Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD (대한전자공학회논문지SD)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

A Novel Asymmetric Vertical Directional Coupler Switch

비대칭 수직 방향성 결합기 스위치

  • 조성찬 (한국전자통신연구원 네트워크연구소 광통신연구부 광태킷라우터팀) ;
  • 정병민 (숭실대학교 정보통신전자공학부) ;
  • 김부균 (숭실대학교 정보통신전자공학부) ;
  • 최지연 (한국전자통신연구원 네트워크연구소 광통신연구부 광태킷라우터팀) ;
  • 황형용 (한국전자통신연구원 네트워크연구소 광통신연구부 광태킷라우터팀)
  • Published : 2002.05.01
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Abstract

We propose a novel ultra-short asymmetric vertical directional coupler switch (VDCS) with high extinction ratios larger than 30㏈ composed of switching operation induced section (SOIS), extinction ratio adjusted section (ERAS), and extinction ratio enhanced section (ERES). In this VDCSs, switching operation is achieved by changing the refractive index of one core in SOIS. The improvement of extinction ratios larger than 30㏈ for both cross and bar states is achieved by controlling the asymmetry of refractive indices between both cores in ERES. After propagating through ERAS with symmetry in the structure, different extinction ratios between cross and bar states at the end of SOIS are changed to the same value. For this reason, the optimum asymmetry of the refractive indices of cores to have the maximum extinction ratios and the lengths of ERES are the same for cross and bar states. Design guidelines to achieve high extinction ratios with large tolerances are presented.

스위칭 동작 유도 영역, 소멸비 조절 영역과 소멸비 향상 영역으로 구성된 수직 방향성 결합기 스위치를 제안하였다. 스위칭 동작 유도 영역에서는 코어 한 개의 굴절율 값을 변화시키어 크로스 상태 (cross state)와 바 상태 (bar state)의 스위칭 동작을 유도하였으며, 소멸비 향상 영역에서의 코어 굴절율의 비대칭을 조절하여 소자의 끝단에서 30㏈ 이상의 소멸비를 가지는 크로스 상태와 바 상태를 얻을 수 있었다. 두 코어의 굴절율 값이 같은 대칭형 결합기의 소멸비 조절 영역를 진행하면서 스위칭 동작 유도 영역의 끝단에서 다른 크로스 상태와 바 상태의 소멸비는 소멸비 조절 영역의 끝단에서 같은 값이되어 소멸비 향상 영역에서 최대 소멸비를 가지기 위한 코어 굴절율의 비대칭 값과 소멸비 향상 영역의 길이가 같게된다. 또한 여러 코어 굴절율 값과 안쪽 클래딩의 두께에 따른 크로스 상태와 바 상태의 소멸비 계산 결과의 분석을 통하여 30 ㏈ 이상의 높은 소멸비를 보이며 큰 제작 공차를 얻기 위한 비대칭 수직 방향성 결합 스위치의 설계 지침을 제시하였다.

Keywords

References

  1. D. Sadot and I. Elhanany, 'Optical switching speed requirements for Terabit/second packet over WDM networks,' IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 12, No. 4, pp. 440-442, 2000 https://doi.org/10.1109/68.839045
  2. H. Inoue, T. Kato, Y. Takahashi, E. Amada, and K Ishida, 'InP-hased optical switch module operating through carrier-induced refractive index change,' Optical Engineering, Vol. 29, No. 3, pp. 191-199, 1990 https://doi.org/10.1117/12.55591
  3. R. F. Kalman, L. G. Kazovsky, and J. W. Goodman, 'Space division switches based on semiconductor optical amplifiers,' IEEE Photon Technol. Lett., Vol. 4, No. 9, pp 1048-1051, 1992 https://doi.org/10.1109/68.157145
  4. 변영태, '저손실 W형 GaAs/AlGaAs 광도파로와 고효율 PPpinNN 위상 변조기의 제작 및 특성연구', 박사학위 논문, 고려대학교, 1996
  5. J. E. Zucker, K. L. Jones, M. G. Young, B. I. Miller, and U. Koren, 'Compact directional coupler switches using quantum well electro-refraction,' Appl. Phys. Lett., Vol. 55, No. 22, pp. 2280-2282, 1989 https://doi.org/10.1063/1.102037
  6. Boo-Gyoun Kim, Ali Shakouri, Bin Liu and John E. Bowers, 'Improved Extinction Ratio in Ultra Short Directional Couplers Using Asymmetric Structures,' Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 37, No. 8A, pp. L930-L932 , 1998 https://doi.org/10.1143/JJAP.37.L930
  7. Ali Shakouri, Bin Liu, Boo-Gyoun Kim, Patrick Abraham, Andrew W. Jackson, Arthur C. Gossard, and John E Bowers, 'Wafer-Fused Optoelectronics for Switching,' J. Lightwave Technol., Vol. 16, No. 12, pp. 2236-2242, 1998 https://doi.org/10.1109/50.736590
  8. Bin Liu, Ali Shakouri, P. Abraham, Y. J. Chiu, S. Zhang, and John E. Bowers, 'Fused InP-GaAs Vertical Coupler Filters,' IEEE Photon Technol. Lett., Vol. 11, No. 1, pp. 93-95, 1999 https://doi.org/10.1109/68.736405
  9. Sung-Chan Cho, Boo-Gyoun Kim, and Ali Shakouri, 'Improved Extinction Ratios for Both Cross and Bar States Using Two-Section Ultra Short Vertical Directional Couplers,' Jpn J. Appl. Phys. Part 1, Vol. 39, No. 12A, pp. 6555-6559, 2000 https://doi.org/10.1143/JJAP.39.6555
  10. Sung-Chan Cho, Boo-Gyoun Kim, Yong Moon, and Ali Shakouri, 'Ultra Short Two-Section Vertical Directional Coupler Switches with High Extinction Ratios,' Jpn J. Appl. Phys. Part 1, Vol. 40, No. 6A, pp. 4054-4050, 2001
  11. Sung-Chan Cho, Byung-Mn Jung, and Boo-Gyoun Kim, 'A novel vertical directional coupler switch with switching operation induced and extinction ratio enhanced sections,' OECC/IOOC 2001, p. OR WedD.3, Sydney, Australia, July, 2001
  12. B. Liu, A Shakouri, P. Abraham and J. E. Bowers, Push-pull vertical directional coupler switch, IEEE Photon Technol. Lett. Vol. 11, No. 6, pp. 662-664, 1999 https://doi.org/10.1109/68.766777
  13. S. L. Chuang, Physics of Optoelectronic Devices, New York: John Wiley & Sons, Inc., 1995