KR101714877B1 - 다중 도파로 커플링 기반 광 소자 - Google Patents
다중 도파로 커플링 기반 광 소자 Download PDFInfo
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Abstract
광소자는 미리 설정된 방향으로 형성된 주 도파로(main waveguide) 및 미리 설정된 위치에 기초하여 상기 주 도파로의 옆에 배치되는 2개 이상의 이웃 도파로들을 포함하고, 상기 주 도파로에서 진행되는 광신호의 광파가 상기 이웃 도파로들과 도파로 커플링(waveguide coupling)이 일어나는 현상을 이용하되, 상기 주 도파로 및 상기 이웃 도파로들 중 일부 영역에 굴절률을 변화시켜 상기 주 도파로 및 상기 이웃 도파로 사이의 커플링 정도가 조절됨에 응답하여, 상기 주 도파로의 출구로 진행하는 광신호의 세기가 제어된다.
Description
본 발명은 도파로 커플링(coupling) 기반 광 스위치(switch) 및 변조기(modulator) 구조에 관한 것으로, 구체적으로, 주 도파로(main waveguide)에 근접하는 두 개 이상의 이웃 도파로들의 굴절률(refractive index)을 변화시킴으로써, 도파로 커플링 기술을 기반으로 주 도파로로 진행되는 빛의 양을 변화시켜 신호를 변조하는 기술에 관한 것이다.
기존의 다양한 구조의 실리콘(silicon) 기반의 광신호 변조기 및 스위치 구조가 제안되었다. 링 공진기(ring resonator) 및 MZI(Mach-Zehnder interferometer) 기반의 광신호 변조기의 경우, 열광학(thermo-optic) 효과 및 전기광학(electro-optic) 효과에 의한 빛의 위상(phase) 변화를 활용한 구조들이 제안되었다. 하지만 빛의 위상 변화를 기반으로 신호 변조를 하는 경우에는, 전체 소자 길이의 증가, 열 민감성 증가, 전력 소모 증가와 같은 문제를 동반하게 된다.
따라서, 본 발명은 주 도파로와 근접하는 이웃 도파로 간의 거리의 차, 구조의 차이, 굴절률의 차이의 복합적인 영향에 의해, 두 도파로 간의 상호 에너지 전달이 변화되는 커플링 현상을 기반으로 한다. 본 발명에서는 진행하는 광신호의 능동적 제어를 위해, 도파로 혹은 도파로 주변의 굴절률을 변화시켜, 도파로 커플링 정도 변화에 의해 높은 소광비(extinction ratio)를 갖는 구조를 제안한다.
본 발명의 실시예들은, 주 도파로 주변에 추가적인 이웃 도파로를 배치함으로써, 도파로 간 도파로 커플링 현상을 기반으로, 주 도파로의 신호를 제어할 수 있는 광소자를 제공한다.
특히, 본 발명의 실시예들은 주 도파로 주변에 두 개 이상의 이웃 도파로들을 배치함으로써, 도파로 간 광파 커플링 현상을 기반으로, 주 도파로의 신호를 제어할 수 있는 광소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 미리 설정된 기준치 이상의 높은 열광학 혹은 전기광학 계수를 갖는 폴리머 또는 반도체와 같은 물질을 기반으로 전기적으로 굴절률을 변화시켜, 도파로 사이의 커플링을 변화시키는 광소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 실리콘 기반의 이온 주입(ion implantation) 공정을 기반으로, P-N 다이오드(diode) 혹은 P-i-N 다이오드와 같은 전기적인 제어가 가능한 다이오드를, 도파로 또는 도파로 주변에 위치시켜, 바이어스(bias)에 기초하여 열광학 및 전기광학 효과에 의해 주변의 굴절률을 변화시켜, 도파로 사이의 커플링을 변화시키는 광소자를 제공한다. 여기서 P-N 다이오드는 P형 불순물이 도핑된 영역과 N형 불순물이 도핑된 영역이 인접하게 접한 다이오드이며, P-i-N 다이오드는 P형 불순물이 도핑된 영역과 N형 불순물이 도핑된 영역의 사이에 별도의 진성(intrinsic) 영역이 삽입된 다이오드를 의미한다. 본 발명에서는 P-N 접합과 P-i-N 접합을 총칭하여 'PN 접합'으로 표기한다.
일실시예에 따르면, 광소자는 미리 설정된 방향으로 형성된 주 도파로(main waveguide); 및 미리 설정된 위치에 기초하여 상기 주 도파로의 양 옆에 배치되는 두 개 이상의 이웃 도파로들을 포함하고, 상기 주 도파로에서 진행되는 광신호는 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 도파로 커플링(waveguide coupling)을 이용하고, 상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 굴절률 변화를 기초로 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 커플링 정도가 조절됨에 응답하여, 제어된다.
상기 광 소자는 상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 굴절률 변화를 기초로 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 커플링 정도가 조절됨에 응답하여, 상기 주 도파로의 출구로 진행하는 광신호의 세기를 변조할 수 있다.
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 도파로는 폴리머 물질로 구성되고, 상기 폴리머 물질로 구성되는 도파로의 일부 영역에 전압이 인가되어 열광학 효과 또는 전기광학 효과에 의하여 굴절률이 제어될 수 있다.
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 도파로는 반도체 소재로 구성되고, 상기 반도체 소재로 구성되는 도파로의 일부 영역에 불순물이 도핑되며, 상기 불순물이 도핑된 일부 영역에 PN 접합이 구성되고, 상기 PN 접합에 전압이 인가되어 열광학 효과 또는 캐리어 분산(carrier dispersion) 효과에 의하여 굴절률이 제어될 수 있다.
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 굴절률은 금속 히터를 기반으로 하여 간접적인 열광학 효과에 의해 조절될 수 있다.
상기 광 소자는 상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들의 옆에 배치되어, 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 커플링 정도를 조절하는 다이오드를 더 포함할 수 있다.
상기 주 도파로에서 진행되는 광신호는 상기 다이오드의 굴절률 변화를 기초로 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 커플링 정도가 조절됨에 응답하여, 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 칩 내의 고속의 광 인터커넥션(interconnection)에서, 고속의 신호 전송을 위한 광신호 변조기 혹은 광 스위치 구조로서, MZI나 링 공진기와 같은 위상 격차(phase shift)를 이용하는 변조기에 비해 낮은 광손실을 얻을 수 있거나 높은 열적 안정성과 큰 소광비를 확보할 수 있는 광소자를 제공할 수 있다.
도 1은 두 개의 광 도파로를 이용하는 기존의 방향성 커플러(directional coupler)의 광소자 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른, 다중 도파로를 이용하는 방향성 커플러의 광소자를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른, 다중 도파로 커플러에 굴절률 변화를 일으키기 위해 반도체 접합을 이용하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른, 다중 도파로를 이용하는 방향성 커플러의 광소자를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른, 다중 도파로 커플러에 굴절률 변화를 일으키기 위해 반도체 접합을 이용하는 구조를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이웃하는 도파로의 개수는 제한되지 않는다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 두 개의 광 도파로를 이용하는 기존의 방향성 커플러(예컨대, Fundamentals of Photonics, Chapter 8, ed. by Saleh and Teich)를 이용한 광 변조기 소자를 나타낸 도면으로서, 이웃하는 도파로의(120)의 굴절률 변화로 인하여, 주 도파로(110)를 통해 광신호(111)가 전달되는 경우와 광신호(111)가 전달되지 않는 경우를 나타낸 도면이다.
도 1(a)는 주 도파로(110)에 입력되는 광파(111)가 커플링 현상에 의해 이웃 도파로(120)로 건너간 후, 다시 주 도파로(110)로 되돌아 오는 경우이며, 입력 광파(111) 중 상당량이 주 도파로(110)의 출력 광파(112)로 나가게 된다. 이 상태가 'ON-state' 이다.
도 1(b)는 주 도파로(110)에 입력되는 광파(111)가 커플링 현상에 의해 이웃 도파로(120)로 건너간 후 이웃 도파로(120)의 끝단에서 산란(scattering)에 의해 소진됨으로써, 주 도파로(110)로 되돌아 광파가 거의 없는 경우이다. 이 상태가 'OFF-state' 이다.
이와 같은 'ON-state'와 'OFF-state' 사이의 전환은 주 도파로(110)와 이웃 도파로(120) 중 어느 하나의 도파로에 또는 양쪽 도파로에 굴절률을 변화시켜 이루어 낼 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도파로를 이용하는 방향성 커플러의 광소자를 나타낸 도면으로서, 주 도파로와 두 개의 이웃 도파로들 간의 광 커플링을 이용하여 광신호가 전달되는 경우와 신호가 전달되지 않는 경우를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광소자는 광신호(211, 212)가 진행되는 주 도파로(210), 좌측에 위치하는 좌측 이웃 도파로(220) 및 우측에 위치하는 우측 이웃 도파로(230)를 포함한다. 이하, 이웃 도파로들(220, 230)가 두 개인 예로 설명하지만, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 두 개 이상의 개수로 배치될 수 있다.
여기서, 주 도파로(210)는 광신호(211, 212)가 진행되는 방향인 미리 설정된 방향으로 형성된다. 또한, 이웃 도파로들(220, 230)은 주 도파로(210)와 도파로 커플링을 일으킬 수 있는 도파로 사이간 거리 및 커플링 길이를 갖도록 미리 설정된 위치에 기초하여 주 도파로(210)의 옆에 배치 될 수 있다.
도 2(a)는 주 도파로(210)에 입력되는 광파(211)가 커플링 현상에 의해 이웃 도파로들(220, 230)로 나뉘어져 건너간 후, 다시 주 도파로(210)로 되돌아와 합해지는 경우이며, 입력 광파(211) 중 상당량이 주 도파로(210)의 출력 광파(212)로 나가게 된다. 이 상태가 'ON-state' 이다.
도 2(b)는 주 도파로(210)에 입력되는 광파(211)가 커플링 현상에 의해 이웃 도파로들(220, 230)로 나뉘어져 건너간 후, 이웃 도파로들(220, 230)의 끝단에서 산란에 의해 소진됨으로써, 주 도파로(210)로 되돌아 오는 광파가 거의 없는 경우이다. 이 상태가 'OFF-state' 이다.
본 발명의 일실시예에 따른 광소자에서 'ON-state'와 'OFF-state' 사이의 전환은 주 도파로(210) 및 이웃 도파로들(220, 230) 사이의 광 커플링을 이용하여 제어된다. 구체적으로, 주 도파로(210)에서 진행되는 광신호(211)는 주 도파로(210) 또는 이웃 도파로들(220, 230) 중 적어도 어느 하나의 굴절률 변화(예컨대, 주 도파로(210)의 굴절률 변화; 이웃 도파로들(220, 230) 중 어느 하나의 굴절률 변화; 이웃 도파로들(220, 230) 모두의 굴절률 변화; 또는 주 도파로(210) 및 이웃 도파로들(220, 230) 모두의 굴절률 변화)를 기초로 주 도파로(210) 및 이웃 도파로들(220, 230) 사이의 커플링 정도가 조절됨에 응답하여, 제어될 수 있다.
예를 들어, 광소자는 굴절률 변화를 시도하지 않은 초기상태에서 도 2(a)와 같이 'ON-state'인 경우, 주 도파로(210)에서 진행되는 광신호(211)는 좌측 이웃 도파로(220)와 우측 이웃 도파로(230)로 균등하게 커플링되어 이웃 도파로들(220, 230)에서 충분한 커플링 길이를 지난 후, 다시 주 도파로(210)로 전달될 수 있다. 이러한 경우, 주 도파로(210)에서 입력된 광신호(211)의 상당량이 출력 광신호(212)로 모여 주 도파로(210)의 출구로 진행될 수 있다.
반면에, 광소자가 도 2(b)와 같이 'OFF-state'인 경우, 주 도파로(210)에서 진행되는 광신호(211)는 좌측 이웃 도파로(220) 및 우측 이웃 도파로(230)로 커플링 된 후, 주 도파로(210) 또는 이웃 도파로들(220, 230) 중 적어도 어느 하나의 굴절률이 조절됨에 응답하여, 이웃 도파로들(220, 230)의 끝단에서 광신호(213, 214)로 분산되어 사라질 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 주 도파로(210)에서 진행되는 광신호(211)는 결론적으로, 주 도파로(210)의 출구를 통해 더 이상 진행되지 않거나 적정 수준 이하의 광세기로 진행될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예로서, 커플링 길이 혹은 도파로 간의 간격이 조절되어, 도 2(b)의 'OFF-state'를 굴절률의 변화를 시도하지 않은 초기상태로 설정되고, 도 2(a)의 'ON-state'를 굴절률의 조절이 있는 상태로 설정될 수도 있다.
도 2에 예시한 본 발명의 광소자는 주 도파로(210) 좌우에 두 개 이상의 이웃 도파로들(220, 230)를 설치함으로써, 도 1에 예시한 기존의 변조기에 비해 커플링 길이 L을 줄일 수 있거나 굴절률 조절을 위한 구동 전압을 낮출 수 있는 장점이 있다.
도 2의 실시예들에서, 도파로 구성과 굴절률을 조절하는 수단으로는 도파로를 폴리머 물질로 구성하고, 주 도파로(210) 또는 이웃 도파로들(220, 230) 중 적어도 어느 하나의 일부 영역에 전압을 인가하여 열광학 효과 또는 전기광학 효과에 의해 굴절률을 조절시킬 수 있다.
도파로 구성과 굴절률을 조절하는 또 다른 수단으로는 도파로를 반도체 소재로 구성하고, 주 도파로(210) 또는 이웃 도파로들(220, 230) 중 적어도 어느 하나의 일부 영역에 반도체 불순물 주입 공정을 기반으로 하는 반도체 접합 구조를 갖게 하여, 접합 구조에 전압을 인가시킴으로써, 전류에 의한 줄 열(Joule heat)을 발생시켜, 열광학 효과에 의해 굴절률을 조절시킬 수 있다. 또한, 접합 구조에 전압을 인가시킴으로써, 캐리어가 주입되어 나타나는 캐리어 분산 효과에 의해서도 굴절률을 변화시킬 수 있다. 굴절률 조절 수단으로 사용할 수 있는 반도체 접합 구조에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 기재하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른, 다중 도파로 커플러에 굴절률 변화를 일으키기 위해 반도체 접합을 이용하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 광소자는 이웃 도파로들(320, 330) 또는 주 도파로(310) 중 적어도 어느 하나의 굴절률을 변화시키기 위하여, 이웃 도파로들(320, 330) 또는 주 도파로(310) 중 어느 하나의 일부 영역이 반도체 기반의 도파로에 불순물 주입을 이용하여 반도체 접합 구조를 갖도록 형성시킬 수 있다. 도 3의 실시예들은 이웃 도파로들(320, 330) 중 하나인 좌측 이웃 도파로(320)의 굴절률을 변화시키는 구조들이며, 도 3(a)는 바이어스 인가로 굴절률이 높아지는 경우를 예로 든 것이고 (b)와 (c)는 바이어스 인가로 굴절률이 낮아지는 경우를 예로 든 것이다.
더 구체적인 예를 들면, 도 3(a)와 같이 주 도파로(310) 및 이웃 도파로들(320, 330) 중 하나인 좌측 이웃 도파로(320)에 P-N 접합을 형성시켜 바이어스를 인가할 수 있도록 하며, 주 도파로(310)와 나머지 하나의 우측 이웃 도파로(330)에는 P 또는 N의 한가지 불순물을 도핑시킨 구조를 만드는 것이다. 좌측 이웃 도파로(320)의 P-N 접합의 형성에서는 P-N 접합의 위치와 P와 N형 불순물의 도핑 농도를 적절히 선택하여 바이어스가 인가되지 않은 상태의 좌측 이웃 도파로(320)의 유효 굴절률이, P 또는 N의 한가지 불순물이 도핑된 주 도파로(310)와 나머지 하나의 우측 이웃 도파로(330)의 유효 굴절률과 비슷한 값이 갖도록 한다. 그리고 이웃 도파로들(320, 330)의 길이 L은 바이어스가 인가되지 않은 초기상태에서 'On state' 또는 'OFF state' 중 어느 하나의 상태가 되게 그 길이를 정한다. 이와 같은 구조에서 초기상태가, 도 2(a)와 같은, 'ON state'인 구조를 예로 들어, 광신호 변조의 동작 기능을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 바이어스 인가가 없는 초기상태에서는 주 도파로(310)로 입력된 광신호는 이웃 도파로들(320, 330)로 커플링 되고, 이웃 도파로들(320, 330)의 끝단에서 산란에 의해 소진됨으로써, 주 도파로(310)의 출구로 나가는 광신호는 거의 없는 상태이다. 다음은 좌측 이웃 도파로(320)의 P-N 접합에 역방향 바이어스(reverse bias)를 인가하면, P-N 접합부에 공핍층(depletion layer)이 형성되고, 공핍층의 형성으로 좌측 이웃 도파로(320)의 유효 굴절률이 높아질 수 있다. 좌측 이웃 도파로(320)에서 유효 굴절률이 높아지면, 세 도파로들(310, 320, 330)에서 커플링 정도가 변화하게 되고, 광 커플링 손실도 커지게 되어, 주 도파로(310)으로 합류되는 광신호의 세기는 줄어들게 된다. 따라서, 좌측 이웃 도파로(320)의 P-N 접합에 충분한 역방향 바이어스를 인가함으로써, 주 도파로(310)으로 합류되는 광신호의 세기가 거의 없거나, 적정 수준 이하의 광세기로 줄여 'OFF state'로 만들어 줄 수 있다. 이와 같이, 도 3(a)의 구조에서 P-N 접합부에 역방향 바이어스 인가하여 주 도파로(310)로 진행되는 광신호 세기의 변조가 가능하다.
도 3(b)의 실시예에서는 좌측 이웃 도파로(320)와 이 도파로에 인접한 영역에 P-i-N 접합을 형성하고, 주 도파로(310)와 우측 이웃 도파로(330)에는 별도의 도핑을 하지 않은 구조를 갖는다. 그리고 이웃 도파로들(320, 330)의 길이 L은 바이어스가 인가되지 않은 초기상태에서 'On state' 또는 'OFF state' 중 어느 하나의 상태가 되게 그 길이를 정한다. 이와 같은 구조에서 초기상태가, 도 2(b)와 같은, 'ON state'인 구조를 예로 들어, 광신호 변조의 동작 기능을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 바이어스 인가가 없는 초기상태에서는 주 도파로(310)로 입력된 광신호는 이웃 도파로들(320, 330)로 커플링 되고, 이웃 도파로들(320, 330)의 끝단에서 산란에 의해 소진됨으로써, 주 도파로(310)의 출구로 나가는 광신호는 거의 없는 상태이다. 다음은 좌측 이웃 도파로(320)의 P-i-N 접합에 순방향 바이어스(forward bias)를 인가하면, P-i-N 접합부의 i-영역에 전자와 홀의 캐리어가 주입되고, 이로 인해, 좌측 이웃 도파로(320)의 유효 굴절률이 낮아질 수 있다. 좌측 이웃 도파로(320)에서 유효 굴절률이 낮아지면, 세 도파로들(310, 320, 330)에서 커플링 정도가 변화하게 되고, 광 커플링 손실도 커지게 되어, 주 도파로(310)로 합류되는 광신호의 세기는 줄어들게 된다. 따라서, 좌측 이웃 도파로(320)의 P-i-N 접합에 충분한 순방향 바이어스를 인가함으로써, 주 도파로(310)로 합류되는 광신호의 세기가 거의 없거나 적정 수준 이하의 광세기로 줄여 'OFF state'로 만들어 줄 수 있다. 이와 같이, 도 3(b)의 구조에서 P-i-N 접합부에 순방향 바이어스 인가하여 주 도파로(310)로 진행되는 광신호 세기의 변조가 가능하다.
도 3(c)의 실시예에서는 좌측 이웃 도파로(320)와 이 도파로에 인접한 영역에 P-i-N 접합을 형성하되, i(intrinsic)-영역의 소재로 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 사용한 구조이며, 비정질 실리콘 영역을 a로 표시한 것이다. 비정질 실리콘은 진성(intrinsic) 실리콘에 비해 일반적으로 굴절률이 높으므로, 그 특성을 이용한 구조이다. 초기상태가, 도 2(b)와 같은, 'ON state'인 구조를 예로 들어, 광신호 변조의 동작 기능을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 바이어스 인가가 없는 초기상태에서는 주 도파로(310)로 입력된 광신호는 이웃 도파로들(320, 330)로 커플링 되고, 이웃 도파로들(320, 330)의 끝단에서 산란에 의해 소진됨으로써, 주 도파로(310)의 출구로 나가는 광신호는 거의 없는 상태이다. 다음은 좌측 이웃 도파로(320)의 P-a-N 접합에 순방향 바이어스(forward bias)를 인가하면, P-a-N 접합부의 a-영역에 전자와 홀의 캐리어가 주입되고, 이로 인해 좌측 이웃 도파로(320)의 유효 굴절률이 초기상태 보다 더 낮아질 수 있다. 좌측 이웃 도파로(320)에서 유효 굴절률이 낮아지면, 세 도파로들(310, 320, 330)에서 커플링 정도가 변화하게 되고, 또한 광 커플링 손실도 커지게 되어, 주 도파로(310)으로 합류되는 광신호의 세기는 줄어들게 된다. 따라서, 좌측 이웃 도파로(320)의 P-a-N 접합에 충분한 순방향 바이어스를 인가함으로써, 주 도파로(310)으로 합류되는 광신호의 세기가 거의 없거나 적정 수준 이하의 광세기로 줄여 'OFF state'로 만들어 줄 수 있다. 이와 같이, 도 3(c)의 구조에서 P-a-N 접합부에 순방향 바이어스 인가하여 주 도파로(310)로 진행되는 광신호 세기의 변조가 가능하다.
상술한 도 3의 세 가지 실시예들에서, 굴절률 변화의 수단으로 열광학에 의한 효과도 이용할 수 있다. 실리콘 소재에서 열광학 효과에 의한 굴절률 변화는 일반적으로 온도가 높아질수록 굴절률이 높아진다. 따라서 이러한 특성을 이용하여, 도 3(a)의 P-N 접합, 3(b)의 P-i-N 접합, 3(c)의 P-a-N 접합에 순방향 바이어스를 인가하여 순방향 전류에 의한 줄 열(Joule heat)을 발생시키거나, 높은 역방향 바이어스를 인가하여 break down에 의한 강한 역방향 전류에 의해 줄 열(Joule heat)을 발생시켜, 좌측 이웃 도파로(320)의 굴절률을 주 도파로(310)나 우측 이웃 도파로(330) 보다 높게 변화시킴으로써 주 도파로(310)로 진행하는 광세기를 변조시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 광소자는 굴절률 조절을 위하여, 주 도파로(310) 또는 이웃 도파로들(320, 330) 중 적어도 어느 하나의 일부 영역을 반도체 불순물 주입 공정을 기반으로 하는 반도체 접합 구조를 갖도록 형성하거나, 미리 설정된 기준치 이상의 전기광학 계수 또는 열광학 계수를 갖는 이종 물질로 구성하지만, 이에 제한되거나 한정되지 않고, 굴절률 조절을 위한 다양한 물질로 형성할 수 있다.
또한, 별도의 도면으로 도시하지는 않았지만, 광소자는 이웃 도파로들(320, 330) 또는 주 도파로(310) 중 적어도 어느 하나의 굴절률을 조절하지 않고, 추가적인 다이오드를 포함함으로써, 다이오드의 굴절률을 조절하는 경우, 추가적인 다이오드의 일부 영역 역시 위에서 상술한 바와 같이, 반도체 불순물 주입 공정을 기반으로 하는 반도체 접합 구조를 갖거나, 미리 설정된 기준치 이상의 전기광학 계수 또는 열광학 계수를 갖는 이종 물질로 구성될 수 있다.
이 때, 도면에는 도시하지 않았지만, 광소자는 주 도파로(310) 또는 이웃 도파로들(320, 330) 중 적어도 어느 하나의 굴절률을 변화시켜 주 도파로(310) 및 이웃 도파로들(320, 330) 사이의 커플링 정도를 조절하는 방법 외에, 추가적인 다이오드를 더 포함함으로써, 다이오드의 굴절률을 변화시켜 주 도파로(310) 및 이웃 도파로들(320, 330) 사이의 커플링 정도를 조절할 수 있다. 이러한 경우, 다이오드는 주 도파로(310) 및 이웃 도파로들(320, 330) 사이의 커플링 정도에 영향을 미치기 위하여, 주 도파로(310) 또는 이웃 도파로들(320, 330)의 옆에 배치될 수 있다.
또한, 다이오드의 일부 영역은 자체 굴절률을 제어하기 위하여, 반도체 불순물 주입 공정을 기반으로 하는 반도체 접합 구조를 갖거나, 미리 설정된 기준치 이상의 전기광학 계수 또는 열광학 계수를 갖는 이종 물질로 구성될 수 있다. 따라서, 다이오드는 반도체 접합 구조에서의 캐리어 분산 효과, 반도체 접합 구조에서의 줄 열 발생 효과, 이종 물질의 열광학 효과 또는 전기광학 효과를 이용하여 자체 굴절률을 변화시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (7)
- 미리 설정된 방향으로 형성된 주 도파로(main waveguide);
미리 설정된 위치에 기초하여 상기 주 도파로의 양 옆에 배치되는 두 개 이상의 이웃 도파로들; 및
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들의 옆에 배치되어, 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 커플링 정도를 조절하는 다이오드
를 포함하고,
상기 주 도파로에서 진행되는 광신호는
상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 도파로 커플링(waveguide coupling)을 이용하고,
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 굴절률 변화를 기초로 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 커플링 정도가 조절됨에 응답하여, 제어되는 광소자.
- 제 1항에 있어서,
상기 광 소자는
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 굴절률 변화를 기초로 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 커플링 정도가 조절됨에 응답하여, 상기 주 도파로의 출구로 진행하는 광신호의 세기를 변조하는 광소자.
- 제 1항과 제 2항에 있어서,
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 도파로는 폴리머 물질로 구성되고, 상기 폴리머 물질로 구성되는 도파로의 일부 영역에 전압이 인가되어 열광학 효과 또는 전기광학 효과에 의하여 굴절률이 제어되는 광소자.
- 제 1항과 제 2항에 있어서,
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 도파로는 반도체 소재로 구성되고, 상기 반도체 소재로 구성되는 도파로의 일부 영역에 불순물이 도핑되며, 상기 불순물이 도핑된 일부 영역에 PN 접합이 구성되고, 상기 PN 접합에 전압이 인가되어 열광학 효과 또는 캐리어 분산(carrier dispersion) 효과에 의하여 굴절률이 제어되는 광소자
- 제 1항과 제 2항에 있어서,
상기 주 도파로 또는 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 중 적어도 어느 하나의 굴절률은
금속 히터를 기반으로 하여 간접적인 열광학 효과에 의해 조절되는 광소자.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 주 도파로에서 진행되는 광신호는
상기 다이오드의 굴절률 변화를 기초로 상기 주 도파로 및 상기 두 개 이상의 이웃 도파로들 사이의 커플링 정도가 조절됨에 응답하여, 제어되는 광소자.
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