광결정선 결함 도파관에서 무작위성을 이용한 EO 변조기(EO 변조기)

실리콘을 재료로 하여 그 안에 빛을 전파시켜 광신호를 처리하고자 하는 연구 분야를 실리콘 포토닉스(Silicon Photonics)라고 합니다. 광섬유 등에 사용되는 유리에 비해 실리콘의 굴절률이 높기 때문에 더 작은 공간에 빛을 가둘 수 있어 소자를 소형화하거나 저에너지로 구동할 수 있습니다. 포토닉 결정은 실리콘 포토닉스에 속하는 소자 중 하나로, 특수한 주기적 구조를 가진 구조로 인해 실리콘 소재 본연의 특성보다 더 강한 빛 가두기를 실현합니다. 광결정을 이용한 것으로 도파관, 스위치, 검출기, 발진기 등 다양한 소자가 실현되고 있습니다.

광결정으로 소형화가 가능해진 반면, 제작 오차의 영향을 받기 쉽다는 문제점이 있습니다. 제작 오차의 절대량은 제작 공정에 따라 달라지기 때문에, 제작하고자 하는 소자가 작을수록 오차의 영향이 커진다. 또한, 최근 포토닉 결정의 제작 공정에서 기존의 EB 리소그래피가 아닌 대량 생산이 가능하지만 제작 정밀도가 떨어지는 포토리소그래피를 이용하게 됨에 따라 제작 오차 처리에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

따라서 본 연구에서는 광결정에서 제작 오차의 영향을 구조적으로 제어하여 높은 수율로 이용할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이용 대상으로는 EO 변조기를 제시하였으며, GHz에서 동작하는 것을 확인하였습니다.

우리가 선택한 구조는 그림 1(a)에 나타낸 광결정선 결함 도파관이라고 불리는 구조이다. 중앙의 구멍이 뚫리지 않은 부분을 통해 빛이 전파된다. 제작 오차의 영향을 제어하기 위해 도파관 폭을 부분적으로 좁힌 점[W0.98: Fig. 1(a)의 파란색 부분]이 우리 구조의 특징입니다. Fig. 1(b),(c)는 이 구조의 컷오프 주파수에 대해 제작 오차가 없는 경우와 있는 경우를 보여줍니다. 빨간색 파선과 화살표로 표시된 주파수의 빛을 이 구조에 입사시켰을 때, 제작 오차가 일정량 있는 경우에만 빛이 갇히는 현상이 발생한다[Fig. 1(c)]. 또한, 여기서 강조하고 싶은 점은 도파관 폭을 변화시켰기 때문에 W0.98의 부분에서만 빛이 갇히는 현상이 발생한다는 것이다. 제작 오차라는 무작위성에 기인한 현상이지만, 구조에 따라 그 무작위성이 발현되는 부분을 제어할 수 있다.