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.
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.
We examine theoretically the properties of the force on Mie particles induced by evanescent fields at a system of multilayer films (including a metal film), at which the surface plasmon resonance is excited by a p-polarized plane electromagnetic wave. An expression of the surface plasmon-coupled evanescent fields produced in Kretschmann (or Sarid) geometry is expanded in terms of vector spherical wave functions, while multiple reflections between the Mie particle and the metal boundary are taken into account. The Cartesian components of the force on Mie particles by the evanescent fields are analytically formulated and numerically evaluated. The force components are increased by one or two orders of magnitude at metal boundaries over those at dielectric boundaries. As a result, we can confirm the possibility of stable manipulation or rotation of a finite-sized object by forces of surface plasmon-coupled evanescent fields.
In this study, a novel gas sensor based on evanescent field coupling between single mode side polished fiber and solvatochromic dye dispersed polymer waveguide was demonstrated. We fabricated a side polished optical fiber device as a volatile organic compounds gas detector. Solvatochromic dye was coated on the top of the side polished optical fiber to take advantage of evanescent field coupling. The solvatochromism can be defined as the phenomenon whereby a compound changes color, either by a change in the absorption or emission spectra of molecule, when reacted in different VOCs. The device reacted to polarity gases like a hexane, butane, xylene etc. The resonance wavelength was shifted by the xylene concentration which range was 0.1 ppm ~ 100 ppm. Also, the response with the concentration was lineer and the detection limit was 0.1 ppb.
코어 가까이 측면 연마한 광섬유를 이용하여 광 여파기, 편광기, 감쇠기등의 광통신 소자로 응용하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다.$^{[1]}$ 이 소자는 광섬유를 절단하지 않은 상태에서 코어 가까이 측면 연마하여 광학적 기능을 가진 소자를 제작함으로서 공정이 간단하고 삽입손실이 작은 특성을 가지며 기계적 신뢰성이 우수하다. 측면 연마된 광섬유를 이용한 광 증폭의 경우 광섬유의 소산장(evanescent field)과 펌핑광에 의해서 여기되는 활성 물질과의 상호작용에 의해서 광 이득을 얻는다. 소산장 결합에 의한 평면도파로에서의 광 증폭$^{[2]}$ 과 다중 모드 광섬유에서의 펄스 레이저 증폭, 단일 모드 광섬유에서 632.8nm He-Ne 레이저의 연속광원 증폭$^{[3]}$ 은 이미 보고되었다. 본 논문에서는 측면 연마된 다중 모드 광섬유의 연마된 부위에 색소가 첨가된 용액을 떨어뜨림으로서 발생하는 소산장 결합에 의해서 광섬유내를 진행하는 연속적인 He-Ne 레이저 광을 증폭시키는 방법을 제안하고자 한다. (중략)
The amplification method using evanescent wave coupling has a long history and has been widely used as a new lasing method, especially, in the waveguide optics$^{(1)}$ . In particular, it has been observed experimentally that when the light wave propagating in a dielectric medium is totally reflected at the planar interface between the dielectric and a pumped active medium, the reflectance may be greater than unity, i.e., amplification is possible$^{(2)}$ . There were several attempts by other authors to explain this enhanced internal reflection (EIR) classically$^{(3)}$ . They commonly introduced a complex refractive index for the active medium with its imaginary part being negative, and this scheme was also used to describe an amplification process in a waveguide having active-cladding region$^{(4)}$ . However these theories are phenomenological, using macroscopic constants, and therefore a microscopic theory is needed to understand EIR in a fundamental level. (omitted)
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.
A theoretical presentation by using a three-dimensional finite difference beam propagating method (3-D FD-BPM) for the evanescent coupling is offered with respect to the refractive indexes between a side-polished optical fiber and an infinitely planar waveguide with a conductor cladding (PWGCC). The PWG is suspended at a constant distance from an unclad fiber core and attached with a perfect conductor (PEC) on one side. The coupling and propagation of light are found to depend on both the relationship between the refractive index values of two structures and the configuration of the side-polished fiber used in the PWGCC. The spreading of light in the unconfined direction of a PWGCC is presented with the distribution of electric fields in xy - plane and the absolute amplitude of electric fields along the x and y axis. The power of the light propagation in a fiber decreases exponentially along the fiber axis as it is transferred to the PWGCC, where it is carried away.
We have investigated the coupling characteristics of localized modes of line defect i.e., guided modes, in photonic crystals. The parity of the coupled guided modes is not conserved when the distance between the line defects changes. By comparing the coupling characteristics of localized modes without the oscillatory nature such as cavity modes of metallic Fabry-Parot cavities with those of localized modes in photonic crystals, we confirmed that this parity nonconservation is attributed to the oscillatory nature of the evanescent waves of localized modes in photonic crystals.
광섬유와 평면 도파로를 결합한 도파로 구조에서 광 결합 현상은 다양한 응용 가능성 때문에 이론적으로 또는 실험적으로 많은 연구가 되어오고 있다. 광섬유는 단일모드를 이용하고 적당한 곡률이 주어진 블록에 고정한 후 연마하여 클래딩의 일부를 제거하고, 그 상부에 다중모드 평면 도파로(Multi-Mode Overlay Waveguide; MMOW)를 구성한다. 제작된 결합기 구조에서 평면 도파로는 광섬유의 감쇠장 결합(Evanescent field coupling)을 유도하게 되므로, 소자의 특성은 평면 도파로의 구조와 조건에 의해 결정된다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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