p-i-n 접합 기반의 변조 가능한 실리콘 광 격자 커플러

Abstract

아직까지 마땅한 실리콘 광원의 부재로 안해 외부광원을 사용한 광섬유-도파로-광섬유 간 커플링을 가능하게 하는 커플러의 역할이 중요하다. 커플러의 종류에는 도파로 단면에 바로 광섬유를 연결하는 `edge coupler`와 격자를 통과한 빛의 회절과 간섭을 기반을 한 `광 격자 커플러 (grating coupler)`가 있다. 광 격자 커플러는 칩을 절단하는 과정을 생략하고 웨이퍼 스케일의 측정이 가능하다는 장점이 있다. 본 논문에서는 기존의 광 격자커플러의 파장 의존적인 커플러 효율 특성을 개선하고 더 넓은 대역폭을 가지기 위해 능동적으로 중심 파장이 이동하는 p-i-n 접합 기반의 변조가능한 광 격자 커플러에 대해 연구하였다. p-i-n 접합에서 발생하는 줄열이 실리콘 격자의 온도를 상승시켜 열광학효과에 의해 격자의 굴절률이 상승한다. 광 격자 커플러 공식에 따라 유효굴절률이 증가하면 중심파장도 청색이동 할 것으로 예측할 수 있다. 실제 소자를 제작하여 실험을 한 결과, 8V의 순방향 바이어스를 가해주었을 때, 36nm의 중심파장의 청색 이동이 일어났고, 전력에 대한 중심파장 이동효율은 0.25nm/mW였다. 또한, 중심파장이 이동하는 효과와 더불어 장파장 영역에 해당하는 파장에서는 순방향 바이어스를 가해줄 때, 광 출력이 증가하여 EDFA를 대체하여 광 출력을 높일 수 있는 방법이 될 것이다. 본 논문에서 제안한 p-i-n 기반의 변조 가능한 광 격자 커플러는 능동적 동작으로 중심파장이 이동하여 대역폭이 증가할 뿐 아니라 특정 파장에서 광 출력의 증가를 불러와 WDM 시스템 환경에서 유용하게 사용할 수 있을 것으로 기대한다.