KR102268534B1 - Integrated waveguide for orbital angular momentum mode and manufacturing method thereof - Google Patents
Integrated waveguide for orbital angular momentum mode and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102268534B1 KR102268534B1 KR1020190095001A KR20190095001A KR102268534B1 KR 102268534 B1 KR102268534 B1 KR 102268534B1 KR 1020190095001 A KR1020190095001 A KR 1020190095001A KR 20190095001 A KR20190095001 A KR 20190095001A KR 102268534 B1 KR102268534 B1 KR 102268534B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- core
- mode
- angular momentum
- orbital angular
- optical waveguide
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
- G02B6/1228—Tapered waveguides, e.g. integrated spot-size transformers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02033—Core or cladding made from organic material, e.g. polymeric material
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12166—Manufacturing methods
- G02B2006/12176—Etching
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로는, 클래드부와,중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖고 클래드부에 의해 둘러싸이는 코어부를 포함하고, 서로 다른 위상차를 갖는 도파 모드가 코어부를 통과하면, 궤도각운동량을 갖는 도파 모드로 도파될 수 있다.An integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to the present invention includes a clad portion and a core portion that has rotational symmetry with respect to the central axial direction and is surrounded by the clad portion, and waveguide modes having different phase differences pass through the core portion Then, it can be guided in a waveguide mode having orbital angular momentum.
Description
본 발명은 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 궤도각운동량 모드를 갖는 도파 모드를 제공할 수 있는 집적형 광도파로 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated optical waveguide for orbital angular momentum mode and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an integrated optical waveguide capable of providing a waveguide mode having an orbital angular momentum mode and a method for manufacturing the same.
점점 늘어나는 데이터 전송속도 요구치를 충족시키기 위해, 한정된 개수의 수직 모드들을 가지는 광도파로들과 달리, 무수히 많은 수의 수직 모드들을 가질 수 있는 OAM 모드의 연구가 활발히 진행되고 있다.In order to meet the ever-increasing data rate requirements, research on OAM mode, which can have an infinite number of vertical modes, is being actively conducted, unlike optical waveguides having a limited number of vertical modes.
OAM 모드는 진행방향에 수직인 평면에서 방위각 방향의 위상변화로 각 모드를 구분하며, 이는 OAM모드의 양자수 l로 구분된다. 이러한 l차 OAM 모드는 기존의 주파수 또는 편광을 이용한 모드와는 다른 새로운 모드이며, 두 가지 이상을 섞어 더 높은 자유도를 가지는 모드도 만들 수 있다.In the OAM mode, each mode is classified by a phase change in the azimuth direction in a plane perpendicular to the traveling direction, which is divided by the quantum number l of the OAM mode. This first-order OAM mode is a new mode different from the existing mode using frequency or polarization, and a mode having a higher degree of freedom can be created by mixing two or more.
OAM 모드는 회전하는 소용돌이 모양을 일반적으로 가지므로, 광파이버와 같은 원통형 구조의 광도파로에서는 그 생성과 전파가 용이하나, 일반적으로 사각형 구조를 가지는 광도파로를 사용하는 광집적회로에 응용하기에는 모드의 생성과 전파에 많은 어려움이 있다.OAM mode generally has a rotating vortex shape, so it is easy to generate and propagate in a cylindrical optical waveguide such as an optical fiber, but it is difficult to apply to an optical integrated circuit using a rectangular optical waveguide. There are many difficulties with the spread.
본 발명은, 서로 같은 전파상수를 가지는 다수의 모드를 이용하여 궤도각운동량 모드를 합성할 수 있는 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode capable of synthesizing an orbital angular momentum mode using a plurality of modes having the same propagation constant and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에 의해 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and another problem to be solved that is not mentioned can be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be.
본 발명은, 일 관점에 따라, 클래드부; 및 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖고, 상기 클래드부에 의해 둘러싸이는 코어부;를 포함하고, 서로 다른 위상차를 갖는 도파 모드가 상기 코어부를 통과하면, 궤도각운동량(OAM: orbital angular momentum)을 갖는 도파 모드로 도파(導波)될 수 있다.The present invention, according to one aspect, a clad portion; and a core portion having rotational symmetry with respect to the central axial direction and surrounded by the cladding portion, wherein when waveguide modes having different phase differences pass through the core portion, having orbital angular momentum (OAM) It can be waveguided in waveguide mode.
이때, 상기 클래드부 및 상기 코어부는 광투과성 물질인 SiO2 SiN 또는 Si를 포함할 수 있다.In this case, the clad part and the core part may include SiO 2 SiN or Si, which is a light-transmitting material.
또한, 상기 코어부는 상기 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖는 십자 모양으로 제공될 수 있다.In addition, the core portion may be provided in a cross shape having rotational symmetry with respect to the central axial direction.
또한, 상기 코어부는 코어 중심부; 및 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖도록 상기 코어 중심부의 둘레 방향으로 동일간격으로 이격되어 돌출 형성되는 코어 대칭부;를 포함할 수 있다.In addition, the core portion includes a core central portion; and a symmetrical core formed to protrude at equal intervals in the circumferential direction of the central portion of the core to have rotational symmetry with respect to the central axial direction.
본 발명은, 일 관점에 따라, 제 1 클래드층을 적층하는 단계; 제 1 클래드층의 상부에 홈부가 형성되도록 제 1 클래드층을 1차 에칭하는 단계; 홈부가 형성된 제 1 클래드층에 코어층을 적층하는 단계; 제 1 클래드층의 홈부를 중심으로 하여 코어층의 양측부를 2차 에칭하는 단계; 회전 대칭성을 갖는 코어부가 형성되도록 코어층을 3차 에칭하는 단계; 및 코어부를 둘러싸도록 클래드부가 형성되도록 코어부 및 제 1 클래드층 위에 제 2 클래드층을 적층하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention, according to one aspect, stacking a first clad layer; first etching the first clad layer to form a groove on the first clad layer; laminating a core layer on the first clad layer in which the groove portion is formed; secondary etching of both sides of the core layer with the groove of the first clad layer as a center; third etching the core layer to form a core portion having rotational symmetry; and laminating a second clad layer on the core part and the first clad layer so that the clad part is formed to surround the core part.
이때, 상기 2차 에칭하는 단계 및 상기 3차 에칭하는 단계는, 상기 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖는 십자 모양의 코어부가 형성되도록 코어층을 에칭할 수 있다.In this case, in the second etching step and the third etching step, the core layer may be etched to form a cross-shaped core portion having rotational symmetry with respect to the central axial direction.
본 발명의 실시예에 따르면, 일반적인 반도체 적층 공정을 통하여 제작한 광도파로에서 OAM 모드의 합성 및 전파가 가능하고, 이는 서로 같은 전파상수를 가지는 다수의 모드들의 합성을 통한 특정 OAM을 가지는 라게르-가우시안 모드의 도파가 가능하다.According to an embodiment of the present invention, synthesis and propagation of an OAM mode is possible in an optical waveguide manufactured through a general semiconductor stacking process, which is a Lager-Gaussian having a specific OAM through synthesis of a plurality of modes having the same propagation constant. Mode waveguide is possible.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 코어층의 구조를 변경하여 서로 다른 양자수를 가지는 라게르-가우시안 모드들을 하나의 구조에서 생성 및 전파가 가능하다.In addition, according to an embodiment of the present invention, it is possible to generate and propagate Lager-Gaussian modes having different quantum numbers in one structure by changing the structure of the core layer.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 1차 OAM(궤도각운동량) 모드를 개략적으로 도시한 상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 2차 OAM(궤도각운동량) 모드를 개략적으로 도시한 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 2차 OAM(궤도각운동량) 모드의 전기장 분포를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 3차 OAM(궤도각운동량) 모드의 전기장 분포를 나타낸 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 4차 OAM(궤도각운동량) 모드의 전기장 분포를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로의 제작 과정을 도시한 상태도이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
2 is a state diagram schematically illustrating a primary OAM (orbital angular momentum) mode guided through an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
3 is a state diagram schematically illustrating a secondary OAM (orbital angular momentum) mode guided through an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
4 is a photograph showing the electric field distribution of the secondary OAM (orbital angular momentum) mode guided through the integrated optical waveguide for the orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
5 is a photograph showing an electric field distribution in a tertiary OAM (orbital angular momentum) mode guided through an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
6 is a photograph showing an electric field distribution in a quaternary OAM (orbital angular momentum) mode guided through an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
8 is a state diagram illustrating a manufacturing process of an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범주는 청구항에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person of the scope of the invention, and the scope of the invention is only defined by the claims.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 실제로 필요한 경우 외에는 생략될 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In describing the embodiments of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted except when it is actually necessary to describe the embodiments of the present invention. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, the definition should be made based on the content throughout this specification.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 광도파로는, 서로 다른 위상차를 갖는 도파 모드가 코어부(120)로 전파되면, 궤도각운동량을 갖는 도파 모드로 도파(導波)될 수 있도록 하는 코어부(120)를 제공할 수 있다. 여기서, 궤도각운동량(OAM:Orbital Angular Momentum)은 매질의 중심(중심 축방향)으로 주기적으로 회전하는 궤도 운동을 할 때 가지는 운동량으로 이해될 수 있다. 광 도파로는 광이 도파되는 방향과 나란한 중심 축방향을 갖도록 배치될 수 있다. As shown in FIG. 1 , in the integrated optical waveguide according to an embodiment of the present invention, when waveguide modes having different phase differences are propagated to the
구체적으로, 코어부(120)는 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖는 구조를 통해, 광도파로에서 궤도각운동량 모드의 도파가 가능하도록 할 수 있다. 코어부(120)는 클래드부(110)에 의해 둘러싸이는 구조로 제공될 수 있다. 클래드부(110) 및 코어부(120)는 광투과성 물질인 SiO2 SiN 및 Si 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 클래드부(110)는 광투과성 물질인 SiO2로 구성될 수 있고, 코어부(120)는 Si로 구성될 수 있다.Specifically, the
이러한 코어부(120)는 중심 축(C)방향을 포함하는 코어 중심부(121)와, 코어 중심부(121)의 둘레 방향으로 동일간격으로 이격되어 돌출 형성되는 코어 대칭부(122)를 포함할 수 있다. 코어 대칭부(122)는 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖도록 쌍을 이루는 복수로 제공될 수 있다. 여기서, 회전대칭성은 중심 축방향에 대하여 소정 각도 회전하였을 때 동일한 자세를 유지하도록 대칭적인 형상을 가진다는 것을 의미한다. The
일 예로, 코어부(120)는 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖는 십자 모양으로 제공될 수 있다. 코어부(120)는 회전 대칭성을 갖는 십자 모양을 가지므로, 서로 같은 전파상수를 가지는 다수의 모드들의 합성을 통한 특정 궤도각운동량을 가지는 라게르-가우시안 모드를 전파할 수 있다. OAM(궤도각운동량)을 가지는 라게르-가우시안 모드를 만들기 위해, 복수의 모드를 특정 비율로 합성할 수 있다. For example, the
본 실시예에서, 코어부의 장폭(W2)은 1.626 ㎛ 이고, 단폭(W1)은 1.118 ㎛이고, 고높이(L2)는 1.504 ㎛ 이고, 저높이(L1)은 0.921 ㎛일 수 있다. 이때, 고높이(L2)에 대한 장폭(W2)의 장 길이비(W2/L2)는, 1.0 ~ 1.2 범위를 만족하고, 저높이(L1)에 대한 단폭(W1)의 단 길이비(W1/L1)는 1.1 ~ 1.3 범위를 만족할 수 있다. 장 길이비(W2/L2)가 1.0 미만이거나 장 길이비(W2/L2)가 1.2 초과이면, 광도파로에서 OAM 모드의 합성 및 전파가 잘 구현되지 않을 수 있고, 단 길이비(W1/L1)가 1.1 미만이이거나 단 길이비(W1/L1)가 1.3 초과이면, 광도파로에서 고차 OAM 모드의 합성 및 전파가 잘 구현되지 않을 수 있다.In the present embodiment, the long width W2 of the core part may be 1.626 μm, the short width W1 may be 1.118 μm, the high height L2 may be 1.504 μm, and the low height L1 may be 0.921 μm. At this time, the length ratio (W2/L2) of the long width (W2) to the high height (L2) satisfies the range of 1.0 to 1.2, and the short length ratio (W1/) of the short width (W1) to the low height (L1) L1) may satisfy the range of 1.1 to 1.3. If the long length ratio (W2/L2) is less than 1.0 or the long length ratio (W2/L2) is more than 1.2, the synthesis and propagation of OAM mode may not be well implemented in the optical waveguide, and the short length ratio (W1/L1) If is less than 1.1 or the stage length ratio (W1/L1) is greater than 1.3, synthesis and propagation of higher-order OAM modes may not be well implemented in the optical waveguide.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 1차 OAM(궤도각운동량) 모드를 개략적으로 도시한 상태도이다.2 is a state diagram schematically illustrating a primary OAM (orbital angular momentum) mode guided through an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집적형 광도파로의 코어부(120)에서, 에르미트-가우시안 10모드(200: HG10), 에르미트-가우시안 01모드(201:HG01 )를 같은 크기와 서로 90도의 위상차이로 합성하여 주면, 라게르-가우시안 01모드(202:LG01)가 합성될 수 있다. For example, as shown in FIG. 2 , in the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 2차 OAM(궤도각운동량) 모드를 개략적으로 도시한 상태도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 2차 OAM(궤도각운동량) 모드의 전기장 분포를 나타낸 사진이다.3 is a state diagram schematically illustrating a secondary OAM (orbital angular momentum) mode guided through an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention. This is a photograph showing the electric field distribution of the secondary OAM (orbital angular momentum) mode guided through the integrated optical waveguide for the orbital angular momentum mode.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집적형 광도파로의 코어부(120)에서, 에르미트-가우시안 20모드(HG20)와 02모드(HG02)의 합으로 라게르-가우시안 02-even모드(300)를 합성할 수 있다. 합성된 라게르-가우시안 02-even모드(300:LGe 02)와 위상차 90도인 에르미트-가우시안 11모드(HG11)와 같은 전기장 분포를 가지는 라게르-가우시안 02-odd모드(301: LGo 02)로부터 완전한 라게르-가우시안 02모드(302: LG02)을 합성할 수 있다.3 to 4 , in the
이와 같이, 에르미트-가우시안 20모드(HG20)와 02모드(HG02)를 직접 여기 시키는 대신, 라게르-가우시안 02-even모드(LGe 02)를 이용함으로써 보다 간단히 라게르-가우시안 02모드를 합성할 수 있다.In this way, instead of directly excitation of Hermitian-Gaussian 20 mode (HG 20 ) and 02 mode (HG 02 ), Lager-Gaussian 02-even mode (LG e 02 ) is used to synthesize Lager-Gaussian 02 mode more simply. can do.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 3차 OAM(궤도각운동량) 모드의 전기장 분포를 나타낸 사진이다.5 is a photograph showing an electric field distribution in a tertiary OAM (orbital angular momentum) mode guided through an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집적형 광도파로의 코어부(120)에서, 에르미트-가우시안 30모드(HG30)와 12모드(HG12)의 합으로 라게르-가우시안 03-even모드(LGe 03)를 합성할 수 있다. 그리고 에르미트-가우시안 21모드(HG21)와 03모드(HG03)의 합으로 라게르-가우시안 03-odd모드(LGo 03)를 합성할 수 있다. As shown in FIG. 5 , in the
라게르-가우시안 03-even모드(LGe 03)와 라게르-가우시안 03-odd모드(LGo 03)가 합성되면, 합성된 라게르-가우시안 03-even모드(LGe 03)와 라게르-가우시안 03-odd모드(LGo 03)로부터 완전한 라게르-가우시안 03모드(LG03)을 합성할 수 있다.When Lager-Gaussian 03-even mode (LG e 03 ) and Lager-Gaussian 03-odd mode (LG o 03 ) are synthesized, the synthesized Lager-Gaussian 03-even mode (LG e 03 ) and Lager-Gaussian 03-odd A complete Lager-Gaussian 03 mode (LG 03 ) can be synthesized from the mode (LG o 03 ).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로를 통해 도파되는 4차 OAM(궤도각운동량) 모드의 전기장 분포를 나타낸 사진이다.6 is a photograph showing an electric field distribution in a quaternary OAM (orbital angular momentum) mode guided through an integrated optical waveguide for an orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집적형 광도파로의 코어부(120)에서, 에르미트-가우시안 40모드(HG40), 22모드(HG22) 및 04모드(HG04)의 합으로 라게르-가우시안 04-even모드(LGe 04)를 합성할 수 있다. 그리고 에르미트-가우시안 31모드(HG31)와 13모드(HG13)의 합으로 라게르-가우시안 04-odd모드(LGo 04)를 합성할 수 있다. As shown in FIG. 6 , in the
라게르-가우시안 04-even모드(LGe 04)와 라게르-가우시안 04-odd모드(LGo 04)가 합성되면, 합성된 라게르-가우시안 04-even모드(LGe 04)와 라게르-가우시안 04-odd모드(LGo 04)로부터 완전한 라게르-가우시안 04모드(LG04)을 합성할 수 있다.When Lager-Gaussian 04-even mode (LG e 04 ) and Lager-Gaussian 04-odd mode (LG o 04 ) are synthesized, the synthesized Lager-Gaussian 04-even mode (LG e 04 ) and Lager-Gaussian 04-odd A complete Lager-Gaussian 04 mode (LG 04 ) can be synthesized from the mode (LG o 04 ).
한편, 도면에 명시하지 않은 더 높은 차수의 고 차수의 OAM 모드들도 상술한 바와 같은 방식으로 생성될 수 있다.Meanwhile, higher-order, higher-order OAM modes not specified in the drawings may be generated in the same manner as described above.
특히, OAM 모드가 광도파로 내에서 왜곡없이 전파되기 위해서는, OAM 모드를 구성하는 에르미트-가우시안 모드간의 전파상수 차이가 최소화 되어야 한다. 본 발명에서는 십자 모양의 대칭성을 이용하여 각 에르미트-가우시안 모드간의 합으로 나타나는 라게르-가우시안 모드의 even항과 odd항의 전파상수 차이를 최소화 함으로서 이를 구현할 수 있다.In particular, in order for the OAM mode to propagate without distortion in the optical waveguide, the difference in propagation constant between the Hermitian-Gaussian modes constituting the OAM mode should be minimized. In the present invention, this can be implemented by minimizing the difference between the propagation constants of the even and odd terms of the Lagerian-Gaussian mode, which is the sum of the Hermitian-Gaussian modes, using the cross-shaped symmetry.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로의 제조 방법을 도시한 순서도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로의 제작 과정을 도시한 상태도이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an integrated optical waveguide for orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an integrated optical waveguide for orbital angular momentum mode according to an embodiment of the present invention. It is a state diagram showing the manufacturing process.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 집적형 광도파로의 제조방법은, 제 1 클래드층을 적층하는 단계(S100)와, 제 1 클래드층을 1차 에칭하는 단계(S200)와, 제 1 클래드층에 코어층을 적층하는 단계(S300)와, 코어층(코어막)의 양측부를 2차 에칭하는 단계(S400)와, 코어층(코어막)을 3차 에칭하는 단계(S500)와, 제 2 클래드층을 적층하는 단계(S600)를 포함할 수 있다.7 to 8 , the method of manufacturing an integrated optical waveguide according to an embodiment of the present invention includes: stacking a first clad layer ( S100 ); Step (S200), stacking the core layer on the first cladding layer (S300), performing secondary etching on both sides of the core layer (core film) (S400), and tertiarily applying the core layer (core film) It may include etching (S500) and laminating a second clad layer (S600).
제 1 클래드층을 적층하는 단계(S100)는, 제 1 클래드층(101)을 베이스(Si) 상에 적층(depostion)할 수 있다. 제 1 클래드층(101)의 적층을 위해, 저압화학 기상 증착장비(LPCVD: Low pressure chemical vapor deposition)가 사용될 수 있다.In the step of stacking the first clad layer ( S100 ), the
제 1 클래드층을 1차 에칭하는 단계(S200)는, 제 1 클래드층(101)의 상부에 홈부(101a)가 형성되도록 제 1 클래드층(101)을 1차 에칭(RIE(reactive ion etching) 또는, (ICP)-RIE(inductively coupled plasma reactive ion etching))할 수 있다. 제 1 클래드층(101)를 부분적으로 1차 에칭하기 위해서, 포터마스크(photomask) 및 포터레지스트(photorestists)가 사용될 수 있다. In the step of performing the primary etching of the first clad layer ( S200 ), the first
제 1 클래드층에 코어층을 적층하는 단계(S300)는, 홈부(101a)가 형성된 제 1 클래드층(101)에 코어층(102, 코어막)을 적층할 수 있다. 코어층(102)을 제 1 클래드층(101) 상에 적층을 위해, 저압화학 기상 증착장비(LPCVD)가 사용될 수 있다.In the step of stacking the core layer on the first clad layer ( S300 ), the core layer 102 (core film) may be stacked on the
코어층(코어막)의 양측부를 2차 에칭하는 단계(S400)는, 제 1 클래드층(101)에 적층된 코어층(102)의 양측부(102a)를 2차 에칭할 수 있다. 이때, 제 1 클래드층(101)의 홈부(101a)를 중심으로 하여 코어층(102)의 양측부(102a)가 2차 에칭될 수 있다.In the secondary etching of both sides of the core layer (core film) ( S400 ), the
코어층(코어막)을 3차 에칭하는 단계(S500)는, 양측부(102a)가 2차 에칭된 코어층(102)의 양측 에지부(102b)을 3차 에칭한다. 이때, 코어층(102)은 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖는 십자 모양의 코어부(120)로 에칭될 수 있다.In the third etching of the core layer (core film) ( S500 ), the
제 2 클래드층을 적층하는 단계(S600)는, 십자 모양의 코어부(120) 및 제 1 클래드층(101) 위에 제 2 클래드층(101)을 적층할 수 있다. 코어부(120) 및 제 1 클래드층(101) 위에 제 2 클래드층(101)을 적층되면, 코어부(120)를 둘러싸는 클래드부(110)가 형성될 수 있다.In the step of stacking the second cladding layer ( S600 ), the
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may make various substitutions, modifications, and changes within the scope not departing from the essential characteristics of the present invention. It will be easy to see that this is possible. That is, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the protection scope of the present invention should be interpreted by the claims described below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
110 :클래드부
120 :코어부
121 :코어 중심부
122 :코어 대칭부
200 :에르미트-가우시안 10모드(HG10)의 전기장 분포
201 :에르미트-가우시안 01모드(HG01)의 전기장 분포
202 :라게르-가우시안 01모드(LG01)의 전기장 분포
300 :라게르-가우시안 02-even모드(LGe 02)의 전기장 분포
301 :라게르-가우시안 02-odd모드(LGo 02)의 전기장 분포
302 :라게르-가우시안 02모드(LG02)의 전기장 분포110: clad part
120: core part
121: core center
122: core symmetrical part
200: Hermitian-Gaussian 10-mode (HG 10 ) electric field distribution
201: Electric field distribution of Hermitian-Gaussian 01 mode (HG 01 )
202: electric field distribution of Lager-Gaussian 01 mode (LG 01 )
300: Lager-Gaussian 02-even mode (LG e 02 ) electric field distribution
301: Lager-Gaussian 02-odd mode (LG o 02 ) electric field distribution
302: Lager-Gaussian 02 mode (LG 02 ) electric field distribution
Claims (6)
중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖고, 상기 클래드부에 의해 둘러싸이는 코어부;를 포함하고,
서로 다른 위상차를 갖는 도파 모드가 상기 코어부를 통과하면, 궤도각운동량(OAM: orbital angular momentum)을 갖는 도파 모드로 도파(導波)되고,
상기 코어부는
코어 중심부와, 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖도록 상기 코어 중심부의 둘레 방향으로 동일간격으로 이격되어 돌출 형성되는 코어 대칭부를 포함하고, 상기 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖는 십자 모양으로 제공되어, 서로 같은 전파상수를 가지는 다수의 모드들의 합성을 통한 특정 궤도각운동량을 가지는 라게르-가우시안 모드를 전파하는,
궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로.clad part; and
and a core part having rotational symmetry with respect to the central axial direction and surrounded by the cladding part;
When a waveguide mode having a different phase difference passes through the core part, it is guided to a waveguide mode having an orbital angular momentum (OAM),
the core part
It includes a core center and a core symmetrical portion protruding at equal intervals in the circumferential direction of the core center to have rotational symmetry with respect to the central axial direction, and is provided in a cross shape having rotational symmetry with respect to the central axial direction Propagating a Lager-Gaussian mode with a specific orbital angular momentum through the synthesis of multiple modes having the same propagation constant
Integrated optical waveguide for orbital angular momentum mode.
상기 클래드부 및 상기 코어부는
광투과성 물질인 SiO2 SiN 및 Si 중 하나 이상을 포함하는,
궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로.The method of claim 1,
The clad part and the core part
Light-transmitting material SiO 2 comprising at least one of SiN and Si,
Integrated optical waveguide for orbital angular momentum mode.
상기 코어부의 고높이에 대한 장폭의 장 길이비는,
1.0 ~ 1.2 범위를 만족하고,
상기 코어부의 저높이에 대한 단폭의 단 길이비는,
1.1 ~ 1.3 범위를 만족하는,
궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로.The method of claim 1,
The long length ratio of the long width to the high height of the core part,
satisfy the range of 1.0 ~ 1.2,
The step length ratio of the hem width to the low height of the core part,
1.1 to 1.3,
Integrated optical waveguide for orbital angular momentum mode.
제 1 클래드층의 상부에 홈부가 형성되도록 제 1 클래드층을 1차 에칭하는 단계;
홈부가 형성된 제 1 클래드층에 코어층을 적층하는 단계;
제 1 클래드층의 홈부를 중심으로 하여 코어층의 양측부를 2차 에칭하는 단계;
회전 대칭성을 갖는 코어부가 형성되도록 코어층을 3차 에칭하는 단계; 및
코어부를 둘러싸는 클래드부가 형성되도록 코어부 및 제 1 클래드층 위에 제 2 클래드층을 적층하는 단계를 포함하고,
상기 2차 에칭하는 단계 및 상기 3차 에칭하는 단계는,
중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖는 십자 모양의 코어부가 형성되도록 코어층을 에칭하고,
상기 코어부는
코어 중심부와, 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖도록 상기 코어 중심부의 둘레 방향으로 동일간격으로 이격되어 돌출 형성되는 코어 대칭부를 포함하고, 상기 중심 축방향에 대해서 회전 대칭성을 갖는 십자 모양으로 제공되어, 서로 같은 전파상수를 가지는 다수의 모드들의 합성을 통한 특정 궤도각운동량을 가지는 라게르-가우시안 모드를 전파하는,
궤도각운동량 모드를 위한 집적형 광도파로의 제조 방법.stacking a first clad layer;
first etching the first clad layer to form a groove on the first clad layer;
laminating a core layer on the first clad layer in which the groove portion is formed;
secondary etching of both sides of the core layer with the groove of the first clad layer as a center;
third etching the core layer to form a core portion having rotational symmetry; and
laminating a second clad layer on the core portion and the first clad layer to form a clad portion surrounding the core portion;
The second etching step and the third etching step are,
The core layer is etched to form a cross-shaped core portion having rotational symmetry with respect to the central axial direction;
the core part
It includes a core center and a core symmetrical portion protrudingly spaced apart at equal intervals in the circumferential direction of the core center to have rotational symmetry with respect to the central axial direction, and is provided in a cross shape having rotational symmetry with respect to the central axial direction, Propagating a Lager-Gaussian mode with a specific orbital angular momentum through the synthesis of multiple modes having the same propagation constant,
A method for manufacturing an integrated optical waveguide for orbital angular momentum mode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190095001A KR102268534B1 (en) | 2019-08-05 | 2019-08-05 | Integrated waveguide for orbital angular momentum mode and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190095001A KR102268534B1 (en) | 2019-08-05 | 2019-08-05 | Integrated waveguide for orbital angular momentum mode and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210016788A KR20210016788A (en) | 2021-02-17 |
KR102268534B1 true KR102268534B1 (en) | 2021-06-23 |
Family
ID=74731476
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190095001A KR102268534B1 (en) | 2019-08-05 | 2019-08-05 | Integrated waveguide for orbital angular momentum mode and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102268534B1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014196103A1 (en) | 2013-06-07 | 2014-12-11 | 日本電気株式会社 | Waveguide mode conversion element, orthomode transducer, and optical device |
US20170233283A1 (en) | 2016-02-15 | 2017-08-17 | Nxgen Partners Ip, Llc | System and method for producing vortex fiber |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100333900B1 (en) * | 1999-01-21 | 2002-04-24 | 윤종용 | Mode shape converter, its manufacturing method and integrated optical device comprising it |
KR100459490B1 (en) * | 2002-07-19 | 2004-12-03 | 엘지전선 주식회사 | planar light waveguide and method thereof |
KR100577929B1 (en) | 2004-11-25 | 2006-05-10 | 한국전자통신연구원 | Waveguide photodetector |
KR100851973B1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-08-12 | 삼성전자주식회사 | waveguide, method of fabricating the same, light delivery module employing the waveguide and heat assisted magnetic recording head employing the bending waveguide |
-
2019
- 2019-08-05 KR KR1020190095001A patent/KR102268534B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014196103A1 (en) | 2013-06-07 | 2014-12-11 | 日本電気株式会社 | Waveguide mode conversion element, orthomode transducer, and optical device |
US20170233283A1 (en) | 2016-02-15 | 2017-08-17 | Nxgen Partners Ip, Llc | System and method for producing vortex fiber |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210016788A (en) | 2021-02-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7194174B2 (en) | Integrated photonic crystal structure and method of producing same | |
US6748138B2 (en) | Optical grating fabrication | |
JP6069439B1 (en) | Polarization identification element | |
JP2006065273A (en) | Three-dimensional periodic structure and functional element including the same | |
JP2005292787A (en) | Three-dimensional periodic structure, functional element having the same, and light-emitting element | |
US7509013B2 (en) | Two-dimensional photonic crystal | |
JP2007148365A (en) | Three-dimensional photonic crystal and functional device including the same | |
JP4377195B2 (en) | Manufacturing method of optical module | |
JP2013210503A (en) | Optical element | |
KR102268534B1 (en) | Integrated waveguide for orbital angular momentum mode and manufacturing method thereof | |
US6904200B2 (en) | Multidimensional optical gratings | |
Yao et al. | Mid-IR Dirac-cone dispersion relation materialized in SOI photonic crystal slabs | |
US20030228104A1 (en) | Arrayed waveguide grating type wavelength division demultiplexer | |
US11215760B2 (en) | Device for emission of arbitrary optical beam profiles from a chip to free space | |
EP3872542B1 (en) | Device for the emission of arbitrary optical beam profiles from waveguides into two-dimensional space | |
TW202309571A (en) | Semiconductor device | |
JP2002365401A (en) | Photonic crystal optical resonator | |
JPH05107412A (en) | Birefringence structure | |
US7305155B2 (en) | Optical element and wavelength separator using the same | |
EP2071371B1 (en) | Three-dimensional photonic crystal and manufacturing method thereof | |
JP2014191200A (en) | Optical waveguide | |
WO2007007073A1 (en) | Three dimensional optical path control by integrating rotated structures | |
JP2005309413A (en) | Optical element and demultiplexing element using it | |
JP2005351941A (en) | Wave guiding method and exciting method of plasmon polariton, waveguide and element using them | |
JP4228861B2 (en) | Directional coupler and optical add / drop multiplexer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |