실리콘 광 도파로의 회절격자 결합기 구조에 따른 결합 효율과 삽입 손실 측정

초록

본 연구에서는 단일 모드 광섬유나 반도체 레이저 광원의 빛을 실리콘 광 도파로로 입력 또는 출력해 주기 위한 회절 격자 결합기(Grating coupler; GC)의 모양으로 선형 브레그 격자(linear Bragg grating) 구조와 곡선 집속형 격자(curved focusing grating) 구조의 격자 주기 및 충전율(fill factor) 등의 파라미터에 따른 결합 효율 (Coupling efficiency; CE)을 시뮬레이션 한 결과와 이에 따라 실험적으로 구현한 결과를 비교 분석하였다. 특히 빔의 방사각이 15도이고 가우시안 형태의 반도체 레이저 광원빔을 실리콘 광 도파로에 격자 결합기를 통해 20 ?m 거리에서 10도 각도로 기울어진 각도로 커플링하는 경우에 격자 주기가 일정한 경우와 점진적으로 변하는 경우의 격자 결합기에 대해 시뮬레이션한 결과를 비교하였다 [그림 1]. 격자의 충전율이 0.5이고 균일한 격자 주기의 곡선 집속형 격자인 경우에 최대 결합 효율로 -3.3 dB가 가능하나, 결합 효율의 최대 커플링 효율의 파장 영역 특성이 선형 격자인 경우에는 균일한 격자와 비균일한 격자의 경우에 차이가 남을 확인할 수 있었다. 실험에 사용한 소자에는 TE모드와 TM모드 선형 격자 결합기(Linear Grating Coupler)와 집속형 격자 결합기(Focusing grating Coupler)가 각각 다른 길이의 실리콘 광 도파로의 양단에 형성되었으며, 1310 nm 파장대 초발광 다이오드(superluminescent LED, SLD) 광원과 광학 스펙트럼 분석기(Optical Spectral Amplifier; OSA)를 이용하여 결합 효율과 삽입 손실을 측정하였다. 단일모드 광섬유를 통한 격자 결합기와의 결합 효율은 -3.2 dB를 얻은 결과를 발표한다.