실리콘 포토닉스

실리콘 도파로(굴절률 약 3.5)를 산화막(SiO2, 굴절률 약 1.45)으로 둘러싼 구조의 특징으로 올바른 것은?

  1. A굴절률 차이가 크기 때문에 빛이 밖으로 새기 쉽고, 광섬유보다 큰 반경으로만 도파로를 구부릴 수 있어 집적에 적합하지 않다
  2. B굴절률 차이가 커서 빛을 강하게 가두므로, 수 µm의 작은 반경으로 구부릴 수 있어 소자를 고밀도로 배치할 수 있다
  3. C굴절률 차이가 클수록 측벽 요철의 영향을 덜 받아, 전파 손실이 광섬유와 비슷한 수준으로 작아진다
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정답: B. 굴절률 차이가 커서 빛을 강하게 가두므로, 수 µm의 작은 반경으로 구부릴 수 있어 소자를 고밀도로 배치할 수 있다

빛은 굴절률이 높은 심(코어)과 낮은 주위(클래딩)의 경계에서 전반사되어 갇히며, 굴절률 차이가 클수록 강하게 갇힙니다. 실리콘과 산화막의 차이는 약 2로, 광섬유의 코어와 클래딩의 차이(1% 미만)보다 자릿수가 다를 만큼 크기 때문에, 단면이 약 0.5 µm × 0.22 µm인 가는 도파로를 만들 수 있고 굽힘 반경도 수 µm까지 작게 할 수 있습니다. 한편 굴절률 차이가 클수록 측벽의 요철에 의해 빛이 산란되기 쉬워, 전파 손실은 조건에 따라 다르지만 대표적인 스트립 도파로에서 1~3 dB/cm 정도(리브 도파로나 저손실 공정에서는 그 이하)로 광섬유(약 0.2 dB/km)보다 훨씬 커집니다.

실리콘 도파로의 단면(스트립과 리브) SiO₂(굴절률 약 1.45) Si(굴절률 약 3.5) 빛의 분포 SiO₂ 클래드 매립 산화막(BOX) Si 기판 폭 약 500 nm 두께 220 nm SiO₂ 클래드 매립 산화막(BOX) Si 기판 폭 약 500 nm 슬래브 스트립 도파로 리브 도파로 가둠이 강해 급격히 구부릴 수 있음 슬래브를 통해 전극과 연결
실리콘 도파로의 단면(스트립과 리브) · 도해에서 보기
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