KR102116287B1 - 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관 및 이를 이용한 초미세 광위상변조기 - Google Patents

실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관 및 이를 이용한 초미세 광위상변조기 Download PDF

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이상신
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 초미세 광 위상 변조기에 있어서,
상기 광 위상 변조기는, 제2 전극이 상부에 형성된 실리콘 기판층;
상기 실리콘 기판층 상부에 형성된 절연 실리카층;
상기 절연 실리카층 상부에 형성된 리튬나이오베이트 박막층;
상기 리튬나이오베이트 박막층 상부에 형성된 고 굴절률층; 및
상기 고 굴절률층 상부에 형성된 제1전극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 초미세 광 위상 변조기.

Description

실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관 및 이를 이용한 초미세 광위상변조기{optical wave guide based on silicon-lithium niobate photonics and ultra-compact optical phase modulator using the same}
본 발명은 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관 및 이를 이용한 초미세 광위상변조기에 관한 기술이다.
4차산업 혁명의 도래로 인하여 전자장치의 시스템 내부의 다양한 부품들 간의 통신에 기존의 금속 배선 대신 광도파로를 이용하는 광집적 회로(photonic integrated circuit; PIC)의 활용이 확대되고 있다. 이에 대한 실리콘 포토닉스 기반의 광통신 기술을 실리콘 포토닉스라고 한다. 광집적 회로는 전기 신호가 아닌 광신호로 정보를 전달하므로, 실리콘 포토닉스 기술을 이용한 광집적 회로를 구현하기 위해서는 실리콘 포토닉스 기반의 광위상변조기가 필요하다.
최근에 각광받아 온 실리콘 포토닉스 (Silicon photonics) 기술은 기존 반도체 집적회로에서 주로 사용되어온 실리콘(Silicon [Si]) 및 실리콘 나이트라이드 (Silicon nitride [Si3N4]: SiN)물질들이 사용된다.
실리콘 포토닉스는 많은 유용성에도 불구하고, 실리콘의 낮은 전기 광학효과로 인해서, 위상변조를 위해 열광학 효과 등을 이용하여 수 kHz의 변조 속도에 머무르고 있다.
이에 따라 실리콘 포토닉스의 낮은 전기 광학효과와 더불어 광 비선형성 문제를 해결해줄 수 있는 플랫폼에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔다.
여기에는 이상적인 전기광학 물질로 여겨지는 리튬나이오베이트(Lithium Niobate [LN]) 박막을 효과적으로 실리콘 포토닉스에 적용할 수 있는 방법이 요구된다.
종래에 실리콘 나이트라이드를 이용한 도파물질에 대한 포토닉스의 대한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 2007-0117378(도파물질을 포함하는 집적 포토닉스)에 게시된 바 있다.
또한, 실리콘 포토닉스 기반의 광도파로를 이용한 광위상변조기에 대한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1768676호에 게시된 바 있다.
대한민국 공개특허공보 2007-0117378(도파물질을 포함하는 집적 포토닉스) 대한민국 등록특허공보 10-1768676호(실리콘 위상 쉬프터, 이를 포함하는 전광 변조기 및 광집적 회로)
본 발명은 전기광학 물질인 LN 박막이 접목된 Si-LN 포토닉스 기반의 광 도파관을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 효율적으로 광신호의 위상을 제어할 수 있고 경제적이고, 쉽게 적용할 수 있는 공정을 통해서 제조할 수 있는 LN 박막이 접목된 Si-LN 포토닉스 기반의 광 도파관을 이용한 초미세 광위상변조기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수 GHz에 이르는 높은 변조 특성을 제공할 수 있는 초미세 광위상변조기를 제공하는 것이다. .
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관은 실리콘 기판층; 상기 실리콘 기판층 상부에 형성된 절연 실리카층; 상기 절연 실리카층 상부에 형성된 리튬나이오베이트 박막층; 및 상기 리튬나이오베이트 박막층 상부에 형성된 고 굴절률층; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고 굴절률층은 비정질 실리콘(a-Si) 또는 이산화티타늄(TiO2)을 상기 리튬나이오베이트 박막층에 증착시켜서 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬나이오베이트 박막층은 700nm 두께로 형성되고, 상기 고 굴절률층은 두께 100nm 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬나이오베이트 박막층은 펨토초 레이저로 광 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면(side wall)을 조사하여 상기 광 도파로의 양면의 굴절률을 상대적으로 낮춘 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬나이오베이트 박막층은 광 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면(side wall)에 800nm 파장, 120 fs 펄스폭(pulse width), 400 nJ ~ 600 nJ의 펄스 에너지를 갖는 펨토초 레이저로 조사하여 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 도파로의 양면의 굴절률은 주변에 비해 0.003의 감소를 가지는 것을 특징으로한다.
또한, 상기 광 도파로는 1㎛의 폭으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 초미세 광위상변조기에 있어서, 상기 광 위상 변조기는, 제2 전극이 상부에 형성된 실리콘 기판층; 상기 실리콘 기판층 상부에 형성된 절연 실리카층; 상기 절연 실리카층 상부에 형성된 리튬나이오베이트 박막층; 상기 리튬나이오베이트 박막층 상부에 형성된 고 굴절률층; 및 상기 고 굴절률층 상부에 형성된 제1전극; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 리튬나이오베이트 박막층의 광 도파로를 통과하는 입력 광신호는 상기 제1전극 및 제2 전극에 의해 상기 광 도파로에 수직으로 가해지는 전계에 따라 다음 식의 크기만큼의 굴절률 이 변화된 출력 광신호(LO)가 얻어지는 것을 특징으로 한다.
Figure 112019007168365-pat00001
여기서, ne는 extraordinary굴절률(extraordinary refractive index), r33은 전기광학계수, E는 전기장의 세기임.한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광도파관은 광집적회로에 있어서, 열광학효과 기반 변조특성에 의해 수 kHz 제한되었던 실리콘 포토닉스 변조기의 변조 대역폭을 Si-LN 포토닉스 기반의 본 발명을 통하여 수 GHz 급으로 개선할 수 있다.
또한, 식각 공정에 의한 가공이 어려워서 광 위상변조기의 공정에 제한이 되었던 리튬나이오베이트 물질을 일반적인 증착공정 및 펨토초 레이저 가공 공정을 통해 경제적으로 광 도파관의 형성을 용이하게 했으며, 초미세 광위상 변조기를 제공하고 모드 가둠상태(mode confinement)를 개선할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 좁은 영역인 광도파로에서의 광 에너지 밀도가 증가하는 것에 따라 높은 전기광학 변조 효율을 얻음으로써 효율적인 광신호 위상제어가 가능한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광위상변조기는 변조효율을 높일 수 있고 집적도를 증가시킬 수 있어서, 광집적 회로(Photonic integrated circuit)를 포함하는 여러 응용분야에서 이상적인 플랫폼으로 폭넓게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파관 장치에서 리튬나이오베이트(LN) 박막 온 인슐레이터 (LN thin film on insulator)층을 형성하는 공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파관 장치에서 리튬나이오베이트(LN) 박막 온 인슐레이터(LN thin film on insulator) 상에 고굴절률층을 형성하는 공정을 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관에 대한 FDTD(finite-difference time-domain) 시뮬레이션을 수행한 모드파일을 도시한 것이다.
도 4는 도 1에서 형성된 리튬나이오베이트 박막 온 인슐레이터 (LN thin film on insulator)에 펨토초 레이저로 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면벽(side wall)을 을 조사하여 도파로를 형성하는 공정을 도시한 것이다.
도 5는 펨토초 레이저 가공공정을 수행한 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관에 대한 단면 이미지와 FDTD(finite-difference time-domain) 시뮬레이션을 수행한 모드파일을 도시한 것이다.
도 6, 7은 도 3, 4의 실시 예에 따른 펨토초레이저 가공공정을 수행하여 형성된 실리콘-리튬나이오베이트 기반의 광도파관을 이용한 초미세 광위상변조기의 구조를 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 기존 실리콘 포토닉스의 한계를 극복하기 위하여 전기광학 물질인 LN 박막이 접목된 Si-LN 포토닉스 기반의 광 도파관을 제공한다.
리튬나이오베이트(Lithium Niohate: LiNbO3)는 인가 전계에 의하여 굴절률이 변하는 특성인 전기광학효과(electro -optic effect)가 커서 이를 이용하여 광스위치, 광변조기 등의 광도파로 소자로 이용될 수 있다.
이와 같은 리튬나이오베이트는 식각 공정이 용이하지 않아 도파로로 이용하기 위한 변형 공정에 많은 비용과 시간이 소요된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 리튬나이오베이트(LN) 박막을 일반적으로 적용할 수 있는 반도체 공정을 통하여 효율적이고 경제적인 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관을을 제공한다.
도 1, 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관을 제조하는 공정을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파관은 SOI(silicon on insulator) 웨이퍼 또는 벌크(bulk) 실리콘 웨이퍼 상에 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리튬나이오베이트(LN) 박막 온 인슐레이터 (LN thin film on insulator)층을 형성하는 공정을 도시한 것이다.
예를 들면, SOI 실리콘 웨이퍼 상에 광 도파관 장치를 형성하는 경우에는 도 1과 같이 실리콘 기판층(20) 상부에 형성된 절연 실리카층(10) 상부에 광도파로로 사용되는 리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film, 100)층을 형성하는 것을 포함하여 전체적으로 리튬나이오베이트(LN) 박막 온 인슐레이터 (LN thin film on insulator)층을 형성한다.
도 1은 실리콘기판층(20) 상에 형성된 절연 실리카층(10) 상에 광도파로로 사용되는 리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film, 100)층을 형성하는 공정을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리튬나이오베이트(LN) 박막 온 인슐레이터(LN thin film on insulator) 상에 고굴절률층을 형성하는 공정을 도시한 것이다.
도 1의 공정에 이어서, 다음은 도 2와 같이 리튬나이오베이트(LN) 박막 온 인슐레이터(LN thin film on insulator) 위에 비교적 굴절률이 높은 비정질 실리콘(a-Si)층이나 TiO2층을 증착하여 고굴절률층(200)을 형성한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 리튬나이오베이트(LN) 박막 온 인슐레이터(LN thin film on insulator) 상에 비교적 굴절률이 높은 비정질 실리콘(a-Si)이나 TiO2 를 증착하여 국부적으로 유효굴절률을 증가시킬 수 있어서, 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파층을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 유효굴절률이 증가된 영역인 리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film, 100)층은 스트립 도파관으로써 동작한다. 실제 광신호에 활성화되는 영역은 리튬나이오베이트 박막층(100)이다.
본 발명의 일 실시 예에서는 700nm 두께의 리튬나이오베이트(LN) 박막 층 위에 비정질 실리콘(a-Si)을 1um width에 두께 100nm 정도를 증착하여 strip waveguide 형성하여, 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관을 형성하였다.
도 3은 도 2의 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관에 대한 FDTD(finite-difference time-domain) 시뮬레이션을 수행한 모드파일을 도시한 것이다.
도 3의 FDTD(finite-difference time-domain) 시뮬레이션을 통해 검증한 Mode profile을 참조하면, 리튬나이오베이트 박막층(100)과 결합된 비정질 실리콘으로 형성된 고굴절률층(200)은 리튬나이오베이트 도파관을 형성함으로써, 효과적으로 실리콘- 복합 스트립 도파관을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 광 도파관에 의하면, 리튬나이오베이트(LN)박막 온 인슐레이터(LN thin film on insulator) 상에 비교적 굴절률이 높은 비정질 실리콘(a-Si)이나 이산화티타늄(TiO2)을 증착시켜서 리튬나이오베이트(LN)의 유효굴절률을 부분적으로 올려줌으로써 도파로를 형성할 수 있어서, 식각 공정 없이 일반적인 반도체 증착 공정을 도입하여 경제적이고 효과적으로 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광도파관을 형성할 수 있다.
도 2의 실시 예에 따른 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광도파관 의 경우, 일반적인 반도체 증착 공정으로 도파관 생성 가능하여 경제적이고 효과적으로 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광도파관을 형성할 수 있다. 그러나 비교적 약한 모드 감금(mode confinement)으로 인해서 전파손실이 발생될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에서는 이와 같은 전파손실이 발생되는 단점을 줄이기 위한 방법으로 펨토초 레이저로 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면(side wall)을 조사하여 도파로의 양면의 굴절률을 상대적으로 낮추어서 모드감금을 강하게 만드는 방법이 채택된다.
도 4는 도 1에서 형성된 리튬나이오베이트 박막 온 인슐레이터 (LN thin film on insulator)에 펨토초 레이저로 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면벽(side wall)을 을 조사하여 도파로를 형성하는 공정을 도시한 것이다,
도 4를 참조하면, 펨토초 레이저를 이용하여 리튬나이오베이트(LN)의 박막 내부에 있는 waveguide 의 양쪽 side wall에 데미지를 가해주어 굴절률을 변화시킴으로써, 레이저 초점이 맺힌 곳의 높은 에너지 밀도로 리튬나이오베이트(LN) 특성이 변화하여 굴절률이 낮아지게 된다.
예를 들면, 펨토초 레이저를 Dual-line으로 조사하여, 리튬나이오베이트 박막에서 광 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면벽(side wall)에 데미지를 가해주어 굴절률을 변화시키도록 가공한다. 이에 따라 리튬나이오베이트 박막의 가운데 공간에 mode confine가 일어나서 mode confinement가 증가하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 도 4와 같은 공정으로 800nm 파장, 120 fs 펄스폭(pulse width), 400 nJ ~ 600 nJ의 펄스 에너지를 갖는 펨토초 레이저를 1㎛ 간격의 Dual-line으로 조사하였으며, 레이저에서 출력되는 빛은 100배, NA = 0.85 를 갖는 대물렌즈에 의해서 리튬나이오베이트(LN) 박막층 내부에 초점이 맺히도록 조사되었고, 초점이 맺힌 부분 (focal area)은 주변에 비해 약 0.003 정도 굴절률이 감소하였다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 펨토초 레이저는 30 um/s 속도로 동작되도록 제어된다.
도 4의 펨토초 레이저 가공 공정에 이어서 다음은 도 2의 LN 박막 온 인슐레이터(LN thin film on insulator) 상에 고굴절률층을 형성하는 공정을 수행하여 1㎛ 폭의 도파로를 가지는 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 리튬나이오베이트(LN) 박막 온 인슐레이터(LN thin film on insulator) 상에 비교적 굴절률이 높은 a-Si 나 TiO2를 증착시켜서 레이저 가공공정이 수행된 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광도파관을 형성할 수 있다.
도 5는 펨토초 레이저 가공공정을 수행한 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관에 대한 단면 이미지와 FDTD(finite-difference time-domain) 시뮬레이션을 수행한 모드파일을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 도 3에 비하여 도파로의 양측 경계면에 접하는 부분에 펨토초 레이저에 의한 굴절률변화에 의해 모드감금(mode confinement) 특성이 증가한 것을 알 수 있다.
위와 같이 레이저 가공공정을 수행하여 형성된 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관은 모드감금(mode confinement) 특성이 증가하여 전파손실의 발생을 줄일 수 있는 초미세 광도파로를 형성할 수 있다.
도 6, 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 펨토초 레이저 가공공정을 수행하여 형성된 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관을 이용한 초미세 광위상변조기의 구조를 도시한 것이다.
도 6, 7은 도 3, 4의 실시 예에 따른 펨토초 레이저 가공공정을 수행하여 형성된 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광도파관을 이용한 초미세 광위상변조기의 구조를 도시한 것이다.
도 6은 펨토초 레이저 가공공정이 수행된 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광도파관을 중심으로 상, 하에 전극을 형성한 초미세 광위상변조기의 정면(X-Y)을 나타낸 것이고, 도 7은 그 측면(X-Z)을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘-리튬나이오베이트 기반의 초미세 광 위상 변조기는 제2 전극(42)이 상부에 형성된 실리콘기판층(20) 상에 형성된 절연 실리카층(10)과 상기 절연 실리카층(10) 상에 형성되며 광 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면벽(side wall)에 펨토초 레이저에 의해 가공된 리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film, 100)층이 형성되며, 상기 리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film, 100)층 상부에 고굴절률층(200)이 형성되고, 상기 고굴절률층(200) 상부에 제1전극(41)이 형성되는 것을 포함한다.
도 6의 실시 예는 리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film, 100)층을 중심으로 상, 하에 제1, 전극(41, 42)을 형성하였으나, 또 다른 실시 예에서는 상기 제1, 전극(41, 42)을 리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film, 100)층을 중심으로 좌, 우에 형성하여 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광도파관을 이용한 초미세 광위상변조기를 형성할 수 있다.
도 6, 7을 참조하면, 광 도파로(100)를 통과하는 입력 광신호(LI)는 제1, 2 전극(41, 42)에 의해 광도파로(105)에 수직으로 가해지는 전계에 따라 굴절률이 변화되어 위상이 쉬프트된 출력 광신호(LO)가 얻어진다.
리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film, 100)은 전기장을 받으면 전기광학효과에 의해서 다음 수학식1의 크기만큼의 굴절률 변화가 유도된다.
Figure 112019007168365-pat00002
여기서, ne는 extraordinary굴절률(extraordinary refractive index), r33은 전기광학계수, E는 전기장의 세기를 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 초미세 광 위상 변조기는 좁은 영역(도파로)에서의 광 에너지 밀도가 증가되는 것에 의해, 높은 전기광학 변조 효율을 얻음으로써 광신호 위상제어가 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 초미세 광 위상 변조기는 식각 가공이 어려운 리튬나이오베이트 박막을 증착 공정 및 펨토초 레이저 가공 공정을 통해 효과적으로 제조할 수 있는 mode confinement 특성이 향상된 1㎛ 폭의 도파로(105)를 가지는 초미세 광위상 변조기를 제공할 수 있다.
리튬나이오베이트는 높은 전기광학계수는 수 GHz에 이르는 높은 변조 특성을 제공할 수 있어서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 초미세 광 위상 변조기는 변조 대역폭을 수 GHz 범위로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 초미세 광 위상 변조기는 향상된 변조효율과 레이저 가공에 의한 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반에 의해 집적도를 증가 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 초미세 광 위상 변조기는 광집적회로(Photonic integrated circuit)를 포함하는 여러 응용분야에서 이상적인 플랫폼으로 폭넓게 적용될 수 있다.
10: 절연 실리카층
20: 실리콘 기판층
100: 리튬나이오베이트 박막(LiNbO3 thin film)층
200: 고 굴절률층
41, 42: 전극

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 광 도파관에 있어서,
    상기 광 도파관은
    실리콘 기판층;
    상기 실리콘 기판층 상부에 형성된 절연 실리카층;
    상기 절연 실리카층 상부에 형성된 리튬나이오베이트 박막층; 및
    상기 리튬나이오베이트 박막층 상부에 형성된 고 굴절률층; 을 포함하되,
    상기 고 굴절률층은 비정질 실리콘(a-Si) 또는 이산화티타늄(TiO2)을 상기 리튬나이오베이트 박막층에 증착시켜서 형성된 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리튬나이오베이트 박막층은 700nm 두께로 형성되고, 상기 고 굴절률층은 두께 100nm 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성한 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 리튬나이오베이트 박막층은 펨토초 레이저로 광 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면(side wall)을 조사하여 상기 광 도파로의 양면의 굴절률을 상대적으로 낮춘 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 리튬나이오베이트 박막층은 광 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면(side wall)에 800nm 파장, 120 fs 펄스폭(pulse width), 400 nJ ~ 600 nJ의 펄스 에너지를 갖는 펨토초 레이저로 조사하여 형성된 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광 도파로는 1㎛의 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 광 도파로의 양면의 굴절률은 주변에 비해 0.003의 감소를 가지는 것을 특징으로 하는 광 도파관.
  8. 삭제
  9. 실리콘-리튬나이오베이트 포토닉스 기반의 초미세 광 위상 변조기에 있어서,
    상기 광 위상 변조기는
    제2 전극이 상부에 형성된 실리콘 기판층;
    상기 실리콘 기판층 상부에 형성된 절연 실리카층;
    상기 절연 실리카층 상부에 형성된 리튬나이오베이트 막층;
    상기 리튬나이오베이트 박막층 상부에 형성된 고 굴절률층; 및
    상기 고 굴절률층 상부에 형성된 제1전극; 을 포함하되,
    상기 고 굴절률층은 비정질 실리콘(a-Si) 또는 이산화티타늄(TiO2)을 상기 리튬나이오베이트 박막층에 증착시켜서 형성된 것을 특징으로 하는 초미세 광 위상 변조기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리튬나이오베이트 박막층은 펨토초 레이저로 광 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면(side wall)을 조사하여 상기 광 도파로의 양면의 굴절률을 상대적으로 낮춘 것을 특징으로 하는 초미세 광 위상 변조기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 리튬나이오베이트 박막층은 광 도파로로 형성될 부분의 양쪽 경계면(side wall)에 800nm 파장, 120 fs 펄스폭(pulse width), 400 nJ ~ 600 nJ의 펄스 에너지를 갖는 펨토초 레이저로 조사하여 형성된 것을 특징으로 하는 초미세 광 위상 변조기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광 도파로는 1㎛의 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 초미세 광 위상 변조기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 광 도파로를 통과하는 입력 광신호는 상기 제1전극 및 제2 전극에 의해 상기 광 도파로에 수직으로 가해지는 전계에 따라 다음 식의 크기만큼의 굴절률이 변화된 출력 광신호(LO)가 얻어지는 것을 특징으로 하는 초미세 광 위상 변조기.
    Figure 112019007168365-pat00003

    여기서, ne는 extraordinary굴절률(extraordinary refractive index), r33은 전기광학계수, E는 전기장의 세기임.
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