Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
권호 표지

Silicon Fabry-Perot Tunable Thermo-Optic Filter

실리콘 파브리-페로 파장가변 열광학 필터

  • Park, Su-Yeon (Nano-Mechanical Systems, Korea Institute of Machinery and Materials) ;
  • Kang, Dong-Heon (Dept. of Electronic Materials Engineering, The University of Suwon, RIC for Electronic Materials) ;
  • Kim, Young-Ho (Dept. of Electronic Materials Engineering, The University of Suwon, RIC for Electronic Materials) ;
  • Gil, Sang-Keun (Dept. of Electronic Engineering, The University of Suwon)
  • 박수연 (한국기계연구원 나노기계연구본부) ;
  • 강동헌 (수원대학교 전자재료공학과, 전자부품소재 RIC) ;
  • 김영호 (수원대학교 전자재료공학과, 전자부품소재 RIC) ;
  • 길상근 (수원대학교 전자공학과)
  • Published : 2008.09.30
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Abstract

A silicon Fabry-Perot tunable thermo-optic filter for WDM using the thin film silicon coating is proposed and experimented. The filter is implemented by using the CMP process and polishing both sides of the commercial silicon wafer with normal thickness of 100${\mu}m{\pm}$1%. The filter also has 2-layer or 3-layer dielectrics thin film coating mirror which are alternated ${\lambda}$/4 layers of $SiO_2$($n_{low}$=1.44) and a-Si($n_{high}$=3.48) for the central wavelength of 1550nm by RF sputtering. The experiment shows that FSR is 3.61nm and FWHM is 0.56nm and the finesse is 6.4 for 2-layer mirror with the reflection of 61%, and that FSR is 3.36nm and FWHM is 0.13nm and the finesse is 25.5 for 3-layer mirror with the reflection of 89%. According to thermo-optic effect, the transmitted central wavelength of 1549.73nm at $23^{\circ}C$ is shifted to 1550.91nm at $30^{\circ}C$ and 1553.46nm at $60^{\circ}C$ for 2-layer mirror, and the transmitted central wavelength of 1549.83nm at $23^{\circ}C$ is shifted to 1550.92nm at $30^{\circ}C$ and 1553.07nm at $60^{\circ}C$ for 3-layer mirror.

실리콘 박막 코팅을 이용한 WDM용 파장가변 실리콘 파브리-페로 열광학 필터를 제안하고 실험하였다. 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터는 일반적인 실리콘 웨이퍼를 CMP 공정을 통해 100${\mu}m{\pm}$1%의 두께로 가공하여 양면에 거울면을 갖도록 박막 코팅하고 온도를 변화시키기 위해 PTC 써미스터를 부착하여 제작하였다. 거울면의 형성은 1550nm를 중심 파장을 갖도록 양면에 굴절율이 다른 물질 $SiO_2$($n_{low}$=1.44)와 a-Si($n_{high}$=3.48)을 ${\lambda}$/4의 두께로 증착시켜 2층 박막과 3층 박막의 거울면을 제작하였다. 실험결과, 2층 박막의 경우 FSR이 3.61nm, FWHM이 0.56nm, finesse가 6.4로 나타났고, 3층 박막의 경우 FSR이 3.36nm, FWHM이 0.13nm, finesse가 25.5로 나타났다. 열광학 효과에 의한 파장 이동은 2층 박막 거울을 가진 필터의 경우 온도가 $23^{\circ}C$에서 투과 중심 파장이 1549.73nm $30^{\circ}C$에서 1550.91nm, $60^{\circ}C$에서 1553.46nm로 파장 이동을 하였고, 3층 박막 거울을 가진 필터의 경우는 온도가 $23^{\circ}C$에서 투과 중심 파장이 1549.83nm, $30^{\circ}C$에서 1550.92nm, $60^{\circ}C$에서 1553.07nm로 파장 이동을 하였다.

Keywords