Son, Seong-Jin;Kim, Suyeon;Yu, Nan Ei;Ko, Do-Kyeong
Current Optics and Photonics
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제5권5호
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pp.538-543
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2021
The evanescent wave coupling of a microring resonator is controlled by changing the gap distance between the bus waveguide and the microring waveguide. However, the interdependence of the bus waveguide's width and the coupling is not well understood. In this paper, we investigate the dependence of coupling strength on the bus waveguide's width. The strength of the evanescent wave coupling is analytically calculated using coupled-mode theory (CMT) and numerically calculated by three-dimensional finite-difference-time-domain (FDTD) simulation. The analytic and numerical simulation results show that the phase-matching condition in evanescent wave coupling does not provide maximum coupling strength, because both phase-matching and mode confinement influence the coupling. The analytic and simulation results for the evanescent coupling correspond to the experimental results. The optimized bus-waveguide width that provides maximum coupling strength results in intrinsic quality factors of up to 1.3 × 106. This study provides reliable guidance for the design of microring resonators, depending on various applications.
Closed-form analytical expressions and 3-dimensional normalized charts for the homogeneous sensing and surface sensing structures are derived to provide the conditions for the maximum sensitivity of integrated-optic biosensors based on evanescent-wave and stepindex planar optical waveguides. The analysis is made for transverse electric (TE) polarization mode, in both cases where the measurand is homogeneously distributed in the cover (namely, homogeneous sensing), and where it is an ultrathin film on the waveguide-cover interface (namely, surface sensing).
We studied an integrated-optic biosensor configuration that operates at a wavelength of 0.63 ㎛ based on the evanescent-wave and two horizontal mode power coupling of Si3N4 rib-optical waveguides formed on a Si/SiO2/Si3N4/SiO2 multilayer thin films. The sensor consists of a single-mode input waveguide, followed by a two-mode section which acts as the sensing region, and a Y-branch output for separating the two output waveguides. The coupling between the two propagating modes in the sensing region produces a periodically repeated optical power exchanges along the propagation. A light power was steered from one output channel to the other due to the change in the cladding layer (bio-material) refractive index, which affected the effective refractive index (phase-shift) of two modes through evanescent-wave. Waveguide analyses based on the rib optical waveguide dimensions were performed using various numerical computational software. Sensitivity values of 12~23 and 65~165 au/RIU, respectively for the width and length of 4 ㎛, and 3841.46 and 26250 ㎛ of the two-mode region corresponding to the refractive index range 1.36~1.43 and 1.398~1.41, respectively, were obtained.
광 도파로를 따라 전파하는 빛의 특성을 측정하기 위해 근접장 주사 광학현미경(Near-field scanning optical microscope, NSOM)으로 광 도파로의 표면에 형성된 에바네슨트 파 evanescent wave)의 분포를 측정하였다. 사용된 NSOM은 photon scanning tunneling microscope방식으로 본 연구의 목적에 적합하도록 직접 제작한 것이다. 광원 파장 1550㎚에서 단일 모드 다중 모드 채널형 광 도파로에 대해 도파로 표면에 형성된 에바네슨트 파의 분포를 측정하였으며, 3차원 빔전파방법(Beam Propagation Method)으로 계산된 수치 해석 결과와 두 모드 간의 간섭 형상을 직접적으로 확인할 수 있었다.
Son, K.S.;Lee, H.Y.;Kim, W.K.;Lee, S.S.;Park, S.S.;Kwon, S.W.;Lee, E.C.;Park, J.W.;Ju, H.
한국광학회:학술대회논문집
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한국광학회 2008년도 하계학술발표회 논문집
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pp.309-310
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2008
Polymer optical waveguides are fabricated with high-index materials deposited to strengthen exciations of evanescent field whose birefringence is utilized for optical sensing. Optical sensing properties are examined as a function of time, using different types of analyte solutions to extract noise-free signal induced by evanescent field birefringence. It is observed that sensing signal can be free of initial noise that may obscure real signal recognition, when glycerol is used for sensing characterization, due to slow accumulation process following adsorption of analyte material onto the sensing surface of the waveguide.
본 논문에서는 보다 편리한 튜닝을 위해 Evanescent-Mode Rectangle Waveguide(EMRWG)에 삽입된 새로운 작은 직경의 원통형 포스트 커패시터를 제안하였다. EMRWG급전을 위한 제안된 구조는 입력 및 출력 끝에서 도파관과 동일한 너비와 높이를 갖는 단일 리지 직사각형 도파관을 사용하였다. 삽입된 포스트 커패시터는 EMRWG의 넓은 벽체 하부 중앙에 형성된 원형 홈과 상부에 삽입된 동심원기둥 포스트로 구성된다. 먼저 제안된 구조에 대한 등가회로 모델을 제시하였고, EMRWG와 단일 리지 도파관이 결합될 때 이상적인 변압기의 접합 서셉턴스와 권선비는 각각 HFSS(3d fullwave 시뮬레이터, Ansoft Co.)를 사용하여 두 가지 경우에 대해 시뮬레이션하였다. 얻어진 매개변수와 EMRWG의 특성을 이용하여 삽입된 기둥의 서셉턴스 및 공진 특성을 분석하였다. 중심주파수 4.5GHz, 대역폭 170MHz의 2포스트 필터는 WR-90 도파관을 이용하여 설계하였으며, 등가회로 모델에 대한 계산과 HFSS와 CST를 이용한 시뮬레이션 결과가 서로 일치하였다.
Bae, Ji Eun;Choi, Sun Young;Krankel, Christian;Hasse, Kore;Rotermund, Fabian
Current Optics and Photonics
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제5권2호
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pp.180-185
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2021
A femtosecond-laser inscribed Yb:YAG surface channel waveguide (WG) laser with single-walled carbon nanotubes deposited on the top surface of the WG was passively Q-switched by evanescent field interaction. Q-switched operation of the 14-mm-long compact Yb:YAG WG laser was achieved near 1031 nm with two different pumping schemes (single- and double-pass pumping) with an output coupling transmission of 91%. The Q-switched pulse characteristics depending on the absorbed pump power were investigated for both pumping geometries and analyzed in detail based on theoretical modeling. The best performances (energy/pulse duration) for each configuration were 204.4 nJ/75 ns at a repetition rate of 1.87 MHz, and 201.1 nJ/81 ns at 1.75 MHz for single- and double-pass pumping, respectively.
본 논문에서는 위성통신 시스템에 사용 가능한 새로운 구조의 도파관 저역통과 여파기를 제안하였다. 제안된 저역통과 여파기는 고차모드의 간섭이 없는 광대역 특성과 저지대역에서의 충분한 감쇠 그리고 도파관의 소형화와 경량화를 위하여 evanescent-mode 리지 구조를 사용하여 설계 하였고, 도파관 내에 리지를 둘러싸는 직사각형 링을 삽입하여 반사손실과 격리도를 향상시켰다. 또한 매칭을 위해 여파기의 입출력 포트 단은 임피던스 스텝 구조를 사용하여 설계하였다. 제작된 저역통과 여파기는 통과 대역 주파수인 7.25 ~ 8.4 GHz에서 반사손실이 19.5 dB이상, 삽입손실은 1.41 dB이하로 측정 되었으며 억제 대역 주파수인 12.25 ~ 14.5 GHz에서의 격리도는 67.2 dB이상을 만족하였다.
The existin Berenger's PML(Perfectly Matched Layer) cannot absorb evanescent modes effectively generated in waveguides or periodic array structures. Although some absorbing boundary conditons(ABC) were introduced to absorp the evanescent modes, they did not show sufficient performance or could not be applied easily because of their much difference from Berengers PML. In this paper, NPML(New PML) is introduced to absorb the evanescent modes by splitting the conductivity and permittivity profile of the Berengers PML. The proposed NPML is certified as an ABC having enough performance for evanescent and propagating modes by analyzing the global error and the reflectivity of a waveguide.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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