KR20100063971A - 광자결정 도파로 입사부 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 결합 효율 향상을 위한 광자결정 도파로 입사부 구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 광자결정 도파로 입사부 구조는, 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 결합효율의 향상을 위한 이종 접합 도파로의 결합부 구조이고, 광자결정 도파로는, 유전물질 내에 삼각격자 형태로 공기구멍이 배열된 광자결정과, 광자결정 도파로의 입사부 영역이 스트립 도파로와 이격되도록 적어도 하나 이상의 공기구멍을 제거한 후에 이격하여 형성된 혼성 도파로를 포함한다.

광자결정, 도파로, 스트립 도파로, 결합효율

Description

광자결정 도파로 입사부 구조{PHOTONIC CRYSTAL WAVEDUIDE INLET STRUCTURE}

본 발명은 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 결합 효율 향상을 위한 광자결정 도파로 입사부 구조에 관한 것이다.

광자결정 구조는 광소자의 크기를 획기적으로 줄일 수 가 있어 광 집적화를 위해 좋은 대안이 되어 왔고, 분산 특성을 조절하여 광 스위치나 광 변조기를 제작하여 왔다. 그리고 광자결정 도파로에 빛을 입사시키는데 있어서 제작의 용이성으로 인해 스트립 도파로를 많이 사용해 왔다.

최근에 느린 빛(slow light)에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 빛의 군속도가 작아지면 비선형 특성이 증대되고, 그로 인해 간섭계 구조의 길이를 줄일 수가 있다. 이것은 많은 응용성을 가지고 있는데 일례로 광변조기의 크기를 줄일 수가 있고, 광 버퍼로 사용할 수가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 2은 종래 기술에 따른 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 구조에서의 전사 모사에 대한 결과를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 종래 기술의 다른 예에 따른 광자결정 도파로의 경우에 결정구조 상의 공기구멍 배열의 작은 변화로도 투과 효율 변화가 유발되는 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 구조는, 광자결정부의 접합부 위상 조절에 의해 접합부에서 생성된 표면모드 성분의 위상 간섭이 유발되고 이로 인해 투과 효율이 향상되게 된다. 즉, 광자결정 도파로와 스트립 도파로가 만나는 위치(6)를 조절함으로써 광자결정에 빛이 입사하는 방향의 수직 방향으로 표면 모드(surface mode)가 형성되고, 그로 인해 결합효율의 향상을 이룬 예이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 구조에서의 전사 모사에 대한 결과로서, 이에 대한 입사파와 출력파를 나타내고 있다.

도 3은 종래 기술의 다른 예에 따른 광자결정 도파로 내에서 진행방향을 급격히 바꾸는 구조로서, 공기홀의 삽입으로 투과 효율을 높인 광자결정 도파로 벤드(bend) 구조를 나타내고 있다. 즉, 광자결정 도파로 60° 벤드(bend) 구조에서 공기홀의 존재로 인해 투과 효율이 향상된 것을 보여준다.

하지만, 상기와 같은 종래 기술에 따른 광자결정 도파로와 스트립 도파로는, 빛이 도파로를 진행하게 될 때, 스트립 도파로와 광자결정 도파로에서 각기 서로 다른 모드로 진행을 하고, 따라서 두 도파로가 맞닿아 있는 부분에서 모드의 어긋남이 발생하게 되는 문제점이 발생한다. 또한, 이러한 모드의 어긋남으로 인해 결 합 손실이 발생하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 결합 손실을 줄이기 위해서 스트립 도파로와 광자결정 도파로 사이에 혼성모양 도파영역을 두는 것에 의하여, 스트립 도파로와 광자결정 도파로 사이에 효율적인 모드변환이 일어나도록 도울 수 있는 광자결정 도파로 입사부 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 스트립 도파로와 광자결정 도파로가 만나는 부분의 공기홀의 위치를 조절하여 공기홀에서 반사되는 파의 위상을 상쇄시켜 광자결정 도파로 안으로 더 많은 빛이 진행하도록 도울 수 있는 광자결정 도파로 입사부 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

청구항 1에 관한 발명인 광자결정 도파로 입사부 구조는, 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 결합효율의 향상을 위한 이종 접합 도파로의 결합부 구조이고, 광자결정 도파로는, 유전물질 내에 삼각격자 형태로 공기구멍이 배열된 광자결정과, 광자결정 도파로의 입사부 영역이 스트립 도파로와 이격되도록 적어도 하나 이상의 공기구멍을 제거한 후에 이격하여 형성된 혼성 도파로를 포함한다.

청구항 2에 관한 발명인 광자결정 도파로 입사부 구조는, 청구항 1에 관한 발명인 광자결정 도파로 입사부 구조에 있어서, 광자결정 도파로의 입사부 영역은, 스트립 도파로와

내지

의 폭(7)만큼 이격되고, a는 광자결정 도파로의 격자 상수이다.

청구항 3에 관한 발명인 광자결정 도파로 입사부 구조는, 청구항 1에 관한 발명인 광자결정 도파로 입사부 구조에 있어서, 광자결정 도파로와 스트립 도파로가 만나는 위치는, 광자결정 도파로 입사부의 시작점으로부터

내지

의 폭(8)을 가지고, a는 광자결정 도파로의 격자 상수이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 광자결정 도파로 입사부 구조에 의하면, 스트립 도파로와 광자결정 도파로 결합 손실을 줄이기 위해서 스트립 도파로와 광자결정 도파로 사이에 혼성모양 도파영역을 두는 것에 의하여, 스트립 도파로와 광자결정 도파로 사이에 효율적인 모드변환이 일어나도록 도울 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 스트립 도파로와 광자결정 도파로가 만나는 부분의 공기홀의 위치를 조절하여 공기홀에서 반사되는 파의 위상을 상쇄시켜 광자결정 도파로 안으로 더 많은 빛이 진행하도록 도울 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

한편, 이하에서 설명되는 본 발명에 따른 광자결정 도파로는 유전물질 내에 삼각격자 형태로 공기구멍이 배열된 광자결정과 상기 광자결정내의 한 줄의 공기구멍을 제거하여 형성된 도파로로 이루어져 있다. 빛이 진행하게 될 때 스트립 도파로와 광자결정 도파로에서 각기 서로 다른 모드로 진행을 하고 두 도파로가 맞닿아 있는 부분에서 모드의 어긋남이 발생하게 된다. 그리고 이러한 모드의 어긋남으로 인해 결합 손실이 발생한다. 본 발명은 두 도파로가 맞닿아 있는 부분의 구조를 변경하여 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 혼성모양 영역을 둠으로써 이러한 결합손실을 최소화 하는 구조를 제시한다.

도 4는 본 발명에 따른 광자결정 도파로의 구조 및 분산 특성을 설명하기 위 한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 입사부의 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 5 에 대한 전사모사의 결과 및 도 2에 대한 전사 모사의 결과를 설명하기 위한 도면이다.

우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광자결정 도파로의 구조 및 분산 특성에 대하여 설명하기로 한다. 여기서, 광자결정 도파로의 격자상수(1)는 a이고, 공기홀의 크기(3)는 r=0.28×a이다. 즉, 광자결정 도파로의 입사부 영역은,

내지

의 폭(7)만큼 이격되는 것이 바람직하다. 또한, 광자결정 도파로는 한 줄의 공기홀을 제거한 구조로서, 광자결정 도파로의 너비는 (2)와 같이 형성되며, 입사파의 중심파장 1.55um을 사용한다. 이와 같은 구조를 이용하여 광자결정의 표면 모드(surface mode)를 이용하여 결합 효율 향상을 이룰 수 있다. 빛이 입사하는 방향의 수직 방향으로 유전율의 주기적인 변화가 있을 때 표면 모드(surface mode)가 형성이 되고, 입사하는 빛이 이 모드와 결합하고, 결합된 빛이 광자결정 도파로 안으로 투과됨으로써, 두 도파로 간의 결합효율이 향상된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 입사부의 구조는, 광자결정 도파로(11)와 스트립 도파로(12)의 결합효율의 향상을 위한 광자 결정 도파로 구조이다.

광자결정 도파로는, 유전물질 내에 삼각격자 형태로 공기구멍(H)이 배열된 광자결정(11)과, 광자결정 도파로(12)의 입사부 영역이 스트립 도파로(12)와 소정 의 폭(7)만큼 이격되도록 적어도 하나 이상의 공기구멍(H)을 제거한 후 이격하여 형성된 혼성 도파로(7 및 8의 영역)를 포함한다. 여기서, 유전물질은 실리콘 매질이다. 또한, 소정의 폭(7)은 혼성 도파로(7 및 8의 영역)의 폭이다. 또한, 광자결정 도파로(11)와 스트립 도파로(12)가 만나는 위치는, 광자결정 도파로(11)의 입사부 영역 중 혼성 도파로(7 및 8의 영역)의 너비의 끝 지점(8)과 만나는 지점이다. 즉, 광자결정 도파로와 스트립 도파로가 만나는 위치는, 광자결정 도파로 입사부의 시작점으로부터

내지

의 폭(8)을 가지는 것이 바람직하다.

스트립 도파로(12)와 광자결정 도파로(11)가 만나는 부분의 측면(7)을 이격시킴으로써 스트립 도파로(12)를 통하여 진행하던 빛이 스트립 도파로(12)와 광자결정 도파로(11)의 혼성 영역(7 및 8의 영역)을 지남으로 광자결정 도파로(12)로의 효율적인 모드변환이 일어나도록 돕는다.

도 6에 도시된 바와 같이, 도 5 에 대한 전사모사의 결과 및 도 2에 대한 전사 모사의 결과를 비교하면, 파장길이가 1.603um이고, 군속도가 0.05c 가 되는 파장에서 106%의 효율 향상이 이루어졌음을 보여준다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 측면 이격크기를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 7의 전사모사의 결과와 도 2의 전산모사의 결과를 비교하여 설명하기 위한 도면이다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트립 도 파로와 광자결정 도파로의 측면 이격크기(7)를 조절하여, 도 7의 전사모사의 결과와 도 2의 전산모사의 결과를 비교하면, 파장길이가 1.603um이고, 군속도가 0.05c 가 되는 파장에서 116%의 효율 향상이 이루어졌음을 보여준다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 제조공정 중 공정 오차의 일 례를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 9에 대한 전사모사의 결과와 도 7에 대한 전사모사의 결과를 비교하기 위한 도면이다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 제조공정 중 공정 오차의 일 례인 식각 공정 과정에서 두 개의 홀이 연결된 구조(9, 10)에서도, 투과 효율이 큰 차이가 없음을 보여준다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 제조공정 중 공정 오차의 일 례를 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 도 11에 대한 전사모사의 결과와 도 7에 대한 전사모사의 결과를 비교하기 위한 도면이다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 제조공정 중 공정 오차의 일 례인 식각 공정 과정에서 도 9에 남아있던 부분(10)이 사라진 구조에서도, 투과 효율이 큰 차이가 없음을 보여준다.

즉, 상술한 도 9 내지 도 12에서와 같이, 광자결정 입사부 구조에서 약간의 구조 변경이 있다 하더라도 군속도가 0.05c 인 파장에서 약 100% 이상의 투과 효율 향상을 이룰 수가 있다. 즉 효율 향상에 따른 추가적인 비용이나 구조가 미미하고, 공정 오차에 따른 투과 효율의 영향도 극히 미미함을 알 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 광자결정 도파로 구조에 의하면, 스트립 도파로와 광자결정 도파로 결합 손실을 줄이기 위해서 스트립 도파로와 광자결정 도파로 사이에 혼성모양 도파영역을 두는 것에 의하여, 스트립 도파로와 광자결정 도파로 사이에 효율적인 모드변환이 일어나도록 도울 수 있고, 또한, 스트립 도파로와 광자결정 도파로가 만나는 부분의 공기홀의 위치를 조절하여 공기홀에서 반사되는 파의 위상을 상쇄시켜 광자결정 도파로 안으로 더 많은 빛이 진행하도록 도울 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 2은 종래 기술에 따른 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 구조에서의 전사 모사에 대한 결과를 설명하기 위한 도면.

도 3은 종래 기술의 다른 예에 따른 광자결정 도파로내에서 공기홀의 존재로 인해 투과 효율이 향상되는 것을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 광자결정 도파로의 구조 및 분산 특성을 설명하기 위한 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 입사부의 구조를 설명하기 위한 도면.

도 6은 도 5 에 대한 전사모사의 결과 및 도 2에 대한 전사 모사의 결과를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 측면 이격크기를 설명하기 위한 도면.

도 8은 도 7의 전사모사의 결과와 도 2의 전산모사의 결과를 비교하여 설명하기 위한 도면.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 제조공정 중 공정 오차의 일 례를 설명하기 위한 도면.

도 10은 도 9에 대한 전사모사의 결과와 도 7에 대한 전사모사의 결과를 비 교하기 위한 도면.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스트립 도파로와 광자결정 도파로의 제조공정 중 공정 오차의 일 례를 설명하기 위한 도면.

도 12는 도 11에 대한 전사모사의 결과와 도 7에 대한 전사모사의 결과를 비교하기 위한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명>

1: 격자상수 a 2: 광자결정 도파로의 너비

3: 공기홀의 반지름 r=0.28×a

4: 입사파의 중심파장 1.55um

5: 스트립 도파로의 너비

6: 스트립 도파로와 광자결정 도파로가 만나는 위치 0.25×a

7: 스트립 도파로와 광자결정 도파로 사이의 측면 이격 크기

8: 스트립 도파로와 광자결정 도파로가 만나는 위치

9: 공정오차의 일례로 식각 공정에서 주변의 공기홀이 연결된 모습

10: 공정오차의 다른 예로 도 9에서 식각 공정으로 인해 사라지는 부분

11: 광자결정 도파로 12: 스트립 도파로

H: 공기구멍

Claims (3)

1. 광자결정 도파로와 스트립 도파로의 결합효율의 향상을 위한 광자 결정 도파로 입사부 구조이고,

   상기 광자결정 도파로는, 유전물질 내에 삼각격자 형태로 공기구멍이 배열된 광자결정과, 상기 광자결정 도파로의 입사부 영역이 상기 스트립 도파로와 이격되도록 적어도 하나 이상의 공기구멍을 제거한 후 이격하여 형성된 혼성 도파로를 포함하는,

   광자결정 도파로 입사부 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광자결정 도파로의 입사부 영역은, 상기 스트립 도파로와

   

   내지

   

   의 폭만큼 이격되고, a는 광자결정 도파로의 격자 상수인,

   광자결정 도파로 입사부 구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 광자결정 도파로와 상기 스트립 도파로가 만나는 위치는, 상기 광자결정 도파로 입사부의 시작점으로부터

   

   내지

   

   의 폭을 가지고, a는 광자결정 도파로의 격자 상수인,

   광자결정 도파로 입사부 구조.

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