나비형 격자구조 다중모드 간섭 결합기를 사용한 소자의 소형화

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국광학회 2008 한국광학회지 Vol.19 No.1

다중 모드 간섭 결합기를 소형화하기 위한 새로운 구조가 본 논문에서 제안되었다. N개의 입/출력 단자를 갖는 $N{\times}N$ MMI 결합기의 결합길이는 MMI 영역 폭의 증가에 따라 2의 급수에 비례하여 증가한다. 그 결과 많은 N개의 단자로 구성된 MMI 결합기를 설계 할 경우 소자의 크기가 기하급수적으로 커진다. 그러므로, 설계 시에 발생하는 문제를 해결하기 위하여 기존에 제안되어 왔던 MMI 결합기보다 더운 작은 소자크기를 갖는 새로운 나비형 격자구조 MMI 결합기를 제안하고 분석하였다. 또한, 제안한 소자에 대한 이론적 분석을 통하여 새로운 설계 기준을 제시하였고 수치해석적 결과와 비교 분석하였다. In this paper, a novel architecture for device miniaturization of multimode interference-based (MMI) couplers is proposed. The coupling length of $N{\times}N$ MMI couplers scales as the square of the MMI region width so that the use of these structures with large-N ports can require large chip size. To solve the design problem, the butterfly grating-assisted MMI couplers, that have smaller device dimensions than conventional MMI couplers, are discussed and evaluated. Numerical simulations and novel design rules for such structures derived through theoretical analysis are presented.

금속격지구조의 누설특성을 이용한 새로운 광 결합용 필터

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.3

광 평면 유전체 기판 위에 형성된 금속격자구조의 누설특성을 이용한 새로운 광 결합용 필터를 제안하였고, Bragg 조건들을 모드 전송선로 이론을 사용하여 정확하게 분석하였다. 수치해석 결과, 유전체격자구조로 구성된 기존의 DFB는 전송 모드들의 피드백특성에 기인한 차단대역을 형성하지만 금속격자구조는 누설파특성에 기인한 차단대역을 형성하는 것으로 나타났다. 결국, 누설파 필터특성을 적용한 광 결합용 필터는 LD나 광섬유와 같은 광통신용 소자들과 집적이 가능함을 보였다. A novel optical coupling filter with finite-thickness metal-strip gratings printed on optical planar dielectric slabs is proposed, and Bragg conditions of the device are rigorously evaluated by using Modal Transmission-Line Theory (MTLT). The numerical results reveal that the guiding structures have filtering properties due to a leaky-wave stop-band while conventional DFB guiding structures consisted of dielectric gratings depend on a feedback-wave stop-band. Consequently, it shows that the optical coupling titter dependent on the leaky-wave filtering characteristics can be compounded of such optical devices as LD and optical fiber.

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.

버섯형 이중 격자구조의 광 바이오센서에 대한 회절 특성

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2022 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.22 No.2

The resonant bio-sensor of bi-level grating structure with mushroom profile has been designed for operating in the near-infrared (NIR) wavelength range under transverse electric (TE) polarization. The rigorous modal transmission-line theory (MTLT) is applied to determine the optical characteristics, and the reflection resonance of the grating structure is analyzed by varying their geometrical parameters. The numerical result shows that an excited sharp Fano resonance (FR), which does not occur in single layer grating, is demonstrated. The relationship between structure parameters of bi-level grating and the reflectance spectrum in order to guarantee the appearance of FR in the designed structure is fully investigated. An optical bio-sensor with a potential sensitivity of 112.9~214.3 deg/RIU and 447 nm/RIU is designed based on the proposed structure. The proposed mushroom profile may serve as a powerful sample for the design of optical bio-sensors with a wide range of applications. 버섯형 이중 격자 구조의 공진 바이오센서가 TE 편광 하의 근적외선 (NIR) 파장 범위에서 동작하도록 설계되었다. 정확한 MTLT (modal transmission-line theory)를 적용하여 광학적 특성을 결정하고, 격자 구조의 기하학적 매개변수를 변경하여 격자 구조의 반사 공진을 분석하였다. 수치 해석적 분석 결과, 단일층 격자 구조에서는 발생하지 않는여기된 날카로운 Fano 공명 (FR)이 발생하였다. 설계된 구조에서 FR의 발생을 입증하기 위하여 이중 격자의 구조 매개변수와 반사 스펙트럼 사이의 관계를 자세하게 조사하였다. 제안된 구조를 기반으로 잠재적 감도가 112.9~214.3 deg/RIU, 그리고 447 nm/RIU인 광 바이오센서가 설계되었다. 제안된 버섯형 구조는 광범위한 응용 분야를 가진 광바이오센서 설계에 대한 좋은 표본으로 이용할 수 있다.

2D 주기적 패턴으로 구성된 격자 구조형 방향성 결합기의 모드 특성

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2015 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.15 No.4

종방향 모드 전송선로 이론을 이용하여 실리콘 도파로에 기초한 플라즈마 격자 구조형 방향성 결합기 (P-GADC)의 1D & 2D 격자 패턴에 따른 전송 모드 특성을 정확하게 분석하였다. 정확한 해석적 수식과 기, 우 모드 사이의 간섭특성에 의존하는 중첩모드를 정의하여 각 격자 패턴에서 발생하는 TE 모드의 필드분포를 수치해석 하였다. 수치해석 결과, 최대 결합효율을 발생시키는 필드분포는 정사각형 격자 패턴으로 구성된 P-GADC에서 발생하였다. 즉, GADC의 전형적인 최대 결합효율 조건인 위상정합 조건과 다른 최소간격 조건인 격자주기 dmin = 8.8μm에서 발생 하였다. Longitudinal transmission-line modal theory is applied to analyze the guiding mode characteristics along 1D & 2D grating patterns of plasmonic grating-assisted directional couplers (P-GADC) based on silicon waveguide. By defining supermodes amenable to rigorous analytical solutions and interference between even and odd modes, the field distributions of TE modes for each grating patterns are evaluated. The numerical result reveals that the field distribution with maximum coupling efficiency occurs at P-GADC composed by square grating pattern. That is, it reveals at a minium gap condition of grating period dmin = 8.8μm different from conventional phase-matching condition of GADC.

정확한 등가 전송선로 이론을 사용한 다층 격자 구조의 회절특성 분석

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2015 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.15 No.1

다층 격자구조에서 전파하는 평면파들의 회절특성을 나타내는 고유치 문제는 모드 확장 원리에 의하여 정확 하게 설명할 수 있다. 그런 모드 확장 원리들에 의존하는 모드 해들은 간단한 회로이며 일반적인 형태인 등가 전송선 로 망에 의하여 분석할 수 있다. 이 해석법은 어떤 조건에서든 필드들의 격자 회절과정에 대한 상당한 물리적 직관성 을 제공하는 해석적인 특성을 준다. 특히, 등가 전송선로 망은 다른 해석법들에서 해석적으로 구할 수 없는 회절 격자 구조의 산란특성, 방출효과 그리고 다른 광학적 특성들을 체계적으로 평가하기 위한 컴퓨터 알고리즘의 템플릿으로서 사용될 수 있다. 본 논문에서 제안한 정확한 해석법의 타당성을 입증하기 위하여 앞서 연구한 논문들의 결과를 수치 해석적으로 비교 분석하였다. 그 결과 본 논문에서 얻은 내용과 잘 일치함을 확인할 수 있었다. The eigenvalue problems involving the diffraction of waves by multi-layered grating configurations can be explained by rigorous modal expansion terms. Such a modal solution can be represented by equivalent transmission-line networks, which are generalized forms of simple conventional circuits. This approach brings considerable physical insight into the grating diffraction process of the fields everywhere. In particular, the transmission-line representation can serve as a template for computational algorithms that systematically evaluate dispersion properties, radiation effects and other optical characteristics that are not readily obtained by other methods. To illustrate the validity of the present rigorous approach, the previous research works are numerically confirmed and the results agree well each other.

광 섬유-도파로 결합용 방향성 결합기의 전력전송 ( Power Transfer of Optical Directional Couplers for Fiber-to-Waveguide Coupling )

호광춘,임용훈,김영권 한국통신학회 1998 광전자공학회 학술회의 Vol.5 No.1

이중 샌드위치 Rib-형 도파로에 기초한 초소형 편광 무의존성 방향성 결합기

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2014 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.14 No.3

종방향 모드 전송선로 이론을 이용하여 이중 샌드위치 Rib-형 도파로에 기초한 초소형 편광 무의존성 방향 성 결합기 (PIDC)의 편광특성을 자세하게 탐구하였다. 제안한 초소형 방향성 결합기의 편광 무의존성 조건을 얻기 위 하여 샌드위치 rib형 도파로의 굴절률과 두께에 때라 변하는 quasi-TE 모드와 quasi-TM 모드의 결합길이와 결합효 율을 분석하였다. 수치해석 결과, 수백 마이크로미터 크기의 초소형 편광 무의존성 방향성 결합기는 이중 샌드위치 층 의 구조적, 물질적 변수들을 잘 선택함으로써 구현할 수 있음을 보였다. 또한, 이중 샌드위치 rib형 도파로에 분포하는 기본 모드의 프로필이 방향성 결합기의 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대하여 조사하였다. The polarization characteristics of ultracompact polarization-insensitive directional coupler (PIDC) based on double sandwiched rib-type waveguide are explored in detail by using longitudinal modal transmission-line theory (L-MTLT). To obtain the polarization-insensitive condition of ultracompact directional coupler, the coupling length and coupling efficiency as functions of the refractive index and thickness of sandwiched rib-type waveguide are analyzed for quasi-TE and quasi-TM modes. The numerical results show that the ultracompact polarization-insensitive coupler with hundreds of micrometer scales is realized by properly choosing structural and material parameters of double sandwiched layers. Furthermore, the influence of fundamental mode profile, which is distributed in lateral waveguide of coupler, on the coupler performance has been investigated.

전송선로 이론에 기초한 파장 변환 DFB 레이저의 정적 및 동적 작용

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2014 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.14 No.2

2단으로 구성된 DFB 레이저의 정적 및 동적 작용을 분석하기 위하여 종방향 모드 전송선로 이론 (L-MTLT)을 이용하였다. 활성영역을 갖는 DFB 구조의 특성 임피던스와 등가 전파상수를 L-MTLT에 기초하여 유 도하였다. 2단으로 구성된 DFB 레이저가 전송선로 망으로 유사화 되었으며, 각 단은 그에 대응하는 등가 요소들로 등 가화된 전송선로 블록으로 나타내었다. 등가 전송선로 망에 기초한 DFB 레이저의 종방향 공진 조건 (resonance condition)이 레이트 방정식 (rate equation)을 재구성하기 위하여 사용되었으며, 이를 이용하여 활성여역을 갖는 2단 DFB 레이저의 정적 및 동적 작용을 자세하게 분석하였다. A longitudinal modal transmission-line theory(L-MTLT) to analyze the static and dynamic behavior of two-section distributed feedback (DFB) lasers is used. The characteristic impedance and equivalent propagation constant of DFB structure with active layer are derived from L-MTLT. A two-section DFB laser is analogous to a transmission-line network, in which each section is described by transmission-line block corresponding to the equivalent factors. The longitudinal resonant condition of DFB laser based on equivalent transmission-line network is used to reformulate the rate equations so that static and dynamic behavior of two-section DFB lasers with active layer is demonstrated and analyzed accurately.

광통신용 광 결합기의 모드 전송선로 해석법

호광춘,김준환,김영권 대한전자공학회 1998 電子工學會論文誌, D Vol.d35 No.7

Modal transmission-line is utilized to analyze the power coupling of optical directional coupler composed by two parallel guiding slabs. By defining a coupling efficiency .eta. amenable to rigorous supermodes and boundary conditions of modal functions, we evaluate the power transfer for TE mode of gainy coupler. The results reveal that optimized power exchange occurs at a novel wavelength .lambda.$_{op}$ , which is generally different from minimum gap .lambda.$_{min}$ between rigorous modes and phase-matching condition .lambda.$_{ph}$ .