곡면형 플라즈마 도파로에 기초한 나노 크기의 전력분배기가 다중모드 간섭 결합기의 특성을 이용하여 설계되었다. 플라즈마 곡면형 다중모드 간섭 결합기(PC-MMIC)의 적응 특성을 쉽게 분석하기 위하여 등각변환 해석법을 이용하여 곡면형 구조를 평면형 구조로 등가 변환하였다. 또한, 3D 전송구조의 전파특성과 최적의 설계변수를 선택하기 위하여 유효 유전체 방법과 종방향 모드 전송 선로 해석법을 적용하였다. 설계된 $2{\times}2$ PC-MMIC는 휘어진 구조에 기인하여 quasi-TM 모드에서는 PC-MMIC의 특성이 나타내지 않았으며, quasi-TE 모드의 경우 50%:50%의 비율로 출력되는 3dB 결합특성이 나타나지 않았다. 더욱이, 곡률 반경이 작은 부분 보다 큰 부분에서 입사된 신호가 더욱 좋은 결합특성을 나타내었다.
본 논문에서는 실리카 기반의 다중모드 간섭기를 이용하여 적은 초과손실을 갖는 $1{\times}16$ 마하젠더 스위치에 대한 설계 및 측정결과에 대하여 논하였다. 제작된 $1{\times}16$ 마하젠더 스위치는 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer, MZI) 구조를 갖는 $2{\times}2$ 열광학스위치를 단위소자로 하였으며, 15개의 단위소자를 이용하여 4단(stage)으로 구성하였다. 먼저 광분배기와 $2{\times}2$ MZI 열광학 스위치등의 개별적인 특성을 파악하였고, 그 결과를 전체 소자의 설계에 적용함으로써 보다 좋은 성능을 얻을 수 있었다. 제작된 다중모드 간섭기를 이용한 MZI 구조의 단위스위치 당 초과손실은 최소 -0.5dB로 측정되었다.
본 논문에서는 다중모드 간섭이론(MMI : multimode interference)을 $Ag^+-Na^+$ 이온교환 방식에 적용하여 BK7 유리에 1${\times}$2, 1${\times}$4, 1${\times}$8 MMI 광파워 분리기를 설계 제작하였다. 소자를 제작하기 전에 채널형 도파로의 굴절률 분포와 MMI 광파워 분리기의 다중모드 영역의 폭과 다중모드 영역의 길이를 결정하였다. 다중모드 영역의 길이는 1${\times}$2 MMI : 887${\mu}m$, 1${\times}$4 MMI: 1666${\times}$, 1${\times}$8 MMI : 1834${\mu}m$이고, 다중모드 영역의 폭은 1${\times}$2 MMI : 40${\mu}m$, 1${\times}$4 MMI : 80${\mu}m$, 1${\times}$8 MMI : 120${\mu}m$였다. 제작된 소자들은 1.50~1.58${\mu}m$파장 범위 내에서 1${\times}$2 MMI의 경우 1.4dB, 1${\times}$4 MMI의 경우 1.7dB, 1${\times}$8 MMI의 경우 약 2dB의 광파워 불균형비를, 그리고 손실은 1${\times}$2 MMI의 경우 0.96[dB}, 1${\times}$4 MMI의 경우 2.29[dB], 1${\times}$8 MMI의 경우 1.67[dB]였다.
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.
We designed a multimode interference (MMI) coupler to use in vertical coupling of double layered polymeric waveguides and analyzed the coupling characteristics by comparing our experimental and simulation results. We found that our proposed new structure, a stepped MMI coupler, is effective in vertical coupling between waveguide layers with a short length of MMI and has a high tolerance for the variation in the structure of an MMI coupler that can be induced as errors in the fabrication process.
AWG designed in this paper is considered with flat passband characteristics in the channel as a method for solving frequency stability problems of the sources in the conventional optical filters. This device can acquire the flat passband characteristics by inserting the multimode wave guides utilizing the self imaging effec between input wave guides and first star coupler. BPM simulation results show that the excess loss is smaller than 6.5 dB, the crosstalk is less than -22 dB and the 1 dB passband is about 50 GHz in the central channel.
불균일 형태의 광 테이퍼 도파관은 단일 모드 광섬유나 광결정 도파관과 집적되어 고효율 모드 커플링을 위한 소자로 널리 사용되어 왔다. 본 논문에서는 이와 같은 특성을 나타내는 광 테이퍼 도파관을 사용하여 화학적 감지 및 바이오 감지를 위한 새로운 플랫폼을 제시하였다. 작동 원리는 광 방향성 결합기 (DC)와 다중 모드 간섭 결합기 (MMIC)의 결합효율과 간섭특성에 기반한다. 먼저, DC와 MMIC의 테이퍼 섹션에 대한 곡률 특성을 설명하고, 도파관 감도를 증가시키기 위한 최적화된 테이퍼 도파관의 설계 사양을 선택하였다. 다음으로, 감지 분석물의 굴절률 변화에 대한 센서 응답을 수치해석 하였다. 수치해석 결과, 결합기의 길이가 증가함에 따라 분석 물질의 굴절률 단위 (RIU) 변화 당 유효지수가 증가하였으며, 그 감도는 테이퍼 DC 및 MMIC 설계 기법을 사용하여 조정할 수 있음을 보여주었다.
새로운 격자 구조형 다중모드 간섭(GA-MMI) 결합기의 전파특성이 횡방향 모드 전송선로 이론(L-MTLT)을 이용하여 이론적으로 자세하게 고찰되었다. 격자구조의 두께와 duty cycle의 변화에 따른 $2{\times}2$ GA-MMI 결합기의 결합특성을 분석하였으며, 파장변화에 따른 출력 특성을 수치해석 하였다. 수치해석 결과 격자구조의 변화에 따른 GA-MMI 결합기의 결합길이와 결합효율은 작은 허용오차(tolerance)를 나타냈으며, 대역폭은 출력특성에 따라 현저한 차이를 나타내었다.
본 논문에서는 밀리미터파(W 대역) 다중개구각 혼안테나를 제안하였다. 제안된 안테나는 전계면 및 자계면 빔폭이 동일한 다중모드 이중편파 정사각형 혼으로서 다중모드 생성부, 4개의 정사각형 도파관 여기부, 합패턴 형성을 위한 직교모드 변환기와 전력결합기로 구성된다. 제작이 용이하도록 안테나 구조를 설계하고, 층별 기계가공과 확산접합 기법을 적용하여 ${\pm}0.02mm$ 오차 이내로 제작하였다. 회로망분석기와 원전계 측정시설을 이용하여 제작된 안테나의 입력 반사계수와 방사패턴을 측정하였다. 측정 결과, 제안한 안테나는 중심 주파수를 기준으로 1 GHz 이내에서 17.7~18.3 dBi의 이득, $25.2{\sim}28.5^{\circ}$의 빔폭, 1.02~1.75의 입력 VSWR 특성을 가짐을 확인하였다.
Optical power splitters and/or couplers are important components for optical signal distribution between channels both in wavelength division multiplexing(WDM) systems and photonic integrated circuits(PICs). Since polarization is usually not known after propagation in an optical fiber, passive WDM components have to be polarization insensitivity, Compared to alternatives such as directional couplers or Y-junction splitters, splitters based on multimode interference(MMI) have found a growing interest in recent yens because of their desirable characteristics, such as compact size, low excess loss, wide bandwidth, polarization independence, and relaxed fabrication tolerances$^{(1)}$ . These devices have been fabricated in polymers, silica, or III-V semiconductor materials. A1 $\times$ 4 MMI power splitter on InP materials that were suitable for application in the 1.55-${\mu}{\textrm}{m}$ region$^{(2)}$ . However, the fabrication process of the structure is too complicated and the photolithography tolerance is very tight. Also, a 1 $\times$ 16 InGaAsP/InP MMI power splitter with an excess loss of 2.2dB and a splitting ratio of 1.5dB was demonstrated by using deep etching$^{(3)}$ . The deep etching of the sidewalls through the entire guide layer of the slab waveguide resulted in a number of drawbacks$^{(4)}$ . (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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