KR100458367B1 - Polarization splitter/combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer - Google Patents

Polarization splitter/combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer Download PDF

Info

Publication number
KR100458367B1
KR100458367B1 KR10-2002-0072190A KR20020072190A KR100458367B1 KR 100458367 B1 KR100458367 B1 KR 100458367B1 KR 20020072190 A KR20020072190 A KR 20020072190A KR 100458367 B1 KR100458367 B1 KR 100458367B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
polarization
mode
side polished
metal
Prior art date
Application number
KR10-2002-0072190A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20040043792A (en
Inventor
황중호
김광택
이준옥
Original Assignee
김광택
이준옥
황중호
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김광택, 이준옥, 황중호 filed Critical 김광택
Priority to KR10-2002-0072190A priority Critical patent/KR100458367B1/en
Publication of KR20040043792A publication Critical patent/KR20040043792A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100458367B1 publication Critical patent/KR100458367B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/30Polarising elements
    • G02B5/3025Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02214Optical fibres with cladding with or without a coating tailored to obtain the desired dispersion, e.g. dispersion shifted, dispersion flattened
    • G02B6/02285Characterised by the polarisation mode dispersion [PMD] properties, e.g. for minimising PMD
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation

Abstract

금속박막이 포함된 측면 연마 광섬유 결합기를 이용한 편광 분리/합성기의 구조와 이를 제작하는 방법에 관한것이다. 제안된 편광 분리/합성기는 금속의 두께와 결합 간격을 조절하여 TE모드와 TM모드를 분리시킨다. 통신용 광섬유를 그대로 이용하기 때문에 다른 시스템과의 접속 손실이 작으며, 삽입소실또한 TE모드의 경우 0.2 dB 이하 TM모드의 경우 0.3 dB로 매우 낮으며, 편광소멸비는 28 dB로 매우높다.The present invention relates to a structure of a polarization splitter / compositor using a side polished optical fiber coupler including a metal thin film and a method of manufacturing the same. The proposed polarization splitter / synthesizer separates TE mode from TM mode by controlling the thickness of the metal and the bonding gap. Since the optical fiber for communication is used as it is, the connection loss with other systems is small, and insertion loss is also very low at 0.3 dB in the TM mode or less than 0.2 dB in the TE mode, and the polarization extinction ratio is very high at 28 dB.

Description

금속층이 포함된 측면 연마 광섬유 결합기를 이용한 편광 분리/합성기 {Polarization splitter/combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer}Polarization splitter / combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer}

광섬유 편광 분리기는 코히런트 광통신이나 광센서 분야에서 핵심적인 소자로 자유 공간상의 광학 네트워크 스위치, 자기 광학 정보저장 시스템, 이미지 시스템, 단일 편광 광학 수신기, 편광 의존 광학 필터, 그리고 광학 자이로스코프등 다양한 분야에서 필요로하는 소자이다.Fiber-optic polarization splitters are key components in coherent optical communications and optical sensors, and are widely used in a variety of applications, including optical network switches in free space, magneto-optical data storage systems, imaging systems, single-polarized optical receivers, polarization-dependent optical filters, and optical gyroscopes. It is a necessary element.

종래의 편광분리기는 집적광학 광도파로 소자 기술, 빔 스플리터(beam sp-litter)를 이용한 기술, 특수 광섬유를 이용한 퓨전 스플라이서(fusion splicer) 기술 그리고 액정 크리스탈을 이용한 기술들로 크게 나눌수있다.Conventional polarizers can be broadly classified into integrated optical waveguide device technology, beam splitter (beam sp-litter) technology, fusion splicer technology using a special optical fiber and technology using a liquid crystal crystal.

먼저, M.H.Hu et al.,IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.9,No.6,June 1997은 뾰족한 형태의 Y-분기형를 GaAs-AlGaAs 기판에 대칭적인 형태와 비대칭적인 형태로 각각 입출력단에 놓고 전극을 이용 편광소멸비를 조절한 가변 마하-젠더 편광분리기이다.First, M.H.Hu et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 9, No. 6, June 1997 show the pointed Y-branch type on the GaAs-AlGaAs substrate in the symmetrical and asymmetrical forms at the input and output terminals, respectively. It is a gender polarizer.

M.B.J. Diameer et al., United States Patents 5,056,883, Field at Jan.25,1991은 비선형 폴리머 광도파로를 이용하여 제작된 Y-분기형 광도파로에서 한쪽 가지 부분만을 선택적으로 폴링하여 광학적 복굴절성을 여기함으로서 편광 분리기에 관한 특허이다.M.B.J. Diameer et al., United States Patents 5,056,883, Field at Jan. 25,1991 describe polarization splitters by selectively polling only one branch in an Y-branched optical waveguide fabricated using a nonlinear polymer optical waveguide to excite optical birefringence. Is a patent.

P.-K.Wei et al.,IEEE Photon. Technol.Lett., Vol.32, NO.4, pp.245-247, 1994는 리튬니오베이트 기판에 여러가지 종류의 원소를 내부 확산시켜서 생기는 광학적 복굴절성과 Y-분기형 광도파로를 이용하여 편광 분리기를 제작하였다.P.-K. Wei et al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 32, NO.4, pp. 245-247, 1994 describe the polarization splitter using optical birefringence and Y-branched optical waveguide, which are caused by internal diffusion of various kinds of elements onto a lithium niobate substrate. Produced.

그리고, F.Ghirardi et al., IEEE Photon. Lett., Vol.5, No.9.pp.1047-1049, 1993은 임튬포스파이트(InP) 기판에 방향성 결합기형 광도파로를 제작하여 편광에 따른 결합거리 차이를 이용하여 편광분리기를 제작하였다.And in F. Ghirardi et al., IEEE Photon. Lett., Vol. 5, No. 9, pp. 1047-1049, 1993, fabricated a directional coupler-type optical waveguide on a lithium phosphite (InP) substrate and fabricated a polarization separator using the coupling distance difference according to the polarization.

상기 기존의 폴리머 광도파로 편광기는 비선형 폴리머에서 복굴절성, 집적 광도파로의 구조, 또는 결합길이를 조절하여 소자를 제작하였다. 이는 특정 부분만을 적절한 복굴절성을 인가 해야하며, 수um 내의 도파로를 세밀하게 설계 및 제작해야한다.The conventional polymer optical waveguide polarizer is manufactured by adjusting the birefringence, the structure of the integrated optical waveguide, or the coupling length in the nonlinear polymer. It is necessary to apply the proper birefringence only to certain parts, and to design and manufacture waveguides in um carefully.

다음으로 Akira Sakamoto et al., Optics and Electronics Lab., Fujukura Ltd.,Japan 에서 PANDA 광섬유를 이용한 퓨전 커플러 형태의 편광기를 제시하였는데 이는 980um파장대의 펌핑용 광원 소자로 제한된 파장영역을 가지므로 일반 광통신 파장영역에서의 활용이 어렵다. 또한 축을 정렬함에 있어 고도의 정렬장치를 필요로한다.Next, Akira Sakamoto et al., Optics and Electronics Lab., Fujukura Ltd., Japan, presented a fusion coupler-type polarizer using PANDA optical fiber, which has a limited wavelength region as a pumping light source element of 980um wavelength. It is difficult to use in the area. It also requires a high degree of alignment to align the axis.

마지막으로 빔 스플리터를 이용하는 편광분리기와 액정 크리스탈을 이용하는 편광기는 많이 보고 되었는데, 이상의 두개의 방법은 주로 크리스탈의 복굴절성을 이용하는 것으로서 자유공간상에서 편광을 분리함으로 인해 규모가 크고, 여러 부수적인 장치가 필요하다.Lastly, many polarizers using beam splitters and polarizers using liquid crystal crystals have been reported. The above two methods mainly use the birefringence of crystals, which require large scale and multiple additional devices due to separation of polarized light in free space. Do.

상기 나열한 기존 편광분리기들의 단점을 해결하기 위해 본 발명은 단일 모드 광섬유를 측면 연마하고 그 위에 금속 박막을 증착한 후 동일한 측면 연마 광섬유를 결합하는 기법을 도입하여, 기존의 편광분리기들에 비하여 제작이 간단하며, 기계적인 신뢰성이 뛰어나고, 손실이 작고 편광분리비가 높은 새로운 형태의 편광분리기 및 합성기를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the shortcomings of the above-mentioned conventional polarizers, the present invention introduces a technique of side polishing a single mode optical fiber, depositing a thin metal film thereon, and then combining the same side polished optical fiber. It is an object of the present invention to provide a new type of polarizer and synthesizer that is simple, has excellent mechanical reliability, has a low loss, and has a high polarization separation ratio.

도 1은 본 발명이 적용되는 금속층이 포함된 측면 연마 광섬유 결합기의 구조도.1 is a structural diagram of a side polished optical fiber coupler including a metal layer to which the present invention is applied.

도 2는 본 발명의 측면 연마 광섬유 결합기의 단면 구조와 다층 평면도파로로 등가화한 구조도.2 is a structural diagram equivalent to a cross-sectional structure and a multilayer planar waveguide of the side polished optical fiber coupler of the present invention.

도 3은 소자 해석을 위해 구부려진 광섬유를 다수의 직선화된 선형구간으로 나눈 소자 구조.Figure 3 is a device structure divided into a plurality of linearized linear section bent optical fiber for device analysis.

도 4는 등가화한 평면도파로의 연마 후 남은 클래딩의 두께(s)에 따른 소자의 전달 특성, tm=5nm.Fig. 4 shows the transfer characteristics of the device according to the thickness (s) of the cladding remaining after polishing the equivalent planar wave, tm = 5 nm.

도 5a에서 도 5c는 본 발명에 따른 금속층의 두께에 따른 광섬유 모드의 전송 과정 특성도, (5a)tm=0nm, (5b)tm=5nm, (5c)tm=10nm.5a to 5c is a characteristic of the transmission process of the optical fiber mode according to the thickness of the metal layer according to the present invention, (5a) tm = 0nm, (5b) tm = 5nm, (5c) tm = 10nm.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 도 1과 같이 동일한 구조를 가진 두개의 측면 연마 광섬유를 이용한 방향성 결합기의 중간에 금속 박막을 형성시켰다. TE 편광은 금속 박막층에 의해서 두 광섬유 사이에 결합이 발생하지 못하지만 TM 편광 성분은 금속을 투과 할 수 있기 때문에 두 광섬유 사이에 광결합이 발생한다. 적절한 두께를 가지는 금속 박막층은 TM 편광 성분만 두 도파로 사이에서 소산장 결합을 허용한다. 도 1의 소자는 두 직교하는 편광 성분을 출력단의 양쪽 광섬유로 분리 할 수 있다. 도 1에서 Pa는 입력광의 전력, Pb 와 Pc 출력단에서 두 광섬유의 광전력을 의미한다. 제안된 결합기 구조에서 도 1의 단면 구조를 도 2와 같이 광섬유를 등가적인 평면 도파로로 대치하는 기법을 도입하여 소자의 특성을 분석하였다. 도 2에서 금속 박막의 두께는 tm, 연마 후 남은 클래딩 두께는 d, 광섬유 코어의 굴절률은 nco, 클래딩의 굴절률은 ncl로 표시하였다. s는 등가화된 평면 도파로의 클래딩의 두께를 뜻한다. 소자 해석을 위해 도 3과 같이 곡률반경(R) 25cm로 구부려진 광섬유의 결합영역을 다수의 직선화된 결합 구조로 나누어 해석 하였다. 총 결합길이는 5mm로 설정하고 결합 영역을 2000개의 직선화된 선형 구간으로 나누었다. 등가화한 평면 도파로의 해석을 위해 직교모드 이론을 도입하였다. 도 3에서 영역 0(section 0)과 영역(section N)에서는 소산장 결합이 발생하지 않을 정도로 충분히 두 광섬유 코어 사이가 멀리 분리 된 것으로 간주한다. 결합기 입력단으로 입력된 광은 첫번째 결합 영역(section 1)을 만나게 되면 다층구조 도파로가 가지는 직교모드들을 여기 신킨다. 첫 번째 결합영역 시작점에서 장의 분포는 입력광으로 부터 여기된 각 직교모드들이 가지는 장의 선형 조합으로 표시된다. TE 편광의경우 대칭모드와 비대칭모드가 존재하지만 TM 편광의 경우 굼속 두께가 수nm 이상 될때는 대칭및 비대칭 모드 뿐만 아니라 금속층을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 모드가 존재한다. 각 직교모드들은 각각의 위상 속도를 가지고 첫번째 결합 영역 끝단까지 진행하며 이는 다시 두번째 결합영역의 직교모드 들에게 에너지를 전달한다. 도 4에 상기에 기술한 해석을 통해 등가화된 평면 도파로의 클래딩의 두께(s)에 따른 TM 편광의 입력에 대한 결합특성을 분석한 것이다. 여기서 연마된 두 광섬유의 남은 클래딩의 두께는 동일한 것으로 간주한다. TM모드가 처음 입력된 광섬유의 반대편 광섬유로 거의 전달 될수 있는 클래딩 두께(s)가 두개 존재함을 보이고 있다. 클래딩의 두께가 6㎛ 이상 되면 두 광섬유 사이에 에너지 교환은 거의 발생하지 않는다. 광섬유의 코어의 반지름(a) 4.1㎛, 코어의 굴절률(nco) 1.4485와 클래딩의 굴절률(ncl)은 1.444로 설정하였다. 알루미늄의 굴절률은 파장 1.55㎛에서 1.44 +j16이다.In order to achieve the above object, the present invention forms a metal thin film in the middle of the directional coupler using two side polished optical fibers having the same structure as shown in FIG. TE polarization does not cause coupling between the two optical fibers by the metal thin film layer, but optical coupling occurs between the two optical fibers because the TM polarization component can penetrate the metal. A thin metal film layer of suitable thickness only allows dissipation coupling between the two waveguides. 1 can separate two orthogonal polarization components into both optical fibers of the output terminal. In FIG. 1, Pa denotes power of input light and optical power of two optical fibers at Pb and Pc output terminals. In the proposed coupler structure, the cross-sectional structure of FIG. 1 is replaced with an equivalent planar waveguide as shown in FIG. In FIG. 2, the thickness of the metal thin film is tm, the remaining cladding thickness after polishing is d, the refractive index of the optical fiber core is nco, and the refractive index of the cladding is represented by ncl. s is the thickness of the cladding of the equivalent planar waveguide. For the device analysis, as shown in FIG. 3, the coupling region of the optical fiber bent at a radius of curvature R of 25 cm was divided into a plurality of linearized coupling structures. The total bond length was set to 5 mm and the combined area was divided into 2000 linearized segments. Orthogonal mode theory is introduced for the analysis of equivalent planar waveguides. In FIG. 3, it is considered that the distance between the two optical fiber cores is far enough so that dissipative coupling does not occur in the region 0 and the section N. The light input to the coupler input stage excites the orthogonal modes of the multilayer waveguide when it encounters the first coupling region (section 1). The field distribution at the start of the first coupling region is represented by the linear combination of the fields of each orthogonal modes excited from the input light. In the case of TE polarization, symmetric and asymmetric modes exist, but in the case of TM polarization, when the thickness is several nm or more, symmetric and asymmetric modes as well as surface plasmon modes that proceed along the metal layer exist. Each orthogonal mode proceeds to the end of the first coupling region with its respective phase velocity, which in turn delivers energy to the orthogonal modes of the second coupling region. Through the above-described analysis in FIG. 4, the coupling characteristics of the TM polarized light input according to the thickness s of the cladding of the equivalent planar waveguide are analyzed. Here the thickness of the remaining cladding of the two polished optical fibers is considered to be the same. It is shown that there are two cladding thicknesses (s) that can be transferred almost to the opposing optical fiber of the TM mode first input. When the thickness of the cladding is 6 µm or more, little energy exchange occurs between the two optical fibers. The radius a of the core of the optical fiber 4.1 m, the refractive index nco of the core 1.4485 and the refractive index ncl of the cladding were set to 1.444. The refractive index of aluminum is 1.44 + j16 at a wavelength of 1.55 mu m.

금속박막의 두께가 점점 증가하면 TE 모드의 에너지는 평면 도파로의 코어층으로 집중되는 반면에 TM 모드의 경우 표면 플라즈몬 효과에 의해 금속과 유전체의 경계에서 에너지가 국한되려는 광학적 특성 때문에 최상부층 내의 소산장의 세기는 더 증가한다. 금속 박막의 두께가 4nm 이상이 되면 TE 모드는 거의 금속 박막을 투과하지 못하기 때문에 최상부층내의 소산장의 세기는 무시 할 수 있을 정도로 작아진다. 금속 박막의 두께가 10nm 이상이 될 때는 TM 모드의 경우 금속층을 따라 진행하며 광학적으로 매우 큰 흡수 손실을 가지는 표면 플라즈몬 모드가 새로이 형성되기 때문에 도 1의 결합기 구조에서 금속 박막이 두꺼울수록 TM 모드의손실은 증가한다. 금속 박막이 0.2nm에서 TE 모드는 손실이 최대가 된다. 그러나 금속막이 충분히 더 두꺼워지면 손실은 급격히 줄어든다. 이는 금속이 두꺼워짐에 따라 금속내부에 장(field)의 세기가 크게 줄어들기 때문이다. TM 모드는 금속박막의 두께가 증가하면 손실이 빠르게 증가한다. TM 모드는 금속층을 깊이 침투 할 수 있기 때문이다. 이상의 결과로부터 결합기 중간층에 놓인 금속층의 두께는 수nm 부근이 적합한 것으로 여겨지며 금속이 두꺼워 지면 TE 모드 사이의 결합은 급격히 감소하는 반면 TM 모드 사이의 결합은 약간씩 증가 할 것으로 예상한다.As the thickness of the metal film increases gradually, the TE mode energy is concentrated in the core layer of the planar waveguide, whereas in the TM mode, due to the optical property that the energy is confined at the boundary between the metal and the dielectric due to the surface plasmon effect, The intensity increases further. If the thickness of the metal thin film is 4 nm or more, the TE mode hardly penetrates the metal thin film, and the intensity of the dissipation field in the uppermost layer is negligibly small. When the thickness of the metal thin film is 10 nm or more, the TM mode progresses along the metal layer and newly forms a surface plasmon mode having an optically large absorption loss. Thus, the thicker the metal thin film in the coupler structure of FIG. Increases. When the metal thin film is 0.2nm, the TE mode has the maximum loss. However, when the metal film is thicker enough, the loss is drastically reduced. This is because the strength of the field in the metal is greatly reduced as the metal thickens. In TM mode, losses increase rapidly as the thickness of the metal film increases. This is because TM mode can penetrate deep into the metal layer. From the above results, it is considered that the thickness of the metal layer placed in the intermediate layer of the coupler is suitable for several nm, and as the metal thickens, the bond between the TE modes is drastically decreased while the bond between the TM modes is slightly increased.

상기 본 발명의 일실시예로 도 1과 같은 구조의 금속층이 포한된 측면 연마 광섬유 결합기를 만들었다. 우선 측면 연마 광섬유를 만들기 위하여, 폭 1cm, 길이 2.5cm, 높이 0.5cm인 퀄츠블럭에 홈제작기의 다이아몬드 휠(두께 100㎛)을 이용하여 곡률반경(R) 25cm의 V-홈을 형성하였다. 다음으로 코어의 직경이 8.2㎛이며 클래딩의 직경이 125㎛ 그리고 차단 파장이 1234nm 일반 통신용 단일 모드 광섬유의 자켓을 2.3cm 제거하여 에폭시를 이용하여 V-홈에 고정 시켰다. 에폭시가 굳은 후 연마 필름과 1:1로 물과 알루미나 가루를 희석한 용액을 이용하여 광섬유의 측면을 연마하였다. 이때 630nm 파장의 가시광선 DFB레이저를 이용하여 연마 도중 빛의 산란을 관측한다. 연마 마무리 단계에서 거칠기가 0.1㎛ 연마 필름을 이용하여 클래딩의 두께(s)가 1.8㎛ 되도록 하였으며 광섬유의 연마 표면의 거칠기를 최소화하였다. 클래딩의 두께는 리퀴드-드롭 방법을 이용하여 구하였다. 이상으로 나열한 순서와 방법을 이용하여 똑 같은구조의 측면 연막 광섬유 블럭을 두개 만든다. 그 다음 단계로 열 증착기를 이용하여 하층부 측면 연마 광섬유 위에 금속 박막을 형성시켰다. 금속 박막의 재료는 알루미늄과 은을 이용하였다. 금속 박막의 두께는 엘립소메터(Ellipso-meter)를 이용하여 측정 하였다. 상층부 측면 연마 광섬유를 금속 박막이 형성된 하층부 측면 연마 광섬유와 결합시켜 마이크로메터-지그를 이용하여 상하층부 측면 연마 광섬유의 결합영역의 중심을 맞춘후 에폭시로 고정하였다.In an embodiment of the present invention, a side polished optical fiber coupler including a metal layer having a structure as shown in FIG. First, in order to make a side polished optical fiber, a V-groove having a radius of curvature (R) of 25 cm was formed on a quartz block having a width of 1 cm, a length of 2.5 cm, and a height of 0.5 cm by using a diamond wheel (100 μm in thickness) of a groove maker. Next, the core diameter was 8.2 μm, the cladding diameter was 125 μm, and the blocking wavelength was 1234 nm. 2.3 cm of the jacket of the single mode optical fiber for general communication was removed, and the epoxy was fixed to the V-groove. After the epoxy was hardened, the side surface of the optical fiber was polished using a polishing film and a solution of water and alumina powder diluted 1: 1. At this time, the scattering of light is observed during polishing using a visible light DFB laser of 630nm wavelength. In the polishing finishing step, the thickness of the cladding was 1.8 μm using a 0.1 μm abrasive film, and the roughness of the polishing surface of the optical fiber was minimized. The thickness of the cladding was determined using the liquid-drop method. Using the order and method listed above, make two side-film fiber optic blocks of the same structure. Next, a metal thin film was formed on the lower side side polished optical fiber using a thermal evaporator. As the material of the metal thin film, aluminum and silver were used. The thickness of the metal thin film was measured using an Ellipso-meter. The upper side side polished optical fiber was combined with the lower side side polished optical fiber in which the metal thin film was formed, and the bonding region of the upper and lower side side polished optical fibers was centered using an micrometer-zig and fixed with epoxy.

도 3(a)-3(c)는 도 1의 구조에서 금속(알루미늄)의 두께에 따른 소자의 광섬유 모드의 전송과정을 나타내는 상태도이다. 도 3(a)는 금속층의 두께가 0nm일 때 광섬유 모드의 전송 상태도로 TE와 TM 모드가 똑 같음을 보여주고 있다. 도 3(b)는 금속층의 두께가 5nm일 때 전송 모드 상태로 TE 모드는 인가된 광섬유로 계속 진행하지만 TM 모드는 완전히 반대편 광섬유로 에너지가 전달됨을 보이고 있다. 즉 TE와 TM 편광성분이 완전히 분리될 수 있음을 뜻한다. 이 경우 금속에 의한 흡수 손실은 TE 모드의 경우 0.2dB 이하, TM 모드의 경우 0.3dB 이하이고, 편광 소멸비는 두 출력단 모두 28dB 이상 만족한다. 이러한 특성을 가지면 이 결합기는 편광 분리기 뿐 만 아니라 편광기로도 이용할 수 있다. b 출력단을 이용하면 TE 통과 편광기, c 출력단을 이용하면 TM 통과 편광기로 이용 가능하다. 도 3(c)는 금속층의 두께가 10nm 일 때 전송 모드를 나타내는데 TM 모드의 경우 금속층에 갇혀서 진행하는 표면 플라즈몬 모드로 에너지가 결합되어 손실이 크게 발생한다. 이상의 결과로부터 금속의 두께와 결합 간격을 적절하게 조절하여 TM 모드의 광에너지는 처음 입력된 광섬유로부터 반대편 광섬유로 전달되고 TE 모드의 광에너지는 원래 광섬유 경로를 유지될 수 있음을 알 수 있다. 소자 구조를 적절하게 조절하면 이 결합기를 편광 분리/합성기 및 편광기로 이용 할 수 있음을 보였다. 또한 소자 제작시 알루미늄(Al)이나 은(Ag)은 광 통신용 유리 광섬유와 접착성이 양호하기 때문에 결합기 중간층에 놓인 금속층으로 이용 가능함을 알 수 있엇다.3 (a) -3 (c) are state diagrams illustrating a process of transmitting an optical fiber mode of a device according to a thickness of metal (aluminum) in the structure of FIG. 1. 3 (a) shows that the TE and TM modes are the same as the transmission state of the optical fiber mode when the thickness of the metal layer is 0 nm. 3 (b) shows that when the thickness of the metal layer is 5 nm, the TE mode proceeds to the applied optical fiber while the TM mode completely transfers energy to the opposite optical fiber. This means that the TE and TM polarization components can be completely separated. In this case, the absorption loss by the metal is 0.2dB or less in TE mode and 0.3dB or less in TM mode, and the polarization extinction ratio satisfies 28dB or more in both output stages. With this property, this coupler can be used as a polarizer as well as a polarization separator. If the b output stage is used, it can be used as a TE pass polarizer, and if the c output stage is used as a TM pass polarizer. 3 (c) shows a transfer mode when the thickness of the metal layer is 10 nm. In the TM mode, energy is coupled to the surface plasmon mode that is trapped in the metal layer and proceeds, resulting in large loss. From the above results, it can be seen that the light energy of the TM mode is transferred from the first input optical fiber to the opposite optical fiber and the light energy of the TE mode can maintain the original optical fiber path by appropriately adjusting the thickness of the metal and the bonding gap. Appropriate control of the device structure has shown that this coupler can be used as a polarization splitter / synthesizer and polarizer. In addition, it was found that aluminum (Al) or silver (Ag) may be used as a metal layer placed in the intermediate layer of the coupler because of good adhesiveness with a glass optical fiber for optical communication.

상기한 바와 같이 본 발명은 금속박막을 포함한 측면 연마 광섬유 결합기를 이용하여 편광분리기를 제작함에 있어 광통신용 단일 모드 광섬유를 사용하여 다양한 소자들 또는 시스템들과 접속 손실을 최소화하여 연결할수 있다. 또한 제작 과정도 단순화 하였으며, 광 전력 손실은 0.3dB 이하로 안정적이고 편광 소멸비도 28dB 이상으로 구현하였다. 본 발명의 하나의 소자로 TM 통과 편광기, TE/TM분리기 그리고 편광된 빛을 역으로 결합함으로서 TE/TM 합성기로도 이용 가능하다. 이와 같이 간단하면서 안정적이고 저가인 편광분리기 제작 기술을 확보함으로서, 본 발명의 소자가 다양한 분야에 응용되고, 광통신이 사회 저변에 확대 되는데 일조 할 것입니다.As described above, in the present invention, in fabricating a polarization separator using a side polished fiber coupler including a metal thin film, a single mode optical fiber for optical communication can be used to minimize connection loss with various devices or systems. In addition, the fabrication process is simplified, optical power loss is less than 0.3dB, and the polarization extinction ratio is more than 28dB. One device of the present invention can also be used as a TE / TM synthesizer by inversely combining the TM pass polarizer, TE / TM separator and polarized light. By securing a simple, stable and low-cost polarization separator manufacturing technology, the device of the present invention will be applied to various fields, and optical communication will be extended to the bottom of society.

Claims (4)

상기 도 1과 같이 중간층에 금속박막을 두며, 상부층과 하부층를 측면 연마 광섬유로 결합 후, 상부층의 측면 연마 광섬유 입력단으로 빛을 입사시켜 반대편 하부층 광섬유의 출력단으로 TM 모드를 상부층 광섬유의 출력단으로 TE 모드를, 또는 하부층의 측면 연마 광섬유 입력단으로 빛을 입사시켜 반대편 상부층 측면 연마 광섬유의 출력단으로 TM 모드를 하부층 측면 연마 광섬유의 출력단으로 TE 모드를각각 분리시키는 구조의 편광분리기.As shown in FIG. 1, a metal thin film is placed on the intermediate layer, and the upper and lower layers are combined with the side polished optical fiber, and then the light is incident to the side polished optical fiber input terminal of the upper layer. Or a polarization splitter configured to separate light from the TM mode to the output of the lower layer side polished optical fiber by injecting light into the side polished optical fiber input terminal of the lower layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상부층과 하부층의 측면 연마 광섬유의 클래딩의 두께를 동일하게 1.8㎛로 하여 금속 박막을 중심으로 상부층과 하부층의 측면 연마 광섬유가 대칭구조를 이루는 편광분리기.A polarization separator in which the side polished optical fibers of the upper layer and the lower layer have a symmetrical structure around a metal thin film with the thickness of the cladding of the side polished optical fiber of the upper layer and the lower layer being equal to 1.8 μm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 중간층의 금속 박막의 재료로 알루미늄과 은을 사용하며, 알루미늄 또는 은의 박막 두께를 5nm로 하여 측면 연마 광섬유 결합기의 중간층으로 사용하는 구조의 편광분리기.A polarization separator having a structure in which aluminum and silver are used as a material of a metal thin film of an intermediate layer, and an aluminum or silver thin film having a thickness of 5 nm is used as an intermediate layer of a side polished optical fiber coupler. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 금속박막을 포함한 측면 연마 광섬유 결합기 구조의 편광분리기의 입력 양단 또는 출력 양단으로 편광된 빛을 입사 시켜 편광을 합성시키는 구조의 편광합성기.A polarization synthesizer having a structure in which polarized light is incident on an input end or an output end of a polarization splitter having a side polished optical fiber combiner structure including a metal thin film to synthesize polarization.
KR10-2002-0072190A 2002-11-20 2002-11-20 Polarization splitter/combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer KR100458367B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0072190A KR100458367B1 (en) 2002-11-20 2002-11-20 Polarization splitter/combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0072190A KR100458367B1 (en) 2002-11-20 2002-11-20 Polarization splitter/combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040043792A KR20040043792A (en) 2004-05-27
KR100458367B1 true KR100458367B1 (en) 2004-11-26

Family

ID=37340207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0072190A KR100458367B1 (en) 2002-11-20 2002-11-20 Polarization splitter/combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100458367B1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4127320A (en) * 1977-06-29 1978-11-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Multimode optical modulator/switch
JPH0215232A (en) * 1988-07-04 1990-01-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical fiber type polarized wave separator
JPH0375601A (en) * 1989-08-16 1991-03-29 Fujikura Ltd Polarizer made of optical fiber
JPH0456906A (en) * 1990-06-26 1992-02-24 Fujikura Ltd Optical fiber polarizer and production thereof
JPH08297218A (en) * 1995-04-25 1996-11-12 Tokimec Inc Optical integrated circuit and optical fiber gyroscope
KR20010095487A (en) * 2000-04-04 2001-11-07 강신원 Polarizer using evanescent field coupling of between side-polished fiber and multimode metal-clad planar waveguide

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4127320A (en) * 1977-06-29 1978-11-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Multimode optical modulator/switch
JPH0215232A (en) * 1988-07-04 1990-01-18 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical fiber type polarized wave separator
JPH0375601A (en) * 1989-08-16 1991-03-29 Fujikura Ltd Polarizer made of optical fiber
JPH0456906A (en) * 1990-06-26 1992-02-24 Fujikura Ltd Optical fiber polarizer and production thereof
JPH08297218A (en) * 1995-04-25 1996-11-12 Tokimec Inc Optical integrated circuit and optical fiber gyroscope
KR20010095487A (en) * 2000-04-04 2001-11-07 강신원 Polarizer using evanescent field coupling of between side-polished fiber and multimode metal-clad planar waveguide

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040043792A (en) 2004-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Eldada Optical communication components
Eldada Advances in telecom and datacom optical components
Pan et al. Waveguide fabrication and high-speed in-line intensity modulation in 4-N, N-4′-dimethylamino-4′-N′-methyl-stilbazolium tosylate
Eldada Polymer integrated optics: promise versus practicality
US7283707B1 (en) Evanescently coupling light between waveguides and whispering-gallery mode optical resonators
EP1560048B9 (en) Optical isolator utilizing a micro-resonator
US5042896A (en) Polarization device
US7228013B1 (en) Polymer phase modulator
JPH1073737A (en) Integrated optical polarizing element
FR2607800A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING PLANAR OPTIC WAVEGUIDE
US7068864B2 (en) Waveguide-embedded optical circuit and optical functional element used therein
JPS59208509A (en) Optical multiplexer for single mode
Kawashima et al. Development of autocloned photonic crystal devices
JP2004054197A (en) Variable characteristic photonic crystal waveguide
KR100458367B1 (en) Polarization splitter/combiner by using side-polished fiber coupler with a metal-layer
JPH05313109A (en) Waveguide type polarization controller
US6665473B2 (en) Compact fiber coupler and method of manufacturing the same
Romaniuk et al. Optical fiber interfaces for integrated optics
US7620275B2 (en) Integrated polarization splitter/combiner
Eldada Photonic integrated circuits
US7239765B1 (en) Polymer phase modulator
US20030016938A1 (en) Planar lightwave circuit type variable optical attenuator
US20210405292A1 (en) Optical Interconnect Structure and Method for Manufacturing Same
Eldada Telecom optical componentry: past, present, future
Takato et al. Silica-based single-mode guided-wave devices

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee