KR20110031379A - 하이브리드 도파-모드 공진 필터 및 분포 브래그 반사를 채용하는 방법 - Google Patents

하이브리드 도파-모드 공진 필터 및 분포 브래그 반사를 채용하는 방법 Download PDF

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마이클 알. 탄
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Abstract

하이브리드 도파-모드 공진(GMR) 격자, 광학 필터 및 광학 필터링의 방법은 분포 브래그 반사를 채용한다. 하이브리드 GMR 격자는 GMR 공진 주파수를 가지고 있는 GMR을 지원하는 도파관 층을 포함한다. 하이브리드 GMR 격자는 하이브리드 GMR 격자에 입사되는 신호의 일부를 도파관 층에 커플링하는 회절 격자, 및 입사 신호의 또 다른 부분을 반사하는 분포 브래그 반사기(DBR)를 더 포함한다. 입사 신호의 커플링된 부분은 GMR 공진 주파수에 대응하는 주파수를 가지고 있다. 반사된 부분은 GMR 공진 주파수로부터 떨어져 있는 주파수를 가지고 있다. 광학 필터는 하이브리드 GMR 격자 및 커플러를 포함한다. 방법은 광학 신호를 하이브리드 GMR 격자에 커플링하는 단계, 및 하이브리드 GMR 격자로부터 반사된 신호를 추가 커플링 아웃하는 단계를 포함한다.

Description

하이브리드 도파-모드 공진 필터 및 분포 브래그 반사를 채용하는 방법{HYBRID GUIDED-MODE RESONANCE FILTER AND METHOD EMPLOYING DISTRIBUTED BRAGG REFLECTION}
[관련 출원들에 대한 교차-참조]
해당 없음
[연방정부가 지원하는 연구 또는 개발에 관한 언급]
해당 없음
[기술분야]
본 발명은 포토닉(photonic) 디바이스들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 필터들 및 변조기들로 채용되는 포토닉 디바이스들에 관한 것이다.
광학 필터들 및 필터링을 채용하는 광학 변조기들과 같은(이들로 제한되지 않음) 관련된 컴포넌트들은 거의 모든 포토닉 시스템들에서 핵심적인 컴포넌트들이다. 예를 들면, 광대역 주파수 멀티플렉싱된 광학 캐리어에 의해 반송된 신호들의 그룹으로부터 선택적 처리를 위해 개별적인 신호들을 분리해 내는데 다양한 형태들의 필터링이 통상 채용된다. 다른 타입들의 필터들과 같은 광학 필터들은 일반적으로 광대역 또는 협대역 중 어느 하나로 분류될 수 있고, 저대역통과 필터, 대역통과 필터, 대역 거절 또는 노치(notch) 필터, 및 고대역통과 필터 중 하나로 실현될 수 있다. 다수의 주파수 멀티플렉싱 어플리케이션들에 특히 중요한 것은 협대역통과 및 대역 거절 필터들이다. 예를 들면, 좁은 대역통과 필터는 광대역 캐리어에서의 그러한 신호들의 그룹 중으로부터 특정 신호 또는 신호 채널을 선택하는데 이용된다. 또 다른 예에서, 협대역 노치 필터는 예를 들면 그러한 광대역 캐리어로부터 단일 신호 또는 신호 채널을 제거하는데 채용될 수 있다. 유사하게, 협대역 필터링을 채용하는 변조기들은 그러한 단일 신호 또는 신호 채널을 선택적으로 변조시킬 수 있다.
널리 다양한 필터들이 포토닉 시스템들에 이용된다. 최근에, 도파-모드 공진(GMR) 격자들은 협대역 필터링을 제공하기 위한 수단으로서 상당한 관심을 끌었다. 입사 신호와 GMR 격자의 도파 모드의 사이에서 매우 예리하고, 협대역의, 높은-Q 커플링을 나타내는 GMR 격자들이 실현될 수 있다. 커플링은 협대역 투과 및 협대역 반사(즉, 거절) 필터들을 구현하도록 채용되었다. 뿐만 아니라, GMR 격자들을 이용하는 투과성 및 반사성 변조기들 양쪽 모두가 실연되었다.
불행하게도, GMR 격자의 GMR 공진 주파수 주위의 협대역 주파수 대역에서 매우 양호한 커플링을 제공하지만, GMR 격자의 대역 외 반사 응답은 통상적으로 GMR 공진 주파수로부터 떨어져서 크게 저하된다. 대역 외 반사 응답에서의 이러한 저하는 GMR 격자를 이용하여 구현된 필터들 및 변조기들의 유용성을 크게 제한시킬 수 있다. 그러므로, 대역 내에서 높은-Q 성능을 여전히 제공하면서도 대역 외에서 비교적 넓고 편평한 반사 응답을 가지는 GMR 격자를 제공하는 것은 오랫동안 느껴왔던 요구를 만족시킬 것이다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 하이브리드 도파-모드 공진(GMR) 격자가 제공된다. 하이브리드 GMR 격자는 GMR 공진 주파수를 가지는 도파-모드 공진(GMR)을 지원하는 도파관 층을 포함한다. 하이브리드 GMR 격자는 하이브리드 GMR 격자 상에 입사되는 신호의 일부를 도파관 층으로 커플링시키는 회절 격자를 더 포함한다. 커플링된 부분은 GMR 공진 주파수에 대응하는 주파수를 가지고 있다. 하이브리드 GMR 격자는 입사 신호의 또 다른 부분을 반사하는 분포 브래그 반사기(DBR)를 더 포함한다. 다른 부분은 GMR 공진 주파수로부터 떨어져 있는 주파수를 가지고 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 광학 필터가 제공된다. 광학 필터는 광학 신호를 수신하는 커플러를 포함한다. 광학 필터는 하이브리드 도파-모드 공진(GMR) 격자를 더 포함한다. 하이브리드 GMR 격자는 제1 GMR 공진 주파수를 가지고 있는 GMR 격자, 및 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함한다. (a) DBR은 회절 격자와, GMR 격자의 도파관 층의 사이에 있고, (b) 도파관 층은 회절 격자와 DBR의 사이에 있는 것 중 하나이다. 커플러는 수신된 광학 신호를 하이브리드 GMR 격자에 커플링시키고, 하이브리드 GMR 격자로부터 반사된 신호를 추가 수신하여 커플링 아웃한다.
본 발명의 다른 실시예들에서, 광학 필터링의 방법이 제공된다. 광학 필터링의 방법은 GMR 격자의 회절 격자를 이용하여 입력 신호의 제1 신호 부분을 GMR 격자의 도파관 층으로 커플링함으로써 GMR 격자에서 도파-모드 공진(GMR)을 여기하는 단계를 포함한다. 제1 신호 부분은 GMR 격자의 GMR 공진 주파수의 커플링 대역폭 내의 주파수를 가지고 있다. 광학 필터링의 방법은 GMR 공진 주파수의 커플링 대역폭의 외부에 있는 주파수에서 입력 신호의 제2 신호 부분을 반사하는 단계를 더 포함한다. 분포 브래그 반사기(DBR)의 분포 브래그 반사는 제2 신호 부분을 반사하는데 이용된다. 제2 신호 부분은 반사된 신호이다. DBR은 회절 격자와 도파관 층 사이에 있거나, 도파관 층은 회절 격자와 DBR 사이에 있는 것 중 어느 하나이다.
본 발명의 일부 실시예들은 상기 설명된 특징들뿐만 아닌, 그리고 그들 대신 중 하나 또는 양쪽 모두인 다른 특징들을 가지고 있다. 본 발명의 이들 및 다른 특징들은 이하의 도면들을 참조하여 이하에 상세하게 된다.
본 발명의 실시예들의 다양한 특징들은 유사한 참조번호들이 유사한 구조적 구성요소들을 나타내는 첨부된 도면들과 조합된 이하의 상세한 설명을 참조하여 더 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 하이브리드 도파-모드 공진 격자의 단면도를 예시하고 있다.
도 2A는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 1D GMR 하이브리드 격자의 단면도를 예시하고 있다.
도 2B는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자의 단면도를 예시하고 있다.
도 2C는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자의 단면도를 예시하고 있다.
도 2D는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자의 단면도를 예시하고 있다.
도 2E는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자의 단면도를 예시하고 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 2D 하이브리드 GMR 격자의 투시도를 예시하고 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 필터(200)의 블록도를 예시하고 있다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광학 필터링의 방법의 플로우차트를 예시하고 있다.
본 발명의 실시예들은 분포 브래그 반사를 채용하여 대역 외 반사 응답을 확장시키고 향상시키는 하이브리드 도파-모드 공진(GMR) 격자를 제공한다. 특히, 하이브리드 GMR 격자에 채용된 분포 브래그 반사는 본 발명에 따라, 하이브리드 GMR 격자의 GMR 주파수 대역의 외부에서 또는 그를 넘어서서 비교적 넓고 실질적으로 편평한 반사 응답을 제공한다. 부수적으로는, 하이브리드 GMR 격자는 종래의 GMR 격자의 응답과 실질적으로 유사하거나 이를 유효하게 흉내내는 GMR 주파수 대역 내에서 커플링된 응답을 나타낸다. 비교적 넓고 편평한 반사 응답은 다양한 실시예들에 따라, 다양한 필터 및 변조기 어플리케이션들에서 하이브리드 GMR 격자를 이용하는 것을 용이하게 한다. 예를 들면, 비교적 넓고 편평한 반사 응답은 캐스케이딩된 멀티-주파수 협대역 필터들(예를 들면, 주파수 멀티플렉서들) 및 주파수 선택 변조기들을 구현하는 것을 용이하게 한다.
다양한 실시예들에 따르면, 본 발명의 하이브리드 GMR 격자는 분포 브래그 반사기(DBR)를 포함한다. 일부 실시예들에서, DBR은 회절 격자와, 도파-모드 공진을 지원하는 도파관 층 사이에 개재된다. 일부 실시예들에서, 도파관 층은 회절 격자와 DBR 사이에 개재된다. 다른 실시예들에서, 회절 격자와 DBR 중 하나 또는 양쪽 모두는 도파관 층에 내장된다. DBR은 DBR에 의해 제공되는 분포 브래그 반사에 따른 상대적으로 넓은 주파수 범위 또는 대역폭에 걸쳐 신호들을 반사한다. 그러나, 지원된 도파-모드 공진에 대응하는 주파수 또는 그 주위에서(즉, GMR 주파수 대역 내에서), 회절 격자와 도파관 층의 조합된 액션은 실질적으로 분포 브래그 반사를 무효화시키고, 하이브리드 GMR 격자는 실질적으로 종래의 GMR 격자로서 기능한다. 환언하면, 하이브리드 GMR 격자는 마치 GMR 주파수 대역의 중심에서 DBR이 실질적으로 없는 것처럼 기능한다. 반면에, GMR 주파수 대역을 넘어서서는, 하이브리드 GMR 격자는 DBR에 따라 또는 그에 따라 실질적으로 기능한다.
다양한 실시예들에서, 본 발명에 따른 하이브리드 GMR 격자는 실질적으로 임의의 표면 상에 또는 그 내부에 통합될 수 있고, 일반적으로는 표면 상에서 비교적 작은 형태 인자 또는 풋프린트를 활용한다. 특히, 하이브리드 GMR 격자는 회로 제조에 이용되는 마이크로리소그래피-기반 표면 패터닝 및 나노리소그래피-기반 표면 패터닝 중 하나 또는 양쪽 모두를 포함하고 이들로 제한되지 않는 다수의 종래 제조 방법들을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 종래의 반도체 제조 기술들(예를 들면, CMOS 양립가능한 제조 프로세스)은 포토닉 집적 회로(IC)의 표면 상에 또는 그 내부에 하이브리드 GMR 격자를 생성하도록 채용될 수 있다. 그러한 것으로서, 본 발명의 다양한 실시예들의 하이브리드 GMR 격자를 채용하는 필터 또는 변조기는 IC 상에서 종래의 포토닉 소자들 및 회로와 용이하게 통합될 수 있다. 더구나, 그러한 예로 든 IC-기반 필터 또는 변조기는 예를 들면 현재의 가용한 제조 방법들을 이용하여, 1 제곱 밀리미터(mm) 이하만큼 작은 표면 풋프린트 내에 실현될 수 있다.
여기에 이용된 바와 같이, '도파-모드 공진'은 회절 격자와 같은 소자를 위상-매칭함으로써 도파관에서 여기되고 동시에 도파관으로부터 추출되는 변칙적인 공진으로 정의된다. 회절 격자에 입사되는 여기 신호 또는 파(예를 들면, 광)는 입사각과 신호 파장의 소정의 조합들과 같은 일부 상황들 하에서, 도파관의 공진 모드로 커플링되고 그리고 실질적으로, 그러나 일반적으로는 일시적으로 도파관의 공진 모드에서 에너지로서 '트랩된다'. 공진 모드는 예를 들면 금속성 격자의 표면 상의 표면 파들(즉, 표면 플라스몬)의 여기로서, 또는 도파관의 유전체층(예를 들면, 본 발명의 다양한 실시예들에 의해 예시됨)의 몸체 내의 공진파(예를 들면, 도파 모드 또는 의사 도파-모드)로서 나타난다. 트랩된 에너지는 후속적으로 도파관으로부터 탈출하고 격자에 의해 반사된 신호 또는 격자를 통해 투과된 신호 중 어느 하나와 건설적으로 및 파괴적으로 중 하나 또는 양쪽 모두로 조합할 수 있다. 도파-모드 공진들은 또한 대개는 '누설형 공진들'로서 지칭된다.
여기에 이용된 바와 같은 '도파-모드 공진(GMR) 격자'는 도파-모드 공진을 지원할 수 있는 도파관과 커플링된 임의의 회절 격자로서 정의된다. 종래의 GMR 격자들은 또한 '공진 격자 도파관들' 및 '유전체 도파관 격자들'로서 알려져 있고 지칭된다. 예를 들면, 광학 GMR 격자는 그 표면 층 내에 또는 그 위에 형성된 회절 격자를 구비하는 유전체 슬랩 도파관을 포함할 수 있다. 회절 격자는 유전체 슬랩의 표면 상에 형성된 그루브들(grooves) 또는 리지들(ridges)을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, GMR 격자는 유전체 시트 내에서 주기적으로 교대하는 굴절율(예를 들면, 위상 격자)을 가지고 있는 평면형 유전체 시트이다. 예로 든 위상 격자는 유전체 시트 내 및 그를 통과하는 주기적인 홀들의 어레이를 형성함으로써 형성될 수 있다. 그 내부에 도파-모드 공진을 여기하는 GMR 격자의 표면 상에 입사되는 신호는 GMR 격자의 입사 표면으로부터 반사되는 반사된 신호(즉, 반사된 파들), 및 GMR 격자를 통해 입사된 표면의 반대인 GMR 격자의 사이드를 통과해 나가는 투과된 신호(즉, 투과된 파들)의 하나 또는 양쪽 모두로서 동시에 추출될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 하이브리드 GMR 격자는 1-차원(1D) 회절 격자 또는 2-차원 회절 격자 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 1D 회절 격자는 예를 들면 단지 제1의 방향으로만(예를 들면, x-축을 따라) 주기적이고 평행한 실질적으로 직선인 그루브들의 세트를 포함할 수 있다. 2D 회절 격자의 예는 유전체 슬랩 또는 시트에서 홀들의 어레이를 포함할 수 있고, 여기에서 홀들은 2개의 직교 방향들에 따라(예를 들면, x-축 및 y-축 양쪽을 따라) 주기적으로 이격되어 있다. 본 발명의 하이브리드 GMR 격자에 적용되는 GMR 격자들 및 도파-모드 공진의 추가 설명은, 예를 들면 여기에 그 전체가 참고로 포함되어 있는 Magnusson 등의 미국특허 제5,216,680호 및 Wawro 등의 미국특허 제7,167,615호에서 찾아볼 수 있다.
종래의 GMR 격자의 특성들 중에서, 그리고 직접적인 확장에 의해, GMR 주파수 대역 내의 본 발명의 하이브리드 GMR 격자는 입사파의 입사각과 GMR 격자의 응답 사이의 각도 관계이다. 응답은 반사 응답 또는 투과 응답 중 하나일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 따라 비교적 얕거나 얇은 유전체 층을 포함하고 격자 주기 Λ를 가지는 예로 든 1D 하이브리드 GMR 격자를 고려하자. 예로 든 1D 격자에 대한 입사파의 자유공간 파장 λ의 함수로서의 평면 파-벡터 β는 수학식 1의 분산 관계에 의해 주어진다.
Figure pct00001
여기에서, neff(λ)는 격자의 도파 모드의 유효 굴절율이다. 유효 굴절율 neff(λ)는 도파 모드가 1D GMR 격자내에서 전파되는 재료들의 굴절율들의 가중 평균이다. 1D GMR 격자 내의 평면형 모멘텀의 의사-도파 모드들과 파장 λ의 입사파(예를 들면, 광의 빔) 간의 상호작용은 수학식 2에 의해 정수 모드 m의 측면에서 기술될 수 있다.
Figure pct00002
여기에서, 입사파는 굴절율 n을 가지고 있는 매체로부터의 입사되고 입사각 θ를 가지고 있으며, 여기에서 Λ는 1D GMR 격자의 주기이다. 상호작용은 1D GMR 격자의 도파-모드 공진 응답을 생성한다. 예로 든 1D GMR 격자에 대해, 법선 입사각(즉, θ=0도)에서의 입사 신호는 +/- 2π/Λ의 모멘텀으로 1D GMR 격자의 슬랩 모드로 커플링된다. 그러므로, 공진은 λ= Λ· neff(λ)에서 발생한다.
그러한 것으로서, 예로 든 1D GMR 격자의 도파-모드 공진 응답은 파장 λ 및 입사각 θ 양쪽의 함수이다. 일부 실시예들에서, 도파-모드 공진 응답은 반사 응답인데 반해, 다른 실시예들에서 도파-모드 응답은 1D GMR 격자의 투과 응답이다. 여기에서, 입사각 θ는 입사파의 주 입사 방향과 GMR 격자의 표면에 수직인 면 사이의 각도로서 정의된다.
추가적으로 여기에서, '브래그 거울'로도 알려져 있는 '분포 브래그 반사기'는 상이한 굴절율들을 가지고 있는 복수의 재료들의 층들을 포함하는 반사성 구조, 소자 또는 층으로 정의된다. 재료 층의 상이한 굴절율들은 층들에 걸친 유효 굴절율에서의 변동(예를 들면, 주기적인 변동)을 생성한다. 복수의 조합된 재료층들의 유효 굴절율의 변동은 층들에 걸쳐 또는 그들을 통해 전파되는 전자기파 또는 신호를 반사할 수 있다.
특히, 분포 브래그 반사기 내의 재료층들의 쌍 사이의 경계부에서의 재료 불연속성은 전파되는 전자기 신호의 부분 반사를 생성한다. 복수의 층들에서 재료층들의 연속적인 추가 층-쌍 경계부들에서의 재료 불연속성들은 추가적인 부분 반사들을 생성한다. 전자기 신호의 조합된 반사가 일부 실시예들에서 비교적 강하거나 실질적으로 전반사가 되도록, 다양한 부분 반사들이 건설적으로 추가될 수 있다.
예를 들면, 분포 브래그 반사기는 비교적 더 높은 굴절율과 비교적 더 낮은 굴절율 사이에서 주기적으로 교대되는 굴절율들을 가지고 있는 재료들의 층들을 포함할 수 있다. 층들의 유효 굴절율의 주기적인 변동은 층들에 걸쳐 전파되는 전자기 신호의 반사를 생성한다. 주기적 층들의 두께가 전파 방향으로 전파되는 전자기 신호의 1/4 파장인 경우에, 결과적인 반사는 실질적으로 전반사일 수 있다.
일반적으로, 분포 브래그 반사기의 반사율 R은 경계부들에서의 층-쌍 굴절율들 사이의 상대 차이가 증가함(즉, 굴절율 컨트러스트를 증가시킴)에 따라 그리고 층들의 개수가 증가함에 따라 증가한다. 예를 들면, 2개의 교대하는 층들을 포함하는 분포 브래그 반사기에 대해, 반사율 R은 수학식 3에 의해 주어진다.
Figure pct00003
여기에서, n0는 분포 브래그 반사기 위의 둘러싸는 재료의 굴절율이고, ns는 분포 브래그 반사기 아래의 기판의 굴절율이며, N은 2개의 교대되는 재료 층들의 반복되는 쌍들의 개수이고, n1, n2는 2개의 교대되는 층들의 각각의 굴절율들이다. 분포 브래그 반사기는 강한 반사의 비교적 넓은 대역폭을 제공할 수 있다. 예를 들면, 2개의 교대되는 층들을 가지고 있는 상기 예로 든 분포 브래그 반사기에 대한 포토닉 중지대역 Δν0은 수학식 4에 의해 주어진다.
Figure pct00004
여기에서, ν0은 대역의 중앙 주파수이다. 수학식 4에 의해 예시된 바와 같이, 층들의 개수 및 층들간의 굴절율 컨트러스트 중 하나 또는 양쪽 모두를 증가시키는 것은 또한 포토닉 중지 대역 Δν0의 대역폭을 증가시킨다.
여기에서 단순성을 위해, 그러한 차이가 적절한 이해를 위해 필요하지 않는다면, 기판 또는 슬랩과 기판/슬랩 상의 임의의 층 또는 구조 사이에는 어떠한 구별도 만들어지지 않는다. 유사하게, 적절한 이해를 위해 구별이 필요하지 않는다면, 모든 회절 격자들은 일반적으로 지칭된다. 또한, 여기에 이용된 바와 같이, 관사 '하나(a)'는 특허 분야들에서의 통상적인 의미, 즉 '하나 또는 그 이상'을 가지는 것으로 의도된다. 예를 들면, '하나의 층'은 일반적으로 하나 이상의 층들을 의미하고 그러한 것으로서 '그 층'은 '그 층(들)'을 의미한다. 또한, 여기에서 '최상부', '기저부', '상부', '하부', '위로', '아래로', '좌측으로' 또는 '우측으로'에 대한 참조는 여기에서 제한으로 의도된 것은 아니다. 더구나, 여기에서의 예들은 단지 예시적인 것으로서 제한으로서가 아니라 설명의 목적상 제시된다.
추가적으로, 그리고 정의를 통해, 다른 구조들 '사이에'있는 구조 또는 층에 대한 참조는 그 범주 내에서 명시적으로 '인접된' 및 '내부에' 또는 등가적으로는 '그 내부에 내장된'의 하나 또는 양쪽 모두를 포함하는 것으로 정의된다. 그러므로, 2개의 다른 구조들 '사이에'있는 구조는 여기에 정의된 바와 같이 다른 구조들의 하나 또는 양쪽 모두에 인접한 것 및 부분적으로 또는 완전하게 그 내부에 있는 것 중 하나일 수 있다. 예를 들면, 제2 층과 제3 층 사이에 있는 제1 층은 제2 층 및 제3 층 중의 하나 또는 양쪽 모두로부터 분리된 층이고 제2 및 제3 층들에 인접한다. 그러한 것으로서, 제1 층은 하나의 사이드 상에서 제2 층에 의해 바운딩되고, 반대 사이드 상에서 제3 층에 의해 바운딩될 수 있다(예를 들면, 인접됨). 또 다른 예에서, 제1 층이 실질적으로 제2 및 제3 층들 중 하나 또는 양쪽의 내부에 있다는 점에서, 제1 층이 제2 및 제3 층의 사이에 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 도파-모드 공진 격자(100)의 단면도를 예시하고 있다. 하이브리드 도파-모드 공진(GMR) 격자(100)는 입사 신호의 일부를 GMR 모드에 커플링시킨다. 커플링된 부분은 하이브리드 GMR 격자(100)의 GMR 공진 주파수에 대응하는 주파수를 가지고 있다. '대응하는'이란, 여기에서 주파수가 GMR 공진 주파수의 범위 이내 및 GMR 공진 주파수에 등가인 것 중 하나 또는 양쪽 모두라는 것을 의미한다. '주파수 범위 이내'란, 여기에서 주파수가 GMR 공진 주파수의 커플링 대역 내라는 것을 의미한다. 하이브리드 GMR 격자(100)는 GMR 공진 주파수에서 떨어져 있는 주파수를 가지고 있는 입사 신호의 또 다른 부분을 더 반사한다. '떨어진(away from)'이란, 여기에서 주파수가 GMR 공진 주파수의 주파수 범위의 외부 및 이에 비등가적인 것(즉, 상이한 것) 중 하나 또는 양쪽 모두라는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 커플링된 부분은 투과된 신호로서 지칭된다. 특히, 일부 실시예들에서, 커플링된 부분은 하이브리드 GMR 격자(100)를 통해 이동하거나 실질적으로 통과하여, 그 입사측의 반대인 GMR 격자의 후방측으로부터 투과된 신호로서 나온다(즉, 방출된다). 반사된 부분은 일부 실시예들에서 반사된 신호로서 지칭될 수 있다.
하이브리드 GMR 격자(100)는 도파관 층(110)을 포함한다. 도파관 층(110)은 GMR 공진 주파수에서 도파 모드 공진을 지원한다. 예를 들면, 도파관 층(110)은 유전체 재료의 층을 포함할 수 있다. 예로 든 유전체 재료층은 예를 들면 기판(예시되지 않음) 상에 피착되거나 다르게는 지지되는 층일 수 있다. 그러한 예로 든 구성에서, 도파관 층(110) 및 기판은 상이한 굴절율들을 가지고 있다. 특히, 도파관 층(110)의 굴절율은 기판의 굴절율보다 크다.
일부 실시예들에서, 도파관 층(110)은 비교적 낮은 손실을 가지고 있는 재료를 포함한다. 즉, 재료는 입사 신호의 주파수에서 실질적으로 무손실형이다. 그러한 것으로서, 실질적으로는 신호의 커플링된 부분의 모두가 그 진폭이 거의 변경되지 않고 방출될 수 있다. 예를 들면, 투과된 신호는 하이브리드 GMR 격자(100)를 채용하는 멀티플렉서 필터의 출력일 수 있다. 그러한 예로 든 어플리케이션에서, 도파관 층(110)의 재료는 입사 신호의 커플링된 부분에 최소 손실(예를 들면, < 1 dB)을 도입하도록 선택되어, 예를 들면 투과된 신호의 전력 레벨을 보존한다.
다른 실시예들에서, 도파관 층(110)은 입사 신호의 모든 또는 대부분의 커플링된 부분을 흡수하는 흡수기(예시되지 않음)를 포함한다. 그러한 실시예들에서, 도파관 층(110)에 들어가는 커플링된 부분은 도파관 층(110) 내에서 일반적으로 발산되고(예를 들면, 열로서) 결과적으로 투과된 신호로 나타나지 않는다. 예를 들면, 하이브리드 GMR 격자(100)는 입사 신호로부터 커플링된 부분을 제거하고 단지 반사된 신호만을 남겨두는 흡수성 노치 필터로서 채용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 층(110)의 흡수기의 흡수(즉, 흡수 레벨 또는 양)는 제어가능하다. 그러한 실시예들에서, 하이브리드 GMR 격자(100)는 커플링된 신호의 변조기로서 기능할 수 있고, 여기에서 변조는 하이브리드 GMR 격자(100)의 흡수 및/또는 공진 주파수를 제어함으로써 제어된다.
예를 들면, 도파관 층(110)의 반도체 재료로의 전하 주입은 도파관 층(110)의 유전체 상수를 변경시키도록 채용될 수 있다. 예로 든 유전체 상수의 변경은, 이번에는, 하이브리드 GMR 격자(100)의 공진 주파수의 변경을 유발할 수 있다. 공진 주파수 시프트는 커플링된 신호를 변조시키는데 이용될 수 있다. 유사한 접근법들은 흡수를 제어하는데 채용될 수 있다.
하이브리드 GMR 격자(100)는 회절 격자층 또는 회절 격자(120)를 더 포함한다. 회절 격자(120)는 도파관 층(110)의 표면에 인접된다. '인접되는'이란, 도파관 층(110)에 직접적으로 또는 간접적으로 중 어느 하나로 인접되는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 회절 격자(120)는 도파관 층(110)에 중첩된다. 예를 들면, 회절 격자(120)는 도 1에 예시된 바와 같이 도파관 층(110) 위에 놓여질 수 있고 최상부 표면 층(122)에 형성될 수 있다. 최상부 표면 층(122)은 예를 들면 유전체 재료의 피착되고 포밍된 층을 포함할 수 있다. 특히, 회절 격자(120)는 일부 실시예들에서 실질적으로 평면형인 하이브리드 GMR 격자(100)의 표면 내에 또는 그 위에 형성된 격자 소자들의 어레이를 포함하는 평면형 회절 격자(120)일 수 있다.
하이브리드 GMR 격자(100)는 분포 브래그 회절(DBR) 층 또는 DBR(130)을 더 포함한다. 도 1은 일부 실시예들에 따라 DBR(130)이 도파관 층(110)과 회절 격자(120) 사이에 개재되어 있는 것을 예시하고 있다. 환언하면, 일부 실시예들에서 DBR(130)은 도파관 층(110)과 회절 격자(120)의 사이에서 실질적으로 샌드위칭된다. 그러한 것으로서, 회절 격자(120)와 상호작용하고 이에 의해 산란되는 신호는 도파관 층(110)에 들어가서 이에 의해 유도되기 이전에 DBR(130)을 만난다.
일부 실시예들에서, DBR(130)은 인접하는 층들이 상이한 굴절율들을 가지고 있는 복수의 유전체 재료층들을 포함한다. 실질적으로 임의의 분포 브래그 회절 구조가 DBR(130)로서 채용될 수 있다. 예를 들면, DBR(130)은 실리콘 다이옥사이드(SiO2) 및 티타늄 다이옥사이드(TiO2)의 연속적인 층들을 포함할 수 있고, 각 층은 입사 신호의 중앙 주파수의 파장의 약 1/4의 두께를 가지고 있다. 예를 들면, 복수의 유전체 재료층에는 적게는 약 2개의 연속적인 층들만큼, 많게는 10개 이상의 층들(예를 들면, 8개의 층들)이 있을 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 더 많은 층들은 일반적으로 더 나은 반사 및 더 넓은 반사 대역폭으로 나타난다.
일부 실시예들에서, 하이브리드 GMR 격자(100)는 격자 주기 Λ의 1D 회절 격자(120)를 포함한다. 그러한 실시예들은 여기에서 '1D 하이브리드 GMR 격자'로서 지칭된다. 도 2A는 본 발명의 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자(100)의 단면도를 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 1D 하이브리드 GMR 격자(100)는 최상부 표면 층(122) 상에 또는 그 내부에 형성된 회절 격자(120)를 포함한다. 예를 들면, 최상부 표면층(122)은 DBR(130) 위에 놓여지는 유전체 층을 포함할 수 있다(예를 들면, 도 1에 예시된 바와 같음). 또 다른 예에서, 최상부 표면층(122)은 회절 격자(120)가 DBR(130)의 최상부 층 내부에 실질적으로 형성되도록 DBR(130)의 제1 또는 최상부 층을 포함할 수 있다(예를 들면, 도 2A에 예시된 바와 같음). 회절 격자(120)가 DBR(130)의 층 내부에 형성되어 있지만, DBR(130)은 여기에 제공된 '사이(between)'의 정의에 따라 회절 격자(120)와 도파관 층(110)의 사이에 여전히 존재한다는 점에 유의하라.
회절 격자(120)는 예를 들면 격자 주기 Λ를 가지는 리지들 및 그루브들의 하나 또는 양쪽 모두일 수 있는 주기적으로 이격된 격자 소자들(124)로서 최상부 표면층(122) 내에 형성될 수 있다. 격자 소자들(124)은 예를 들면 몰딩 또는 에칭에 의해 기계적으로 형성될 수 있다. 다르게는, 격자 소자들(124)은 최상부 표면층(122) 상에 또 다른 재료(예를 들면, 유전체 또는 금속)를 피착하고 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
도 2B는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자(100)의 단면도를 예시하고 있다. 예시된 바와 같이, 1D 하이브리드 GMR 격자(100)는 상기 설명된 바와 같이, 도파관 층(110), 회절 격자(120)를 제공하는 최상부 표면층(122), 및 최상부 표면층(122)과 도파관 층(110) 사이에 위치된 DBR(130)을 포함한다. 도 2B의 실시예에 따르면, 회절 격자(120)는 최상부 표면층(122) 내에서 제1 유전체 재료 및 제2 유전체 재료의 주기적으로 교대되는 스트립들(124)로서 형성되는 격자 소자들을 포함한다. 그러한 실시예들에서, 최상부 표면층(122)은 일반적으로는 DBR(130)에 중첩되는 유전체 슬랩이다.
스트립들(124)은 격자 주기 Λ로 주기적으로 이격되어 있고 실질적으로 서로 평행하다. 일부 실시예들에서, 격자 주기 Λ의 방향으로(즉, 스트립들의 교대 방향으로) 측정된 폭은 하나의 스트립(124)으로부터 다음까지 실질적으로 동일하다. 제1 유전체 재료의 굴절율 n1은 제2 유전체 재료의 굴절율 n2와 상이하고, 이는 결과적으로 격자 주기 Λ의 방향을 따른 주기적으로 교대되는 굴절율로 나타난다. 주기적으로 교대되는 굴절율들은 최상부 표면층(122)의 유전체 슬랩 내에서 회절 격자(120)를 생성한다.
일부 실시예들에서, 도파관 층(110), 회절 격자(120) 및 DBR(130)은 상이하고 분리된 층들로서 형성된다(예를 들면, 도 1 및 2B 참조). 다른 실시예들에서, 도파관 층(110), 회절 격자(120), 및 DBR(130) 중 하나 이상은 복수의 기능들을 가지는 단일 소자로서 함께 실현되거나 형성된다. 예를 들면, 회절 격자(120)는 도 2A를 참조하여 상기 설명된 바와 같이, DBR(130)의 최상부 표면층(122) 내부로 또는 그 내부에 형성될 수 있다.
도 2C는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자(100)의 단면도를 예시하고 있다. 특히, 예시된 바와 같이, 1D 하이브리드 GMR 격자(100)는 도파관 층(110) 내에 형성된 DBR(130)을 포함한다. 또한, 회절 격자(120)는 또한 DBR(130)의 최상부 표면인 도파관 층(110)의 표면에 형성된다. 그러한 것으로서, 회절 격자(120) 및 DBR(130)은 실질적으로 도파관 층(110)에 통합되고 그 내부에 있다. 더구나, DBR(130)은 여기에 제공된 '사이(between)'의 정의에 따라, 도 2C에 예시된 1D 하이브리드 GMR 격자(100)에서 도파관 층(110)과 회절 격자(120)의 사이에 있다.
도 2D는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자(100)의 단면도를 예시하고 있다. 도 2D에 예시되어 있는 바와 같이, DBR(130)은 도파관 층(110) 내에 형성되지만, 회절 격자(120)는 도파관 층(110) 상의 최상부 표면(122) 이다. 부수적으로, 회절 격자(120)는 또한 DBR(130) 상에 있다. 이들 실시예들의 일부(예시되지 않음)에서, DBR(130) 및 도파관 층(110)은 실질적으로 동일한 공간에 걸쳐 있을 수 있다(즉, DBR(130)은 실질적으로 또한 도파관 층(110)이다). 그러한 것으로서, DBR(130) 및 도파관 층(110)이 동일한 공간에 걸쳐 있을 수 있지만, DBR(130)은 여기에 정의된 바와 같이, 회절 격자(120)와 도파관 층(110)의 '사이에'있는 것으로 여전히 간주된다. 더구나, 도 2D에서 교대되는 유전체 스트립들(예를 들면, 도 2B와 유사함)로서 예시되어 있지만, 최상부 표면층(122)의 회절 격자(120)는 다르게는 실질적으로 임의의 회절 격자(예를 들면, 그루브들, 리지들, 홀들, 스트립들, 등)일 수 있다.
도 2E는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 1D 하이브리드 GMR 격자(100)의 단면도를 예시하고 있다. 도 2E에 예시된 바와 같이, DBR(130)은 도파관 층(110)의 후방측에 인접하고 있는데 반해, 회절 격자(120)는 도파관 층(110)의 반대 또는 전방 측에 인접하고 있다. 그러므로, 도파관 층(110)은 회절 격자(120)와 DBR(130)의 사이에 샌드위칭된다. 모두가 실질적으로 동일한 공간에 걸치는 도파관 층, DBR 및 회절 격자를 포함하며 이들로 제한되지 않는 다른 구성들(예시되지 않음)도 가능하고, 본 발명의 범주 내에 있다.
다른 실시예들에서, 하이브리드 GMR 격자(100)는 2D 회절 격자를 포함하고, 여기에서 '2D 하이브리드 GMR 격자'(100)로 지칭된다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2D 하이브리드 GMR 격자(100)의 투시도를 예시하고 있다. 2D 하이브리드 GMR 격자(100)는 상기 설명된 바와 같이, 도파관 층(110), DBR(130) 및 최상부 표면층(122)을 포함한다. 도 3에서 예로서 예시된 바와 같이, 회절 격자(120)는 최상부 표면층(122)에 형성된 2D 주기적 어레이의 홀들(124)을 포함한다. 2D 주기적 어레이의 홀들(124)은 최상부 표면층(122)에서 주기적으로 반복되는 굴절율 불연속성을 도입시키는 2차원 주기 Λ를 가지고 있다. 주기적으로 반복되는 굴절율 불연속성은 회절 격자(120)를 생성한다.
예를 들면, 하이브리드 GMR 격자(100)는 실리콘 온 절연체(SOI) 웨이퍼를 포함하고, 회절 격자(120)는 실리콘(Si)의 표면 층을 포함하는 최상부 표면층(122)에 에칭된 홀들의 정사각형 래티스(square lattice)를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 홀들은 약 400나노미터(nm)의 직경을 가질 수 있고 약 25nm의 깊이로 에칭될 수 있다. 정사각형 래티스에서 홀들 간의 간격, 또는 홀들의 주기 Λ는 약 1.05마이크론(㎛)일 수 있다(즉, 여기에서 Λ=Λ1=Λ2). 이러한 예에서, Si의 최상부 표면층(122)은 약 50nm의 두께를 가질 수 있다.
도 3에서 홀들로서 예시되어 있지만, 2D 회절 격자(120)는 최상부 표면층(122)에서 2D 주기적으로 반복되는 불연속성을 도입하기 위한 실질적으로 임의의 수단에 의해 생성될 수 있다. 예를 들면, 상기 설명된 홀들은 최상부 표면층(122)의 유전체 슬랩의 것과는(예를 들면, Si) 상이한 굴절율의 유전체 재료(예를 들면, SiO2)로 채워질 수 있다. 또 다른 예에서, 2D 회절 격자(120)는 최상부 표면층(122)의 전체 두께를 통해 또는 심지어 하이브리드 GMR 격자(100)의 전체 두께를 통해 완전하게 연장되는 홀들 또는 채워진 홀들(예를 들면, 유전체 플러그들)에 의해 제공된다. 또 다른 하나의 예에서, 돌출되는 표면 특징들(예를 들면, 범프들)의 어레이가 2D 회절 격자(120)로서 채용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2D 회절 격자(120)의 격자 주기 Λ1는 주기적 어레이의 제2 방향(예를 들면 y-축)으로의 격자 주기 Λ2와는 주기적 어레이의 제1 방향(예를 들면, x-축)에서 상이할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터(200)의 블록도를 예시하고 있다. 광학 필터(200)는 입력 신호(202)를 수신하여 필터링한다. 도 4의 광학 필터(200)는 예로서 캐스케이딩된 광학 필터(200)로서 예시되어 있다. 특히, 광학 필터(200)는 캐스캐이드로 배열된 복수의 필터 스테이지들(204)을 포함한다. 캐스케이딩된 광학 필터(200)의 각 필터 스테이지(204)는, 제1 스테이지(204)를 제외하고, 이전 필터 스테이지(204)의 출력 신호(202a, 예를 들면 반사된 신호)를 수신하여 필터링한다. 제1 스테이지(204)는 입력 신호(202)를 직접 수신한다.
도 4에 예시되어 있는 바와 같이, 광학 필터(200)는 각 스테이지(204)와 연관된 커플러(210)를 포함한다. 커플러(210)는 광학 신호를 수신한다. 예를 들면, 도 4에 예시되어 있는 바와 같이, 수신된 광학 신호는 입력 신호(202) 또는 이전 필터 스테이지(204)의 출력 신호(202a) 중 어느 하나이다. 커플러(210)는 도 4에 예시되어 있는 바와 같이, 예를 들면 프리즘일 수 있다.
광학 필터(200)는 각 스테이지(204)에 대한 하이브리드 도파-모드 공진(GMR) 격자(220)를 더 포함한다. 하이브리드 GMR 격자(220)는 제1 GMR 공진 주파수를 가지는 GMR 격자(222)를 포함한다. 하이브리드 GMR 격자(220)는 분포 브래그 반사기(DBR)(또는 등가적으로는 DBR 층, 224)를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, DBR(224)은 회절 격자와, GMR 격자(222)의 도파관 층 사이에 샌드위칭된다. 다른 실시예들에서, 도파관 층은 회절 격자와 DBR(224)의 사이에 있다. 일부 실시예들에서, 하이브리드 GMR 격자(220)는 상기 설명된 하이브리드 GMR 격자(100)의 실시예들의 임의의 하나와 실질적으로 유사하다.
커플러(210)는 수신된 광학 신호(202, 202a)를 하이브리드 GMR 격자(220)에게 커플링시킨다. 커플러(210)는 하이브리드 GMR 격자(220)로부터 반사된 신호(예를 들면, 출력 신호(202a))를 추가 수신하여 커플링 아웃시킨다. 필터 스테이지(204)는 커플러(210) 및 하이브리드 GMR 격자(220)의 조합을 포함한다. 도 4에서 멀티스테이지 캐스케이딩된 광학 필터(200)로서 예시되어 있지만, 일반적으로 광학 필터(200)는 특정 광학 필터 어플리케이션에 의해 좌우되는 만큼 적게 또는 다수의 필터 스테이지들(204)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 광학 필터(200)는 단일 필터 스테이지(204)를 포함할 수 있다. 또 다른 예(도 4에 예시된 바와 같음)에서, 광학 필터(200)는 2개 이상의 필터 스테이지들(204)을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 적어도 하나의 필터 스테이지(204)는 다양한 실시예들에 따라 여기에 기재된 바와 같이 상이한 GMR 공진 주파수를 가지는 하이브리드 GMR 격자(220)를 포함한다. 그러한 것으로서, 캐스케이딩된 광학 필터(200)는 주파수 멀티플렉서로서 기능할 수 있다. 예를 들면, 각 특정 필터 스테이지(204)는 입력 신호(202)로부터, 그 필터 스테이지(204)의 GMR 공진 주파수에 대응하는 특정 주파수 성분 또는 주파수들의 대역을 선택적으로 커플링하고 실질적으로 제거할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학 필터링의 방법(300)의 플로우 차트를 예시하고 있다. 광학 필터링의 방법(300)은 하이브리드 GMR 격자에서 도파 모드 공진(GMR)을 여기하는 단계(310)를 포함한다. 일부 실시예들에서, GMR을 여기하는 단계(310)는 하이브리드 GMR 격자의 회절 격자를 이용하여 입력 신호의 제1 신호 부분을 도파관 층에 커플링하는 단계를 포함한다. 제1 신호 부분은 하이브리드 GMR 격자의 GMR 공진 주파수의 커플링 대역폭 내에 있는 주파수를 가지고 있다. 커플링 대역폭은 신호가 하이브리드 GMR 격자로 커플링되는 GMR 공진 주파수 주위의 주파수들의 대역으로서 정의된다.
광학 필터링의 방법(300)은 입력 신호의 제2 신호 부분을 반사하는 단계(320)를 더 포함한다. 특히, 제2 신호 부분은 커플링 대역폭 외부에 있는 주파수 성분들을 포함한다. 그러한 것으로서, 제2 신호 부분은 실질적으로는 GMR 공진 주파수와 상이하거나 그로부터 떨어져 있는 주파수를 갖고 있다. 제2 신호 부분을 반사하는 단계(320)는 하이브리드 GMR 격자의 분포 브래그 반사기(DBR)의 분포 브래그 반사를 이용한다. 일부 실시예들에 따르면, DBR은 회절 격자와, 하이브리드 GMR 격자의 도파관 층 사이에 있다. 다른 실시예들에서, 도파관 층은 회절 격자와 DBR 사이에 있다. 어느 방식으로든, DBR은 제2 신호 부분을 반사한다(단계 320). 반사된 제2 신호 부분(단계 320)은 반사된 신호로서 지칭된다. 일부 실시예들에서, 방법(300)은 상기 설명된 하이브리드 GMR 격자(100)의 실시예들 중 임의의 하나를 채용한다.
광학 필터링의 방법(300)의 일부 실시예들에서, 도파관 층에 커플링되는 제1 신호 부분은 실질적으로 완전하게 도파관 층 내에 흡수된다. 완전한 흡수는 예를 들면 도파관 층의 정적 속성에 의해 제공될 수 있다. 또 다른 예에서, 완전한 흡수는, 제어가능한 완전 흡수가 활성화되는 경우에 제1 신호 부분만이 완전히 흡수되도록 제어가능할 수 있다(예를 들면, 변조되거나 스위칭 온 및 오프된다). 다른 실시예들에서, 도파관 층에 커플링되는 제1 신호 부분은 투과된 신호로서 도파관 층을 통해 그리고 그로부터 외부로 실질적으로 투과된다.
광학 필터링의 방법(300)의 일부 실시예들에서, 방법(300)은 도 5에서 예로서 더 예시된 바와 같이, 반사된 신호를 또 다른 하이브리드 GMR 격자에 커플링하는 단계(330)를 더 포함한다. 이들 실시예들의 일부에서, 다른 하이브리드 GMR 격자는 또 다른 GMR 공진 주파수를 가지고 있다. 예를 들면, 다른 하이브리드 GMR 격자의 다른 GMR 주파수는 더 높거나 더 낮을 수 있다. 반사된 신호를 커플링하는 단계(330)는 다른 하이브리드 GMR 격자의 회절 격자를 이용하여 다른 GMR 공진 주파수에서 반사된 신호의 일부를 다른 하이브리드 GMR 격자의 도파관 층으로 커플링하는 단계를 포함한다.
광학 필터링의 방법(300)의 일부 실시예들에서, 방법(300)은 도 5에서 예로서 추가적으로 예시되어 있는 바와 같이, 다른 GMR 공진 주파수와는 상이한 주파수에서 반사된 신호의 또 다른 부분을 반사하는 단계(340)를 더 포함한다. 또 다른 부분을 반사하는 단계(340)는 회절 격자와 도파관 층의 사이에, 또는 다른 하이브리드 GMR 격자의 회절 격자로부터 도파관 층의 반대 측 상에 있는 또 다른 DBR의 분포 브래그 반사를 이용한다. 반사된 신호의 다른 부분은 또 다른 반사된 신호이다. 결과는 방법(300)의 일부 실시예들에 따른 입력 신호의 캐스케이딩된 광학 필터링이다.
그러므로, 하이브리드 GMR 격자, 광학 필터, 및 분포 브래그 반사를 채용하는 광학 필터링의 방법의 실시예들이 설명되었다. 상기 기재된 실시예들은 본 발명의 원리들을 나타내는 다수의 특정 실시예들의 일부를 단지 예시하고 있을 뿐이라는 것은 자명하다. 명백하게는, 본 기술분야의 숙련자들이라면, 이하의 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고서도 다수의 다른 배열들을 용이하게 고안할 수 있다.

Claims (15)

  1. 하이브리드 도파-모드 공진(guided-mode resonance; GMR) 격자로서,
    GMR 공진 주파수를 가지고 있는 도파-모드 공진(GMR)을 지원하는 도파관 층;
    상기 하이브리드 GMR 격자에 입사되는 신호의 일부를 상기 도파관 층 내로 커플링하는 회절 격자 - 상기 커플링된 부분은 상기 GMR 공진 주파수에 대응하는 주파수를 가지고 있음 -; 및
    상기 입사 신호의 또 다른 부분을 반사하는 분포 브래그 반사기(DBR) - 다른 부분은 상기 GMR 공진 주파수로부터 떨어져 있는 주파수를 가짐 -
    를 포함하는 하이브리드 GMR 격자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도파관 층이 상기 회절 격자와 상기 DBR의 사이에 있는 것과, 상기 DBR이 상기 도파관 층과 상기 회절 격자 사이에 있는 것 중 하나인 하이브리드 GMR 격자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 DBR이 상기 도파관 층 내에 있는 것과, 상기 회절 격자가 상기 도파관 층 내에 있는 것과, 상기 회절 격자가 상기 DBR의 표면 내에 있는 것과, 상기 회절 격자가 상기 도파관 층 또는 상기 DBR 중 어느 하나의 표면 상에 있는 것 중 하나 이상인 하이브리드 GMR 격자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도파관 층은 상기 도파관 층 내로 커플링된 신호를 상기 회절 격자에 의해 흡수하는 흡수기를 포함하는 하이브리드 GMR 격자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 흡수기에 의한 흡수는, 상기 하이브리드 GMR 격자가 상기 커플링된 신호의 변조기가 되도록, 상기 커플링된 신호를 변조하도록 제어가능한 하이브리드 GMR 격자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 회절 격자는 1-차원 회절 격자를 포함하는 하이브리드 GMR 격자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 1-차원 회절 격자는 상기 DBR 위에 놓여지는 유전체 층에 형성된 유전체 특징들의 주기적 어레이를 포함하는 하이브리드 GMR 격자.
  8. 제6항에 있어서, 상기 1-차원 회절 격자는 상기 하이브리드 GMR 격자의 표면 내에 그리고 그 표면 상 중 하나 또는 양쪽 모두에 형성된 표면 특징들의 표면 프로파일을 포함하는 하이브리드 GMR 격자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 회절 격자는 표면 층 내에 형성된 유전체 특징들의 어레이, 및 상기 하이브리드 GMR 격자의 표면 내에 그리고 그 표면 상 중 하나 또는 양쪽 모두에 형성된 표면 특징들의 어레이 중 하나 또는 양쪽 모두를 포함하는 2-차원 회절 격자를 포함하는 하이브리드 GMR 격자.
  10. 제1항에 있어서,
    순차적 캐스케이드로 배열된 복수의 하이브리드 GMR 격자들을 포함하는 캐스케이딩된 광학 필터에 이용되고,
    상기 순차적 캐스케이드의 각 하이브리드 GMR 격자는 상이한 GMR 공진 주파수를 가지는 하이브리드 GMR 격자.
  11. 광학 필터로서,
    광학 신호를 수신하는 커플러; 및
    제1 GMR 공진 주파수를 가지는 GMR 격자, 및 분포 브래그 반사기(DBR)- 상기 DBR이 회절 격자와 상기 GMR 격자의 도파관 층 사이에 있는 것과, 상기 도파관 층이 상기 회절 격자와 상기 DBR 사이에 있는 것 중 하나임 -를 포함하는 하이브리드 도파-모드 공진(GMR) 격자
    를 포함하고,
    상기 커플러는 상기 수신된 광학 신호를 상기 하이브리드 GMR 격자 내로 커플링시키며, 상기 하이브리드 GMR 격자로부터 반사된 신호를 추가 수신하여 커플링 아웃시키는 광학 필터.
  12. 제11항에 있어서, 제2 GMR 공진 주파수를 가지는 또 다른 하이브리드 GMR 격자를 더 포함하고, 다른 하이브리드 GMR 격자는 상기 커플러로부터 반사된 신호를 수신하는 광학 필터.
  13. 광학 필터링의 방법으로서,
    GMR 격자의 회절 격자를 이용하여, 입력 신호의 제1 신호 부분을 상기 GMR 격자의 도파관 층 내로 커플링함으로써 상기 GMR 격자의 도파-모드 공진(GMR)을 여기하는 단계 - 상기 제1 신호 부분은 상기 GMR 격자의 GMR 공진 주파수의 커플링 대역폭 내의 주파수를 가지고 있음 -; 및
    분포 브래그 반사기(DBR)의 분포 브래그 반사를 이용하여, 상기 GMR 공진 주파수의 커플링 대역폭 외부에 있는 주파수에서 상기 입력 신호의 제2 신호 부분을 반사하는 단계 - 상기 제2 신호 부분은 반사된 신호임 -
    를 포함하고,
    상기 DBR이 상기 회절 격자와 상기 도파관 층 사이에 있거나 상기 도파관 층이 상기 회절 격자와 상기 DBR 사이에 있는 것 중 하나인 광학 필터링 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 도파관 층 내로 커플링되는 상기 제1 신호 부분은 상기 도파관 층 내에 흡수되거나 상기 도파관 층에 의해 투과된 신호로서 투과되는 것 중 하나인 광학 필터링 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    다른 GMR 격자의 회절 격자를 이용하여 상기 반사된 신호의 일부를 다른 GMR 격자의 도파관 층 내로 커플링시킴으로써 또 다른 GMR 공진 주파수를 가지는 또 다른 GMR 격자 내로 상기 반사된 신호를 커플링시키는 단계 - 상기 반사된 신호의 상기 커플링된 부분은 다른 GMR 격자의 다른 GMR 공진 주파수의 커플링 대역폭 내에 있음 -; 및
    다른 GMR 격자의 또 다른 DBR의 분포 브래그 반사를 이용하여 다른 GMR 공진 주파수의 커플링 대역폭의 외부의 주파수에서 상기 반사된 신호의 또 다른 부분을 반사하는 단계 - 상기 반사된 신호의 다른 부분은 또 다른 반사된 신호임 -
    를 포함하는 입력 신호의 캐스케이드 광학 필터링을 더 포함하는 광학 필터링 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170041090A (ko) * 2015-10-06 2017-04-14 삼성전자주식회사 광학필터 및 이를 포함하는 전자장치
KR20170128769A (ko) * 2015-03-16 2017-11-23 레이아 인코포레이티드 각도 선택 반사층을 채용한 단일 방향 격자-기반 백라이팅

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101047792B1 (ko) * 2010-04-23 2011-07-07 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
WO2011145794A1 (ko) * 2010-05-18 2011-11-24 서울반도체 주식회사 파장변환층을 갖는 발광 다이오드 칩과 그 제조 방법, 및 그것을 포함하는 패키지 및 그 제조 방법
CN102156333A (zh) * 2010-09-21 2011-08-17 华为技术有限公司 光收发一体装置
JP2012163395A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 Ricoh Co Ltd 分光装置
CN102141651A (zh) * 2011-04-07 2011-08-03 北京大学 基于表面等离子体集成的光复用/解复用器及其制备方法
TW201305549A (zh) * 2011-07-19 2013-02-01 Univ Nat Central 具金屬緩衝層之波導共振生物感測器
JP2013113604A (ja) * 2011-11-25 2013-06-10 Ricoh Co Ltd 分光装置
US9417394B2 (en) * 2012-08-08 2016-08-16 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Spectrally dense comb-like filters fashioned with thick-guided-mode resonant gratings
US9159677B2 (en) 2012-08-21 2015-10-13 Micron Technology, Inc. Methods of forming semiconductor device structures
US9042847B2 (en) 2012-11-08 2015-05-26 Hauwei Technologies Co., Ltd. Filter, receiver, transmitter and transceiver
JP6319985B2 (ja) 2013-10-11 2018-05-09 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ 光モジュール及び光モジュール製造方法。
CN106772798B (zh) * 2017-01-19 2023-03-10 桂林电子科技大学 一种基于波导布拉格光栅的反射型窄带滤波器
JP6987529B2 (ja) 2017-05-15 2022-01-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、撮像素子の製造方法、電子機器、及び、撮像モジュール
CN107275422B (zh) * 2017-06-22 2019-11-26 江南大学 一种增强二维过渡金属硫化物光吸收的结构
US20210181391A1 (en) * 2017-11-06 2021-06-17 Aalto University Foundation Sr A Field-Enhancing Device
EP3546903A3 (en) 2018-03-09 2020-01-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Light filter and spectrometer including the same
WO2020003118A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-02 3M Innovative Properties Company Optical waveguide with spatially modulated index region
CN114200566B (zh) * 2021-12-14 2024-03-15 安徽中科光栅科技有限公司 一种串联结构的近红外带通滤波器及设计方法
CN117075256B (zh) * 2023-10-16 2024-02-13 潍坊先进光电芯片研究院 一种交错光栅的混合等离激元波导布拉格光栅偏振器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5216680A (en) 1991-07-11 1993-06-01 Board Of Regents, The University Of Texas System Optical guided-mode resonance filter
JP3287443B2 (ja) * 1995-01-04 2002-06-04 キヤノン株式会社 偏波変調可能な半導体レーザおよびこれを用いた光通信方式
US6031243A (en) * 1996-10-16 2000-02-29 Geoff W. Taylor Grating coupled vertical cavity optoelectronic devices
US6055262A (en) * 1997-06-11 2000-04-25 Honeywell Inc. Resonant reflector for improved optoelectronic device performance and enhanced applicability
US6154480A (en) * 1997-10-02 2000-11-28 Board Of Regents, The University Of Texas System Vertical-cavity laser and laser array incorporating guided-mode resonance effects and method for making the same
JP3230576B2 (ja) * 1999-01-27 2001-11-19 日本電気株式会社 半導体発光素子
US7167615B1 (en) 1999-11-05 2007-01-23 Board Of Regents, The University Of Texas System Resonant waveguide-grating filters and sensors and methods for making and using same
US6985656B2 (en) * 2000-03-16 2006-01-10 Lightsmyth Technologies Inc Temperature-compensated planar waveguide optical apparatus
US6920272B2 (en) 2002-10-09 2005-07-19 Nanoopto Corporation Monolithic tunable lasers and reflectors
JP4426353B2 (ja) * 2004-03-24 2010-03-03 株式会社リコー 光制御素子
US8576472B2 (en) * 2009-09-21 2013-11-05 Nikolay Ledentsov Optoelectronic device with controlled temperature dependence of the emission wavelength and method of making same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170128769A (ko) * 2015-03-16 2017-11-23 레이아 인코포레이티드 각도 선택 반사층을 채용한 단일 방향 격자-기반 백라이팅
KR20170041090A (ko) * 2015-10-06 2017-04-14 삼성전자주식회사 광학필터 및 이를 포함하는 전자장치

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