KR100785786B1 - 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자 - Google Patents

온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR100785786B1
KR100785786B1 KR1020060076364A KR20060076364A KR100785786B1 KR 100785786 B1 KR100785786 B1 KR 100785786B1 KR 1020060076364 A KR1020060076364 A KR 1020060076364A KR 20060076364 A KR20060076364 A KR 20060076364A KR 100785786 B1 KR100785786 B1 KR 100785786B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
waveguide
refractive index
optical waveguide
silicon core
Prior art date
Application number
KR1020060076364A
Other languages
English (en)
Inventor
이종무
김덕준
표정형
김경옥
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020060076364A priority Critical patent/KR100785786B1/ko
Priority to US11/828,418 priority patent/US7760974B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100785786B1 publication Critical patent/KR100785786B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12026—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by means for reducing the temperature dependence
    • G02B6/12028—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by means for reducing the temperature dependence based on a combination of materials having a different refractive index temperature dependence, i.e. the materials are used for transmitting light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the arrayed waveguides, e.g. comprising a filled groove in the array section
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 하부 클래드층, 실리콘 코어 및 상부 클래드층으로 이루어지는 광도파로가 복수개 배열된 실리콘 어레이 광도파로를 구비한다. 상기 실리콘 코어는 온도에 따른 굴절률 변화가 양의 값을 갖고 상기 상부 클래드층은 온도에 따른 굴절률 변화가 상기 실리콘 코어와 반대인 음의 값을 갖는 폴리머로 이루어지고, 상기 실리콘 코어의 단면적을 상기 광도파로의 각 영역별로 다르게 구성하여 상기 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 조절한다.

Description

온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자{silicon arrayed waveguide grating device for reducing effective refractive index variation of optical waveguide according to temperature}
도 1은 본 발명에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 평면도 및 일부 확대도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자에 채용된 광도파로의 모드 분포를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자에 채용된 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12: 하부 클래드층, 14: 실리콘 코어, 16: 상부 클래드층, 18: 광도파로, 20: 입력 도파로, 22: 제1 커플러, 24: 실리콘 어레이 광도파로, 26: 제2 커플러, 28: 출력 도파로,
본 발명은 광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(Arrayed Waveguide Grating: AWG )소자에 관한 것이다.
일반적으로, 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 실리카 소재를 기반으로 하는 실리카 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자가 많이 제안되었다. 그러나, 반도체 칩(반도체 소자)이 실리콘 소재를 기반으로 하기 때문에 실리콘 소재를 기반으로 한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 개발 필요성이 제기되고 있다.
상기 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 중앙처리장치(CPU, central processing unit)와 같은 실리콘 소재 반도체 소자의 고속 버스 스피드 구현을 위한 광 배선에 필요하다. 다시 말해, 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 실리콘 기반으로 하는 반도체 칩간의 광 배선을 위해 필요하다.
그런데, 실리콘 소재는 온도에 따른 굴절률 변화가 0.00018/℃에 이르러 0.00001/℃ 수준인 실리카 소재의 18배에 이른다. 다시 말해, 실리콘 소재로 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자를 만들게 되면 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화가 실리카 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자에 비하여 심하게 된다. 이렇게 광도파로의 유효 굴절률 변화가 심하게 되면 온도에 따른 중심 파장 변화가 0.18 nm/℃ 수준으로 민감해져 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 사용이 어렵게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자를 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 예에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 하부 클래드층, 실리콘 코어 및 상부 클래드층으로 이루어지는 광도파로가 복수개 배열된 실리콘 어레이 광도파로를 구비한다. 상기 실리콘 코어는 온도에 따른 굴절률 변화가 양의 값을 갖고 상기 상부 클래드층은 온도에 따른 굴절률 변화가 상기 실리콘 코어와 반대인 음의 값을 갖는 폴리머로 이루어지고, 상기 실리콘 코어의 단면적을 상기 광도파로의 각 영역별로 다르게 구성하여 상기 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 조절한다.
또한, 본 발명의 다른 예에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 하부 클래드층, 실리콘 코어 및 상부 클래드층으로 이루어지는 광도파로가 복수개 배열된 실리콘 어레이 광도파로를 구비한다. 상기 실리콘 코어는 온도에 따른 굴절률 변화가 양의 값을 갖고 상기 상부 클래드층은 온도에 따른 굴절률 변화가 상기 실리콘 코어와 반대인 음의 값을 갖는 폴리머로 이루어지고, 상기 실리콘 코어는 단면적이 제1 값인 제1 부분과 단면적이 제1 값보다 작은 제2 값을 갖는 제2 부분으로 이루어진다.
상기 제1 부분의 광도파로를 진행하는 광모드는 상기 실리콘 코어에 한정되고, 상기 제2 부분의 광도파로를 진행하는 광모드는 상기 상부 클래드층 및 하부 클래드층으로 확장되어 상기 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 상기 상부 클래드층에 의하여 조절한다.
또한, 본 발명의 또 다른 예에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 하부 클래드층, 실리콘 코어 및 상부 클래드층으로 이루어지는 광도파로가 복수개 배열된 실리콘 어레이 광도파로를 구비한다. 상기 실리콘 코어는 온도에 따른 굴절률 변화가 양의 값을 갖고 상기 상부 클래드층은 온도에 따른 굴절률 변화가 상기 실리콘 코어와 반대인 음의 값을 갖는 폴리머로 이루어지고, 상기 광도파로는 광이 직선으로 전파하는 직선부와 상기 직선부와 연결되고 광이 곡선으로 전파하는 곡선부로 이루어진다.
상기 광도파로의 직선부의 실리콘 코어의 단면적을 상기 곡선부의 실리콘 코어의 면적보다 작게 구성하여 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 상기 실리콘 코어에 의한 영향보다 상기 상부 클래드층에 의한 영향을 크게 하여 상기 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 상기 광도파로의 온도 의존성을 억제한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어진 것이다.
본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄이기 위하여 상부 클래드층으로 폴리머를 이용한다. 상기 폴리머는 온도에 따른 굴절률 변화가 음의 값인 -0.0001 내지 -0.0002/℃ 수준으로 실리콘 코어를 구성하는 실리콘의 온도에 따른 굴절률 변화, 즉 0.00018/℃과 반대이이서 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 온도 의존성을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
그런데, 실리콘 코어를 구성하는 실리콘 굴절률은 3.5로 아주 높아서 실리콘 코어 및 폴리머로 이루어진 상부 클래드층으로 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자를 구성할 경우, 광 모드의 대부분이 실리콘 코어 내에 분포하고 상부 클래드층 부분에는 아주 적게 분포하게 된다. 따라서, 단순히 상부 클래드층을 폴리머로 구성하더라도 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 도파되는 광이 실리콘 코어 내에 위치하고, 폴리머인 상부 클래층에 의하여 영향을 받지 않기 때문에 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 크게 줄이지 못하게 된다.
이를 해결하기 위하여, 본 발명은 폴리머인 상부 클래드층에 의하여 도파되는 광이 영향을 받아 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 조절하거나 줄일 수 있는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자를 제안한다. 본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 폴리머로 상부 클래드층을 구성함과 아울러, 실리콘 코어의 단면적을 광도파로의 각 영역별로 다르게 구성하여 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 조절하거나 줄인다.
예컨대, 본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 광도파로를 광이 직선으로 전파하는 직선부와 광이 곡선으로 전파하는 곡선부로 구성하되, 광도파로의 직선부의 실리콘 코어의 단면적을 상기 곡선부의 실리콘 코어의 면적보다 작게 구성한다. 이에 따라, 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 상기 실리콘 코어에 의한 영향보다 상기 상부 클래드층에 의한 영향을 크게 하여 상기 광도파로의 온도 의존성을 억제한다.
이에 따라, 본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 조절하거나 줄임으로써, 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 온도 의존성을 줄일 수 있다. 이러한 개념을 갖는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 다양하게 구성될 수 있으나, 이하에 예시하는 것은 하나의 실시예에 불과한 것이다. 그리고, 이러한 개념은 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자뿐만 아니라 실리콘을 이용한 링 공진기형 파장 분할 다중화(WDM: wavelength division multplexing) 소자, 및 격자형 파잘 분할 다중화(WDM) 소자 등에도 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 평면도 및 일부 확대도이다.
구체적으로, 본 발명에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 광섬유(미도시)를 통해 광이 입력되는 입력 도파로(20)와, 상기 입력 도파로(20)의 일단부에 연결된 제1 커플러(22)를 포함한다. 상기 제1 커플러(22)의 일단부에는 실리콘 어레이 광도파로(24)가 연결된다. 상기 실리콘 어레이 광도파로(24)는 복수개의 광도파로(18)를 포함한다. 상기 광도파로(18)는 광이 직선으로 전파하는 직선부(LR)와 광이 곡선으로 전파하는 곡선부(CR)로 이루어진다. 상기 곡선부(CR)는 소자를 작게 구현하기 위하여 곡률 반경이 최소화되도록 구성한다.
상기 실리콘 어레이 광도파로(24)의 단면 구조에 대하여는 도 2 내지 도 4에서, 자세히 설명한다. 상기 실리콘 어레이 광도파로(24)의 일단부에는 제2 커플러(26)가 연결된다. 상기 제2 커플러(26)의 일단부에는 광이 출력되는 출력 도파로(28)가 연결되어 있다. 도 1은 실리콘 어레이 광도파로(24)를 통한 광의 전파를 양호하게 표현하기 위하여 도시한 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 단면도이다.
구체적으로, 도 2는 도 1의 II-II에 의한 단면으로, 실리콘 어레이 광도파로(24)의 곡선부(CR)의 단면을 도시한 것이다. 도 3은 도 1의 도 1의 III-III에 의한 단면으로, 실리콘 어레이 광도파로(24)의 직선부(LR)의 단면을 도시한 것이다. 실리콘 어레이 광도파로(24)를 구성하는 개개의 광도파로(18)는 기판(미도시) 상에 하부 클래드층(12), 실리콘 코어(14) 및 상부 클래드층(16)으로 구성한다. 도 2 및 도 3에서, 상기 상부 클래드층(16) 상부는 공기층이다.
상기 하부 클래드층(12)은 실리카(SiO2)로 구성하고, 상기 상부 클래드층(16)은 폴리머, 예컨대 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르(polyether)로 구성한다. 상기 상부 클래드층(16)을 폴리머로 구성하는 이유는 온도에 따른 굴절률 변화가 음의 값인 -0.0001 내지 -0.0002/℃ 수준으로 실리콘의 양의 값, 즉 0.00018/℃과 반대이이서 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 온도 의존성을 줄일 수 있기 때문이다. 다시 말해, 본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 광도파로(18)의 상부 클래드층(16)을 폴리머로 구성하여 온도에 따라 유효 굴절률 변화를 줄임으로써 광 전파시 중심 파장 변화를 줄일 수 있다.
더하여, 본 발명은 실리콘 코어(14)의 단면적을 광 전파시 필요에 따라 영역별로 다르게 구성하여 아래에 설명하는 바와 같이 광도파로(18)의 온도 의존성을 줄이게 된다. 도 2 및 도 3에서는 실리콘 어레이 광도파로(24)의 곡선부(CR)와 직선부(LR)에서 실리콘 코어(14)의 단면적을 다르게 구성한 것을 예로 도시하고 있으나, 다양한 부분에서 실리콘 코어(14)의 단면적으로 다르게 구성할 수 도 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 실리콘 어레이 광도파로(24)의 곡선부(CR)에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 소자를 작게 만들기 위해 곡률 반경이 최소화되도록 적절한 크기로 실리콘 코어(14)를 구성한다. 곡선부(CR)에서는 소자를 작게 만들기 위해 곡률 반경이 최소화되도록 구성하여야 하기 때문에 적절한 크기로 실리콘 코어(14)를 구성하여야 하고, 실리콘 코어(14)의 크기를 줄이는데는 한계가 있기 된다. 이렇게 구성하면, 도 2에 도시한 바와 같이 광전파시 광모드(30)가 실리콘 코어(14)내로 거의 한정된다. 본 실시예에서, 상기 실리콘 어레이 광도파로(24)의 곡선부(CR)에서, 실리콘 코어(14)는 단면적이 제1 값으로써 폭(X1, 가로 길이) 및 높이(Y1)를 각각 400nm 및 200 nm로 구성한다.
그리고, 실리콘 어레이 광도파로(24)의 직선부(LR)에서는, 도 3에 도시한 바와 같이 곡선부(CR)보다 실리콘 코어(14)의 단면적을 최대한 작게 구성한다. 이렇게 구성하면, 도 3에 도시한 바와 같이 광전파시 광모드(32)가 실리콘 코어(14)내로 한정되지 않고 폴리머로 구성된 상부 클래드층(16)쪽이나 하부 클래드층(12)으로 확장된다. 이에 따라, 광전파시 온도에 다른 유효 굴절률 변화가 폴리머로 이루어진 상부 클래드층(16)에 의해 크게 영향을 받게 된다. 본 실시예에서, 실리콘 어레이 광도파로(24)의 곡선부(LR)에서 실리콘 코어(14)의 단면적은 상기 제1 값보다 작은 제2 값으로써 폭(X2, 가로 길이) 및 높이(Y2)를 각각 200nm 및 200 nm나, 100nm 및 200 nm로 구성한다. 특히, 실리콘 어레이 광도파로(24)의 직선부(LR)는 곡선부(CR)보다 광도파로(18)의 실리콘 코어(14)의 폭을 작게 구성한다.
결과적으로, 실리콘 어레이 광도파로(24)의 곡선부(CR)보다 직선부(LR)에서 실리콘 코어(14)의 단면적, 특히 폭을 작게 구성할 경우, 상기 광도파로(18)의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 상기 실리콘 코어(14)보다 상기 폴리머로 이루어진 상부 클래드층(16)에 의해 크게 영향을 받아 상기 광도파로(18)의 온도 의존성을 억제시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 실리콘 어레이 광도파로(24)에서 실리콘 코어(14)의 단면적, 예컨대 폭을 각 영역별로 다르게 구성할 경우, 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 상기 실리콘 코어(14)보다 상기 폴리머로 이루어진 상부 클래드층(16)에 의해 크게 영향을 받게 하여 상기 광도파로(18)의 온도 의존성을 억제시킬 수 도 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 단면도이다.
구체적으로, 도 4에서, 도 2 및 도 3과 동일한 참조번호는 동일한 부재를 나타낸다. 도 4는 도 1의 III-III에 의한 단면으로, 실리콘 어레이 광도파로(24)의 직선부(LR)의 단면을 도시한 것이다. 도 4에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 도 3과 비교하여 광도파로(18) 각각에 분리되어 있는 상부 클래드층(16a)이 형성된 것을 제외하고는 동일하다.
이렇게 광도파로(18) 각각에 분리된 상부 클래드층(16a)이 형성될 경우 광도파로들간의 간섭을 줄일 수 있다. 더하여, 광도파로(18)의 실리콘 코아(14)의 단면 적을 광도파를 위한 컷 오프 조건보다 더 많이 줄일 경우 광도파로(18)를 통하여 광도파가 안될 수 있다. 이럴 경우, 분리된 상부 클래드층(16a)은 광이 전파되는 제2의 코어 영역으로 이용할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자에 채용된 광도파로의 모드 분포를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다.
구체적으로, 도 5는 도 2의 예로 설명된 바와 같이 가로(X1)가 400nm이고, 세로(Y1)가 200nm인 단면 도파로의 광모드 분포를 시뮬레이션한 결과이고, 도 6은 도 3의 예로 설명한 바와 같이 가로(X2)가 200nm이고, 세로(Y2)가 200nm인 단면 도파로의 광모드 분포를 시뮬레이션한 결과이다. 도 5 및 도 6에서, 실리콘 코어의 굴절률을 3.5로 하고, 상부 클래드층인 폴리머의 굴절률을 1.45로 하고, 유효 굴절률은 1.478로 가정하였다.
도 5의 400nm x 200nm 도파로에서는 대부분의 광모드가 참조번호 50으로 표시한 부분의 안쪽, 즉 실리콘 코아에 해당하는 위치에 분포한다. 이에 반하여, 도 6의 200 x 200nm 단면 도파로에서는 대부분의 광모드가 참조번호 52로 표시한 실리콘 코어의 외부, 즉 상부 및 하부 클래드층에 위치함을 알 수 있다.
도 5 및 도 6으로부터 실리콘 코아의 단면적, 특히 폭(가로)이 줄어들수록 광모드가 확대됨을 알 수 있다. 따라서, 실리콘 코아의 단면적이 줄어들수록 광모드가 실리콘 코어보다는 폴리머로 이루어진 상부 클래드층에 더 영향을 받게 됨을 알 수 있다.
상기 실리콘 코아의 단면적이 너무 좁아지면 광도파가 안 되는 컷-오프(cut- off) 조건에 도달하므로 컷-오프 조건에 도달하기 전까지 실리콘 코아의 면적을 줄일 수 있다. 물론, 실리콘 코아의 면적이 광도파가 안 되는 컷오프 조건에 도달하게 되면, 도 4와 같이 광도파로 별로 분리된 상부 클래드층(16a)을 코아 영역으로 이용하여 광도파를 시킬 수도 있다.
도 7은 본 발명에 의한 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자에 채용된 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 시뮬레이션한 결과를 도시한 도면이다. 도 7에서, N_Si은 실리콘 굴절률을 나타내며, N_pol은 폴리머의 굴절률을 나타내며, Neff는 유효 굴절률을 나타낸다.
구체적으로, 도 7은 도 2 및 도 3의 예로 도시한 바와 같이 가로(X1)가 400nm이고, 세로(Y1)가 200nm인 단면 도파로와, 가로(X2)가 200nm이고, 세로(Y2)가 200nm인 단면 도파로에서, 실리콘 코아 및 폴리머인 상부 클래드층의 온도 변화에 의한 굴절률 변화를 각각 +0.001 및 -0.001로 할 때 도파로의 유효 굴절률 변화를 시뮬레이션한 결과이다. 상기 실리콘 코아 및 폴리머인 상부 클래드층의 굴절률의 변화값인 +0.001 및 -0.001은 실리콘 코어 및 폴리머인 상부 클래드층의 온도 변화를 약 6℃ 주었을 때 해당된다.
도 7에서 보듯이, 400nm x 200 nm의 단면 도파로에서는 유효 굴절률(Neff)의 변화량이 폴리머인 상부 클래드층의 굴절률 변화와는 거의 무관하고 실리콘 코어의 굴절률 변화량과 유사하게 변한다. 이에 반하여, 200nm x 200 nm의 단면 도파로에서는, 유효 굴절률 변화량이 실리콘 코어보다는 폴리머인 상부 클래드층의 굴절률 변화에 더 민감하게 변화함을 볼 수 있다. 이로부터, 실리콘 코어의 단면적을 줄일 경우 폴리머인 상부 클래드층으로 인해 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자의 온도 의존성을 조절하거나, 억제함을 알 수 있다.
본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 폴리머로 상부 클래드층을 구성함과 아울러, 실리콘 코어의 단면적을 광도파로의 각 영역별로 다르게 구성하여 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 조절함으로써 온도 의존성을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 폴리머로 상부 클래드층을 구성하고, 광도파로는 광이 직선으로 전파하는 직선부와 상기 직선부와 연결되고 광이 곡선으로 전파하는 곡선부로 구성한다. 그리고, 본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 광도파로의 직선부의 실리콘 코어의 단면적을 상기 곡선부의 실리콘 코어의 면적보다 작게 구성하여 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 상기 실리콘 코어에 의한 영향보다 상기 상부 클래드층에 의한 영향을 크게 하여 상기 광도파로의 온도 의존성을 억제할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 실리콘 어레이 도파로 그레이팅(AWG) 소자는 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄임으로써 온도에 따른 중심 파장 변화를 줄일 수 있다.

Claims (10)

  1. 하부 클래드층, 실리콘 코어 및 상부 클래드층으로 이루어지는 광도파로가 복수개 배열된 실리콘 어레이 광도파로를 구비하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자에 있어서,
    상기 실리콘 코어는 온도에 따른 굴절률 변화가 양의 값을 갖고 상기 상부 클래드층은 온도에 따른 굴절률 변화가 상기 실리콘 코어와 반대인 음의 값을 갖는 폴리머로 이루어지고, 상기 실리콘 코어의 단면적을 상기 광도파로의 각 영역별로 다르게 구성하여 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머로 이루어진 상부 클래드층은 상기 광도파로 전체에 형성되거나, 상기 광도파로 별로 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광도파로의 각 영역은 광이 직선으로 전파하는 직선부와, 광이 곡선으로 전파하는 곡선부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 코어는 온도에 따른 굴절률 변화가 양의 값인 0.00018/℃이고, 상기 상부 클래드층을 구성하는 폴리머는 음의 값인 -0.0001 내지 -0.0002/℃인 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘 코어의 단면적은 상기 실리콘 코어의 가로 길이(폭)로 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  6. 하부 클래드층, 실리콘 코어 및 상부 클래드층으로 이루어지는 광도파로가 복수개 배열된 실리콘 어레이 광도파로를 구비하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자에 있어서,
    상기 실리콘 코어는 온도에 따른 굴절률 변화가 양의 값을 갖고 상기 상부 클래드층은 온도에 따른 굴절률 변화가 상기 실리콘 코어와 반대인 음의 값을 갖는 폴리머로 이루어지고, 상기 실리콘 코어는 단면적이 제1 값인 제1 부분과 단면적이 제1 값보다 작은 제2 값을 갖는 제2 부분으로 이루어지고,
    상기 제1 부분의 광도파로를 진행하는 광모드는 상기 실리콘 코어에 한정되고, 상기 제2 부분의 광도파로를 진행하는 광모드는 상기 상부 클래드층 및 하부 클래드층으로 확장되어 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 상기 상부 클래드층에 의하여 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  7. 제6항에 있어서, 상기 실리콘 코어의 단면적은 상기 실리콘 코어의 가로 길 이(폭)로 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  8. 하부 클래드층, 실리콘 코어 및 상부 클래드층으로 이루어지는 광도파로가 복수개 배열된 실리콘 어레이 광도파로를 구비하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자에 있어서,
    상기 실리콘 코어는 온도에 따른 굴절률 변화가 양의 값을 갖고 상기 상부 클래드층은 온도에 따른 굴절률 변화가 상기 실리콘 코어와 반대인 음의 값을 갖는 폴리머로 이루어지고, 상기 광도파로는 광이 직선으로 전파하는 직선부와 상기 직선부와 연결되고 광이 곡선으로 전파하는 곡선부로 이루어지고,
    상기 광도파로의 직선부의 실리콘 코어의 단면적을 상기 곡선부의 실리콘 코어의 면적보다 작게 구성하여 상기 광도파로의 온도에 따른 유효 굴절률 변화를 상기 실리콘 코어에 의한 영향보다 상기 상부 클래드층에 의한 영향을 크게 하여 상기 광도파로의 온도 의존성을 억제시키는 것을 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 실리콘 코어의 단면적은 상기 실리콘 코어의 가로 길이(폭)로 조절하는 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
  10. 제1항, 제6항 및 제8항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    입력 도파로와, 상기 입력 도파로와 연결된 제1 커플러와, 상기 제1 커플러 와 연결된 상기 실리콘 어레이 광도파로와, 상기 실리콘 어레이 광도파로와 연결된 제2 커플러와, 상기 제2 커플러와 연결된 출력 도파로를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자.
KR1020060076364A 2006-08-11 2006-08-11 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자 KR100785786B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060076364A KR100785786B1 (ko) 2006-08-11 2006-08-11 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자
US11/828,418 US7760974B2 (en) 2006-08-11 2007-07-26 Silicon arrayed waveguide grating device for reducing effective refractive index variation of optical waveguide according to temperature

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060076364A KR100785786B1 (ko) 2006-08-11 2006-08-11 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100785786B1 true KR100785786B1 (ko) 2007-12-13

Family

ID=39050892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060076364A KR100785786B1 (ko) 2006-08-11 2006-08-11 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7760974B2 (ko)
KR (1) KR100785786B1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7889991B2 (en) * 2007-02-12 2011-02-15 Jds Uniphase Corporation Planar lightwave circuit based tunable 3 port filter
US8445337B2 (en) * 2010-05-12 2013-05-21 International Business Machines Corporation Generation of multiple diameter nanowire field effect transistors
US9337615B2 (en) * 2011-07-27 2016-05-10 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Vertical cavity surface emitting laser cavity with low thermal impedance
US9400402B2 (en) 2014-01-07 2016-07-26 Electronics And Telecommunications Research Institute Optical waveguide and optical device based on the same
JP6833756B2 (ja) * 2018-04-13 2021-02-24 日本電信電話株式会社 光演算素子と多層ニューラルネットワーク
US12025862B2 (en) 2019-12-04 2024-07-02 Lightelligence PTE. Ltd. Optical modulation for optoelectronic processing
US11719963B2 (en) * 2020-04-29 2023-08-08 Lightelligence, Inc. Optical modulation for optoelectronic processing
US11372157B2 (en) * 2020-09-30 2022-06-28 Nokia Solutions And Networks Oy Integrated optical multiplexer / demultiplexer with thermal compensation
CN112162350A (zh) * 2020-10-12 2021-01-01 上海航天科工电器研究院有限公司 一种温度不敏感硅基阵列波导光栅结构波分复用器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040025820A (ko) * 2002-09-20 2004-03-26 야스오 고쿠분 광도파로 및 그의 제조 방법
KR20040056272A (ko) * 2002-12-23 2004-06-30 한국전자통신연구원 레이저 직접 묘화법을 이용한 광 도파로 제작방법 및 이를이용한 광 도파로
KR20060061630A (ko) * 2004-12-02 2006-06-08 전자부품연구원 광도파로 소자 제조 방법

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69938132T2 (de) 1999-09-28 2009-03-05 Corning Incorporated Athermischer Wellenleitergitter-Multiplexer (AWG) mit Polymersegment, sowie entsprechendes Herstellungsverfahren
EP1116973A1 (en) 2000-01-11 2001-07-18 Corning Incorporated Athermalized integrated optical waveguide devices
US6853769B2 (en) * 2001-03-16 2005-02-08 Lightwave Microsystems Corporation Arrayed waveguide grating with waveguides of unequal widths
US6728442B2 (en) * 2001-05-21 2004-04-27 Jds Uniphase Corporation Controlling the dispersion and passband characteristics of an arrayed waveguide grating
JP2003185865A (ja) * 2001-12-20 2003-07-03 Fujitsu Ltd 光合分波器および導波路型光カプラ
JP2003322737A (ja) * 2002-05-01 2003-11-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光導波路
US6990283B2 (en) 2003-02-15 2006-01-24 Electronics And Telecommnications Research Institute Polymeric optical device having low polarization dependence and method of fabricating the same
KR100597232B1 (ko) 2004-06-02 2006-07-06 우리로광통신주식회사 온도무의존 배열도파로 격자형 파장 다중화/역다중화기
US7440650B2 (en) * 2006-08-03 2008-10-21 Jds Uniphase Corporation Planar lightwave circuit based wavelength selective switch

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040025820A (ko) * 2002-09-20 2004-03-26 야스오 고쿠분 광도파로 및 그의 제조 방법
KR20040056272A (ko) * 2002-12-23 2004-06-30 한국전자통신연구원 레이저 직접 묘화법을 이용한 광 도파로 제작방법 및 이를이용한 광 도파로
KR20060061630A (ko) * 2004-12-02 2006-06-08 전자부품연구원 광도파로 소자 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20080037936A1 (en) 2008-02-14
US7760974B2 (en) 2010-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100785786B1 (ko) 온도에 따른 광도파로의 유효 굴절률 변화를 줄일 수 있는실리콘 어레이 도파로 그레이팅 소자
CN103620459B (zh) 光波导以及制造光波导的方法
US10746932B2 (en) Multi-mode interference coupler
JP6572175B2 (ja) 導波路型光カプラ
JP3434986B2 (ja) 光合分波回路
US20040126052A1 (en) Optical waveguide circuit
US10054738B2 (en) Optical waveguide and arrayed waveguide grating
JP2013137360A (ja) 光合分波素子およびマッハツェンダ型光変調器
KR20160092565A (ko) 평탄한 모드 발생 장치 및 이를 구비하는 배열 도파로 격자
US9020310B2 (en) Optical waveguide and arrayed waveguide grating
JP5327897B2 (ja) 光導波路及びアレイ導波路回折格子
JP4884422B2 (ja) 光波長合分波回路
JPWO2012026524A1 (ja) マッハツェンダー干渉計−アレイ導波路格子及び平面光波回路チップ
US10422952B2 (en) Optical waveguide device and method for manufacturing an optical waveguide device
JP4091944B2 (ja) 光回路
JP2013041146A (ja) 波長選択性多モード干渉導波路デバイス
JP5086164B2 (ja) 光波長合分波回路
JP6296063B2 (ja) 半導体光導波路、その製造方法およびそれを用いた光通信用デバイス
JP2009251176A (ja) 光信号処理回路
JP6175468B2 (ja) 光導波路素子
JP2023040871A (ja) 光導波路素子および光集積回路
JP2011028299A (ja) 光回路および光信号処理装置
JP2009265419A (ja) 光波長合分波回路
JP2005234295A (ja) 光導波路回路及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20101201

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee