나노 실리콘 도파로의 색분산 및 마이크로링 필터 특성에 관한 연구

Title
나노 실리콘 도파로의 색분산 및 마이크로링 필터 특성에 관한 연구
Authors
김동욱
Keywords
나노실리콘도파로의색분산및마이크로링필터특성에관한연구
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
본 연구에서 실리콘 광자결정 도파로 (photonic crystals waveguides; PhCWs)의 광 투과 특성과 색분산 특성을 측정하였다. 특히 넓은 파장 영역의 광신호를 가진 백색광 간섭계 방식을 이용하여 이 파장 영역에서 광자결정 도파로의 색분산 계수의 파장에 따른 변화 스펙트럼을 직접적으로 측정하였다. 이 방법은 전체 실리콘 광자결정 도파로 소자의 색분산 스펙트럼 뿐만 아니라 광자결정 도파로의 선형결함 (line-defect; LDt) 영역에 해당하는 부분에 대한 색분산 값도 알아 낼 수 있다. 220 μm 두께의 실리콘 층을 갖는 silicon-on-insulrator (SOI) wafer 위에 제작된 광자결정은 460 nm의 격자 주기와 165 nm의 홀 반경을 갖고 있으며 500 nm 폭의 단일 LDt을 갖고 있다. 이 샘플의 색분산은 1530~1570 nm 파장 영역에서 38~22 ns/(nm∙km)로 측정되었다. 이 방법은 나노 포토닉 도파로 소자의 색분산을 정확하게 정의하는데 아주 유용할 것이다. 그리고 우리는 다양한 링 직경의 단일 및 다중 링을 갖는 실리콘 마이크로 링 도파로 (SMRWs)의 광 필터링 특성을 측정하였다. 아울러 실리콘 마이크로 링 도파로를 지나는 광신호의 전송 시간이 링 직경의 크기에 따른 변화하는 현상을 측정하여 빠른 빛 (fast light) 효과가 측정이 됨을 확인해 보았다.
Description
1. 서론 1 2. 양자광원 생성을 위한 실리콘 광도파로 연구 3 2.1. 사광자 혼합 (Four Wave Mixing) 3 2.2. 색분산(Chromatic Dispersion) 6 2.3. Lithography 8 3. 나노 실리콘 도파로의 색분산 측정 10 3.1. 배경이론 10 3.1.1. 간섭계 11 3.1.2. 색분산 계산 13 3.2. 샘플제작 17 3.3. 실험구도 18 3.4. 실험결과 및 분석 19 3.4.1. Plain Si stripe waveguide의 색분산 측정 19 3.4.1. Single-line defect Photonic crystal waveguide의 색분산 측정 22 4. 실리콘 마이크로 링의 필터 특성 측정 25 4.1. 배경이론 25 4.1.1. 링 공진기 25 4.1.2. Free spectral range 26 4.1.3. Finesse 27 4.2. 샘플제작 및 실험방법 28 4.3. 실험결과 및 분석 29 4.1.3. 원형 9채널 WDM 마이크로 링 필터 29 4.1.3. Racetrack형 9채널 WDM 마이크로 링 필터 32 4.1.3. All pass filters 36 5. 결론 39 참고문헌 40 [별첨 1] 2010년 나노 코리아 초록 43 그림목차 그림 1. 사광자 혼합에서의 파장 변환 모식도 4 그림 2. 사광자 혼합에서의 위상 정합 조건 4 그림 3. Lithography를 이용한 패턴형성의 순서도 9 그림 4. 광섬유형 마하 젠더 간섭계의 구조 12 그림 5. 도파로 내에서의 파수 k와 전파 상수 β 13 그림 6. 격자 결합기의 SEM 이미지 17 그림 7. 색분산 측정에 사용된 마하 젠더 간섭계의 구도 18 그림 8. 측정된 두 PSSW의 백색광 간섭무늬 19 그림 9. 빠른 푸리에 변환과 힐버트 변환을 이용해 정규화 된 간섭무늬 20 그림 10. 정규화 된 간섭무늬로부터 얻어진 위상차 곡선 20 그림 11. 220x500 nm 나노 실리콘 도파로의 색분산 곡선 21 그림 12. Single-line defect hexagonal Photonic crystals waveguide 23 (a) Si 도파로와의 연결부분의 SEM 이미지 23 (b) 전체 소자의 모식도 23 그림 13. W1 PhCWs의 도파손실 23 그림 14. 측정된 W1 PhCWs의 색분산 곡선 24 그림 15. 링 공진기의 모식도 25 그림 16. 실리콘 마이크로 링 필터 특성 측정을 위한 실험 구도 29 그림 17. 원형 9채널 WDM 마이크로 링 필터 30 (a) 모식도 30 (b) SEM 이미지 30 그림 18. 측정된 원형 9채널 WDM 마이크로 링 필터의 출력 스펙트럼 31 그림 19.Racetrack형 9채널 WDM 마이크로 링 필터 33 (a) 모식도 33 (b) SEM 이미지 33 그림 20. 측정된 원형 9채널 WDM 마이크로 링 필터의 출력 스펙트럼 34 그림 21. All pass filters 37 (a) 모식도 37 (b) SEM 이미지 37 그림 22. APFs의 출력 특성 37 그림 23. 빠른 빛 효과 측정을 위한 실험 구도 38 그림 24. APFs에서 측정된 공진파장에서의 펄스 빨라짐 효과 39 표목차 표 1. Optical projection lithography에 사용되는 파장 종류 9 표 2. 각 채널별 racetrack 둘레와 채널간 둘레 변화 34 표 3. 단일 racetrack을 갖는 WDM 필터의 채널 파라메터 35
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22497
Appears in Collections:
College of Natural Science(자연과학대학) > Physics (물리학) > Theses(물리학 석박사 학위논문)
Files in This Item:
23512.pdfDownload

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Browse