KR102098861B1 - A device and a method for generating light carrying orbital angular momentum - Google Patents

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    • H01P7/08—Strip line resonators
    • H01P7/082—Microstripline resonators

Abstract

광 궤도각 운동량 발생기는 일 방향으로 연장되는 도파로(waveguide) 및 상기 도파로를 가로지르는 방향과 평행한 방향으로 중심축을 갖는 링 공진기(ring resonator)를 구비하고 링 공진기는 상기 중심축에 수직한 일 면에 형성되는 돌출 격자를 구비한다.The optical orbital angular momentum generator has a waveguide extending in one direction and a ring resonator having a central axis in a direction parallel to the direction crossing the waveguide, and the ring resonator is one surface perpendicular to the central axis It is provided with a protruding grid formed on it.

Description

광 궤도각운동량 발생기 및 광 궤도각운동량 생성 방법{A device and a method for generating light carrying orbital angular momentum}A device and a method for generating light carrying orbital angular momentum}

실시예들은 광 궤도각운동량 발생기 및 광 궤도각운동량 생성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 더 높은 방사 효율을 갖는 광 궤도각운동량 발생기 및 광 궤도각운동량 생성 방법에 관한 것이다.Embodiments relate to an optical orbital angular momentum generator and a method for generating an optical orbital angular momentum, and more particularly, to an optical orbital angular momentum generator and a method for generating an optical orbital angular momentum with higher radiation efficiency.

궤도각운동량(Orbital Angular Momentum; OAM)은 광자 혹은 전자가 궤도 운동을 할 때 가질 수 있는 각 운동량이다. 궤도각운동량을 갖는 빛(광자)은 빛의 진행방향으로 나선형태로 회전하는 파면을 갖는다.Orbital Angular Momentum (OAM) is the angular momentum that a photon or electron can have when orbiting. Light (photons) having orbital angular momentum has a wavefront that rotates in a spiral shape in the direction of light travel.

이 때, 빛(또는 광자)은 이론상으로 무한대의 궤도각운동량을 가질 수 있다. 이러한 특성을 이용하면 사용 가능한 통신 채널의 수를 증가시킬 수 있어 통신 분야에 주요하게 이용될 수 있다. 또한 궤도각운동량을 갖는 빛은 상술한 특성을 통하여 양자계산 분야에도 응용될 수 있기 때문에 잠재성이 큰 연구분야이다. At this time, light (or photons) may theoretically have an infinite orbital angular momentum. By using this characteristic, the number of available communication channels can be increased, and thus, it can be mainly used in the communication field. In addition, light having orbital angular momentum is a research field with great potential because it can be applied to the quantum computation field through the above-described characteristics.

도 1은 종래의 광 궤도각운동량 발생기를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional optical orbital angular momentum generator.

빛이 궤도각운동량을 갖도록 하려면 빛의 진행방향에 수직인 평면상에서 위상을 변화시키면 된다. 대표적인 예시로서, 도 1에 도시된 종래 기술인 링 공진기의 내측면에 격자를 구비하는 광 궤도각운동량 발생기가 보고된 바 있다. 종래의 광 궤도각운동량 발생기는 링 공진기와 도파로(wave guide)를 구비한다.To make the light have an orbital angular momentum, change the phase on a plane perpendicular to the direction of light travel. As a representative example, an optical orbital angular momentum generator having a grating on an inner surface of a ring resonator according to the prior art shown in FIG. 1 has been reported. The conventional optical orbital angular momentum generator includes a ring resonator and a wave guide.

종래의 광 궤도각운동량 발생기의 링 공진기는 링 공진기의 중심축을 바라보는 내측면에 측면 격자를 구비한다. 측면 격자는 링 공진기의 내측면으로부터 돌출되어 링 공진기의 중심축을 향한다. 종래의 링 공진기는 중심축 방향으로 대칭성을 갖는다. The ring resonator of the conventional optical orbital angular momentum generator has a side grating on the inner side facing the central axis of the ring resonator. The side grating protrudes from the inner surface of the ring resonator and faces the central axis of the ring resonator. Conventional ring resonators have symmetry in the central axis direction.

내측면에 측면 격자를 구비하는 링 공진기를 구비하는 종래의 광 궤도각운동량 발생기에 의하면, 링 공진기 내부에서 공진하며 갇혀 있던 빛이 링 공진기의 측면 격자에 의해 링 공진기로부터 탈출할 수 있다.According to a conventional optical orbital angular momentum generator having a ring resonator having a side grating on its inner surface, light trapped and trapped inside the ring resonator can escape from the ring resonator by the side grating of the ring resonator.

탈출된 빛은 링 공진기의 중심축을 따라 방사한다. 이러한 광 궤도각운동량 발생기는 수 마이크로미터의 수준으로 소형화 할 수 있는 장점이 있다.The escaped light emits along the central axis of the ring resonator. The optical orbital angular momentum generator has an advantage that it can be downsized to the level of several micrometers.

종래의 링 공진기는 링 공진기의 내측면에 측면 격자를 구비하기 때문에 중심축 방향으로 완벽한 대칭성을 갖는다. 따라서 링 공진기의 누설률(leak rate)은 방사 방향에 영향을 받지 않고 동일하다.The conventional ring resonator has a lateral grating on the inner surface of the ring resonator, and thus has perfect symmetry in the central axis direction. Therefore, the leak rate of the ring resonator is the same regardless of the direction of radiation.

링 공진기의 누설률(leak rate)은 중심축을 따라 빛이 방사되는 방향 중 하나인 제 1 방향과 제 1 방향에 반대측의 제 2 방향에 대해서 서로 동일하고 이에 따른 방사 효율(radiation efficiency) 또한 제 1 방향 및 제 2 방향과 무관하게 동일하다.The leak rate of the ring resonator is the same in the first direction, which is one of the directions in which light is emitted along the central axis, and in the second direction on the opposite side to the first direction. It is the same regardless of the direction and the second direction.

기존 광 궤도각운동량 발생기의 구조에 따른 상술한 특성으로 인하여 궤도각운동량의 방사 효율(radiation efficiency)은 최대 50%를 넘을 수 없는 한계가 존재한다.Due to the above-described characteristics according to the structure of the existing optical orbital angular momentum generator, there is a limitation that the radiation efficiency of the orbital angular momentum cannot exceed 50%.

실시예들은 향상된 광 방사 효율을 갖는 광 궤도각운동량 발생기 및 광 궤도각운동량 생성 방법을 제공한다. Embodiments provide an optical orbital angular momentum generator with improved light emission efficiency and a method for generating optical orbital angular momentum.

실시예들은 중심축 방향으로 비대칭성 구조를 갖는 링 공진기 구비한 광 궤도각운동량 발생기 및 광 궤도각운동량 생성 방법을 제공한다. Embodiments provide an optical orbital angular momentum generator and a method for generating an optical orbital angular momentum with a ring resonator having an asymmetric structure in the central axis direction.

실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기는 광 궤도각운동량 발생기에 자유롭게 방향성을 부여함으로써 높은 방사 효율을 얻는다.The optical orbital angular momentum generator according to the embodiment obtains high radiation efficiency by freely imparting directionality to the optical orbital angular momentum generator.

실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기는 일 방향으로 연장되는 도파로(waveguide) 및 상기 도파로가 연장되는 방향을 가로지르는 방향을 향하는 중심축에 대해 원주방향으로 연장하는 링 공진기(ring resonator)를 구비한다. 이 때 빛은 도파로로 입사하여 링 공진기로 진행한다. 또한, 링 공진기는 중심축의 일 방향을 향하는 일 면에 형성되는 돌출 격자를 구비할 수 있다.The optical orbital angular momentum generator according to the embodiment includes a waveguide extending in one direction and a ring resonator extending circumferentially with respect to a central axis facing a direction transverse to the direction in which the waveguide extends. At this time, light enters the waveguide and proceeds to the ring resonator. In addition, the ring resonator may include a protruding grid formed on one surface facing one direction of the central axis.

링 공진기는 도파로로부터 이격되어 위치할 수 있다.The ring resonator may be located spaced apart from the waveguide.

돌출 격자의 각각은 링 공진기의 연장방향을 따라 서로에 대하여 이격되어 링 공진기의 일 면에 위치할 수 있다.Each of the protruding gratings may be spaced apart from each other along the extending direction of the ring resonator and positioned on one surface of the ring resonator.

광 궤도각운동량 발생기는 공기 또는 유리(glass) 기판에 의해 둘러싸일 수 있다.The optical orbital angular momentum generator may be surrounded by air or a glass substrate.

링 공진기는 링 공진기에 입사한 빛을 일 면이 바라보는 제 1 방향과 일 면의 반대측의 타 면이 바라보는 제 2 방향으로 방사하되, 광 궤도각운동량 발생기의 방사 효율(radiation efficiency)은 제 1 방향과 제 2 방향에서 서로 상이할 수 있다.The ring resonator emits light incident on the ring resonator in a first direction in which one side views and a second direction in which the other side of the one side views, but the radiation efficiency of the optical orbital angular momentum generator is first. The direction and the second direction may be different from each other.

링 공진기 및 도파로는 규소를 포함할 수 있다.The ring resonator and waveguide may include silicon.

실시예들에 관한 방향성을 갖는 광 궤도각운동량 발생기 및 및 광 궤도각운동량 발생 방법에 의하면 링 공진기의 중심축의 연장 방향 중 일 방향을 향하는 일 면에 돌출 격자를 구비하므로 궤도각운동량을 갖는 빛의 방사 효율을 특정 방향으로 증가시킬 수 있다.According to the optical orbital angular momentum generator having the directionality and the optical orbital angular momentum generating method according to the embodiments, the radiation efficiency of light having the orbital angular momentum is provided by providing a protruding grating on one surface in the direction of extension of the central axis of the ring resonator. It can be increased in a specific direction.

또한 실시예들에 관한 광 궤도각운동량 발생기 및 광 궤도각운동량 생성 방법에 의하면 링 공진기의 구조 및 파라미터(예를 들어 링 공진기의 직경, 돌출 격자의 형상, 돌출 격자의 높이, 돌출 격자의 개수, 돌출 격자 간 이격 간격)를 조절하여 다양한 상태의 궤도각운동량을 발생시킬 수 있고 원하는 방향으로 빛의 방사 효율을 제어할 수 있다. In addition, according to the optical orbital angular momentum generator and the method for generating the optical orbital angular momentum according to the embodiments, the structure and parameters of the ring resonator (for example, the diameter of the ring resonator, the shape of the projecting grid, the height of the projecting grid, the number of projecting grids, and the projecting grid) Inter-space spacing) can be adjusted to generate orbital angular momentum in various states and to control the efficiency of light emission in a desired direction.

도 1은 종래의 광 궤도각운동량 발생기를 도시한 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기를 도시한 사시도이다.
도 3a의 도 2에 도시된 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기에 의해 방사된 빛(광자)의 방사 효율을 파장에 대하여 나타낸 그래프이다.
도 3b는 도 2에 도시된 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기에 의해 방사된 빛이 궤도각운동량(OAM)을 갖는 것을 시각적으로 도시한 이미지이다.
도 3c는 도 1의 광 궤도각운동량 발생기에 의해 방사된 빛의 방사 효율을 파장에 대하여 나타낸 이미지이다.
도 4는 공기 또는 유리(glass) 기판에 의해 둘러싸인 광 궤도각운동량 발생기를 도시한 정면도이다.1 is a perspective view showing a conventional optical orbital angular momentum generator.
2 is a perspective view showing an optical orbital angular momentum generator according to an embodiment.
3A is a graph showing the radiation efficiency of light (photons) emitted by the optical orbital angular momentum generator according to the embodiment shown in FIG. 2 with respect to wavelength.
3B is an image visually showing that light emitted by the optical orbital angular momentum generator according to the embodiment illustrated in FIG. 2 has orbital angular momentum (OAM).
3C is an image showing the radiation efficiency of light emitted by the optical orbital angular momentum generator of FIG. 1 with respect to wavelength.
4 is a front view showing an optical orbital angular momentum generator surrounded by an air or glass substrate.

본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 일 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. The present invention will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only one embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and the ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Meanwhile, the terms used in the present specification are for explaining the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless otherwise specified in the phrase.

명세서에서 사용되는 '구비한다(comprises)' 및/또는 '구비하는(comprising)'은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. As used herein, 'comprises' and / or 'comprising' refers to the components, steps, operations and / or elements mentioned above, the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or do not exclude additions.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are used only to distinguish one component from another component.

도 2는 일 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기를 도시한 사시도이다.2 is a perspective view showing an optical orbital angular momentum generator according to an embodiment.

광 궤도각운동량 발생기(100)는 링 공진기(ring resonator; 10)와 도파로(wave guide; 20)를 구비한다. 링 공진기(10)는 도파로의 연장방향을 가로지르는 방향을 향하는 중심축에 대해 원주방향을 따라 연장하는 링 형상을 갖는다. 링 공진기(10)와 도파로(20)는 설정된 간격만큼 서로에 대해 이격되어 위치한다. The optical orbital angular momentum generator 100 includes a ring resonator 10 and a wave guide 20. The ring resonator 10 has a ring shape extending along a circumferential direction with respect to a central axis facing a direction transverse to the extending direction of the waveguide. The ring resonator 10 and the waveguide 20 are spaced apart from each other by a predetermined interval.

링 공진기(10)는 링 공진기(10)의 중심축의 연장방향의 일 방향을 향하는 일 면(11)에 형성되는 돌출 격자(15)를 구비할 수 있다. 일 면(11)이 향하는 방향은 링 공진기(10)의 중심축의 연장방향에 대해 대략 평행한 방향일 수 있다. 돌출 격자(15) 각각은 링 공진기(10)의 원주방향을 따라 서로에 대해 일정한 간격만큼 이격되며 링 공진기의 일 면(11)에 형성된다.The ring resonator 10 may include a protruding grating 15 formed on one surface 11 facing one direction of an extension direction of the central axis of the ring resonator 10. The direction in which one surface 11 faces may be a direction substantially parallel to the extending direction of the central axis of the ring resonator 10. Each of the protruding gratings 15 is spaced apart from each other by a predetermined distance along the circumferential direction of the ring resonator 10 and is formed on one surface 11 of the ring resonator.

링 공진기(10) 및 도파로(20)는 모두 규소(Si)를 포함할 수 있다. 광 궤도각운동량 발생기(100)는 공기 또는 유리(glass) 기판에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 때 규소의 굴절률(nSi)은 3.45이고, 유리 기판의 굴절률(nglass)은 1.45이다.The ring resonator 10 and the waveguide 20 may both include silicon (Si). The optical orbital angular momentum generator 100 may be surrounded by air or a glass substrate. At this time, the refractive index (n Si ) of silicon is 3.45, and the refractive index (n glass ) of the glass substrate is 1.45.

광 궤도각운동량 발생기(100)는 방사된 빛(광자)이 궤도각운동량(Orbital Angular Momentum; OAM)을 가질 수 있도록 한다. 궤도각운동량을 갖는 빛은 빛의 진행방향으로 나선형태로 회전하는 파면을 갖는다.The optical orbital angular momentum generator 100 allows the emitted light (photon) to have an orbital angular momentum (OAM). Light having an orbital angular momentum has a wavefront that rotates in a spiral form in the direction of light travel.

일 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기(100)의 링 공진기(10)는 돌출 격자(15)를 일 면(11) 상에 구비하기 때문에 광 궤도각운동량 발생기(100)의 돌출 격자(15)의 배치 구조에서 대칭성을 제거함으로써 비대칭성 구조의 돌출 격자(15)의 배치 구조를 갖는다. Since the ring resonator 10 of the optical trajectory angular momentum generator 100 according to an embodiment includes the projecting grid 15 on one surface 11, the arrangement of the projecting grid 15 of the optical trajectory angular momentum generator 100 is provided. By removing the symmetry from the structure, it has an arrangement structure of the projecting grating 15 of the asymmetric structure.

광 궤도각운동량 발생기(100)는 도파로(20)를 통하여 입사된 빛이 링 공진기(10)로 진행한 후 링 공진기(10)의 중심축이 향하는 방향 중 돌출 격자(15)가 형성된 일 면(11)이 바라보는 제 1 방향 및 일 면(11)의 반대측의 타 면(12)이 바라보는 제 2 방향으로 방사되도록 설계된다. The optical orbital angular momentum generator 100 has one surface 11 on which a protruding grid 15 is formed in a direction in which the central axis of the ring resonator 10 faces after the light incident through the waveguide 20 proceeds to the ring resonator 10. ) Is designed to radiate in the first direction facing and the other side 12 opposite the one side 11 facing in the second direction.

링 공진기(10)의 돌출 격자(15)에 의한 구조적 비대칭성은 링 공진기(10)의 제 1 방향과 제 2 방향의 누설률(leak rate)의 차이를 구현한다 링 공진기(10)의 제 1 방향과 제 2 방향의 누설률의 차이로 인해 링 공진기의 제 1 방향과 제 2 방향의 방사 효율(radiation efficiency)이 서로 달라진다. 제 1 방향과 제 2 방향의 비대칭적인 방사 효율로 인하여 광 궤도각운동량 발생기(100)는 최적 방사 효율을 달성할 수 있다.The structural asymmetry of the ring resonator 10 by the protruding grating 15 realizes a difference between a leak rate in the first direction and the second direction of the ring resonator 10. The first direction of the ring resonator 10 Due to the difference in the leak rates in the second and second directions, the radiation efficiency of the first and second directions of the ring resonator is different from each other. Due to the asymmetric radiation efficiency in the first direction and the second direction, the optical orbital angular momentum generator 100 can achieve optimum radiation efficiency.

도 3a은 도 2에 도시된 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기(100)에 의해 방사된 빛(광자)의 방사 효율을 파장에 대하여 나타낸 그래프이다. 3A is a graph showing radiation efficiency of light (photons) emitted by the optical orbital angular momentum generator 100 according to the embodiment shown in FIG. 2 with respect to wavelength.

일 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기(100)의 방사 효율은 격자의 위치나 링 공진기(10)의 다른 파라미터에 의해 제 2 방향으로 더 클 수 있다. 하지만, 도 2에 도시된 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기(100)에서는 돌출 격자(15)가 형성된 일 면이 바라보는 제 1 방향으로의 광 궤도각운동량 발생기(100)의 방사 효율이 최대화되도록 최적화되었다.The radiation efficiency of the optical orbital angular momentum generator 100 according to an embodiment may be greater in the second direction depending on the location of the grating or other parameters of the ring resonator 10. However, in the optical orbital angular momentum generator 100 according to the embodiment illustrated in FIG. 2, the radiation efficiency of the optical orbital angular momentum generator 100 in the first direction viewed from one surface on which the protrusion grating 15 is formed is optimized to be maximized. Became.

도 3a의 그래프의 가로축은 파장, 세로축은 방사 효율을 나타낸다. 그래프에서 알 수 있듯이, 실험값에서 일 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기(100)에 의해 방사된 빛의 방사 효율은 최대 78%인 것을 알 수 있다. 3A, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents radiation efficiency. As can be seen from the graph, it can be seen from the experimental values that the emission efficiency of light emitted by the optical orbital angular momentum generator 100 according to one embodiment is up to 78%.

도 3b는 도 2에 도시된 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기(100)에 의해 방사된 빛이 궤도각운동량(OAM)을 갖는 것을 시각적으로 도시한 이미지이다. 3B is an image visually showing that light emitted by the optical orbital angular momentum generator 100 according to the embodiment illustrated in FIG. 2 has orbital angular momentum (OAM).

도 3b를 참조하면 궤도각운동량을 갖는 빛(광자)은 빛의 진행방향을 따라 나선형태로 회전하는 파면을 갖는다. 광 궤도각운동량 발생기(100)로부터 방사된 빛의 크기와 위상 정보로부터 궤도각운동량을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3B, light (photons) having an orbital angular momentum has a wavefront that rotates in a helical shape along the traveling direction of light. The orbital angular momentum can be checked from the magnitude and phase information of the light emitted from the optical orbital angular momentum generator 100.

도 3c는 도 2의 종래의 광 궤도각운동량 발생기에 의해 방사된 빛의 방사 효율을 파장에 대하여 나타낸 그래프이다.Figure 3c is a graph showing the radiation efficiency of the light emitted by the conventional optical orbital angular momentum generator of Figure 2 with respect to the wavelength.

종래의 링 공진기는 링 공진기의 내측면에 형성된 측면 격자(5)를 가지기 때문에 중심축에 대해서 대칭성을 갖는다. 따라서 링 공진기의 누설률(leak rate)은 빛이 방사하는 제 1 방향 및 제 2 방향에 대해서 동일하고 이에 따른 방사 효율(radiation efficiency) 또한 방향과 무관하게 동일하다. 따라서, 방사효율은 최대 50%를 넘을 수 없다.The conventional ring resonator has a lateral grating 5 formed on the inner surface of the ring resonator, and thus has symmetry about the central axis. Therefore, the leak rate of the ring resonator is the same in the first direction and the second direction in which light is emitted, and thus the radiation efficiency is also the same regardless of the direction. Therefore, the radiation efficiency cannot exceed 50% at the maximum.

도 3c에 도시된 그래프의 가로축은 파장, 세로축은 방사 효율을 나타낸다. 그래프에 도시된 바와 같이, 종래의 광 궤도각운동량 발생기에 의해 방사된 빛의 방사 효율은 최대 39%에 그치는 것을 알 수 있다.3C, the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents radiation efficiency. As shown in the graph, it can be seen that the emission efficiency of light emitted by the conventional optical orbital angular momentum generator is only 39%.

일 실시예에 관한 광 궤도각운동량 발생기(100)의 링 공진기(10)는 링 공진기(10)의 중심축의 연장 방향의 일 방향을 향하는 일 면(11)에 돌출 격자를 구비한다. The ring resonator 10 of the optical orbital angular momentum generator 100 according to an embodiment includes a protruding grating on one surface 11 facing one direction in the direction of extension of the central axis of the ring resonator 10.

링 공진기(10)의 돌출 격자(15)에 의한 구조적 비대칭성은 링 공진기의 일 면(11)이 바라보는 제 1 방향과 일 면(11)에 반대측의 타 면(12)이 바라보는 제 2 방향의 사이에서 누설률(leak rate)의 차이를 구현한다. The structural asymmetry of the ring resonator 10 by the protruding grating 15 is the first direction in which one surface 11 of the ring resonator is viewed and the second direction in which the other surface 12 opposite to the one surface 11 is viewed. The difference between the leak rates is realized.

링 공진기(10)의 제 1 방향과 제 2 방향의 누설률의 차이로 인해 링 공진기(10)의 제 1 방향과 제 2 방향의 방사 효율이 서로 달라진다. 방사 효율은 비대칭적으로 발생하고 비대칭적 방사 효율의 결과 최적의 방사 효율을 달성할 수 있다.Due to the difference in leak rates between the first and second directions of the ring resonator 10, the radiation efficiency of the first and second directions of the ring resonator 10 is different from each other. The radiation efficiency occurs asymmetrically and as a result of the asymmetric radiation efficiency, optimum radiation efficiency can be achieved.

도 4는 공기 또는 유리(glass) 기판에 의해 둘러싸인 광 궤도각운동량 발생기(100)를 도시한 정면도이다.4 is a front view showing the optical orbital angular momentum generator 100 surrounded by an air or glass substrate.

광 궤도각운동량 발생기(100)의 링 공진기(10) 및 도파로(20)는 빛이 방사하여 통과할 수 있는 다양한 물질에 의해 둘러싸일 수 있고, 예를 들어 물질은 공기 또는 유리 기판일 수 있다. The ring resonator 10 and the waveguide 20 of the optical orbital angular momentum generator 100 may be surrounded by various materials through which light can pass through, for example, the material may be air or a glass substrate.

이 때, 링 공진기(10)의 일 면(11)이 바라보는 제 1 방향과 일 면(11)에 반대측의 타 면(12)이 바라보는 제 2 방향은 동일한 물질에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들어 제 1 방향 및 제 2 방향 모두 유리 기판에 의해 둘러싸일 수 있다.At this time, the first direction viewed by one surface 11 of the ring resonator 10 and the second direction viewed by the other surface 12 opposite to the one surface 11 may be surrounded by the same material. For example, both the first direction and the second direction may be surrounded by a glass substrate.

또한 링 공진기(10)의 일 면(11)이 바라보는 제 1 방향과 일 면(11)에 반대측의 타 면(12)이 바라보는 제 2 방향은 서로 상이한 물질에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들어 제 1 방향은 공기에 의해, 제 2 방향은 유리 기판에 의해 둘러싸일 수 있다.In addition, the first direction viewed by one surface 11 of the ring resonator 10 and the second direction viewed by the other surface 12 opposite to one surface 11 may be surrounded by different materials. For example, the first direction may be surrounded by air and the second direction by a glass substrate.

일 실시예에 관한 방향성을 갖는 광 궤도각운동량 발생기(100)에 의해서 궤도각운동량을 갖는 빛의 방사 효율을 특정 방향으로 크게 증가시킬 수 있다. 링 공진기(10)의 구조 및 파라미터(예를 들어 링 공진기의 직경, 돌출 격자의 형상, 돌출 격자의 높이, 돌출 격자의 개수, 돌출 격자 간 이격 간격)를 조절하여 다양한 상태의 궤도각운동량을 발생시킬 수 있고 원하는 방향으로 빛의 방사 효율을 제어할 수 있다. The radiation efficiency of light having the orbital angular momentum can be greatly increased in a specific direction by the optical orbital angular momentum generator 100 having directionality according to an embodiment. Adjusting the structure and parameters of the ring resonator 10 (for example, the diameter of the ring resonator, the shape of the projecting grid, the height of the projecting grid, the number of projecting grids, the spacing between the projecting grids) to generate orbital momentum in various states Can control the radiation efficiency of the light in the desired direction.

빛(또는 광자)은 이론상으로 무한대의 궤도각운동량을 가질 수 있기 때문에 사용 가능한 통신채널의 수를 증가시킬 수 있다. 이러한 특성을 응용하여 광통신 분야에 이용될 수 있다. 또한 상술한 특성들은 양자계산 분야에도 응용될 수 있다. 더욱이, 광통신 및 양자계산 분야는 산업 및 국방 상으로도 유용하게 사용될 수 있다.Light (or photons) can theoretically have infinite orbital angular momentum, which can increase the number of available communication channels. By applying these characteristics, it can be used in the field of optical communication. Also, the above-described characteristics can be applied to the quantum computing field. Moreover, the field of optical communication and quantum computing can be useful for industrial and defense purposes.

일 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be understood by those skilled in the art related to an embodiment that the embodiment can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the above-described substrate. Therefore, the disclosed methods should be considered in terms of explanation, not limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be interpreted as being included in the present invention.

5: 측면 격자
10: 링 공진기
11: 링 공진기의 일 면
12: 링 공진기의 타 면
15: 링 공진기의 돌출 격자
20: 도파로
100: 광 궤도각운동량 발생기5: side grid
10: ring resonator
11: One side of the ring resonator
12: the other side of the ring resonator
15: projecting grating of ring resonator
20: waveguide
100: optical orbital angular momentum generator

Claims (7)

일 방향으로 연장하며 빛이 입사되는 도파로(waveguide); 및
상기 도파로의 연장 방향을 가로지르는 방향을 향하는 중심축에 대해 원주방향으로 연장하며 상기 중심축의 일 방향을 향하는 일 면에 형성되는 돌출 격자를 구비함으로써 비대칭적 방사 효율(radiation efficiency)을 갖는 링 공진기(ring resonator);를 구비하는, 광 궤도각운동량 발생기로서,
상기 링 공진기는 상기 링 공진기에 입사한 빛을 상기 일 면이 바라보는 제 1 방향과 상기 일 면의 반대측의 타 면이 바라보는 제 2 방향으로 방사하되, 상기 광 궤도각운동량 발생기의 방사 효율(radiation efficiency)은 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향에서 서로 상이한, 광 궤도각운동량 발생기. A waveguide extending in one direction and incident with light; And
A ring resonator having asymmetric radiation efficiency by having a protruding grating extending in a circumferential direction with respect to a central axis facing a direction transverse to the extending direction of the waveguide and formed on one surface facing one direction of the central axis ( ring resonator), comprising:
The ring resonator radiates light incident on the ring resonator in a first direction viewed by the one surface and a second direction viewed by the other surface on the opposite side of the one surface. efficiency) is different from each other in the first direction and the second direction, the optical orbital angular momentum generator. 제 1 항에 있어서,
상기 링 공진기는 상기 도파로로부터 이격되어 위치하는, 광 궤도각운동량 발생기.According to claim 1,
The ring resonator is spaced apart from the waveguide, the optical orbital angular momentum generator. 제 1 항에 있어서,
상기 돌출 격자의 각각은 상기 링 공진기의 연장 방향을 따라 서로에 대하여 이격되는, 광 궤도각운동량 발생기.According to claim 1,
Each of the protruding gratings are spaced apart from each other along the extending direction of the ring resonator, an optical orbital angular momentum generator. 제 1 항에 있어서,
상기 광 궤도각운동량 발생기는 공기 또는 유리(glass) 기판에 의해 둘러싸인, 광 궤도각운동량 발생기.According to claim 1,
The optical orbital angular momentum generator is surrounded by air or a glass substrate, the optical orbital angular momentum generator. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 링 공진기 및 상기 도파로는 규소(Si)를 포함하는, 광 궤도각운동량 발생기.According to claim 1,
The ring resonator and the waveguide include silicon (Si), an optical orbital angular momentum generator. 제 1 항 내지 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 광 궤도각운동량 발생기에 의한 궤도각운동량을 갖는 빛의 생성 방법.A method for generating light having an orbital angular momentum by the optical orbital angular momentum generator according to any one of claims 1 to 4 and 6.
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