$2\times32$ 커플러는 마하젠더 간섭기와 Y분기 커플러로 구성하여 제작하였다. 커플러의 설계를 위해 유효굴절율법을 이용하여 3차원의 도파로 구조를 2차원 구조로 대체하였고 2차원 유한차분 빔전파법을 이용하여 도파로 구조에 대한 최적의 설계요소를 찾아내었다. 전산모사에 의하여 두 도파로 간의 높이가 $43.6\mu\textrm{m}$(경로차 $0.668\mu\textrm{m}$)로 제작한 $2\times32$ 커플러가 가장 우수한 특성을 나타냈다. 코아층의 식각 특성에 있어서 산화실리콘과 마스크인 알루미늄의 식각비는 30:1이었고 코아의 식각률은 2600${\AA}$/min이었다. 식각 균일도는 $\pm$5% 내외로 균일하였다. $2\times32$ 커프럴의 삽입 손실은 최대 손실이 19.2dB 이하였고 균일성은 2dB이였다.
본 논문에서는 폴리머 테이퍼링 도파로 영역을 포함하는 $1{\times}4$ 형태의 플라스틱 광섬유 커플러를 제안하고 구현하였다. 플라스틱 광섬유와 폴리머 사각 도파로의 접속면에서 광 누설 손실을 줄이기 위해 단면이 원형에서 구형으로 천천히 바뀐 플라스틱 광섬유를 도입하였다. 실리콘 고무로 만들어진 주형을 이용하여 소자를 제작하였다. 제작된 소자는 1.33 dB의 삽입손실과 2.2 dB의 평탄도를 보였다.
광도파로는 변조기, 스위치, 필터, 센서, 파장변환기 등 많은 분야에 응용이 되고 있다. 이러한 광도파로의 손실측정방법에는 프리즘 커플러를 이용하는 방법, fabry-perot 구조의 물질이 갖는 pyroelectric effect를 이용한 방법, 도파로의 입출력 단에 fiber를 커플링하여 측정하는 방법 등을 들 수 있다. 그러나, 프리즘 커플러를 이용한 방법은 미세패턴의 도파로 측정이 어렵고, pyroelectric effect를 이용하는 방법은 특정한 방향으로 도파되는 광의 측정이 불가능하며, 마지막으로 fiber 커플링 방법은 항상 같은 조건하에서의 손실 측정이 어려운 단점이 있다. (중략)
광 커플러는 광섬유로부터 광신호를 분기하거나 결합하는 광통신망의 가장 기초적인 부품으로 광통신망에서 다양한 기능을 수행하고 있다[1]. 따라서 광 커플러는 광통신망의 구성에 있어서 가장 중요한 부품의 하나이며, 특히 광가입자망의 구현에 따라 그 수요가 크게 증가될 전망이다. 현재 가장 일반적인 광 커플러는 Evanescent 광 결합원리를 이용하는 광섬유형 근접 커플러이며, 그 이외에도 각종 평면도파로를 이용한 도파로형 커플러가 제품의 소형화 및 양산성이 우수하여 많은 연구개발이 진행되고 있다. 본고에서는 현재까지의 각종 광 커플러의 기술 및 시장 현황을 통신용 단일모드 광 커플러를 중심으로 고찰하고 앞으로의 광 커플러 개발 방향을 제시하고자 한다.
본 논문에서는 실리콘 상의 2층 실리카 도파로에서 새로운 고유치 방정식을 도출하여, 프리즘 커플러로 굴절률과 박막의 두께를 결정하는 방법을 나타내었다. 도출된 고유치 방정식의 알고리즘은 반복 파라메터가 4개의 변수에서 3개의 변수로 감소되어질 수 있으므로 Ref.[5]의 방정식의 해보다 보다 좋은 장점을 갖으며. 또한 본 논문에 얻어진 평균 에러는 약 $10^{-5}\~10^{-6}$ 이 하였다.
홀로그래픽 부피격자 커플러(VGC : volume grating coupler)는 높은 선택적 결합효율, 건식 제조공정, 콤팩트한 소자 제작이 가능하고 저렴하기 때문에 광연결 기술의 구현 및 응용에 매우 매력적인 소자로 간주되고 있다. 본 논문에서는 도파로형 광연결에 적용키 위한 $45^{\circ}$ 격자 경사각을 갖는 도파로 삽입형 입 출력 VGC를 DuPont사의 HRF600-20 홀로그래픽 포토폴리머를 이용하여 설계, 구현하기 위한 방법을 제안하였다. 그리고 제안한 VGC 소자의 유용성을 입증키 위해 동작파장이 각각 632.8nm 및 1550nm인 VGC를 제작하고 실험결과를 제시하였다. 실험결과 632.8nm 파장에서 동작하는 격자주기가 $0.5{\mu}m$인 단일 VGC의 경우 TE 편광에서 입력 결합효율은 86.6% 이상이고, 1550nm 파장에서 동작하는 격자주기가 $0.73068{\mu}m$인 $1\times2$ VGC의 입력 결합효율은 $\sim90.9%$의 특성을 나타내었다.
The resonance properties due to the surface plasmon(SP) excitation of metal nanoparticles make the nanocomposite films promising for various applications such as optical switching devices. In spite of the well-known ultra-sensitive operation of optical switches based on a guided wave, the application of nanocomposite film(NC) has inherent limitation originating from the excessive optical loss related with the surface plasmon resonance(SPR). In this study, we addressed this problem and present the experimental and theoretical analysis on the pump-probe optical switching in prism-coupled Au(1 vol.%):$SiO_2$ nanocomposite waveguide film. The guided mode was successfully generated using a near infrared probe beam of 1550 nm and modulated with an external pump beam of 532 nm close to the SPR wavelength. We extend our approach to ultra-fast operation using a pulsed laser with 5 ns pulse width. To improve the switching speed through the reduction in thermal loading effect accompanied by the resonant absorption of pump beam light, we adopted a metallic film as a coupling layer instead of low-index dielectric layer between the high-index SF10 prism and NC slab waveguide. We observed great enhancement in switching speed for the case of using metallic coupling layer, and founded a distinct difference in origin of optical nonlinearities induced during switching operation using cw and ns laser.
에어로졸 화염증착법을 개발하고 이 방법을 써 실리콘 기판 위에 Pyrex 무응력 도피박막으로 제작하였다. 파이렉스 도파 박막계의 굴절률은 조절하기 위하여 지르코늄을 첨가하였으며, 지르코늄 함량이 0wt%부터 3wt5까지 변하는 경우 굴절률이 1.460부터 1.475까지 변화하였다. 파이렉스 도파로의 평판도파로형 광증폭기에 응용 가능성을 보기 위하여 어븀을 첨가하여보았으며 어븀 함량이 0wt%부터 1wt% 까지 변하는 경우 박막의 굴절률이 1.460부터 1.465 까지 변화함을 확인하였다. 프리즘 커플러를 써서 제작된 도피피막에 과을 여기시킨 결과 광집적회로에 응용이 가능한 수준의 투과성이 우수한 박막임을 확인하였다. 파이렉스 도피피막의 편광 변화에 따른 박막굴절률의 변화는 2$\times$104이하로 측정되었다.
광통신시스템에서 효율적인 광전송을 위해서는 광섬유와 필름 도파로사이에 효율적인 결합이 필요하다. 광섬유와 필름 도파로를 직접연결하면 광섬유와 필름 도파로간의 크기 및 모양의 차이로 인한 필드 프로필의 불일치로 인하여 연결부위에서 많은 광손실이 발생하기 때문에 광효율이 저하된다는 문제점이 존재한다. 이에 본 논문에서는 광섬유와 광도파로의 직접 연결 시 발생하는 효율의 저하를 막기 위해 광섬유와 광도파로를 연결하는 Y-branch를 설계하고 제작하였다. Y-branch의 해석방법으로는 많은 광도파로의 해석법 중 가장 간단하고 적용이 쉬운 섭동궤환방법을 사용하였다. 해석된 결과를 이용하여 $LiNbO_3$ 에 Ti를 확산시키는 방법을 통하여 Y-branch를 제작하여 측정을 실시하였다. 측정은 $1550{\mu}m$ LD레이저 광원을 이용하여 커플러를 통하여 광이 입사하도록 구성한 후 출련단에서 광신호의 near field mode를 측정하였다. 이를 통하여 Y-branch를 통해 입사하는 광의 입사조건을 변화시켜도 고차모드들은 모두 제거되고 기본 모드만 유지되고 있는 특성을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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