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광섬유 수동정렬을 위한 단일 모드 대형 코어 폴리머 광도파로
조수홍,백유진,오민철,Cho, Su-Hong,Beak, Yu-Jin,Oh, Min-Choel 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.1
정력 오차 허용 범위를 증가 시켜서 효과적인 수동정렬이 가능토록 하기 위한 단일 모드 대형 코어 폴리머 광도파로를 구현하였다. 대형 코어 광도파로는 TEC(thermally expanded core) 광섬유의 모드와 일치하는 큰 도파모드를 가진다. 이로 인해 광섬유와 도파로의 정렬오차로 인한 모드 결합 손실을 줄일 수 있게 된다. 코어와 클래딩의 굴절률 차이가 5 ${\times}$ $10^{-4}$ 인 폴리머 재료를 이용하여 25 ${\times}$ 25 $\mu\textrm{m}$$^2$ 크기의 정사각형 광도파로를 제작하였으며 도파모드 관측결과 단일모드로 동작함을 확인하였다. 이와 같이 두꺼운 형태의 광도파로 구조 제작을 위하여 자외선 경화를 이용한 인젝션 몰딩(injection molding) 공정을 사용하였다. 제작된 광도파로 소자를 TEC 광섬유와 정렬연결을 할 때 정렬오차가 4.5 $\mu\textrm{m}$ 까지 증가하더라도 삽입손실 증가는 0.5 dB 이하고 유지됨을 확인하였다. To increase the tolerance for passive fiber alignment, a single mode polymer waveguide with a large core structure is demonstrated. The large core waveguide is designed to have a mode profile comparable to that of a thermally expanded core (TEC) fiber, and it can be connected to a high-contrast waveguide through an adiabatic transition taper structure. From a waveguide with a rectangular core of 25 ${\times}$ 25 ${\mu}{\textrm}{m}$$^2$, a single mode propagation is observed when the index contrast is as low as 0.0005. A UV-cured injection molding method is used to fabricate the thick core structure. Due to the large mode size, the insertion loss of the device is below 0.5 dB until the lateral displacement of the TEC fiber is 4.5 ${\mu}{\textrm}{m}$. The low insertion loss is important for reproducible passive alignment.
대형 코어 폴리머 광도파로를 이용한 가변 광감쇠기 설계
조수홍,오민철,Cho, Su-Hong,Oh, Min-Choel 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.3
By incorporating large core polymer waveguides, which have been developed for increased alignment tolerance in passive fiber attachment, highly efficient variable optical attenuators are proposed. In order to find optimum device structures, 3-dimensional beam propagation method (BPM) simulations are performed. Heat distribution over the polymer film is calculated to find the 3-dimensional index profile data for the BPM simulation. Due to the small index contrast between the core and cladding materials in the large core waveguide, heat-induced radiation occurs for small heating power. While the ordinary VOA needs the temperature to change over $150^{\circ}C$ for 20 dB attenuation, the large core VOA requires only $70^{\circ}C$. In addition to the merit of passive fiber attachment, the proposed VOA has enhanced attenuation efficiency for the lower temperature change. 높은 재현성과 함께 효율적인 수동 정렬을 위하여 제안된 대형코어 단일모드 폴리머 광도파로를 이용하여 제작 가능한 폴리머 광도파로 소자인 가변 광감쇠기를 제안하고 삼차원 빔전파 방법을 이용하여 소자의 동작 특성을 파악하고 최적 구조를 설계하였다. 소자의 표면에 집적된 박막 전극 히터에서 발생하는 열로 인해 폴리머 광도파로에서 발생하는 굴절률 분포 변화를 수치해석적으로 구하였으며 이 결과를 이용하여 삼차원 빔전파 해석을 수행하였다. 대형코어 광도파로가 가지는 작은 굴절률 대비로 인해 효과적인 광감쇠 현상을 작은 온도 변화로부터 얻을 수 있음을 확인하였다. 일반 광도파로 VOA에서 섭씨 150도 이상의 온도 변화가 필요한 반면 대형 코아 광도파로 VOA는 섭씨 70도 정도의 온도 변화 만으로도 20 dB 이상의 감쇠를 얻을 수 있었다. 대형코아 광도파로가 가지는 장점인 높은 정렬오차 허용범위와 더불어 낮은 구동전압으로 동작하는 장점을 함께 가지는 가변 광감쇠기 설계를 완성하였다.