MMI coupler in silicon photonics is an essential component in terms of power splitter. Many researches has been done to improve passive characteristics of MMI couplers and the active characteristics of MMI coupler. However, in the previous research, the indirect heating method using the external electrode on the cladding was used, thus the device has a disadvantage that the length of device is increased to achieve the desired performance.
In this study, we propose an MMI coupler which can control voltage of small device length and small power by controlling the temperature of MMI coupler by direct heating method of pip junction. For the analysis of the MMI coupler capable of controlling by this voltage, we predicted the characteristics according to the voltage of the MMI coupler when the voltage is applied through the formula derived from the multi-mode interference theory (self-imaging) The theoretical analysis was done through FDTD, device simulation and device fabrication using actual CMOS process. As a result, it is confirmed that the results obtained from the theoretical analysis are consistent with those obtained from simulation and actual devices.
Finally, using the direct heating method of the pip junction in the MMI coupler, which can be controlled through the proposed voltage, we confirmed the wavelength shift effect of 0.3 nm and the performance improvement of more than 1 dB at a specific wavelength with a small power of 11.6 mW. In addition, we propose an MMI 1 by 2 switch using the characteristics of direct heating method for MMI coupler obtained by using this paper.
실리콘 포토닉스 기반에서의 MMI 결합기는 파워 분배의 관점에서 필수적인 소자이다.
MMI 결합기의 passive 한 특성과 전압을 주었을 때 active 한 특성을 향상 시키기 위한 많은
연구가 진행되고 있다. 하지만 기존의 연구된 전압을 통해 제어가 가능한 MMI 결합기의 경우
클래드 위 외부 전극을 사용한 간접적인 가열 방식을 사용하기 때문에 원하는 성능을 얻기
위한 소자의 길이가 길어지는 단점이 있다.
본 연구에서는 pip 접합의 직접적인 가열 방식을 이용하여 MMI 결합기의 온도를
조절하여 작은 소자 길이와 작은 전력에서 전압을 통한 제어가 가능한 MMI 결합기를 제안한다.
이러한 전압을 통한 제어가 가능한 MMI 결합기의 분석을 위하여 다중모드간섭 이론 (Self
imaging)으로부터 본 논문에서 도출해낸 공식을 통하여 전압이 가해졌을 때의 MMI 결합기의
전압에 따른 특성을 예측하였다. 또한 이를 FDTD, Device 시뮬레이션과 실제 CMOS 공정을
이용한 소자 제작을 통하여 이론적인 분석을 하였다. 그 결과 이론을 통해 예측한 결과와
시뮬레이션 및 실제 소자에서의 결과가 일치함을 확인할 수 있었다.
최종적으로 제안된 전압을 통한 제어가 가능한 MMI 결합기에서 pip 접합의 직접적인
가열 방식을 이용하여 11.6 mW 의 작은 전력으로 0.3 nm 의 파장이동효과와 특정 파장에서의 1
dB 이상의 성능개선 효과를 확인하였다. 또한 본 논문을 이용해 얻은 MMI 결합기에 직접적인
가열 방식을 이용하였을 때의 특성을 이용하여 MMI 1 by 2 스위치를 제안한다.
