KR101510356B1 - 광학 신호들을 증폭, 변조 및 검출하기 위한 나노-와이어 광학 블록 디바이스들 - Google Patents

광학 신호들을 증폭, 변조 및 검출하기 위한 나노-와이어 광학 블록 디바이스들 Download PDF

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Abstract

라지 코어 할로우 금속화된 도파관(100)에서 광학 신호(108)를 증폭, 변조 및 검출하기 위한 나노-와이어 광학 블록 디바이스(200, 300, 500, 700). 나노-와이어 광학 블록 디바이스(200)는 나노-와이어 광학 블록을 형성하도록 기판에 커플링된 복수의 나노-와이어들(206)을 구비하는 기판(202)을 포함한다. 각 적절하게 형성된 나노-와이어는 p-도핑된 영역, 진성 영역, 및 n-도핑된 영역을 포함한다. 나노-와이어 광학 블록(200, 300, 500, 700)은 광학 신호(108)를 증폭, 변조 및 검출하는 것 중 적어도 하나를 제공하도록 라지 코어 할로우 금속화된 도파관(100)에 삽입되도록 동작가능하다.

Description

광학 신호들을 증폭, 변조 및 검출하기 위한 나노-와이어 광학 블록 디바이스들{NANO-WIRE OPTICAL BLOCK DEVICES FOR AMPLIFYING, MODULATING, AND DETECTING OPTICAL SIGNALS}
회로 보드들 상에서의 컴퓨터 칩 속도들이 훨씬 더 빠른 속도들로 증가함에 따라, 칩간 통신의 통신 병목현상들이 더 큰 문제가 되고 있다. 한가지 가능한 해결책은 고속 컴퓨터 칩들을 상호접속하는데 광학(optics)을 이용하는 것이다. 그러나, 대부분의 회로 보드들은 다수의 층들을 포함하고 그들 제조 시에 때로는 1 마이크론 이하의 허용한도를 요구한다. 광섬유를 물리적으로 배치하고 광섬유들을 칩들에게 접속시키는 것은 너무나 부정확하고 시간 소비적이므로, 회로 보드 제조 프로세스들에 널리 채택될 수 없다.
추가적으로, 고체 코어 광학 도파관에서 광학 신호들을 복수의 로케이션들에서 액세스하는 것은 도전적일 수 있다. 광학 신호는 액세스될 때마다, 원래의 신호와 간섭하고 원래의 신호를 열화시킬 수 있다. 그러므로, 광대역 데이터 전달에 대한 필요성에도 불구하고, 칩들 사이의 시장성있는 광학 인터커넥트들은 환상인 것으로 증명되었다.
본 발명의 특징들 및 장점들은 본 발명의 특징들을 예로서 함께 예시하고 있는 첨부된 도면들과 함께 취해진 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라지 코어 할로우 금속화된 도파관(large core hollow metallized waveguide)의 예시이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 수직 방향으로 배향된(oriented) 나노-와이어들(nano-wires)을 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 2b는 p-도핑된 영역, 진성 영역(intrinsic region), 및 n-도핑된 영역을 포함하는 나노-와이어의 예시이다.
도 2c는 본 발명의 실시예에 따라 기판에 대해 오프-축 배향을 갖는 나노-와이어들을 도시하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 2d는 본 발명의 실시예에 따라 실질적으로 수평 방향으로 배향된 나노-와이어들을 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 2e는 본 발명의 실시예에 따라 실질적으로 수직 및 수평 방향들로의 나노-와이어들을 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 2f는 본 발명의 실시예에 따라 하나의 각도로 설정된 나노-와이어들을 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 2g는 본 발명의 실시예에 따라 실질적으로 랜덤하게 정렬된 나노-와이어들을 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 2h는 본 발명의 실시예에 따라 기판에 실질적으로 직각으로(orthogonal) 형성된 나노-와이어들을 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따라 수직 나노-와이어들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이(nano-wire grid array)를 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 수평 나노-와이어들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따라 수직 및 수평 나노-와이어들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 3d는 본 발명의 실시예에 따라 하나의 각도로 설정된 나노-와이어들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 3e는 본 발명의 실시예에 따라 실질적으로 랜덤하게 정렬된 나노-와이어들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 3f는 본 발명의 실시예에 따라 기판에 실질적으로 직각으로 형성된 나노-와이어들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하는 나노-와이어 광학 블록 디바이스의 예시이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 도파관의 슬롯들에 삽입된 나노-와이어 광학 블록들을 구비하는 라지 코어 할로우 금속화된 도파관의 예시이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 실질적으로 개방된 영역들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하고 있는 나노-와이어 광학 블록 검출기의 예시이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 광학 신호의 증폭 및 검출을 위해 구성된 나노-와이어 광학 블록들이 도파관의 슬롯들에 삽입된 라지 코어 할로우 금속화된 도파관의 예시이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따라 나노-와이어 그리드 어레의 각각의 영역에서 비교적 낮은 밀도의 나노-와이어들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하는 나노-와이어 광학 블록 검출기의 예시이다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따라 나노-와이어 그리드 어레의 각각의 영역에서 비교적 높은 밀도의 나노-와이어들을 갖는 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하는 나노-와이어 광학 블록 검출기의 예시이다.
도 8은 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하기 위한 방법을 도시하는 플로우차트이다.
이제 예시적인 실시예들에 대한 참조가 이루어질 것이며, 그들을 설명하기 위해 본 명세서에서 구체적인 설명이 사용될 것이다. 그럼에도 불구하고, 그것에 의해 본 발명의 범주의 어떠한 제한도 의도된 것이 아니라는 것은 자명하다할 것이다.
회로 보드 상에서 컴퓨터 칩들 사이의 광학 인터커넥트들을 형성하기 위한 하나의 방법은 회로 보드 상에 형성된 광학 도파관들을 이용하는 것이다. 광학 도파관들은 리소그래피 또는 유사한 프로세스들을 이용하여 회로 보드 상에 도파관들을 형성할 수 있는 능력 때문에 전자장치들을 상호접속하는데 광섬유 통신들보다 우수할 수 있다. 도파관들은 통상적으로 폴리머들 및/또는 유전체들과 같은 실질적으로 광학적으로 투명한 재료로 회로 보드들 상에 형성된다. 리소그래피 또는 유사한 프로세스들을 이용하여 만들어지는 광학 도파관들은 회로 보드 상에 장착되지 않는 다른 유형들의 기판들 상에 형성될 수도 있다. 예를 들면, 광학 도파관(들)은 하나 이상의 광학 도파관들을 갖는 리본 케이블을 생성하도록 유연한 기판 상에 형성될 수 있다. 본 출원서에 개시된 광학 도파관들은 리소그래피 또는 유사한 프로세스들을 이용하여 기판들 상에 형성된다.
이러한 방식으로 광학 도파관들을 형성하는 것은 현대의 다중-층 회로 보드들 상에 이용되는 필요한 물리적 허용한도로 구성된 인터커넥트들을 제공할 수 있다. 그러나, 온-보드 도파관들(on-board waveguide)을 형성하기 위해 칩 및 회로 보드 제조에서 이용되는 폴리머들, 유전체들 및 다른 재료들은 통상적으로 광섬유들보다 훨씬 더 손실이 많다. 실제로, 온-보드 도파관들에서의 손실량은 광학 도파관 인터커넥트들의 수용을 제한시키는 인자들 중 하나였다. 도파관들을 구성하는데 이용되는 폴리머들은 센티미터당 0.1dB의 손실을 가질 수 있다. 이에 비해, 광섬유에서의 손실은 대략 킬리미터당 0.1dB이다. 그러므로, 폴리머 도파관들은 광섬유에서의 손실보다는 더 큰 손실을 가질 수 있다.
또한, 전형적인 도파관들은 대개는 이들이 반송하도록 설계된 광의 파장에 대략적으로 비례하는 치수들을 갖도록 제조된다. 예를 들면, 1000nm 광을 반송하도록 구성된 단일 모드 도파관은 1000nm 내지 5000nm(1㎛ 내지 5㎛)의 최대 치수를 가질 수 있다. 이러한 크기의 도파관들을 접속시키는 것은 고가이고 힘들 수 있다. 도파관들을 생성하고 접속하는 비용은 가장 일반적인 어플리케이션들에서 역사적으로 그들 이용을 감소시켰다. 멀티모드 도파관들은 코어 영역에 대해 20-60㎛ 수준의 더 큰 치수들을 가질 수 있다. 단일 및 멀티모드 도파관들 양쪽 모두는 0.01 내지 0.02의 코어 및 클래드 굴절율 차(refractive index contrast)에 대해 0.2 내지 0.3 근처의 비교적 높은 개구수(NA(numerical aperture))를 갖는다. 개구수는 방출하는 광섬유로부터의 빔의 발산을 결정한다. 그러므로, 더 큰 NA는 광섬유 대 광섬유 분리의 기능으로서 좋지않은 커플링을 야기할 것이다. 가이드된 광학 빔들의 스플리팅(splitting) 및 탭핑(tapping)은 또한 이들 도파관들을 이용하여 달성하기 어렵다.
폴리머들 또는 유전체 재료들을 이용하여 형성된 전통적인 광학 도파관들에 대한 실질적인 개선은 도 1에 도시된 바와 같이, 코히어런트 광(108)을 가이드하도록 구성된 라지 코어 할로우 도파관(100)의 이용이다. 라지 코어 할로우 도파관은 도파관이 가이드하도록 구성된 코히어런트 광의 파장의 50 내지 150배 이상의 수준의 직경(또는 폭 및/또는 높이)을 가질 수 있다. 라지 코어 코어 할로우 도파관은 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형, 또는 광학 신호를 가이드하도록 구성된 일부 다른 형태인 단면 형태를 가질 수 있다. 또한, 도파관은 비어 있으므로, 광은 본질적으로 공기 또는 진공에서의 빛의 속도로 이동한다.
도 1은 멀티모드 빔(106)을 도파관(105) 내로 방출하는 광원, 전형적으로는 레이저 또는 발광 다이오드(102)를 예시한다. 멀티모드 빔은 도파관의 벽들 사이에서 바운스(bounce)할 수 있다. 각각의 반사 시에, 빔의 실질적인 손실이 발생할 수 있다. 도파관 내의 손실을 감소시키기 위해, 할로우 도파관(100)의 내부를 덮도록 반사성 코팅(113)이 추가될 수 있다. 이해될 수 있듯이, 반사성 코팅은 도금(plating), 스퍼터링(sputtering), 또는 유사한 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 할로우 도파관이 낮은 용융점을 갖는 폴리머 또는 다른 재료를 포함하는 경우, 반사성 코팅은 스퍼터링, 전기도금 또는 열 증착(thermal evaporation)과 같은 저온 프로세스를 이용하여 적용될 수 있다.
반사성 코팅(113)은 코히어런트 광의 파장에서 실질적으로 반사성인 금속, 유전체들 또는 다른 재료들의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 금속들은 그들의 반사도에 기초하여 선택될 수 있다. 채널을 덮는 고반사성 층(highly refractive layer)이 요구된다. 예를 들면, 반사성 층은 은, 금, 알루미늄, 또는 고반사성 층을 형성할 수 있는 일부 다른 금속 또는 합금을 이용하여 형성될 수 있다.
대안적으로, 반사성 코팅(113)은 선택된 파장에서 실질적으로 반사성인 유전체 재료의 하나 이상의 층들로 형성될 수 있는 유전체 스택일 수 있다. 반사성 코팅이 성막되기 이전에, 미코팅된 할로우 채널이 열 리플로우(heat reflow)를 받아 임의의 표면 거칠기를 평탄하게 할 수 있다. 반사성 코팅은 또한 열 리플로우 또는 유사한 프로세스를 받아 성막 프로세스 동안에 발생할 수 있는 반사층 내의 표면 거칠기를 평탄하게 할 수 있다. 전기-폴리싱은 또한 반사성 금속 표면을 평탄하게 하는데 이용될 수 있다. 반사성 코팅을 갖는 라지 코어 할로우 도파관은 라지 코어 할로우 금속화된 도파관으로 지칭된다.
포토닉(photonic) 가이딩 디바이스가 밀봉되지 않는다면, 반사성 코팅(113)은 시간에 걸쳐 산화될 수 있다. 반사성 코팅의 산화는 그 반사도를 실질적으로 감소시킬 수 있다. 금속 코팅의 반사도의 열화를 감소시키거나 제거하기 위해, 보호층(111)이 반사성 코팅 위에 형성될 수 있다. 보호층은 코히어런트 광의 파장에서 실질적으로 투명인 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 보호층은 실리콘 다이옥사이드, 또는 반사 코팅 위에서 실질적으로 밀폐 본드(air tight bond)를 형성할 수 있는 일부 다른 재료로 형성될 수 있다. 이러한 보호층은 또한 손실성 반사층으로부터 전파되는 광을 더 분리시킴으로써 전파 손실을 감소시킬 것이다.
반사성 표면을 갖는 할로우 도파관들은 고체 도파관들과는 상이하게 동작한다. 할로우 도파관들은 광섬유와 같은 고체 도파관들에서 통상적으로 발생하는 바와 같은 더 높은 굴절율 코어 영역과 더 낮은 굴절율 클래딩 영역 사이의 내부 전반사를 통해서가 아니라, 반사층(들)으로부터의 반사를 통해 광을 가이드하는 감쇠된 내부 전반사의 원리를 이용하여 작동한다. 이해될 수 있듯이, 할로우 도파관 내의 광은 내부 전반사에 필요한 것보다 더 큰 입사각들에서 반사될 수 있다.
원형 할로우 도파관에 대해, TE01 모드는 수학식 1에 따라 결정될 수 있는 단위 길이당 감쇠를 갖는다.
Figure 112011007749003-pct00001
여기에서, a는 도파관 반경이고, ω는 광 주파수의 라디안 표시이며, ωc는 TE0 컷-오프(cut-off) 주파수이고, η는 자유공간의 임피던스이다. 할로우 도파관의 감쇠는 금속 벽들의 유한 도전율에 기인한다. Rs는 금속의 저항율이고 이하의 수학식에 의해 주어진다.
Figure 112011007749003-pct00002
여기에서, σ는 도전율이고, f는 광의 주파수이며, δ는 금속으로의 광의 침투 깊이이고, μ는 금속의 투자율이다. Rs는 f의 제곱근에 따라 증가한다는 것을 알 수 있다.
상기 수학식 1로부터, TE01 모드에 대한 감쇠는 증가하는 주파수에 따라 감소된다는 것을 알 수 있다. 증가하는 주파수에서 감쇠의 감소는 높은 주파수들에서 모드가 가이드 벽들에 커플링되지 않기 때문에 발생한다.
또한, 할로우 금속 도파관(100)에 존재하는 더 높은 차수의 모드들이 있다. 그러나, 이들 모드들은 금속 벽들에 더 많이 커플링되기 때문에 매우 손실이 많다(즉, 이들은 그들의 더 높은 개구수로 인해 더 많은 반사를 겪는다). 도파관 굴곡부들 및 불연속점들에서, TE01 모드는 더 높은 차수 모드들로의 모드 변환으로 인해 감쇠될 것이다. 최저 손실 모드는 도파관을 따라 아래로 전파됨에 따라 결과적으로 더 적은 수의 바운스들을 야기하는 법선으로부터 가파른 각도에서 반사성 벽을 단지 스치는 광선들(rays)의 세트에 의해 기술될 수 있다. 이러한 이유 때문에, 낮은 손실 모드는 종래의 고체 코어 도파관들에 비해 매우 적은 개구수를 갖는다.
이상적으로는, 단일 모드 레이저는 통상적으로 코히어런트 광을 할로우 도파관으로 지향하는데 이용된다. 그러나, 단일 모드 레이저들은 비교적 고가일 수 있다. 수직-캐비티 표면-방출 레이저(VCSEL)와 같은 덜 고가의 멀티-모드 레이저는 반사성 내부 표면을 갖는 할로우 도파관들을 이용하여 비교적 짧은 거리들을 통해 높은 데이터 레이트 신호들을 통신하는데 유용할 수 있다는 것이 발견되었다. 예를 들면, 멀티-모드 레이저들은 칩간 및 회로보드간 접속들로서 이용되는 라지 코어 할로우 반사성 도파관들을 통해 높은 데이터 레이트 신호들을 지향하는데 이용될 수 있다. 멀티-모드 레이저들의 이용은 광학 인터커넥트들의 비용을 크게 감소시킬 수 있고, 그들 이용이 훨씬 광범위한 전자 디바이스들을 인터커넥팅할 수 있게 한다. 그러나, 멀티-모드 레이저 출력은 할로우 금속 도파관에 직접 커플링되는 경우에 상당히 더 큰 손실들을 가질 수 있다.
멀티-모드 레이저(102)로부터 방출된 더 높은 모드들의 감쇠를 극복하기 위해, 콜리메이터(104)가 레이저로부터 방출된 멀티-모드 광선들(106)의 경로 내에 배치될 수 있다. 콜리메이터는 콜리메이팅 렌즈들 또는 일련의 렌즈들일 수 있다. 일 실시예에서, 콜리메이터는 볼(ball) 렌즈로서 구성될 수 있다. 볼 렌즈는 반-반사성(anti-reflective) 코팅을 가질 수 있다.
콜리메이터(104)는 멀티-모드 빔을 콜리메이팅하여 레이저(102)로부터 방출된 복수의 복수 모드들, 또는 광선들(106)이, 복수의 모드들이 라지 코어 할로우 도파관(200) 내에서 실질적으로 평행하게 이동하는 콜리메이팅된 빔(108)을 형성하게 하도록 구성된다. 멀티-모드 빔의 콜리메이션은, 도파관에 거의 평행한 광선들을 런칭(launching)함으로써 멀티모드 레이저를 할로우 금속 도파관의 낮은 손실 모드에 효율적으로 커플링하는데 이용될 수 있고, 도파관 내에서 발생하는 반사들의 개수를 실질적으로 감소시킨다. 도파관 내에서 발생하는 콜리메이팅된 빔의 반사들은 통상적으로 도파관 벽들에 대해 비교적 얇은 각도에서 존재할 것이고, 따라서 도파관 내의 반사들의 개수를 최소화시키며 따라서 할로우 도파관 내의 광의 감쇠를 감소시킨다.
추가적으로, 빔의 직경은 콜리메이터에 의해 도파관을 언더필링(underfill)하도록 응축(condensing)될 수 있다. 환언하면, 콜리메이팅된 빔은 도파관의 직경, 폭 또는 높이보다 작은 직경을 가질 수 있다. 도파관을 언더필링하도록 콜리메이팅된 빔을 응축하는 것은 할로우 라지 코어 도파관의 내부 상의 반사성 코팅과 외곽 모드들 또는 광선들의 상호작용을 감소시킬 수 있고, 또한 더 큰 오정렬 허용한도를 허용한다.
코히어런트 빔(108)이 라지 코어 할로우 도파관(100)를 언더필링하도록 콜리메이팅되어 응축되어 있더라도, 빔의 폭 또는 직경은 도파관의 실질적인 부분을 채울 수 있다. 예를 들면, 콜리메이팅된 빔은 도파관의 폭의 절반보다 큰 직경을 가질 수 있다. 단일 모드 빔에 대한 멀티-모드 콜리메이팅된 빔의 폭은 도파관 내의 멀티-모드 빔의 오정렬 허용한도들을 감소시킬 수 있다.
예를 들면, 850nm 광의 코히어런트 멀티모드 빔은 0.07dB/cm 수준의 손실을 갖는 반사성 코팅을 구비하는 150㎛ 라지 코어 도파관을 통해 투과될 수 있다. 도파관을 나오는 광의 개구수는 0.05보다 작도록 결정되었다. 도파관의 손실들은 그 크기에 따라 스케일링될 수 있다. 더 작은 크기의 도파관들은 도파관 내의 더 큰 개수의 내부 반사들(바운스들)로 인해 더 큰 손실들을 갖는다. 그러므로, 더 큰 도파관들이 손실을 줄이는데 이용될 수 있다.
도파관을 통한 광학 경로가 실질적으로 직선이 아닌 경우에, 도파관(100) 내에 상당한 손실들이 발생할 수 있다. 도파관 내에 발생하는 굴곡부들 또는 회전부들(turns)은 광이 원하지 않는 개수의 바운스들을 갖도록 유발할 수 있고, 이는 실질적인 양의 감쇠를 유발한다. 광학 신호들이 상이한 방향으로 라우팅될 수 있도록 하기 위해, 거울들, 스플리터들 및 렌즈들이 이용될 수 있다. 그러나, 이들 컴포넌트들 각각은 광학 신호(108)의 손실들 및 저하들을 유발할 수도 있다. 이들 손실들은 도파관의 비교적 실질적인 길이에 걸쳐 중요하게 될 수 있다. 도파관 내의 복수의 위치들에서 스플리터들과 같은 다수의 광학 디바이스들이 광학 신호들을 제거하거나 재지향하는데 이용되는 경우에, 손실들이 또한 중요하게 될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 신호가 더 먼 거리를 이동할 수 있게 하고/하거나, 할로우 금속 도파관 내에서 광학 신호가 원하는 전력 레벨을 유지하는 것을 허용하면서 스플리터들, 렌즈들 및 거울들과 같은 추가적인 광학 컴포넌트들이 이용될 수 있도록, 광학 신호(108)를 증폭할 수 있는, 할로우 금속 도파관(100) 내로 삽입될 수 있는 고가이지 않은 포토닉 디바이스가 필요하다는 것이 인지되어 왔다.
본 발명의 일 실시예에서, 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하기 위한 나노-와이어 광학 블록 디바이스(200)는 도 2a, 2b 및 2d-2h에 예시된 예로 든 실시예들에 도시된 바와 같이, 라지 코어 할로우 금속 도파관 내에 삽입되도록 구성될 수 있다. 각각의 나노-와이어 광학 블록은 기판 재료(202), 및 광학 블록의 액티브 영역(204)에 위치된 복수의 액티브 나노-와이어들(206)을 포함할 수 있다. 나노-와이어 광학 블록들은 할로우 금속 도파관(100) 내에 삽입되도록 크기조정될 수 있다.
광학 블록의 기판(202)은 단결정 실리콘(single crystalline silicon), 마이크로-결정 실리콘(micro-crystalline silicon), 짧은 범위의 결정 정보를 갖고 있는 비정질 실리콘, 인듐 인화물(InP), 갈륨 비화물(GaAs), 갈륨 질화물(GaN)과 같은 III-V족 재료, 등과 같은 전기적으로 도전성인 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 선택된 주파수에서 실질적으로 광학적으로 투명한 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로, 기판은 광학 신호로부터의 광이 나노-와이어들과 상호작용할 수 있도록 액티브 영역(204)으로부터 실질적으로 제거될 수 있다.
각각의 적절하게 형성된 나노-와이어(206)는 할로우 금속 도파관의 광학 신호의 파장보다 작은 직경으로, GaAs, InP, GaN, 및 그들의 합금들과 같은 III-V족 재료로 형성될 수 있다. 나노-와이어는 도 2b에 예시된 바와 같이, p형 영역, 약하게 도핑된 진성 영역, 및 n형 영역을 갖는 PIN 다이오드로서 구성될 수 있다. PIN 다이오드는 동종-접합(homo-junction) 또는 이종-접합(hetero-junction)일 수 있고, 어느 경우든 III-V족 재료 패밀리의 3원(ternary) 및 4원(quaternary) 합금들을 포함할 것이다. p형 및 n형 영역들은 통상적으로 도전성 기판(202)과의 저항성 컨택트들로서 이용하게 위해 강하게 도핑된다. 일 실시예에서, 진성 영역은 양자 웰로서 작용할 수 있다.
광학 블록에서 나노-와이어들(206)을 순방향 바이어싱하는 것은 나노-와이어와 상호작용하는 광자들(photons)에게 이득(gain)을 제공한다. 각각의 적절하게 형성된 나노-와이어는 소형 반도체 광학 증폭기로서 동작할 수 있고, 할로우 금속 도파관 내의 광학 신호의 광자들을 증폭시킨다. 나노-와이어들은 기판(202)에 대해 특정 정렬로 정렬될 수 있다. 각각의 나노-와이어는 도 2c에 예시된 바와 같이 기판에 대해 수 십도 만큼일 수 있는 선택된 각도(205)에 의해 기판으로부터 오프-축될 수도 있다. 선택된 각도는 웨이브 가이드(100, 도 1)의 광자들과 나노-와이어들 사이에서 원하는 레벨의 상호작용을 제공하도록 선택될 수 있다. 나노-와이어들은, 온-축(기판과 편평함) 또는 오프-축(기판으로부터 선택된 각도로 떨어지도록 지향됨)인지 여부에 관계없이, 수평으로(도 2a), 수직으도(도 2d), 수평 및 수직 양쪽 모두로(도 2e), 선택된 각도로(도 2f), 실질적으로 랜덤한 방식으로(도 2g), 또는 기판에 수직으로(도 2h)와 같이, 특정 방향으로 정렬될 수 있다. 수직 나노-와이어들은 도파관(100)의 광학축에 대해 90도보다 수십도 작거나 큰 특정 각도에서 형성될 수도 있다.
광학 신호(108, 도 1)가 편광되는 경우에, 기판(202)에 대한 나노-와이어들(206)의 특정 정렬이 이용될 수 있다. 예를 들면, 수평 또는 수직 정렬은 신호의 선택된 편광을 유지하면서 편광된 광학 신호가 증폭될 수 있게 할 수 있다. 나노-와이어들을 정렬하는 것은 또한 편광된 신호를 증폭하기 위한 더 효율적인 수단을 제공할 수 있다. 대안적으로는, 실질적으로 랜덤하게 정렬된 나노-와이어들(206)을 구비하고 있는 나노-와이어 블록(200)이 편광 스크램블링된 광학 신호를 증폭하는데 더 효율적일 수 있다.
전술한 바와 같이, 전형적인 할로우 금속 도파관(100, 도 1)는 대략 150㎛의 높이 및 폭을 가질 수 있다. 그러나, 그 길이의 나노-와이어들을 형성하는 것은 어려울 수 있다. 추가적으로, 비교적 상당한 길이를 갖는 나노-와이어들은 명백하게 부서지기 쉬울 수 있다. 이들 제한들을 극복하기 위해, 도 3a에 예시된 바와 같이, 나노-와이어 그리드 어레이를 구비하는 광학 블록(300)이 형성될 수 있다. 그리드 어레이는 나노-와이어들이 형성될 수 있는 영역들(302)의 어레이(308)를 포함할 수 있다. 각각의 영역은 나노-와이어들이 커플링될 수 있는 박스 또는 프레임(304)을 포함할 수 있다. 프레임은 기판(202, 도 2a)과 같은 기판을 포함하는 박스일 수 있다. 기판은 도 2c에 도시된 바와 같이 실질적으로 연속적일 수 있고, 나노 와이어들은 기판으로부터 선택된 각도로 지향된다. 프레임은 프레임에 접속된 나노-와이어들이 원하는 대로 순방향 바이어싱되거나 역방향 바이어싱될 수 있도록 구성될 수 있다. 프레임은 도 3a-3f에 예시된 예시적인 실시예들에서 정사각형으로 도시되어 있지만, 프레임은 직사각형, 원형, 삼각형, 벌집모양(honeycomb), 또는 나노-와이어들이 부착되고 바이어싱될 수 있는 임의의 다각형 형태와 같이 실질적으로 임의의 형태일 수 있다.
일 실시예에서, 그리드 어레이(308)의 각각의 영역(302)은 대략 10㎛ x 10㎛의 치수들을 가질 수 있다. 그리드의 각각의 영역은 인접하는 영역으로부터, 광학 신호(108, 도 1)의 광의 파장보다 작은 거리만큼 이격될 수 있다. 광학 신호의 광의 파장보다 작은 직경을 갖는 복수의 PIN 다이오드 나노-와이어들(306)이 각각의 영역 내에 형성될 수 있다. 나노-와이어들은 또한 광의 파장보다 실질적으로 작은 거리로 이격될 수 있다. 예를 들면, 850nm의 파장을 갖는 광학 신호에 대해, 각각의 10㎛ x 10 ㎛ 영역은 10nm 내지 100nm의 직경들을 갖는 복수의 나노-와이어들로 구성될 수 있다. 나노-와이어들은 인접하는 나노-와이어들로부터 10nm 내지 1000nm의 범위에 들어오는 거리만큼 이격될 수 있다. 각 영역(302)은 그리드 어레이에서 인접하는 영역들로부터 1㎛ 보다 작은 거리로 이격될 수 있다.
나노-와이어 그리드 어레이들(308)을 포함하는 광학 블록들(302)의 예시적인 실시예들이 도 3a-3f에 예시된다. 도 2a-2h를 참조하여 전술한 바와 같이, 나노-와이어들은 광학 블록(300)을 포함하는 그리드 어레이의 각 영역(302)에서 선택된 방향으로, 그리고 기판에 수직인 방향으로 수십도 오프 축되어 배향될 수 있다. 나노-와이어들은 수직으로(도 3a), 수평으로(도 3b), 수직 및 수평으로(도 3c), 또는 그리드 어레이의 프레임(304)에 대해 선택된 각도로(도 3d) 배향될 수 있다. 대안적으로는, 나노-와이어들은 실질적으로 랜덤한 방식으로(도 3e) 배향될 수 있다. 나노-와이어들은 전술한 바와 같이, 기판에 실질적으로 수직으로(도 3f) 또는 도파관(100)의 광학 축에 대해 선택된 각도가 되도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 광학 블록(300)을 포함하는 선택된 그리드 어레이의 각각의 영역(302)은 나노-와이어들의 실질적으로 유사한 정렬을 가질 수 있다. 대안적으로는, 광학 블록은 광학 블록을 포함하는 영역들에서 2개 이상의 상이한 정렬들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상이한 영역들(302)의 나노-와이어들이 상이한 파장들의 신호들을 선택적으로 검출하는데 이용될 수 있도록, 나노-와이어들(306)은 상이한 대역갭 재료로 구성될 수 있다. 예를 들면, 나노-와이어 블록(300)은 적어도 2개의 상이한 밴드갭들을 갖는 나노-와이어들을 포함할 수 있다. 충분한 영역들(302)은 제1 파장의 20%를 흡수하는 제1 밴드갭을 갖는 나노-와이어들을 포함할 수 있다. 충분한 영역들은 멀티플렉싱된 광학 신호에서 제2 파장의 90%를 흡수하는 제2 밴드갭을 갖는 나노-와이어들을 포함할 수 있다. 복수의 상이한 밴드갭들을 갖는 나노-와이어들이 나노-와이어 블록에 포함되어, 거친(coarse) 파장 분할 멀티플렉싱된(CWDM) 신호가 검출, 증폭 및/또는 변조될 수 있게 한다.
도 3a-3f에 예시된 바와 같이 광학 블록(300)과 같은 하나 이상의 나노-와이어 광학 블록들은 도 4에 도시된 바와 같이, 할로우 금속화된 도파관(100)에 삽입될 수 있다. 나노-와이어들이 순방향 바이어싱되는 경우에, 전술한 바와 같이, 적절하게 형성된 나노-와이어들(306)의 각각의 영역(302, 도 3a)은 광학 신호(108)를 증폭하는데 이용될 수 있다. 나노-와이어 광학 블록으로부터 출력된 증폭된 광학 신호의 신호 대 잡음 비율이 원하는 레벨보다 더 크기만 한다면, 복수의 나노-와이어 광학 블록들이 도파관에 삽입될 수 있다.
도 2a 및 2d-2h 및 3a-3f에 예시된 예들과 같은 나노-와이어 광학 블록은, 도 4의 예시적인 실시예에 예시된 바와 같이, 할로우 금속화된 도파관(100)에 형성된 슬롯(402) 내에 삽입되도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 슬롯은 도파관 내에서 광학 신호 경로에 대략 직교하는 각도로 형성될 수 있다. 그러나, 적절한 정렬은 광학 블록이 기능하는 것에 중요하지 않다. 광학 블록은 수 도만큼 오정렬될 수 있고, 여전히 광학 신호 경로와 직교하는 디바이스와 실질적으로 유사하게 기능할 수 있다. 추가적으로, 광학 블록은 할로우 금속화된 도파관으로의 후방-반사들을 제거하도록 반-반사 코팅될 수 있다.
할로우 금속화된 도파관(100)의 이용은 도파관을 통해 이동하는 광학 신호(108)의 실질적인 열화없이 나노-와이어 광학 블록(300)이 삽입될 수 있게 한다. 이것은 광학 신호가 도파관 내에서 공기 또는 진공의 매체를 통해 이동하고 있기 때문에 가능하다. 이에 비해, 광섬유 도파관 또는 폴리머 도파관과 같은 고체 코어 도파관의 슬롯 내에 외부 디바이스를 삽입하는 것은 광섬유 코어와 공기 또는 진공 사이의 굴절율의 변화로 인한 광학 신호의 실질적인 열화를 야기할 수 있다. 그러므로, 라지 코어 할로우 금속화된 도파관의 이용은, 나노-와이어 광학 블록이 웨이브 가이드에 형성된 슬롯(402)에 삽입될 수 있게 한다.
나노-와이어 광학 블록(300)은 제조 또는 테스트를 위해 용이하게 삽입될 수 있는 소위 드롭-인(drop-in) 블록일 수 있다. 드롭-인 블록은 손에 의해, 기구를 이용하여, 또는 로보트 시스템과 같은 자동화된 기계적 수단을 이용하여 삽입될 수 있다. 블록은 예를 들면 접착물을 이용하여 슬롯에 신속하게 세팅될 수 있다. 고체 도파관들에 비해, 블록이 삽입된 이후에 할도우 금속 도파관에 남아있는 작은 갭은 광학 신호를 크게 열화시키지 않을 것이다. 할로우 금속 도파관들은 통상적으로 갭들에 대해 상당한 허용한도를 갖는다. 약 수 십 밀리미터의 도파관에서의 갭은 바람직하지 않은 과도한 양의 손실을 발생시키지 않고 존재할 수 있다. 예를 들면, 0.1mm 갭은 광학 신호에서 0.03dB 손실을 야기하는 것이 발견되었다. 갭 크기가 증가함에 따라, 광학 손실은 선형 기반으로 증가한다. 할로우 금속화된 도파관 내에 나노-와이어 광학 블록을 신속하고 저렴하게 삽입시킬 수 있는 능력은 제조 및 테스트 시에 상당한 비용 절감을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 나노-와이어 광학 블록(300)에서 각각의 적절하게 형성된 나노-와이어를 포함하는 PIN 다이오드(306, 도 3a)는 역방향 바이어싱될 수 있다. 역방향 바이어스 하에서, PIN 다이오드의 진성 영역과 상호작용하는 할로우 금속 도파관 내의 광학 신호로부터의 광자는 영역 내에 전하 캐리어들을 생성할 수 있다. 역방향 바이어스 필드는 진성 영역으로부터 캐리어들을 스위핑(sweep)하고 검출가능한 전류를 생성할 수 있다. 그러므로, 역방항 바이어싱된 나노-와이어 광학 블록은 광검출기로서 동작할 수 있다. 역방향 바이어싱된 나노-와이어 광학 블록에서, 각각의 적절하게 형성된 PIN 다이오드는 할로우 금속화된 도파관의 광학 신호의 파장보다 작은 반경을 가질 수 있으므로, 광학 신호와의 간섭을 최소화시킬 수 있다.
PIN 다이오드(306) 나노-와이어들과 광학 신호 사이에는 통상적으로 강한 상호작용이 원해진다. 이것은 도 3a-3f의 예시적인 실시예에 예시된 바와 같이 나노-와이어 그리드 어레이(308)를 이용함으로써 얻어질 수 있다. 광의 파장보다 작은 직경들을 갖는 나노-와이어들을 이용하는 경우에, 단지 광의 일부만이 통상 흡수된다. 그리드 어레이는 광학 신호의 복수의 반사들이 발생하도록 유발할 수 있고, 그럼으로써 복수의 전자 정공 쌍들을 생성하고 나노-와이어들과 광학 신호 간의 강한 상호작용을 가능하게 한다. 검출기로서 이용되는 경우에, 나노-와이어들은 광학 신호의 파장보다 큰 거리만큼 이격될 수 있다.
도 5에 예시된 일 예시적인 실시예에서, 선택된 개수의 영역들(502)은 나노-와이어 그리드 어레이(508)를 갖는 역방향 바이어싱된 나노-와이어 광학 블록 검출기(500)에서 실질적으로 개방된 채로 남아있을 수 있다. 실질적으로 개방된 영역들은 감소된 개수의 나노-와이어들을 갖거나 어떠한 나노-와이어도 갖지 않을 수 있다. 이것은 소정 량의 광학 신호(108)가 검출기를 통과할 수 있도록 허용하고, 그럼으로써 일정 량의 광학 신호가 검출될 수 있게 하며 광학 신호의 나머지 부분이 할로우 금속화된 도파관(100) 내에서 계속해서 전파될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 나노-와이어 그리드 어레이(508)에서 전체 개수의 영역들에 대한 개방된 영역들(502)의 비율은 도파관(100)에서 나노-와이어 광학 블록 검출기(500)의 로케이션에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 도 6의 예시적인 실시예에 예시된 바와 같이, 제1 검출기(510)는 90%의 개방 영역, 및 나노-와이어들을 포함하는 영역들의 10%를 포함할 수 있다. 다음 검출기(520)는 60%의 개방 영역, 및 나노-와이어들을 포함하는 영역들의 40%를 포함할 수 있다. 뒤따르는 검출기는 30%의 개방 영역, 및 나노-와이어들을 포함하는 영역들의 70%를 포함할 수 있고, 이와 같이 계속된다. 최종 검출기(530)는 나노-와이어들을 포함하는 영역의 100%를 포함할 수 있다. 광학 신호가 더 약하게 됨에 따라, 광학 신호를 검출하는데 더 많은 개수의 검출기들이 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 검출기 블록들(500) 및 증폭기 블록들(300) 양쪽 모두가 동일한 도파관에 이용될 수 있다. 대안적으로, 단지 검출기들만이 도파관에 삽입될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 도 7a에 예시된 제1 검출기(700)는 비교적 적은 개수의 나노-와이어들(706)을 구비하는 각각의 영역(702)으로 실질적으로 형성될 수 있다. 증폭기들로서 이용되는 나노-와이어 블록들과는 달리, 역방향 바이어싱된 나노-와이어 광학 블록 검출기(700)는 할로우 금속화된 도파관에서 광학 신호의 파장보다 큰 거리만큼 이격된 나노-와이어들을 가질 수 있다. 예를 들면, 통상적으로는 각각의 영역이 적어도 수 개의 나노-와이어 검출기들을 포함할 것이지만, 나노-와이어 광학 블록 검출기(700)는 어레이(708)에서 영역(702)당 하나의 나노- 와이어만큼 적게 가질 수 있다. 추가적으로, PIN 다이오드들이 만들어지는 재료의 유형은 부분적으로는 광 투과성인 것으로 선택될 수 있다. 증가된 밀도의 나노-와이어들을 갖는 제2 나노-와이어 광학 블록 검출기는 제1 검출기 뒤에 위치될 수 있다. 각각의 뒤따르는 검출기는 점점 작아지는 광학 신호의 검출을 가능하도록 증가된 밀도의 나노-와이어들을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도 7b에 예시된 바와 같이, 최종 검출기(720)는 검출을 위해 실질적으로 최대화된 영역을 제공하도록 그리드 어레이의 각각의 영역에서 충분한 밀도의 나노-와이어들을 포함할 수 있다.
할로우 금속화된 도파관 내의 검출기로서 나노-와이어 광학 블록의 이용은 광학 신호의 선택된 부분을 검출하는 스플리터들의 이용보다 상당한 장점들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 블록은 할로우 금속화된 도파관 내의 슬롯에 용이하게 삽입될 수 있고, 삽입 각도에 대해 상당한 허용한도를 갖는다. 이에 비해, 스플리터는 광학 신호가 원하는 각도에서 반사될 수 있도록 비교적 높은 정밀도로 각도에서 통상 삽입된다. 블록은 광학 신호 방향에 대해 90도 각도에서 삽입될 수 있고, 그럼으로써 다수의 검출기들이 짧은 영역 내에 삽입될 수 있게 한다. 이에 비해, 스플리터는 통상 45도 각도에서 삽입되고, 그럼으로서 도파관에서 더 큰 풋프린트(footprint)를 차지한다. 블록은 또한 광학 신호를 직접 검출하여 이를 전기 칩들 및 디바이스들에 직접 이용될 수 있는 전기 신호로 변환한다. 스플리터는 통상 추가 렌즈들 및 컴포넌트들을 이용하여 광학 신호를 지향하고 이를 전기 신호로 변환한다. 그러므로, 나노-와이어 광학 블록은 감소된 개수의 컴포넌트들, 더 간단한 어셈블리 프로세스, 및 스플리터들과 같은 다른 광학 컴포넌트들에 요구되는 것보다 더 큰 허용한도들로 상당한 비용 감소들을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 검출기(720)와 같은 나노-와이어 광학 블록은 광학 변조기로서 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 나노-와이어 광학 블록은 전기-흡수 유형 변조기로서 동작할 수 있다. 광학 블록(720)의 PIN 다이오드들(706)은 입사하는 광 빔의 흡수를 제어하도록 액티브 영역의 밴드갭을 이동시킬만큼 충분히 역방향 바이어싱될 수 있다. 바이어싱 신호는 10GHz보다 큰 것과 같은 높은 레이트로 변조될 수 있으므로, 초당 10기가비트들보다 큰 송신 레이트들을 지원할 수 있는 진폭 변조된 광학 신호를 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하기 위한 방법(800)이 도 8의 플로우차트에 도시된 바와 같이 개시된다. 방법은 복수의 나노-와이어들에 커플링된 기판을 포함하는 나노-와이어 광학 블록을 제공하는 조작(operation)(810)을 포함한다. 각각의 적절하게 형성된 나노-와이어는 전술한 바와 같이, p-도핑된 영역, 진성 영역, 및 n-도핑된 영역을 포함한다. 추가적인 조작은 나노-와이어 광학 블록을 라지 코어 할로우 금속화된 도파관 내에 삽입하는 단계(820)와 관련된다. 블록은 도파관의 슬롯에 삽입되어 접착제, 솔더 또는 다른 본딩 방법을 이용하여 제자리에 본딩될 수 있다. 또 다른 조작은 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하는 것 중 적어도 하나를 제공하도록 복수의 나노-와이어들에 걸쳐 바이어스를 인가하는 단계(830)를 포함한다.
상기 예들은 하나 이상의 특정 어플리케이션들에서 본 발명의 원리들을 예시하고 있지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들에게는, 발명적 재능의 발휘없이도, 그리고 본 발명의 원리들 및 개념들로부터 벗어나지 않고서도, 구현의 형태, 사용 및 세부사항들에서의 다수의 변형들이 만들어질 수 있다는 것은 자명하다. 따라서, 본 발명은 이하에 제시된 청구항들에 의한 것을 제외하고는 제한되지 않는다 할 것이다.

Claims (15)

  1. 라지 코어 할로우 금속화된 도파관(large-core hollow metallized waveguide)에서 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하기 위한 나노-와이어 광학 블록 디바이스로서,
    기판; 및
    상기 기판에 결합되어 나노-와이어 광학 블록을 형성하는 복수의 나노-와이어 - 각각의 나노-와이어는 p-도핑된 영역, 진성 영역(intrinsic region), 및 n-도핑된 영역을 포함함 -
    을 포함하고,
    상기 나노-와이어 광학 블록은 상기 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하는 것 중 적어도 하나를 제공하도록 상기 라지 코어 할로우 금속화된 도파관 내에 삽입되도록 동작가능하며,
    상기 기판은 나노-와이어 그리드들의 어레이를 포함하고, 각각의 그리드는 적어도 하나의 나노-와이어를 구비하며 각각의 그리드 간의 간격은 상기 광학 신호의 파장보다 작은, 나노-와이어 광학 블록 디바이스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 나노-와이어 각각은 상기 광학 신호의 파장보다 작은 치수(dimension)를 갖는 나노-와이어 광학 블록 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 나노-와이어 각각은 상기 광학 신호의 파장보다 작은 거리만큼 이격되어 있는 나노-와이어 광학 블록 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 나노-와이어는 III-V족 재료로 형성되는 나노-와이어 광학 블록 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 진성 영역은 양자 웰(quantum well)로서 구성되는 나노-와이어 광학 블록 디바이스.
  7. 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하기 위한 방법으로서,
    복수의 나노-와이어에 결합된 기판을 포함하는 나노-와이어 광학 블록을 제공하는 단계 - 각각의 나노-와이어는 p-도핑된 영역, 진성 영역 및 n-도핑된 영역을 포함함 -;
    상기 나노-와이어 광학 블록을 상기 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에 삽입하는 단계; 및
    상기 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 상기 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하는 것 중 적어도 하나를 제공하도록 상기 복수의 나노-와이어에 걸쳐 바이어스를 인가하는 단계
    를 포함하고,
    상기 기판은 나노-와이어 그리드들의 어레이를 포함하고, 각각의 그리드는 적어도 하나의 나노-와이어를 구비하며 각각의 그리드 간의 간격은 상기 광학 신호의 파장보다 작은, 광학 신호의 증폭, 변조 및 검출 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 바이어스를 인가하는 단계는, 상기 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 상기 광학 신호의 증폭을 제공하도록 상기 복수의 나노-와이어에 순방향 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함하는 광학 신호의 증폭, 변조 및 검출 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 바이어스를 인가하는 단계는 상기 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 상기 광학 신호의 검출을 가능하게 하도록 상기 복수의 나노-와이어에 역방향 바이어스를 인가하는 단계를 더 포함하는 광학 신호의 증폭, 변조 및 검출 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 바이어스를 인가하는 단계는 상기 할로우-금속화된 도파관에서 상기 광학 신호의 변조를 제공하도록 역방향 바이어스되고 변조된 신호를 상기 복수의 나노-와이어에 인가하는 단계를 더 포함하는 광학 신호의 증폭, 변조 및 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서, 초당 10 기가비트들보다 큰 레이트로 상기 광학 신호를 상기 역방향 바이어싱되고 변조된 신호로 변조하는 단계를 더 포함하는 광학 신호의 증폭, 변조 및 검출 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 라지 코어 할로우 금속화된 도파관을 따라 복수의 나노-와이어 블록을 횡방향으로 삽입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 나노-와이어 블록들 상의 각각의 상기 나노-와이어들은, 각각의 나노-와이어 블록이 상기 광학 신호의 일부를 검출하고 상기 광학 신호의 나머지 부분을 통과시킬 수 있도록 하는 광 검출기 및 포토다이오드 중 하나로서 동작가능하며, 각각의 검출된 부분은 전기 신호로 변환되는, 광학 신호의 증폭, 변조 및 검출 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 나노-와이어 블록을 삽입하는 단계는, 상기 라지 코어 할로우 도파관을 따라 복수의 나노-와이어 블록을 삽입하는 단계를 더 포함하고, 각각의 후속 블록은 점점 작아지는 광학 신호가 검출될 수 있도록 증가하는 개수의 나노-와이어들을 포함하는, 광학 신호의 증폭, 변조 및 검출 방법.
  14. 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하기 위한 시스템으로서,
    복수의 나노-와이어에 결합된 기판을 포함하는 나노-와이어 광학 블록 - 각각의 나노-와이어는 p-도핑된 영역, 진성 영역, 및 n-도핑된 영역을 포함함 -;
    상기 나노-와이어 광학 블록을 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에 삽입하기 위한 수단; 및
    상기 라지 코어 할로우 금속화된 도파관에서 상기 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하는 것 중 적어도 하나를 제공하도록 상기 복수의 나노-와이어에 걸쳐 바이어스를 인가하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 기판은 나노-와이어 그리드들의 어레이를 포함하고, 각각의 그리드는 적어도 하나의 나노-와이어를 구비하며, 각각의 그리드 사이의 간격은 상기 광학 신호의 파장보다 작은, 광학 신호를 증폭, 변조 및 검출하기 위한 시스템.
  15. 삭제
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