초록 ▼

□연구개요
Silicon photonics chip 탑재된 laser의 linewidth는 현재 0.1-1MHz 수준으로 매우 넓다. 하지만 이를 줄이기 위한 연구들은 현재 매우 초기단계 인데, 이는 공정상의 한계로 인해 silicon photonics chip에 탑재 시킬 수 있는 laser의 형태가 매우 제한적이기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 한계를 뛰어넘고자 위해 세계 최초로 Stimulated Brillouin Scattering (SBS) 현상에 기반 한 1550nm 대역의 narrow linewidth (수 kH

□연구개요
Silicon photonics chip 탑재된 laser의 linewidth는 현재 0.1-1MHz 수준으로 매우 넓다. 하지만 이를 줄이기 위한 연구들은 현재 매우 초기단계 인데, 이는 공정상의 한계로 인해 silicon photonics chip에 탑재 시킬 수 있는 laser의 형태가 매우 제한적이기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 한계를 뛰어넘고자 위해 세계 최초로 Stimulated Brillouin Scattering (SBS) 현상에 기반 한 1550nm 대역의 narrow linewidth (수 kHz) laser(이하 Brillouin laser)를 silicon photonics chip 위에 integration 한다. 본 연구의 결과로 Silicon photonics chip 위에 수 kHz 정도의 linewidth를 가지는 laser의 integration이 가능 해 진다.

□연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표는 silicon photonics chip에 narrow linewidth의 laser를 집적 하는 것이다. 조금 더 구체적으로는, Stimulated Brillouin Scattering 현상에 기반을 둔 광통신 대역의 Brillouin laser를 silicon photonics 도파로에 직접 coupling이 가능한 형태로 집적 하는 것이다. 연구 결과는 이 연구팀이 위 목표를 충실하게 달성하였음을 보여준다. (1)먼저 silicon chip 위에 narrow linewidth의 Brilouin laser를 ring resonator 형태로 성공적으로 구현하였다. 이때, 고순도로 열 성장 된 SiO₂ 박막층을 이용하여 ring resonator를 구현했는데, SiO₂ 박막은 실리콘 층을 매우 간단한 열 공정을 통해 기를 수 있기 때문에, 이 박막으로 레이저를 제작시 silicon photonics chip과 매우 긴밀한 광 결합이 용이해 진다. (2)그리고 또 다른 silicon chip 위에 3차원 구조를 가지는 광 도파로를 silicon 층을 이용하여 성공적으로 구현 하여 Brillouin laser가 구현되어있는 ring resonator와 긴밀한 광결합을 성공 시켰다. (3) 광결합을 이용해 Brillouin laser를 pumping 하는 system을 구현하고 이를 통해 Brillouin lasing을 성공적으로 시연하였다. (4)전술한 두 칩을 서로 물리적으로 결합시킬 수 있는 flip chip bonding 방법을 eutectic alloy를 이용하여 구현하여 silicon photonics platform에 Brillouin system의 구현이 가능함을 성공적으로 보였다.

□연구개발결과의 중요성
Silicon photonics 기술은 작은 칩에 복잡한 광 시스템을 효율적으로 집적 할 수 있는 platform으로 많은 주목을 받고 있다. 하지만 silicon의 재료적 특성상 고성능의 광원을 만들기가 매우 어렵다. 광원은 광학 시스템의 근본적인 성능을 규정하는 매우 중요한 소자이기 때문에 고성능의 광원을 구현하기 어려운 것은 silicon photonics platform의 최대 단점이 된다. 특히 광원의 linewidth는 광학 시스템의 정밀도를 좌우하는 매우 중요한 성능 중 하나이다. 본 연구는 Stimulated Brillouin scattering 현상을 이용하여 동작하는 Brillouin laser를 silicon chip 위에 성공적으로 집적함으로써, narrow linewidth의 광원을 silicon photonics platform에 구현할 수 있는 새로운 길을 열었다. 특히 고품위 광공진기를 이용하여 매우 낮은 pump power에서도 laser의 발진이 가능하게 함으로써 저 전력의 narrow linewidth laser를 silicon photonics chip에 구현 할 수 있는 매우 효율적인 방법을 제시하였다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1연구결과 요약문 ... 2목차 ... 31. 연구개발과제의 개요 ... 3 (1) 연구 관련 분야 동향 ... 3 (2) 본 연구개발의 필요성 ... 4 (3) 연구 수행 전략, 목표 및 범위 ... 42. 연구수행내용 및 연구결과 ... 63. 연구개발결과의 중요성 ... 124. 참고문헌 ... 125. 연구성과 ... 13끝페이지 ... 13