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실리콘 포토닉스

실리콘 도파로와 광변조기, 링 공진기, Ge 광검출기 등의 광소자와 통신 파장 대역의 기초, WDM과 CPO를 이용한 데이터센터 광 인터커넥트, 제조와 평가의 핵심을 객관식 문제로 학습합니다.

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실리콘 포토닉스: 핵심 정리

실리콘 포토닉스는 CMOS와 같은 실리콘 제조 기술을 사용하여 빛을 전달하는 도파로와 변조기, 광검출기 등을 하나의 칩에 집적하는 기술입니다. 실리콘은 통신에 사용하는 1.31~1.55 µm 대역의 빛을 거의 흡수하지 않고, 주위 산화막과의 굴절률 차이가 크기 때문에 빛을 작은 회로에 강하게 가둘 수 있습니다.

AI 학습 등으로 데이터센터의 통신량이 급증하면서, 전기 배선에서는 고속화에 따라 손실과 소비 전력이 계속 늘고 있습니다. 광 트랜시버나 스위치 IC 바로 근처에 광부품을 실장하는 CPO 등의 광 인터커넥트는 이러한 과제를 해결하는 핵심 기술로 주목받고 있습니다.

실리콘 포토닉스 전체 문제 (50)
  1. 장거리 광섬유 통신에서 파장 1.55 µm 부근(C밴드)이 널리 사용되는 주된 이유는?
  2. 데이터센터 내의 비교적 짧은 거리의 광 연결에서 파장 1.31 µm 부근(O밴드)이 자주 사용되는 이유로 올바른 것은?
  3. 파장 1.55 µm인 빛의 광자 에너지와 실리콘 도파로 속에서의 거동의 조합으로 올바른 것은? (E [eV] ≈ 1.24 / λ [µm])
  4. 실리콘 도파로(굴절률 약 3.5)를 산화막(SiO2, 굴절률 약 1.45)으로 둘러싼 구조의 특징으로 올바른 것은?
  5. 굴절률 3.48인 실리콘에서 굴절률 1.45인 산화막으로 빛이 진행할 때, 전반사가 일어나는 임계각(경계면의 법선으로부터 잰 각도)에 가장 가까운 것은?
  6. 전파 손실이 2 dB/cm인 실리콘 도파로를 빛이 5 mm 진행했을 때, 출구에 남는 빛의 파워 비율에 가장 가까운 것은?
  7. 출력 +3 dBm의 레이저광이 합계 10 dB의 손실(광섬유와의 결합, 도파로, 변조기 등)을 거쳐 광검출기에 도달했다. 수신 광 파워에 가장 가까운 것은?
  8. 실리콘 포토닉스에서 사용되는 SOI 웨이퍼의 매립 산화막(BOX층)의 주된 역할은?
  9. 양쪽에 얇은 실리콘 판(슬래브)을 남기고 얕게 식각한 리브 도파로가 실리콘 광변조기에 자주 사용되는 주된 이유는?
  10. 광섬유와 실리콘 광회로를 연결하는 그레이팅 커플러의 장점으로 올바른 것은?
  11. 칩 단면에서 광섬유와 결합하는 엣지 커플러의, 그레이팅 커플러와 비교한 특징으로 올바른 것은?
  12. 엣지 커플러에서 칩 끝을 향해 실리콘 도파로의 폭을 점점 가늘게 하는 역테이퍼 구조가 사용되는 이유는?
  13. 표준 단일 모드 광섬유에서 오는 빛을 실리콘 광회로에서 받을 때, 편광이 문제가 되는 이유로 올바른 것은?
  14. 마하-젠더 변조기가 빛의 위상 변화를 빛의 세기 변화로 바꾸는 원리로 올바른 것은?
  15. 실리콘 광변조기에서 전기 신호로 굴절률을 바꾸는 방법으로 캐리어 분산 효과(플라즈마 분산 효과)가 사용되는 이유는?
  16. 고속 실리콘 변조기에서 위상 시프터의 pn 접합에 역바이어스를 걸어 공핍층의 폭을 바꾸는 방식(공핍형)이 많이 사용되는 이유는?
  17. 마하-젠더 변조기의 성능을 나타내는 VπL(브이파이엘)의 설명으로 올바른 것은?
  18. 실리콘 링 공진기가 특정 파장의 빛에만 강하게 반응하는 이유로 올바른 것은?
  19. 링 공진기를 사용한 광회로에서 링 근처에 히터를 두어 온도를 제어하는 경우가 많은 이유는?
  20. 링 공진기의 둘레를 짧게 했을 때의 변화로 올바른 것은?
  21. 실리콘 포토닉스에서 실리콘 도파로와 함께 질화실리콘(SiN) 도파로를 조합하는 경우가 있다. SiN 도파로의 특징으로 올바른 것은?
  22. 실리콘 광회로에서 통신 파장의 광검출기에 게르마늄(Ge)이 널리 사용되는 이유로 올바른 것은?
  23. 실리콘 위에 성장시킨 게르마늄 광검출기에서 암전류가 커지기 쉬운 주된 원인은?
  24. 파장 1.55 µm에서 양자 효율 80%인 포토다이오드의 수광 감도(1 W의 빛당 흐르는 전류)에 가장 가까운 것은? (R [A/W] ≈ 양자 효율 × λ [µm] / 1.24)
  25. 광 수신기에서 포토다이오드 바로 뒤에 놓이는 트랜스임피던스 증폭기(TIA)의 역할은?
  26. 실리콘 광회로에 레이저를 집어넣는 방법 중 이종 집적(헤테로지니어스 집적)의 설명으로 올바른 것은?
  27. 실리콘 광회로에 레이저와 함께 광 아이솔레이터를 집적하기 어려운 이유로 올바른 것은?
  28. 파장 분할 다중화(WDM)의 설명으로 올바른 것은?
  29. 데이터센터용 광 트랜시버의 CWDM(저밀도 파장 분할 다중화)에서는, 예를 들어 1271, 1291, 1311, 1331 nm처럼 20 nm 간격으로 파장을 배치한다. 간격을 넓게 잡는 주된 이유는?
  30. C밴드(파장 1.55 µm 부근)의 파장 분할 다중화에서 주파수 간격 100 GHz는 파장 간격으로 환산하면 약 얼마인가? (Δλ ≈ λ² × Δf / c, c = 3×10⁸ m/s)
  31. 광 트랜시버에서 4가닥의 광섬유에 1파장씩 신호를 보내는 병렬 방식과, 4개의 파장을 한 가닥의 광섬유로 묶는 CWDM 방식의 비교로 올바른 것은?
  32. 광 송신 신호의 품질을 나타내는 소광비의 설명으로 올바른 것은?
  33. 랙을 넘나드는 수 m 이상의 고속 연결에서, 구리 케이블이나 기판 배선보다 광섬유가 유리해지는 주된 이유는?
  34. 스위치의 전면 패널에 꽂아 사용하는 플러거블 광 트랜시버의 장점으로 올바른 것은?
  35. 광 송수신 부품을 스위치 IC와 같은 패키지에 실장하는 CPO(Co-Packaged Optics)의 과제로 올바른 것은?
  36. CPO에서는 레이저 광원을 스위치 IC 패키지 밖에 두고 광섬유로 빛만 공급하는 외부 레이저 광원이 자주 검토된다. 그 주된 이유는?
  37. 광 트랜시버의 '리니어 드라이브'(리니어 플러거블 광학, LPO 등으로 불림)의 개념으로 올바른 것은?
  38. DSP를 생략한 리니어 드라이브 광 트랜시버의 과제로 올바른 것은?
  39. 데이터센터 내 광 연결에서 널리 사용되는 강도 변조·직접 검파(IM-DD) 방식에서 PAM4를 사용할 때, 4가지 값으로 바꾸고 있는 것은?
  40. PAM4로 1파장당 약 106 Gb/s(오류 정정 부호 등을 포함)의 신호를 보낼 때의 심볼 레이트(1초당 심볼 수)에 가장 가까운 것은?
  41. 데이터센터 간을 잇는 수십 km 이상의 연결 등에 사용되는 코히어런트 방식의, IM-DD 방식과 비교한 특징으로 올바른 것은?
  42. 800 Gb/s 광 트랜시버의 소비 전력이 16 W일 때, 1비트당 에너지는 얼마인가?
  43. 총 51.2 Tb/s의 대역을 가진 스위치에서 모든 광 연결을 1비트당 5 pJ로 수행할 때, 광 연결의 소비 전력에 가장 가까운 것은?
  44. 파장 850 nm 부근의 VCSEL과 다중 모드 광섬유를 조합한 광 연결의 특징으로 올바른 것은?
  45. 단일 모드 광섬유를 실리콘 광 칩에 고정할 때, 레이저광을 실제로 통과시켜 출력을 측정하면서 위치를 맞추는 액티브 얼라인먼트가 자주 사용되는 이유는?
  46. 실리콘 포토닉스가 반도체 공장에서의 양산에 적합하다고 하는 주된 이유는?
  47. 실리콘 도파로의 전파 손실(dB/cm)의 주된 원인 중 하나로 꼽히는 것은?
  48. 실리콘 도파로의 전파 손실을 측정하는 컷백법의 설명으로 올바른 것은?
  49. 광부품과 스위치 IC 등을 하나의 패키지에 넣는 CPO에서, 조립 전에 웨이퍼 상태로 광학 특성을 검사하는 것이 특히 중요해지는 이유는?
  50. 광소자를 만든 칩(PIC)과 드라이버나 TIA 등 전자 회로 칩(EIC)을 따로 만들어 적층하여 연결하는 구성이 사용되는 이유로 올바른 것은?

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