KR20070093285A - Microring resonator filter with variable bandwidth and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 광이 통과하는 직선형 버스 도파로와; 상기 직선형 버스 도파로와 이격되어 있고, 상기 직선형 버스 도파로를 통과하는 광의 일부가 결합되어 공진되는 복수개의 링 도파로들과; 상기 링 도파로들 각각에 전압을 인가하여 상기 링 도파로들 각각의 굴절률을 변화시키는 도전체들을 포함하여 구성된다.The present invention relates to a microring resonator filter having a variable bandwidth and a manufacturing method thereof, comprising: a straight bus waveguide through which light passes; A plurality of ring waveguides spaced apart from the straight bus waveguide, the plurality of ring waveguides being coupled and resonated with a portion of the light passing through the straight bus waveguide; And a conductor for applying a voltage to each of the ring waveguides to change the refractive index of each of the ring waveguides.
따라서, 본 발명은 링 공진기의 반경을 변화시킴으로써, 각기 다른 Q값을 갖는 복수개의 마이크로링 공진기들을 구현할 수 있고, 이 공진기들 중 특정 공진기의 도전체를 제외하고, 나머지 도전체에 전압을 인가하여 광의 중심 파장을 이동시킴으로써, 전압이 안가되지 않은 특정 공진기에서 전체 소자의 전달 특성을 결정할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention can implement a plurality of micro ring resonators having different Q values by varying the radius of the ring resonator, by applying a voltage to the remaining conductors, except for the conductor of a specific resonator among these resonators. By shifting the center wavelength of the light, it is possible to determine the transmission characteristics of the entire device in a specific resonator in which no voltage is applied.
또한, 본 발명은 모드 컷오프(Mode Cut-off) 전압을 이용하여 전체 소자의 전달특성이 복수개의 공진기 중 특정한 공진기에서만 나타나도록 하여 Q값을 조절할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of controlling the Q value by using the mode cut-off voltage so that the transfer characteristics of the entire device appear only in a specific resonator among the plurality of resonators.
Description
도 1은 일반적인 집적광학 마이크로링 공진기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 개념도1 is a conceptual diagram illustrating a schematic structure of a general integrated optical microring resonator;
도 2a와 2b는 도 1과 같은 마이크로링 공진기의 전달 특성도2a and 2b is a transfer characteristic diagram of a microring resonator as shown in FIG.
도 3은 도 1의 마이크로링 공진기의 등가굴절률 분포도3 is an equivalent refractive index distribution diagram of the microring resonator of FIG.
도 4는 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 개략적인 구성도4 is a schematic configuration diagram of a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 개략적인 단면도5 is a schematic cross-sectional view of a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 단일 마이크로링 공진기의 개략적인 구성도6 is a schematic configuration diagram of a single microring resonator according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 단일 마이크로링 공진기의 개략적인 사시도7 is a schematic perspective view of a single microring resonator in accordance with the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 전파 특성도8 is a propagation characteristic diagram of a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention.
도 9a와 9b는 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터 의 링 공진기에 전압을 인가했을 때의 전파 특성도9A and 9B are diagrams of propagation characteristics when voltage is applied to a ring resonator of a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention.
도 10a 내지 10f는 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도10A to 10F are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100,402a : 직선형 버스 도파로 201,202,203,204,402b : 링 도파로100,402a: straight bus waveguide 201,202,203,204,402b: ring waveguide
211,212,213,214,600 : 도전체 301,302,303,304 : 전원211,212,213,214,600: Conductor 301,302,303,304: Power
400,401,403 : 클래드층 402 : 코어층 400,401,403: cladding layer 402: core layer
450 : 포토레지스트층 480 : 마스크450: photoresist layer 480: mask
500 : 기판500: Substrate
본 발명은 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microring resonator filter having a variable bandwidth and a method of manufacturing the same.
현재, 광학(Optics)과 전자공학(Electronics)이 결합된 광전자공학 기술 분야가 지속적으로 발전하고 있다.Currently, the field of optoelectronics technology combining optics and electronics continues to develop.
이 광전자공학 기술은 광파워에 응답하는 소자, 광을 방사시키거나 변화시키는 소자, 광을 내부 동작에 이용하는 소자 등 광기술과 전자기술이 접목된 소자들 을 개발하기 위해 필요하다.This optoelectronic technology is needed to develop devices that combine optical and electronic technologies, such as devices that respond to optical power, devices that emit or change light, and devices that use light for internal operation.
최근에, 광전자공학 기술 중, 다양한 광전자공학(Optoelectronics) 기능을 기판에 집적하여 구현할 수 있는 광 SoC(System-on-Chip) 기술에 대한 관심이 고조되고 있다. Recently, interest in optical system-on-chip (SoC) technology, which can implement various optoelectronics functions on a substrate, is increasing among optoelectronics technologies.
이러한, 광 SoC 기술은 차세대 대용량 광통신 시스템용 광 집적회로, 지능형 로봇, 지능형 자동차용 방향 센서 및 속도 센서, 랩온어칩(Lab-on-a-chip) 형태의 비파괴/비접촉식 바이오 센서 및 화학 센서, 차세대 컴퓨터용 광연결 시스템 등을 구현하는데 응용될 수 있다. These optical SoC technologies include optical integrated circuits for next-generation high-capacity optical communication systems, intelligent robots, direction sensors and speed sensors for intelligent vehicles, non-destructive and contactless biosensors and chemical sensors in the form of lab-on-a-chip, It can be applied to implement the optical connection system for the next generation computer.
집적광학 마이크로링 공진기는 고집적 전자회로의 트랜지스터와 마찬가지로 광 SoC의 빌딩블록(Building Block)으로서 사용될 수 있는 핵심 소자이다.Integrated optical microring resonators, like transistors in highly integrated electronic circuits, are key devices that can be used as building blocks for optical SoCs.
도 1은 일반적인 집적광학 마이크로링 공진기의 개략적인 구조를 설명하기 위한 개념도로서, 직선형 버스 광도파로(10)와; 상기 직선형 버스 광도파로(10)로부터 이격되어 있는 링 도파로(20)로 구성된다.1 is a conceptual diagram illustrating a schematic structure of a general integrated optical microring resonator, and includes a straight bus
이 소자는 한 개의 직선형 광도파로(Bus Waveguide)와 원형의 링 도파로(Ring Waveguide)가 밀접하게 결합되어 있다. The device combines one straight wave waveguide with a circular ring waveguide.
먼저, 직선형 광도파로의 입력 포트로 입사된 광의 일부는 링 도파로에 전달되고, 나머지 광은 관통포트로 출력된다.First, part of the light incident to the input port of the linear optical waveguide is transmitted to the ring waveguide, and the remaining light is output to the through port.
이때, 상기 링 도파로에 전달된 광은 링을 회전하면서 축적되며, 일부가 다시 직선형 광도파로에 결합되어 광 파장에 대해 공진이 일어나게 된다. At this time, the light transmitted to the ring waveguide accumulates while rotating the ring, and part of the light is coupled to the linear optical waveguide to cause resonance with respect to the optical wavelength.
그러므로, 마이크로링 공진기는 대역저지 필터(Notch Filter)의 특성을 갖는 다. Therefore, the microring resonator has a characteristic of a band stop filter.
즉, 도 2a와 같이 광파워가 일정한 갖는 광(A)이 직선형 광도파로의 입력 포트에 입력되면, 링 도파로에 광의 일부가 결합되어 공진됨으로써, 관통 포트에서는 도 2b와 같이 파장 'λ1','λ2','λ3'이 필터링된 광파워를 갖는 광(B)이 출력되는 전달특성이 나타난다.That is, when light A having a constant optical power is input to the input port of the linear optical waveguide as shown in FIG. 2A, a portion of the light is coupled and resonated in the ring waveguide, and thus, the through port has the wavelength 'λ 1', 'as shown in FIG. 2B. A transmission characteristic is shown in which light B having optical powers of which? 2 'and' λ3 'are filtered is output.
여기서, 링의 반경(R)과 도파로의 유효굴절률은 FSR(Free Spectral Range)을 결정하는 중요한 요소가 된다. Here, the radius R of the ring and the effective refractive index of the waveguide are important factors in determining the free spectral range (FSR).
즉, 마이크로링 공진기의 반경이 작아질수록 보다 넓은 FSR을 얻게 된다.In other words, the smaller the radius of the microring resonator, the wider the FSR.
특히, 링의 반경을 결정하기 위한 벤딩손실은 도파로의 코어와 클래딩의 굴절률차에 반비례하기 때문에, 작은 굴절률 차를 갖게 되면 링의 반경은 커지게 되며, 보다 좁은 FSR을 갖는 소자가 된다. In particular, since the bending loss for determining the radius of the ring is inversely proportional to the refractive index difference between the core of the waveguide and the cladding, the smaller the refractive index difference is, the larger the radius of the ring becomes and the device has a narrower FSR.
따라서, 기존에는 FSR이 넓고 소자의 사이즈를 줄이기 위해서 굴절률 차가 큰 III-V 화합물 반도체나 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 사용하여 구현하였다. Therefore, in order to reduce the size of the device, the FSR is widely implemented using a III-V compound semiconductor or a silicon on insulator (SOI) substrate.
이로 인하여 링 공진기의 성능을 결정짓는 전송손실 중 식각공정으로 인한 산란손실이 굴절률 차에 비례하기 때문에 소자의 성능을 저해한다. As a result, the scattering loss due to the etching process of the transmission loss that determines the performance of the ring resonator is proportional to the difference in refractive index, thereby degrading the performance of the device.
또한, 결합효율을 유지시키고, 단일모드 전파특성을 얻기 위해서는 고가의 미세패턴공정장비인 전자빔 리소그래피(Lithography) 등을 이용하여야 하기 때문에 실용성이 낮은 단점을 갖고 있다.In addition, in order to maintain the coupling efficiency and obtain the single-mode propagation characteristics, electron beam lithography, which is an expensive micropattern processing equipment, has to be used.
도 3은 도 1의 마이크로링 공진기의 등가굴절률 분포도로서, 도파로에서는 등가굴절률이 'C'상태가 되어야 하는데, 링 도파로는 곡면을 갖는 링 형상으로 이루어져 있어 벤딩손실로 링 도파로에서의 등가굴절률은 'C1' 상태가 된다.FIG. 3 is an equivalent refractive index distribution diagram of the microring resonator of FIG. 1, in which the equivalent refractive index should be in the 'C' state in the waveguide, and the ring waveguide is formed in a ring shape having a curved surface. C1 'state.
그러므로, 종래의 마이크로링 공진기는 광파가 바깥족으로 치우쳐 진행하여 링 도파로에서는 벤딩손실을 발생하여, Q값이 감소되는 문제점이 발생한다.Therefore, the conventional micro ring resonator has a problem in that the optical wave is shifted to the outer group, causing bending loss in the ring waveguide, and decreasing the Q value.
한편, 마이크로링 공진기를 광 SoC의 빌딩블록으로 사용하기 위해서는 대역폭과 중심파장을 효과적으로 제어하는 것이 매우 중요하다.Meanwhile, in order to use the microring resonator as a building block of the optical SoC, it is very important to effectively control the bandwidth and the center wavelength.
그러나, 전술된 종래의 마이크로링 공진기에서는 공진기를 구성하는 결합영역의 링과 버스 도파로 간의 결합세기가 제작공정에서 매우 민감하게 변하기 때문에, 소자로 설계되어 제작된 후에 대역폭을 제어할 수 있는 방법이 없었다.However, in the conventional microring resonator described above, since the coupling strength between the ring of the coupling region constituting the resonator and the bus waveguide is very sensitive in the fabrication process, there is no method of controlling the bandwidth after the device is designed and manufactured. .
그리고, 기존의 공진기의 경우에 Q값을 제어하는 방법이 공진기의 중심파장까지 동시에 가변되는 단점이 있고, 임계결합(Critical coupling) 조건의 변화로 인하여 대역 소멸비도 동시에 변화되어 독립적으로 Q값을 제어하지 못하는 문제점이 있었다.In addition, in the case of the conventional resonator, the method of controlling the Q value is simultaneously varied up to the center wavelength of the resonator, and the band extinction ratio is simultaneously changed due to the change of the critical coupling condition to independently control the Q value. There was a problem that can not.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 링 공진기의 반경을 변화시킴으로써, 각기 다른 Q값을 갖는 마이크로링 공진기를 구현할 수 있는 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems described above, by changing the radius of the ring resonator, microring resonator filter having a variable bandwidth that can implement a microring resonator having a different Q value and its manufacture The purpose is to provide a method.
본 발명의 다른 목적은 특정 공진기의 도전체를 제외하고, 나머지 도전체에 전압을 인가하여 광의 중심 파장을 이동시킴으로써, 전압이 안가되지 않은 특정 공진기에서 전체 소자의 전달 특성을 결정할 수 있는 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to change the center wavelength of light by applying a voltage to the remaining conductors, except for the conductors of a specific resonator, thereby providing a variable bandwidth capable of determining the propagation characteristics of the entire device in a specific resonator with no voltage. The present invention provides a microring resonator filter and a method of manufacturing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 모드 컷오프(Mode Cut-off) 전압을 이용하여 전체 소자의 전달특성이 복수개의 공진기 중 특정한 공진기에서만 나타나도록 하여 Q값을 조절할 수 있는 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터 및 그의 제조방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a microring resonator filter having a variable bandwidth in which a Q value can be adjusted by using a mode cut-off voltage so that the transfer characteristics of the entire device appear only in a specific resonator among a plurality of resonators. And a method for producing the same.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, A preferred aspect for achieving the above objects of the present invention,
광이 통과하는 직선형 버스 도파로와; A straight bus waveguide through which light passes;
상기 직선형 버스 도파로와 이격되어 있고, 상기 직선형 버스 도파로를 통과하는 광의 일부가 결합되어 공진되는 복수개의 링 도파로들과; A plurality of ring waveguides spaced apart from the straight bus waveguide, the plurality of ring waveguides being coupled and resonated with a portion of the light passing through the straight bus waveguide;
상기 링 도파로들 각각에 전압을 인가하여 상기 링 도파로들 각각의 굴절률을 변화시키는 도전체들을 포함하여 구성된 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터가 제공된다.A microring resonator filter having a variable bandwidth is provided that includes conductors that apply a voltage to each of the ring waveguides to change the refractive index of each of the ring waveguides.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, Another preferred aspect for achieving the above object of the present invention,
기판 상부에 하부 클래드층을 형성하는 단계와;Forming a lower clad layer on the substrate;
상기 하부 클래드층 상부에 코어층을 형성하는 단계와;Forming a core layer on the lower clad layer;
상기 하부 클래드층 상부에 상기 코어층을 패터닝하여 직선형 버스 도파로와 상기 직선형 버스 도파로와 이격되어 있는 복수개의 링 도파로들을 형성하는 단계와;Patterning the core layer on the lower clad layer to form a linear bus waveguide and a plurality of ring waveguides spaced apart from the linear bus waveguide;
상기 직선형 버스 도파로와 링 도파로들을 감싸며, 상기 하부 클래드층 상부에 상부 클래드층을 형성하는 단계와;Enclosing the straight bus waveguides and the ring waveguides, and forming an upper cladding layer on the lower cladding layer;
상기 링 도파로들 각각의 상부에 해당되는 상부 클래드층 상부에 도전체들을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 제조방법이 제공된다.A method of manufacturing a microring resonator filter having a variable bandwidth is provided, the method including forming conductors on an upper clad layer corresponding to an upper portion of each of the ring waveguides.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 개략적인 구성도로서, 광이 통과하는 직선형 버스 도파로(100)와; 상기 직선형 버스 도파로(100)와 이격되어 있고, 상기 직선형 버스 도파로(100)를 통과하는 광의 일부가 결합되어 공진되는 복수개의 링 도파로들(201,202,203,204)과; 상기 링 도파로들(201,202,203,204) 각각에 전압을 인가하여 상기 링 도파로들(201,202,203,204) 각각의 굴절률을 변화시키는 도전체들(211,212,213,214)을 포함하여 구성된다.4 is a schematic configuration diagram of a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention, and includes a
여기서, 상기 도전체들(211,212,213,214) 각각은 상기 직선형 버스 도파로(100)에 인접된 복수개의 링 도파로들(201,202,203,204) 각각의 일부영역을 제외한 나머지 영역으로부터 이격된 상부에 위치되어 있는 것이 바람직하다.Here, each of the
그리고, 상기 도전체들(211,212,213,214) 각각은 도 4에 도시된 바와 같이, 전원들(301,302,303,304)과 연결되어 있다.Each of the
또한, 상기 링 도파로들(201,202,203,204)은 반경이 각각 다른 원형 링 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.In addition, the
그러나, 본 발명에서는 링 도파로들에, 반경이 다른 것들과 반경이 동일한 것들을 혼합하여 사용하여도 된다. However, in the present invention, the ring waveguides may be used by mixing a different radius and the same radius.
더불어, 상기 링 도파로들(201,202,203,204)은 도 4에 도시된 바와 같이, 4개만 한정하는 것이 아니고, 2개 이상의 복수개로 형성한다.In addition, as illustrated in FIG. 4, the
도 5는 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 개략적인 단면도로서, 직선형 버스 도파로(100)와 링 도파로(201)들은 클래드층(400)으로 감싸여져 있고, 상기 직선형 버스 도파로(100)와 링 도파로(201)들은 상기 클래드층(400)보다 굴절률이 더 크다.5 is a schematic cross-sectional view of a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention, wherein the
그리고, 상기 링 도파로(201)들 각각의 상부면으로부터 'd'의 간격으로 이격된 상기 클래드층(400) 상부에 도전체(211)가 형성된다.In addition, a
그러면, 상기 도전체(211)에 전압을 인가하면, 상기 인가된 전압에 의해 상기 도전체(211) 하부에 존재하는 링 도파로(201)들 영역의 굴절률은 변화된다.Then, when a voltage is applied to the
도 6은 본 발명에 따른 단일 마이크로링 공진기의 개략적인 구성도로서, 도 4의 마이크로링 공진기형 필터에서 단일 마이크로링 공진기는 직선형 버스 도파로(100)로 통과되는 광의 일부가 링 도파로(201)에 결합되고, 결합된 광은 상기 링 도파로(201)를 회전하면서 공진하게 된다.6 is a schematic configuration diagram of a single microring resonator according to the present invention. In the microring resonator filter of FIG. 4, a single microring resonator includes a portion of light passing through the
그러므로, 상기 직선형 버스 도파로(100)에서 출력되는 광은 주기적인 대역 저지 특성을 갖게 된다.Therefore, the light output from the
여기서, 상기 링 도파로(201) 상부에 있는 도전체(211)에 전압을 인가하면, 상기 링 도파로(201)의 굴절률은 변화되어, 공진되는 광의 중심 파장이 변하게 된다.Here, when a voltage is applied to the
이 때, 상기 도전체(211)는 인가된 전압을 상기 링 도파로(201)에 전달하는 전극이거나 또는, 인가된 전압으로 가열되어 상기 링 도파로(201)에 열을 전달하는 히터인 것이 바람직하다.In this case, the
따라서, 상기 링 도파로(201)는 상기 도전체(211)로부터 전달된 전압에 의해 굴절률이 변하는 전기광학 폴리머로 형성하거나, 또는 상기 도전체(211)로부터 전달된 열에 의해 굴절률이 변하는 열광학 폴리머로 형성한다.Accordingly, the
도 7은 본 발명에 따른 단일 마이크로링 공진기의 개략적인 사시도로서, 직선형 버스 도파로(100)와 링 도파로(201)는 클래드층(400)으로 감싸여져 있고, 상기 링 도파로(201) 상부의 클래드층(400) 상부에는 도전체(211)가 형성되어 있다.7 is a schematic perspective view of a single microring resonator according to the present invention, in which a
여기서, 상기 도전체(211)는 상기 직선형 버스 도파로(100)에 인접된 링 도파로(201)의 일부 영역을 제외한 링 도파로(201) 상부에 해당되는 클래드층 상부에 형성되어 있다.Here, the
그리고, 상기 도전체(211)는 상기 직선형 버스 도파로(100)에 인접된 영역에는 전기적인 영향이 없도록 일부 영역이 제거된 환상(環狀)으로 형성되어 있다.The
도 8은 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 전파 특성도로서, 도 4와 같이, 4개의 링 도파로들(201,202,203,204)이 직선형 버스 도파로(100)에 결합되어 있는 경우, 직선형 버스 도파로(100)에 전달되는 광의 일부는 링 도파로들(201,202,203,204) 각각에 결합되어 공진된다.FIG. 8 is a propagation characteristic diagram of a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention. As shown in FIG. 4, when four
이 때, 상기 링 도파로들(201,202,203,204)의 링 반경을 각각 다르게 구성하면, 링의 반경이 작아짐에 따라 벤딩(Bending) 손실이 증가하여 Q값이 감소하게 된다.At this time, if the ring radiuses of the
그러므로, 도 4에 도시된 4개의 링 도파로들(201,202,203,204)은 링의 반경이 큰 '201','202','203','204'의 순서로 Q값이 작아진다.Therefore, the four
결국, 각각의 링 도파로들(201,202,203,204)에서 대역저지된 광(λ1)은 그 대역폭이 링의 반경이 큰 '201','202','203','204'의 순서로 커지게 된다.As a result, the
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 링 도파로 '201'은 'A', '202'는 'B', '203'은 'C'와 '204'는 'D'의 전달 특성을 나타낸다.That is, as shown in Figure 8, the ring waveguide '201' 'A', '202' 'B', '203' 'C' and '204' represents the transmission characteristics of 'D'.
따라서, 본 발명은 링 공진기의 반경을 변화시킴으로써, 각기 다른 Q값을 갖는 마이크로링 공진기를 구현할 수 있는 것이다.Therefore, the present invention can implement a microring resonator having different Q values by changing the radius of the ring resonator.
도 9a와 9b는 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 링 공진기에 전압을 인가했을 때의 전파 특성도로서, 먼저, 도 4에 도시된 4개의 링 도파로들(201,202,203,204)에서 링 도파로 '202','203','204' 상부에 있는 도전체들(212,213,214)에 전압을 인가하여 링 도파로 '202','203','204'의 굴절률을 변화시키면, 링 도파로 '202','203','204'에 의해 대역저지된 광의 중심파장은 'λ1'에서 'λ2'로 이동하게 된다.9A and 9B are propagation characteristics diagrams when voltage is applied to a ring resonator of a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention. First, the ring in the four
그리고, 링 도파로 '201' 상부에 있는 도전체(211)에는 전압을 인가하지 않으면, 링 도파로 '201'에 의해 대역저지된 광의 중심파장은 변하지 않게 된다.If the voltage is not applied to the
이 때, 전술된 바와 같이, 상기 링 도파로들(201,202,203,204)이 전기광학 폴리머로 형성되어 있으면, 상기 도전체들로부터 전달된 전압에 의해 상기 링 도파로들(201,202,203,204)의 굴절률이 변하여 대역저지된 광의 중심파장이 이동된다.In this case, as described above, when the
그리고, 상기 링 도파로들(201,202,203,204)이 열광학 폴리머로 형성되어 있고, 상기 도전체들이 히터의 기능을 수행하면, 상기 도전체들로부터 전달된 전압에 의해 상기 링 도파로들(201,202,203,204)의 굴절률이 변하여 대역저지된 광의 중심파장이 이동된다.When the
그러므로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 링 도파로 '202','203','204'는 중심파장이 'λ2'가 되어, 마이크로 공진기형 필터에서는 전체 출력 특성이 링 도파로 '201'에 의해 결정된다.Therefore, as shown in FIG. 9A, the ring waveguides '202', '203', and '204' have a center wavelength of 'λ2', and in the microresonator filter, the overall output characteristics are determined by the ring waveguide '201'. do.
이와 같이, 본 발명의 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터는 특정 공진기의 도전체를 제외하고, 나머지 도전체에 전압을 인가하여 광의 중심 파장을 이동시킴으로써, 전압이 안가되지 않은 특정 공진기에서 전체 소자의 전달 특성을 결정할 수 있는 것이다.As described above, the microring resonator type filter having the variable bandwidth of the present invention applies the voltage to the remaining conductors, except for the conductors of the specific resonator, and shifts the center wavelength of the light so that the entire element in the specific resonator is not energized. It is possible to determine the propagation characteristics of.
한편, 링 도파로 상부의 도전체에 인가되는 전압을 더욱 증가시키면, 링 도 파로 내에서 전파되는 모드가 차단되는 모드 컷오프(Mode Cut-off) 현상이 유발된다.On the other hand, if the voltage applied to the conductor above the ring waveguide is further increased, a mode cut-off phenomenon in which a mode propagated in the ring waveguide is blocked is caused.
그러므로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 도 4의 링 도파로 '202','203','204' 상부에 있는 도전체(212,213,214)에 모드 컷오프 전압을 인가하면, 링 도파로 '202','203','204'에서는 대역저지된 광이 존재하지 않고, 링 도파로 '201'에서만 대역저지된 광이 존재하게 된다.Therefore, as shown in FIG. 9B, when the mode cutoff voltage is applied to the
따라서, 본 발명은 모드 컷오프(Mode Cut-off) 전압을 이용하여, 이 모드 컷오프 전압이 인가된 링 도파로들의 모드 전파를 차단함으로써, 전체 소자의 전달특성이 모드 컷오프 전압이 인가되지 않은 특정 공진기에 의해서 결정할 수 있으므로, Q값을 조절할 수 있는 것이다.Accordingly, the present invention uses a mode cut-off voltage to block mode propagation of the ring waveguides to which the mode cut-off voltage is applied, so that the transfer characteristic of the entire device is applied to a specific resonator to which the mode cut-off voltage is not applied. Since it can be determined by the, the Q value can be adjusted.
도 10a 내지 10f는 본 발명에 따른 가변 대역폭을 갖는 마이크로링 공진기형 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도로서, 먼저, 기판(500) 상부에 하부 클래드층(401)을 형성한다.(도 10a)10A to 10F are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a microring resonator filter having a variable bandwidth according to the present invention. First, a lower
여기서, 상기 기판(500)은 실리콘 기판 또는 유리 기판을 사용하는 것이 바람직하다.Here, the
그리고, 상기 하부 클래드층(401)은 폴리머를 스핀코팅하여 형성한다.The lower
그 후, 상기 하부 클래드층(401) 상부에 코어층(402)을 형성한다.(도 10b)Thereafter, a
연이어, 상기 코어층(402) 상부에 포토레지스트층(450)을 형성하고, 상기 포토레지스트층(450)을 마스크(480)를 통하여 노광시킨 후, 상기 노광되지 않은 포토레지스트층(450)을 식각하고, 그 다음, 식각되지 않은 포토레지스트층(450)을 마스 크로 상기 코어층(402)을 식각한다.(도 10c와 10d)Subsequently, a
즉, 이 공정은 상기 하부 클래드층(401) 상부에 상기 코어층(402)을 패터닝하여 직선형 버스 도파로(402a)와; 상기 직선형 버스 도파로(402a)와 이격되어 있는 복수개의 링 도파로들(402b)을 형성한다.In other words, the process comprises patterning the
한편, 이 공정은 전술된 바와 같이, 리소그래피 공정으로 도파로 패턴을 형성하거나, 임프린트(Imprint) 방법으로 형성한다.On the other hand, as described above, the waveguide pattern is formed by a lithography process, or is formed by an imprint method.
그리고, 상기 코어층은 전기광학 폴리머 또는 열광학 폴리머로 형성한다.The core layer is formed of an electro-optic polymer or a thermo-optic polymer.
그 다음, 상기 직선형 버스 도파로(402a)와 링 도파로들(402b)을 감싸며, 상기 하부 클래드층(401) 상부에 상부 클래드층(403)을 형성한다.(도 10e)Next, the
마지막으로, 상기 링 도파로들(402b) 각각의 상부에 해당되는 상부 클래드층(403) 상부에 도전체들(600)을 형성한다.(도 10f)Finally,
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 링 공진기의 반경을 변화시킴으로써, 각기 다른 Q값을 갖는 마이크로링 공진기를 구현할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of implementing a microring resonator having different Q values by changing the radius of the ring resonator.
또한, 본 발명은 특정 공진기의 도전체를 제외하고, 나머지 도전체에 전압을 인가함으로써, 전체 소자의 전달 특성이 전압이 안가되지 않은 특정 공진기에서만 결정되도록 제어할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect that, by applying a voltage to the remaining conductors, except for the conductors of the specific resonator, it is possible to control so that the transfer characteristics of the entire device is determined only in the specific resonator is not the voltage.
더불어, 본 발명은 모드 컷오프(Mode Cut-off) 전압을 이용하여 전체 소자의 전달특성이 복수개의 공진기 중 특정한 공진기에서만 나타나도록 하여 Q값을 조절 할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has an effect of controlling the Q value by using a mode cut-off voltage so that the transfer characteristic of the entire device appears only in a specific resonator among the plurality of resonators.
게다가, 본 발명은 전압에 의해 Q값의 조절이 가능함으로, 다양한 기능을 갖는 광 SoC 구현에 핵심적인 빌딩 블럭(Building block)으로 사용할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can control the Q value by the voltage, there is an effect that can be used as a building block (building block) that is essential for the implementation of optical SoC having a variety of functions.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the invention has been described in detail only with respect to specific examples, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the spirit of the invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.
Claims (10)
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