[논문]Double-Sided Deep-Ridge 도파관 구조 수직 방향성 결합기의 날개구조부 폭과 두께가 편광 특성에 미치는 영향

정병민; 윤정현; 김부균

doi:10.3807/kjop.2004.15.4.293

Double-Sided Deep-Ridge 도파관 구조 수직 방향성 결합기의 날개구조부 폭과 두께가 편광 특성에 미치는 영향
Effect of wing width and thickness on the polarization characteristics of vertical directional couplers using the Double-Sided Deep-Ridge waveguide structure 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.15 no.4, 2004년, pp.293 - 298

정병민 (숭실대학교 정보통신전자공학부) , 윤정현 (숭실대학교 정보통신전자공학) , 김부균 (숭실대학교 정보통신전자공학부)

초록
AI-Helper

Double-Sided Deep-Ridge(DSDR) 수직 방향성 결합기의 날개구조부 폭과 두께가 편광에 따른 결합길이에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 날개구조부가 존재하지 않는 DSDR 수직 방향성 결합기는 편광에 무관한 결합길이를 가질 수 없음을 볼 수 있었다. 일정한 날개구조부 두께에 대하여 날개구조부 폭이 특정 길이 이상이 되면 TE 모드와 TM 모드의 결합길이의 변화는 거의 없으며 또한 두 모드의 결합길이의 차이도 거의 발생하지 않음을 볼 수 있었다. 따라서 편광에 무관한 결합길이를 가지는 DSDR 수직 방향성 결합기를 구현하기 위한 최소 날개구조부 폭이 존재함을 볼 수 있었다. 이러한 최소 날개구조부 폭은-같은 코어 두께에 대해서는 날개구조부 두께가 증가할수록, 같은 날개구조부 두께에 대해서는 코어 두께가 감소할수록-증가함을 볼 수 있었다. 또한 최소 날개구조부 두께는 코어의 두께에 의하여 결정됨을 볼 수 있었고 코어의 두께가 증가할수록 최소 날개구조부 두께는 감소함을 볼 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

We investigate the effect of the wing width and thickness of a Double-Sided Deep-Ridge(DSDR) vertical directional coupler on the coupling length dependent on the polarization, We have found that the DSDR vertical directional coupler without a wing does not have polarization independent coupling lengths. The variation of the coupling length of TE and TM modes and the difference between the coupling lengths of the two modes are negligible as the wing width increases beyond the specific wing width for the same wing thickness. Thus, we can see that a DSDR vertical directional coupler has a wing width larger than the minimum wing width to obtain the polarization independent coupling length. The minimum wing width increases as the wing thickness increases for the same core thickness and as the core thickness decreases for the same wing width. Also, we have found that the minimum wing thickness is determined by the core thickness and the minimum wing thickness decreases as the core thickness increases.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이러한 날개구조부 영역이 존재하지 않는 경우DSDR 수직 방향성 결합기를 구성하는 모든 영역이 같은 폭을 가지는 경우에는 편광에 무관한 결합길이를 가지는 구조 파라미터와 물질 파라미터가 존재하지 않게 된다. 따라서 본 논문에서는 날개구조부 폭과 두께가 DSDR 수직 방향성 결합기의 편광에 따른 결합길이에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 특히 DSDR 수직 방향성 결합기가 편광에 무관한 결합길이를 가지는 구조 파라미터와 물질 파라미터를 가지기 위하여 필요한 날개구조부의 최소폭과 두께에 관한 결과를 보고 하고자한다.
최근에 우리는 방향성 결합기의 결합길이가 편광에 따라 달라지는 단점을 극복하기 위하여 deep-ridge18411 도파관 구조에 제작이 용이한 double-sided process[12]를 이용하여 구현할 수 있는 Double-Sided Deep-Ridge(DSDR) 도파관 구조를 가지는 수직 방향성 결합기(DSDR 수직방향성 결합기)를 제안하고 편광에 무관한 결합길이와 매우 높은 소멸비를 가지는 구조 파라미터와 물질 파라미터를 제시하였다. 또한 여러가지 구조파라미터들이 결합길이와 소멸비 향상에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.^[13,14]
따라서 본 논문에서는 날개구조부 폭과 두께가 DSDR 수직 방향성 결합기의 편광에 따른 결합길이에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 특히 DSDR 수직 방향성 결합기가 편광에 무관한 결합길이를 가지는 구조 파라미터와 물질 파라미터를 가지기 위하여 필요한 날개구조부의 최소폭과 두께에 관한 결과를 보고 하고자한다. 이러한 결과는 실제 소자를 제 작할 때 매우 유용한 정보가 되리라 생각된다.
편광에 따른 성능 변화가 작은 deep-ridge 도파관 구조에 제작이 용이한 double-sided wafer process를 이용하여 구현할 수 있는 편광에 무관한 결합길이를 가지는 DSDR 수직 방향성 결합기의 날개구조부 폭과 날개구조부 두께가 편광에 따른 결합길이에 미치는 영향에 관하여 연구하였다.

제안 방법

날개구조부의 두께가 0 ㎛인(날개구조부가 존재하지 않는) 경우 그림 3(a)에서 보는 것처럼 TE 모드의 결합길이가 TM 모드의 결합길이 보다 큼을 볼 수 있다. 날개구조부 두께의 증가에 따른 TE 모드와 TM 모드에 대한 내부 클래딩층의 유효 굴절율의 증가를 알아보기 위하여 그림 4와 비슷하게 유효굴절율 방법을 사용하여 2차원 DSDR 수직 방향성 결합기를 1차원 slab 도파로 구조로 변환시켰다. 그 결과 날개구조부의 두께가 0 ㎛에서 0.
위와 같이 설정된 물질 및 구조 파라미터를 가지는 DSDR 수직 방향성 결합기에서 날개구조부 폭과 두께가 편광에 따른 결합길이의 특성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 날개구조부의 두께, twing, 날개구조부의 폭, Wwtag, 및 코어의 폭, #을 변화시키면서 편광에 따른 결합길이의 변화를 살펴 보았다.
최근에 우리는 방향성 결합기의 결합길이가 편광에 따라 달라지는 단점을 극복하기 위하여 deep-ridge18411 도파관 구조에 제작이 용이한 double-sided process[12]를 이용하여 구현할 수 있는 Double-Sided Deep-Ridge(DSDR) 도파관 구조를 가지는 수직 방향성 결합기(DSDR 수직방향성 결합기)를 제안하고 편광에 무관한 결합길이와 매우 높은 소멸비를 가지는 구조 파라미터와 물질 파라미터를 제시하였다. 또한 여러가지 구조파라미터들이 결합길이와 소멸비 향상에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.
DSDR 수직 방향성 결합기의 특성 해석을 위하여 사용된 물질 파라미터는 다음과 같다. 코어 영역의 굴절율, n_core은 3.37, 내부 클래딩 영역의 굴절율, &, 과 도파관 A와 도파관 日의 바깥쪽 클래딩의 굴절율, n_in은 3.17, 그리고 도파관을 둘러싸고 있는 물질의 굴절율은 공기의 굴절율인 1로 설정하였다. 구조 파라미터는 기존에 연구하였던 DSDR 수직 방향성 결합기의 특성 해석 연구 내용을 바탕으로 다음과 같이 설정하였다.

대상 데이터

7 ㎛로 설정하였다. 또한 사용된 파장은 1.55 ㎛ 이다.

이론/모형

본 논문에서 모든 계산은 3차원 Beam Propagation Method (BPM)을 이용하여 수행하였다.

성능/효과

DSDR 수직 방향성 결합기에서 날개구조부가 존재하지 않는 경우 편광에 관계없이 결합길이가 일치하는 구조 파라미 터와 물질 파라미터가 존재하지 않음을 알 수 있었다. 날개 구조부폭이 특정 길이 이상이 되면 날개구조부 폭 증가에 따른 TE 모드와 TM 모드의 결합길이의 변화는 거의 없으며 또한 두 모드의 결합길이의 차이도 거의 발생하지 않음을 알 수 있었다.
날개구조부 두께의 증가에 따른 TE 모드와 TM 모드에 대한 내부 클래딩층의 유효 굴절율의 증가를 알아보기 위하여 그림 4와 비슷하게 유효굴절율 방법을 사용하여 2차원 DSDR 수직 방향성 결합기를 1차원 slab 도파로 구조로 변환시켰다. 그 결과 날개구조부의 두께가 0 ㎛에서 0.5 ㎛로 증가하였을 때 발생하는 TE 모드와 TM 모드의 내부 클래딩층의 유효 굴절율의 증가는 각각 0.02735와 0.01256 으로서 TE 모드가 TM 모드 보다 큼을 알 수 있다. 따라서 날개구조부 두께의 증가에 따른 TE 모드의 결합길이의 감소가 TM 모드의 결합길이의 감소보다 커 날개구조부의 두께 가 0.
DSDR 수직 방향성 결합기에서 날개구조부가 존재하지 않는 경우 편광에 관계없이 결합길이가 일치하는 구조 파라미 터와 물질 파라미터가 존재하지 않음을 알 수 있었다. 날개 구조부폭이 특정 길이 이상이 되면 날개구조부 폭 증가에 따른 TE 모드와 TM 모드의 결합길이의 변화는 거의 없으며 또한 두 모드의 결합길이의 차이도 거의 발생하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 편광에 관계없이 결합길이가 일치하는 DSDR 수직 방향성 결합기를 구현하기위해서는 최소 날개구 조부 폭이 존재함을 볼 수 있었다.
12 ㎛일 때 날개구조부의 폭에 따른 TE 모드와 TM 모드의 결합길이를 나타내는 그림이다. 날개구조부의 폭이 0.34 ㎛ 이상이 되면 날개구조부의 폭 증가에 따른 두 모드의 결합길이의 변화는 거의 없으며 또한 TE 모드와 TM 모드의 결합길이의 차이도 거의 없음을 알 수 있었다. 날개구조부의 폭이 0.
01256 으로서 TE 모드가 TM 모드 보다 큼을 알 수 있다. 따라서 날개구조부 두께의 증가에 따른 TE 모드의 결합길이의 감소가 TM 모드의 결합길이의 감소보다 커 날개구조부의 두께 가 0.3 ㎛ 일 때 두 모드의 결합길이가 같아짐을 볼 수 있고 날개구조부의 두께가 더 증가하게 되면 TM 모드의 결합길 이가 TE 모드의 결합길이보다 커짐을 볼 수 있었다.
고정된 날개구조부의 두께에 대하여 코어 두께가 증가할수록 내부 클래딩층에 존재하는 광파의 field 분포가 감소한다. 따라서 날개구조부 폭 변화에 따른 두 모드의 결합길이의 변화가 일어나지 않는 최소 날개구조부 폭 은 감소함을 볼 수 있었다.
0048로서 TE 모드가 TM 모드 보다 큼을 알 수 있다. 따라서 날개구조부 폭의 증가에 따른 TE 모드의 결합길이의 감소가 TM 모드의 결합길이의 감소보다 크게 발생함을 예측 할 수 있다. 그림 3(b)에서 보면 코어폭이 1.
날개 구조부폭이 특정 길이 이상이 되면 날개구조부 폭 증가에 따른 TE 모드와 TM 모드의 결합길이의 변화는 거의 없으며 또한 두 모드의 결합길이의 차이도 거의 발생하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 편광에 관계없이 결합길이가 일치하는 DSDR 수직 방향성 결합기를 구현하기위해서는 최소 날개구 조부 폭이 존재함을 볼 수 있었다. 이러한 최소 날개구조부 폭은같은 코어 두께에 대해서는 날개구조부의 두께가 증가할수록, 같은 날개구조부의 두께에 대해서는 코어 두께가 감소할수록 증가함을 볼 수 있었다.
따라서 날개구조부 폭 변화에 따른 두 모드의 결합길이의 변화가 일어나지 않는 최소 날개구 조부 폭은 증가한다. 또한 날개구조부의 두께가 증가할수록 두 코어 사이의 거리는 증가하기 때문에 결합길이는 증가함을 알 수 있었다. 고정된 날개구조부의 두께에 대하여 코어 두께가 증가할수록 내부 클래딩층에 존재하는 광파의 field 분포가 감소한다.
따라서 편광에 관계없이 결합길이가 일치하는 DSDR 수직 방향성 결합기를 구현하기위해서는 최소 날개구 조부 폭이 존재함을 볼 수 있었다. 이러한 최소 날개구조부 폭은같은 코어 두께에 대해서는 날개구조부의 두께가 증가할수록, 같은 날개구조부의 두께에 대해서는 코어 두께가 감소할수록 증가함을 볼 수 있었다.
08 ㎛임을 알 수 있었다. 코어의 두께가 증가할수록 두 모드의 결합길이가 일치하는 코어폭이 존재하기 위한 최소 날개구조부 두께는 감소함을 볼 수 있었다.
편광에 관계없이 결합길이가 일치하는 DSDR 수직 방향성 결합기를 구현하기 위하여 필요한 최소 날개구조부 두께는 코어의 두께에 의하여 결정됨을 볼 수 있었고 코어의 두께가 증가할수록 최소 날개구조부 두께는 감소함을 볼 수 있었다.
41 ㎛로 동일함을 볼 수 있었고 날개구조부의. 폭이 존재하지 않는 경우와 비교하면 TE 모드와 TM 모드의 결합길이의 감소는 각각 5.23 ㎛와 1.85 ㎛1로서 TE 모드의 결합길이의 감소가 TM 모드의 결합길이의 감소보다 큼을 볼 수 있었다.

참고문헌 (11)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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