KR100637372B1 - Polarization independent fiber-to-planar waveguide coupler - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광섬유-평면도파로 결합기에 관한 것으로서, 기판과, 기판의 중앙부분에 삽입된 하프웨이브 플레이트와, 하프웨이브 플레이트의 양측면에서 각각 연장되게 기판에 삽입되고, 코어층을 감싸는 클래드층이 길이방향을 따라 일부 연마된 연마 부분을 갖으며 연마 부분이 기판의 상면에 노출되되 연마부분의 종단이 하프웨이브 플레이트에 인접되게 배치된 제1 및 제2 측면 연마형 광섬유 및 기판 상면에 코어층의 굴절율 보다 큰 굴절율을 갖는 소재로 형성된 도파층을 구비한다. 이러한 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기에 의하면, 편광 의존성을 저하시킬 수 있는 장점을 제공한다.The present invention relates to an optical fiber-plane waveguide coupler, wherein a substrate, a half-wave plate inserted into a central portion of the substrate, and a cladding layer inserted into the substrate to extend from both sides of the half-wave plate, and surrounding the core layer in a longitudinal direction Along the surface of the first and second side polished optical fibers and the upper surface of the substrate having the polished portion exposed to the top surface of the substrate, the ends of the polished portion being disposed adjacent to the half wave plate. A waveguide layer formed of a material having a large refractive index is provided. Such a polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler provides an advantage of reducing polarization dependency.

Description

편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기{Polarization independent fiber-to-planar waveguide coupler}Polarization independent fiber-to-planar waveguide coupler

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기를 나타내 보인 사시도이고,1 is a perspective view showing a polarizer independent optical fiber-plane waveguide coupler according to a preferred embodiment of the present invention;

도 2는 도 1의 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기를 길이방향을 따라 절단한 종단면도이고,FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the polarizer-independent optical fiber-plane waveguide coupler of FIG.

도 3은 도 1의 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기의 중심부분에서 폭방향을 따라 절단한 횡단면도이고,3 is a cross-sectional view taken along a width direction at a central portion of the polarization-independent fiber-plane waveguide coupler of FIG. 1,

도 4는 도 1의 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기의 파장응답특성을 측정하기 위한 측정장치의 구성을 나타내 보인 도면이고,4 is a view showing the configuration of a measuring device for measuring the wavelength response characteristics of the polarization independent fiber-plane waveguide coupler of FIG.

도 5는 하프웨이브 플레이트가 생략되고 실리콘질화막으로 도파층이 형성된 광섬유-평면도파로 결합기에 대해 파장응답특성을 측정한 결과를 나타내 보인 그래프이고,FIG. 5 is a graph illustrating wavelength response characteristics of the optical fiber-plane waveguide coupler in which a half wave plate is omitted and a waveguide layer is formed of a silicon nitride film.

도 6은 하프웨이브 플레이트가 적용되고 실리콘질화막으로 도파층이 형성된 도 1의 광섬유-평면도파로 결합기에 대해 파장응답특성을 측정한 결과를 나타내 보인 그래프이고,FIG. 6 is a graph showing a result of measuring wavelength response characteristics of the optical fiber-plane waveguide coupler of FIG. 1 to which a half-wave plate is applied and a waveguide layer is formed of a silicon nitride film.

도 7은 하프웨이브 플레이트가 생략되고 금속소재로 도파층이 형성된 광섬 유-평면도파로 결합기에 대해 파장응답특성을 측정한 결과를 나타내 보인 그래프이고,7 is a graph showing the results of measuring the wavelength response characteristics of the optical fiber oil-plane waveguide coupler in which the half-wave plate is omitted and a waveguide layer is formed of a metal material.

도 8은 하프웨이브 플레이트가 적용되고 금속소재로 도파층이 형성된 도 1의 광섬유-평면도파로 결합기에 대해 파장응답특성을 측정한 결과를 나타내 보인 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating wavelength response characteristics of the optical fiber-plane waveguide coupler of FIG. 1 having a half-wave plate and a waveguide layer formed of a metal material. FIG.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

11: 기판 15: 도파층11: Substrate 15: Waveguide

17: 하프웨이브 플레이트 21: 제1측면 연마형 광섬유17: half-wave plate 21: first side polishing type optical fiber

23: 제2측면 연마형 광섬유23: second side polished optical fiber

본 발명은 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기에 관한 것으로서, 상세하게는 편광의존성을 저감시킬 수 있도록 된 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기에 관한 것이다.The present invention relates to a polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler, and more particularly, to a polarization independent fiber-plane waveguide coupler.

단일모드 광섬유를 측면 연마하는 기술을 이용하여 다양한 광통신 및 광센서 소자로 활용하는 기술이 다양하게 시도되고 있다.Various techniques have been attempted to utilize a variety of optical communication and optical sensor elements using a technique of side polishing a single mode optical fiber.

특히 측면 연마 단일모드 광섬유와 평면 도파로가 소산장 (evanescent field) 결합된 소자, 즉 광섬유-평면도파로 결합기는 매우 다양한 응용성 때문에 많은 주목을 받아 왔다. In particular, devices having evanescent field coupled side polished single mode optical fibers and planar waveguides, ie, fiber-plane waveguide couplers, have received a lot of attention due to their wide variety of applications.

이러한 광섬유-평면도파로 결합기는 비대칭적 결합에 의하여 특정한 파장에서 공진 결합이 발생한다. 또한, 광섬유-평면도파로 결합기는 평면도파로의 굴절률이나 두께로 공진 파장을 제어할 수 있기 때문에 광스위치/변조기나 파장 가변 필터로 활용할 수 있다. The optical fiber-plane waveguide coupler generates resonance coupling at a specific wavelength by asymmetric coupling. In addition, since the optical fiber-plane waveguide coupler can control the resonant wavelength by the refractive index or thickness of the planar waveguide, it can be used as an optical switch / modulator or a wavelength variable filter.

그런데, 광섬유-평면도파로 결합기는 근본적으로 편광 의존성을 가지고 있다. 이러한 편광의존성은 평면도파로의 구조적 비등방성 또는 평면도파로 재료의 고유한 복굴절에 주로 기인한다. 특히 능동 소자에 활용되는 대부분의 광섬유-평면도파로 결합기에 적용되는 평면도파로의 물질은 큰 복굴절을 갖는 것이 적용되기 때문에 공진파장이 입력광의 편광상태에 의존하게 된다. 또한, 일반 단일 모드 광섬유의 편광 상태는 쉽게 외부 요인 예를들면 구부림, 뒤틀림, 압력 등에 의해 바뀐다.However, optical fiber-plane waveguide couplers have a polarization dependency. This polarization dependence is mainly due to the structural anisotropy of the planar waveguide or the inherent birefringence of the planar waveguide material. In particular, since the material of the planar waveguide applied to most optical fiber-plane waveguide couplers used in active devices has a large birefringence, the resonant wavelength depends on the polarization state of the input light. In addition, the polarization state of ordinary single mode optical fibers is easily changed by external factors such as bending, distortion, pressure and the like.

이러한 구조적 요인에 의한 편광의존성을 개선하기 위해 편광유지 광섬유를 이용하여 광유평면도파로의 미소한 구조적 복굴절을 상쇄시켜 두 직교하는 공진파장을 일치시키는 방법이 문헌[K. T. Kim, D. S. Yoon, and G. I. Kwoen, "Optical properties of side-polished polarization maintaining fiber coupled with a high index planar waveguide,"Opt. Commun., vol. 230, pp.137-144, Jan. 2004.]을 통해 보고된 바 있다. 그러나, 상기한 방법은 평면도파로가 매우 큰 복굴절을 가지는 경우 적용할 수 없는 문제점을 안고 있다. In order to improve the polarization dependence due to such structural factors, a method of matching two orthogonal resonant wavelengths by canceling the minute structural birefringence of the optical planar waveguide using a polarization maintaining optical fiber is described in K. T. Kim, D. S. Yoon, and G. I. Kwoen, "Optical properties of side-polished polarization maintaining fiber coupled with a high index planar waveguide," Opt. Commun., Vol. 230, pp. 137-144, Jan. 2004.]. However, the above-described method has a problem that cannot be applied when the planar wave has a very large birefringence.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 편광 의 존성을 저감시킬 수 있는 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and an object thereof is to provide a polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler capable of reducing polarization dependency.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기는 기판과; 상기 기판의 중앙부분에 삽입된 하프웨이브 플레이트와; 상기 하프웨이브 플레이트의 양측면에서 각각 연장되게 상기 기판에 삽입되되 코어층을 감싸는 클래드층이 길이방향을 따라 일부 연마된 연마 부분을 갖으며 상기 연마 부분이 상기 기판의 상면에 노출되되 상기 연마부분의 종단이 상기 하프웨이브 플레이트에 인접되게 배치된 제1 및 제2 측면 연마형 광섬유; 및 상기 기판 상면에 상기 코어층의 굴절율 보다 큰 굴절율을 갖는 소재로 형성된 도파층;을 구비한다.In order to achieve the above object, a polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler according to the present invention comprises: a substrate; A half wave plate inserted into a center portion of the substrate; The cladding layer is inserted into the substrate so as to extend from both sides of the half-wave plate, respectively, and the cladding layer surrounding the core layer has a polished portion partially polished along the length direction, and the polished portion is exposed to the upper surface of the substrate, and the end of the polished portion is terminated. First and second side polished optical fibers disposed adjacent to the half-wave plate; And a waveguide layer formed on an upper surface of the substrate with a material having a refractive index greater than that of the core layer.

바람직하게는 상기 기판은 실리카 소재로 형성된다.Preferably the substrate is formed of a silica material.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기를 길이방향을 따라 절단한 종단면도이고, 도 3은 도 1의 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기의 중심부분에서 폭방향을 따라 절단한 횡단면도이다.1 is a perspective view showing a polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler according to the present invention, FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the polarization independent fiber-plane waveguide coupler of FIG. 1 cut along the longitudinal direction, and FIG. Fig. 1 is a cross-sectional view cut along the width direction at the center of the polarizer-independent fiber-plane waveguide coupler.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기(10)는 기판(11), 도파층(15), 하프웨이브 플레이트(17), 제1 및 제2 측면 연마형 광섬유(21)(23)를 구비한다.1 to 3, the polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler 10 includes a substrate 11, a waveguide layer 15, a half wave plate 17, and first and second side polished optical fibers 21. (23).

기판(11)은 실리카 소재가 적용되는 것이 바람직하다.The substrate 11 is preferably a silica material is applied.

하프웨이브 플레이트(half-waveplate)(17)는 통상 반파장판이라고 하는 것으로 기판(11)의 중앙부분에 폭방향으로 연장되게 삽입되어 있다.The half-waveplate 17 is generally called a half-wave plate and is inserted in the center portion of the substrate 11 so as to extend in the width direction.

하프웨이브 플레이트(17)는 큰 복굴절을 가지며 기본축(principal axis)은 기판(11)의 상면과 45°로 기울여져 있다. The half wave plate 17 has a large birefringence and the principal axis is inclined at 45 ° with the upper surface of the substrate 11.

제1 및 제2 측면 연마형 광섬유(21)(23)는 공지된 단일모드 광섬유의 측면을 연마한 것이 적용되었다.As the first and second side polished optical fibers 21 and 23, a polished side of a known single mode optical fiber was applied.

제1 및 제2 측면 연마형 광섬유(21)(23)는 기판(11)의 중앙에 삽입된 하프웨이브 를레이트(17)의 양측면으로부터 일방향을 따라 연장되게 기판(11)에 결합되어 있고, 기판(11)에 삽입된 부분은 곡률을 갖게 휘어진 형태로 기판(11)에 결합되어 있다.The first and second side polished optical fibers 21 and 23 are coupled to the substrate 11 so as to extend in one direction from both sides of the half wave errate 17 inserted into the center of the substrate 11. The portion inserted into the (11) is coupled to the substrate 11 in a curved form with curvature.

제1 및 제2 측면 연마형 광섬유(21)(23)를 구분하면, 제1 및 제2 터미널 부분(21a)(23a)과, 연마부분(21b)(23b)을 갖는다.The first and second side polished optical fibers 21 and 23 are divided into first and second terminal portions 21a and 23a and polished portions 21b and 23b.

제1 및 제2 터미널 부분(21a)(23a)은 일반적인 광섬유와 동일한 구조로서 코어층(20a)를 중심으로 원형으로 감싸는 클래드층(20b)을 갖는 구조로 되어 있다.The first and second terminal portions 21a and 23a have the same structure as a general optical fiber and have a cladding layer 20b that is circularly wrapped around the core layer 20a.

연마부분(21b)(23b)은 제1및 제2터미널부분(20a)(20b) 사이에 형성된 것으로 코어층(20a) 상부에 있는 클래드층(20b)의 일부가 제거되도록 연마처리된 것이다.The polished portions 21b and 23b are formed between the first and second terminal portions 20a and 20b and are polished to remove a part of the cladding layer 20b on the core layer 20a.

연마 부분(21b)(23b)은 연마가 가장 많이 이루어진 중앙부분으로부터 양측으로 길이방향을 따라 점진적으로 연마처리된 부분이 줄어들게 연마 처리된 것이 적용된다. 이러한 연마부분(21b)(23b)은 기판(11)상에 중앙부분의 깊이가 낮고 양측 가장자리부분의 깊이가 깊도록 곡률을 갖게 형성시킨 홈의 바닥면에 광섬유를 안착시켜 고정시킨 상태에서 수평 연마에 의해 형성하면 된다. As the polished portions 21b and 23b, the polished portion is applied such that the polished portion is gradually reduced in the longitudinal direction from both the center portion of which polishing is most frequently to both sides. The polishing portions 21b and 23b are horizontally polished while the optical fiber is seated and fixed on the bottom surface of the groove formed on the substrate 11 to have a low curvature so that the center portion is low and the depths of both edge portions are deep. What is necessary is just to form.

제1 및 제2 측면 연마형 광섬유(21)(23)는 연마 부분(21b)(23b)이 기판(11)의 상면에 노출되게 기판(11)에 삽입되게 결합되어 있고, 연마부분(21b)(23b)으로부터 양측으로 연장된 제1 및 제2터미널 부분(21a)(23a)은 기판(11)으로부터 외부로 돌출되게 연장되어 있다.The first and second side polished optical fibers 21 and 23 are coupled to be inserted into the substrate 11 so that the polished portions 21b and 23b are exposed on the upper surface of the substrate 11, and the polished portions 21b. The first and second terminal portions 21a and 23a extending to both sides from 23b extend outwardly from the substrate 11.

여기서 제1 및 제2 터미널 부분(21a)(23a)은 비 시각된 처리된 부분으로서 기판(11)에 일부 삽입된 부분까지 포함될 수 있음은 물론이다.Here, the first and second terminal portions 21a and 23a may be included as a non-visible processed portion up to a part inserted into the substrate 11.

도파층(15)은 기판(11)의 상면에 코어층(20a)의 굴절율 보다 큰 굴절율을 갖는 소재로 형성된다.The waveguide 15 is formed of a material having a refractive index greater than that of the core layer 20a on the upper surface of the substrate 11.

이러한 구조의 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 참조부호 5로 표기된 하프웨이브 플레이트(17)의 연장방향선을 기준으로 제1 측면 연마형 광섬유(21)를 통과하는 광의 TM편광성분과 TE편광성분이 하프웨이브 플레이트(17)를 지나면서 90도로 회전하기 때문에 전체적으로 편광보상이 이루어져 편광의존성을 줄일 수 있게 된다. 즉, 하프웨이브 플레이트(17)를 통과하는 동안 TE편광은 TM편광으로, TM편광은 TE편광으로 바뀌게 되기 때문에 편광에 무관한 응답특성을 갖게 된다. 한편, 도파층(15)은 측방향으로는 빛을 가두지 않기 때문에 큰 회절손실이 발생하고, 이러한 특성에 의해 도파층(15)에서 광섬유로의 역결합을 방해한다. 따라서, 도파층(15)에서는 광파가 측방향으로 회절되어 소멸되기 때문에 도파층(15)에는 하프웨이브 플레이트를 삽입할 필요가 없다.The polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler 10 of this structure uses the first side polished optical fiber 21 based on the extension direction line of the half wave plate 17 denoted by 5 as shown in FIG. Since the TM polarization component and TE polarization component of the light passing through the half-wave plate 17 rotates by 90 degrees, polarization compensation is performed as a whole, thereby reducing polarization dependence. That is, since the TE polarized light is changed to TM polarized light and the TM polarized light is changed to TE polarized light while passing through the half wave plate 17, it has a response characteristic independent of polarization. On the other hand, since the waveguide layer 15 does not trap light in the lateral direction, a large diffraction loss occurs, which prevents the reverse coupling from the waveguide layer 15 to the optical fiber. Therefore, since the light wave is diffracted laterally in the waveguide layer 15 and disappears, it is not necessary to insert a half wave plate in the waveguide layer 15.

이러한 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기의 제조 과정의 일 예를 설명한다.An example of the manufacturing process of such a polarization independent fiber-plane waveguide coupler will be described.

먼저, 길이 35mm, 폭 10mm, 높이 5mm의 실리카소재의 기판(11)을 준비하였다. 실리카소재의 기판(11)은 광섬유의 클래드층(20b)과 동일한 재질이기 때문에 광섬유 클래드층(20b)의 표면과 실리카 기판(11)의 표면을 평탄하게 연마하고, 연마된 광섬유 클래드층(20b) 위에 균질한 평면도파로막을 형성 시킬 수 있는 장점을 제공한다.First, a substrate 11 of silica material having a length of 35 mm, a width of 10 mm, and a height of 5 mm was prepared. Since the substrate 11 made of silica is made of the same material as the cladding layer 20b of the optical fiber, the surface of the optical fiber cladding layer 20b and the surface of the silica substrate 11 are smoothly ground, and the polished optical fiber cladding layer 20b is used. It provides the advantage of forming a homogeneous planar waveguide film on the top.

다음은 단일모드 광섬유를 지지하기 위한 곡률을 갖는 홈을 실리카소재의 기판(11)에 형성시킨 다음 피복이 제거된 단일모드 광섬유를 에폭시로 고정시킨다. 여기서 기판(11)의 홈의 곡률반경은 50cm이고, 단일모드 광섬유는 클래드층(20b)의 직경이 125㎛이고, 코어층(20a)의 직경이 8.2㎛인 것을 적용하였다. Next, a groove having a curvature for supporting the single mode optical fiber is formed in the substrate 11 of silica material, and then the single mode optical fiber without the coating is fixed with epoxy. Here, the radius of curvature of the groove of the substrate 11 is 50 cm, the diameter of the clad layer 20b is 125 μm, and the diameter of the core layer 20a is 8.2 μm.

그리고 나서, 도 1의 참조부호 5로 표기된 부분에 하프웨이브 플레이트를 삽입할 수 있도록 20㎛의 폭과 0.5mm의 깊이로 홈을 형성하였다. 이 과정에서 광섬유는 일부 제거된다. 이후, 두께가 15㎛, 길이 2mm, 높이 1mm이고 폴리이미드(polyimide)소재로된 하프웨이브 플레이트(17)를 홈에 삽입하고 굴절율 정합 에폭시로 고정하였다. 이후, 도 1에 도시된 구조의 연마부분을 갖도록 연마에 의해 기판(11)일부와 광섬유(20) 및 하프웨이브 플레이트(17)의 일부를 제거하였다.Then, a groove was formed with a width of 20 μm and a depth of 0.5 mm to insert the half wave plate in the portion indicated by reference numeral 5 of FIG. 1. In this process, some fiber is removed. Thereafter, a half-wave plate 17 having a thickness of 15 μm, a length of 2 mm, and a height of 1 mm and made of polyimide material was inserted into the groove and fixed with a refractive index matching epoxy. Subsequently, a portion of the substrate 11, a part of the optical fiber 20, and a half wave plate 17 were removed by polishing to have the polished portion having the structure shown in FIG. 1.

연마공정은 5㎛의 직경을 갖는 알루미나 연마가루로 황동 연마 기판에서 1차 연마 후, 1㎛의 직경을 갖는 세륨옥사이드(CeO2)로 마무리 연마하였다. 여기서, 마무리용 연마 기판으로는 폴리우레탄을 사용하였다. The polishing process was first polished on a brass polishing substrate with alumina abrasive powder having a diameter of 5 μm, followed by final polishing with cerium oxide (CeO 2) having a diameter of 1 μm. Here, polyurethane was used as the polishing substrate for finishing.

또한, 지나친 연마를 막기 위해 남은 클래드층(20b)의 두께를 공지된 리퀴드 드롭(liquid drop) 방법으로 측정하면서 연마하면 된다. Further, in order to prevent excessive polishing, polishing may be performed while measuring the thickness of the remaining clad layer 20b by a known liquid drop method.

이러한 방법에 의해 잔류 클래드층(20b)의 두께가 1㎛가 되도록 표면의 거칠기와 평탄도가 양호하게 연마처리 된 후 질화실리콘(Si3N4)으로 기판의 상면에 PECVD방법에 의해 도파층(15)을 증착하였다. 증착된 도파층(15)은 프리즘 커플러를 이용하여 1550nm에서 TE편광과 TM편광에 대해 각각 굴절율이 1.7404 및 1.7534, 도파층의 두께는 5.9㎛로 측정되었다.After the residual cladding layer by such a method (20b) having a thickness of 1㎛ the roughness and flatness of the surface preferably polished so that the silicon nitride waveguide layer by the PECVD method on the upper surface of the substrate (Si 3 N 4) ( 15) was deposited. The deposited waveguide layer 15 had a refractive index of 1.7404 and 1.7534 and a thickness of 5.9 μm for TE polarization and TM polarization at 1550 nm using a prism coupler, respectively.

한편, 편광의존성에 대한 비교실험을 위해 또 다른 실리카 기판에 광섬유를 동일한 구조로 삽입하여 고정한 후 하프웨이브 플레이트는 삽입하지 않고 측면 연마처리한 후 앞서와 동일 소재로 도파층을 형성한 것을 제작하였다.On the other hand, for comparative experiments on the polarization dependence, after inserting and fixing the optical fiber in another silica substrate with the same structure, the half wave plate was inserted into the side structure without side insertion and then the waveguide layer was formed of the same material as before.

이렇게 제작된 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기의 편광성분에 따른 파장응답특성을 측정하기 위한 장치구성이 도 4에 도시되어 있다. 도 4에서 광대역 광원(41)은 중심파장영역이 상호 다른 4개의 고휘도 발광다이오드를 결합한 것을 적용하였다.An apparatus configuration for measuring wavelength response characteristics according to polarization components of the polarization independent optical fiber-plane waveguide coupler thus manufactured is shown in FIG. 4. In FIG. 4, the broadband light source 41 is a combination of four high-brightness LEDs having different center wavelength regions.

편광스크램블러(43)는 광대역광원(41)에서 출사된 광을 무편광상태로 변환시키고, 편광기(45)는 입력되는 광의 편광상태를 제어할 수 있는 것을 적용하였다.The polarization scrambler 43 converts the light emitted from the broadband light source 41 into a non-polarization state, and the polarizer 45 may apply to control the polarization state of the input light.

스펙트럼 분석기(47)는 검사대상 소자로부터 출력되는 광을 분석하여 기록하기 위해 적용된 것으로 파장응답에 대해 1nm해상도로 기록하였다.The spectrum analyzer 47 was applied to analyze and record the light output from the device under test, and recorded the wavelength response at 1 nm resolution.

이러한 측정장치를 이용하여 파장응답을 비교 측정한 결과가 도 5 및 도 6 에 도시되어 있다.The results of comparative measurement of the wavelength response using such a measuring device are shown in FIGS. 5 and 6.

도 5는 하프웨이브 플레이트가 생략된 구조의 소자에 대해 측정한 결과이고, 도 6은 하프웨이브 플레이트가 적용된 본 발명에 따른 소자에 대해 측정한 결과이다.FIG. 5 is a result of measuring a device having a structure in which a half wave plate is omitted, and FIG. 6 is a result of measuring a device according to the present invention to which a half wave plate is applied.

도 5 및 도 6을 참조하면 질화실리콘소재로 형성된 도파층(15)의 높은 복굴절성에 의해 직교하는 두 편광 즉, TE편광과 TM편광의 공진파장이 23nm차이가 있다. 또한, 하프웨이브 플레이트(17)가 적용되지 않는 결합기는 무 편광 입력의 경우 공진 영역이 분리되었기 때문에 공진 파장에서 3dB에 가까운 매우 적은 소멸비(extinction ratio)를 나타냈다. 즉, TE 편광의 공진파장에서는 광전력의 절반을 차지하는 TM 편광성분이 도파층(15)에 영향을 받지 않고 출력되고, 반대의 경우 즉, TM 편광의 공진파장에서는 광전력의 절반을 차지하는 TE 편광성분이 도파층(15)에 영향을 받지 않고 출력되기 때문에 편광성분에 따라 출력이 변동된다.Referring to FIGS. 5 and 6, the resonance wavelengths of two orthogonal polarizations, that is, TE polarization and TM polarization, differ by 23 nm due to the high birefringence of the waveguide layer 15 formed of the silicon nitride material. In addition, the coupler to which the half-wave plate 17 is not applied has a very small extinction ratio close to 3 dB at the resonant wavelength because the resonant region is separated in the case of the non-polarization input. That is, in the resonant wavelength of the TE polarized light, the TM polarization component that occupies half of the optical power is output without being influenced by the waveguide layer 15, and in the opposite case, that is, in the resonant wavelength of the TM polarized light, the TE polarized light that occupies half of the optical power. Since the component is output without being influenced by the waveguide layer 15, the output varies according to the polarization component.

이와는 다르게 하프웨이브 플레이트(17)를 적용한 본 발명의 결합기(10)는 편광상태에 무관한 출력특성을 나타냈다. 즉, TE 및 TM편광의 공진이 1570nm와 1547nm에서 각각 발생하고 있고, 예를 들어 1547nm파장에서 TE 편광성분이 입력되었을 경우 광섬유-평면도파로 결합기(10)의 하프웨이브 플레이트(17)앞쪽에서 결합이 발생하며 하프웨이브 플레이트(17)를 통과한 후에 편광상태가 TM으로 바뀌기 때문에 결합이 발생되지 않는다. 마찬자기로 1547nm파장에서 TM 편광성분이 입력되었을 경우 하프웨이브 플레이트(17) 앞쪽에서는 공진결합이 발생하지 않지만, 하프 웨이브 플레이트를 통과한 후에는 TE편광으로 바뀌기 때문에 공진결합이 발생한다. 이러한 원리에 따라 TM편광, TE편광 및 무편광의 입력 모두에 대해 공진파장에서 10dB를 초과하는 매우 큰 소멸비를 나타냈다. 이러한 결과로부터 본 발명에 따른 광섬유-평면도파로 결합기는 편광에 의존하지 않는 출력특성을 제공한다.In contrast, the coupler 10 of the present invention, to which the half wave plate 17 is applied, exhibited output characteristics irrespective of the polarization state. That is, when the resonance of TE and TM polarization occurs at 1570 nm and 1547 nm, respectively, and the TE polarization component is input at a wavelength of 1547 nm, for example, coupling is performed in front of the half wave plate 17 of the optical fiber-plane waveguide coupler 10. After passing through the half-wave plate 17, no coupling occurs because the polarization state changes to TM. Likewise, when the TM polarization component is input at a wavelength of 1547 nm, resonance coupling does not occur in front of the half wave plate 17, but after passing through the half wave plate, resonance coupling occurs because it changes to TE polarization. This principle results in a very large extinction ratio exceeding 10 dB at the resonant wavelength for both the TM, TE and unpolarized inputs. From this result, the optical fiber-plane waveguide coupler according to the present invention provides an output characteristic that is not dependent on polarization.

한편, 하프웨이브 플레이트를 생략한 구조의 측면 연마형 광섬유가 삽입된 기판 위에 도파층으로 앞서와 다르게 복소 유전율을 갖는 금속소재의 일 실시예로서 알루미늄을 증착하고, 그 위에 플리머를 스핀코팅한 비교대상 소자와, 하프웨이브 플레이트를 적용하되 도파층으로 동일 소재인 알루미늄을 증착하고, 그위에 폴리머를 스핀코팅한 본 발명에 따른 광섬유-평면도파로 결합기를 앞서 설명된 측정방법에 의해 측정한 결과가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.Meanwhile, as an example of a metal material having a complex dielectric constant, which is different from the previous, as a waveguide layer on a substrate on which a side wave-like optical fiber having a structure in which a half-wave plate is omitted is inserted, a comparison of spin coating a polymer on it The result of measuring the optical fiber-plane waveguide coupler according to the present invention by applying a target element and a half-wave plate, but depositing aluminum of the same material as the waveguide layer, and spin-coating a polymer thereon is shown in FIG. 7 and 8.

도 7은 하프플레이트가 생략된 소자에 대한 측정결과이고, 도 8은 하프플레이트가 적용된 소자에 대한 측정결과이다. 도 7 및 도 8의 비교를 통해서 확인할 수 있는 바와 같이, 금속소재는 일반적으로 복소 유전률을 가지며 유전률의 실수부가 음의 값을 가지기 때문에 큰 구조적 복굴절에 의해 TE와 TM의 공진 영역을 완전히 분리시키는 결과를 가져옴을 알 수 있다. 또한, 하프플레이트가 생략된 소자의 측정결과가 도시된 도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이 무편광 입력의 경우 공진파장에서 3dB의 낮은 소멸비를 갖는다. 이에 반해 금속소재의 도파층이 적용된 경우에도 하프웨이브 플레이트(17)를 적용한 경우 도 8에 도시된 바와 같이 편광에 관계없이 큰 소멸비를 보임을 알 수 있다. 또한, 공진파장에서 소멸비는 편광에 따라 다소 차이가 있지만 공진파장은 편광에 무관함을 보여주고 있다. FIG. 7 is a measurement result for a device in which a half plate is omitted, and FIG. 8 is a measurement result for a device to which a half plate is applied. As can be seen from the comparison of FIGS. 7 and 8, since the metal material generally has a complex dielectric constant and the real part of the dielectric constant has a negative value, the result of completely separating the resonance region of the TE and the TM by a large structural birefringence It can be seen that In addition, as shown in FIG. 7 in which the measurement result of the device in which the half plate is omitted, the polarization input has a low extinction ratio of 3 dB at the resonance wavelength. On the other hand, even when the waveguide layer of the metal material is applied, when the half wave plate 17 is applied, as shown in FIG. 8, it can be seen that a large extinction ratio is shown regardless of polarization. In addition, although the extinction ratio in the resonant wavelength is slightly different depending on the polarization, the resonant wavelength is shown to be irrelevant to the polarization.

이러한 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기는 가변필터, 광스위치, 광변조 기 등 각종 소자로 이용할 수 있다.Such a polarization independent fiber-plane waveguide coupler can be used as various elements such as a variable filter, an optical switch, and an optical modulator.

지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기는 편광 의존성을 저하시킬 수 있는 장점을 제공한다.As described so far, the polarization independent fiber-plane waveguide coupler according to the present invention provides the advantage of lowering the polarization dependency.

Claims (2)

기판과;A substrate; 상기 기판의 중앙부분에 삽입된 하프웨이브 플레이트와;A half wave plate inserted into a center portion of the substrate; 상기 하프웨이브 플레이트의 양측면에서 각각 연장되게 상기 기판에 삽입되되 코어층을 감싸는 클래드층이 길이방향을 따라 일부 연마된 연마 부분을 갖으며 상기 연마 부분이 상기 기판의 상면에 노출되되 상기 연마부분의 종단이 상기 하프웨이브 플레이트에 인접되게 배치된 제1 및 제2 측면 연마형 광섬유; 및The cladding layer is inserted into the substrate so as to extend from both sides of the half-wave plate, respectively, and the cladding layer surrounding the core layer has a polished portion partially polished along the length direction, and the polished portion is exposed to the upper surface of the substrate, and the end of the polished portion is terminated. First and second side polished optical fibers disposed adjacent to the half-wave plate; And 상기 기판 상면에 상기 코어층의 굴절율 보다 큰 굴절율을 갖는 소재로 형성된 도파층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기.And a waveguide layer formed on the upper surface of the substrate with a material having a refractive index greater than that of the core layer. 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리카 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 편광무의존 광섬유-평면도파로 결합기.The polarization independent fiber-plane waveguide coupler according to claim 1, wherein the substrate is formed of a silica material.
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