도파로 렌즈를 이용한 광 결정 도파로의 광 결합 효율성 개선

초록

집적 광학(Integrated Optics) 소자에서 기존 광도파로와 광결정 도파로 간의 효율적 결합 및 접속의 안정성은 매우 중요한 과제이다. 기존의 단일모드 광도파로의 폭은 수 정도임에 비하여, 광 결정을 이용한 단일 결함 도파로인 경우 그 폭은 보통 1 이하이다. 또한 광결정 도파로의 광 가둠 효과가 우수하여 기존 도파로와의 결합 사이에 모드 부정합 현상이 발생하며, 이것은 광결정 도파로의 광결합 효율은 낮게 하는 요인이 된다. 본 논문에서는 광결정 도파로의 효율적인 광결합을 위하여 도파로 렌즈를 이용하였다. 도파로 렌즈는 타원형 구조이며 기존 도파로를 통해 도파된 평면파가 도파로 렌즈의 곡면에서 굴절되어 타원의 초점으로 집속된다. 도파로 렌즈의 초점 거리는 타원의 장축과 단축의 길이에 의해 결정되며, 타원의 단축 2b는 기존 도파로의 폭인 1.6와 동일하다. 이에 따라 타원의 장축과 초점 거리는 각각 , 이다. 본 논문에서 사용된 광결정은 SOI (Silicon On Insulator) 평판에 공기 기둥이 삼각형 구조로 배열된 구조이며, 광결정 도파로의 입구는 도파로 렌즈의 초점 부근에 위치한다. 광결정에서 원기둥 간 거리인 격자 상수와 원기둥의 반지름은 각각 , 이며 주파수 영역 영역에서 TM 모드 밴드갭을 갖는다. 광결정에 사용된 물질의 유효 굴절률은 이고 방향으로 단일 결함을 만들면 두 개의 모드를 지원하는 광결정 도파로로 사용할 수 있다.