형성되는 일정 주기 및 곡률의 격자 영역으로 이루어져, 수직 방향의 초점인 광 다이오드 등으로 상기 빔을 추출하는 광 픽업 헤드 등에 이용된다.
그리고, 상기 집광 도파로 격자 커플러는 회절 격자를 이용하여 평행광을 회절시키고, 집속하여 광 다이오드에서 검출가능하도록 이루어지는데, 두꺼운 구면을 가지는 렌즈 형태를 격자 형태를 갖는 평면으로 대체함으로써, 구면 렌즈의 대체물로 사용되었다.
그러나, 상기 집광 도파로 격자 커플러는 광신호를 검출함에 있어, 광 도파로로부터 격자 영역으로 결합되는 광 커플링 효율이 낮고, 마이크로단위의 주기 및 일정 곡률을 가지는 격자를 형성시키는 공정이 복잡하여 단가 상승과 동시에 집적화 및 소형화시키기 용이하지 못하였으며, 이에 따라 전자소자 및 광소자를 동시에 집적시키는 광통신에 적용하기 어려운 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 실리콘 기판에 광 도파로인 코어 상부면 또는 상부 클래딩층의 상부면에 폴리머로 일정 주기 및 곡률을 가지는 다수의 격자를 엠보싱 공정을 이용하여 형성시킴으로써, 공정이 용이하도록 간소화되어 원가를 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 대량 생산이 가능하고, 사출 및 스핀 코팅 방법으로 적층되는 폴리머층 두께의 조절이 용이하고, 코어의 일정 부분을 테이퍼진 형상의 모드 어답터로 형성시켜 격자 영역에 결합시킴으로써, 격자 영역을 소형화하여 집적 효율을 높일 수 있으므로 초고밀도 집적화에 이용 가능하고, 광 다이오드 및 집광 소자와의 효율적인 광결합이 가능하며, 광통신을 위한 광 PCB의 광 송신부 및 광 수신부의 광신호 수직 결합에 이용될 수 있는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러 및 광 PCB를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실리콘 기판; 상기 기판의 상부면에 증착되는 실리카 클래딩층; 상기 하부 클래딩층의 상부면에 빔이 도파할 수 있는 광 도파로인 실리콘 코어층; 상기 코어층를 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합시키는 격자 영역을 포함하는 폴리머 코어층; 으로 이루어진다.
그리고, 상기 격자 영역은 폴리머 코어층의 상부면에 소정의 주기를 갖는 다수의 격자로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실리콘 코어층의 일측을 테이퍼진 형상으로 단면적을 감소시켜 모드 어댑터를 형성하고, 상기 격자 영역에 빔을 결합시키는 것을 특징으로 한다.
더불어, 광이 도파되기 위하여 상기 실리콘 코어층 및 폴리머 코어층의 굴절율은 상기 클래딩층의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
한편, 실리콘 기판; 상기 기판의 상부면에 증착되는 실리카 하부 클래딩층;상기 하부 클래딩층의 상부면에 빔이 도파할 수 있는 광 도파로인 실리콘 코어층; 하부면에 폴리머 코어층을 형성시켜 상기 코어층를 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합시키는 격자 영역을 포함하는 폴리머 상부 클래딩층; 으로 이루어진다.
그리고, 광이 도파되기 위하여 상기 실리콘 코어층 및 폴리머 코어층의 굴절율은 상기 클래딩층의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 격자 영역은 폴리머 코어층의 상부면에 소정의 주기를 갖는 다수의 격자로 형성되는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 실리콘 코어층의 일측을 테이퍼진 형상으로 단면적을 감소시켜 모드 어댑터를 형성하고, 상기 격자 영역에 빔을 결합시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 실리콘 코어층의 일측을 부채꼴 형상으로 단면적을 증가시켜 자유도파영역을 형성하고, 상기 격자 영역에 빔을 균일하게 결합시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 드라이버 IC의 전기신호를 광신호로 변환하는 광 발신기; 상기 광신호를 전기신호로 변환하여 수신기 IC로 전송하는 광 수신기; 및 PCB의 상부면에 빔을 도파할 수 있도록 형성되는 광 도파로인 폴리머 코어층과, 상기 폴리머 코어층을 감싸도록 형성되되, 상기 폴리머 코어층을 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합시키는 격자 영역을 포함하는 폴리머 클래딩층으로 이루어져, 상기 광 발신기로부터 광 수신기로 빔을 수직 결합시키는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러; 를 포함한다.
여기서, 상기 격자 영역은 폴리머 클래딩층의 상부면에 소정의 주기를 갖는 다수의 격자로 형성되되, 일정 방향으로 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 한다.
한편, 드라이버 IC의 전기신호를 광신호로 변환하는 광 발신기; 상기 광신호를 전기신호로 변환하여 수신기 IC로 전송하는 광 수신기; 및 PCB의 상부면에 빔을 도파할 수 있도록 형성되는 광 도파로인 폴리머 코어층과, 상기 폴리머 코어층의 상부면에 상기 코어층을 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합되도록 형성되는 격자 영역으로 이루어지는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러; 를 포함한다.
그리고, 상기 격자 영역은 폴리머 코어층의 상부면에 소정의 주기를 갖는 다수의 격자로 형성되되, 일정 방향으로 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러의 개략적인 사시도 및 단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(Polymer Focusing Optical Waveguide Grating Coupler, 1)를 도시한 (가)는 장방형의 실리콘(Si) 기판(10)과 상기 기판(10)의 상부면의 증착되는 실리카(SiO2) 클래딩층(Slica Cladding Layer, 20)과, 상기 클래딩층(20)의 상부면에 빔이 도파할 수 있는 광 도파로(Optical Waveguide)인 실리콘 코어층(Slicon Core Layer, 30)과 상기 코어층(30)을 통하여 입사되는 빔을 상부 수직으로 결합시키는 격자 영역(Grating Region, 41)를 포함하는 폴리머 코어층(Polymer Core Layer, 40)으로 이루어진다.
여기서, 상기 격자 영역(41)은 상기 폴리머 코어층(40)의 상부면 일정 영역에 소정의 주기 및 일정한 곡률을 가지는 다수의 격자로 형성된다.
또한, 상기 격자 영역(41) 측의 상기 실리콘 코어층(30)의 일측을 테이퍼진 형상으로 단면적을 감소시키고, 상기 테이퍼진 영역으로 이종 광 도파로 간의 모드를 대응되도록 형성하는 모드 어댑터(Mode Adaptor, 31)를 형성시켜 상기 격자 영역(41)에 빔을 결합시키는데, 상기 단면적이 감소된 실리콘 코어층(30)에 따라 상기 격자 영역(41)의 일정 면적이 감소되어 소형화 및 집적화를 가능케한다.
그리고, 광 및 빔이 도파되기 위하여 상기 실리콘 코어층(30) 및 폴리머 코어층(40)의 굴절율은 상기 클래딩층(20)의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(1)의 제1영역 및 2 영역의 단면을 도시한 (나)를 보면, 상기 (나)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(1)의 종단면을 도시하며, 최하단면에 실리콘인 기판(10)이 위치하고, 상기 기판(10)의 상부면에 실리카로 이루어지는 클래딩층(20)이 증착되며, 상기 클래딩층(20)의 상부면 중심에 일정 폭(Width)을 가지는 실리콘 코어층(30)이 일정 길이로 형성된다.
그리고, 상기 실리콘 코어층(30)은 제2 영역까지의 길이로 형성되는데, 상기 실리콘 코어층(30)의 단부로부터 방출되는 빔은 폴리머로 이루어지는 폴리머 코어 층(40)을 따라 순차적으로 수직 방출 및 결합되도록 이루어진다.
여기서, 상기 폴리머 코어층(40)의 상부면에 엠보싱 공정으로 상기 격자 영역(41)을 형성시키는데, 상기 격자 영역(41)은 소정의 주기 및 곡률인 비균일 주기(Curved and Chirped Grating)의 특성을 가진다.
또한, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(1)의 제2 영역의 단면을 도시한 (다)를 보면, 상기 (다)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(1)의 횡단면도를 나타는데, 상기 제2 영역에서 상기 폴리머 코어층(40)이 실리콘 코어층(30)의 상부 및 양측을 감싸는 형상이며, 상기 실리콘 코어층(30)은 모드 어댑터(31)의 테이퍼진 형상으로 단면적이 감소한다.
그리고, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(1)의 제3 영역의 단면을 도시한 (라)를 보면, 상기 (라)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(1)의 횡단면도를 나타내는데, 상기 제3 영역에서 상기 폴리머 코어층(40)이 실리콘 코어층(30)의 상부 및 양측에 존재하지 않는 길이로 형성되기 때문에, (라)의 상부면은 상기 폴리머 코어층(40)이 삭제되고, 실리콘 코어층(30)이 최상부면에 존재하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러의 개략적인 사시도 및 단면도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(2)를 도시한 (가)는 장방형의 실리콘(Si) 기판(10)과 상기 기판(10)의 상부면의 증착되는 실리카(SiO2) 하부 클래딩층(Slica Lower Cladding Layer, 20')과, 상기 하부 클래딩층(20')의 상부면에 빔(Beam)이 도파할 수 있는 광 도파로(Optical Waveguide)인 실리콘 코어층(Slicon Core Layer, 30)과, 하부면에 폴리머 코어층(43)을 형성시켜 상기 실리콘 코어층(30)을 통하여 입사되는 빔을 상부 수직으로 결합시키는 격자 영역(Grating Region, 41)을 포함하는 폴리머 상부 클래딩층(Polymer Upper Cladding Layer, 40')으로 이루어진다.
여기서, 상기 격자 영역(41)은 상기 폴리머 상부 클래딩층(40')의 상부면 일정 영역에 소정의 주기 및 일정한 곡률을 가지는 다수의 격자로 형성된다.
또한, 상기 격자 영역(41) 측의 상기 실리콘 코어층(30)의 일측을 테이퍼진 형상으로 단면적을 감소시키고, 상기 테이퍼진 영역으로 이종 광 도파로 간의 모드를 대응되도록 형성하는 모드 어댑터(Mode Adaptor, 31)를 형성시켜 상기 격자 영역(41)에 빔을 결합시키는데, 상기 단면적이 감소된 실리콘 코어층(30)에 따라 상기 격자 영역(41)의 일정 면적이 감소되어 소형화 및 집적화를 가능케한다.
그리고, 광 및 빔이 도파되기 위하여 상기 실리콘 코어층(30) 및 폴리머 코어층(43)의 굴절율은 상기 폴리머 상부 클래딩층(40')과 하부 클래딩층(20')의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(2)의 제1영역 및 2 영역의 단면을 도시한 (나)를 보면, 상기 (나)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(2)의 종단면을 도시하는데, 최하단면에 실리콘인 기판(10)이 위치하고, 상기 기판(10)의 상부면에 실리카로 이루어지는 클래딩층(20)이 증착되며, 상기 클래딩층(20)의 상부면 중심에 일정 폭(Width)을 가지는 실리콘 코어층(30)이 일정 길이로 형성된다.
그리고, 상기 실리콘 코어층(30)은 제2 영역까지의 길이로 형성되는데, 상기 실리콘 코어층(30)의 단부로부터 방출되는 빔은 폴리머로 이루어지는 폴리머 코어층(43) 및 폴리머 상부 클래딩층(40')을 따라 순차적으로 수직 방출 및 결합되도록 이루어진다.
여기서, 상기 폴리머 상부 클래딩층(40')의 상부면에 엠보싱 공정으로 상기 격자 영역(41)을 형성시키는데, 상기 격자 영역(41)은 소정의 주기 및 곡률인 비균일 주기(Curved and Chirped Grating)의 특성을 가진다.
또한, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(2)의 제2 영역의 단면을 도시한 (다)를 보면, 상기 (다)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(2)의 횡단면을 도시하는데, 상기 제2 영역에서 상기 폴리머 코어층(43)으로 코어층(30)의 상부 및 양측을 감싸는 형상이며, 상기 폴리머 코어층(43)의 상부면은 상기 폴리머 상부 클래딩층(40')으로 감싸도록 형성되고, 상기 실리콘 코어층(30)은 모드 어댑터(31)의 테이퍼진 형상으로 단면적이 감소한다.
그리고, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(2)의 제3 영역의 단면을 도시한 (라)를 보면, 상기 (다)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(2)의 횡단면을 도시하는데, 상기 제3 영역에서 상기 폴리머 코어층(43) 및 폴리머 상부 클래딩층(40')이 실리콘 코어층(30)의 상부 및 양측에 존재하지 않는 길이로 형성되기 때문에, (라)의 상부면은 상기 폴리머 코어층(40)이 삭제되고, 실리콘 코어층(30)이 최상부면에 존재하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러의 개략적인 사시도 및 단면도이다. 도면에서 도시된 바와 같이, 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(3)를 사시도로 도시한 (가)는 장방형의 실리콘(Si) 기판(10)과 상기 기판(10)의 상부면의 증착되는 실리카(SiO2) 하부 클래딩층(Slica Lower Cladding Layer, 20')과, 상기 하부 클래딩층(20')의 상부면에 빔이 도파할 수 있는 광 도파로(Optical Waveguide)인 실리콘 코어층(Slicon Core Layer, 30)과, 하부면에 폴리머 코어층(43)을 형성시켜 상기 실리콘 코어층(30)을 통하여 입사되는 빔을 상부 수직으로 결합시키는 격자 영역(Grating Region, 41)을 포함하는 폴리머 상부 클래딩층(Polymer Upper Cladding Layer, 40')으로 이루어진다.
여기서, 상기 격자 영역(41)은 상기 폴리머 상부 클래딩층(40')의 상부면 일정 영역에 소정의 주기 및 일정한 곡률을 가지는 다수의 격자로 형성된다.
또한, 상기 격자 영역(41) 측의 상기 실리콘 코어층(30)의 일측을 부채꼴 형상으로 단면적을 증가시켜 자유도파영역(Free Propagation Region, 32)을 형성하고, 상기 격자 영역(41)에 상기 실리콘 코어층(30)으로부터 도파되는 광신호 및 빔이 균일하게 분포되도록 결합시키는데, 상기 단면적이 증가된 실리콘 코어층(30)에 따라 결합 효율을 증가시켜 성능을 개선한다.
여기서, 상기 격자 영역(41) 측의 상기 실리콘 코어층(30)의 일측의 자유도파영역(32)의 일부는 상기 격자 영역(41)와 겹치도록 위치되고, 상기 실리콘 코어층(30)의 타측에 폭이 좁아지는 부분으로부터 소정 길이 떨어져서 제2 영역과 제3 영역의 경계를 이룬다.
그리고, 광 및 빔이 도파되기 위하여 상기 실리콘 코어층(30) 및 폴리머 코어층(43)의 굴절율은 상기 폴리머 상부 클래딩층(40')과 하부 클래딩층(20')의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(3)의 제1 영역의 단면을 도시한 (나)를 보면, 상기 (나)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(3)의 횡단면을 도시하는데, 최하단면에 실리콘인 기판(10)이 위치하고, 상기 기판(10)의 상부면에 실리카로 이루어지는 클래딩층(20)이 증착되며, 상기 클래딩층(20)의 상부면 중심에 상기 자유도파영역(32)으로 일정 폭 증가된 실리콘 코어층(30)이 일정 길이로 형성된다.
그리고, 상기 실리콘 코어층(30)은 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(3)의 배면의 제1 영역으로부터 소정 길이의 간극을 두고 형성되는데, 상기 실리콘 코어층(30)의 단부로부터 방출되는 빔은 폴리머로 이루어지는 폴리머 코어층(43) 및 폴리머 상부 클래딩층(40')을 따라 순차적으로 수직 방출 및 결합되도록 이루어진다.
여기서, 상기 폴리머 상부 클래딩층(40')의 상부면에 엠보싱 공정으로 상기 격자 영역(41)을 형성시키는데, 상기 격자 영역(41)은 소정의 주기 및 곡률인 비균일 주기(Curved and Chirped Grating)의 특성을 가진다.
또한, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(3)의 제2 영역의 단면을 도시한 (다)를 보면, 상기 (다)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(3)의 횡단면을 도 시하는데, 상기 제2 영역에서 상기 폴리머 코어층(43)으로 코어층(30)의 상부 및 양측을 감싸는 형상이며, 상기 폴리머 코어층(43)의 상부면은 상기 폴리머 상부 클래딩층(40')으로 감싸도록 형성되고, 상기 실리콘 코어층(30)은 자유도파영역(32)이 존재하며, 소정 폭(Width) 감소되는 부채꼴의 중심 모양으로 형성된다.
그리고, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(3)의 제3 영역의 단면을 도시한 (라)를 보면, 상기 (라)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(3)의 횡단면을 도시하는데, 상기 제3 영역에서 상기 폴리머 코어층(43) 및 폴리머 상부 클래딩층(40')이 실리콘 코어층(30)의 상부 및 양측에 존재하지 않는 길이로 형성되기 때문에, (라)의 상부면은 상기 폴리머 코어층(40)이 삭제되고, 실리콘 코어층(30)이 최상부면에 존재하게 된다.
도 4는 본 발명의 폴리머 집광 도파로 격자 커플러를 이용한 광 PCB의 개략적인 단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, (가)는 광 PCB의 횡단면도이고, (나)는 광 PCB의 종단면도이다. 상기 광 PCB(Optical Printed Circuit Board, 4)는 드라이버 IC(Driver Integrated Circiut, 51)의 전기신호를 광신호로 변환시키는 광 발신기(50)와, 상기 광신호를 전기신호로 변환하여 수신기 IC(Receiver Integrated Circiut, 61)로 전송하는 광 수신기(60)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 PCB(70)의 상부면에 빔을 수직적으로 도파할 수 있도록 형성되는 광 도파로인 폴리머 코어층(81)과, 상기 폴리머 코어층(81)을 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합시키는 격자 영역(83)을 포함하는 폴리머 클래딩층(82)으로 이 루어지는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(80)를 구비하여, 상기 광 발신기(50)로부터 빔을 광 수신기(60)로 수직 결합시킨다.
또한, 상기 격자 영역(83)은 폴리머 클래딩층(82)의 상부면의 소정의 주기 및 곡률을 가지는 다수의 격자로 형성되되, 일정 방향으로 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(A, 80)는 상기 광 발신기(50)로부터 신호 및 데이터가 담긴 광신호 및 빔을 수신하여 다른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(B, 80)로 수직적으로 출력하는 입, 출력 기능을 겸비하는데, 상기 PCB(70)의 상부면에 생성된 광층(Optical Layer)를 통하여 다른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(B, 80)는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(A, 80)로부터 수신한 광신호 및 빔을 입력받고, 상기 광 수신기(60)로 신호 및 데이터가 담긴 광신호 및 빔을 수직적으로 출력한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러를 이용한 광 PCB의 개략적인 단면도이다. (가)는 상기 광 PCB는 횡단면도이며, (나)는 횡 단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 상기 광 PCB(Optical Printed Circuit Board, 5)는 드라이버 IC(Driver Integrated Circiut, 51)의 전기신호를 광신호로 변환시키는 광 발신기(50)와, 상기 광신호를 전기신호로 변환하여 수신기 IC(Receiver Integrated Circiut, 61)로 전송하는 광 수신기(60)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 PCB(70)의 상부면에 빔을 수직적으로 도파할 수 있도록 형성되는 광 도파로인 폴리머 코어층(81)과, 상기 폴리머 코어층(81)의 상부면에 상기 폴리머 코어층(81)을 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합되도록 형성되는 격자 영역(83)으로 이루어지는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(80')를 구비하여, 상기 광 발신기(50)로부터 빔을 광 수신기(60)로 수직 결합시킨다.
또한, 상기 격자 영역(83)은 폴리머 코어층(81)의 상부면의 소정의 주기 및 곡률을 가지는 다수의 격자로 형성되되, 일정 방향으로 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(A, 80')는 상기 광 발신기(50)로부터 신호 및 데이터가 담긴 광신호 및 빔을 수신하여 다른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(B, 80')로 수직적으로 출력하는 입, 출력 기능을 겸비하는데, 상기 PCB(70)의 상부면에 생성된 광층(Optical Layer)를 통하여 다른 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(B, 80')는 상기 폴리머 집광 도파로 격자 커플러(A, 80')로부터 수신한 광신호 및 빔을 입력받고, 상기 광 수신기(60)로 신호 및 데이터가 담긴 광신호 및 빔을 수직적으로 출력한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 실리콘 기판에 광 도파로인 코어 상부면 또는 상부 클래딩층의 상부면에 폴리머로 일정 주기 및 곡률을 가지는 다수의 격자를 엠보싱 공정을 이용하여 형성시킴으로써, 공정이 용이하도록 간소화되어 원가를 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 대량 생산이 가능하고, 사출 및 스핀 코팅 방법으로 적층되는 폴리머층 두께의 조절이 용이하고, 코어의 일정 부분을 테이퍼진 형상의 모드 어답터로 형성시켜 격자 영역에 결합시킴으로써, 격자 영역을 소형화하여 집적 효율을 높일 수 있으므로 초고밀도 집적화에 이용 가능하고, 광 다이오드 및 집광 소자와의 효율적인 광결합이 가능하며, 광통신을 위한 광 PCB의 광 송신부 및 광 수신부의 광신호 수직 결합에 이용될 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims (13)

  1. 실리콘 기판;
    상기 기판의 상부면에 증착되는 실리카 클래딩층;
    상기 하부 클래딩층의 상부면에 빔이 도파할 수 있는 광 도파로인 실리콘 코어층;
    상기 코어층를 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합시키는 격자 영역을 포함하는 폴리머 코어층;
    으로 이루어지는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격자 영역은 폴리머 코어층의 상부면에 소정의 주기를 갖는 다수의 격자로 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 코어층의 일측을 테이퍼진 형상으로 단면적을 감소시켜 모드 어댑터를 형성하고, 상기 격자 영역에 빔을 결합시키는 것을 특징으로 하는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러.
  4. 제1항에 있어서,
    광이 도파되기 위하여 상기 실리콘 코어층 및 폴리머 코어층의 굴절율은 상기 클래딩층의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 하는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러.
  5. 실리콘 기판;
    상기 기판의 상부면에 증착되는 실리카 하부 클래딩층;
    상기 하부 클래딩층의 상부면에 빔이 도파할 수 있는 광 도파로인 실리콘 코어층;
    하부면에 폴리머 코어층을 형성시켜 상기 코어층를 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합시키는 격자 영역을 포함하는 폴리머 상부 클래딩층;
    으로 이루어지는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러.
  6. 제5항에 있어서,
    광이 도파되기 위하여 상기 실리콘 코어층 및 폴리머 코어층의 굴절율은 상기 클래딩층의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 하는 폴리머 집광 도파로 격자 커플 러.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 격자 영역은 폴리머 코어층의 상부면에 소정의 주기를 갖는 다수의 격자로 형성되는 것을 특징으로 하는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 실리콘 코어층의 일측을 테이퍼진 형상으로 단면적을 감소시켜 모드 어댑터를 형성하고, 상기 격자 영역에 빔을 결합시키는 것을 특징으로 하는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 실리콘 코어층의 일측을 부채꼴 형상으로 단면적을 증가시켜 자유도파영역을 형성하고, 상기 격자 영역에 빔을 균일하게 결합시키는 것을 특징으로 하는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러.
  10. 드라이버 IC의 전기신호를 광신호로 변환하는 광 발신기;
    상기 광신호를 전기신호로 변환하여 수신기 IC로 전송하는 광 수신기; 및
    PCB의 상부면에 빔을 도파할 수 있도록 형성되는 광 도파로인 폴리머 코어층과, 상기 폴리머 코어층을 감싸도록 형성되되, 상기 폴리머 코어층을 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합시키는 격자 영역을 포함하는 폴리머 클래딩층으로 이루어져, 상기 광 발신기로부터 광 수신기로 빔을 수직 결합시키는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러;
    를 포함하는 광 PCB.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 격자 영역은 폴리머 클래딩층의 상부면에 소정의 주기를 갖는 다수의 격자로 형성되되, 일정 방향으로 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 하는 광 PCB.
  12. 드라이버 IC의 전기신호를 광신호로 변환하는 광 발신기;
    상기 광신호를 전기신호로 변환하여 수신기 IC로 전송하는 광 수신기; 및
    PCB의 상부면에 빔을 도파할 수 있도록 형성되는 광 도파로인 폴리머 코어층과, 상기 폴리머 코어층의 상부면에 상기 폴리머 코어층을 통하여 입사되는 빔을 수직으로 결합되도록 형성되는 격자 영역으로 이루어지는 폴리머 집광 도파로 격자 커플러;
    를 포함하는 광 PCB.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 격자 영역은 폴리머 코어층의 상부면에 소정의 주기를 갖는 다수의 격자로 형성되되, 일정 방향으로 테이퍼진 형상인 것을 특징으로 하는 광 PCB.
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