질화규소 비선형 광학 소자의 광대역 열광학 분산

열광학 효과는 광 집적 회로에서 주파수 및 위상 튜닝의 핵심이며, 특히 집적 비선형 공정의 위상 정합 제어를 가능하게 합니다. 기존 설계에서는 군속도 및 유효 굴절률의 색 분산과 모드 구속을 고려했지만, 재료의 열광학 계수(TRC)는 일반적으로 도파 및 클래딩 재료에 대해 고정된 값으로 간주되었습니다. 그러나 본 연구는 통신 및 가시광 대역에 걸친 옥타브 대역폭에서 비분산성 TRC 가정을 적용할 경우, 집적 마이크로링 공진기의 측정된 공진 주파수와 시뮬레이션 결과 사이에 상당한 불일치가 발생함을 밝혀냈습니다. 이 연구는 해당 대역에서 질화규소(SiN) 및 이산화규소(SiO2) 재료 TRC가 7% 변화함을 확인했습니다. 특히, 질화규소의 TRC 변화는 모드 구속으로 인한 변화보다 1.3배 더 컸습니다. 이는 온도 의존적 로렌츠 발진기 모델로 설명되는 색 분산과 일치합니다. 이러한 분산성 TRC를 다중 물리 유한 요소 모델에 통합함으로써, 연구팀은 옥타브 대역에 걸쳐 실험적으로 측정된 온도 의존적 공진 주파수 변화와 정밀하게 일치하는 결과를 얻었으며, 이는 2차 고조파 생성 장치에서도 확인되었습니다. 본 연구 결과는 고효율 다중 파장 비선형 광학 공정 설계를 위한 물리적 프레임워크와 보편적인 예측 워크플로우를 제공하여, 집적 광학 장치의 열 제어 기술을 근본적으로 개선하는 데 기여합니다.