KR102080688B1 - Grating coupler - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 격자 결합기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유전체 물질이 채워지는 원형 공간이 형성된 포토닉 결정 구조를 적용하여 광결합 효율이 증가되고 광반사율이 낮아지는 격자 결합기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
정보 통신 기술의 발전에 따른 정보 전송 속도의 증가는 미래의 정보 통신 시스템에서 필요로 하는 초고속, 초고밀도, 대용량화를 충족시킬 수 있는 기술을 필요로 하고 있으며, 이를 해결할 수 있는 강력한 대안 기술들 중의 하나로 광 연결(optical interconnection) 기술에 대한 연구가 이루어지고 있다. Increasing information transmission speed due to the development of information and communication technology requires a technology that can meet the high speed, ultra high density, and large capacity required in the future information communication system, and is one of the powerful alternative technologies to solve this problem. Research into optical interconnection technology is being conducted.
초고속 저전력 신호 전달을 구현하기 위해서는 광 신호로서 칩 내부 및 외부로 신호를 전달하는 광배선(optical interconnect)을 활용한 기술이 유력한 대안으로 떠오르고 있다. 최근 MS, google, Facebook 등에서 데이터 용량이 급증하면서 데이터 센터에서 광배선을 이용한 고속, 저전력 데이터 통신에 대한 수요가 증대하고 있다. To realize ultra-fast low power signal transmission, a technology using optical interconnects that transmit signals into and out of the chip as optical signals has emerged as a viable alternative. Recently, as the data capacity of MS, google, and Facebook have soared, the demand for high-speed, low-power data communication using optical wiring in data centers is increasing.
광배선 기술은 배선에서 전기 신호를 광신호로 바꾸어 광섬유 등을 이용하여 전달한 이후에 다시 이를 전기신호로 변환시켜주어 칩 과 칩 사이 혹은 칩 내부에서 신호를 전달하는 기술이며, 일반적으로 광원, 광변조기, 광도파로(waveguide), 광검출기(PD), 격자 겹합기 (grating coupler) 등이 반도체 상에서 집적되어 있는 광집적회로 형태로 구현되고 있다.Optical wiring technology is a technology that converts an electrical signal into an optical signal in a wiring and then transfers it to an electrical signal after transferring it using an optical fiber, and then transfers the signal between the chip and the chip or within the chip. Optical waveguides, photodetectors (PDs), grating couplers, and the like are being implemented in the form of optical integrated circuits integrated on a semiconductor.
특히, 실리콘(silicon) 기판 상에서 광배선을 구현하는 실리콘 포토닉스(silicon photonics) 기술은 CMOS 호환이 가능한 silicon 공정 기술을 활용함으로써 저가격, 초미세, 초고속, 저전력 광배선의 기술로 주목받고 있다. In particular, silicon photonics, which implements optical wiring on a silicon substrate, is drawing attention as a low-cost, ultra-fine, ultra-fast, and low-power optical wiring by utilizing a CMOS compatible silicon process technology.
실리콘 포토닉스는 일반적으로 silicon 기판 상에 SiO2와 같은 저굴절률 층이 존재하고 그 상부에 Si 도파로가 적층되어 있는 SOI(silicon on insulator) 구조를 이용하여 Si 도파로 상에서 빛이 전파하게 된다. In silicon photonics, light propagates on a Si waveguide using a silicon on insulator (SOI) structure in which a low refractive index layer such as SiO 2 is present on a silicon substrate and a Si waveguide is stacked thereon.
한편, 격자 결합기는 광배선 집적회로에서 빛을 외부로 방출시켜 광섬유로 결합시키거나 반대로 광섬유 등을 통해 외부에서 들어오는 빛을 광배선 집적회로로 결합시키는 역할을 하는 광배선 구조물이다.듀티율On the other hand, the grating coupler is an optical wiring structure that serves to emit light from the optical wiring integrated circuit to the outside to couple the optical fiber or conversely to combine the light coming from the outside through the optical fiber into the optical wiring integrated circuit.
도 1은 SOI 상에 형성된 격자 결합기의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 1의 (A)는 단면도이고, 도 1의 (B)는 평면도이다.1: is a figure which shows the structure of the grating coupler formed on SOI, FIG. 1 (A) is sectional drawing, and FIG. 1 (B) is a top view.
도 1을 참조하면, 격자 결합기(1)는 기판(1A), 버퍼층(1B), 코어층(1C)가 차례대로 적층되고, 코어층(1C) 상부에는 에칭(etching)에 의해 소정의 폭(W)과 주기(Λ)를 갖는 격자(4)들이 형성되어 있음을 알 수 있다. 여기서, 격자(4)와 격자(4) 사이의 홈에는 공기나 SiO2와 같은 저굴절률 물질로 채워질 수 있다. Referring to FIG. 1, the
한편, 도 1에 도시된 격자 결합기(1)는 격자(4)의 폭(W)과 주기(Λ)가 일정함을 알 수 있다. 격자의 주기(Λ)에 대한 격자의 폭(W)을 듀티율(duty cycle)로 정의하는데, 도 1에 도시된 격자 결합기(1)는 듀티율 50%로 일정함을 알 수 있다. On the other hand, the
도 2는 도 1에 도시된 격자 결합기를 통한 out-coupling 상황을 나타내는 도면이. FIG. 2 is a diagram illustrating an out-coupling situation through the lattice coupler shown in FIG. 1.
격자 결합기에서의 광결합 효율은 광집적회로 전체의 에너지 효율에 큰 영향을 주기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같은 격자 결합기에서는 광의 out-coupling 시에 결합 효율을 높이는 것이 필요하다. Since the optical coupling efficiency in the grating coupler greatly affects the energy efficiency of the entire optical integrated circuit, it is necessary to increase the coupling efficiency in the out-coupling of light in the grating coupler as shown in FIG. 2.
또한, 격자 결합기의 out-coupling 시, 외부로 방출되는 광의 일부가 격자 결합기와 외부 매질간의 유효 굴절률 차이에 의해 반사된다. 이때, 반사광은 후방으로 진행하면서 광원에 영향을 주어 잡음을 유발시키므로, 이를 방지하기 위해 광반사율을 낮출 필요가 있다. In addition, during out-coupling of the grating coupler, some of the light emitted to the outside is reflected by the difference in effective refractive index between the grating coupler and the external medium. In this case, since the reflected light travels backwards to affect the light source to cause noise, it is necessary to lower the light reflectance to prevent this.
대한민국 공개특허 2009-105655호를 참조하면, 격자 결합기에서 격자의 듀티율을 비균일하게 형성할 경우 광반사율이 감소하는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. Referring to Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-105655, it can be seen that when the duty ratio of the lattice is non-uniformly formed in the lattice coupler, the effect of reducing the light reflectance can be obtained.
상기한 선행기술에 개시된 격자 결합기의 구성을 살펴보기로 한다. The configuration of the lattice coupler disclosed in the above prior art will be described.
도 3은 선행기술에 개시된 격자 결합기의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the grating coupler disclosed in the prior art.
도 3을 참조하면, 광이 진행하는 방향으로 격자(14)의 주기는 일정하고, 격자(14)의 폭은 점진적으로 감소하여, 이에 따라 듀티율(duty cycle)이 감소함을 알 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the period of the
도 4는 도 3에 도시된 격자 결합기의 반사율과 외부 결합 효율을 나타내는 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing reflectance and external coupling efficiency of the grating coupler shown in FIG. 3.
도 4를 참조하면, 격자 결합기의 듀티율이 점진적으로 감소하는 구조를 듀틸율이 일정한 구조와 비교하였을 때, 듀티율이 감소하는 구조의 반사율이 작고, 외부 결합 효율도 감소함을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, when the structure in which the duty rate of the lattice coupler gradually decreases is compared with the structure in which the duty rate is constant, the reflectance of the structure in which the duty rate decreases is small and the external coupling efficiency also decreases.
그러나, 상기와 같은 비균일한 격자 구조에서 반사율 감소 효과를 얻으려면 폭이 가장 좁은 격자의 폭이 10 nm 정도로 가공되어야 한다. 격자 홈의 깊이는 대략 50~150 nm인데, 격자 홈의 폭을 10 nm로 구현하기 위해서는 공정의 난이도가 증가하고, 공정상 발생하는 오차의 영향도 크게 되어 실제 상용화된 제품으로 구현하기는 어려운 문제점이 있다. However, in order to obtain the reflectance reduction effect in the above non-uniform lattice structure, the width of the narrowest lattice should be processed to about 10 nm. The depth of the grating grooves is about 50 ~ 150 nm, but the difficulty of the process increases in order to realize the width of the grating grooves at 10 nm, and the influence of errors occurring in the process is also large, making it difficult to realize in a commercially available product. There is this.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부의 광이 입사되는 부위에 홀 또는 홈으로 이루어지는 원형 공간을 형성하되, 입사된 빛이 진행하는 방향으로 원형 공간의 직경이 점차 증가하도록 하여 광결합 효율은 향상시키고, 광 반사율은 저감시킬 수 있는 격자 결합기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, to form a circular space consisting of a hole or a groove in the site where the external light is incident, the diameter of the circular space gradually increases in the direction of the incident light light coupling It is an object of the present invention to provide a grating coupler capable of improving efficiency and reducing light reflectance.
또한, 본 발명은 형성된 원형 공간 내부에는 유전체 물질을 채워넣어 광결합 효율을 보다 향상시킬 수 있고, 광 반사율은 보다 저감시킬 수 있는 격자 결합기를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a grating coupler that can further improve the optical coupling efficiency by further filling the dielectric material in the formed circular space, and further reduce the light reflectance.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 측면에 의하면, 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판의 상부면에 증착되는 클래딩층과, 상기 클래딩층 상부에 형성되며, 광원에서 출력되는 광신호가 입력되어 진행하는 코어층을 포함하는 격자 결합기로서, 입력된 상기 광신호가 진행하는 방향으로 직경이 점차 증가하도록 형성되며, 매트릭스 형태로 배치되고 내측으로는 유전체 물질이 채워지는 복수의 원형 공간부를 포함하는 격자 결합기를 제공한다. According to a first aspect of the present invention to achieve the above object, a silicon substrate, a cladding layer deposited on the upper surface of the silicon substrate, and formed on the cladding layer, the optical signal output from the light source is input and proceed A lattice coupler comprising a core layer, the lattice coupler comprising a plurality of circular space portions formed to have a diameter gradually increasing in a direction in which the input optical signal travels, and arranged in a matrix and filled with a dielectric material therein. to provide.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제2 측면에 의하면, 실리콘 기판과, 상기 실리콘 기판의 상부면에 증착되는 클래딩층과, 상기 클래딩층 상부에 형성되며, 광원에서 방출된 출력 광신호와 입력 광신호가 진행하는 코어층을 포함하는 격자 결합기로서, 입력된 상기 광신호가 진행하는 방향으로 직경이 점차 증가하도록 형성되며, 매트릭스 형태로 배치되고 내측으로는 유전체 물질이 채워지는 복수의 원형 공간부; 및 상기 코어층 상면에 상기 원형 공간부에 이웃하여 일정 간격으로 형성되는 복수의 격자를 포함하는 격자 결합기를 제공한다.According to a second aspect of the present invention for achieving the above object, a silicon substrate, a cladding layer deposited on the upper surface of the silicon substrate, and formed on the cladding layer, the output optical signal and the input emitted from the light source A lattice coupler comprising a core layer through which an optical signal travels, the lattice coupler comprising: a plurality of circular spaces formed to have a diameter gradually increasing in a direction in which the input optical signal travels, disposed in a matrix and filled with a dielectric material therein; And a plurality of gratings formed at regular intervals adjacent to the circular space on an upper surface of the core layer.
상기 원형 공간부는 홀 또는 홈 형태일 수 있다. The circular space portion may be in the form of a hole or a groove.
상기 격자는, 상기 빛의 진행 방향에서 상기 원형 공간부보다 후방에 배치될 수 있다.The grating may be disposed behind the circular space portion in the propagation direction of the light.
상기 격자의 주기는 300 내지 600nm 이고, 상기 격자와 상기 격자 사이의 홈의 깊이는 50 내지 300nm 일 수 있다. The period of the grating is 300 to 600nm, the depth of the groove between the grating and the grating may be 50 to 300nm.
상기 원형 공간부의 직경은 30nm 이상일 수 있다.The diameter of the circular space portion may be 30nm or more.
n+1행상의 상기 원형 공간부의 직경은 n행상의 원형 공간부의 직경보다 5 내지 20 nm 클 수 있다.The diameter of the circular space portion on n + 1 rows may be 5 to 20 nm larger than the diameter of the circular space portion on n rows.
(여기서, n은 0 이상의 정수)Where n is an integer greater than or equal to 0
상기 유전체 물질의 굴절률은 상기 코어층의 굴절률보다 작을 수 있다.The refractive index of the dielectric material may be smaller than the refractive index of the core layer.
상기 유전체 물질은, SiO2, Si3N4, ZrO2, Al2O3, HfO2, TiO2, MnO, Ta2O5 중 어느 하나 또는 선택된 2개 이상을 포함할 수 있다.The dielectric material may include any one or two or more selected from SiO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , HfO 2 , TiO 2 , MnO, Ta 2 O 5 .
상기 유전체 물질은, 진공박막 증착법에 의해 상기 홀에 채워질 수 있다.The dielectric material may be filled in the hole by vacuum thin film deposition.
상기 코어층의 굴절률은 상기 클래딩층의 굴절률보다 클 수 있다. The refractive index of the core layer may be greater than the refractive index of the cladding layer.
상기와 같은 본 발명은, 외부의 광이 입사되는 부위에 홀 또는 홈으로 이루어지는 원형 공간을 형성하되, 입사된 빛이 진행하는 방향으로 원형 공간의 직경이 점차 증가하도록 하여 광결합 효율은 향상시킬 수 있고, 광 반사율은 저감시킬 수 있다.As described above, the present invention forms a circular space consisting of a hole or a groove in a site where external light is incident, but increases the diameter of the circular space in a direction in which the incident light proceeds, thereby improving optical coupling efficiency. The light reflectance can be reduced.
또한, 본 발명은 형성된 원형 공간 내부에는 유전체 물질을 채워넣어 광결합 효율을 보다 향상시킬 수 있고, 광 반사율은 보다 저감시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, a dielectric material may be filled in the formed circular space to further improve light coupling efficiency and to reduce light reflectance.
도 1은 SOI 상에 형성된 격자 결합기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 격자 결합기를 통한 out-coupling 상황을 나타내는 도면이다.
도 3은 선행기술에 개시된 격자 결합기의 구성의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 격자 결합기의 반사율과 외부 결합 효율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 결합기의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 격자 결합기의 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 격자 결합기의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 격자 결합기의 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 격자 결합기의 외부 결합 효율을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 격자 결합기의 외부 결합 효율을 나타내는 그래프이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a lattice coupler formed on an SOI.
FIG. 2 is a diagram illustrating an out-coupling situation through the lattice coupler illustrated in FIG. 1.
3 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the grating coupler disclosed in the prior art.
FIG. 4 is a graph showing reflectance and external coupling efficiency of the grating coupler shown in FIG. 3.
5 is a plan view showing the configuration of a lattice coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the refractive index of the lattice coupler shown in FIG. 5.
7 is a plan view showing the configuration of a grating coupler according to another embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the refractive index of the lattice coupler shown in FIG.
9 is a graph showing the external coupling efficiency of the lattice coupler according to the present invention.
10 is a graph showing the external coupling efficiency of the lattice coupler according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 결합기의 구성을 나타내는 평면도이다. 5 is a plan view showing the configuration of a lattice coupler according to an embodiment of the present invention.
우선, 격자 결합기(100)에 광을 공급하기 위해 광원, 광 분배기, 광 위상 제어부를 사용할 수 있다. 광원, 광 분배기, 광 위상 제어부는 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. First, a light source, a light splitter, and an optical phase controller may be used to supply light to the
격자 결합기(100)는 광원에서 발광된 소정 파장의 광을 수광받은 후, 이를 소정의 각도로 외부로 방사한다. The grating
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 격자 결합기(100)는 차례대로 적층되는 기판, 클래딩층, 코어층을 포함한다. Referring to FIG. 5, the
기판은 소정의 면적을 갖는 직사각형 형태의 플레이트(plate) 형상이다. 기판은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. The substrate is in the form of a plate of rectangular shape with a predetermined area. The substrate may include silicon (Si).
클래딩층은 소정의 두께를 갖고, 기판의 상부에 배치된다. 클래딩층은 소정의 두께를 가질 수 있다. 클래딩층은 이산화규소를 포함할 수 있다. The cladding layer has a predetermined thickness and is disposed on top of the substrate. The cladding layer may have a predetermined thickness. The cladding layer may comprise silicon dioxide.
코어층은 클래딩층의 상부에 배치된다. 코어층은 소정의 두께를 가질 수 있다.The core layer is disposed on top of the cladding layer. The core layer can have a predetermined thickness.
코어층은 외부에서 입력되는 광신호가 진행하는 영역이다. The core layer is an area through which an optical signal input from the outside proceeds.
여기서, 코어층의 굴절귤은 클래딩층의 굴절률보다 높은 것이 바람직하다. Here, the refractive index of the core layer is preferably higher than the refractive index of the cladding layer.
코어층(100C) 상에는 복수의 원형 공간(112)이 형성될 수 있다.A plurality of
코어층(100C)에 형성되는 원형 공간(112)에 대하여 살펴보기로 한다. The
원형 공간(112)은 소정의 직경을 갖고 코어층(100C)을 관통하는 원형의 홀 형태일 수 있다. The
또한, 원형 공간(112)은 소정의 직경과 깊이로서 코어층(100C)에 형성되는 원형의 홈 형태일 수 있다. In addition, the
그리고, 복수의 원형 공간(112)은 격자 결합기(100) 상에 n개의 행과 n개의 열을 이루는 매트릭스 형태로 형성될 수 있다. In addition, the plurality of
빛이 입사되는 부분에 배치되는 행을 제1 행(N1)이라 하기로 한다. A row disposed at a portion where light is incident is referred to as a first row N1.
동일한 행이 포함하는 원형 공간(112)의 직경은 동일함을 알 수 있다. 그리고, 제1 행(N1)에서 다음의 행으로 진행하면서 원형 공간(112)의 직경은 점차 증가함을 알 수 있다. It can be seen that the diameter of the
이때, 제1 행(N1)이 포함하는 원형 공간(112)의 직경은 적어도 30nm인 것이 바람직하다.At this time, the diameter of the
그리고, 제1 행(N1)에서 제2 행(N2)으로 진행하면서 원형 공간(112)의 직경은 5 내지 20 nm 씩 증가할 수 있다. 보다 바람직하게는 제1 행(N1)에서 제2 행(N2)으로 진행하면서 원형 공간(112)의 직경은 10nm 씩 증가할 수 있다. In addition, the diameter of the
도 6은 도 5에 도시된 격자 결합기의 굴절률을 나타내는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing the refractive index of the lattice coupler shown in FIG. 5.
도 6을 참조하면, 격자 결합기(100)로 유입된 광이 진행하면서 광이 입사되는 원형 공간(112)의 직경이 점차 증가하고, 코어층(110C)에서의 유효 굴절률은 점차 감소함을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that as the light entering the
한편, 원형 공간(112)의 내부에는 유전체 물질이 채워질 수 있다.Meanwhile, a dielectric material may be filled in the
원형 공간(112)에 채워지는 유전체 물질은 SiO2, Si3N4, ZrO2, Al2O3, HfO2, TiO2, MnO, Ta2O5 중 어느 하나 또는 선택된 2개 이상을 포함할 수 있다. The dielectric material filled in the
상기와 같은 유전체 물질의 굴절률은 코어층(100C)이 포함하는 실리콘의 굴절률보다 작은 것이 바람직하다. It is preferable that the refractive index of the dielectric material is smaller than the refractive index of silicon included in the
여기서, 유전체 물질은 진공박막 증착법에 의해 원형 공간(112)에 채워질 수 있다.Here, the dielectric material may be filled in the
진공박막 증착법은 전자빔 증착법 (electron-beam evaporation), 스퍼터링(sputtering), 화학적 증착법(chemical vapor deposition) 등을 포함한다.Vacuum thin film deposition includes electron-beam evaporation, sputtering, chemical vapor deposition, and the like.
진공박막 증착법은 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Since vacuum thin film deposition is a well-known technique, a detailed description thereof will be omitted.
원형 공간(112)에 채워진 유전체 물질에 의해 코어층(110C)에서의 유효 굴절률의 감소 효과가 향상될 수 있다. Dielectric material filled in the
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 격자 결합기의 구성을 나타내는 평면도이다.7 is a plan view showing the configuration of a grating coupler according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 격자 결합기(200) 상에는 복수의 원형 공간(212)이 형성되고, 빛의 진행 방향에서 원형 공간(212)의 후방으로는 일정 주기로 격자(214)가 형성됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, it can be seen that a plurality of
격자 결합기(200) 상에 형성되는 원형 공간(212)은 이전의 실시예와 동일한 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Since the
격자(214)는 코어층(210C) 상부 일측에 일정 주기로 형성된다. 여기서, 격자(214)가 형성되는 부위는 빛의 진행 방향 상에서 원형 공간(212) 보다 후방일 수 있다. The grating 214 is formed at a predetermined period on one side of the upper core layer 210C. Here, the portion where the
격자(214)는 소정의 주기와 깊이로 형성될 수 있다. 이때, 격자(214)의 주기는 300 내지 600nm 이고, 격자홈의 깊이는 50 내지 300nm 일 수 있다. The grating 214 may be formed at a predetermined period and depth. At this time, the period of the grating 214 is 300 to 600nm, the depth of the grating groove may be 50 to 300nm.
도 8은 도 7에 도시된 격자 결합기의 굴절율을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the refractive index of the lattice coupler shown in FIG.
도 8을 참조하면, 격자 결합기(200)로 유입된 광이 진행하면서 광이 입사되는 원형 공간(212)의 직경이 점차 증가하고, 코어층(210C)에서의 유효 굴절률은 점차 감소함을 알 수 있다. 그리고, 격자(214) 부위에서의 유효 굴절률은 일정함을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be seen that as the light entering the
도 9는 본 발명에 따른 격자 결합기의 외부 결합 효율을 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing the external coupling efficiency of the lattice coupler according to the present invention.
도 9를 참조하면, 파장 1.30 내지 1.33 um 영역에서는 본 발명에 따른 격자 결합기의 반사율은 일정한 듀티율(duty cycle) 50%를 갖는 종래의 격자 결합기보다 낮은 것을 알 수 있다. 9, it can be seen that the reflectivity of the grating coupler according to the present invention is lower than that of the conventional grating coupler having a constant duty cycle of 50% in the wavelength range of 1.30 to 1.33 um.
도 10은 본 발명에 따른 격자 결합기의 외부 결합 효율을 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing the external coupling efficiency of the lattice coupler according to the present invention.
도 10을 참조하면, 파장 1.30 내지 1.33 um 영역에서는 본 발명에 따른 격자 결합기의 외부 결합 효율은, 일정한 듀티율 50%를 갖는 종래의 격자 결합기보다 높은 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 10, it can be seen that in the wavelength range of 1.30 to 1.33 um, the external coupling efficiency of the grating coupler according to the present invention is higher than that of the conventional grating coupler having a constant duty ratio of 50%.
본 발명은, 외부의 광이 입사되는 부위에 홀 또는 홈으로 이루어지는 원형 공간을 형성하되, 입사된 빛이 진행하는 방향으로 원형 공간의 직경이 점차 증가하도록 하여 광결합 효율은 향상시키고, 광 반사율은 저감시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 형성된 원형 공간 내부에는 유전체 물질을 채워넣어 광결합 효율을 보다 향상시킬 수 있고, 광 반사율은 보다 저감시킬 수 있다. The present invention is to form a circular space consisting of a hole or a groove in the site where the external light is incident, the diameter of the circular space is gradually increased in the direction in which the incident light proceeds to improve the optical coupling efficiency, the light reflectance is Can be reduced. In addition, according to the present invention, a dielectric material may be filled in the formed circular space to further improve light coupling efficiency and to reduce light reflectance.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
100, 200: 격자 결합기
112: 원형 공간
214: 격자100, 200: grid coupler
112: circular space
214: grid
Claims (11)
직경 30nm 이상이고, 입력된 상기 광신호가 진행하는 방향으로 직경이 점차 증가하도록 상기 코어층에 형성되며, 매트릭스 형태로 배치되고 내측으로는 유전체 물질이 채워지는 복수의 원형 공간부를 포함하고,
n+1 행상의 상기 원형 공간부의 직경은 n행상의 원형 공간부의 직경보다 4 내지 20nm 큰 격자 결합기.
(여기서, n은 0 이상의 정수)A lattice combiner comprising a silicon substrate, a cladding layer deposited on an upper surface of the silicon substrate, and a core layer formed on the cladding layer and receiving an optical signal output from a light source, and proceeding.
A diameter of 30 nm or more, formed in the core layer such that the diameter gradually increases in the direction in which the input optical signal travels, and includes a plurality of circular space portions disposed in a matrix form and filled with a dielectric material therein;
A lattice coupler having a diameter of the circular space portion in the n + 1 row is 4 to 20 nm larger than the diameter of the circular space portion in the n row.
Where n is an integer greater than or equal to 0
직경 30nm 이상이고, 입력된 상기 광신호가 진행하는 방향으로 직경이 점차 증가하도록 상기 코어층에 형성되며, 매트릭스 형태로 배치되고 내측으로는 유전체 물질이 채워지는 복수의 원형 공간부; 및
상기 코어층 상면에 상기 원형 공간부에 이웃하여 일정 간격으로 형성되고, 상기 광신호의 진행 방향에서 상기 원형 공간부보다 후방에 배치되는 복수의 격자를 포함하고, n+1 행상의 상기 원형 공간부의 직경은 n행상의 원형 공간부의 직경보다 4 내지 20nm 큰 격자 결합기.
(여기서, n은 0 이상의 정수)A lattice combiner comprising a silicon substrate, a cladding layer deposited on an upper surface of the silicon substrate, and a core layer formed on the cladding layer and having an output optical signal emitted from a light source and an input optical signal,
A plurality of circular spaces having a diameter of 30 nm or more, formed in the core layer to gradually increase in diameter in a direction in which the input optical signal travels, disposed in a matrix and filled with a dielectric material therein; And
A plurality of gratings formed on the upper surface of the core layer at regular intervals adjacent to the circular space portion and disposed rearward from the circular space portion in the advancing direction of the optical signal; A lattice coupler having a diameter of 4 to 20 nm larger than the diameter of the circular space portion of the n-row.
Where n is an integer greater than or equal to 0
상기 원형 공간부는 홀 또는 홈 형태인 격자 결합기. The method according to claim 1 or 2,
The circular space portion is a grating coupler in the form of a hole or groove.
상기 격자의 주기는 300 내지 600nm 이고,
상기 격자와 상기 격자 사이의 홈의 깊이는 50 내지 300nm인 격자 결합기.
The method of claim 2,
The period of the lattice is 300 to 600nm,
A grating coupler having a depth of 50 to 300 nm between the grating and the grating.
상기 유전체 물질의 굴절률은 상기 코어층의 굴절률보다 작은 격자 결합기.The method according to claim 1 or 2,
And a refractive index of the dielectric material is less than that of the core layer.
상기 유전체 물질은,
SiO2, Si3N4, ZrO2, Al2O3, HfO2, TiO2, MnO, Ta2O5 중 어느 하나 또는 선택된 2개 이상을 포함하는 격자 결합기.The method of claim 8,
The dielectric material is,
A lattice bonder comprising any one or two or more selected from SiO 2 , Si 3 N 4 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , HfO 2 , TiO 2 , MnO, Ta 2 O 5 .
상기 유전체 물질은,
진공박막 증착법에 의해 상기 원형 공간부에 채워지는 격자 결합기.The method of claim 9,
The dielectric material is,
A lattice coupler filled in the circular space portion by vacuum thin film deposition.
상기 코어층의 굴절률은 상기 클래딩층의 굴절률보다 큰 격자 결합기.The method according to claim 1 or 2,
And a refractive index of the core layer is larger than that of the cladding layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180126694A KR102080688B1 (en) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | Grating coupler |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102080688B1 true KR102080688B1 (en) | 2020-02-24 |
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ID=69637228
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| KR (1) | KR102080688B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011513745A (en) * | 2008-03-04 | 2011-04-28 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | Angle sensor, system, and method utilizing guided mode resonance |
| KR20140114364A (en) * | 2012-01-17 | 2014-09-26 | 에프. 호프만-라 로슈 아게 | Device for use in the detection of binding affinities |
| KR20160054624A (en) * | 2010-06-11 | 2016-05-16 | 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트 | Apparatus for single-molecule detection |
-
2018
- 2018-10-23 KR KR1020180126694A patent/KR102080688B1/en active IP Right Grant
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