격자구조형 광섬유 결합기에서 최적 전력결합을 결정하기 위한 새로운 조건

호광춘,호광수,Ho, Kwang-Chun,Ho, Kwang-Soo 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.2

A grating-assisted fiber coupler(GAFC), which consists of a thin-film waveguide with grating and circular optical fiber, is proposed and the optimized power coupling is evaluated by using a technique amenable to rigorous longitudinal modal transmission-line theory(L-MTLT). In addition, novel criteria to couple an optical signal incident through the grating waveguide to a single-mode optical fiber are proposed. The numerical result reveals that the optimized power coupling occurs at minimum-gap condition between rigorous modes rather than for the conventional phase-matching condition. 격자 구조형 평면도파로와 원통형 광섬유로 구성된 격자구조형 광섬유 결합기(GAFC)를 제안하였고, 그 최적 전력결합 특성을 종방향 모드 전송선로이론(L-MTLT)에 기초하여 분석하였다. 또한, 격자 구조형 평면도파로에서 입사된 광신호가 단일 모드 광섬유로 결합되기 위한 새로운 최적 조건들을 제시하였다. 수치해석 결과 GAFCs에서 최적 전력결합 특성은 기존에 널리 사용하는 위상정합 조건이 아닌 새로운 조건(즉, 정확한 모드의 최소간격 조건)에서 나타났다.

사다리꼴 회절격자에서 테이퍼 측면의 광학적 효과에 대한 정확한 분석

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국인터넷방송통신학회 2020 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.20 No.5

주기적인 사다리꼴 격자구조에서 광 신호의 회절 특성과 테이퍼 측면의 중요한 효과를 분석하기 위하여, 처음으로 격자구조의 Toeplitz 유전율 tensor를 2D spatial Fourier 급수로 정의하고 공식화하였다. 그때 각 층에서의 필드들은 고유치 문제에 기초하여 표현하였으며, 완전한 해는 적절한 경계 값 문제에 의존하는 모드 전송선로 이론 (MTLT)을 사용하여 정확하게 유도하였다. 이에 기초하여, 사다리꼴 형태의 굴절률 분포를 갖는 격자구조의 테이퍼 측면 프로파일이 서브 파장 격자 반사기 설계에 어떠한 영향을 미치는지 자세하게 수치해석 하였다. 사다리꼴 격자구조의 회절특성에 기초한 수치해석 결과, 테이퍼 측벽 프로파일은 반사 대역폭, 평균 반사율, 그리고 밴드 에지를 결정하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. To analyze the diffraction properties of optical signals and the significant impacts of tapered sidewall profile at periodic trapezoidal 2D diffraction gratings, Toeplitz dielectric tensor is first defined and formulated by 2D spatial Fourier expansions associated with trapezoidal profile. The characteristic modes in each layer is then based on eigenvalue problem, and the complete solution is found rigorously in terms of modal transmission-line theory (MTLT) to address the pertinent boundary-value problems. Based on those one, the numerical analysis is performed on how the tapered side profile of grating structures with trapezoidal refractive index distribution affects the design of a sub-wavelength grating reflector. The numerical results reveal that this tapered sidewall profile plays a critical role in determining the reflection bandwidth, the average reflectance, and the band edge.

Block 표면파와 회절 격자구조에 기초한 광학 센서의 구현

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국인터넷방송통신학회 2021 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.21 No.4

격자 구조로 구성된 유전체 다층 구조의 GMR 특성에 의하여 생성되는 Bloch 표면파 (BSW)의 체계적인 연구가 바이오 센서의 감지 성능을 분석하기 위하여 제시되었다. 그 광학적 반응 현상에 대한 구조적 매개 변수의 영향을 Babinet의 원리와 모드 전송선 이론 (MTLT)을 사용하여 평가하였다. 설계된 바이오 센서의 감도는 파장 스펙트럼에서는 격자 상수에 비례하였으며, 각도 스펙트럼에서는 입사 전자기파의 정상 파동 벡터에 반비례하였다. SiO/SiO₂와 TiO₂/SiO₂ 다층 유전체 스택으로 구성된 두 개의 소자에 대한 수치해석 결과를 제시하여, BSW가 적외선에서 가시 영역에 이르는 대역에서 효율적인 회절 기반 바이오 센서를 실현하는 데 활용 될 수 있음을 보여주었다. A systematic study of Bloch surface wave (BSW), which is created by guided mode resonance (GMR) of dielectric multilayer structures with a grating profile, is presented to analyze the sensing performance of bio-sensors. The effect of structural parameters on optical behavior is evaluated by using Babinet's principle and modal transmission-line theory. The sensitivity of designed bio-sensors is proportional to the grating constant at wavelength spectrum, and inversely proportional to the normal wave vector of incident electromagnetic wave at angular spectrum. Numerical results for two devices with SiO/SiO₂ and TiO₂/SiO₂ multilayer dielectric stacks are presented, showing that BSW can be exploited for the realization of efficient diffraction-based bio-sensors from infrared to visible-band range.

비대칭 격자구조에 기초한 플라즈마 편광 빔 분리기의 구현

호광춘,Kwang-Chun Ho 한국인터넷방송통신학회 2024 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.24 No.2

The polarization-selective beam splitter grating can be widely used in numerous optical information processing systems. In this paper, to design a high-efficiency plasma polarization beam splitter (PBS), the structure composed of an Ag metal layer in Littrow mounting is implemented. To achieve high diffraction efficiency in the transmitted 0th-order TE polarization and the reflected 0th-order TM polarization, the grating depth and grating ratio of presented PBS is optimized by using rigorous Modal Transmission-Line Theory. From the optimized results, PBS has advantages of wide band properties for incident wavelength and angle, and the efficiency is higher than 95% for both TE and TM polarization. Therefore, this highly efficient PBS wideband grating with high extinction ratio can be used as an excellent optical diffraction device.

불연속 입력 경계면과 전송 손실이 있는 광 편파기 설계를 위한 새로운 편파조건

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.1

모드 전송선로 이론을 이용하여 불연속 입력경계면을 갖는 TE-TM 모드 광 편파기의 편파특성을 정확하게 분석하였다. 제안한 해석법의 타당성 및 정확성을 분석하기 위하여 새로운 편파조건을 정의하였으며, 기존에 널리 사용하여 왔던 결합모드 이론 의 편파조건과 비교 분석하였다. 분석 결과, 불연속 입력경계면의 분연속 특성은 광 편파기의 편파조건에 영향을 주지 않았으나, 결합특성이 약하고 전송구조가 비 대칭 구조인 경우 근사적 해석법인 결합 모드 이론의 편파조건이 부정확함을 알 수 있었다. Using modal transmission-line theory (MTLT), itexplores rigorously the polarization characteristics of TE-TM mode optical polarized beamsplitter with misaligned input interface. To verify the validity of the approach proposed in this paper, a novel polarization condition is defined, and it compares and evaluates with the polarization condition of coupled-mode theory (CMT) used widely. The numerical results reveal that the discontinuity of misaligned input interface has nothing to do with the polarization condition of beamsplitter. Furthermore, the condition of CMT is no longer effective at the asymmetric guiding structures with strong power coupling.

나노 양자우물구조를 이용한 광통신용 방향성 결합기의 설계

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.2

나노 크기 양자우물구조로 구성된 광통신용 방향성결합기를 모드전송선천 이론을 이용하여 설계하였다. 그 타당성과 유용성을 보이기 위하여 나노 결합기의 그 전파특성과 결합특성을 서로 다른 유효질량으로 구성된 이중 양자우물구조에서 분석하였다. 그 수치해석 결과 전체 전자에너지가 83.9 meV일 때, 결합길이 295.3 nm에서 최대 결합효율을 나타내었다. 더욱이, 이중 양자우물구조 사이의 장벽(barrier) 두께가 증가함에 따라 협대역(narrowband) 필터로 동작하였다. An optical directional coupler, which consists of quantum wells with nanothickness, is designed by using Modal Transmission Line Theory (MTLT). To demonstrate the validity and usefulness, the propagation characteristics and the coupling efficiencies are rigorously evaluated at nanoscale couplers, which consist of double quantum wells with different effective masses. The numerical result reveals that the coupling efficiency of nanoscale couplers is maximized at a coupling length 2052.3 nm, if the total electron energy is 83.9 meV. Furthermore, the coupler operates as a filter with narrower band as the barrier thickness increases.

원추형 입사에서 다층 유전체 격자구조의 공진 산란특성

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국인터넷방송통신학회 2022 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.22 No.5

Applying rigorous modal transmission-line theory (MTLT), the properties of resonant diffraction gratings under conical light incidence is investigated. The mode vectors pertinent to resonant diffraction under conical mounting vary less with incident angle than those associated with diffraction gratings in classical mounting. Furthermore, as the evanescent diffracted waves drive the leaky modes responsible for the resonance effects, the conical mounting imbues diffraction gratings with larger angular tolerance than their classical counterparts. Based on these concepts, the angular-spectral and wavelength-spectral performance of resonant diffraction gratings in conical and classical mounts by numerical calculations with spectra found for conical incidence are quantified. These results will be useful in various applications demanding resonant diffraction gratings that are efficient and physically sparse.

천이영역을 갖는 원통형 격자필터 설계를 위한 간단한 해석적 방법

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.3

협대역 천이영역을 갖는 원통형 격자전송구조 (Circular Bragg Grating: CBG) 가 최근 DWDM을 위한 광통신용 대역통과 필터로 널리 사용되고 있다. 이 원통형 Bragg 격자 구조들의 광 필터특성을 분석하기 위하여 본 논문에서는 Floquet-Babinet의 원리에 의존하는 새로운 해석적인 모드 전송선로 이른 (Modal Transmission-Line Theory: MTLT)을 제시하였다. 수치해석 결과, 제안한 해석법은 CBG의 필터특성을 분석하기 위한 유용한 프로그래밍 알고리즘을 제공하고, 다층 원통형 주기 구조들의 그 전송특성을 분석하기 위하여 쉽게 발전시킬 수 있음을 보였다. Circular Bragg gratings(CBGs) canbe incorporated in most of the semiconductor laser devices because of the frequency-selective property applicable as an optical narrowband-pass filter in DWDM optical communications. In this paper, the optical filtering characteristics of CBGs are evaluated by a novel and simple analytic modal transmission-line theory(MTLT), which is based on Floquet-Babinet's principle. The numerical results reveal that this method offers a simple and convenient algorithm to analyze the filtering characteristics of CBGs as well as is extended conveniently to evaluate the guiding problems of circular multi-layered periodic structures.

Apodized 시계열을 사용한 TMA의 성능 향상에 대한 분석

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국인터넷방송통신학회 2018 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.18 No.4

본 논문에서는 시간 조절 배열(time-modulated array: TMA)의 성능향성에 대하여 논의하였다. 제안한 시간 조절 배열은 전형적인 배열의 topology를 기반으로 하지만, side-band suppression을 갖는 beamforming 기능을 성취하기 위하여 위상 shifter 대신 apodized 이산 시간 스위치를 사용하였다. 16-소자 선형 배열의 apodised 시계열에 기초한 beamforming 시스템의 성능을 분석하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과 제안한 기법은 전형적인 기법들과 비교하여 낮거나 매우 낮은 수준의 side-lobe level (SLL)을 갖는 빔 패턴을 생성하며, 보다 유연하고 정확한 방법을 제공하는 것으로 나타났다. In this paper, the performance enhancement of a time-modulated array is described. The proposed time-modulated array is based on the topology of a conventional array but uses apodized discrete time switching, instead of phase shifters, to achieve beamforming functions with side-band suppression. Numerical simulations are carried out to examine the performance of this beamforming system based on apodized time sequence of 16 elements linear array. Numerical results reveal that the proposed method provides a more flexible and accurate way of producing desired beampatterns with low or ultralow side-lobe level (SLL) compared with the conventional methods.

Bragg 격자구조가 집적된 편광 무의존성 방향성 결합기와 다중모드 간섭 결합기의 설계

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.5

Rib 형태의 전송구조로 구성된 편광 무의존성 방향성 결합기(DC)와 다중모드 간섭결합기(MMI)의 설계특성을 종방향 모드 전송선로 해석법(L-MTLT)을 이용하여 정확하게 비교 분석하였다. 두 전송모드들의 결합특성에 의존하는 편향 무의존성 DC 소자를 이용하여 다중모드들의 결합과 간섭특성을 나타내는 MMI 결합기가 설계될 수 있음을 보였다. 또한, 편향 무의존성 DC와 MMI 소자들의 결합효율을 결합길이와 파장의 변화에 따라 자세하게 비교 분석하였다. 그 결과를 기반으로 광통신용 소자에서 필터로 널리 사용 가능한 Bragg 격자구조가 집적된 편향 무의존성 DC와 MMI를 설계하고 그 필터특성을 처음으로 비교 분석하였다. 분석결과, TE와 TM 모드들 사이의 결합길이가 같도록 설계한 DC는 MMI보다 편광 무의존성 필터링 특성에 있어서 더욱 좋은 성능을 나타냈다. 그러나, 편광무의존성 결합길이가 현저하게 작은 MMI가 DC보다 집적소자 소형화를 위하여 더욱 좋은 소자임을 보였다. This paper presents a rigorous comparison of the design characteristics of polarization-insensitive directional coupler (DC) and multimode interference (MMI) coupler based on rib type waveguides, by using longitudinal modal transmission-line theory (L-MTLT). It shows that the multimode mixing and interference property of MMI can be structurally designed through the continuous evolution of the two-mode coupling property of DC. It also compares and analyzes the coupling efficiency along with the coupling length and the wavelength between polarization-insensitive DC and MMI. From the design properties obtained, it demonstrates for the first time the integration of polarization-insensitive DC or MMI with a Bragg grating and evaluates precisely the filtering characteristics. The numerical results reveal that the DC, as long as it is designed to have the same coupling length for TE and TM modes, has better performance than the MMI in polarization-insensitive filtering behaviour. However, it shows that the MMI with much less coupling length than DC is preferred in the miniaturization of integrated devices.