KR100900731B1 - Photonic Crystal Wavelength Demultiplexer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광결정 파장 분리기에 관한 것으로서, 광결정 기반 파장 분리기의 다중 모드 영역에 파장의 반전상인 자아 결상을 이용하여, 자아 결상되는 1/2 지점에 특정 파장을 반사시킬 수 있는 광결정을 삽입함으로써, 특정 파장을 반사 또는 투과할 수 있도록 이루어지고, 이에 따라 입사된 각 파장들의 비트 길이에 구속없이 설계가능하고, 입사된 각 파장들의 비트 길이의 최소 공배수에 따라 증가된 길이를 감소시켜 콤팩트한 초소형 파장 분리기를 제작할 수 있고, 다수개가 혼합된 파장에 대하여도 광결정의 삽입만으로 용이하게 분리가능한 광결정 파장 분리기를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 광결정에 혼합된 파장이 입력되는 단일 모드 도파로인 입력부; 상기 혼합된 파장이 분리되는 다중 모드 도파로에 특정 파장을 반사하도록 삽입된 반사 결정부; 상기 반사 결정부로부터 반사된 파장이 출력되는 단일 모드 도파로인 반사 출력부; 상기 반사 결정부에서 반사되지 않은 파장이 출력되는 단일 도파로인 통과 출력부; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photonic crystal wavelength splitter, wherein by inserting a photonic crystal capable of reflecting a specific wavelength at a half point of self imaging by using an ego phase image of a wavelength inverted in a multi-mode region of a photonic crystal based wavelength splitter, It is designed to be able to reflect or transmit wavelengths, and thus can be designed without being constrained to the bit length of each of the incident wavelengths, and to reduce the increased length according to the least common multiple of the bit length of each of the incident wavelengths. In order to provide a photonic crystal wavelength separator that can be easily separated by only inserting a photonic crystal even for a plurality of mixed wavelengths, the technical configuration is an input unit which is a single mode waveguide to which the mixed wavelength is input to the photonic crystal; A reflection determiner inserted to reflect a specific wavelength in the multi-mode waveguide in which the mixed wavelengths are separated; A reflection output unit which is a single mode waveguide to which the wavelength reflected from the reflection determination unit is output; A pass output unit which is a single waveguide for outputting a wavelength not reflected by the reflection determination unit; Characterized in that comprises a.
광결정, 파장 분리기, 밴드갭, 거울상, 복제상, 필터 Photonic Crystal, Wavelength Separator, Bandgap, Mirror Image, Replica Image, Filter
Description
도 1은 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도.1 shows schematically a photonic crystal wavelength separator according to the invention;
도 2는 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도.2 schematically illustrates a photonic crystal wavelength separator according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도.3 schematically illustrates a photonic crystal wavelength separator according to the present invention;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도.4 schematically illustrates a photonic crystal wavelength separator according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도.5 schematically illustrates a photonic crystal wavelength separator according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 파장 분리기의 기둥형을 도시한 도.FIG. 6 illustrates a columnar shape of the photonic crystal wavelength separator according to one embodiment of the present invention. FIG.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 파장 분리기의 홀(Hole)형을 도시한 도.FIG. 7 illustrates a hole type of a photonic crystal wavelength separator according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 8은 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기의 광밴드갭을 도시한 도.8 illustrates an optical bandgap of a photonic crystal wavelength separator according to the present invention.
도 9은 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기의 파장에 따른 전계 분포도.9 is an electric field distribution diagram according to the wavelength of the photonic crystal wavelength separator according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 간단한 설명> <Brief description of reference numerals for the main parts of the drawings>
1: 광결정 파장 분리기 10: 입력부1: Photonic Crystal Wavelength Separator 10: Input Section
10a: 제1 입력부 10b: 제2 입력부10a: first input unit 10b: second input unit
20: 반사 결정부 20a: 제1 반사 결정부20: reflection determination unit 20a: first reflection determination unit
20b: 제2 반사 결정부 21: 제2 광결정20b: second reflection crystal part 21: second photonic crystal
23: 제3 광결정 25: 제4 광결정 30: 반사 출력부 31: 제1 반사 출력부23: third photonic crystal 25: fourth photonic crystal 30: reflective output section 31: first reflective output section
33: 제2 반사 출력부 40: 통과 출력부33: second reflection output section 40: pass output section
41: 제1 통과 출력부 43: 제2 통과 출력부41: first pass output unit 43: second pass output unit
50: 다중 모드 영역 50a: 제1 다중 모드 영역50:
50b: 제2 다중 모드 영역 60: 제1 광결정50b: second multi-mode region 60: first photonic crystal
본 발명은 광결정 파장 분리기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광결정 기반 파장 분리기의 다중 모드 영역에 파장의 반전상인 자아 결상을 이용하여, 자아 결상되는 1/2 지점에 특정 파장을 반사시킬 수 있는 광결정을 삽입함으로써, 특정 파장을 반사 또는 투과할 수 있도록 이루어지고, 이에 따라 입사된 각 파장들의 비트 길이에 구속없이 설계가능하고, 입사된 각 파장들의 비트 길이의 최소 공배수에 따라 증가된 길이를 감소시켜 콤팩트한 초소형 파장 분리기를 제작할 수 있고, 다수개가 혼합된 파장에 대하여도 광결정의 삽입만으로 용이하게 분리가능한 광결정 파 장 분리기에 관한 것이다.The present invention relates to a photonic crystal wavelength splitter, and more particularly, a photonic crystal capable of reflecting a specific wavelength at a half point of self-imaging by using an ego phase image of a wavelength inverted in a multi-mode region of a photonic crystal wavelength splitter. By inserting, it is possible to reflect or transmit a specific wavelength, thereby designing without being constrained to the bit length of each incident wavelength, and compacting by reducing the increased length according to the least common multiple of the bit length of each incident wavelength. The present invention relates to a photonic crystal wavelength separator capable of fabricating one ultra-small wavelength separator and that can be easily separated even by inserting a photonic crystal even for a plurality of mixed wavelengths.
일반적으로, 광결정은 각기 다른 유전율을 가지는 물질을 주기적으로 배열하여 광밴드갭(PBG: Photonic Band Gap)이 형성되는 구조로써, 광결정에 주기성을 깨뜨리는 결함 모드(Defect Mode)를 형성시켜 단일 모드(Single Mode) 및 다중 모드(Multi-Mode)를 발생시키고, 이에 따른 자아 결상(Self-Imaging)을 이용하여 다중 모드 간섭(MMI: Multi-Mode Interference) 기반 소자를 제작가능하다.In general, a photonic crystal is a structure in which photonic band gaps (PBGs) are formed by periodically arranging materials having different dielectric constants, and a single mode is formed by forming a defect mode that breaks periodicity in the photonic crystal. Multi-Mode Interference (MMI) and Multi-Mode, and Self-Imaging can be used to fabricate Multi-Mode Interference (MMI) based devices.
여기서, 다중 모드 간섭 기반 소자는 전파 방향을 따라 주기적인 간격으로 단일상(Single Image) 및 다중상(Multiple Image)을 맺는 성질인 자아 결상의 원리를 기반으로, 파장 분할 다중(WDM: Wavelength Division Mulitplexing)에 필수적으로 요구되는 파장 분리기를 구현할 수 있다.Here, the multi-mode interference-based device is based on the principle of ego phase imaging, which forms a single image and a multiple image at periodic intervals along a propagation direction, and uses wavelength division multiplexing (WDM). Wavelength separator is required.
그리고, 다중 모드 간섭 기반 소자는 입력되는 파장의 비트 길이(Beat Length)의 최소 공배수의 길이로 형성되는데, 이는 자아 결상되는 길이가 각각 다르므로, 예를 들어, 3의 비트 길이를 가지는 제1 파장과, 4의 비트 길이를 가지는 제2 파장이 공통적으로 자아 결상하는 지점은 3 과 4의 최소 공배수인 12 인 지점에서 제1 파장 및 제2 파장이 모두 자아 결상된다.In addition, the multi-mode interference-based device is formed with a length of the least common multiple of the bit length of the input wavelength, which is a first wavelength having a bit length of 3, for example, because the lengths of ego imaging are different. The first wavelength and the second wavelength are self-imaged at the point where the second wavelength having the bit length of 4 is commonly self-imaged at the point of 12, which is the least common multiple of 3 and 4.
그러나, 이용되는 신호가 증가함에 따라, 증가한 신호의 파장의 비트 길이(Beat Length)의 최소 공배수에 따른 길이가 증가하며, 파장 분리기의 길이가 길어지고, 이에 따라 소자의 크기가 커지면서 고밀도의 광집적회로를 구현함에 있어 크기에 따른 결함으로 작용하고, 브래그 격자(Bragg Grating)을 이용하면, 분리하는 파장 대역의 오차 범위를 허용하지 않아, 파장을 분리함에 있어, 입력되는 파장이 약간의 오차 범위를 가질 경우, 이를 분리하지 못하는 등의 문제점이 있었다.However, as the signal used increases, the length according to the least common multiple of the beat length of the increased signal wavelength increases, and the length of the wavelength separator increases, thereby increasing the size of the device and increasing the density of the light. In implementing the circuit, it acts as a defect in size, and using Bragg Grating does not allow the error range of the separated wavelength band, and in separating the wavelength, the input wavelength has a slight error range. If it had, there was a problem such as not separating it.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 광결정 기반 파장 분리기의 다중 모드 영역에 파장의 반전상인 자아 결상을 이용하여, 자아 결상되는 1/2 지점에 특정 파장을 반사시킬 수 있는 광결정을 삽입함으로써, 특정 파장을 반사 또는 투과할 수 있도록 이루어지고, 이에 따라 입사된 각 파장들의 비트 길이에 구속없이 설계가능하고, 입사된 각 파장들의 비트 길이의 최소 공배수에 따라 증가된 길이를 감소시켜 콤팩트한 초소형 파장 분리기를 제작할 수 있고, 다수개가 혼합된 파장에 대하여도 광결정의 삽입만으로 용이하게 분리가능한 광결정 파장 분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, by using a self-image which is the inverted phase of the wavelength in the multi-mode region of the photonic crystal-based wavelength separator, a photonic crystal capable of reflecting a specific wavelength to half of the self-image formation By inserting, it is possible to reflect or transmit a specific wavelength, thereby designing without being constrained to the bit length of each incident wavelength, and compacting by reducing the increased length according to the least common multiple of the bit length of each incident wavelength. It is an object of the present invention to provide a photonic crystal wavelength separator which can manufacture one ultra-small wavelength separator and which can be easily separated even by the insertion of a photonic crystal even for a plurality of mixed wavelengths.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광결정에 혼합된 파장이 입력되는 단일 모드 도파로인 입력부; 상기 혼합된 파장이 분리되는 다중 모드 도파로에 특정 파장을 반사하도록 삽입된 반사 결정부; 상기 반사 결정부로부터 반사된 파장이 출력되는 단일 모드 도파로인 반사 출력부; 상기 반사 결정부에서 반사되지 않은 파장이 출력되는 단일 도파로인 통과 출력부; 를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an input unit which is a single mode waveguide into which a wavelength mixed in a photonic crystal is input; A reflection determiner inserted to reflect a specific wavelength in the multi-mode waveguide in which the mixed wavelengths are separated; A reflection output unit which is a single mode waveguide to which the wavelength reflected from the reflection determination unit is output; A pass output unit which is a single waveguide for outputting a wavelength not reflected by the reflection determination unit; It includes.
그리고, 상기 반사 결정부는 다수의 파장을 반사할 수 있도록 다수개 구비되는 것을 특징으로 한다.The reflection determining unit may be provided in plural to reflect a plurality of wavelengths.
여기서, 상기 반사 결정부는 반사된 파장이 자아 결상되는 길이의 1/2 지점에 삽입되는 것을 특징으로 한다.Here, the reflection determining unit is characterized in that the reflected wavelength is inserted into a half point of the length of the self-image.
또한, 상기 자아 결상은 반전된 상(Mirrored Image)인 것을 특징으로 한다.In addition, the ego imaging is characterized in that the inverted image (Mirrored Image).
더불어, 상기 반사 출력부는 반사된 파장이 자아 결상되는 지점에 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the reflective output is characterized in that formed at the point where the reflected wavelength is self-imaged.
여기서, 상기 통과 출력부는 반사되지 않은 파장이 자아 결상되는 지점에 형성되는 것을 특징으로 한다.Here, the pass output portion is characterized in that formed at the point where the non-reflected wavelength is self-imaged.
그리고, 상기 자아 결상은 반전된 상(Mirrored Image) 및 복제된 상(Replica Image)인 것을 특징으로 한다.In addition, the ego imaging is characterized in that the mirrored image (Mirrored Image) and a replica (Replica Image).
또한, 상기 광결정 및 반사 결정부는 사각 격자의 기둥으로 형성되어 혼합된 파장이 TE 편광으로 입력되는 것을 특징으로 한다.In addition, the photonic crystal and the reflective crystal portion is formed as a pillar of a rectangular grating, characterized in that the mixed wavelength is input to the TE polarized light.
더불어, 상기 광결정 및 반사 결정부는 광결정에 삼각 격자의 홀이 형성되어 혼합된 파장이 TM 편광으로 입력되는 것을 특징으로 한다.In addition, the photonic crystal and the reflective crystal is characterized in that the hole formed in the triangular grating in the photonic crystal mixed wavelength is input to TM polarized light.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도이다. 도 면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(Photonic Crystal Demultiplexer, 1)는 광결정(Photonic Crystal)을 이루는 광자 결정 내의 주기성을 국소적으로 깨뜨려 결함을 인위적으로 형성시키는 결함 모드(Defect Mode)를 이용하여 입력되는 파장을 분리시킨다.1 is a view schematically showing a photonic crystal wavelength separator according to the present invention. As shown in the figure, the
본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)는 각각의 광결정을 기둥(Rod)형으로 형성시켜 TE(Transverse Electric) 편광으로 입사된 혼합된 파장을 분리시키는 것을 설명하며, 하기 실시예에서는 각각의 광결정에 홀(Hole)을 형성시켜, 이를 공기(Air)로 채우고, TM(Transverse Magnetic) 편광으로 입사된 혼합된 파장을 분리시키는 것을 설명한다.The photonic
여기서, TE(Transverse Electric) 편광은 광결정이 기둥형으로 형성될 때, 도파로와 같은 전송계를 따라 전파되는 전자파(電磁波, Electric Magnetic Wave)의 전계(Electric Field) 성분이 상기 광결정 기둥의 축과 평행하도록 입사되는 파(Wave)이며, TM(Transverse Magnetic) 편광은 광결정이 홀(Hole)형으로 형성될 때, 도파로와 같은 전송계를 따라 전파되는 전자파(電磁波, Electric Magnetic Wave)의 자계(Magnetic Field) 성분이 상기 광결정 홀(Hole)의 축과 수직되도록 입사되는 파(Wave)를 일컫는다.Here, in the case of transverse electric polarization (TE) polarization, when an optical crystal is formed in a columnar shape, an electric field component of an electric magnetic wave propagating along a transmission system such as a waveguide is parallel to the axis of the photonic crystal pillar. The magnetic field is a magnetic field of electric magnetic wave propagated along a transmission system such as a waveguide when a photonic crystal is formed in a hole type. ) Refers to a wave that is incident so that the component is perpendicular to the axis of the photonic crystal hole.
그리고, 광결정에 혼합된 파장(λ1, λ2)을 입력부(10)에 입력시키는데, 상기 기둥(Rod)형으로 형성된 광결정에 입력 도파로를 형성시키고(빈공간), 단일 모드로 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 입력되도록 한다.The wavelengths λ 1 and λ 2 mixed in the photonic crystal are input to the
이때, 단일 모드(Single Mode)는 직교 편광의 한쌍이 되는 가장 낮은 차원의 구속 모드만 있는 파장으로 전송할 수 있는 광도파로로써, 빛의 전파 형태가 하나밖에 없고, 하나의 모드만 도파하도록 이루어져, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 분산되지 않고 그대로 입력되도록 구비된다.In this case, a single mode is an optical waveguide capable of transmitting in a wavelength having only the lowest constrained mode of a pair of orthogonal polarizations, and has only one propagation form of light and only one mode of waveguide. The mixed wavelengths λ 1 and λ 2 are provided to be input as they are without being dispersed.
또한, 상기 입력부(10)로 입력된 혼합된 파장(λ1, λ2)들은 다중 모드 영역(Multi Mode Region, 50)으로 진입하게 되는데, 혼합된 파장(λ1, λ2)이 다수개의 모드로 도파될 수 있도록 이루어지므로, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 분산되도록 이루어진다.In addition, the mixed wavelengths λ 1 and λ 2 input to the
여기서, 다중 모드 영역(50)에서 분산된 파장들은 상기 다중 모드 영역(50)내에 삽입되되, 상기 광결정 파장 분리기(1)를 이루는 제1 광결정(60)과는 굴절율 등의 물성(物性)이 다른 제2 광결정(21)이 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)의 입력 방향에 직각되도록 종방향으로 축을 이루는 반사 결정부(20)에서 선택적으로 반사된다.Here, wavelengths dispersed in the
그리고, 상기 다중 모드 영역(50)에 입사된 파장(λ1, λ2)들은 자아 결상(Self-Imaging) 현상을 보이는데, 2차원 도파 구조에 대한 모드 전파 해석(MPA: Mode Propagation Analysis)를 통한 다중 모드 간섭(MMI: Multi-Mode Interference)에 의하여 설명 가능하다.In addition, the wavelengths λ 1 and λ 2 incident on the
또한, 도파로 내의 모드수를 결정하는 지표는 규격화 주파수(V)이며, 상기 규격화 주파수가 증가할수록 다수개의 다중 모드가 존재하게 되는데, 다중 모드 간 섭에 의한 주기적인 결상 특성은 모드 계수 및 위상 요소 등의 특정 조건이 만족될 때 발생한다.In addition, the index for determining the number of modes in the waveguide is a normalization frequency (V), and as the standardization frequency increases, a plurality of multimodes exist. Occurs when a specific condition is satisfied.
더불어, 본 발명에 따른 자아 결상(Self-Imaging)은 복제상(Replica-Image)과 반전상(Mirrored-Image)으로 나뉘는데, 상기 복제상(Replica-Image)은 입력된 상과 동일한 위치, 즉 동일선상에 동일한 특성을 가지는 상을 말하며, 반전상(Mirrored-Image)는 거울로 비춘것과 같이 동일한 특성을 가지나, 입력된 상과 동일한 위치인 동일선상에서 발생하지는 않는다.In addition, the self-imaging according to the present invention is divided into a replica-image and a mirror-image, and the replica-image is the same position as the input image, that is, the same. It refers to an image having the same characteristics on the line, and the mirror-image has the same characteristics as mirrored, but does not occur on the same line as the input image.
여기서, 본 발명에 따른 기본 광결정 파장 분리기(1)는 혼합된 파장(λ1, λ2)에 모두 반전상(Mirrored-Image)를 이용하여 가장 콤팩트(Compact)한 크기의 파장 분리기를 제작할 수 있다.Here, in the basic photonic
그리고, 제1 파장(λ1)을 반사시키도록 삽입된 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)은 제1 파장(λ1)이 반전상(Mirrored-Image)으로 자아 결상되는 길이의 1/2 되는 지점에 종축(縱軸, Axis of Ordinates)으로 배열된다.And, the second
그래서, 상기 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)에 반사된 제1 파장(λ1)은 반전상(Mirrored-Image)을 이용하였으므로, 입력부(10)의 동일선상에서 반사된 빛이 입력부(10)로 반사되는 것이 아니라, 반사 출력부(30)로 반사되어 출력되어 제1 파장(λ1)을 분리하는 것이다.Therefore, since the first wavelength λ 1 reflected on the
또한, 상기 반사 출력부(30)는 제1 파장(λ1)이 반전상으로 자아 결상되는 지점에 형성되어, 상기 반사 결정부(20)에서 반사된 파장이 출력되도록 형성된다.In addition, the
더불어, 상기 반사 결정부(20)에서 반사되지 않은 파장인 제2 파장(λ2)이 반전상으로 자아 결정되는 지점에 통과 출력부(40)를 형성시켜, 다중 모드로 분산되었던 제2 파장(λ2)을 단일 모드로 출력되도록 한다.In addition, the second wavelength λ 2 , which is a wavelength that is not reflected by the
이때, 상기 제2 파장(λ2)은 반전상이므로, 상기 입력부(10)와 동일선상에 통과 출력부(40)를 형성시키는 것이 아니라, 반전상이 형성되는 위치에 통과 출력부(40)인 단일 모드 도파로(Single Mode Waveguide)를 형성시킨다.In this case, since the second wavelength λ 2 is an inverted phase, the
상기한 바와 같이, 반사 결정부(20)에서 제1 파장(λ1)을 반사시켜 반사 출력부(30)로 출력시키고, 반사 결정부(20)를 통과한 제2 파장(λ2)은 상기 반사 출력부(30)의 반대편으로 출력되도록 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킨다.As described above, the
도 2는 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(1)는 광결정(Photonic Crystal)을 이루는 광자 결정 내의 주기성을 국소적으로 깨뜨려 결함을 인위적으로 형성시키는 결함 모드(Defect Mode)를 이용하여 입력되는 파장을 분리시킨다.2 is a view schematically showing a photonic crystal wavelength separator according to the present invention. As shown in the figure, the photonic
본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)는 각각의 광결정을 기둥(Rod)형으로 형성시켜 TE(Transverse Electric) 편광으로 입사된 혼합된 파장을 분리시키는 것 을 설명하며, 하기 실시예에서는 각각의 광결정에 홀(Hole)을 형성시켜, 이를 공기(Air)로 채우고, TM(Transverse Magnetic) 편광으로 입사된 혼합된 파장을 분리시키는 것을 설명한다.The photonic
그리고, 광결정에 혼합된 파장(λ1, λ2)을 입력부(10)에 입력시키는데, 상기 기둥(Rod)형으로 형성된 광결정에 입력 도파로를 형성시키고(빈공간), 단일 모드로 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 입력되도록 한다.The wavelengths λ 1 and λ 2 mixed in the photonic crystal are input to the
이때, 단일 모드(Single Mode)는 직교 편광의 한쌍이 되는 가장 낮은 차원의 구속 모드만 있는 파장으로 전송할 수 있는 광도파로로써, 빛의 전파 형태가 하나밖에 없고, 하나의 모드만 도파하도록 이루어져, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 분산되지 않고 그대로 입력되도록 구비된다.In this case, a single mode is an optical waveguide capable of transmitting in a wavelength having only the lowest constrained mode of a pair of orthogonal polarizations, and has only one propagation form of light and only one mode of waveguide. The mixed wavelengths λ 1 and λ 2 are provided to be input as they are without being dispersed.
또한, 상기 입력부(10)로 입력된 혼합된 파장(λ1, λ2)들은 다중 모드 영역(Multi Mode Region, 50)으로 진입하게 되는데, 혼합된 파장(λ1, λ2)이 다수개의 모드로 도파될 수 있도록 이루어지므로, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 분산되도록 이루어진다.In addition, the mixed wavelengths λ 1 and λ 2 input to the
여기서, 다중 모드 영역(50)에서 분산된 파장들은 상기 다중 모드 영역(50)내에 삽입되되, 상기 광결정 파장 분리기(1)를 이루는 제1 광결정(60)과는 굴절율 등의 물성(物性)이 다른 제2 광결정(21)이 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)의 입력 방향에 직각되도록 종방향으로 축을 이루는 반사 결정부(20)에서 선택적으로 반사된다.Here, wavelengths dispersed in the
그리고, 상기 다중 모드 영역(50)에 입사된 파장(λ1, λ2)들은 자아 결상(Self-Imaging) 현상을 보이는데, 2차원 도파 구조에 대한 모드 전파 해석(MPA: Mode Propagation Analysis)를 통한 다중 모드 간섭(MMI: Multi-Mode Interference)에 의하여 설명 가능하다.In addition, the wavelengths λ 1 and λ 2 incident on the
또한, 도파로 내의 모드수를 결정하는 지표는 규격화 주파수(V)이며, 상기 규격화 주파수가 증가할수록 다수개의 다중 모드가 존재하게 되는데, 다중 모드 간섭에 의한 주기적인 결상 특성은 모드 계수 및 위상 요소 등의 특정 조건이 만족될 때 발생한다.In addition, the index for determining the number of modes in the waveguide is a normalization frequency (V), and as the standardization frequency increases, a plurality of multimodes exist. The periodic imaging characteristics due to the multimode interference may include mode coefficients and phase elements. Occurs when certain conditions are met.
더불어, 본 발명에 따른 자아 결상(Self-Imaging)은 복제상(Replica-Image)과 반전상(Mirrored-Image)으로 나뉘는데, 상기 복제상(Replica-Image)은 입력된 상과 동일한 위치, 즉 동일선상에 동일한 특성을 가지는 상을 말하며, 반전상(Mirrored-Image)는 거울로 비춘것과 같이 동일한 특성을 가지나, 입력된 상과 동일한 위치인 동일선상에서 발생하지는 않는다.In addition, the self-imaging according to the present invention is divided into a replica-image and a mirror-image, and the replica-image is the same position as the input image, that is, the same. It refers to an image having the same characteristics on the line, and the mirror-image has the same characteristics as mirrored, but does not occur on the same line as the input image.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 기본 광결정 파장 분리기(1)는 혼합된 파장(λ1, λ2) 중에서 제1 파장(λ1)은 반전상(Mirrored-Image)를 이용하고, 제2 파장(λ2)은 복제상(Replica-Image)를 이용하여 파장 분리기를 제작할 수 있다.Here, the basic photonic
그리고, 제1 파장(λ1)을 반사시키도록 삽입된 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)은 제1 파장(λ1)이 반전상(Mirrored-Image)으로 자아 결상되는 길이의 1/2 되는 지점에 종축(縱軸, Axis of Ordinates)으로 배열된다.And, the second
그래서, 상기 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)에 반사된 제1 파장(λ1)은 반전상(Mirrored-Image)을 이용하였으므로, 입력부(10)의 동일선상에서 반사된 빛이 입력부(10)로 반사되는 것이 아니라, 반사 출력부(30)로 반사되어 출력되어 제1 파장(λ1)을 분리하는 것이다.Therefore, since the first wavelength λ 1 reflected on the
또한, 상기 반사 출력부(30)는 제1 파장(λ1)이 반전상으로 자아 결상되는 지점에 형성되어, 상기 반사 결정부(20)에서 반사된 파장이 출력되도록 형성된다.In addition, the
더불어, 상기 반사 결정부(20)에서 반사되지 않은 파장인 제2 파장(λ2)이 복제상으로 자아 결정되는 지점에 통과 출력부(40)를 형성시켜, 다중 모드로 분산되었던 제2 파장(λ2)을 단일 모드로 출력되도록 한다.In addition, the second wavelength λ 2 , which is a wavelength that is not reflected by the
이때, 상기 제2 파장(λ2)은 복제상이므로, 상기 입력부(10)와 동일선상에 통과 출력부(40)를 형성시켜, 복제상이 형성되는 위치에 통과 출력부(40)인 단일 모드 도파로(Single Mode Waveguide)를 형성시킨다.In this case, since the second wavelength λ 2 is a replica, a single pass waveguide, which is a
상기한 바와 같이, 반사 결정부(20)에서 제1 파장(λ1)을 반사시켜 반사 출력부(30)로 출력시키고, 반사 결정부(20)를 통과한 제2 파장(λ2)은 상기 반사 출력부(30)의 반대편으로 출력되도록 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킨다.As described above, the
도 3은 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도이다. 도 면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(1)는 도 1의 광결정 파장 분리기(1)의 반사 출력부(30)를 입력부(10)로 설계가능하며, 이는 도 1의 광결정 파장 분리기(1)를 대칭시킨 형태로 형성된다.3 is a view schematically showing a photonic crystal wavelength separator according to the present invention. As shown in the figure, the photonic
도 1의 광결정 파장 분리기(1)와 같이, 혼합된 파장(λ1, λ2)을 분리시키기 위하여 자아 결상(Self-Imaging) 중 제1 파장 및 제2 파장에 모두 반전상을 이용하여 가장 콤팩트(Compact)한 파장 분리기를 설계한다.Like the photonic
그리고, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)을 입력부(10)에 입력시키는데, 상기 기둥(Rod)형으로 형성된 광결정에 입력 도파로를 형성시키고(빈공간), 단일 모드로 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 입력되도록 한다.Then, the mixed wavelengths λ 1 and λ 2 are input to the
이때, 단일 모드(Single Mode)는 직교 편광의 한쌍이 되는 가장 낮은 차원의 구속 모드만 있는 파장으로 전송할 수 있는 광도파로로써, 빛의 전파 형태가 하나밖에 없고, 하나의 모드만 도파하도록 이루어져, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 분산되지 않고 그대로 입력되도록 구비된다.In this case, a single mode is an optical waveguide capable of transmitting in a wavelength having only the lowest constrained mode of a pair of orthogonal polarizations, and has only one propagation form of light and only one mode of waveguide. The mixed wavelengths λ 1 and λ 2 are provided to be input as they are without being dispersed.
또한, 상기 입력부(10)로 입력된 혼합된 파장(λ1, λ2)들은 다중 모드 영역(Multi Mode Region, 50)으로 진입하게 되는데, 혼합된 파장(λ1, λ2)이 다수개의 모드로 도파될 수 있도록 이루어지므로, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 분산되도록 이루어진다.In addition, the mixed wavelengths λ 1 and λ 2 input to the
여기서, 다중 모드 영역(50)에서 분산된 파장들은 상기 다중 모드 영역(50) 내에 삽입되되, 상기 광결정 파장 분리기(1)를 이루는 제1 광결정(60)과는 굴절율 등의 물성(物性)이 다른 제2 광결정(21)이 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)의 입력 방향에 직각되도록 종방향으로 축을 이루는 반사 결정부(20)에서 선택적으로 반사된다.In this case, the wavelengths dispersed in the
더불어, 본 발명에 따른 자아 결상(Self-Imaging)은 복제상(Replica-Image)과 반전상(Mirrored-Image)으로 나뉘는데, 상기 복제상(Replica-Image)은 입력된 상과 동일한 위치, 즉 동일선상에 동일한 특성을 가지는 상을 말하며, 반전상(Mirrored-Image)는 거울로 비춘것과 같이 동일한 특성을 가지나, 입력된 상과 동일한 위치인 동일선상에서 발생하지는 않는다.In addition, the self-imaging according to the present invention is divided into a replica-image and a mirror-image, and the replica-image is the same position as the input image, that is, the same. It refers to an image having the same characteristics on the line, and the mirror-image has the same characteristics as mirrored, but does not occur on the same line as the input image.
여기서, 본 발명에 따른 기본 광결정 파장 분리기(1)는 혼합된 파장(λ1, λ2)에 모두 반전상(Mirrored-Image)를 이용하여 가장 콤팩트(Compact)한 크기의 파장 분리기를 제작할 수 있다.Here, in the basic photonic
그리고, 제1 파장(λ1)을 반사시키도록 삽입된 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)은 제1 파장(λ1)이 반전상(Mirrored-Image)으로 자아 결상되는 길이의 1/2 되는 지점에 종축(縱軸, Axis of Ordinates)으로 배열된다.And, the second
그래서, 상기 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)에 반사된 제1 파장(λ1)은 반전상(Mirrored-Image)을 이용하였으므로, 입력부(10)의 동일선상에서 반사된 빛이 입력부(10)로 반사되는 것이 아니라, 반사 출력부(30)로 반사되어 출력되어 제1 파장(λ1)을 분리하는 것이다.Therefore, since the first wavelength λ 1 reflected on the
또한, 상기 반사 출력부(30)는 제1 파장(λ1)이 반전상으로 자아 결상되는 지점에 형성되어, 상기 반사 결정부(20)에서 반사된 파장이 출력되도록 형성된다.In addition, the
더불어, 상기 반사 결정부(20)에서 반사되지 않은 파장인 제2 파장(λ2)이 반전상으로 자아 결정되는 지점에 통과 출력부(40)를 형성시켜, 다중 모드로 분산되었던 제2 파장(λ2)을 단일 모드로 출력되도록 한다.In addition, the second wavelength λ 2 , which is a wavelength that is not reflected by the
이때, 상기 제2 파장(λ2)은 반전상이므로, 상기 입력부(10)와 동일선상에 통과 출력부(40)를 형성시키는 것이 아니라, 반전상이 형성되는 위치에 통과 출력부(40)인 단일 모드 도파로(Single Mode Waveguide)를 형성시킨다.In this case, since the second wavelength λ 2 is an inverted phase, the
상기한 바와 같이, 반사 결정부(20)에서 제1 파장(λ1)을 반사시켜 반사 출력부(30)로 출력시키고, 반사 결정부(20)를 통과한 제2 파장(λ2)은 상기 반사 출력부(30)의 반대편으로 출력되도록 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킨다.As described above, the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(Photonic Crystal Demultiplexer, 1)는 혼합된 파장 3개를 분리시킬 수 있도록 이루어진다.4 schematically illustrates a photonic crystal wavelength separator according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
여기서, 광결정(Photonic Crystal)을 이루는 광자 결정 내의 주기성을 국소적으로 깨뜨려 결함을 인위적으로 형성시키는 결함 모드(Defect Mode)를 이용하여 입력되는 파장을 분리시키는데, 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)는 각각의 광결정을 기둥(Rod)형으로 형성시켜 TE(Transverse Electric) 편광으로 입사된 혼합된 파장을 분리시키는 것을 설명하며, 하기 실시예에서는 각각의 광결정에 홀(Hole)을 형성시켜, 이를 공기(Air)로 채우고, TM(Transverse Magnetic) 편광으로 입사된 혼합된 파장을 분리시키는 것을 설명한다.Here, the input wavelength is separated by using a defect mode that locally breaks the periodicity in the photonic crystal constituting the photonic crystal to artificially form a defect. The photonic
그리고, 광결정에 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)을 제1 입력부(10a)에 입력시키는데, 상기 기둥(Rod)형으로 형성된 광결정에 입력 도파로를 형성시키고(빈공간), 단일 모드로 상기 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)이 입력되도록 한다.The wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 mixed in the photonic crystal are input to the
이때, 단일 모드(Single Mode)는 직교 편광의 한쌍이 되는 가장 낮은 차원의 구속 모드만 있는 파장으로 전송할 수 있는 광도파로로써, 빛의 전파 형태가 하나밖에 없고, 하나의 모드만 도파하도록 이루어져, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)이 분산되지 않고 그대로 입력되도록 구비된다.In this case, a single mode is an optical waveguide capable of transmitting in a wavelength having only the lowest constrained mode of a pair of orthogonal polarizations, and has only one propagation form of light and only one mode of waveguide. The mixed wavelengths λ 1 , λ 2 and λ 3 are provided so as to be input as they are without being dispersed.
또한, 상기 제1 입력부(10a)로 입력된 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)들은 제1 다중 모드 영역(Multi Mode Region, 50a)으로 진입하게 되는데, 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)이 다수개의 모드로 도파될 수 있도록 이루어지므로, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)이 분산된다.In addition, the mixed wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 input to the
여기서, 제1 다중 모드 영역(50a)에서 분산된 파장들은 상기 제1 다중 모드 영역(50a)내에 삽입되되, 상기 광결정 파장 분리기(1)를 이루는 제1 광결정(60)과 는 굴절율 등의 물성(物性)이 다른 제2 광결정(21) 및 제3 광결정(23)이 상기 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)의 입력 방향에 직각되도록 종방향으로 축을 이루는 제1 반사 결정부(20a)에서 선택적으로 반사된다.Here, the wavelengths dispersed in the first
그리고, 상기 제1 다중 모드 영역(50a)에 입사된 파장(λ1, λ2, λ3)들은 자아 결상(Self-Imaging) 현상을 보이는데, 2차원 도파 구조에 대한 모드 전파 해석(MPA: Mode Propagation Analysis)를 통한 다중 모드 간섭(MMI: Multi-Mode Interference)에 의하여 설명 가능하다.In addition, the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 incident on the first
또한, 도파로 내의 모드수를 결정하는 지표는 규격화 주파수(V)이며, 상기 규격화 주파수가 증가할수록 다수개의 다중 모드가 존재하게 되는데, 다중 모드 간섭에 의한 주기적인 결상 특성은 모드 계수 및 위상 요소 등의 특정 조건이 만족될 때 발생한다.In addition, an index for determining the number of modes in the waveguide is a normalization frequency (V), and as the standardization frequency increases, a plurality of multimodes exist. Occurs when certain conditions are met.
더불어, 본 발명에 따른 자아 결상(Self-Imaging)은 복제상(Replica-Image)과 반전상(Mirrored-Image)으로 나뉘는데, 상기 복제상(Replica-Image)은 입력된 상과 동일한 위치, 즉 동일선상에 동일한 특성을 가지는 상을 말하며, 반전상(Mirrored-Image)는 거울로 비춘것과 같이 동일한 특성을 가지나, 입력된 상과 동일한 위치인 동일선상에서 발생하지는 않는다.In addition, the self-imaging according to the present invention is divided into a replica-image and a mirror-image, and the replica-image is the same position as the input image, that is, the same. It refers to an image having the same characteristics on the line, and the mirror-image has the same characteristics as mirrored, but does not occur on the same line as the input image.
여기서, 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)는 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)에 모두 반전상(Mirrored-Image)를 이용하여 가장 콤팩트(Compact)한 크기의 파장 분리기를 제작할 수 있다.Here, the photonic
그리고, 제1 파장(λ1)을 반사시키도록 삽입된 제1 반사 결정부(20a)의 제2 광결정(21)은 제1 파장(λ1)이 반전상(Mirrored-Image)으로 자아 결상되는 길이의 1/2 되는 지점에 종축(縱軸, Axis of Ordinates)으로 배열된다.And, the first wavelength (λ 1), a first reflection determination section (20a) inserted so as to reflect two optical crystal (21) has a first wavelength (λ 1) is to be self-focusing in the reverse phase (Mirrored-Image) It is arranged in the axis of ordinates at half the length.
또한, 제2 파장(λ2)을 반사시키도록 삽입된 제1 반사 결정부(20a)의 제4 광결정(25)은 제2 파장(λ2)이 반전상(Mirrored-Image)으로 자아 결상 되는 길이의 1/2 되는 지점에 종축(縱軸, Axis of Ordinates)으로 배열된다.Further, the fourth
그래서, 상기 제1 반사 결정부(20a)의 제2 광결정(21) 및 제3 광결정(23)에 반사된 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)은 반전상(Mirrored-Image)을 이용하였으므로, 제1 입력부(10a)의 동일선상에서 반사된 빛이 제1 입력부(10a)로 반사되는 것이 아니라, 제1 반사 출력부(31)로 출력되어 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)이 제3 파장(λ3)과 분리된다.Thus, the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 reflected by the
따라서, 제3 파장(λ3)은 제1 통과 출력부(41)로 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)과 분리되도록 출력되되, 본 실시예에서는 상기 제3 파장(λ3)을 반전상을 이용하여 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)의 크기가 최소화되도록 제작하고, 이에 따라 제3 파장(λ3)을 출력하였으나, 복제상을 이용하여 제1 입력부(10a)와 동일한 위치의 반대편으로 출력시키는 것도 바람직하다.Accordingly, the third wavelength λ 3 is output to the first
여기서, 상기 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)은 제1 반사 출력부(31)로 출 력되어, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)은 분리되지 않은 상태이므로, 이를 분리하기 위하여, 광결정 파장 분리기(1)를 더 구비한다.Here, the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 are output to the first
그리고, 상기 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)을 제2 입력부(10b)로 입력시키는데, 상기 기둥(Rod)형으로 형성된 광결정에 입력 도파로를 형성시키고(빈공간), 단일 모드로 상기 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)이 입력되도록 한다.Then, the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 are input to the second input unit 10b. An input waveguide is formed in the photonic crystal formed in the pillar type (empty space), and In this mode, the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 are input.
또한, 상기 제2 입력부(10b)로 입력된 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)은 제2 다중 모드 영역(Multi Mode Region, 50b)으로 진입하게 되는데, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)이 다수개의 모드로 도파될 수 있도록 이루어진다.In addition, the second input (10b) of the first wavelength (λ 1) and second wavelength (λ 2) inputted to the there is, it goes into a second multi-mode zone (Multi Mode Region, 50b), the first wavelength (λ 1 ) and the second wavelength λ 2 can be guided in multiple modes.
여기서, 제2 다중 모드 영역(50b)에서 분산된 파장들은 상기 제2 다중 모드 영역(50b)내에 삽입되되, 상기 광결정 파장 분리기(1)를 이루는 제1 광결정(60)과는 굴절율 등의 물성(物性)이 다른 제4 광결정(25)이 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)의 입력 방향에 직각되도록 종방향으로 축을 이루는 반사 결정부(20)에서 선택적으로 반사된다.Here, wavelengths dispersed in the second multi-mode region 50b are inserted into the second multi-mode region 50b, and have properties such as refractive index and the
그리고, 제1 파장(λ1)을 반사시키도록 삽입된 제2 반사 결정부(20b)의 제4 광결정(25)은 제1 파장(λ1)이 반전상(Mirrored-Image)으로 자아 결상되는 길이의 1/2 되는 지점에 종축(縱軸, Axis of Ordinates)으로 배열된다.And, the fourth
그래서, 상기 제2 반사 결정부(20b)의 제2 광결정(21)에 반사된 제1 파장(λ 1)은 반전상(Mirrored-Image)을 이용하였으므로, 제2 입력부(10b)의 동일선상에서 반사된 빛이 제2 입력부(10b)로 반사되는 것이 아니라, 제2 반사 출력부(33)로 반사되어 출력되어 제1 파장(λ1)을 분리하는 것이다.Therefore, since the first wavelength λ 1 reflected by the
또한, 상기 제2 반사 출력부(33)는 제1 파장(λ1)이 반전상으로 자아 결상되는 지점에 형성되어, 상기 제2 반사 결정부(20b)에서 반사된 파장이 출력되도록 형성된다.In addition, the second
더불어, 상기 제2 반사 결정부(20b)에서 반사되지 않은 파장인 제2 파장(λ2)이 반전상으로 자아 결정되는 지점에 제2 통과 출력부(43)를 형성시켜, 다중 모드로 분산되었던 제2 파장(λ2)을 단일 모드로 출력되도록 한다.In addition, a second
이때, 상기 제2 파장(λ2)은 반전상이므로, 상기 제2 입력부(10b)와 동일선상에 제2 통과 출력부(43)를 형성시키는 것이 아니라, 반전상이 형성되는 위치에 제2 통과 출력부(43)인 단일 모드 도파로(Single Mode Waveguide)를 형성시킨다.In this case, since the second wavelength λ 2 is an inverted phase, the second
상기한 바와 같이, 제2 반사 결정부(20b)에서 제1 파장(λ1)을 반사시켜 제2 반사 출력부(33)로 출력시키고, 제2 반사 결정부(20b)를 통과한 제2 파장(λ2)은 상기 제2 반사 출력부(33)의 반대편으로 출력되도록 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킨다.As described above, the second reflection determination unit 20b reflects the first wavelength λ 1 to be output to the second
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광결정 파장 분리기를 개략적으로 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(Photonic Crystal Demultiplexer, 1)는 혼합된 파장 3개를 분리시킬 수 있도록 이루어진다.5 is a schematic view showing a photonic crystal wavelength separator according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
여기서, 광결정(Photonic Crystal)을 이루는 광자 결정 내의 주기성을 국소적으로 깨뜨려 결함을 인위적으로 형성시키는 결함 모드(Defect Mode)를 이용하여 입력되는 파장을 분리시키는데, 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)는 각각의 광결정을 기둥(Rod)형으로 형성시켜 TE(Transverse Electric) 편광으로 입사된 혼합된 파장을 분리시키는 것을 설명하며, 하기 실시예에서는 각각의 광결정에 홀(Hole)을 형성시켜, 이를 공기(Air)로 채우고, TM(Transverse Magnetic) 편광으로 입사된 혼합된 파장을 분리시키는 것을 설명한다.Here, the input wavelength is separated by using a defect mode that locally breaks the periodicity in the photonic crystal constituting the photonic crystal to artificially form a defect. The photonic
그리고, 광결정에 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)을 입력부(10)에 입력시키는데, 상기 기둥(Rod)형으로 형성된 광결정에 입력 도파로를 형성시키고(빈공간), 단일 모드로 상기 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)이 입력되도록 한다.The wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 mixed in the photonic crystal are input to the
이때, 단일 모드(Single Mode)는 직교 편광의 한쌍이 되는 가장 낮은 차원의 구속 모드만 있는 파장으로 전송할 수 있는 광도파로로써, 빛의 전파 형태가 하나밖에 없고, 하나의 모드만 도파하도록 이루어져, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2)이 분산되지 않고 그대로 입력되도록 구비된다.In this case, a single mode is an optical waveguide capable of transmitting in a wavelength having only the lowest constrained mode of a pair of orthogonal polarizations, and has only one propagation form of light and only one mode of waveguide. The mixed wavelengths λ 1 and λ 2 are provided to be input as they are without being dispersed.
또한, 상기 입력부(10)로 입력된 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)들은 다중 모드 영역(Multi Mode Region, 50)으로 진입하게 되는데, 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)이 다수개의 모드로 도파될 수 있도록 이루어지므로, 상기 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)이 분산된다.In addition, the mixed wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 input to the
여기서, 다중 모드 영역(50)에서 분산된 파장들은 상기 다중 모드 영역(50)내에 삽입되되, 상기 광결정 파장 분리기(1)를 이루는 제1 광결정(60)과는 굴절율 등의 물성(物性)이 다른 제2 광결정(21)이 상기 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3)의 입력 방향에 직각되도록 종방향으로 축을 이루는 반사 결정부(20)에서 선택적으로 반사된다.Here, wavelengths dispersed in the
그리고, 상기 다중 모드 영역(50)에 입사된 파장(λ1, λ2, λ3)들은 자아 결상(Self-Imaging) 현상을 보이는데, 2차원 도파 구조에 대한 모드 전파 해석(MPA: Mode Propagation Analysis)를 통한 다중 모드 간섭(MMI: Multi-Mode Interference)에 의하여 설명 가능하다.In addition, the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 incident on the
또한, 도파로 내의 모드수를 결정하는 지표는 규격화 주파수(V)이며, 상기 규격화 주파수가 증가할수록 다수개의 다중 모드가 존재하게 되는데, 다중 모드 간섭에 의한 주기적인 결상 특성은 모드 계수 및 위상 요소 등의 특정 조건이 만족될 때 발생한다.In addition, an index for determining the number of modes in the waveguide is a normalization frequency (V), and as the standardization frequency increases, a plurality of multimodes exist. Occurs when certain conditions are met.
더불어, 본 발명에 따른 자아 결상(Self-Imaging)은 복제상(Replica-Image)과 반전상(Mirrored-Image)으로 나뉘는데, 상기 복제상(Replica-Image)은 입력된 상과 동일한 위치, 즉 동일선상에 동일한 특성을 가지는 상을 말하며, 반전 상(Mirrored-Image)는 거울로 비춘것과 같이 동일한 특성을 가지나, 입력된 상과 동일한 위치인 동일선상에서 발생하지는 않는다.In addition, the self-imaging according to the present invention is divided into a replica-image and a mirror-image, and the replica-image is the same position as the input image, that is, the same. It refers to an image having the same characteristics on a line. The mirrored image has the same characteristics as mirrored, but does not occur on the same line as the input image.
여기서, 본 발명에 따른 기본 광결정 파장 분리기(1)는 혼합된 파장(λ1, λ2, λ3) 중에서 제1 파장(λ1) 및 제3 파장(λ3) 에 대하여 반전상(Mirrored-Image)를 이용하고, 제2 파장(λ2)에 대하여는 복제상(Replica-Image)를 이용하여 제작한다.Here, the basic photonic
그리고, 제1 파장(λ1)을 반사시키도록 삽입된 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)은 제1 파장(λ1)이 반전상(Mirrored-Image)으로 자아 결상되는 길이의 1/2 되는 지점에 종축(縱軸, Axis of Ordinates)으로 배열된다.And, the second
그래서, 상기 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)에 반사된 제1 파장(λ1)은 반전상(Mirrored-Image)을 이용하였으므로, 입력부(10)의 동일선상에서 반사된 빛이 입력부(10)로 반사되는 것이 아니라, 반사 출력부(30)로 반사되어 출력됨으로써, 제1 파장(λ1)이 분리된다.Therefore, since the first wavelength λ 1 reflected on the
또한, 상기 반사 출력부(30)는 제1 파장(λ1)이 반전상으로 자아 결상되는 지점에 형성되어, 상기 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)에서 반사된 파장이 출력되도록 형성된다.In addition, the
더불어, 상기 반사 결정부(20)에서 반사되지 않은 파장인 제2 파장(λ2) 및 제3 파장(λ3)이 공통으로 자아 결정되는 지점에 제1 통과 출력부(41) 및 제2 통과 출력부(43)를 형성시켜, 다중 모드로 분산되었던 제2 파장(λ2) 및 제3 파장(λ3)을 단일 모드로 출력되도록 한다.In addition, the first
이때, 상기 제2 파장(λ2)은 복제상이므로, 상기 입력부(10)와 동일선상에 제1 통과 출력부(41)인 단일 모드 도파로(Single Mode Waveguide)를 형성시켜 복제상이 형성되는 위치에서 상기 제2 파장(λ2)이 출력되도록 이루어지며, 상기 제3 파장(λ3)은 반전상이므로, 상기 입력부(10)와 동일선상에 제2 통과 출력부(43)를 형성시키는 것이 아니라, 반전상이 형성되는 위치에 제2 통과 출력부(43)인 단일 모드 도파로(Single Mode Waveguide)를 형성시킨다.In this case, since the second wavelength λ 2 is a duplicate image, a single mode waveguide, which is a first
상기한 바와 같이, 반사 결정부(20)에서 제1 파장(λ1)을 반사시켜 반사 출력부(30)로 출력시키고, 반사 결정부(20)를 통과한 제2 파장(λ2) 및 제3 파장(λ3)은 상기 제1 통과 출력부(41) 및 제2 통과 출력부(43)로 출력되도록 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킨다.As described above, the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 파장 분리기의 기둥형을 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(1)는 기둥(Rod)형으로 형성될 수 있다.6 is a diagram illustrating a columnar shape of the photonic crystal wavelength separator according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, the photonic
여기서, TE(Transverse Electric) 편광을 사용하며, 사각 격자(Rectangular Grating) 형상으로 기둥을 형성시킨다.Here, TE (Transverse Electric) polarization is used, and pillars are formed in a rectangular grating shape.
즉, 기둥(Rod)형으로 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킬 경우에는, TE 편광된 입사광을 입력시켜야 하며, 사각 격자 형식으로 형성시켜야 한다.That is, when forming the photonic
그리고, 상기 실시예에서와 같이, 입력 파장을 두개 또는 그 이상으로 혼합시켜도 분리가능한데, 그 방법으로는 혼합된 파장의 자아 결상 성질을 이용하여, 반사 파장 및 통과 파장 모두에 자아 결상 중 반전상을 이용할 때에는, 반사 출력부(30) 및 통과 출력부(40)를 소정 거리 이격시키되, 자아 결상 되는 지점에 형성시킨다.And, as in the above embodiment, it is possible to separate even if the input wavelength is mixed in two or more, by using the ego imaging properties of the mixed wavelength, the inverted phase of the ego phase image in both the reflection wavelength and the pass wavelength In use, the
한편, 통과 파장에 복제상을 이용할 때에는, 통과 출력부(40)를 입력부(10)와 동일 선상에 형성시킬 수 있는데, 반사 파장에 복제상을 이용하면 입력부(10)로 출력되므로 반사 파장에는 항상 반전상을 이용하도록 설계한다.On the other hand, when the replica is used for the pass wavelength, the
또한, 입력 파장이 두개를 초과할 경우에는, 입력부(10)에 두개를 초과한 다수개의 혼합된 파장을 입력시키고, 반사 결정부(20)에 각각의 파장을 반사시킬 수 있는 광결정을 종축으로 배열되도록 삽입시키며, 광결정에 따라 반사된 파장은 반전상이 형성되는 지점에 반사 출력부(30)를 형성시켜 출력되도록 하고, 통과 파장은 반전상 또는 복제상을 이용하여 출력되도록 통과 파장이 반전상을 형성하는 지점 또는 통과 파장이 복제상을 형성하는 지점에 통과 출력부(40)를 형성시킨다.In addition, when the input wavelength exceeds two, a plurality of mixed wavelengths are input to the
여기서, 반사 출력부(30)로 두개 이상의 파장이 출력되는 경우에는, 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)를 더 구비하고, 상기 반사 출력부(30)로 출력된 반 사된 파장들을 재분리하기 위하여 두개 이상의 파장을 입력부(10)로 입력시키고, 이를 상기와 같은 방법으로 출력시키되, 재분리 과정에서 두개 이상의 파장이 출력되면, 다시 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)를 구비하여 상기와 같은 방법으로 파장이 분리되도록 이루어지는 것이 바람직하다.Here, when two or more wavelengths are output to the
상기 실시예에서 이용했던 모든 방법으로 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)를 설계할 수 있으나, 반전상을 이용할 경우에 복제상을 이용하는 것보다 더욱 콤팩트(Compact)한 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킬 수 있고, 실시예의 모든 방법으로 변형가능하다.The photonic
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광결정 파장 분리기의 홀(Hole)형을 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(1)는 유전체 기판에 일정 간격으로 홀(Hole)을 형성시켜 일정 물성을 가지는 광결정으로 제작가능하다.7 is a diagram illustrating a hole type of the photonic crystal wavelength separator according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, the photonic
여기서, TM(Transverse Magnetic) 편광을 사용하며, 삼각 격자(Triangle Grating) 형상으로 홀(Hole)을 형성시킨다.Here, TM (Transverse Magnetic) polarization is used, and a hole is formed in a triangular grating shape.
즉, 홀(Hole)형으로 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킬 경우에는, TM 편광된 입사광을 입력시켜야 하며, 삼각 격자 형식으로 형성시켜야 한다.That is, in the case of forming the photonic
그리고, 상기 실시예에서와 같이, 입력 파장을 두개 또는 그 이상으로 혼합시켜도 분리가능한데, 그 방법으로는 혼합된 파장의 자아 결상 성질을 이용하여, 반사 파장 및 통과 파장 모두에 자아 결상 중 반전상을 이용할 때에는, 반사 출력 부(30) 및 통과 출력부(40)를 소정 거리 이격시키되, 자아 결상 되는 지점에 형성시킨다.And, as in the above embodiment, it is possible to separate even if the input wavelength is mixed in two or more, by using the ego imaging properties of the mixed wavelength, the inverted phase of the ego phase image in both the reflection wavelength and the pass wavelength In use, the
한편, 통과 파장에 복제상을 이용할 때에는, 통과 출력부(40)를 입력부(10)와 동일 선상에 형성시킬 수 있는데, 반사 파장에 복제상을 이용하면 입력부(10)로 출력되므로 반사 파장에는 항상 반전상을 이용하도록 설계한다.On the other hand, when the replica is used for the pass wavelength, the
또한, 입력 파장이 두개를 초과할 경우에는, 입력부(10)에 두개를 초과한 다수개의 혼합된 파장을 입력시키고, 반사 결정부(20)에 각각의 파장을 반사시킬 수 있는 광결정을 종축으로 배열되도록 삽입시키며, 광결정에 따라 반사된 파장은 반전상이 형성되는 지점에 반사 출력부(30)를 형성시켜 출력되도록 하고, 통과 파장은 반전상 또는 복제상을 이용하여 출력되도록 통과 파장이 반전상을 형성하는 지점 또는 통과 파장이 복제상을 형성하는 지점에 통과 출력부(40)를 형성시킨다.In addition, when the input wavelength exceeds two, a plurality of mixed wavelengths are input to the
여기서, 반사 출력부(30)로 두개 이상의 파장이 출력되는 경우에는, 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)를 더 구비하고, 상기 반사 출력부(30)로 출력된 반사된 파장들을 재분리하기 위하여 두개 이상의 파장을 입력부(10)로 입력시키고, 이를 상기와 같은 방법으로 출력시키되, 재분리 과정에서 두개 이상의 파장이 출력되면, 다시 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)를 구비하여 상기와 같은 방법으로 파장이 분리되도록 이루어지는 것이 바람직하다.Here, when two or more wavelengths are output to the
상기 실시예에서 이용했던 모든 방법으로 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기(1)를 설계할 수 있으나, 반전상을 이용할 경우에 복제상을 이용하는 것보다 더욱 콤팩트(Compact)한 광결정 파장 분리기(1)를 형성시킬 수 있고, 실시예의 모든 방법으로 변형가능하다.The photonic
도 8은 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기의 광밴드갭을 도시한 도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(1)의 제1 광결정(60)의 광밴드갭은 (a)에 도시되며, 반사 출력부(30) 및 통과 출력부(40)의 광밴드갭은 (b)에 도시되고, 다중 모드 영역(50)의 광밴드갭은 (c)에 도시되며, 반사 결정부(20)의 광밴드갭은 (d)에 도시된다.8 is a view showing an optical bandgap of the photonic crystal wavelength separator according to the present invention. As shown in the figure, the optical bandgap of the
여기서, 상기 실시예에서 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)은 a/λ로 나타내면, 제1 파장(λ1)은 0.417이고, 제2 파장(λ2)은 0.35이다.In this embodiment, when the first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 are represented by a / λ, the first wavelength λ 1 is 0.417 and the second wavelength λ 2 is 0.35.
그리고, a는 542.5 nm , 제1 파장(λ1)은 1.3 μm, 제2 파장(λ2)은 1.55 μm 이므로, a/λ1은 0.417, a/λ2은 0.35 로 산출된다.Since a is 542.5 nm, the first wavelength λ 1 is 1.3 μm, and the second wavelength λ 2 is 1.55 μm, a / λ 1 is 0.417 and a / λ 2 is calculated as 0.35.
이때, a는 격자 상수(Lattice Constant)로써, 각 광결정 간의 거리를 나타내는데, a의 단위도 거리이고, λ의 단위도 거리이므로 각 그래프의 세로축(y축)의 단위는 상쇄되어 없어진다.At this time, a is a lattice constant, which represents the distance between each photonic crystal. The unit of a is also a distance, and the unit of λ is also a distance, and thus the unit of the vertical axis (y-axis) of each graph is canceled out.
그리고, (a)를 보면, 제1 광결정(60)의 광밴드갭은 약 0.3에서 0.44 정도이므로, 광밴드갭에 해당되는 파장은 도파될 수 없으며, 이에 따라 제1 파장(λ1)의 a/λ1인 0.417, 제2 파장(λ2)의 a/λ2인 0.35을 도파할 수 없다.In addition, in (a), since the optical bandgap of the
또한, (b)를 보면, (a)의 제1 광결정(60) 구조만으로 제1 파장(λ1)의 a/λ1 인 0.417, 제2 파장(λ2)의 a/λ2인 0.35을 도파할 수 없으므로, 상기 제1 광결정(60) 구조에 결함 모드(Defection Mode)를 형성시키기 위해, 빈 공간(Empty Region)을 형성시키도록 광결정을 라인 형태로 삭제시켜 도파로를 형성시킨다.In addition, (b) shows that only 0.41 (a / λ 1 ) of the first wavelength (λ 1 ) and 0.35 (a / λ 2 ) of the second wavelength (λ 2 ) can be obtained using only the
이에 따라, 반사 출력부(30) 및 통과 출력부(40)는 단일 모드 도파로로 형성되며, 반사 출력부(30) 및 통과 출력부(40)의 광 밴드 구조를 도시한 (b)를 보면, 광밴드갭은 약 0.3에서 0.31 이고, 입력되는 제1 파장(λ1)의 a/λ1을 나타내는 0.417 및 제2 파장(λ2)의 a/λ2인 0.35과 겹치는 지점이 1개밖에 없는데, 이는 상기 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)에 대하여 단일 모드임을 의미하는 것이다.Accordingly, the
그리고, (c)를 보면, 다중 모드 영역(50)의 다중 모드 도파로에서의 광밴드갭을 도시하는데, 상기 제1 파장(λ1)의 a/λ1인 0.417 및 제2 파장(λ2)의 a/λ2인 0.35과 겹치는 지점이 약 4 - 5 개 정도로, 4 내지 5 개의 모드를 가지고 있는 다중 모드임을 의미한다.Then, looking at (c), the
더불어, (d)를 보면, 반사 결정부(20)의 광밴드갭을 도시하며, 제1 파장(λ1)의 a/λ1인 0.417 만을 포함하고, 제2 파장(λ2)의 a/λ2인 0.35는 포함하지 않는데, 이는 제1 파장(λ1)만을 반사시킬 수 있고, 제2 파장(λ2)에 대하여는 어떠한 반응도 일으키지 않은 채 통과시킴을 의미한다.In addition, (d) shows an optical bandgap of the
여기서, 반사 결정부(20)의 광밴드갭은 약 0.25 - 0.28, 0.38 - 0.48 의 광밴드갭의 범위를 가지고 있으므로, 상기 범위 내의 파장을 반사시킬 수 있으며, 이 에 따라 어느 정도의 오차 범위를 허용할 수 있으므로, 보다 포괄적으로 이용가능하다.Here, since the optical bandgap of the
도 9는 본 발명에 따른 광결정 파장 분리기의 파장에 따른 전계 분포도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(1)는 도 1의 기본 광결정 파장 분리기(1)를 기본으로 전계 분포(Electric Field)를 도시한 도이다.9 is an electric field distribution diagram according to the wavelength of the photonic crystal wavelength separator according to the present invention. As shown in the figure, the photonic
여기서, 도 8의 실시예에서 제1 파장(λ1)의 a/λ1 은 0.417이고, 제2 파장(λ2)의 a/λ2은 0.35이며, 이를 이용하여 전계 분포를 도시하면, a는 542.5 nm 이므로, 제1 파장(λ1)은 1.3 μm, 제2 파장(λ2)은 1.55 μm 이다.Here, a / λ 1 of the first wavelength (λ 1) in the embodiment of Figure 8 is 0.417, and the a / λ 2 of the second wavelength (λ 2) is 0.35, and when showing the electric field distribution by using this, a Since is 542.5 nm, the first wavelength λ 1 is 1.3 μm and the second wavelength λ 2 is 1.55 μm.
여기서, (a)는 1.3μm인 제1 파장(λ1)이 반사 결정부(20)에서 반사되고, 반전상으로 자아 결상되는 1/2 지점에 반사 결정부(20)의 제2 광결정(21)이 배열되며, 자아 결상되는 지점에 반사 출력부(30)가 형성되고, 이에 따라 제1 파장(λ1)만이 반전상으로 반사 출력부(30)로 출력되는 전계 분포를 도시한다.Here, (a) is the
그리고, (b)는 1.55μm인 제2 파장(λ2)이 반사 결정부(20)를 통과하여, 반전상으로 자아 결상되는 지점에 통과 출력부(40)를 형성하여 제2 파장(λ2)만이 상기 통과 출력부(40)로 출력되는 전계 분포를 도시한다.And, (b) is 1.55μm in a second wavelength (λ 2) are reflected through the determining
이때, 상기 (a) 및 (b)에서 입력부(10) 및 출력부(반사 출력부(30) 및 통과 출력부(40))에서는 단일 모드로 입력광이 이동하며, 다중 모드 영역(50)에서는 다수개의 모드로 이동하고 있음을 알 수 있다.At this time, the input light is moved in a single mode in the
또한, 상기 (a)에서는 반사 결정부(20)에서 반사하는 제1 파장(λ1)만을 반사시키고, 제2 파장(λ2)에 대하여는 그대로 통과시키는 것을 볼 수 있다.In addition, in (a), it can be seen that only the first wavelength λ 1 reflected by the
이와 같이, 본 발명에 의한 광결정 파장 분리기(1)는 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)이 동시에 자아 결상되는, 즉 제1 파장(λ1) 및 제2 파장(λ2)의 자아 결상 길이의 최소 공배수만큼의 길이로 형성되지 않아 콤팩트한 크기 및 길이를 가질 수 있고, 광밴드갭 만큼의 범위를 가지므로, 반사할 파장에 대하여 오차가 발생하더라도, 이를 분리할 수 있도록 이루어진다.As described above, in the photonic
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to such specific embodiments, and those skilled in the art are appropriate within the scope described in the claims of the present invention. It will be possible to change.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 광결정 기반 파장 분리기의 다중 모드 영역에 파장의 반전상인 자아 결상을 이용하여, 자아 결상되는 1/2 지점에 특정 파장을 반사시킬 수 있는 광결정을 삽입함으로써, 특정 파 장을 반사 또는 투과할 수 있도록 이루어지고, 이에 따라 입사된 각 파장들의 비트 길이에 구속없이 설계가능하고, 입사된 각 파장들의 비트 길이의 최소 공배수에 따라 증가된 길이를 감소시켜 콤팩트한 초소형 파장 분리기를 제작할 수 있고, 다수개가 혼합된 파장에 대하여도 광결정의 삽입만으로 용이하게 분리가능한 등의 효과를 거둘 수 있다.As described above, the present invention having the configuration as described above uses a self-imaging, which is an inverted phase of the wavelength, in a multi-mode region of the photonic crystal-based wavelength separator to provide a photonic crystal capable of reflecting a specific wavelength at a half point of self-image formation. By inserting, it is possible to reflect or transmit a specific wavelength, thereby designing without being constrained to the bit length of each incident wavelength, and reducing the increased length according to the least common multiple of the bit length of each incident wavelength. It is possible to fabricate a compact and ultra-compact wavelength separator, and to achieve an effect such as being easily separated by only inserting a photonic crystal with respect to a wavelength mixed with a plurality.
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