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광도파로의 곡률 반경에 따른 모드특성과 Lateral Offset 변화
박순룡,김우택,라상호,오범환 한국광학회 1998 한국광학회지 Vol.9 No.6
곡선형 광도파로의 곡률반경이 작아짐에 따라 도파모드와 전파상수의 변화가 심화되므로 이종도파로 접합부에서의 모드 부정합이 손실을 유발하는 문제가 심각해졌다. 따라서, 곡률반경 변화에 따른 도파로의 모드 부정합을 극소화하기 위하여 이종 도파로간 lateral offset 이 제안되어 이의 계산이 여러 가지 방법으로 수행되어 왔는데, 본 논문에서는 유효 굴절률법(Effective index method)을 활용하고, Airy 함수로 주어지는 해석적 함수해의 분석을 통하여 곡률반경에 따른 전파모드의 특성변화와 lateral offset 거리의 변화를 분석하였다. 1/V=0.7인 특정조건을 경계로 모드분포의 특성이 바뀌며, 기존의 Gaussian 분석법에 의한 계산결과는 35%까지도 오차가 증대될 수 있음을 보였다. 새로이 오차보정상수(correction factor)η를 정의하여 기존 근사방식의 오차를 정량화하고, 간편히 도파로의 lateral offset을 설계 할 수 있도록 개선된 lateral offset 계산안을 제안하여 타당성을 보였다. As the radius of curvature of curved optical waveguide gets smaller, the loss increases at the junction of linear-curved waveguide by the cross sectional mode mismatch. The concept of lateral offset has been used widely to minimize it, and simple method of maximum matching has been efficient for most cases of silica waveguide with low optical confinement and large radius of curvature. Here, we analyzed that the propagation mode characteristics of the lateral offset and propagation mode characteristics of general case with effective index method and Airy function solution. As the normalized frequency varies, mode characteristics changes near the boundary of 1/V=0.7 and the simple matching of gaussian profile might give -35% of error at most. We proposed improved method with a new correction factor to improve the mode mismatch problem of conventional methods for general cases, and showed the convenience and feasibility of this method for the calculation of the lateral offset.
도파폭 공정오차에 따른 광도파 특성변화와 소자성능 저하
박순룡,오범환 한국광학회 1999 한국광학회지 Vol.10 No.4
광소자의 소형화와 집적화 노력에 따라 광도파로의 도파폭과 곡률 반경이 작아지면서, 그 경계조건을 만족하는 도파모드와 전파상수의 변화가 심하게 되었다. 특히, 도파폭의 좁아지면서 제작 공정상의 폭조절 오차한계 내의 작은 변화에도 전파상수가 크게 변화하게 되어, 배열도파로(Arrayed Waveguide Grating, AWG)소자에서는 각 도파로 진행광의 위상이 설계와 심하게 달라지고 소자의 성능에 영향이 커지게 되었다. 광소자의 소형화에 따라 심각해지는 이러한 근사설계 오차에 의한 영향을 정량적으로 분석하고 대처하기 위해, 여기서는 유효굴절률법(Effective Index Method)과 해석적 함수해(Analytic Solution Method)를 이요하여 여러 도파로 구조를 해석하여 전파특성 변수를 얻어내었다. 또한, 이를 적용하여 자체 제작한 고기능 전산시늉기를 통해 각종 InP-, Silica-AWG 소자의 성능을 모사하였다. 모사 결과는 실제 제작된 전형적인 소자와 비교하여 매우 유사한 경향을 나타내었으며, Ridge-type Inp-AWG 소자의 경우, 도파폭의 허용공차가 0.02$\mu\textrm{m}$ 이내로 개선될 때, AWG 소자의 신호대잡음비(SNR)가 약 -25dB 이상 가능하게 되며 Rib-type Silica-AWG 소자의 경우는 도파폭 허용공차가 0.1$\mu\textrm{m}$ 정도이기만 해도 약 -30dB 이상 가능한 것으로 모사되었다. As the waveguide width and the radius of curvature get smaller for the effort of monolithic fabrication of integrated photonic devices, the waveguide characteristics change significantly according to the change of the waveguide width or the radius of curvature. Especially, variation of the waveguide width due to fabrication process errors induces a phase error for each waveguide from the change of the propagation constant. Therefore, it is important to quantify these variation effects on the device characteristics for the design and fabrication of highly integrated photonic devices. Here, we analyze four different types of waveguides to get general characteristics in propagation constant change by utilizing the effective index method and the analytic solution method. Futhermore, the output characteristics of two AWG(Arrayed Waveguide Grating) devices are simulated by a highly-functional computer code. The simulated results have been found to be similar to the realistic device characteristics. The required fabrication error limit for the ridge-type InP-AWG device should be smaller than 0.02 ${\mu}{\textrm}{m}$ to get better channel crosstalk than-25 dB, while the required fabrication error limit for rib-type silica-AWG devices may be allowed up to 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ to obtain better crosstalk than -30 dB.