Ti:LiNbO$_3$세 도파로 결합기를 이용하여 집적한 1$\times$4 광 매트릭스 스위치

A 1$\times$4 Integrated Optical Matrix Switch Using the Three Guided Couplers in a Ti:LiNbO$_3$

광의 병렬처리 능력을 잘 활용한 1$\times$4 매트릭스 스위치의 구조와 전극구조를 설계하고 스위치 특성을 조사하기 위하여 beam propagation method(BPM)를 이용하여 수치계산을 하였다. 기존의 매트릭스 스위치는 대부분의 경우 방향성 결합기를 스위치 element로 이용하여 왔으나 이 결합기는 소자의 길이가 길기 때문에 단일 LinBO3 웨이퍼상에 집적할 수 있는 매트릭스 스위치의 크기가 제한되는 단점이 있다. 본 연구에서는 두 도파로 사이에 세 번째 도파로를 삽입하여 두 도파로를 결합시키는 세 도파로 결합기를 스위치 element로 사용하여 세 개의 스위치 element를 LiNbO3기판위에 직렬로 집적시킨 1$\times$4 매트릭스 스위치를 구성하였다. 스위치 element와 1$\times$4 매트릭스 스위치를 구성하였다. 스위치 element와 1$\times$4 매트릭스 스위치의 특성을 BPM을 사용하여 수치계산할 때 단일 모드 도파로의 유효 굴절을 분포는 n(X) = nm + $\Delta$ncosh-2(2x/w)의 형태로 가정했으며, 사용된 파라미터의 값은 각각 nm=2.1455, $\Delta$n=0.003, W=5$mu extrm{m}$, d=5$\mu\textrm{m}$, λ=1.3$\mu\textrm{m}$ 이고 S-파라메터의 값은 0.95927이므로 단일 모드 도파로가 된다. 계산결과 스위치 element의 결합길이는 3810$\mu\textrm{m}$이며 도파로의 길이가 결합길이와 같을 때 전극에 인가된 전압에 의한 도파로의 굴절을 섭등의 함수로 출력광의 세기를 계산한 결과 스위칭 전압은 14.85volt이고 crosstalk는 -18.9dB였다. 이 스위치 element로 구성된 1$\times$4 매트릭스 스위치는 스위칭 전압을 세 개의 전극에 적절한 조합으로 인가함으로써 한 입력 도파로에 결합된 광이 내개의 출력 도파로중 한 도파로에 스위칭 된다. 한편 수치계산의 결과를 실험적으로 확인하기 위해 스위치 element와 1$\times$4 매트릭스 스위치를 z-cut의 LinbO3 결정에 Ti을 열확산시켜 제작한 소자의 스위칭 특성을 발표할 예정이다.