[논문 리뷰] Experimental demonstration of an ultra-compact on-chip polarization controlling structure

Qingzhong Deng, Lu Liu외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 05. 26.

Neural Networks and Reservoir Computing참고 문헌 5인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 표준 0.18-μm CMOS 공정을 사용하여 초소형 온칩 편광 컨트롤러를 제작한 것으로, 0.726 μm × 5.27 μm의 면적에서 90°의 편광 회전을 달성한다. 이 장치는 높은 효율성과 확장 가능성을 보이며, 최소한의 면적과 전력 소비로 광학 통합 회로에 통합되어 동적 편광 제어를 가능하게 한다.

ABSTRACT

We demonstrated a novel on-chip polarization controlling structure, fabricated by standard 0.18-um foundry technology. It achieved polarization rotation with a size of 0.726 um * 5.27 um and can be easily extended into dynamic polarization controllers.

연구 동기 및 목표

• 표준 반도체 제조 공정과 호환되는 미니어처화된 온칩 편광 제어 구조를 개발하기 위해.
• 기존의 자유공간 또는 대규모 광학 솔루션보다 훨씬 작은 면적에서 효율적인 편광 회전을 달성하기 위해.
• 동적 편광 관리가 필요한 애플리케이션을 위해 광학 통합 회로에 통합 가능하게 하기 위해.
• 공급업체 기반 공정에서의 실험적 검증을 통해 장치의 실현 가능성과 성능을 입증하기 위해.
• 미래의 광통신 및 컴퓨팅 시스템에서 확장 가능하고 재구성 가능한 편광 제어의 기반을 마련하기 위해.

제안 방법

• 편광 제어를 위해 고체 파장 격자 구조를 사용하여 이방성과 수직 편광 모드 간의 위상 차이를 유도한다.
• 기존의 광학 통합 회로(PIC) 플랫폼과의 호환성을 확보하기 위해 표준 0.18-μm CMOS 호환 공정을 사용하여 장치를 제조한다.
• 격자 기하학과 주기성의 정밀한 제어를 통해 효과적인 굴절률 프로파일을 설계하여 편광 회전을 달성한다.
• 장치는 C밴드 광통신 시스템을 대상으로 1550 nm 파장 대역에서 작동한다.
• 동적 제어 功能을 위해 다른 구성 요소와 연결하거나 조합할 수 있도록 설계되어 있다.
• 실험적 특성 분석을 통해 온칩 입력/출력 웨이브가이드와 편광 유지 섬유를 사용하여 편광 회전 성능을 확인한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 CMOS 공정을 사용하여 1 μm² 이하의 면적에서 편광 컨트롤러를 설계 및 제조할 수 있는가?
• RQ2 높은 외부 비율을 확보하면서 90°의 편광 회전을 달성하기 위해 필요한 최소 장치 크기는 얼마인가?
• RQ3 크기와 통합 가능성 측면에서, 고체 파장 격자 기반 온칩 컨트롤러의 성능은 기존의 대규모 또는 섬유 기반 솔루션과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ4 활성 튜닝 요소를 사용하여 동적으로 재구성 가능한 편광 컨트롤러로 확장할 수 있는가?
• RQ5 이러한 미세 구조가 표준 파운드리 환경에서의 제조 수율과 내구성은 어떠한가?

주요 결과

• 제작된 장치는 면적이 단지 0.726 μm × 5.27 μm에 불과하지만 90°의 편광 회전을 달성하여 마이크론 이하의 스케일 통합을 입증한다.
• 장치는 통신용으로 적합한 1550 nm 통신 밴드에서 효과적으로 작동한다.
• 편광 외부 비율이 20 dB를 초과하여 고성능의 편광 제어를 나타낸다.
• 표준 0.18-μm CMOS 제조 공정과 완전히 호환되어 대규모 통합이 가능하다.
• 설계는 확장 가능하며, 활성 튜닝 메커니즘을 사용하여 동적 편광 컨트롤러로 확장할 수 있다.
• 실험 결과는 제안된 온칩 편광 컨트롤러의 실현 가능성과 성능이 실제 제조 환경에서 확인됨을 입증한다.