A Study on the Characteristics of Monolithic Laser-Waveguide Coupler by BPM

BPM에 의한 Monolithic Laser-Waveguide Coupler의 특성 연구

In this paper, we present a new analysis of monolithic laser-waveguide coupling structure employing the beam propagation method. Monolithic laser-waveguide coupler has both passive and active components It has too many parameters to consider for an analysis. So we present proper model of coupler by use of directional coupler. We employ the beam propagation method th analyze the proposed structure, we could employ the coupled mode theory but we thought in the case of this paper the beam propagation method is more appropriate than coupler mode theorybecause a number of variables which to consider is too many for the coupled mode theory. Also we use finite difference method to calcurate trial field which is a starting point of beam propagation analysis. Through this approach, we can consider more parameters. And we propose a new structure of monolothic laser-waveguide coupler which has taper structure between the distance in which coupling is taking place and passive waveguide. We can obtain 79% high coupling efficiency from our structure.

본 연구에서는 효율적인 광원과 광도파로간의 결합방법으로서 많은 연구가 진행중인 monolithic laser-waveguide coupler 특성해석에 beam propagation method를 도입하여 기존의 방법과 비교검토 한 결과 타당성을 입증할 수 있었으며, 또한 결합효율을 향상시키기 위하여 taper 구조를 가진 monlithic laser-waveguide coupler를 제시하였다. monolithic laser-waveguide coupler는 능동소자인 laser의 특성과 수동소자인 waveguide의 특성을 동시에 가지고 있으므로 고려하여야할 요소가 매우 많고, 또 각 요소들의 변화에 따라 결합기의 성능이 크게 좌우되므로 그 특성 연구가 많은 어려움이 있었다. 때문에 본 연구에서는 방향성 결합기를 사용한 모델을 해석하는 방법으로 기존의 coupled mode 이론을 사용할 수도 있겠으나, 본 연구에서와 같이 많은 변수를 가지는 경우의 해석에는 적용하기 어렵다는 단점 때문에 beam propagation method를 사용한 해석을 시도하였다. 또한 해석에 있어서 가장 기본이 되는 초기전개의 계산에서도 종래의 연구에서와 달리 근사식을 이용해 전계를 계산하지 않고, 주어진 구조에 대하여 직접 finite difference method를 적용하여 초기전계를 구하였다. 이러한 새로운 시도들이 가지는 잇점을 방법과 비교하여 알아 보았으며, 새로운 방법의 적용을 통하여 보다 많은 변수를 고려하여 monolithic laser-waveguide coupler의 특성을 연구할 수 있었다. 이러한 과정을 통하여 결합기의 특성을 파악하고 그 결과로 monolothic laser-waveguide coupler의 특성중 가장 중요한 결합특성을 향상 시키기 위해서 taper영역을 가지는 monolothic laser-waveguide coupler를 제안하였다. 본 연구에서 제안한 구조에 대하여 특성을 조사해본 결과 79%정도의 좋은 결합효율을 얻을 수 있었다.