(57)【要約】【課題】本発明は光経路の構造が簡単であり、且つ高速スイッチングが可能な光スイッチ素子及びそれらの製造方法を提供する。【解決手段】これらの素子は、第１方向に配置された少なくとも１つの第１光道破路と、前記第１光道破路で前記第１方向と交差する第２方向に接続される少なくとも１つの第２光道破路と、前記第２光導波路が接続される前記第１光導波路内で前記第１方向に透過される光を断続して前記第２方向の前記第２光道破路に選択的に反射する少なくとも１つのスイッチング部とを含む。【選択図】図１
2012027437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に配置された少なくとも１つの第１光導波路と、
前記第１光道破路で前記第１方向と交差する第２方向に接続される少なくとも１つの第２光導波路と、
前記第２光導波路が接続される前記第１光導波路内で前記第１方向に透過される光を断続して前記第２方向の前記第２光道破路に選択的に反射する少なくとも１つのスイッチング部とを含むことを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項２】
前記スイッチング部は光を透過または反射する選択反射部と、前記選択反射部で光の透過及び反射を制御する制御部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ素子。
【請求項３】
前記選択反射部は温度によって屈折率が変わる熱光学ポリマーを含むことを特徴とする請求項２に記載の光スイッチ素子。
【請求項４】
前記第１及び第２光道破路の上下部に配置された上部及び下部クラッドをさらに含み、前記選択反射部は前記第１光導波路内に配置されたコア熱光学ポリマーと、前記上部及び下部クラッド内に配置された上部及び下部熱光学ポリマーとを含むことを特徴とする請求項３に記載の光スイッチ素子。
【請求項５】
前記制御部は前記熱光学ポリマーを加熱するヒータ電極を含むことを特徴とする請求項４に記載の光スイッチ素子。
【請求項６】
前記ヒータ電極はトレンチ内に形成された前記上部熱光学ポリマーより小さい線幅を有し、前記上部クラッド及び前記上部熱光学ポリマー上に配置されることを特徴とする請求項５に記載の光スイッチ素子。
【請求項７】
前記選択反射部は電場の変化に応じて屈折率が変わる電気光学ポリマーを含むことを特徴とする請求項２に記載の光スイッチ素子。
【請求項８】
前記第１及び第２光道破路の上下部に配置された上部及び下部クラッドをさらに含み、前記選択反射部は前記第１光導波路内に配置されたコア電気光学ポリマーと、前記上部及び下部クラッド内に配置された上部及び下部電気光学ポリマーとを含むことを特徴とする請求項７に記載の光スイッチ素子。
【請求項９】
前記制御部は前記電気光学ポリマーに前記電場を印加する上部及び下部電極を含むことを特徴とする請求項８に記載の光スイッチ素子。
【請求項１０】
前記上部電極はトレンチ内に形成された前記上部電気光学ポリマーより小さい線幅を有し、前記上部クラッド及び前記上部電気光学ポリマー上に配置され、前記下部電極は前記下部クラッド及び前記下部電気光学ポリマーの下の全面に配置されることを特徴とする請求項９に記載の光スイッチ素子。
【請求項１１】
前記スイッチング部は、前記第１方向と前記第２方向との間の第３方向に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ素子。
【請求項１２】
１つの前記第１光道破路に前記第２方向にＮ個の前記第２光導波路が接続され、前記スイッチング部は１ＸＮ個数を有することを特徴とする請求項１１に記載の光スイッチ素子。
【請求項１３】
前記第１光導波路は入力端と第１出力端に接続され、前記第２光導波路は第２〜第Ｎ＋１出力端に接続されることを特徴とする請求項１２に記載の光スイッチ素子。
【請求項１４】
前記第１方向に平行なＭ個の前記第１光道破路と、前記第２方向に平行なＮ個の前記第２光道破路がマトリックス状に配列され、前記スイッチング部はＭＸＮ個数を有することを特徴とする請求項１１に記載の光スイッチ素子。
【請求項１５】
前記第１光道破路はＭ個の入力端にそれぞれ接続され、前記第２光道破路はそれぞれＮ個の出力端に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の光スイッチ素子。
【請求項１６】
前記第１方向に配置された複数の前記第１光道破路が前記第２光道破路によって互いに接続され、前記複数の第１光道破路内で一対の前記スイッチング部は互いに平行に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ素子。
【請求項１７】
基板上で下部クラッドを形成する段階と、
前記下部クラッド上に第１光道破路と第２光道破路とを形成する段階と、
前記第１光導波路及び前記第２光導波路上に上部クラッドを形成する段階と、
前記上部クラッドと前記第１光道破路とを貫通して前記下部クラッドを露出させる底を有するトレンチを形成する段階と、
前記トレンチ内に選択反射部を形成する段階と、
前記選択反射部上に電極を形成する段階とを含むことを特徴とするスイッチ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記選択反射部の形成段階は、
前記トレンチの底で前記下部クラッドの上部表面と同一のレベルを有する下部反射部を形成する段階と、
前記下部反射部上で前記第１光導波路及び前記第２光道破路と同一のレベルを有するコア反射部を形成する段階と、
前記コア反射部上で前記上部クラッドと同一のレベルを有する上部反射部を形成する段階とを含むことを特徴とする請求項１７に記載の光スイッチ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記基板と前記下部クラッドとの間に下部電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の光スイッチ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ素子及びその製造方法に係り、より具体的には、光通信システムに用いられる光スイッチ素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近光通信システムの大容量、高速化及び高機能化に対する要求が急激に高くなっている。例えば、光通信システムの一例として、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式の光通信システム及びＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）方式の光通信システムなどがある。例えば、ＲＯＡＤＭ方式の光通信システムは多いチャンネルを同時に接続することなどの長所によってネットワーク（Ｎｅｔｗｏｒｋ）の活用度を増加させることができ、さらに、費用減少、及びネットワーク構造の単純化も可能である。
【０００３】
光スイッチ素子は、このような光通信システムを構成する重要な要素の１つである。光スイッチ素子は光減衰及び経路変更を通じて光をスイッチングすることができる。例えば、外部調節によって光スイッチ素子を通過する光信号の強度が減衰するか、または光経路が変更されうる。光スイッチ素子は光信号の減衰程度及び光経路変更を利用して前記光信号をスイッチングすることができる。
【０００４】
しかし、光通信産業の発展によって、光通信システムは多様な機能の光スイッチ素子を要求している。これによって、新しい機能を実行する光スイッチに対する多い研究が進行されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国特許第１０−３５０４１３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔａｋａｓｈｉ  Ｇｏｈ，  Ａｋｉｒａ  Ｈｉｍｅｎｏ，  Ｍａｓａｙｕｋｉ  Ｏｋｕｎｏ  ａｎｄ  Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ｔａｋａｈａｓｈｉ，  Ｈｉｇｈ−Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ  ａｎｄ  Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ  Ｓｉｌｉｃａ  −Ｂａｓｅｄ  ８×８  Ｔｈｅｒｍｏｏｐｔｉｃ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｓｗｉｔｃｈ，”  ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．，  ｖｏｌ．１０，  Ｎｏ．３，  １９９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、光経路の変更構造が簡単であり、且つ小さいサイズの光スイッチ素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の課題は、光損失を最小化することができる光スイッチ素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のまた他の課題は、高速スイッチングが可能な光スイッチ素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の光スイッチ素子は、第１光導波路と第２光導波路との間で熱または電場によって屈折率が変わる光を選択的に透過及び反射するスイッチング部を含む。光スイッチ素子は、第１方向に配置された少なくとも１つの第１光導波路と、前記第１光道破路で前記第１方向と交差する第２方向に接続される少なくとも１つの第２光導波路と、前記第２光導波路が接続される前記第１光導波路内で前記第１方向に透過される光を断続し、前記第２方向の前記第２光道破路に選択的に反射する少なくとも１つのスイッチング部とを含む。
【００１１】
本発明の一実施例によると、前記スイッチング部は光を透過または反射する選択反射部と、前記選択反射部で光の透過及び反射を制御する制御部とを含むことができる。前記選択反射部は温度または電場によって屈折率が変わることができる。前記スイッチング部は前記選択反射部と前記第１光導波路の境界面で前記屈折率によって変わる光の臨界角を制御することができる。
【００１２】
本発明の他の実施例によると、前記選択反射部は温度によって屈折率が変わる熱光学ポリマーを含むことができる。前記熱光学ポリマーは温度によって屈折率が変わることができる。前記熱光学ポリマーは常温で第１光道破路のシリカまたはシリコン酸化物と同一の屈折率を有することができる。前記熱光学ポリマーは第１光道破路で進行される光を屈折及び透過させることができる。前記熱光学ポリマーは高温で前記シリカまたは前記シリコン酸化物より低い屈折率を有する。前記熱光学ポリマーは第１光道破路で進行される光を全反射させることができる。したがって、前記選択反射部は温度によって光を透過または全反射させることができる。前記第１及び第２光道破路の上下部に配置された上部及び下部クラッドをさらに含み、前記選択反射部は前記第１光導波路内に配置されたコア熱光学ポリマーと、前記上部及び下部クラッド内に配置された上部及び下部熱光学ポリマーを含むことができる。
【００１３】
本発明の一実施例によると、前記制御部は前記熱光学ポリマーを加熱するヒータ電極を含むことができる。前記ヒータ電極は前記上部熱光学ポリマーより小さい線幅を有し、前記上部クラッド及び前記上部熱光学ポリマー上に配置することができる。前記ヒータ電極は前記熱光学ポリマーの加熱を制御することができる。したがって、前記ヒータ電極は前記熱光学ポリマーの透過及び全反射を制御することができる。
【００１４】
本発明の他の実施例によると、前記選択反射部は電場の変化によって屈折率が変わる電気光学ポリマーを含むことができる。前記電気光学ポリマーは電場の方向及び大きさによって屈折率がはやく変わる物質を含むことができる。電気光学ポリマーは第１光道破路のシリカまたはシリコン酸化物と屈折率が同一であれば、光を透過させることができる。電気光学ポリマーはシリカまたはシリコン酸化物より屈折率が顕著に低ければ、光を全反射させることができる。前記第１及び第２光道破路の上下部に配置された上部及び下部クラッドをさらに含み、前記選択反射部は前記第１光導波路内に配置されたコア電気光学ポリマーと、前記上部及び下部クラッド内に配置された上部及び下部電気光学ポリマーとを含むことができる。
【００１５】
本発明の一実施例によると、前記制御部は前記電気光学ポリマーの上下部で前記電場を印加する上部電極及び下部電極を含むことができる。上部電極及び下部電極には高周波電気信号を印加することができる。したがって、前記電気光学ポリマーは高周波電気信号によって前記上部電極及び下部電極の間ではやく可変する電場から光の透過及び反射が高速スイッチングされうる。前記上部電極は前記上部電気光学ポリマーより小さい線幅を有し、前記上部クラッド及び前記上部電気光学ポリマー上に配置し、前記下部電極は前記下部クラッド及び前記下部電気光学ポリマー下の全面に配置することができる。
【００１６】
本発明の他の実施例によると、前記スイッチング部は前記第１方向と前記第２方向のとの間の第３方向に配置することができる。
【００１７】
本発明の一実施例によると、１つの第１光道破路に第２方向にＮ個の前記第２光導波路が接続され、前記スイッチング部は１ＸＮ個数を有することができる。１ＸＮ個の前記スイッチング部は前記第１光道破路で前記第２光導波路が接続される毎に前記第３方向に配置できる。前記第１光導波路は前記入力端と第１出力端に接続し、前記第２光導波路は第２〜第Ｎ＋１出力端に接続できる。前記出力端はスイッチング部の個数より１つがさらに多いことがある。
【００１８】
本発明の他の実施例によると、第１方向に平行なＭ個の前記第１光道破路と、第２方向に平行なＮ個の前記第２光道破路がマトリックス状に配列され、前記選択反射部はＭＸＮ個数を有することができる。複数の前記第１光道破路と前記第２光道破路が交差する毎にそれぞれ前記第３方向にスイッチング部を配置することができる。前記第１光道破路はＭ個の入力端にそれぞれ接続し、前記第２光道破路はそれぞれＮ個の出力端に接続できる。
【００１９】
本発明の一実施例によると、前記第１方向に配置された複数の前記第１光道破路が前記第２光道破路によって互いに接続され、前記複数の第１光道破路内で一対のスイッチング部は互いに平行に配置できる。第１方向に平行に配置された複数の第１光道破路の間で第２方向の第２光道破路が接続される毎に、スイッチング部が第４方向に平行に配置できる。同様に、複数の第１光道破路の間で第３方向の第２光道破路が接続される毎に、スイッチング部が第５方向に互いに平行に配置できる。
【００２０】
本発明の他の実施例に係る光スイッチ素子の製造方法は、基板上で下部クラッドを形成する段階と、前記下部クラッド上に第１光道破路と第２光道破路とを形成する段階と、前記第１光導波路及び前記第２光導波路上に上部クラッドを形成する段階と、前記上部クラッドと前記第１光道破路とを貫通して前記下部クラッドを露出させる底を有するトレンチを形成する段階と、前記トレンチ内に選択反射部を形成する段階と、前記選択反射部上に電極を形成する段階とを含むことができる。
【００２１】
本発明の一実施例によると、前記選択反射部の形成段階は、前記トレンチの底で前記下部クラッドの上部表面と同一のレベルを有する下部反射部を形成する段階と、前記下部反射部上で前記第１光導波路及び前記第２光道破路と同一のレベルを有するコア反射部を形成する段階と、前記コア反射部上で前記上部クラッドと同一のレベルを有する上部反射部を形成する段階とを含むことができる。
【００２２】
本発明の一実施例によると、前記基板と前記下部クラッドとの間の全面に下部電極を形成する段階をさらに含むことができる。前記下部電極は導電性が優れた金属を含むことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施例的構成によると、第１光道破路と第２光導波路との間で温度または電場によって屈折率が変わる選択反射部を含むので、光経路の変更構造を簡単に設計することができる効果があるだけではなく、素子の大きさを顕著に減らすことができる。
【００２４】
また、選択反射部は高周波電気信号によって第１光導波路内で進行される光を第１方向と第２方向に高速スイッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ’線上を切り取って示す断面図である。
【図３Ａ】オフ状態で光の入力成分と透過成分を重畳積分計算結果として示すグラフである。
【図３Ｂ】オフ状態で光の入力成分と透過成分を重畳積分計算結果として示すグラフである。
【図４Ａ】オン状態の光の入力パワーと反射パワーを重畳積分計算結果として示すグラフである。
【図４Ｂ】オン状態の光の入力パワーと反射パワーを重畳積分計算結果として示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図７】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図８】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図９】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図１０】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図１１】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図１２】本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図である。
【図１４】図１１のＩＩ−ＩＩ’線上を切り取って示す断面図である。
【図１５】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図１６】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図１７】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図１８】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図１９】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図２０】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図２１】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図２２】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図２３】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図２４】本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【図２５】本発明の第３実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図である。
【図２６】本発明の第４実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図である。
【図２７】本発明の第５実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以上の本発明の目的、他の目的、特徴及び利点は添付の図面と係わる以下の望ましい実施形態を通じて容易に理解することができる。しかし、本発明はここで説明する実施形態に限定されず、他の形態に具体化することもできる。さらに、ここで紹介する実施形態は開示された内容が徹底且つ完全になれるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するように提供されるものである。明細書の全体にかけて同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００２７】
本明細書で使われる用語は、特定の実施形成を記述するための目的として用いられるものであり、本発明の範囲を制限するためのものではない。本明細書で、単数として使われた用語は、それについての単数であることを示す明白な背景に関する言及がない限り、複数も含むものである。また、本明細書で使われる「包含する」という用語は、言及された構成要素が１つまたはそれ以上の他の構成要素の存在または付加を除外するものではない。また、望ましい実施例によるので、説明の手順によって提示される参照符号はその手順に必ず限定されない。
【００２８】
図１は、本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ’線上を切り取って示す断面図である。
【００２９】
図１及び図２を参照すると、本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子は、基板７０上に第１方向Ｄ１に配置された第１光導波路（ｏｐｔｉｃａｌ  ｗａｖｅ  ｇｕｉｄｅ）１０内で透過される光（ｌｉｇｈｔ）を断続（ｃｏｎｔｒｏｌ）し、前記第１光導波路１０で第２方向Ｄ２に接続された第２光導波路２０に選択的に反射するスイッチング部Ｓを含むことができる。スイッチング部Ｓは温度によって屈折率が変わる選択反射部３０と、前記選択反射部３０の温度を変化させるヒータ電極（ｈｅａｔｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）３４とを含むことができる。選択反射部３０は屈折率の変化によって光の臨界角（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ａｎｇｌｅ）が可変することによって、第１光導波路１０内で第１方向Ｄ１に進行される光をそのまま通過させるか、または第２方向Ｄ２の第２光導波路２０に反射させることができる。
【００３０】
したがって、本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子は第１光導波路１０と第２光導波路２０との間で温度によって変わる屈折率を有する選択反射部３０を含むので、光経路の変更構造を簡単に設計することができる。
【００３１】
第１光導波路１０と第２光導波路２０は下部クラッド（ｌｏｗｅｒ  ｃｌａｄ）７２と上部クラッド（ｈｉｇｈｅｒ  ｃｌａｄ）７４との間に配置することができる。第１光導波路１０と第２光導波路２０は不純物がドーピングされたシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。下部クラッド７２と上部クラッド７４は第１光導波路１０及び第２光導波路２０とを取り囲むことができる。下部クラッド７２と上部クラッド７４は第１光導波路１０と第２光導波路２０の上下にそれぞれ配置することができる。下部クラッド７２は第１光導波路１０と第２光導波路２０の下部に平坦に配置することができる。上部クラッド７４は第１光導波路１０と第２光導波路２０の上部と側面に配置することもできる。下部クラッド７２と上部クラッド７４はシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。
【００３２】
第１光導波路１０は光が入出力される第１単一モードコア１６と、前記第１単一モードコア１６の間に配置された第１多重モードコア１２と、前記第１多重モードコア１２と前記第１単一モードコア１６との間に接続される第１テーパリングコア１４とを含むことができる。
【００３３】
第１単一モードコア１６は所定波長帯で固有な（ｅｉｇｅｎ）１つのモードに対応する光のみを進行させることができる。モードは第１光導波路１０と第２光導波路２０内で道破条件を満足しながら進行される光を含むことができる。以下、モードと光を対等な関係または同一の概念として説明する。第１単一モードコア１６は基板７０の外部に配置される光繊維（図示せず）に接続することができる。第１単一モードコア１６はより具体的に入力端ＩＮと第１出力端Ｏｕｔ１に分けることができる。例えば、第１単一モードコア１６は約３μｍ〜約１０μｍ程度の直径を有することができる。
【００３４】
第１多重モードコア１２は第１テーパリングコア１４を通じて第１単一モードコア１６に第１方向Ｄ１に接続することができる。第１多重モードコア１２は所定波長帯で単一モードを含んだ多重モードを道破させることができる。第１多重モードコア１２はスイッチング部Ｓで透過されるモードを第１方向Ｄ１に進行させることができる。第１多重モードコア１２はスイッチング部Ｓで全反射されるモードを第２多重モードコア２２に伝達することができる。第１多重モードコア１２は第２多重モードコア２２と実質的に同一のレベルに配置することができる。また、第１多重モードコア１２は第２多重モードコア２２と同一の材質の不純物がドーピングされたシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。例えば、第１多重モードコア１２は約２０〜６０μｍ程度の直径を有することができる。
【００３５】
第１テーパリングコア１４は第１多重モードコア１２の両側で第１単一モードコア１６を対称的に接続する。第１テーパリングコア１４は第１多重モードコア１２と第１単一モードコア１６との間の厚さ及び幅差を漸進的に緩衝させることができる円錐または台形の六面体形状を有することができる。第１テーパリングコア１４は第１多重モードコア１２と第１単一モードコア１６との間の厚さ及び幅差に比例して第１方向Ｄ１への長さが増加することができる。第１テーパリングコア１４内での光の進行過程は次の通りである。第１単一モードコア１６を通じて入力される光は第１テーパリングコア１４で高次（ｈｉｇｈ  Ｏｒｄｅｒ）モードの励起なしに漸進的（ａｄｉａｂａｔｉｃ）にモードの大きさが拡大されて前記第１多重モードコア１２に進行することができる。同様に、第１多重モードコア１２内で進行される光は第１テーパリングコア１４で漸進的にモードの大きさが縮小して第１単一モードコア１６に出力されうる。したがって、第１光導波路１０の第１テーパリングコア１４は高次モード発生による損失を最小化することができる。
【００３６】
第２光導波路２０は第１光導波路１０の第１多重モードコア１２に接続される第２多重モードコア２２と、前記第２多重モードコア２２で進行される光を出力する第２単一モードコア２６と、前記第２単一モードコア２６と前記第２多重モードコア２２との間に配置された第２テーパリングコア２４とを含むことができる。
【００３７】
第２多重モードコア２２は第１多重モードコア１２と同様に、所定波長帯でモードを進行させることができる。第２多重モードコア２２はスイッチング部Ｓで全反射されるモードを第２方向Ｄ２に進行させることができる。第２多重モードコア２２は第１多重モードコア１２と実質的に同一のレベルに配置することができる。第２多重モードコア２２は第１多重モードコア１２と同一の線幅及び厚さを有することができる。また、第２多重モードコア２２は第１多重モードコア１２と同一の材質の不純物がドーピングされたシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。第１多重モードコア１２と第２多重モードコア２２は同一物質で構成されているので、境界面が示さないこともできる。
【００３８】
第２単一モードコア２６は第２多重モードコア２２及び第２テーパリングコア２４を通じて第２方向Ｄ２に進行される光を第２出力端Ｏｕｔ２に出力することができる。第２単一モードコア２６は光繊維（図示せず）に接続することができる。例えば、第２単一モードコア２６は約３μｍ〜約１０μｍ程度の幅を有することができる。
【００３９】
第２テーパリングコア２４は第２多重モードコア２２及び第２単一モードコア２６を接続することができる。第２テーパリングコア２４は第２多重モードコア２２と第２単一モードコア２６との間の厚さ及び幅差を漸進的に緩衝させることができる円錐または台形の六面体形状を有することができる。第２テーパリングコア２４は第２多重モードコア２２と第２単一モードコア２６との間の厚さ及び幅差に比例して第２方向Ｄ２への長さが増加することができる。第２テーパリングコア２４は第２多重モードコア２２で進行されるモードの大きさを漸進的に縮小させて第２単一モードコア２６に伝達することができる。
【００４０】
スイッチング部Ｓは第１多重モードコア１２及び第２多重モードコア２２が接続される交差領域または接合領域に配置することができる。スイッチング部Ｓは第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との間の第３方向Ｄ３に配置することができる。第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３が成す角と、第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３が成す角は互いに対称的であり、且つ同一でありうる。スイッチング部Ｓは第１多重モードコア１２内で所定の角度に傾くように配置することができる。
【００４１】
上述のように、スイッチング部Ｓは選択反射部３０とヒータ電極３４とを含むことができる。ヒータ電極３４は選択反射部３０を温度として制御する制御部であり、前記選択反射部３０を加熱することができる。ヒータ電極３４は複数の端子（図示せず）から印加される電力（ｐｏｗｅｒ）によって発熱する抵抗金属を含むことができる。
【００４２】
前記選択反射部３０は前記下部クラッド７２と同一の上部表面を有する下部反射部３１と、前記下部反射部３１上で前記第１光導波路１０及び第２光導波路２０と同一のレベルを有するコア反射部３２と、前記コア反射部３２上で前記上部クラッド７４と同一の下部表面を有する上部反射部３３とを含むことができる。下部反射部３１と上部反射部３３は常温でそれぞれ下部クラッド７２及び上部クラッド７４と同一の屈折率を有することができる。コア反射部３２は常温で第１単一モードコア１２と同一の屈折率を有することができる。コア反射部３２は第１多重モードコア１２内に配置することができる。
【００４３】
コア反射部３２は温度によって屈折率が変わることができる。また、選択反射部３０は屈折率の変化によって第１多重モードコア１２で第１方向Ｄ１に進行される光を透過させるか、または全反射させることができる。実質的に、光は第１多重モードコア１２とコア反射部３２との境界面で透過、または全反射することができる。したがって、コア反射部３２は温度の変化によって第１多重モードコア１２で進行される光の経路を選択的に変更することができる。
【００４４】
例えば、選択反射部３０は温度の増加によって屈折率が減少する熱光学ポリマーを含むことができる。熱光学ポリマーは温度に反比例して屈折率が速く変化し、マイナスの熱光学係数が高い物質を含むことができる。シリカまたはシリコン酸化物は温度の増加によって屈折率が増加するが、熱光学係数が小さいため、熱光学ポリマーの屈折率変化量に比較して微々たる。熱光学ポリマーは温度に反比例して屈折率が変わることができる。例えば、熱光学ポリマーは下部反射部３１と上部反射部３３に対応する下部熱光学ポリマーと上部熱光学ポリマーとを含み、コア反射部３２に対応するコア熱光学ポリマーを含むことができる。
【００４５】
熱光学ポリマーは常温でシリカまたはシリコン酸化物と同一の屈折率を有することができる。コア反射部３２は第１多重モードコア１２で進行される光を透過または反射させることができる。シリカまたはシリコン酸化物と熱光学ポリマーの屈折率が同一であれば、光は第１多重モードコア１２とコア反射部３２との境界面で屈折なしに透過することができる。
【００４６】
一方、熱光学ポリマーはヒータ電極３４によって加熱されれば、シリカまたはシリコン酸化物より屈折率が減少することができる。選択反射部３０は第１多重モードコア１２との境界面で第１方向Ｄ１に進行される光を第２方向Ｄ２に第２多重モードコア２２方向に反射させることができる。反射は屈折率が大きい第１多重モードコア１２で屈折率が小さい熱光学ポリマーに光が入射される時に発生することができる。反射が開始される光の入射角は臨界角となることができる。
【００４７】
一般的に光は入射角が臨界角より小さければ反射及び透過し、臨界角より大きければ全反射される。臨界角はスネルの法則によって第１多重モードコア１２と選択反射部３０の屈折率の比として示すことができる。選択反射部３０はヒータ電極３４の発熱によって屈折率が変わることによって、第１方向Ｄ１に進行される光の臨界角を変化させることができる。選択反射部３０は屈折率の減少によって臨界角も減少するので、第１方向Ｄ１に進行される光を第２方向Ｄ２に全反射させることができる。
【００４８】
入射角は第３方向Ｄ３に垂直な第４方向Ｄ４と第１方向Ｄ１が成す角度になることができる。また、臨界角は第１方向Ｄ１に進行される光が選択反射部３０の表面に沿って第３方向Ｄ３に進行される時、第４方向Ｄ４と前記第１方向Ｄ１が成す角度を意味する。光が臨界角より大きい角度で入射されれば、選択反射部３０と第１多重モードコア１２との境界面で１００％反射することができる。
【００４９】
光の入射角と反射角はスネルの法則によって互いに同一である。入射角は第４方向Ｄ４と第１方向Ｄ１が成す角度になることができる。反射角は第４方向Ｄ４と第２方向Ｄ２が成す角度になることができる。選択反射部３０は屈折率の減少によって第１多重モードコア１２で第１方向Ｄ１に進行される光を第２方向Ｄ２に全反射させることができる。
【００５０】
したがって、本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子は熱光学ポリマーの選択反射部３０を加熱するヒータ電極３４が発熱するか否かによってオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）されうる。
【００５１】
図３Ａ及び図３ｂはそれぞれオフ状態で入力された光の透過成分と反射成分を重畳積分（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）計算結果として示すグラフである。
【００５２】
図３Ａ及び図３ｂを参照すると、選択反射部３０のオフ状態で光の入力成分５１と透過成分５２は同一の第１方向Ｄ１に入出力されうる。図３ＡでＸ軸とＹ軸は図１の第１光導波路１０及び第２光導波路２０の位置を表現するための座標軸である。図３ｂの横軸は正規化されたエネルギー値の変化を示し、縦軸は図１で第３方向Ｄ３への距離を示す。
【００５３】
入射された光に対して透過成分５２は入射された光と透過成分との重畳積分から計算することができる。第１方向Ｄ１に１として正規化された光パワーが入力されれば、再び第１方向Ｄ１に約０．９７０８程度の透過成分５２が出力されうる。光は選択反射部３０で約０．０２９２程度の反射成分５３で損失が発生することができる。反射成分５３は第２方向Ｄ２に出力されうる。
【００５４】
入力成分５１に対する透過成分５２の割合は常用対数値に換算されるデシベル（ｄＢ）に変換することができる。したがって、光は選択反射部３０のオフ状態での第１方向Ｄ１に約−０．１２ｄＢの損失値に透過されうる。
【００５５】
図４Ａ及び図４Ｂはそれぞれオン状態で光の透過成分と反射成分を重畳積分計算結果として示すグラフである。
【００５６】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、オン状態で光の入力成分５１は第１方向Ｄ１に入力され、反射成分５３は前記第１方向Ｄ１に交差する第２方向Ｄ２に出力されうる。
【００５７】
第１方向Ｄ１に１として正規化された光パワーが入力されれば、第２方向Ｄ２に約０．９４２程度の反射成分５３が出力されうる。入射された光は選択反射部３０で約０．０５８程度の損失が発生することができ、一部は透過成分５２に出力されうる。また、透過成分５２は設計変数の最適化を通じて第２方向Ｄ２に出力されうる。
【００５８】
したがって、本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子は温度によって屈折率が変わる熱光学ポリマーを含んだ選択反射部３０を利用して光を透過させるか、または反射させることができる。
【００５９】
このように構成された本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を説明すれば、次の通りである。
【００６０】
図５〜図１２は、本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【００６１】
図５を参照すると、基板７０上に下部クラッド７２及びコア層７３を形成する。下部クラッド７２及びコア層７３は火炎可水分解方法（ｆｌａｍｅ  ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱酸化膜形成（ｔｈｅｒｍａｌ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）、または化学気相蒸着方法（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で形成されたシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。下部クラッド７２及びコア層７３は互いに異なる屈折率を有することができる。
【００６２】
図６及び図１を参照すると、コア層７３から第１光導波路１０と第２光導波路２０とをフォトリソグラフィ工程でパターニングする。第１光導波路２０と第２光導波路３０はそれぞれ第１多重モードコア１２と第２多重モードコア２２とを含むことができる。フォトリソグラフィ工程はコア層７３を選択的に露出するフォトレジストパターンを形成するパターニング工程と、前記フォトレジストパターンによって露出するコア層７３をエッチングする除去工程とを含むことができる。パターニング工程はコア層７３上の全面にフォトレジストを塗布するスピンコーティング工程と、フォトレジストをフォトマスクに沿って紫外線に露光させる露光工程と、前記紫外線に露光したフォトレジストを現像する現像工程とを含むことができる。
【００６３】
図７を参照すると、第１多重モードコア１２及び第２多重モードコア２２を覆う上部クラッド７４を形成する。上部クラッド７４は下部クラッド７２と同様に、火炎加水分解方法、または化学気相蒸着方法で基板７０の全面に形成されたシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。
【００６４】
図８を参照すると、第１多重モードコア１２及び第２多重モードコア２２を貫通するトレンチ７５を形成する。トレンチ７５は下部クラッド７２の上部面から底面まで形成することができる。縦方向のトレンチ７５の両端は第１多重モードコア１２接することができる。トレンチ７５は第１多重モードコア１２の外郭の上部クラッド７４に接して配置することができる。
【００６５】
トレンチ７５はフォトリソグラフィ工程によって形成することができる。フォトリソグラフィ工程は第１多重モードコア１２及び上部クラッド７４を選択的に露出するフォトレジストパターンを形成するパターニング工程と、前記フォトレジストパターンによって露出する第１多重モードコア１２をエッチングする除去工程とを含むことができる。上部クラッド７４、第１多重モードコア１２、及び下部クラッド７２は乾式エッチング方法によって非等方的にエッチングすることができる。
【００６６】
図９を参照すると、トレンチ７５の底に下部クラッド７２の上部表面レベルまで下部反射部３１を形成する。下部反射部３１はスピンコーティング方法及び乾式エッチング方法で形成された下部熱光学ポリマーを含むことができる。下部熱光学ポリマーは常温で下部クラッド７２と同一の屈折率を有することができる。下部熱光学ポリマーはスピンコーティング方法によってトレンチ７５内に充填されることができる。又は、下部熱光学ポリマーは上部クラッド７４の全面に形成することができる。以後、乾式エッチング方法によって  上部クラッド上の下部熱光学ポリマーを除去することができる。また、下部熱光学ポリマーはトレンチ７５内で下部クラッド７２と同一のレベルまで除去することができる。乾式エッチング方法はタイムエッチング方法を含むことができる。トレンチ７５内で下部熱光学ポリマーの上部表面のレベルはアルファステッププロファイラ（  ｐｒｏｆｉｌｅｒ  ）によって確認することができる。
【００６７】
図１０を参照すると、下部反射部３１上から第１多重モードコア１２の上部表面レベルまでコア反射部３２を形成する。コア反射部３２はスピンコーティング方法及び乾式エッチング方法でトレンチ７５内に形成されたコア熱光学ポリマーを含むことができる。コア熱光学ポリマーは常温で第１多重モードコア１２と同一の屈折率を有することができる。コア熱光学ポリマーはスピンコーティング方法によってトレンチ７５内に充填され、上部クラッド７４の全面に形成することができる。コア熱光学ポリマーは乾式エッチング方法によって上部クラッド７４の全面から除去され、トレンチ７５内で第１多重モードコア１２の上部表面と同一のレベルまで除去することができる。同様に、コア熱光学ポリマーの上部表面のレベルはアルファステッププロファイラによって確認することができる。
【００６８】
図１１を参照すると、トレンチ７５内のコア反射部３２上に上部反射部３３を形成する。上部反射部３３はスピンコーティング方法及び乾式エッチング方法でトレンチ７５内に形成された上部熱光学ポリマーを含むことができる。上部熱光学ポリマーは常温で上部クラッド７４と同一の屈折率を有することができる。上部熱光学ポリマーはスピンコーティング方法によってトレンチ７５内に充填され、  上部クラッド７４の全面に形成することができる。上部熱光学ポリマーは乾式エッチング方法によって  上部クラッド７４の表面上で平坦に除去することができる。
【００６９】
図１２を参照すると、選択反射部３０上にヒータ電極３４を形成する。ヒータ電極３４は抵抗金属を含むことができる。ヒータ電極３４は抵抗金属の蒸着工程とフォトリソグラフィ工程により形成することができる。蒸着工程は選択反射部３０及び上部クラッド７４上の全面に抵抗金属を形成するｅ−ビーム蒸着方法（ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または熱蒸着方法（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を含むことができる。フォトリソグラフィ工程は抵抗金属を選択的に露出するフォトレジストパターンを形成するパターニング工程と、フォトレジストパターンによって露出する抵抗金属を除去する除去工程とを含むことができる。除去工程は湿式あるいは乾式エッチング方法を含むことができる。ヒータ電極３４はフォトレジストパターンの下部で除去工程から除去されずに選択反射部３０上に残存する抵抗金属を含むことができる。抵抗金属はニッケルとクロムの合金、チタン、金を含むことができる。
【００７０】
したがって、本発明の第１実施例に係る光スイッチ素子の製造方法は第１多重モードコア１２を貫通するトレンチ７５内に熱光学ポリマーを含む選択反射部３０と前記選択反射部３０上に積層されるヒータ電極３４とを形成することができる。
【００７１】
図１３は、本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図であり、図１４は、図１３のＩ−Ｉ’線上を切断して示す断面図である。
【００７２】
図１３及び図１４を参照すると、本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子は、第１方向Ｄ１の第１光導波路１０内で透過される光を電気光学効果（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）で断続し、第２方向Ｄ２の第２光導波路２０に選択的に反射するスイッチング部Ｓを含むことができる。スイッチング部Ｓは電場の大きさ及び方向によって屈折率が変わる選択反射部３０、前記選択反射部３０の上下で電場を印加する下部電極３６及び上部電極３４を含むことができる。選択反射部３０は屈折率の変化によって光の臨界角を満足させることによって、第１光導波路１０内で第１方向Ｄ１に進行される光をそのまま透過させるか、または第２方向Ｄ２の第２光導波路２０に全反射させることができる。選択反射部３０は入射された光を前記第１光導波路１０の第１出力端Ｏｕｔ１と、第２光導波路２０の第２出力端Ｏｕｔ２に対して選択的に出力させることができる。
【００７３】
したがって、本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子は第１光導波路１０と第２光導波路２０との間で電気光学効果によって可変する屈折率を有する選択反射部３０を含むので、光経路の変更構造を簡単に設計することができる。選択反射部３０は下部電極３６及び上部電極３４に印加される高周波電気信号（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｓｉｇｎａｌ）によって第１光導波路１０内で進行される光を第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２に高速スイッチングすることができる。
【００７４】
第１光導波路１０と第２光導波路２０は基板７０上の下部クラッド７２と上部クラッド７４との間に配置することができる。上部クラッド７４は第１光導波路１０及び第２光導波路２０を取り囲むことができる。第１光導波路１０と第２光導波路２０は不純物がドーピングされたシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。下部クラッド７２と上部クラッド７４はシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。
【００７５】
第１光導波路１０は光が入出力される入力端ＩＮ及び第１出力端Ｏｕｔ１を有する第１単一モードコア１６と、前記第１単一モードコア１６の間に配置された第１多重モードコア１２と、前記第１多重モードコア１２と前記第１単一モードコア１６との間に接続される第１テーパリングコア１４とを含むことができる。
【００７６】
第２光導波路２０は第１光導波路１０の第１多重モードコア１２に接続される第２多重モードコア２２と、前記第２多重モードコア２２で進行される光を第２出力端Ｏｕｔ２に出力する第２単一モードコア２６と、前記第２単一モードコア２６と前記第２多重モードコア２２との間に配置された第２テーパリングコア２４とを含むことができる。
【００７７】
第１光導波路１０と第２光導波路２０は実質的に同一の物質からなるので、図１４で説明の便宜上、スイッチング部Ｓの左側を前記第１光導波路１０の第１多重モードコア１２に示し、右側を前記第２光導波路２０の第２多重モードコア２２に示す。
【００７８】
スイッチング部Ｓは第１多重モードコア１２及び第２多重モードコア２２が接続される交差領域または接合領域に配置することができる。スイッチング部Ｓは第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２との間の第３方向Ｄ３に配置することができる。第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３が成す角、第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３が成す角は互いに対称的であり、且つ同一でありうる。したがって、スイッチング部Ｓは前記第１方向Ｄ１の第１多重モードコア１２を横切る第３方向Ｄ３に配置することができる。
【００７９】
スイッチング部Ｓは屈折率の変化によって光を第１光導波路１０から第２光導波路２０に選択的に反射する選択反射部３０と、前記選択反射部３０の上下で前記選択反射部３０に電場を印加する下部電極３６と上部電極３４とを含むことができる。下部電極３６と上部電極３４は選択反射部３０を電場で制御する制御部になることができる。下部電極３６と上部電極３４に交流成分の高周波電気信号を印加することができる。下部電極３６と上部電極３４は導電性が優れた金属を含むことができる。下部電極３６は基板７０と下部クラッド７２の間に配置することができる。下部電極３６は基板７０上の全面に配置することができる。上部電極３４と下部電極３６はそれぞれ選択反射部３０に接触するか、または離隔することができる。選択反射部３０は電気光学ポリマーとして導電性を有しない。したがって、選択反射部３０は上部電極３４と下部電極３６のそれぞれに電気的に接触されなくても良い。例えば、選択反射部３０は第１多重モードコア１２の下部面と下部電極３６との間の下部クラッド７２内での深さまで配置されうる。
【００８０】
前記選択反射部３０は前記下部クラッド７２と同一の上部表面を有する下部反射部３１と、前記下部反射部３１上で前記第１光導波路１０及び第２光導波路２０と同一のレベルを有するコア反射部３２と、前記コア反射部３２上で前記上部クラッド７４と同一の下部表面を有する上部反射部３３とを含むことができる。下部反射部３１と上部反射部３３はそれぞれ下部クラッド７２及び上部クラッド７４と同一の屈折率を有することができる。また、コア反射部３２は第１単一モードコア１２と同一の屈折率を有することができる。
【００８１】
コア反射部３２は電場の方向及び大きさによって屈折率が変わることができる。コア反射部３２は屈折率の変化によって第１多重モードコア１２で第１方向Ｄ１に進行される光を透過させるか、または全反射させることができる。したがって、コア反射部３２は下部電極３６及び上部電極３４で誘導される電場によって第１多重モードコア１２で進行される光の経路を選択的に変更することができる。
【００８２】
例えば、選択反射部３０は電場の印加によって屈折率が減少する電気光学ポリマーを含むことができる。電気光学ポリマーは電場の方向及び大きさによって屈折率が早く変わる物質を含むことができる。電気光学ポリマーは誘電分極を有することができる。誘電分極は電気光学ポリマー内で一方向に配列することができる。したがって、電気光学ポリマーは電場が誘電分極に並んだ方向に印加されるか、または前記誘電分極に反対方向に印加される場合、屈折率が変わることができる。
【００８３】
第１光導波路１０と第２光導波路２０とを構成するシリカまたはシリコン酸化物は電場によって屈折率がほとんど変化しない。電気光学ポリマーはシリカまたはシリコン酸化物と屈折率が同一であれば、光を透過させることができる。電気光学ポリマーはシリカまたはシリコン酸化物より屈折率が顕著に低ければ、光を全反射させることができる。電気光学ポリマーの屈折率が変わって光の入射角が臨界角に到達する時、光は全反射することができる。
【００８４】
電気光学ポリマーは電場の強度が増加すれば、屈折率の変化が加速化することができる。例えば、電気光学ポリマーは下部反射部３１と上部反射部３３に対応する下部電気光学ポリマーと上部電気光学ポリマーとを含み、コア反射部３２に対応するコア電気光学ポリマーを含むことができる。
【００８５】
第１光導波路１０と選択反射部３０はそれぞれ第１方向Ｄ１と第３方向Ｄ３に配置することができる。光の入射角は第３方向Ｄ３に垂直な第４方向Ｄ４と第１方向Ｄ１が成す角度として固定することができる。選択反射部３０は電気光学効果による屈折率の変化に対応して第１光導波路１０で進行される光を全反射させることができる。すなわち、選択反射部３０は第１方向Ｄ１の光をそのまま透過させるか、または光を第２方向Ｄ２に反射させることができる。選択反射部３０は下部電極３６と上部電極３４との間に誘導される電場によって入射される光をスイッチングすることができる。
【００８６】
したがって、本発明の第２実施例に係る光スイッチング素子は上部電極３４と下部電極３６に印加される高周波電気信号によって選択反射部３０で光の透過及び全反射を高速スイッチングすることができる。
【００８７】
このように構成された本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を説明すれば次の通りである。
【００８８】
図１５〜図２５は、本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法を順次に示す工程断面図である。
【００８９】
図１５を参照すると、基板７０上に下部電極３６を形成する。下部電極３６は導電性が高い金属層を含むことができる。下部電極３６は金属層の蒸着工程で基板７０の全面に形成することができる。金属層は基板７０の全面にｅ−ビーム蒸着方法（ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）または熱蒸着方法（ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で蒸着することができる。
【００９０】
図１６を参照すると、下部電極３６を含む基板７０の全面に下部クラッド７２及びコア層７３を形成する。下部クラッド７２は火炎加水分解蒸着方法、熱酸化膜形成方法または化学気相蒸着方法で形成されたシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。下部クラッド７２及びコア層７３は屈折率が互いに異なることができる。
【００９１】
図１７及び図１３を参照すると、コア層７３から第１光導波路１０と第２光導波路２０をフォトリソグラフィ工程でパターニングする。第１光導波路２０と第２光導波路３０はそれぞれ第１多重モードコア１２と第２多重モードコア２２とを含むことができる。フォトリソグラフィ工程はコア層７３を選択的に露出するフォトレジストパターンを形成するパターニング工程と、前記フォトレジストパターンによって露出するコア層７３をエッチングする除去工程とを含むことができる。パターニング工程はコア層７３上の全面にフォトレジストを塗布するスピンコーティング工程と、フォトレジストをフォトマスクに沿って紫外線に露光させる露光工程と、前記紫外線に露光されたフォトレジストを現像する現像工程とを含むことができる。
【００９２】
図１８を参照すると、第１多重モードコア１２及び第２多重モードコア２２を覆う上部クラッド７４を形成する。上部クラッド７４は下部クラッド７２と同様に、火炎加水分解蒸着方法、または化学気相蒸着方法で基板７０の全面に形成されたシリカまたはシリコン酸化物を含むことができる。
【００９３】
図１９を参照すると、第１多重モードコア１２及び第２多重モードコア２２を貫通するトレンチ７５を形成する。トレンチ７５は下部クラッド７２の上部面から底面まで形成することができる。  縦方向のトレンチ７５の両端は第１多重モードコア１２隣接することができる。トレンチ７５は第１多重モードコア１２の外郭の上部クラッド７４に接して配置することができる。トレンチ７５はフォトリソグラフィ工程によって形成することができる。フォトリソグラフィ工程は第１多重モードコア１２及び上部クラッド７４を選択的に露出するフォトレジストパターンを形成するパターニング工程と、前記フォトレジストパターンによって露出する第１多重モードコア１２をエッチングする除去工程とを含むことができる。上部クラッド７４、第１多重モードコア１２、及び下部クラッド７２は乾式エッチング方法によって非等方的にエッチングすることができる。
【００９４】
図２０を参照すると、トレンチ７５の底から下部クラッド７２上部表面のレベルまで下部反射部３１を形成する。下部反射部３１はスピンコーティング方法及び乾式エッチング方法で形成された下部電気光学ポリマーを含むことができる。下部電気光学ポリマーは常温で下部クラッド７２と同一の屈折率を有することができる。下部電気光学ポリマーはスピンコーティング方法によってトレンチ７５内に充填されることができる。又は、下部電気光学ポリマーは上部のクラッド７４の全面に形成することができる。以後、下部電気光学ポリマーは乾式エッチング方法によって上部クラッド上から除去することができる。また、下部電気光学ポリマーはトレンチ７５内で下部クラッド７２と同一のレベルまで除去することができる。トレンチ７５内で下部電気光学ポリマーの上部表面のレベルはアルファステッププロファイラによって確認することができる。
【００９５】
図２１を参照すると、下部反射部３１上から第１多重モードコア１２の上部表面レベルまでコア反射部３２を形成する。コア反射部３２はスピンコーティング方法及び乾式エッチング方法でトレンチ７５内に形成されたコア電気光学ポリマーを含むことができる。コア電気光学ポリマーはスピンコーティング方法によってトレンチ７５内に充填され、上部クラッド７４の全面に形成することができる。コア電気光学ポリマーは乾式エッチング方法によって上部クラッド７４の全面から除去され、トレンチ７５内で第１多重モードコア１２の上部表面と同一のレベルまで除去することができる。同様に、コア電気光学ポリマーの上部表面のレベルはアルファステッププロファイラによって確認することができる。
【００９６】
図２２を参照すると、トレンチ７５内のコア反射部３２上に上部反射部３３を形成する。上部反射部３３はスピンコーティング方法及び乾式エッチング方法でトレンチ７５内に形成された上部電気光学ポリマーを含むことができる。上部電気光学ポリマーはスピンコーティング方法によってトレンチ７５内に充填され、上部クラッド７４の全面に形成することができる。上部電気光学ポリマーは乾式エッチング方法によって上部クラッド７４の表面上で平坦に除去することができる。
【００９７】
図２３を参照すると、選択反射部３０の電気光学ポリマーで誘電分極を一方向に整列する。誘電分極３９は電気的に絶縁性を有する誘電体に誘導電場４０が印加されれば、電気的に極性を帯びた分子が全体的に前記誘導電場４０と反対方向に整列され、前記誘電体が一定の方向に分極される現象と定義することができる。したがって、選択反射部３０はポーリング（ｐｏｌｌｉｎｇ）電極４４と下部電極３６との間に生成される誘導電場４０によって物質内で整列される誘電分極３９を有することができる。誘電分極３９は図２３の以外には示さないが、他の図でも選択反射部３０内に存在することができる。ポーリング電極４４は上部クラッド７４上で離隔して配置することができる。ポーリング電極４４と下部電極３６には直流成分の高電圧を印加することができる。
【００９８】
図２４を参照すると、選択反射部３０上に上部電極３４を形成する。上部電極３４は導電性が高い金属層を含むことができる。上部電極３４は下部電極３６と同様に、金属層の蒸着工程とフォトリソグラフィ工程によって形成することができる。
【００９９】
したがって、本発明の第２実施例に係る光スイッチ素子の製造方法は下部電極３６と上部電極３４との間で第１多重モードコア１２を貫通するトレンチ７５内に選択反射部３０を形成することができる。
【０１００】
図２５は、本発明の第３実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図である。
【０１０１】
図２５を参照すると、第３実施例に係る光スイッチ素子は、第１方向Ｄ１に配置される第１光導波路１０に第２方向Ｄ２に接続される複数の第２光道破路２０が分岐される毎に、第３方向Ｄ３に配置された複数のスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７を含むことができる。
【０１０２】
したがって、本発明の第３実施例に係る光スイッチ素子は、第１光導波路１０に２光導波路２０が接続される毎に複数のスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７を第３方向Ｄ３に配置することができるので、光経路の変更構造が簡単になることができる。
【０１０３】
第１光導波路１０は光が入出力される入力端ＩＮと第１出力端Ｏｕｔ１に延長される第１単一モードコア１６及び第１テーパリングコア１４間で複数の第２光道破路２０が分岐される第１多重モードコア１２を含むことができる。入力端ＩＮと第１出力端Ｏｕｔ１は第１多重モードコア１２の両側に第１方向Ｄ１に配置された第１単一モードコア１６に対応することができる。第１多重モードコア１２は第１単一モードコア１６と第１テーパリングコア１４との間で入出力される光を第１方向Ｄ１に進行させることができる。第１多重モードコア１２は複数のスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７で光を第１方向Ｄ１に進行させることができる。また、第１多重モードコア１２は複数のスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７で全反射される光を第２多重モードコア２２に伝達することができる。
【０１０４】
複数のスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７は第１多重モードコア１２内でそれぞれ第１方向Ｄ１に離隔して配置することができる。複数のスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７は本発明の第１及び第２実施例で説明したように、光を第１光導波路１０から第２光道破路２０に選択的に反射する選択反射部と、前記選択反射部を温度または電場で制御する制御部とを含むことができる。
【０１０５】
第２光道破路２０は第１多重モードコア１２に接続される第２多重モードコア２２と、前記第１多重モードコア１２に対向する前記第２多重モードコア２２の他端に接続される第２テーパリングコア２４と、前記第２テーパリングコア２４から延長される第２単一モードコア２６とを含むことができる。
【０１０６】
第２多重モードコア２２と第２テーパリングコア２４は全部第２方向Ｄ２に配置することができる。第２単一モードコア２６は第２テーパリングコア２４から第２方向Ｄ２に延長することができる。また、第２単一モードコア２６は第２方向Ｄ２から第１方向Ｄ１に方向変更が可能である。第２単一モードコア２６は曲線損失が発生しない曲率に方向変更が可能である。第２単一モードコア２６は第２〜第８出力端Ｏｕｔ２〜Ｏｕｔ８に光を出力することができる。出力端Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ８はスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７の個数より１つがさらに多いことがある。図２５における出力端Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ８は理解を助けるために、１Ｘ８個を示し、出力端Ｏｕｔ１〜Ｏｕｔ８の番号は下方向に対して順次に示した。本発明はここに限定されず、他の形態の１ＸＮ個の出力端を有する光スイッチ素子に実現することができる。  
第１光導波路１０に入力された光は動作されるスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７の手順によって出力されうる。例えば、第２スイッチング部Ｓ２が動作されれば、光は第７出力端Ｏｕｔ７に出力されうる。第１光導波路１０の入力端ＩＮに入力された光は複数のスイッチング部Ｓ１〜Ｓ７が全部動作されない場合、第１出力端Ｏｕｔ１に出力されうる。
【０１０７】
したがって、本発明の第３実施例に係る光スイッチング素子は、１つの第１光導波路１０にＮ個の第２光道破路２０が接続される分岐点毎に配置される１ＸＮ個のスイッチング部Ｓを含むことができる。
【０１０８】
図２６は、本発明の第４実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図である。
【０１０９】
図２６を参照すると、第４実施例に係る光スイッチ素子は、第１方向Ｄ１に平行なＭ個の第１光道破路１０と、第２方向Ｄ２に平行なＮ個の第２光道破路２０によって定義されるマトリックス（ｍａｔｒｉｘ）の各ノードで第３方向Ｄ３に配置されたＭＸＮ個数のスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮを含むことができる。
【０１１０】
したがって、本発明の第４実施例に係る光スイッチ素子は複数の第１光導波路１０と第２光道破路２０が交差する毎にそれぞれ第３方向Ｄ３にスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮを配置することができるので、光経路の変更構造が簡単になることができる。
【０１１１】
複数の第１光道破路１０は第１方向Ｄ１に平行に配置される第１多重モードコア１２を含むことができる。複数の第２光道破路２０は第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２に平行に配置された第２多重モードコア２２を含むことができる。複数の第１多重モードコア１２と第２多重モードコア２２はマトリックス状に配置することができる。複数のスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮはマトリックス内で複数の第１多重モードコア１２と第２多重モードコア２２が交差するそれぞれのノードごとに配置することができる。複数のスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮは第３方向Ｄ３に配置することができる。複数のスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮは第１多重モードコア１２と第２多重モードコア２２とを横切ることができる。複数のスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮは第１及び第２実施例で説明したように、光を第１光導波路１０から第２光道破路２０に選択的に反射する選択反射部と、前記選択反射部を温度または電場で制御する制御部とを含むことができる。
【０１１２】
複数の第１光道破路１０は第１多重モードコア１２で第１方向Ｄ１に接続された第１テーパリングコア１４と、第１単一モードコア１６とを含むことができる。第１光道破路１０の第１単一モードコア１６は第３方向Ｄ３に配置することができる。第１単一モードコア１６は第３方向Ｄ３から第１方向Ｄ１に方向変更が可能である。第１単一モードコア１６は曲線損失が発生されない曲率に方向変更が可能である。
【０１１３】
複数の第２光道破路２０は第２多重モードコア２２で第２方向Ｄ２に接続された第２テーパリングコア２４と第２単一モードコア２６とを含むことができる。第２光道破路２０の第２単一モードコアは第３方向Ｄ３に配置することができる。同様に、第２単一モードコア２６は曲線損失が発生されない曲率に第２方向Ｄ２から第３方向Ｄ３に方向変更が可能である。第１単一モードコア１６は入力端Ｉｎ１〜ＩｎＭから延長することができる。第２単一モードコア２６は出力端Ｏｕｔ１〜ＯｕｔＮに延長することができる。スイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮは入力端Ｉｎ１〜ＩｎＭと出力端Ｏｕｔ１〜ＯｕｔＮの積に対応する個数を有することができる。
【０１１４】
図２６では、理解を助けるために、第１多重モードコア１２の手順によって先ず１からＭ番まで番号が付くし、第２多重モードコア２２の手順によって、Ｎ番まで番号が付けられたＭＸＮ個のスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮを示した。本発明はここに限定されず、マトリックス内で他の形態の順番を有する光スイッチ素子に実現することもできる。
【０１１５】
入力端Ｉｎ１〜ＩｎＭから入力される光は次のように複数のスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮの動作によって出力端Ｏｕｔ１〜ＯｕｔＮに出力されうる。第１光道破路１０に入力された光は該当の第１光道破路１０に配置された少なくとも１つのスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮの動作によって出力が決められる。また、光は動作されるスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮのうちの１つに接続された第２光導波路２０を通じて出力されうる。例えば、第２３スイッチング部Ｓ２３が動作されれば、第２入力端Ｉｎ２から入力された光は第２出力端Ｏｕｔ２に出力されうる。
【０１１６】
より具体的に、第２入力端Ｉｎ２に接続された２番目の第１光導波路１０を通じて入力された光は第２３スイッチング部Ｓ２３で２番目の第２光導波路２０に反射した後第２出力端Ｏｕｔ２に出力されうる。ここで、２番目の第１光導波路１０を共有した複数のスイッチング部Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、・・・、Ｓ２Ｍは第２入力端ＩＮ２からの距離に対応する手順によって光をスイッチングする有効権限を有することができる。光は第２３スイッチング部Ｓ２３が先ず動作されれば、第２Ｎスイッチング部Ｓ２Ｎが動作されても２番目の第２光導波路２０を通じて第２出力端Ｏｕｔ２に出力されうる。この時、第２２スイッチング部Ｓ２２が同時に動作されれば、３番目の第２光導波路２０を通じて第３出力端Ｏｕｔ３に先ず出力すされうる。
【０１１７】
したがって、本発明の第４実施例に係る光スイッチング素子はＭ個の第１光道破路１０と、Ｎ個の第２光道破路２０によって定義されるマトリックスのノードごとに配置されるＭＸＮ個のスイッチング部Ｓ１１〜ＳＭＮを含むことができる。
【０１１８】
図２７は、本発明の第５実施例に係る光スイッチ素子を示す平面図である。
【０１１９】
図２７を参照すると、第５実施例に係る光スイッチ素子は、第１方向Ｄ１に配置された複数の第１光道破路１０の間で第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３に互いに交差する（ｃｒｏｓｓｅｄ）複数の第２光道破路２０が前記第１光道破路１０と接続される毎に、第４方向Ｄ４と第５方向Ｄ５に配置された２Ｘ２個数のスイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２を含むことができる。第１１及び第２２スイッチング部Ｓ１１、Ｓ２２は複数の第１光道破路１０に第２方向Ｄ２に第２光道破路２０が接続される毎に第４方向Ｄ４に平行に配置することができる。また、第１２及び第２１スイッチング部Ｓ１２、Ｓ２１は複数の第１光道破路１０に第３方向Ｄ３に第２光道破路２０が接続される毎に第５方向Ｄ５に平行に配置することができる。
【０１２０】
したがって、本発明の第５実施例に係る光スイッチ素子は、複数の第１光道破路１０の間に少なくとも１つの第２光道破路２０が接続される毎に、一対の第１１及び第２２スイッチング部Ｓ１１、Ｓ２２または第１２及び第２１スイッチング部Ｓ１２、Ｓ２１を平行に配置することができるので、光経路の変更構造が簡単になることができる。
【０１２１】
複数の第１光道破路１０は第１方向Ｄ１に互いに平行に配置することができる。複数の第１光道破路１０は第１及び第２入力端Ｉｎ１、Ｉｎ２と第１及び第２出力端Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２に延長することができる。複数の第１光道破路１０は第１及び第２入力端Ｉｎ１、Ｉｎ２と第１及び第２出力端Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２に延長される第１単一モードコア１６と、第１テーパリングコア１４と、前記第１テーパリングコア１４の間で第２光道破路２０が接続される第１多重モードコア１２とを含むことができる。第１多重モードコア１２はスイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２で透過される光を第１方向Ｄ１に進行させることができる。第１多重モードコア１２は第１１及び第２１スイッチング部Ｓ１１、Ｓ２１で第２及び第３方向Ｄ３に全反射される光を第２光道破路２０に伝達することができる。また、第１多重モードコア１２は第１２及び２２スイッチング部Ｓ１２、Ｓ２２で全反射される光を第１方向Ｄ１に進行させることができる。
【０１２２】
複数の第２光道破路２０は第２多重モードコアを含むことができる。複数の第２光道破路２０は複数の第１多重モードコア１２の間でそれぞれ第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３に配置することができる。複数の第２光道破路２０は第１多重モードコア１２の間で交差することができる。複数の第２光道破路２０は交差領域で光の干渉なしに第２方向Ｄ２と第３方向Ｄ３に進行させることができる。交差する部分で進行される光の損失及び干渉を最小化するために、交差角度を増加させることができる。
【０１２３】
複数のスイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は第１多重モードコア１２内でそれぞれ第１方向Ｄ１に離隔して配置することができる。１番目の第１光導波路１０に配置された第１１及び第１２スイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２はそれぞれ第２光道破路２０に接続され、第１方向Ｄ１に離隔することができる。同様に、２番目の第１光導波路１０に配置された第２１及び第２２スイッチング部Ｓ２１、Ｓ２２はそれぞれ第２光道破路２０に接続され、第１方向Ｄ１に離隔することができる。複数のスイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は本発明の第１及び第２実施例で説明したように、光を選択的に反射する選択反射部と、前記選択反射部を温度または電場で制御する制御部とを含むことができる。
【０１２４】
図２７において、理解を助けるために、入力端Ｉｎ１、Ｉｎ２と出力端Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２はそれぞれ２つずつに示し、スイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は２Ｘ２個を示し、スイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２の番号は第１多重モードコア１２の手順と入力端ＩＮ１、ＩＮ２から近い手順に付けした。本発明はここに限定されず、入力端と出力端の増加によって他の形態の２ＸＮ、ＮＸ２、ＮＸＮ個のスイッチング部を有する光スイッチ素子に実現することができる。
【０１２５】
複数のスイッチング部Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２は互いに連動されて動作することができる。例えば、第１１スイッチング部Ｓ１１が動作すれば、第２２スイッチング部Ｓ２２も動作することができる。第１入力端ＩＮ１から入力された光は第１１スイッチング部Ｓ１１の動作によって第２光導波路２０に沿って進行され、第２２スイッチング部Ｓ２２の動作によって第２出力端Ｏｕｔ２に出力されうる。第１入力端ＩＮ１から入力された光は第１１スイッチング部Ｓ１１が動作しなければ、第１２スイッチング部Ｓ１２を通過して第１出力端Ｏｕｔ１に出力されうる。同様に、第２１及び第１２スイッチング部Ｓ２１、Ｓ１２も動作が連動されうる。
【０１２６】
したがって、本発明の第５実施例に係る光スイッチング素子は複数の第１光導波路１０間で複数の第２光道破路２０が交差する毎に、前記第１光道破路１０でそれぞれ互いに異なる方向に配置された２Ｘ２、２ＸＮ、ＮＸ２、ＮＸＮ個数のスイッチング部を含むことができる。
【０１２７】
以上、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者は本発明の技術的思想や必須な特徴を変更しなくても他の具体的な形態に実施することができることを理解することができる。したがって、上述の実施例にはすべての面で例示的であり、限定的ではないと理解しなければならない。
【符号の説明】
【０１２８】
１０  第１光導波路
２０  第２光導波路
Ｓ  スイッチング部
４０  誘導電場
７０  基板
【図１】
2012027437.tif 000003
【図２】
2012027437.tif 000004
【図３Ａ】
2012027437.tif 000005
【図３Ｂ】
2012027437.tif 000006
【図４Ａ】
2012027437.tif 000007
【図４Ｂ】
2012027437.tif 000008
【図５】
2012027437.tif 000009
【図６】
2012027437.tif 000010
【図７】
2012027437.tif 000011
【図８】
2012027437.tif 000012
【図９】
2012027437.tif 000013
【図１０】
2012027437.tif 000014
【図１１】
2012027437.tif 000015
【図１２】
2012027437.tif 000016
【図１３】
2012027437.tif 000017
【図１４】
2012027437.tif 000018
【図１５】
2012027437.tif 000019
【図１６】
2012027437.tif 000020
【図１７】
2012027437.tif 000021
【図１８】
2012027437.tif 000022
【図１９】
2012027437.tif 000023
【図２０】
2012027437.tif 000024
【図２１】
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【図２２】
2012027437.tif 000026
【図２３】
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【図２４】
2012027437.tif 000028
【図２５】
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【図２６】
2012027437.tif 000030
【図２７】
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