KR101381900B1 - 링 공진기의 공진파장 가변 방법 - Google Patents

링 공진기의 공진파장 가변 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101381900B1
KR101381900B1 KR1020100095996A KR20100095996A KR101381900B1 KR 101381900 B1 KR101381900 B1 KR 101381900B1 KR 1020100095996 A KR1020100095996 A KR 1020100095996A KR 20100095996 A KR20100095996 A KR 20100095996A KR 101381900 B1 KR101381900 B1 KR 101381900B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
dielectric layer
ring
waveguide
ring resonator
ring waveguide
Prior art date
Application number
KR1020100095996A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20120034436A (ko
Inventor
박상기
김경옥
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020100095996A priority Critical patent/KR101381900B1/ko
Priority to US13/175,567 priority patent/US8644657B2/en
Publication of KR20120034436A publication Critical patent/KR20120034436A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101381900B1 publication Critical patent/KR101381900B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/08—Strip line resonators
    • H01P7/088—Tunable resonators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies
    • H01P1/2135—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies using strip line filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

링 공진기의 공진파장 가변 방법이 제공된다. 링 공진기의 공진파장 가변 방법은 링 도파로 및 링 도파로를 피복하는 유전체층을 포함하는 링 공진기를 준비하고, 링 공진기를 가열하여 유전체층의 굴절률 상변화(refractive index phase change)를 유도하는 것을 포함한다.

Description

링 공진기의 공진파장 가변 방법{METHOD OF TUNING THE RESONANCE WAVELENGTH RING RESONATOR}
본 발명은 광통신 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 링 공진기의 공진파장 가변 방법에 관한 것이다.
전자 기기의 소형화 및 고속화 경향에 따라, 상기 전자 기기를 구성하는 구성요소들의 집적도를 높이기 위한 연구가 지속되고 있다. 전자 기기의 소형화 및 고속화를 위해서는, 상기 구성요소들의 소형화와 더불어 상기 구성요소들 사이의 빠른 신호의 전달이 요구된다.
구성요소들 사이의 빠른 신호 전달을 위한 일 수단으로, 전자 기기에의 광통신 기술의 적용이 시도되고 있다. 광 통신 기술을 전자 기기 내에 적용하는 경우, 보다 빠른 속도로 신호 전달이 수행됨은 물론, 기존 신호 전달 방식의 단점인 고저항, 고열 발생 및 기생 커패시턴스 현상 등이 완화될 수 있다.
광통신 기술을 실리콘 기반 반도체 칩에 응용하기 위한 필수적인 광 소자는 광원과 광 검출기 외에 실리콘 기반의 광스위치, 광변조기, MUX/DEMUX 필터 등을 들 수 있다. 이 가운데 광스위치, 광변조기, MUX/DEMUX 필터는 그 기능과 역할이 다름에도 불구하고 제작을 위한 핵심기술을 공유하거나 같은 소자를 다르게 응용한 경우가 많다. 예를 들어 링 공진기(Ring Resonator)의 경우 위 세 가지 소자에 모두 응용될 수 있어, 활발한 연구가 진행 중이다.
특히 실리콘 포토닉스 연구의 목표 중 하나인 광 통신을 이용한 multi-core CPU를 실현하기 위해서는 다음과 같은 링 공진기의 핵심 난제를 해결해야 한다는 것이 학계의 공통적 의견이다. 첫째, 링 공진기의 제작 과정에 필수적으로 발생하는 공진파장의 통계적 오류를 최소화하여야 한다. 둘째, 다수의 링공진기가 있는 반도체 칩에서 두 개 이상의 링공진기 간에 공진파장이 서로 일치하여야 하는 경우 공진파장을 일치시킬 수 있는 튜닝(Tuning) 방법이 존재해야 한다. 셋째, 링 도파로와 버스(bus) 라인 또는 링 도파로와 링 도파로 사이의 최소 간극을 포토리소그래피(photolithography) 공정으로 제작 가능하여야 한다.
본 발명의 목적은 동작 특성이 향상된 링 공진기의 공진파장 가변 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 링 공진기의 공진파장 가변 방법은 링 도파로 및 상기 링 도파로를 피복하는 유전체층을 포함하는 링 공진기를 준비하고, 상기 링 공진기를 가열하여 상기 유전체층의 굴절률 상변화(refractive index phase change)를 유도하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 굴절률 상변화의 온도는 상기 유전체층의 증착 온도에 의하여 결정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 링 도파로는 실리콘을 포함하며, 상기 유전체층은 적어도 상기 링 도파로의 상부면 및 하부면을 덮는 클래딩 유전체층, 및 상기 링 도파로의 상부면을 덮으며 상기 클래딩 유전체층과 상기 링 도파로 사이에 개재되는 제 1 보조 유전체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 클래딩 유전체층은 실리콘 산화막을 포함하며, 상기 제 1 보조 유전체층은 실리콘 산화질화막(Silicon Oxynitride, SiOxNy)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 제 1 보조 유전체층은 상기 링 도파로의 상부면 및 측면을 덮을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 유전체층은 상기 링 도파로의 상부면을 덮으며, 상기 제 1 보조 유전체층과 상기 링 도파로 사이에 개재되는 제 2 보조 유전체층을 더 포함하되, 상기 제 2 보조 유전체층은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 링 도파로는 복수 개의 링 도파로를 포함하며, 상기 복수 개의 링 도파로 중 어느 하나는 가열되어 공진 파장이 변하며, 상기 복수 개의 링 도파로 중 다른 하나는 온도 및 공진 파장이 유지될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 링 도파로는 TM모드의 빛이 진행하는 것을 허용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유전체층의 굴절률 상변화 현상을 유도하여 링 공진기의 공진 파장을 변화시킬 수 있다. 굴절률 상변화 현상은 유전체층의 증착 온도에 의하여 결정되므로, 특정한 링 도파로를 유전체층의 증착 온도 이상으로 가열하여 효과적으로 공진 파장을 튜닝할 수 있다.
도 1a 및 1b는 3차 및 1차 링 공진기 멀티-채널 필터(multi-channel filter) 또는 애드-드롭(add-drop) 스위치를 개념적으로 보여주는 도면들이다.
도 2a 및 2b는 3차 링 공진기 및 1차 링 공진기의 스펙트럼 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3a는 3차 링 공진기에 대한 구체적인 설계 수치를 설명하는 도면이며, 도 3b는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ′라인을 따라 취해진 단면의 SEM 사진이다.
도 4a 및 4b는 3차 링 공진기가 필터로서 사용되는 경우, 16 채널 및 32 채널의 투과 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 링 공진기의 공진파장 가변 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5b 및 5c는 본 발명의 실시예에 따른 링 공진기들을 보여주는 단면도들이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 링 공진기의 온도에 따른 공진파장 변화를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 특정한 온도에서 가열시간에 대한 공진 파장 변화를 나타내는 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
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 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명자들이 행한 연구와 실험에서 최초로 두 가지 중요한 현상을 발견을 하였다. 이는 위에서 설명한 링공진기의 3가지 난제를 풀 수 있는 중요한 열쇠가 될 수 있을 것으로 판단된다.
첫 번째 현상은 가장 낮은 차수의 TM(Transverse Electric) 모드를 이용할 경우 공진 파장의 통계적 오류를 2배 이상 작게 할 수 있다. 또한, 링 도파로와 버스(Bus) 라인 또는 링 도파로와 링 도파로 사이의 최소 간극을 400nm 이상으로 할 수 있어 포토리소그래피 (photolithography) 공정으로 링 공진기 제작이 가능하다는 사실이다.
두 번째 현상은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비로 특정한 온도에서 증착한 실리콘 산화질화막 (Oxynitride, SiOxNy)을 추후 가열하여 온도를 증가시킬 경우 굴절률 상변화(refractive index phase change) 현상을 관측한 것이다. 여기서, 굴절률 상변화란 증착 온도 아래에서는 굴절률 변화가 거의 없거나 매우 낮은데 비해, 증착 온도 이상에서는 굴절률이 매우 크게 증가하는 현상을 말한다. 이는 실리콘 산화질화막을 도파로의 상부클래딩층에 삽입할 경우 링 공진기의 공진파장을 쉽고 정밀하게 변화시킬 수 있음을 의미한다.
이러한 연구에 기초하여 본 발명의 실시예에 따른 링 공진기의 공진파장 가변 방법을 이하에서 설명한다.
도 1a 및 1b는 3차 및 1차 링 공진기가 멀티-채널 필터(multi-channel filter) 또는 애드-드롭(add-drop) 스위치를 개념적으로 보여주는 도면들이다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 입력 포트(input port)에서 복수 채널의 신호가 입력되면 1번 채널의 파장(λ1)이 링 공진기 의 공진 파장과 일치하고, 2, 3번 채널의 파장(λ2, λ3)이 공진파장과 일치하지 않을 경우 1번 채널의 신호는 링을 경유하여 드롭 포트(drop port)로 빠져나가고 2, 3 번 채널의 신호들은 쓰루 포트(through port)로 진행하게 된다. 이는 멀티-채널 필터(Multi-channel filter)의 디멀티플세서(DeMUX)의 기능을 할 수 있다. 또한 반대로 애드 포트(add port)에 λ1 신호를 입사시키고 쓰루 포트(Through port)에 λ2, λ3 신호를 입사시킬 경우 입력 포트(input port)에는 λ1, λ2, λ3가 나오는 멀티플렉서(MUX)의 기능을 할 수 있다. 그리고 3개의 링 중 하나의 공진파장을 변화시키면 1번 채널의 신호를 애드 포트(add port)에서 쓰루 포트(through port)로 또는 입력 포트(input port)에서 드롭 포트(drop port)로 변경할 수 있다. 이는 애드-드롭 스위치(add-drop switch)의 기능을 할 수 있음을 의미한다. 뿐만 아니라, 3개의 링 중 하나의 공진파장을 시간적으로 변조할 경우 변조기(modulator)의 기능을 하게 되며 10GHz 이상의 변조속도가 실험적으로 입증되었다.
도 2a 및 2b는 3차 링 공진기 및 1차 링 공진기의 스펙트럼 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 1차 링 공진기는 3차 링 공진기와 동일한 기능을 가질 수 있다. 하지만, 3차 링 공진기의 스펙트럼 특성이 훨씬 우수하다. 필터의 가장 중요한 특성인 인접채널과의 크로스 토크(cross talk) 및 평편한 위면 모양 (flat-top spectral shape)이 링 공진기의 차수가 높아질수록 우수하다. 그러나 직렬로 연결된 각 링의 공진파장이 정확히 일치해야 하므로 차수가 높아질수록 공정이 월등히 까다롭다. 특히 공진파장의 불일치는 통계적 특성을 나타내기 때문에 완전히 일치시키는 것은 불가능하다.
도 3a는 3차 링 공진기에 대한 구체적인 설계 수치를 설명하는 도면이며, 도 3b는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ′라인을 따라 취해진 단면의 SEM 사진이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 3차 링 공진기(100)는 제 1 포트(110) 및 제 2 포트(120), 그리고 상기 제 1 포트(110)와 제 2 포트(120) 사이에 배치된 세 개의 링 도파로(150)를 포함한다. 도 1a에서 설명한 바와 같이, 상기 제 1 포트(110)는 입력 포트(input port) 및 쓰루 포트(through port)를 포함할 수 있고, 상기 제 2 포트(120)는 드롭 포트(drop port) 및 애드 포트(add port)를 포함할 수 있다.
상기 링 도파로(150)의 폭(W)은 약 1mm, 높이(H) 는 약 190nm, 결합영역의 간격 G1은 약 400nm, 링 도파로(150) 간의 간격 G2는 약 600nm, 링 도파로(150)의 반지름(R)은 약 9 mm 이다. 그리고 링 도파로(150)를 지나가는 빛은 TM모드(Transverse Magnetic field)를 이용하였다. 상기 링 도파로(150)는 Hg-I line 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 여기서 설명되는 수치는 양호한 투과 스펙트럼을 얻기 위하여 실험적으로 최적화된 수치이다. 하지만 이 수치에서 상당히 벗어난 값도 비교적 양호한 스펙트럼을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 링 도파로(150)의 폭(W)은 0.5~1.5㎛, 높이(H)는 100nm~350nm, 링 도파로(150)와 포트들(110, 120) 사이의 간격(G1) 및 링 도파로(150) 간의 간격(G2)은 200nm ~1mm의 범위의 적절한 조합에 의해 양호한 스펙트럼을 얻을 수 있다. 또한, 상기 링 도파로(150)의 반경(R)은 5㎛ 이상의 값을 가질 수 있다.
도 4a 및 4b는 3차 링 공진기가 필터로서 사용되는 경우, 각각 16 채널 및 32 채널의 투과 스펙트럼을 나타내는 그래프들이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 도 3a 및 3b에서 실험적으로 최적화된 수치를 가지는 3차 링 공진기가 16 채널 및 32 채널에 대하여 상당히 우수한 필터 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 4a 및 4b에 나타낸 우수한 스펙트럼 특성은 가장 낮은 차수의 TM 모드만 진행할 수 있도록 광도파로를 설계하여야만 가능하다. 현재까지 논문에 발표된 대부분의 링공진기는 가장 낮은 차수의 TE모드를 갖도록 광도파로가 설계되었다. TE모드의 경우 TM(Transverse Magnetic) 모드에 비해 도파로 코어에 빛이 더 강하게 응축되므로 굽힘 손실(bending loss)이 작아 반지름이 훨씬 작은 링공진기 구현이 가능하고 클래딩층의 두께를 훨씬 작게 할 수 있는 장점이 있다.
그러나 코어에 빛이 강하게 응축되기 때문에 오히려 제작 공정에 기인된 통계적 파장오차가 대단히 크고 링과 버스라인 또는 링과 링 사이에 광 연결을 위한 간극이 작아야 하므로 전자빔 리소그래피(E-Beam lithography)를 사용하여야 하는 단점이 있다. 이 두 가지 단점은 실리콘 포토닉스 연구의 최대 난제가 되고 있다.
본 발명자들의 연구에서 TM 모드를 사용하여 광도파로와 링 공진기를 적절히 설계할 경우 위 단점을 극복할 수 있음을 실험적으로 발견하였다. 즉, 제작 공정에 기인된 통계적 파장 오차를 두 배 이상 작게 하고 링의 반지름도 수용 가능한 크기인 9mm이며 100GHz 채널 간격의 16채널, 50GHz 채널 간격의 32채널 링필터를 제작하고 도4a 와 4b에 보여주는 바와 같이 우수한 필터 스펙트럼을 측정하였다. 또한 링 도파로와 버스(Bus) 라인 또는 링 도파로와 링 도파로간의 최소 간극을 400nm 이상으로 할 수 있다. 따라서, Hg-I 라인의 포토리소그래피 (photolithography) 공정으로 32채널 멀티플렉서/디멀티플렉서(MUX/DeMUX) 링 필터를 제작할 수 있다. 구체적으로, 도 3a 및 3b를 참조하면, 100GHz 채널 간격의 16채널, 50GHz 채널 간격의 32채널 링필터는 링 도파로(150)의 폭(W)은 1.0㎛, 높이 190nm~200nm이며, 링 도파로(150)와 포트들(110, 120) 사이의 간격(G1)은 400nm~700nm이며, 링 도파로(150)의 반경(R)은 8~10㎛로 설정할 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 링 공진기의 공진파장 가변 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a를 참조하면, 링 도파로 및 상기 링 도파로를 피복하는 유전체층을 포함하는 링 공진기를 준비한다(S1). 상기 링 도파로 및 유전체층의 구체적인 구조는 도 5b 및 5c를 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 상기 링 공진기를 가열하여 유전체층의 굴절률 상변화를 유도한다(S2). 상기 링 공진기를 가열하는 것은, 예비적으로 유전체층의 증착 온도 이하까지 상기 링 공진기를 가열하고, 복수 개의 링 도파로 중 어느 하나를 유전체층의 증착 온도보다 높은 온도까지 가열하는 것을 포함한다. 즉, 상기 굴절률 상변화의 온도는 상기 유전체층의 증착 온도에 의하여 결정될 수 있다. 상기 링 도파로는 복수 개의 링 도파로를 포함하며, 복수 개의 링 도파로 중 특정한 하나가 가열되어 굴절률 상변화가 유도될 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 링 공진기를 보여주는 단면도이며, 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 링 공진기를 보여주는 단면도이다. 도 5b 및 5c는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ′라인을 따라 취해진 단면도들이다.
도 5b를 참조하면, 링 공진기들(300)은 기판(300) 상에 하부 클래딩 유전체층(342), 상기 하부 클래딩 유전체층(342) 상의 링 도파로(350), 상기 링 도파로(350) 및 상기 하부 클래딩 유전체층(342)을 덮는 제 1 보조 유전체층(345) 및 상기 제 1 보조 유전체층(345) 상의 상부 클래딩 유전체층(347)을 포함한다. 하부 클래딩 유전체층(342), 제 1 보조 유전체층(345) 및 상부 클래딩 유전체층(347)은 유전체층(340)을 구성할 수 있다.
상기 하부 클래딩 유전체층(342)과 상부 클래딩 유전체층(347)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 상기 링 도파로(350)는 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 제 1 보조 유전체층(345)은 실리콘 산화질화막 또는 실리콘 질화막을 포함할 수 있다.
상기 제 1 보조 유전체층(345)은 상기 링 도파로(350)의 상부면 및 측면을 덮도록 배치될 수 있다. 따라서, 상기 링 공진기(300)를 경유하는 광 신호는 상기 제 1 보조 유전체층(345)의 굴절률 변화에 더 영향을 받게 될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 링 공진기들(400)은 기판(400) 상에 하부 클래딩 유전체층(442), 상기 하부 클래딩 유전체층(442) 상의 링 도파로(450), 상기 링 도파로(450) 및 상기 하부 클래딩 유전체층(442)을 덮는 제 1 보조 유전체층(445), 상기 링 도파로(450)의 상부면을 덮으며 상기 제 1 보조 유전체층(445)과 링 도파로(450) 사이에 개재되는 제 2 보조 유전체층(446) 및 상기 제 1 보조 유전체층(445) 상의 상부 클래딩 유전체층(447)을 포함한다. 하부 클래딩 유전체층(442), 제 1 보조 유전체층(445), 제 2 보조 유전체층(446) 및 상부 클래딩 유전체층(447)은 유전체층(440)을 구성할 수 있다.
상기 하부 클래딩 유전체층(442)과 상부 클래딩 유전체층(447)은 실리콘 산화막을 포함할 수 있다. 상기 링 도파로(450)는 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 제 1 보조 유전체층(445)은 실리콘 산화질화막을 포함할 수 있다. 상기 제 2 보조 유전체층(446)은 실리콘 질화막을 포함할 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 링 공진기의 온도에 따른 공진파장 변화를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 특정한 온도에서 가열시간에 대한 공진 파장 변 화를 나타내는 그래프이다
도 6a에 나타낸 링 공진기의 온도에 따른 공진파장 변화는 실리콘 산화질화막의 온도에 따른 굴절율 변화에 기인된 것으로 본 연구에서 처음으로 발견된 현상이다. 각각의 시료 A, B, C는 가열시간이 서로 다른 것으로, 시료 A의 가열시간이 시료 B보다 길며, 시료 B의 가열시간이 시료 C보다 길다. 실리콘 산화질화막(SiOxNy)은 산소와 질소의 농도비에 따라 실리콘산화막(SiO2)의 굴절률 n=1.45로부터 실리콘 질화막 (Si3N4)의 굴절률 n=2.0까지의 굴절률 값을 가질 수 있다. 본 연구에서는 도 5b와 같은 도파로 구조에서 제 1 보조 유전체층(345)으로 실리콘 산화질화막(SiOxNy)을 사용하고 링 공진기의 공진파장의 온도 특성을 측정하였다. 하부 클래딩층(342)은 SOI(Silicon On Insulator) 기판의 실리콘 산화막(SiO2)층이고 제1보조 유전체층(345)과 상부클래딩층(347)은 PEVCD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 장비로 400℃에서 증착한 실리콘 산화질화막(SiOxNy)과 실리콘 산화막(SiO2) 층이다.
다채널 링 공진기를 히터로 430℃까지 증가시키면서 각 온도에서 공진파장을 측정한 결과 도 6a와 같은 유용한 특성을 나타내었다. 300℃이하에서 파장변화가 관측되지 않았고 300℃~400℃에서 서서히 공진파장이 장파장으로 이동하기 시작하고 400℃에서 공진파장이 장파장으로 가파르게 증가하였다.
실리콘 산화질화막(SiOxNy)을 400℃에서 PECVD로 증착한 실리콘 산화막(SiO2)으로 교체한 후 동일한 실험을 한 결과 파장이동은 전혀 관측되지 않았다. 실험결과 실리콘 산화질화막(SiOxNy)이 증착온도에서 굴절률이 급격하게 증가하는 굴절률 상변화(refractivce index phase change) 현상을 나타냄을 알 수 있다. 상기 실리콘 산화질화막을 300℃에서 도포한 후 동일한 실험을 한 결과 역시 실리콘 산화질화막(SiOxNy)의 굴절율이 300℃에서 크게 증가하는 현상을 관측하였다. 다만 굴절률의 증가율이 400℃에서 증착한 경우가 300℃에서 증착한 경우보다 큰 값을 나타내었다.
도 6b는 히터의 온도를 415℃로 고정하고 가열 시간에 대한 파장의 변화를 나타내고 있다. 가열초기에 굴절률 증가율이 크고 시간이 지남에 따라 굴절률 증가율이 낮아짐을 알 수 있다.
도 6a 과 6b에 나타낸 실험 결과는 실리콘 링 공진기 뿐만 아니라 도파광의 파장의존성을 갖는 모든 실리콘 광도파로에 대단히 유용하게 응용될 수 있다. 실리콘 산화질화막(SiOxNy)을 클래딩층에 삽입하고 파장이 정해진 값에서 굴절률이 낮은 방향으로 벗어날 경우 제작된 소자를 가열하여 언제든 제 위치로 정확히 가져올 수 있음을 나타낸다.
다수의 링 공진기를 포함하는 칩에 대해 특정한 링공진기의 공진 파장만을 변화시키고자 할 경우 칩 전체를 300℃~350℃ 까지 가열한 후 특정한 링공진기를 레이저나 가열된 바늘 끝 등으로 가열하여 해당 링의 공진파장을 변화시킬 수 있다. 이때 50℃ ~100℃의 온도 기울기를 갖는 거리보다 먼 위치의 링 공진기는 공진파장의 변화가 나타날 수 없음을 알 수 있다.
350: 링 도파로 345: 제 1 보조 유전체층
340: 유전체층 342: 하부 클래딩층
347: 상부 클래딩층

Claims (8)

  1. 링 도파로 및 상기 링 도파로를 피복하는 유전체층을 포함하는 링 공진기를 준비하는 것; 그리고
    상기 링 공진기를 가열하여 상기 유전체층의 굴절률 상변화(refractive index phase change)를 유도하는 것을 포함하고,
    상기 굴절률 상변화의 온도는 상기 유전체층의 증착 온도에 의하여 결정되는 링 공진기의 공진파장 가변 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 도파로는 실리콘을 포함하며,
    상기 유전체층은 적어도 상기 링 도파로의 상부면 및 하부면을 덮는 클래딩 유전체층, 및 상기 링 도파로의 상부면을 덮으며 상기 클래딩 유전체층과 상기 링 도파로 사이에 개재되는 제 1 보조 유전체층을 포함하는 링 공진기의 공진파장 가변 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 클래딩 유전체층은 실리콘 산화막을 포함하며, 상기 제 1 보조 유전체층은 실리콘 산화질화막(Silicon Oxynitride, SiOxNy)를 포함하는 링 공진기의 공진파장 가변 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제 1 보조 유전체층은 상기 링 도파로의 상부면 및 측면을 덮는 링 공진기의 공진파장 가변 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 유전체층은 상기 링 도파로의 상부면을 덮으며, 상기 제 1 보조 유전체층과 상기 링 도파로 사이에 개재되는 제 2 보조 유전체층을 더 포함하되,
    상기 제 2 보조 유전체층은 실리콘 질화막을 포함하는 링 공진기의 공진파장 가변 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 도파로는 복수 개의 링 도파로를 포함하며,
    상기 복수 개의 링 도파로 중 어느 하나는 가열되어 공진 파장이 변하며, 상기 복수 개의 링 도파로 중 다른 하나는 온도 및 공진 파장이 일정하게 유지되는 링 공진기의 공진파장 가변 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 링 도파로는 TM모드의 빛이 진행하도록 허용하는 링 공진기의 공진파장 가변 방법.
KR1020100095996A 2010-10-01 2010-10-01 링 공진기의 공진파장 가변 방법 KR101381900B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100095996A KR101381900B1 (ko) 2010-10-01 2010-10-01 링 공진기의 공진파장 가변 방법
US13/175,567 US8644657B2 (en) 2010-10-01 2011-07-01 Method of tuning resonance wavelength of ring resonator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100095996A KR101381900B1 (ko) 2010-10-01 2010-10-01 링 공진기의 공진파장 가변 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120034436A KR20120034436A (ko) 2012-04-12
KR101381900B1 true KR101381900B1 (ko) 2014-04-04

Family

ID=45889292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100095996A KR101381900B1 (ko) 2010-10-01 2010-10-01 링 공진기의 공진파장 가변 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8644657B2 (ko)
KR (1) KR101381900B1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8396337B2 (en) * 2010-06-30 2013-03-12 The Regents Of The University Of California Ring resonator based optical isolator and circulator
JP5817315B2 (ja) * 2011-08-10 2015-11-18 富士通株式会社 光半導体素子
WO2014056105A2 (en) 2012-10-09 2014-04-17 Mcmaster University Integrated thermal stabilization of a microring resonator
US9726553B2 (en) 2013-06-11 2017-08-08 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Optical temperature sensor and use of same
WO2015143718A1 (zh) * 2014-03-28 2015-10-01 华为技术有限公司 光互连器、光电芯片系统及共享光信号的方法
JP2017527842A (ja) 2014-07-18 2017-09-21 華為技術有限公司Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 波長選択スイッチ及び波長選択方法
US10215925B1 (en) 2018-08-22 2019-02-26 Mcmaster University Systems and methods for resonance stabilization of microring resonator
JP7123769B2 (ja) 2018-11-28 2022-08-23 京セラ株式会社 光スイッチ
US11569914B2 (en) * 2020-09-03 2023-01-31 Ayar Labs, Inc. Optical data communication system and associated method
CN114531228B (zh) * 2021-12-31 2023-06-30 华南师范大学 一种相位稳定的多用户tf-qkd系统及实现方法
TWI819725B (zh) * 2022-07-29 2023-10-21 緯創資通股份有限公司 寬頻環形共振腔元件及其設計系統

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3311722B2 (ja) * 1999-02-09 2002-08-05 財団法人神奈川科学技術アカデミー リング共振器付き光導波路型波長フィルタおよび１×ｎ光導波路型波長フィルタ
JP2006506689A (ja) * 2002-11-19 2006-02-23 ルーメラ・コーポレーション 電気光学ポリマー導波路デバイスおよび前記デバイスを製造する方法
KR20060111155A (ko) * 2005-04-22 2006-10-26 엘지전자 주식회사 마이크로 링 광 공진기 및 그 제조방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0027227D0 (en) * 2000-11-08 2000-12-27 Bookham Technology Ltd Polarisation beam splitters/combiners
US6768857B2 (en) * 2001-05-11 2004-07-27 International Business Machines Corporation Method for manufacturing an optical device with a defined total device stress
US6766083B2 (en) 2001-10-16 2004-07-20 International Business Machines Corporation Tunable coupler device and optical filter
KR100403673B1 (ko) 2001-12-12 2003-10-30 한국전자통신연구원 광섬유 상의 상호 절연된 두 도전막 형성방법
US6947632B2 (en) 2002-01-03 2005-09-20 Fischer Sylvain G Method of implementing the kerr effect in an integrated ring resonator (the kerr integrated optical ring filter) to achieve all-optical wavelength switching, as well as all-optical tunable filtering, add-and -drop multiplexing, space switching and optical intensity modulation
US20040114867A1 (en) 2002-12-17 2004-06-17 Matthew Nielsen Tunable micro-ring filter for optical WDM/DWDM communication
US20050287747A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 International Business Machines Corporation Doped nitride film, doped oxide film and other doped films
US7231113B2 (en) * 2005-08-19 2007-06-12 Infinera Corporation Coupled optical waveguide resonators with heaters for thermo-optic control of wavelength and compound filter shape
WO2008030468A2 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 Massachusetts Institute Of Technology Microphotonic waveguide including core/cladding interface layer
WO2008082664A2 (en) * 2006-12-29 2008-07-10 Massachusetts Institute Of Technology Fabrication-tolerant waveguides and resonators

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3311722B2 (ja) * 1999-02-09 2002-08-05 財団法人神奈川科学技術アカデミー リング共振器付き光導波路型波長フィルタおよび１×ｎ光導波路型波長フィルタ
JP2006506689A (ja) * 2002-11-19 2006-02-23 ルーメラ・コーポレーション 電気光学ポリマー導波路デバイスおよび前記デバイスを製造する方法
KR20060111155A (ko) * 2005-04-22 2006-10-26 엘지전자 주식회사 마이크로 링 광 공진기 및 그 제조방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
진원준 외 3인, "폴리머 마이크로링 공진기를 이용한 광학적 마이크로웨이브 대역통과필터".한국광학회지,2005년10월,pp 469~475. *

Also Published As

Publication number Publication date
US20120081197A1 (en) 2012-04-05
KR20120034436A (ko) 2012-04-12
US8644657B2 (en) 2014-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101381900B1 (ko) 링 공진기의 공진파장 가변 방법
US10459168B2 (en) Optical devices and method for tuning an optical signal
US10088628B1 (en) Optical waveguide element and receiving circuit
Mu et al. A four-channel DWDM tunable add/drop demultiplexer based on silicon waveguide Bragg gratings
Little Advances in microring resonators
Mohammadi et al. Engineered FWHM enhancement in plasmonic nanoresonators for multiplexer/demultiplexer in visible and NIR range
US20240061308A1 (en) Optical device and method of fabricating thereof
US20130156369A1 (en) RING RESONATORS HAVING Si AND/OR SiN WAVEGUIDES
Chang et al. Low-loss broadband silicon-on-insulator demultiplexers in the $ O $-Band
Liu et al. Compact and broadband optical add-drop de-multiplexer with cascaded elliptical micro-rings on SOI
Heideman et al. Low loss, high contrast optical waveguides based on CMOS compatible LPCVD processing: technology and experimental results
Li et al. Tunable filters based on an SOI nano-wire waveguide micro ring resonator
Kokubun Vertically coupled microring resonator filter for integrated add/drop node
Onawa et al. Polarisation-insensitive Si wire waveguide add/drop wavelength filter using reflective mode conversion grating and mode split coupler
CN109991700A (zh) 一种微环集成的阵列波导光栅波分复用器
Oguma et al. Compactly folded waveguide-type interleave filter with stabilized couplers
US11163113B2 (en) Athermal silicon optical add-drop multiplexers based on thermo-optic coefficient tuning of sol-gel material
Takato et al. Silica-based single-mode guided-wave devices
KR20210005667A (ko) 저전력 소비를 갖는 재구성 가능한 광 애드-드롭 멀티플렉서
Ma et al. Analysis of a 1× 16 polymer microring resonant wavelength demulti/multiplexer with double seriated identical microrings in every filter element
US9817297B1 (en) Reconfigurable athermal optical filters
WO2005106550A1 (en) Dual band optical mux/demux and apparatus comprising the same
Zhu et al. Back-end integration of multilayer photonics on silicon
Melloni et al. Experimental investigation on ring resonator based filters in SiON technology
Chen et al. Study on 760nm silicon nitride micro ring resonator filter

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170224

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee