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근래 광통신, 광센서, 양자광학 등의 다양한 연구 분야에서 광IC 소자를 이용한 광신호 처리 연구가 활발히 진행되고 있으며, 광IC 제작에 이용되는 재료들 중 특히 폴리머 재료는 고유의 특징을 바탕으로 폭넓게 연구개발되고 있다. 폴리머 기반 광IC 소자를 제작하기 위해서는 광도파로 단면 구조를 정확히 제작하기 위한 제작 공정을 확립하는 것이 중요하며, 특히 안정적인 소자 특성을 유지하고 대량생산 시의 수율을 높이기 위해서는 재현성이 높고 오차 수용 범위가 넓은 공정과 제작 조건을 설정하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정을 도입하여 폴리머 광도파로 소자를 효율적으로 제작할 수 있는 방법을 제안하였으며, 기존의 포토 레지스트나 금속 박막 증착을 이용하는 방법에 비해 광도파로 코어 형상을 더욱 정밀하게 제작할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서는 ALD 공정을 도입하여 코어의 크기가 1.8 × 1.6 µm²인 폴리이미드 광도파로를 제작하여 광도파로의 손실을 측정하고, 이와 함께 광파워 분배기인 다중모드 간섭(multi-mode interference) 광도파로 소자를 제작하여 특성을 측정하였다. 이때 기존의 제작과정에서 문제시되었던 에칭 마스크 층의 크랙 현상은 나타나지 않았으며, 광도파로 패턴 단면의 수직성도 우수하였고, 도파로의 전파손실 또한 1.5 dB/cm 이하로 양호하였다. 이로써 ALD 공정이 대량생산을 위한 폴리머 광소자 제작 공정에 적합한 방법임을 확인하였다.

Research into optical signal processing using photonic integrated circuits (PICs) has been actively pursued in various fields, including optical communication, optical sensors, and quantum optics. Among the materials used in PIC fabrication, polymers have attracted significant interest due to their unique characteristics. To fabricate polymer-based PICs, establishing an accurate manufacturing process for the cross-sectional structure of an optical waveguide is crucial. For stable device performance and high yield in mass production, a process with high reproducibility and a wide tolerance for variation is necessary. This study proposes an efficient method for fabricating polymer optical-waveguide devices by introducing the atomic layer deposition (ALD) process. Compared to conventional photoresist or metal-film deposition methods, the ALD process enables more precise fabrication of the optical waveguide’s core structure. Polyimide optical waveguides with a core size of 1.8 × 1.6 μm2 are fabricated using the ALD process, and their propagation losses are measured. Additionally, a multimode interference (MMI) optical-waveguide power-splitter device is fabricated and characterized. Throughout the fabrication, no cracking issues are observed in the etching-mask layer, the vertical profiles of the waveguide patterns are excellent, and the propagation loss is below 1.5 dB/cm. These results confirm that the ALD process is a suitable method for the mass production of high-quality polymer photonic devices.

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기사명 저자명 페이지 원문 목차
하이퍼렌즈 및 메타렌즈 기반 바이오메디컬 이미징 = Hyperlens and metalens-based biomedical imaging 박혜미, 조용재, 김인기 p. 135-142

대기 요동 환경에서의 레이저빔 전파 모델에서 다수 위상판의 효과 = Effect of a multi-phase screen in a laser-beam-propagation model under atmospheric fluctuations 나정균, 김병호, 전창수, 정윤찬 p. 143-149

수퍼 가우시안 빔을 이용한 레이저 전력 전송 효율 개선 = Increased efficiency of long-distance optical energy transmission based on super-Gaussian 나정균, 김병호, 전창수, 차혜선, 정윤찬 p. 150-156

상업용 회절 광학 소자를 활용한 결맞음 빔결합 연구 = Coherent beam combining with commercial diffractive optical elements 류대건, 김영찬, 노영철, 문병혁, 박은지, 김기혁, 정성묵 p. 157-163

재귀적 수치 계산법을 적용한 모바일 폰용 광각 광학계 설계 = Wide-angle optical module design for mobile phone camera using recursive numerical computation method 이규행, 박성민, 전계진 p. 164-169

고에너지 레이저용 고밀집 다채널 실리콘-카바이드 변형거울의 정밀 조립 방법 = Method for the assembly of a high-density multi-channel deformable mirror for high energy lasers 이혁교, 조선호, 김시현, 이재현, 강필성 p. 170-174

원자층 증착 방법을 이용한 폴리머 광도파로 제작 = Atomic layer deposition method for polymeric optical waveguide fabrication 이은수, 천권욱, 진진웅, 정예준, 오민철 p. 175-183

참고문헌 (26건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

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번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
1 Z. Xuan and F. Aflatouni, “Integrated coherent optical receiver with feed-forward carrier recovery,” Opt. Express 28, 16073-16088 (2020). 미소장
2 L. A. Valenzuela, Y. Xia, A. Maharry, H. Andrade, C. L. Schow, and J. F. Buckwalter, “A 50-GBaud QPSK optical receiver with a phase/frequency detector for energy-efficient intra-data center interconnects,” IEEE Open J. Solid-State Circuits Soc. 2, 50-60 (2022). 미소장
3 D. Liu, S. Sun, X. Yin, B. Sun, J. Sun, Y. Liu, W. Li, N. Zhu, and M. Li, “Large-capacity and low-loss integrated optical buffer,”Opt. Express 27, 11585-11593 (2019). 미소장
4 B. G. Lee and N. Dupuis, “Silicon photonic switch fabrics:Technology and architecture,” J. Light. Technol. 37, 6-20(2019). 미소장
5 T. Alexoudi, G. T. Kanellos, and N. Pleros, “Optical RAM and integrated optical memories: A survey,” Light Sci. Appl. 9, 91(2020). 미소장
6 D. Kohler, G. Schindler, L. Hahn, J. Milvich, A. Hofmann, K. Länge, W. Freude, and C. Koos, “Biophotonic sensors with integrated Si3N4-organic hybrid (SiNOH) lasers for point-ofcare diagnostics,” Light Sci. Appl. 10, 64 (2021). 미소장
7 D. Petrovszki, S. Valkai, E. Gora, M. Tanner, A. Bányai, P. Fürjes, and A. Dér, “An integrated electro-optical biosensor system for rapid, low-cost detection of bacteria,” Microelectron. Eng. 239-240, 111523 (2021). 미소장
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10 K. Bohnert, A. Frank, L. Yang, X. Gu, and G. M. Müller, “Polarimetric fiber-optic current sensor with integrated-optic polarization splitter,” J. Light. Technol. 37, 3672-3678 (2019). 미소장
11 K. M. Yoo, J. Midkiff, A. Rostamian, C.-J. Chung, H. Dalir, and R. T. Chen, “InGaAs membrane waveguide: A promising platform for monolithic integrated mid-infrared optical gas sensor,” ACS Sens. 5, 861-869 (2020). 미소장
12 X. Chen, G. Raybon, D. Che, J. Cho, and K. W. Kim, “Transmission of 200-GBaud PDM probabilistically shaped 64-QAM signals modulated via a 100-GHz thin-film LiNbO3 I/Q modulator,”in Optical Fiber Communication Conference (Optica Publishing Group, 2021), paper F3C.5. 미소장
13 K. Suzuki, R. Konoike, J. Hasegawa, S. Suda, H. Matsuura, K. Ikeda, S. Namiki, and H. Kawashima, “Low-insertion-loss and power-efficient 32 × 32 silicon photonics switch with extremely high-Δ silica PLC connector,” J. Light. Technol. 37, 116-122(2019). 미소장
14 Q. Q. Song, Z. F. Hu, and K. X. Chen, “Scalable and reconfigurable true time delay line based on an ultra-low-loss silica waveguide,” Appl. Opt. 57, 4434-4439 (2018). 미소장
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17 S.-M. Kim, T.-H. Park, G. Huang, and M.-C. Oh, “Bias-free optical current sensors based on quadrature interferometric integrated optics,” Opt. Express 26, 31599-31606 (2018). 미소장
18 M. Rakowski, C. Meagher, K. Nummy, A. Aboketaf, J. Ayala, Y. Bian, B. Harris, K. Mclean, K. McStay, A. Sahin, L. Medina, B. Peng, Z. Sowinski, A. Stricker, T. Houghton, C. Hedges, K. Giewont, A. Jacob, T. Letavic, D. Riggs, A. Yu, and J. Pellerin, “45nm CMOS—Silicon photonics monolithic technology (45CLO) for next-generation, low power and high speed optical interconnects,” in Optical Fiber Communication Conference Proc. Optical Fiber Communication Conference (Optica Publishing Group, 2020), paper T3H.3. 미소장
19 Y. Su, Y. Zhang, C. Qiu, X. Guo, and L. Sun, “Silicon photonic platform for passive waveguide devices: Materials, fabrication, and applications,” Adv. Mater. Technol. 5, 1901153 (2020). 미소장
20 C. Huang, S. Fujisawa, T. F. de Lima, A. N. Tait, E. C. Blow, Y. Tian, S. Bilodeau, A. Jha, F. Yaman, H.-T. Peng, H. G. Batshon, B. J. Shastri, Y. Inada, T. Wang, and P. R. Prucna, “A silicon photonic-electronic neural network for fibre nonlinearity compensation,” Nat. Electron. 4, 837-844 (2021). 미소장
21 J. Zhou, D. Al Husseini, J. Li, Z. Lin, S. Sukhishvili, G. L. Coté, R. Gutierrez-Osuna, and P. T. Lin, “Detection of volatile organic compounds using mid-infrared silicon nitride waveguide sensors,” Sci. Rep. 12, 5572 (2022). 미소장
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23 A. Sugimoto, H. Ochi, S. Fujimura, A. Yoshida, T. Miyadera, and M. Tsuchida, “Flexible OLED displays using plastic substrates,”IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 10, 107-114(2004). 미소장
24 S. Kim, H. J. Kwon, S. Lee, H. Shim, Y. Chun, W. Choi, J. Kwack, D. Han, M. Song, S. Kim, S. Mohammadi, I. S. Kee, and S. Y. Lee, “Low-power flexible organic light-emitting diode display device,” Adv. Mater. 23, 3511-3516 (2011). 미소장
25 J. Liu, M. Gao, J. Kim, Z. Zhou, D. S. Chung, H. Yin, and L. Ye, “Challenges and recent advances in photodiodes-based organic photodetectors,” Mater. Today 51, 475-503 (2021). 미소장
26 Y.-O. Noh, C.-H. Lee, J.-M. Kim, W.-Y. Hwang, Y.-H. Won, H.-J. Lee, S.-G. Han, and M.-C. Oh, “Polymer waveguide variable optical attenuator and its reliability,” Opt. Commun. 242, 533-540 (2004). 미소장

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