Design Characteristics of Tapered Directional Couplers in Optical Communication

광통신용 테이퍼 방향성 결합기의 설계 특성

Recently, various simplified simulation techniques such as firite-difference beam propagation method and non-orthogonal coupled-mode theory have proposed to analyze the optical characteristics of tapered directional couplers supported by the coupling of two propagating modes. Although these approaches are often in sufficiently accurate, they do not provide the detailed solutions encountered in the analysis of tapered guiding structures. For this purpose, we introduce and utilize a newly developed modal transmission-line theory to analyze rigorously power transfer of the directional coupler. The numerical result reveals that the propagation constants of even and odd modes converge to a single value as increasing the spacer thickness between two symmetric tapered guides. Furthermore, 97% of the power incident into a guiding channel is transmitted to the other channel at the tapered angle ${\theta}=0.1^{\circ}$, and the efficiency of power transfer decreases dramatically as increasing the angle.

최근, 유사 빔 전파방법이나 비 직교성 결합모드이론과 같은 다양한 근시적 해석법들이 중첩모드에 기초한 테이퍼 방향성 결합기의 그 광학적 특성을 분석하기 위하여 제안되어 왔다. 비록, 이들 접근 방식들이 특별한 구조에서 충분히 정확한 결과들을 제공하지만 테이퍼 전송 구조와 같은 민감한 광 소자 해석에는 불충분하다. 이를 위하여, 우리는 그 방향성 결합기의 전력전송을 정확하게 해석하기 위하여 새롭게 발전된 모드 전송선로, 해석법을 소개하고 이용하고자 한다. 이를 이용한 수치 해석 결과 대칭인 두 테이퍼 채널의 간격이 증가함에 따라 우/기 모드의 전파상수는 하나의 값으로 수렴하였다. 더욱이, 테이퍼 각도가 ${\theta}=0.1^{\circ}$일 때 하나의 전송 채널을 통하여 입사된 모드의 97%가 다른 전송 채널로 전송되었고, 그 기운 각도가 증가함에 따라 전력 전송은 현저하게 감소하였다.