그림 1. 삼중 결합 링 공진기의 (a) 개략도 및 (b)현미경 사진
삼중 결합 링-공진기의 제작 및 특성 분석
Fabrication and Characterization of Triple-Coupler Ring
Resonator
이영식, 이호, 이승현, 김건우, 정영철 광운대학교 전자통신공학과
작은 크기와 다양한 광 신호를 처리 할 수 있는 장점을 지닌 마이크로 링 공진기(MRR : Micro Ring Resonator)는 가감 다중화기(Add/Drop Multiplexer), 광변조기, 광 논리게이트, 광 메모리 등 다양한 광 집적 회로의 기본 소자로써 연구에 응용되어 왔다(1). 한편 FSR(Free Spectral Range)을 배가시키기 위 한 구조로서 삼중결합 링 공진기가 제안된 바 있다(2). 본 논문에서는 삼중결합 링 공진기를 설계 및 제 작한 후, 그 특성을 분석하였다. 그림 1(a)는 이론적인 삼중 결합 링 공진기의 개략도를 나타내고 있고, 그림과 같이 반경이 ‘R’인 하나 의 마이크로 링 공진기와 두 개의 도파로와 세 개의 결합기로 구성되어 있다. 첫 번째 도파로는 과 의 결합비로 링과 결합되어 있고, 두 번째 도파로는 의 결합 비율로 링과 결합되어 있다. 링 상부에 위치한 첫 번째 도파로는 휨 정도가 링 공진기의 곡선 반경과 일치하는 반경을 가지고 있다. li(i=1,2,3,4)는 결합기 사이의 거리를 나타낸다. 삼중 결합 링 공진기 내에는 두 개의 폐쇄 루프가 존재 하는데, 첫 번째 루프는 전체 길이가 L1 = l1+l3+l4인 링 공진기 그 자체이고, 두 번째는 링의 하부 (l3+l4)를 공유함으로써 길이가 L2 = l2+l3+l4인 루프를 형성하게 된다. 여기서 l2는 l1의 두 배가 되어야 한다. 따라서 입력 포트를 통해 입사 된 광파는 결합비가 인 결합기를 통해 링의 일부(l1)와 링 상부 의 도파로(l2)로 나뉘어 진행하고, 결합비가 인 결합기를 거쳐 Through 포트로 출력된다. 이 때 결합 386
그림 2. 삼중 결합 링 공진기의 (a) Through 포트 스펙트럼 및 (b) Drop 포트 스펙트럼 기 에서 결합되지 않은 광파의 일부는 결합비가 인 결합기를 거쳐 입력 포트 하단에 위치한 Drop 포트를 통해 출력되어 진다. 여기서 결합기 을 지나 결합기 로 진행하는 광파는 길이가 서로 다른 두 개의 도파로를 통과하게 되는데, 이 때 길이가 l2인 도파로를 지나는 광파의 위상이 지연되어 버니어 효과가 발생하게 된다. 이로 인해 두 번의 결합을 가지는 링 공진기와 비교해 보면 FSR이 두 배가 된 다.(2) 그림 2에서는 그림 1(b)과 같이 제작된 삼중 결합 링 공진기의 Through 와 Drop 포트 특성을 나타내 고 있다. 그림 2(a)는 삼중 결합 링 공진기의 Through 포트 스펙트럼을 나타낸 것으로 FSR은 약 3.8㎚ 로 측정되었다. 이는 반경이 124㎛인 링 공진기와 두 번의 결합을 이루는 단일 링 가감필터의 Through 포트에서의 FSR보다 약 두 배가 되는 것을 확인하였다. 그림 2(b)는 삼중 결합 링 공진기의 Drop 포트 스펙트럼을 나타낸 것으로 Through 포트 스펙트럼과 동일한 FSR을 갖지만, Drop Peak의 사이에서 약 한 파워를 가진 Peak들이 발생을 하고 있는데, 이는 l2는 l1의 두 배가 되어야 하는 조건을 마스크 설계
상의 오차로 인해 충족시키지 못했기에 발생되는 것으로 추정된다.
[ 감사의 글 ] 이 논문은 2008년 정부(교육과학기술부)의 재원으로 한국학술진흥재단의 지원을 받아 수 행된 연구임 (KRF-2008-313-D00701)
참고문헌
1. Payam Rabiei, William H. Steier, "Tunable Polymer Double Micro-Ring Filters", IEEE Photonics Rechnology Letters, Vol. 15, NO. 9, 1255-1257 (2003).
2. G. Barbarossa, A. Matteo, Mario N. Armenise, "Theoretical Analysis of Triple-Coupler Ring-Based Optical Guided-Wave Resonator", IEEE Journal of Lightwave Technology, Vol. 13, NO. 2, 148-157 (1995).
