KR20010042884A

KR20010042884A - 중간상태가 지원된 광결합기

Info

Publication number: KR20010042884A
Application number: KR1020007011665A
Authority: KR
Inventors: 이리야보로베치크; 님로드모이세예브; 마이어오렌스타인
Original assignee: 테크니온 리서치 엔드 디벨로프먼트 화운데이션 엘티디.
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2001-05-25
Also published as: US20020122137A1; KR100342988B1; IL127790A0; JP3898852B2; EP0952734A3; TW411709B; CA2268370A1; KR19990082737A; EP0952734A2; JP2000041198A; IL127790A; CN1234687A; CN1173565C

Abstract

2개의 광도파관들(50,60)을 결합시키는 광결합기 및 그에 따른 광스위치. 상기 2개의 광도파관들(50,60)에 공통모드인 상위모드를 통해 상기 도파관들에서 하위모드들을 결합시키기위해 메카니즘(58,68,59,69)를 부여함으로써 상기 도파관들의 평행부들의 굴절률들은 리버서블하게 공간적으로 주기적으로 변화된다. 따라서, 상기 도파관들은 주기적 변화가 없을 때보다 짧은 5차수 이상의 크기일 수 있는 비트길이와 결합된다.

Description

중간상태가 지원된 광결합기{Intermediate-state-assisted optical coupler}

광결합기는 2개의 광도파관간에 빛을 교환하는 장치이다. 광도파관은 저손실로 빛을 장거리로 전송하는 장치이다. 이 광도파관은 낮은 굴절률을 갖는 클래딩에 내장되고 비교적 높은 굴절률을 가지며 선형으로 연장된 안내부로 이루어진다. 빛은 내부전반사에 의해 상기 안내부로 제한된다. 광도파관의 통상적인 예들은 적외선전송을 위해 집적회로와 동일한 방법으로 반도체로 대부분 이루어진 평면형 도파관 구조와, 광섬유로 구성된다. 광섬유에서, 상기 안내부를 "코어"라 한다. 본 명세서에서 설명되는 예들은 본 발명의 실시예로서 광섬유에 따른 2개의 시스템들과, 본 발명의 이론에 따른 연산모델시스템으로서 평면형 도파관 구조에 따른 시스템들이다. 본 발명의 원리가 모든 광도파관에 적용될 수 있으며, 평면형 도파관 구조 및 광섬유에만 제한되는 것은 아니라는 것을 주지해야 한다.

특히, 방향성 결합기는 서로 인접한 2개의 평행 광도파관으로 구성된다. 상기 방향성 결합기의 이론이 D. Marcuse에 의한 "Theory of Dielectric Optical Waveguides, Academic Press, Second Edition, 1991, Chapter 6"에 기재되어 있으며, 이 내용은 본 명세서에 있는 그대로 참조를 위해 포함된다. 서로 멀리 떨어진 동일한 2개의 광도파관들은 동일 전파상수를 갖는 동일 전파모드를 갖는다. 상기 2개의 도파관들이 서로 근접하면 할수록 대응하는 모드쌍이 결합하게 된다. 대응하는 비결합 모드쌍의 근사화한 합(짝수 대칭성) 및 차(홀수 대칭성)가 맥스웰 방정식의 해들로서 구할 수 있는데, 이해들 각각은 대응하는 비결합모드들의 전파상수와 다소 상이한 전파상수를 갖는다. 따라서, 하나의 비결합모드에서 광도파관들중 하나의 안내부를 통해 방향성 결합기로 입사된 단색광은 2개의 결합모드들의 선형조합이 된다. 따라서, 이 빛이 2개의 광도파관들의 안내부들간에 교환된다. "비트(beat)길이"라 언급되는 거리만큼 방향성 결합기를 통해 전파된후, 상기 빛은 다른 도파관의 안내부로 전체적으로 전송된다. 물론, 방향성 결합기가 비트길이보다 길면, 상기 빛은 원래의 도파관의 안내부로 복귀된다. 상기 비트길이는 결합된 전파상수간의 차에 반비례한다. 특히, 비트길이 L=π/(β_e-β_o), 여기서 β_e는 결합된 짝수모드의 전파상수이며, β_o는 결합된 홀수모드의 전파상수이다. 이들 전파상수들은 안내부들 및 그들 사이의 광매체의 굴절률들과 빛의 파장의 함수관계에 있다.

안내부들이 서로 근접하면 할수록 결합된 전파상수들간의 차는 더욱더 커진다. 이러한 유형의 실제 광결합기에서는, 비트길이를 유지하여 장치의 길이를 수 센티미터정도 유지하기 위해, 결합된 안내부들간의 거리가 수 마이크로미터정도가 되어야 한다. 이러한 크기의 제한으로 인해, 장치의 비용이 증가되고 그 구성이 복잡해진다. 따라서, 비트길이를 감소시킬 수 있거나 결합된 안내부들을 소정 비트길이 만큼 추가로 간격지게 할 수 있는 메카니즘을 갖는 광결합기가 필요하다. 상기 메카니즘이 리버서블(reversible)하다면, 그에 따른 광결합기는 광스위치나 가변결합기로 또한 사용될 수 있다.

본 발명은 광통신장치에 관한 것으로서, 특히 광결합기에 관한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.

도1은 종래의 광결합기의 종단면도.

도2는 본 발명의 원리를 휴리스틱(heuristic)방식으로 도시한 도면.

도3은 본 발명의 광스위치의 종단면도.

도4는 본 발명의 광다중화기의 종단면도.

[실시예]

본 발명은 굴절률의 주기적 변화에 의해 도파관의 결합 안내부의 비트길이가 감소되는 광결합기를 제공한다. 또한, 본 발명은 광스위치 또는 광다중화기로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 광결합기의 원리 및 동작이 첨부도면을 참조한 이하의 기재로부터 보다 명확히 이해될 수 있다.

도면을 참조하면, 도2는 본 발명의 원리를 휴리스틱방식으로 도시한 도면이다. 2개의 광섬유들의 평행코어들(32,34)이 결합영역(30)에서 결합된다. 상기 코어들 (32,34)은 그들의 종축에 대해 수직방향인 파두들(동상라인)(36,38)을 가지며 그 종축방향으로 전파되는 기본모드들만을 전송하도록 크기가 정해진다. 상기 결합영역(30)은 부록의 도1(b)에 도시된 모드와 같은 다른 모드를 또한 지원한다. 이 모드는 코어들(32,34)에 대해 횡방향으로 제로교차점들을 가지며, 이 교차점들은 코어들 (32,34)의 종축에 대해 사선방향으로 상기 모드가 전파되는 것에 대응한다. 이러한 상위모드들중 하나의 파두중 일부가 도2에 참조부호(40)로 지시되어 있다. 코어들 (32,34)로 투사된 파두(40) 부분은 파두들(36,38)의 파장 λ₁보다 상당히 긴 파장 λ₂를 갖는다. 상기 코어들(32,34)의 굴절률을 1/λ₃=1/λ₁-1/λ₂가되도록 파장 λ₃에서 주기적으로 변화시키면, 파두(40)를 갖는 모드를 통해 파두들(36,38)과 모드들이 결합된다. 부록에서 제시된 수치를 예로 들면, λ₁은 0.75마이크로미터(1.5마이크로미터의 자유공간파장을 n₀=2의 굴절률로 나눔으로써 얻어짐)이며, λ₃은 50마이크로미터이다.

보다 정밀하게 분석하면, 결합 짝수모드 전파상수 β_e는 비결합 기본모드 전파상수 2π/λ₁보다 다소 크며, 홀수모드 전파상수 β_o는 2π/λ₁보다 다소 작다. 상술된 바와 같이, 비트길이는 β_e와 β_o간의 차에 비례한다. 변화부의 공간주파수(2π/파장)는 β_e또는 β_o와 상위모드의 보다 작은 전파상수간의 차에 근사하거나 (비공진모드) 또는 같다(공진모드). 이러한 공간 주파수는 통상 β_e-β_o보다 훨씬 더 크며, 따라서 λ₃은 비트길이보다 훨씬 작다.

λ₃은 또한 λ₁보다 현저히 길다. 따라서, 방사모드로의 결합을 통해 전력소모가 최소화된다.

도3은 2개의 광섬유(50,60)들을 리버서블하게 결합시키기 위한 본 발명의 광스위치의 개략적인 종단면도이다. 상기 광섬유(50)는 클래딩(52)에 내장된 코어(54)로 구성된다. 마찬자지로, 상기 광섬유(60)는 클래딩(62)에 내장된 코어(64)로 구성된다. 상기 클래딩들(52.62)은 경계선(48)을 따라 접촉한다. 상기 경계선(48)에 인접한 코어들(54,64)의 평행부분이 결합부들(56,66)을 형성한다. 결합부들(56,66)사이의 클래딩들(52,62)부분이 결합부들(56,66)사이에 개재된 광매체를 형성하는데, 결합부들(56,66)사이의 거리 d 에 따른 결합부들(56,66)과 클래딩들(52,62)의 굴절률에 따라, 결합부들(56,66)에 의해 전송된 단색광에 대한 결합부들(56,66)의 비트길이가 정의된다.

상기 결합부들(56,66)과 평행한 광섬유들(50,60)의 반대편에는, 평면형 격자(58,68) 및 캠(59,69)이 위치한다. 캠(59,69)의 예시된 위치에는, 상기 광섬유들(50,60)은 응력이 가해지지 않으며, 결합부들(56,66)의 굴절률은 종방향으로 동일하게 된다. 상기 캠(59,69)들을 회전시키면, 종방향으로 주기적인 기계적 응력장이 광섬유들(50,60)에 인가되며, 이에 따라 결합부들(56,66)의 굴절률에서 동일 파장을 갖는 종방향으로 주기적인 구조가 형성된다.

상기 격자(58,68) 및 캠(59,69)은 결합부(56)의 길이 l₁및 결합부(66)의 길이 l₂중 큰 값이상으로부터 작은 값이하까지 결합부들(56,66)의 비트길이를 감소시키기 위한 메카니즘을 구성한다. 물론, 바람직하게는, l₁과 l₂는 도시된 바와 같이 거의 같다.

결합부들(56,66)의 굴절률에 대해 주기적 구조를 리버서블하게 부여하는 다른 메카니즘들이 기술상 공지되어 있다. 이러한 메카니즘들 일부는 광섬유(50,60)에 음파를 인가하는 기술에 기초를 두는 데, 이 기술이 Risk등에 의한 상술된 특허의 배경기술 설명란에 기재되어 있다. 또한, 메카니즘들 일부는 광전효과를 포함하며, 소정의 공간 주기성을 갖는 세기의 자외선을 광섬유(50,60)로 하여금 방사하게 하는 전자변환 메카니즘을 포함한다.

도4는 입력 광섬유(70)로부터 출력 광섬유(80,90,100)로 광신호를 전달하는 본 발명의 다중화기의 개략적인 종단면도이다. 상기 광섬유(70)는 클래딩(72)에 에워싸인 코어(74)로 구성된다. 마찬가지로, 광섬유(80)는 클래딩(82)에 에워싸인 코어(84)로 구성되고, 광섬유(90)는 클래딩(92)에 에워싸인 코어(94)로 구성되며, 광섬유(100)는 클래딩(102)에 에워싸인 코어(104)로 구성된다. 코어들(74,84)의 평행부들(76,86)이 중간 광매체에 의해 분리되는 코어들(74,84)의 결합부를 형성하며, 상기 중간 광매체는 결합부들(76,86)사이의 클래딩(72,82)부분들로 이루어진다. 마찬가지로, 코어들(74,94)의 평행부들(76',96)이 중간 광매체에 의해 분리되는 코어들(74,94)의 결합부를 형성하며, 상기 중간 광매체는 결합부들(76',96)사이의 클래딩(72,92)부분들로 이루어진다. 또한, 코어들(74,104)의 평행부들(76",106)이 중간 광매체에 의해 분리되는 코어들(74,104)의 결합부를 형성하며, 상기 중간 광매체는 결합부들(76",106)사이의 클래딩(72,102)부분들로 이루어진다. 결합부들(76,78)은 결합강화 메카니즘(88)으로 구성되며, 상기 결합강화 메카니즘은 상기 결합부들(76,78)의 결합력을 리버서블하게 증가시키고, 이에 따라 상기 결합부들(76,78)의 굴절률에 주기성을 부여하여 그들의 비트길이를 감소시킨다. 상기 결합강화 메카니즘(88)은 도3의 격자 및 캠 메카니즘처럼 기계방식일 수 있다. 이와는 달리, 상기 결합강화 메카니즘(88)은 상기 결합부들(76,78)을 상술된 바와 같은 음파 또는 전자파 방사로 리버서블하게 변화시킨다. 마찬가지로, 결합부들(76',96)이 결합강화 메카니즘(88)과 유사한 결합강화 메카니즘(98)으로 구성되며, 결합부들(76",106)이 결합강화 메카니즘(88)과 또한 유사한 결합강화 메카니즘(108)으로 구성된다.

본 발명에 따르면, 소정길이를 갖는 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제1광도파관(a); 소정길이를 갖고 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 결합부와 실질상 평행한 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제2광도파관(b); 상기 결합부들사이에 개재하여 상기 광도파관들에 의해 전송되는 단색광에 대해 상기 결합부들의 길이들중 큰 값보다 긴 소정 비트길이를 상기 결합부들에 제공하는 광매체(c); 및 상기 결합부들에 공통인 적어도 하나의 모드를 통해 상기 제1광도파관의 결합부로 제한된 적어도 하나의 모드를 상기 제2광도파관의 결합부로 제한된 적어도 하나의 모드와 결합시킴으로써 상기 결합부들의 길이들중 작은 값 이하로 상기 비트길이를 감소시키도록 동작하는 결합강화 메카니즘(d)을 구비하는 광결합기가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 소정길이를 각각 갖는 다수의 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제1광도파관(a); 소정길이를 갖고 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부와 실질상 평행한 결합부로 구성된 안내부를 각각 포함하는 다수의 제2광도파관(b); 및 상기 제2광도파관 각각에 대해: 상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 결합부와 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부사이에 개재하여 상기 광도파관들에 의해 전송되는 단색광에 대해 상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 결합부의 길이와 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부의 길이중 큰 값보다 긴 소정 비트길이를 상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 결합부와 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부에 제공하는 광매체(i); 및 상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 결합부의 길이와 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부의 길이중 작은 값 이하로 상기 비트길이를 감소시키도록 동작하는 결합강화 메카니즘(ii)(c)을 구비하며; 상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 상기 결합강화 메카니즘은 상기 결합부들에 공통인 적어도 하나의 모드를 통해 상기 적어도 하나의 제2광도파관의 결합부로 제한된 적어도 하나의 모드를 상기 제1광도파관의 대응하는 결합부로 제한된 적어도 하나의 모드와 결합시키도록 동작하는 광시스템이 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 제 1굴절률을 갖고 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제1광도파관(a); 제2굴절률을 갖고 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 결합부와 평행한 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제2광도파관(b); 상기 제1굴절률에 주기적 구조를 부여하는 메카니즘(c); 및 상기 제2굴절률에 주기적 구조를 부여하는 메카니즘(d)을 구비하는 광결합기가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 굴절률을 갖고 다수의 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제1광도파관(a); 굴절률을 갖고 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부와 실질상 평행한 결합부로 구성된 안내부를 각각 포함하는 다수의 제2광도파관(b); 및 상기 제2광도파관 각각에 대해: 상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 굴절률에 주기적 구조를 부여하는 메카니즘(i); 및 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부에서 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 굴절률에 주기적 구조를 부여하는 메카니즘(ii)(c)을 구비하는 광시스템이 제공된다.

도1은 2개의 광섬유(10,20)를 결합시키는 종래의 광결합기(28)의 종단면도이다. 상기 광섬유(10)는 클래딩(14)이 에워싸고 있는 코어(12)로 구성되며, 상기 클래딩(14)을 보호코팅(16)이 또한 에워싸고 있다. 마찬자지로, 상기 광섬유(20)는 클래딩(24)이 에워싸고 있는 코어(22)로 구성되며, 상기 클래딩(24)을 보호코팅이 또한 에워싸고 있다. 상기 코어들 (12,22)에서 빛의 내부 전반사를 위해, 상기 코어들 (12,22)은 각각의 클래딩들(14,24)보다 높은 굴절률로 주어진다. 상기 보호코팅(16,26)의 일부를 벗기고 그 벗겨진 부분을 캐필러리(18)에 삽입함으로써 광결합기(28)가 형성된다. 상기 캐필러리(18)가 가열 및 스퀴징되어 클래딩들(14,24)을 코어들 (12,22)사이에 통합삽입하고, 따라서 코어들 (12,22)의 비트길이가 광결합기(28)의 길이와 같게 하기에 충분히 코어들 (12,22)이 서로 근접하게 된다.

상술된 하위 결합모드들뿐만 아니라, 상기 광결합기(28) 및 이와 유사한 장치들에 대한 맥스웰 방정식의 해들은 2개의 비결합모드들의 단순한 선형조합이 아니라 2개의 도파관들을 결합시키는 상위 모드 해들이다. 상기 코어들 (12,22)의 굴절률에 주기적으로 변하는 공간구조를 부여함으로써, 약하게 결합된 2개의 하위 모드들이 하나이상의 상위 모드를 통해 추가로 결합될 수 있다. 이러한 추가적 결합에 의해 몇 차수의 크기만큼 비트길이가 감소될 수 있다. 본 발명의 이론이 부록에 기재되어 있다. 여기서는 비공진 및 공진 결합의 예가 설명되어 있는 데, 비공진 결합에서는 비트길이가 3차수의 크기이상으로 감소되며, 공진 결합에서는 비트길이가 5차수의 크기이상으로 감소된다. 따라서, 비공진결합에 의해, 10미터 길이를 가질 수 있는 장치에 센티미터미만의 길이가 제공될 수 있으며, 공진결합에 의해, 1킬로미터 길이를 가질 수 있는 장치에 센티미터미만의 길이가 제공될 수 있다. 마찬가지로, 비공진결합에 의해, 길이가 센티미터인 장치가 100 마이크로미터 길이를 가질 수 있는 평면형 도파관구조로 제조될 수 있다. 후자의 경우, 비공진결합에 의한 3차중 2차의 크기감소가 유용하다.

광섬유의 굴절률에 대한 주기적 변화는 광필터링을 위해 통상적으로 사용되며, 주파수 시프트를 달성하기 위해 동일 광섬유내에 상이한 모드를 결합시키도록, 그 내용이 본 명세서에 있는 그대로 참조를 위해 포함된 Risk 등에 의한 미합중국 특허 제 4,872,738호에 기재된 바와 같이 사용되어 왔다. 또한, 소위 격자 지원식 방향성 결합기에서 2개의 상이한 광도파관들을 위상정합시키기 위해, 그들 중 하나의 광도파관에서 고정주기의 격자구조가 사용된다. 이러한 주기적 격자구조는 2개의 도파관들의 2개의 하위모드들을 결합시킴으로써 동작한다.

상술된 바와 같이, 코어들(12,22)의 비트길이는 전송되는 단색광의 주파수와 함수관계에 있는 데, 즉 주파수가 높으면, 파장이 짧고, 따라서 코어들(12,22)간의 결합이 약해지며 비트길이가 길어진다. 상기 코어들(12,22)과 같은 안내영역들은 원하는 주파수의 기본모드만을 전송하기 위해 작은 횡방향 크기를 갖도록 통상 설계된다. 이러한 작은 횡방향 크기에 의해 상기 코어들(12,22)은 효과적인 "고역통과" 주파수 특성을 갖는 데, 즉 낮은 주파수의 빛은 전송하지 않는다. "고역통과" 주파수 특성이 없다면, 소정값보다 작은 비트길이가 충분히 낮은 주파수의 빛을 사용함으로써 얻을 수 있기 때문에, 본 발명은 비트길이에 대해 편리하게 정의 될 수 없다. 본 발명이 특정 비트길이에 대해 정의되는 한, 고역통과 주파수에 해당하는 비트길이가 의도된 비트길이가 된다. 광결합된 2개의 코어들이 고역통과주파수를 갖는다면, 본 발명은 그 2개의 고역통과주파수중 높은 주파수에 해당하는 비트길이에 대해 정의된다. 바람직하게는, 본 발명에서는, 광결합된 모든 안내부들이 동일한 (비응력) 굴절률 및 동일한 횡방향 크기를 가지며, 따라서 이러한 부분들은 동일한 고역통과 주파수를 갖는다.

본 발명의 광결합기는 코어 굴절률에 대해 주기적 변화를 리버서블하게 부여하는 메카니즘이 추가되면 종래의 광결합기(28)와 유사하다. 그러한 메카니즘이 기술상 공지되어 있으며, 주기적 기계적 압력에 기초를 두거나 음파 또는 전자파방사와의 상호작용에 기초를 둘 수 있다. 이러한 광결합기가 광스위치인데, 주기적변화가 부여되면 빛이 하나의 코어에서 다른 코어로 전송되며, 부여되지 않으면 전송되지 않는다. 이러한 방식으로 일입력 광섬유를 다출력광섬유에 결합시킴으로써 광다중화기가 형성될 수 있다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고 이하의 특허청구의 범위에 기재된 발명의 범위내에서 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 물론이다.

[부록]

제1부. 내장된 주기적 구조를 통해 중간모드가 지원된 방향성 광결합기

Ilya vorobeichik, Meir Orenstein 및 Nimrod Moiseyev

요약서 - 내장된 주기적 구조를 갖는 결합된 2개의 동일한 도파관들사이에서 z-방향에 따른 전력교환을 플로케-블로호이론을 기초로 연구한다. 일주기 전파인자를 계산하고 그 것의 고유값(고유위상)의 스펙트럼을 연구한다. 플로케-블로호 연산인자의 특수한 대칭성으로 인해 전력교환이 강화되거나 전부 억제될 수 있다. 전력교환제어가 하위 광도파관 모드를 상위 모드와 상호작용시킴으로써 구현된다. 주어진 수치적 예에서는, 비트길이가 5차수이상의 크기만큼 짧아진다.

I. 서문

방향성 결합기는 광통신 및 집적분야에서의 다양한 응용을 위해 중요하다. 이 결합기는 전력분리기, 파장필터 또는 광스위칭 및 변조를 위해 사용될 수 있다[1]-[II]. 가장 간단한 형태를 보면, 방향성 결합기는 인접한 2개의 평행한 유전체 도파관으로 이루어진다. 도파관들의 모드계들간의 광간섭, 즉 비팅(beating)에 따라 전력결합이 이루어지며, 따라서 하나의 도파관에 입사된 광파가 다른 도파관에 완전히 결합될 수 있다[1],[2].

광파 편광이 무시될 수 있는 광파를 약하게 안내하는 평면형 구조인 경우, 스칼라계는 스칼라 맥스웰 방정식을 만족시킨다[2].

(1)

여기서, E(x,z)은 굴절률 분포 n(x,z)을 갖는 매체에서 전파하는 전파상수의 특징을 갖는 광파를 나타낸다. 클래딩 및 코어의 굴절률들 (n₀,n₁₎이 거의 같다면 도파관은 광파를 약하게 안내하며, 윤곽높이 변수가 작으면((1- { n}`_{0 } ^{2 }/ { n}`_{1 } ^{2 })/2 ＜ 1) , 등가적이다. 굴절률 n(x,z)이 낮은 z-의존도를 갖는다고 가정하면, 식(1)은 간단해질 수 있다. 이 경우, E(x,z)은 다음과 같이 표현될 수 있다.

(2)

I. Vorobeichik(the Department of Chemistry, Technion-Israel Institute of Technology, Haifa 32000, Israel. E-mail:chrilya@chem.technion.ac.il)

M. Orenstein(the Department of Electrical Engineering, Technion-Israel Institute of Technology, Haifa 32000, Israel. E-mail:meiro@ee.technion.ac.il)

N. Moiseyev(the Department of Chemistry and Minerva Center for Non-Linear Physics of Complex Systems, Technion-Israel Institute of Technology, Haifa 32000, Israel. E-mail:nimrod@chem.technion.ac.il)

여기서,는 굴절률 n₀을 갖는 클래딩의 광파벡터이며, psi (x,z)는 약한 z-의존함수이다. 식(2)을 식(1)에 대입하고 z에 대해 psi (x,z)의 2차도함수를 무시하면, 근축 광파 방정식을 얻을 수 있다([12]-[16]참조).

(3)

상기 식(3)은 시간에 따른 슈뢰딩거 방정식과 형식에서 유사하며, 여기서 z은 시간을 나타내고은 시간에 따른 전위의 상호작용에 대한 유사값이다. 도파관 구조에서의 광 비팅은, 간섭효과로 인해 양자입자가 통상적으로 금지된 영역을 통과할 수 있는 터널링 현상의 양자역학적 유사성을 갖는다. 최근에는, 외부의 시간에 따른 주기적 전계로 구동되는 양자계에서의 터널링효과에 대한 연구가 진행되어 왔다[17]-[24]. 터널링속도 및 특징에 대한 외부전계에 대한 연구[19],[20],[22]뿐만 아니라 4차식 이중 웰 전위계에서의 카오스지원 터널링 현상에 대한 연구 [19]-[21],[23],[24] 및 동적 터널링과 통상의 카오스간의 관계에 대한 연구 [17],[18],[21],[22],[24]가 진행되어 왔다.

양자 역학에서 터널링 속도에 대한 시간에 따른 변화의 영향의 일반적 개념을 도입하면 광 도파관의 비트길이에 대한 내장된 주기적 구조의 영향을 연구할 수 있다.

서로 근접한 2개의 동일한 가우스 등급 도파관들로 구성된 도파관 구조를 연구하면 다음과 같다.

(4)

단계 윤곽보다 원활한 굴절률 윤곽이 상기 분석의 용의성을 위해 선택된다. 식(3)에 식(4)을 대입하면 다음과 같다.

(5)

여기서,

(6)

및,. n₀=2.0, n₁=2 . 06,λ=1.5㎛

(자유공간파장),x₁=-10㎛,x₂=10㎛ 및 a=0.015㎛^-2에 대한 D(x) 함수가 도1a 에 도시되어 있다.

도1a는 식(6)에서 정의된 D(x)를 도시한 도면이다. 트랩된 모드(d_n＜0⇒β_n＞kn₀)에 대응하는값들(식7 참조)에 대한 수평 라인들이 도시되어 있다. 처음 5 라인들(-0.03＜d_n＜-0.015)의 경우, 각 라인은 거의 퇴화된 2개의 d_n값들에 대응한다(홀수-짝수 모드 쌍과 관련됨). 식 7은 푸리에 기저 함수를 이용하여 해가 얻어진다(식66 참조). 유한 클래딩이 가정되며(L_x=240㎛), 512개의 기저 함수들이 사용된다. 도1b는 x 함수로서 13번째 트랩된 모드를 보여주며, 도1c는 x 함수로서 제1홀수-짝수 최하위 모드 쌍을 보여준다.

도파관의 이상적 모드는 다음의 고유값 방정식을 만족시킨다.

(7)

여기서,

(8)

및, 전파 상수. 트랩된 모드에 대한 d_n값이 도1a에서 수평라인으로 도시되어 있다. 도1a에 도시된 굴절률 윤곽을 갖는 구조의 트랩된 모드는 두 경우로 분류될 수 있다. 하나는 D(x=0) 보다 작은 d_n값을 갖는 모드이다(최소d_n즉, 최대 전파상수를 갖는 2개의 모드가 도1c에 도시 되어있다). 각 쌍에서의 d_n값 차가 인접 쌍들의 d_n평균값간의 차보다 작도록 상기 모드들은 짝수-홀수 쌍을 형성한다. 그러한 모드들이 도파관 중심(x₁및x₂)근처에 위치하며 x=0 에서 소멸된다. 다른 경우는 0＞d_n＞D(x=0)를 갖는 상위 트랩된 모드들이며, 이 모드들은 쌍을 형성하지 않으며 2개의 도파관의 "공통"모드인데 즉, 2개의 도파관 구조를 통해 확산된다. 그러한 모드 중 하나가 도1b에 도시되어 있다.

z에 독립적인 굴절률인 경우, 식(5)은 x 및 z에서 분리가능하며 따라서 그 해 Ψ(x,z)는 다음과 같이 주어진다.

(9)

여기서,는 트랩된 모드 n에 초기상태 Ψ(x,0)가 투사된 상태를 나타내며, A_∞는 무한 단면을 나타낸다. z=0에서 하나의 모드가 초기 상태를 취하면, 전계가 우측 도파관에 위치하도록 트랩된 2개의 최하위 모드들의 선형조합(도1c참조)은 다음과 같이 이루어진다(계 합).

(10)

이어서, Ψ_n의 정규성으로 인해 광파 Ψ(x,z)의 z-의존도는 다음과 같이 주어진다.

(11)

좌측 도파관에 위치한 차 전계는 다음과 같이 정의된다.

(12)

Ψ_R(x) 및 Ψ_L(x)는 공간적으로 서로 분리되기 때문에, 방향성 결합 확률을 다음과 같이 정의할 수 있다.

(13)

식(11)을 식(13)에 대입하면, 방향성 결합 확률은 다음과 같이 주어진다.

(14)

따라서, 우측 도파관에 초기에 위치한 광 전력()이 좌측 도파관에 결합되며, 광 전력의 완전 교환이 z_b=π/k₀(d₂-d₁)(비트길이)에서 얻어진다. β_n/k₀??1(약 안내 범위)이므로,이고, 비트길이는이다([1],[2]참조). 본 연구에서, Ψ₁(x) 및 Ψ₂(x) 에 대응하는 d_n값 들은 매우 유사하며, 분리인자 Δ₀=d₂-d₁는 매우 작은데 즉 Δ₀=7.3·10^-11이며, 따라서 비트 길이는 5킬로미터 이상이 된다. 여기서 제시된 수치적 예는 기존의 방향성 결합기의 성능의 가능한 개선을 보여주는 것이 아니고(비트 길이는 통상 센치미터 정도이다), 방향성 결합이 일어나지 않는 도파관에서 방향성 결합 강화 메카니즘을 제시한다(매우 큰 비트길이 경우에 대해). 그러나, 변화되지않는 비트길이가 훨씬 작은 경우에도 동일한 원리가 적용될 수 있다.

주기적 두께 변화가 사용되는 격자 지원식 방향성 결합기들이 [1], [3], [5]-[11]과 같이 공지되어 있다. 상기 결합기들은 비 동기 결합기(예를 들어 비 동일 코어 굴절률들을 갖는 결합된 도파관)에서 통상적으로 사용되며, 상기 비 동기 결합기에서는 초기의 도파관으로부터의 전력 전달이 기존의 도파관으로 이상관계로 인가된다. 여기서, 완전 전력 전달을 구현하기 위한 격자(식14참조)를 필요로 하지 않는 동기 결합기에서의 비트 길이에 대한 내장된 주기적 구조의 영향이 연구된다. 상기 내장된 주기적 구조는 비 실시간 방법이나 실시간 방법에 의해 유도 될 수 있는데, 상기 비 실시간 방법에서는 고정 주기의 구조 및 그 기능의 제어가 광전 효과를 이용하여 도파관 구조의 굴절률 윤곽을 변화시킴으로써 구현되며, 상기 실시간 방법에서는 과도 압력파를 생성하기 위해 음파가 매체에 입사된다.

다음과 같은 z-의존성 굴절률 모델을 고려해 보자.

(15)

여기서, x_1,2(z)=x_1,2-α₀cos(ωz). 이 모델에서는 굴절률이 z함수에 따라 변화되지 않지만, 주파수 ω 및 진폭 α₀에 따라 구조가 주기적으로 휘어진다. 브래그 반사기의 공지된 경우와 비교해 보면, 파장보다 훨씬 더 큰 격자 구조를 고려할 수 있다. 또한, 격자 진폭 α₀은 도파관 구조의 횡 방향 크기에 비해 작아야 한다. 이 두 가지 조건이 유지되면 편광 및 역 반사 효과가 무시 될 수 있다. z함수로서 굴절률의 느리고 작은 주기적 변화가 구조에 부여되면 유사한 상황이 구현될 수 있다.

모든 수치적 연구에서, 격자 구조가 Λ=2π/ω=50㎛에서 고정되며, α₀는 0과 6.0 ㎛사이에서 변화된다. z-의존성 굴절률인 경우, 식(5)은 더 이상 분리 가능하지 않으며, 다음 섹션에서는 플로케-블로호 이론을 이용하여 식(5)의 해를 연구한다([25],[26],[11],[12]참조).

II. 플로케-블로호 상태 및 고유 위상

D(x,z)이 식(15)에서 정의되는 경우, 식(5)을 다음과 같이 표현할 수 있다.

(16)

여기서,

(17)

상기 식(17)은 주기 Λ=2π/ω를 갖는다. 플로케-블로호 이론에 따라 식(16)의 해가 다음과 같이 주어진다.

(18)

여기서, Φ_n(x,z)은 z방향으로 주기적이다.

(19)

준안정 해(플로케-블로호 상태) Φ_n(x,z) 및 고유 위상ε_n는 각각 플로케-블로호 연산자의 고유함수 및 고유값이다.

(20)

여기서,

(21)

식(16)의 일반 해는 다음과 같이 표현될 수 있다.

(22)

여기서,

(23)

상기 식(23)은 z=0에서 초기 상태 Ψ(x,z=0)가 준안정 고유상태 Φ_n(x,z)로 투사되는 상태를 보여준다.

상기 플로케-블로호 해 Φ_n(x,z)는 일 주기 전파 인자의 고유값 및 고유 베타와 관련된다.

(24)

여기서,

(25)

Φ_n(x,z)=Φ_n(x,z+Λ)이므로, 따라서 Φ_n(x,0)=Φ_n(x,Λ).

(26)

상기 고유 위상 ε_n은 일주기 전파 인자가 대각선화 되면 구할 수 있다. ε_n이 모듈로 ω/k₀으로 정의되기 때문에 제1 브릴루인 영역으로 매핑되는데, 즉 -ω/k₀＜ ε_n＜0. 플로케-블로호 상태 Φ_n(x,0)들이 이상 모드 ψ_n(x)(식7참조)즉 최대와의 최대 중첩에 따라 분류된다.

상세한 계산 과정은 부록을 참조하여 알 수 있다.

III. 중간 모드가 지원된 결합.

하나의 도파관이 위치한 초기상태(식10참조)를 살펴보면,

(27)

식(16)의 해인 광파가 식(22) 및 (23)에 의해 주어진다. 광 파장보다 훨씬 큰 격자 주기(여기서는 각각 50㎛ 및 0.75㎛) 및 작은 격자 진폭의 경우, 준안정 해Φ_n(x,0)는 비변화 도파관의 안정고유 모드와 유사하며 Ψ(x,z)는 2개의 준안정 상태로부터 주로 기여된다.

(28)

여기서, Φ₁(x,z) 및 Φ₂(x,z)는 거의 퇴화된 최하위 모드 ψ₁,ψ₂쌍에 대응하는 준안정 해들이다. 이 경우, 비트길이는 대응하는 2개의 고유 위상간의 분리 인자와 관려된다.

(29)

격자 진폭 α₀의 함수로서 Δ의 값이 도2에 도시되어 있다. Δ(α₀)함수는 다음과 같이 세가지 중요한 특징을 갖는다. (I)0＜α₀＜2㎛ 의 경우, α₀가 증가함에 따라 고유위상 분리 인자가 현저히 증가한다. (II)α₀의 특정값의 경우, 분리 인자는 피크값과 관련된 최대 국소 값을 나타낸다. (III)α₀의 특정값의 경우, 분리 인자는 소멸된다.

도2는 식(26) 및 식(25)을 이용하여 계산된 격자 진폭 α₀의 함수로서 식(29)에 정의된 고유 위상 분리 인자(대수눈금)(실선)를 보여준다. ε₁및ε₂는 도1c에 도시된 거의 퇴화된 2개의 최하위 모드ψ₁(x) 및 ψ₂(x)에 대응하는 플로케 상태의 고유 위상으로서 정의된다. 삽입부는 비변화 도파관에서의 분리 인자값을 보여주기 위해 α₀=0부근을 확대한 것이다. 2차 변화이론을 이용하여 고유 위상 분리 인자(대수눈금)(점선)가 얻어진다(식47참조).

고유 위상 분리 인자의 증가를 예측하기 위해 변화이론이 사용될 수 있다. 상기 고유 위상 ε_n은 플로케-블로호 연산자 Η^FB(x,z)의 고유 값이다(식20참조). 변화이론을 근거로 Η^FB(x,z)는 다음과 같이 표현된다.

(30)

여기서, Η⁽⁰⁾(x,z)은 해를 알고 있는 (또는 간단히 얻어진)연산자이며, V(x,z)는 비변화 연산자 Η⁽⁰⁾(x,z)에 대한 작은 보정 값(또는 변화값)이다([27]참조).

Η^FB(x,z)의 고유 함수 및 고유 값에 대한 제로차 근사값은 다음과 같이 주어진다.

(31)

변화 행렬 V_n,n'을 도입하면,

(32)

Η^FB(x,z)의 고유 값에 2차까지의 근사값을 구하면,

(33)

여기서,

(34)

그리고

(35)

변화 확장 효과는 H⁽⁰⁾의 선택에 좌우된다. z-의존성 굴절률의 푸리에 성분으로부터 양호한 선택이 이루어 진다[28]. 즉,

(36)

여기서, V_m(x)는 다음과 같이 주어진다.

(37)

비변화 연산자 Η⁽⁰⁾(x,z)는 다음과 같이 얻어진다.

(38)

그리고

(39)

이 경우 플로케-블로호 상태 및 고유 위상에 대한 제로차 근사값은 다음과 같이 주어진다.

(40)

그리고

(41)

여기서, { psi }`_{k } ^{(0) }(x) 는 일주기 평균화된 유효 굴절률(??₀(x))에서의 고유 모드이다.

(42)

식(32,34,35,40)을 이용하면, Η^FB(x,z)의 고유값에 대한 1차 정정 값이 소멸된다.

(43)

그리고 2차 정정 값이 다음과 같이 주어진다.

(44)

여기서,

(45)

초기 상태는 m'=0과 관련된다. m=±1 기여도가 우세하고{V }`_{k, {k }{' } } ^{(1) }= { V}`_{k, {k' }{'}}^{(-1) } 이면(본 경우에서), { epsilon }`_{n } ^{(2) } 는 다음과 같이 근사적으로 주어진다.

(46)

이 경우,

(47)

고유 위상 분리 인자에 대한 2차 근사값이 도2에 점선으로 도시되어 있다. 도시된바와 같이 식(38)에서와 같이 H⁽⁰⁾에 따른 2차 변화 이론을 이용하여 구한 결과는 변화이론이 범위 밖에 있는 국소적 최대값 지점을 제외하고는 고유 위상 분리 인자와 수치적으로 정확히 일치한다. 2차 변화이론을 근거로 분리 인자 증가는 2개의 항에 의해 제어된다(식47참조). 제1항 ( { epsilon }`_{ 2} ^{(0) }- { epsilon }`_{1 } ^{(0) } )은 주기적 변화에 따른 유효 평균 굴절률의 변화에 기인하고, 제2항( { epsilon }`_{2 } ^{(2) }- { epsilon }`_{1 } ^{(2) } )은 2개의 도파관 구조의 상위 모드에 2개의 거의 퇴화된 최하위 모드의 결합으로부터 기인한다. 작은 격자 진폭(α₀＜3㎛)의 경우 제2항이 우세하다. 제2항의 기여도를 분석하면 두 도파관의 "공통"모드의 중요성을 알 수 있다(도1b참조). 고유 위상 분리 인자의 증가를 위해, 거의 퇴화된 2개의 최하위 모드 중 하나가 중간 모드에 결합되어야 하며, 다른 하나는 결합되면 안 된다. 2개의 도파관들의 고유 모드들이 거의 퇴화된 상이한 대칭 쌍들을 형성하기 때문에, 상이한 대칭성의 매우 유사한 모드를 갖지 않는 제3 상위 모드에 상기 2개의 모드 중 하나가 결합되는 경우에만 가능하다. 전체 도파관 구조의 "공통" 모드만이 상기 범주를 만족시킨다.

다음 3가지의 부 섹션에서 도2에 도시된 고유 위상 분리 인자의 구조에 따른 중간 모드 지원식 방향성 결합의 상이한 구조를 연구한다. 식(16)의 z-의존성 해에 대한 준안정 해 Φ_n(x,z)의 기여도를 연구하며, 준안정 해 및 고유 위상이 식(16)의 해와 어떻게 관련되는지를 설명하기 위해 식(10)에 정의된 초기 상태를 빔 전파방법(BPM)을 이용하여 전파시킨다[29],[30]. 방향성 결합 확률이 계산되며 이것은 식(13)에 의해 주어진다(Ψ_L(x) 및 Ψ_R(x)이 공간적으로 구별됨). z함수로서 전체 광 전력을 계산함으로써 광 손실이 예측될 수 있다.

(48)

즉, 광 손실=1-N(z).

A. 강화된 방향성 결합

방향성 결합 강화를 설명하기 위해 격자 진폭 α₀=2.0㎛에 대해 식(16)의 해를 연구해 본다. 도3a로부터 α₀=2.0㎛에 대해 초기 상태의 확장 국면에서 2개의 우세한 플로케-블로호 상태가 존재한다는 것을 알 수 있다. 따라서 식(16) Ψ(x,z)의 해가 2개의 거의 퇴화된 상태들에 의해 제어된다. 즉,

(49)

여기서,

(50)

상기 식(50)은 상이한 대칭성으로 인해

이기 때문에 성립된다. 식(13)에 식(49)을 대입하면 방향성 결합 확률의 2-모드 근사값이 얻어진다.

(51)

도3은 격자 진폭 α₀=2.0㎛에 대해 도시한 도면으로서, 도3(a)은 상태인자의 함수로서 초기 상태Ψ(x,0)에 대한 준안정 해(플로케-블로호 상태)Φ_n(x,0)의 투사상태를 보여준다(식23참조). 플로케-블로호 상태는 이상 모드 ψ_n(x)와의 최대 중첩성에 따라 배열된다(식7참조). 도3(b)은 z의 함수로서 식(13)에 정의된 방향성 결합 확률을 실선으로 보여주며, z의 함수로서 식(48)에 정의된 전체 광 방향성 결합확률을 점선으로 보여준다. 도3(c)은 상이한 z값에 대해 x의 함수로서 식 (16)ψ(x,z)의 해를 보여준다. 식(16)의 해는 BPM, x방향에서의 512개의 푸리에 기저함수 및 10⁶전파 단계들을 이용하여 구해진다. 흡수 경계 조건들이 │x│=120㎛에서 적용되며 따라서 원칙적으로 전체 광 전력 N(z)(식48참조)은 보존되지 않는다.

α₀=2.0㎛ 에 대해 플로케-블로호 상태들이 동일하게 존재하기 때문에 즉,(도3a참조), 식(51)은 다음과 같이 된다.

(52)

따라서, 초기 상태의 확장시 2개의 준안정 모드가 우세한 경우 비트 길이는 2개의 대응하는 고유 위상들간의 분리 인자에 반비례한다.

(53)

여기서, Δ는 식(29)에 정의되어 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이 제 1쌍의 준안정 해들 간의 분리 인자는 ~10^-10내지~10^-7까지 증가한다. 따라서 이 경우 비트 길이의 현저한 감소를 예상할 수 있다. 그러나 격자로 인해 초기 상태는 광 손실을 야기하는 방사모드에 또한 결합될 수 있다. 각 모드 { C}`_{1,2 } ^{ 2} 에 의해 전송된 전력을 exp(-Γ_1,2z)으로 곱함으로써 모드 손실이 2-모드 근사값에 포함될 수 있다. 여기서 Γ₁및 Γ₂는 2개의 모드들의 현상 감쇠 계수들이다. 이 경우 식(51)은 다음과 같다.

(54)

마찬가지로 전체 광 전력 (식48)은 다음과 같이 주어진다.

(55)

Γ₁및 Γ₂를 계산하기 위해, 복소 평면으로의 x좌표의 해석적 연장이 각 모드의 감쇠 계수를 계산하도록 허용되는 [15] 복소 좌표 방법[31]이 사용될 수 있다. 여기서는, 흡수 경계 조건과 함께 빔 전파 방법에 의해 계산된 전체 광 전력 N(z)을 이용하여 감쇠계수를 예측한다.

격자 진폭 α₀=2.0㎛ 에 대해 감쇠 계수들 Γ₁및 Γ₂는 매우 작으며 (즉, 방사모드에 대한 결합이 충분하지 않으며), 따라서 전체 광 전력이 전파 거리 중에 보존된다(도3b참조). 방향성 결합 확률 및 광파 전파가 도3b 및 3c에 각각 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 격자 진폭 α₀=2.0㎛ 의 경우 우측 도파관에 초기에 위치한 광 전력은 135cm 후에 좌측 도파관으로 전달된다. 빔 전파 방법(도3b참조)을 이용하여 식(16)의 직접 해에 의해 구해진 비트 길이를 비교해 보면 식(53)에서 주어진 z_b, 즉 고유 위상 분리 인자로부터 계산된 비트길이와 양호하게 일치한다. 이 경우 비트 길이는 3차수 이상의 크기만큼 짧아진다.

B. 공진 보강 방향성 결합

먼저, 플로케-블로호 연산자의 대칭특성을 살펴보자. 식(20)에서 볼 수 있듯이, 고유위상 ε_n은 다음과 같은 고유값을 갖는다.

(56)

플로케-블로호 유형의 연산자 Η^FB(x,z)는 특수한 대칭성을 갖는다. 일반적인 패리티 변환: x→-x, z→z+Λ/2 이 Η^FB(x,z)를 불변상태로 남게한다. 따라서, Η^FB(x,z)의 고유함수인 플로케-블로호 함수들이 홀수 및 짝수 패리티의 상태들로 분류될 수 있다. 따라서, 상이한 대칭성을 갖는 해들간의 교차점과 동일한 대칭성의 해들간의 회피된 교차점을 격자 진폭 α₀이 변화함에 따라 구할 수 있다.

도4에서, α₀의 함수로서 고유위상 스펙트럼이 α₀=2.3788㎛를 중심으로 확대되는 데, 이 것은 도2에서의 분리인자의 증가분의 제1 피크값에 해당한다.

도4는 식(20) 및 식(25)으로부터 얻어지는 격자 진폭 α₀의 함수로서 고유위상 ε_n을 도시한 도면이다. 도2에 도시된 고유위상 분리인자의 제1 국소 최대값과 관련된 α₀=2.3788㎛를 중심으로 확대되어 있다. 1 및 2로 표시된 고유위상 궤적들은 거의 퇴화된 2개의 트랩된 모드들 ψ₁(x) 및 ψ₂(x)에 대응하는 2개의 플로케-블로호 상태들에 속한다(식7 및 도1c참조). 3으로 표시된 고유위상 궤적은 도1b에 도시된 트랩된 모드에 대응하는 제3 플로케-블로호 상태에 속한다.

도4는 α₀의 함수로서 고유위상 ε_n의 3개의 "궤적"을 보여준다. 이 궤적들중 2개 (1 및 2로 표시됨)가 도1c에 도시된 최소 d_n을 갖는 짝수-홀수 모드쌍에 대응하는 거의 퇴화된 한쌍의 플로케-블로호 상태를 형성한다. 제3 궤적(3으로 표시됨)은 도1b에 도시된 상위모드로부터 진화된 플로케-블로호 상태들 중 하나에 대응한다. 거의 퇴화된 2개의 상태들은 상이한 패리티를 가지며, 제3 상태는 그들중 하나와 동일한 패리티를 갖는다. 동일한 패리티를 갖는 2개의 상태들이 교차될 수 없기 때문에, 그들중 하나와의 회피된 교차가 발생한다. 따라서, 2개의 상태들이 혼합되며, 제3 상태는 영향을 받지 않고 그대로 유지된다. 회피된 교차점부근의 α₀의 상이한 값들에 대한 3개의 플로케-블로호 상태들이 도5에 도시되어 있다. 혼합된 결과에 따라서, 분리인자 Δ= │ε₂-ε₁│는 현저히 증가하며(도2에 도시된 바와같이 2차수의 크기만큼), 회피된 교차점 α₀=2.3788㎛에서 그 것의 최대값에 도달한다. 도6a는 식(16)의 z-의존성 해에 대한 준안정 해 Φ_n(x,z)의 기여도를 보여준다. 도시된 바와 같이, α₀=2.3788㎛인 경우, 3개의 우세한 플로케-블로호 상태가 존재한다는 것을 알 수 있다. 따라서 식(16)의 해는 다음과 같이 근사화된다.

(57)

여기서, C_1,2는 식(50)에서 정의되며, ψ₂(x)와 Φ₃(x,0)이 동일 대칭성을 갖기 때문에 다음의 식이 주어진다.

(58)

식(13)에 식(57)을 대입하면 3-모드 근사값을 근거로 방향성 결합 확률에 대한 식이 얻어진다.

(59)

도5는 x의 함수로서 도4에 도시된 고유위상의 3개의 궤적들에 대응하는 준안정 해Φ_n(x,0)가 2.3㎛와 2.43㎛사이에서(위로부터 아래까지) 변화하는 상태를 도시한 도면이다.

도6(a)는 도3a에서와 같이 격자진폭 α₀=2.3788㎛에 대해 도시한 도면이다. 도6(b)는 α₀=2.3788㎛경우 상이한 z값에 대해 x의 함수로서 식 (16)ψ(x,z)의 해를 도시한 도면이다. 비트길이는 z_b=3.7㎝.

회피된 교차점(도4 및 도5참조)에서, Φ₂(x,z)와 Φ₃(x,z)이 혼합되며,, 여기서. 회피된 교차점 ε₂??ε₁에서 멀리 떨어져 있기 때문에,. 따라서, 회피된 교차점에서 다음과 같이 주어진다.

(60)

혼합으로 인해 Φ₂(x,z)= Φ₃(x,z), 따라서 C₂=C₃. 식(60)을 식(59)에 대입하면,

(61)

Φ₁(x,z)가 혼합에 의해 영향을 받지 않기 때문에,그리고(도6a 참조). 이러한 조건하에서, 식(61)은 다음과 같이 된다.

(62)

설명된 바와같이, 회피된 교차점부근에서 3개의 플로케-블로호 상태들이 기여할 지라도, 회피된 교차점에서 제3모드는 방향성 결합 확률에 직접적인 영향을 주지 않으며, 비트길이는 식(53)으로 주어진다. 따라서, 비트길이는 거의 퇴화된 2개의 상태의 2개의 고유 위상들간의 분리 인자에 반비례한다. 회피된 교차점에서, 대응하는 고유위상들간의 분리인자는 상기 모드들중 하나와 제3 모드간의 상호작용으로 인해 현저히 증가한다(도2및 도4 참조). 따라서, 비트길이는 추가로 감소된다. α₀=2.3788㎛ 에 대한 광파 전파가 도6b에 도시되어 있다. 우측 도파관의 초기에 위치한 광파는 도파관 구조의 "공통"상위 모드 중 하나인 제3모드에 결합되며, 약 3.7cm 후에 그 전력은 좌측 도파관에 거의 전체적으로 위치하게 된다. 따라서, α₀=2.3788㎛ 의 경우 비트 길이는 비변화 도파관 보다 짧은 5차수 이상의 크기가 된다. 빔 전파 방법을 이용하여 구한 비트 길이는 고유 위상 분리 인자로부터 계산된 비트 길이와 다시 양호하게 일치한다. 그러나, α₀=2.3788㎛의 경우 방향성 결합은 광 손실로 인해 완전하지 못하다. 2-모드 근사값과 마찬가지로 방사 모드에 대한 결합값이 다음과 같은 모델에 포함될 수 있다.

(63)

그리고,

(64)

여기서, Γ₁은 비혼합 모드Φ₁(x,z)의 감쇠 계수이며, Γ₂=Γ₃은 혼합 모드들 Φ₂(x,z) 및 Φ₃(x,z)의 감쇠 계수이다. 회피된 교차점에서 먼 거의 퇴화된 2개의 모드들의 감쇠계수 Γ₁및 Γ₂는 매우 유사하며, 제3모드의 감쇠계수 Γ₃보다 훨씬 작다. 이것은 제3 상위 모드의 전파 상수가 차단 주파수 kn₀(즉, 0에 근사한 d_n)에 근접하기 때문이며, 따라서 방사 모드들(β＜kn₀;(d_n＞0))과의 결합이 훨씬 더 효율적이다. 격자 진폭 α₀=2.3788㎛ 경우, 거의 퇴화된 모드들 중 하나는 제3 모드에 결합하며 Γ₃=Γ₂＞＞Γ₁과 같이 동일하게 위치하게 된다. 따라서 Γ₂＞＞Γ₁이므로, 전파 거리가 작은 경우이고, 중간 전파 거리인 경우이다(도7a참조). 상기 거리들에서 제2 및 제3 모드가 소멸되며, 비 결합모드 (Φ₁(x,z))만이 남게 된다. α₀=2.3788㎛ 에 대한 전체 광파 N(z)가 도7b에 도시되어 있다. 광 손실이 Γ₁=1.5·10^-3m^-1및 Γ₂=2.5m^-1과 같은 2개의 지수 함수(고속 및 저속)에 따라 발생한다. 도7a 및 7b의 내부도면에서는 빔 전파 방법을 이용하여 구한 수치 해가 식(63) 및 식(64)과 비교되어 있다. 이로부터 알 수 있듯이 그 결과들은 정량적으로 일치한다.

도7a는 α₀=2.3788㎛ 의 경우 z 함수로서 식(13)에서 정의된 방향성 결합 확률 P(z)을 도시한 도면이다. 그 삽입부에서는 비트길이 값 부근에서 확대된 실선이 P(z)을 나타내며, 식(63)으로 주어진 방향성 결합 확률을 원이 나타낸다. 도7b에서는 실선이 α₀=2.3788㎛ 의 경우 z의 함수로서 식(48)에서 정의된 전체 광 방향성 결합값 N(z)을 나타내며, 점선이 1-(Γ₂/2)z 및 1/2-(Γ₁/2)z 함수를 나타낸다. 그 내부 도면에서는 비트길이 값 부근에서 확대된 실선이 N(z)을 나타내며, 식(64)으로 주어진 전체 광 전력을 원이 나타낸다.

요약하면, 공진성 중간모드 결합이 방향성 결합을 현저히(본 실시예에서는 5차수 이상의 크기 정도)강화 시킬 수 있다는 것을 보여준다. 홀수-짝수 모드 쌍과 중간 작용 모드의 고유 위상들 간의 차가 ω/k₀와 같도록 격자가 진폭과 주파수를 가질 때 상기 강화가 발생한다.

C. 억압된 방향성 결합

도2에서 볼 수 있듯이 α₀이 특정 값을 갖는 경우, 제1쌍의 고유 위상들간의 분리 인자가 소멸된다. 제1쌍의 플로케-블로호 상태들이 상이한 패리티를 갖기 때문에 대응하는 2개의 고유 위상이 교차할 수 있다. 이렇게 교차할 때 방향성 결합이 전체적으로 억제될 수 있다. 본 연구에서는, α₀=4.0(도2참조)의 경우 대응하는 고유 위상들이 교차하며, 2개의 플로케-블로호 상태들의 기여도가 여전히 우세하므로(도시생략) 식(16)의 z에 따른 해 즉, z 의존성 해가 플로케-블로호 연산자의 정확하게 퇴화된 2개의 고유 상태들의 선형 조합과 매우 유사하게 된다. 그러한 선형조합은 플로케-블로호 연산자의 고유 상태이다. 따라서 우측 도파관에 초기에 위치한 광파는 좌측 도파관으로 교차하지 않는다. 방사 모드에 대한 결합이 그렇게 작은 정도로 이루어지기 때문에, 전력은 결국 손실되지만 3미터 전파 후 그 손실은 무시될 수 있다(도시생략).

본 연구에서 보여지는 방향성 결합 강화 및 억제는 적절한 격자(즉 광 파장 보다 훨씬 큰 격자 주기 및 작은 격자 진폭을 가짐)에 영향을 받는다. 작은 주기 및 큰 격자 진폭을 갖는 경우, 준안정 해가 비변화 도파관의 고유 모드와 현저히 다르게 되며 다수의 준안정 해가 z-의존성 광파에 기여하게 된다. 또한 근축방향 근사화가 필요없게 되며 역방향 효과가 유효하게 될 수 있다.

IV. 결론

유효한 전력결합이 테이퍼링이 필요없이 긴 주기 및 작은 진폭을 갖는 주기적 격자를 사용함으로써 2개의 동일한 도파관들로 이루어진 방향성 결합기들로 구현될 수 있다. 여기서 제시된 메카니즘이 집적 광소자에서의 제어식 광전력 전달을 위해 적용될 수 있다. 광모드들의 대칭성에 따른 현상을 이용한다. 하나의 도파관에 위치하고 홀수 및 짝수모드들의 선형조합인 초기상태가 동일 대칭성의 2개의 모드들이 강하게 결합되도록 제3상위 모드와 상호 작용한다. 비트길이가 다차수(본 연구에서는 5차수)의 크기만큼 짧아지도록 방향성 결합이 가장 효율적인 특정값들을 격자 진폭이 가질 수 있다. 근축 방향 근사화를 기초로 수치해석이 수행된다. 적절한 격자에 따라 효과를 얻을 수 있기 때문에 상기 근사화는 유효해야한다. 근축방향 근사화를 벗어난 연구의 확장은 본 연구의 범위를 벗어나며 현재 연구 중이다.

부록

플로케-블로호 상태 및 고유 위상(식20참조)을 계산하기 위해 플로케-블로호 연산자 H^FB(x,z)는 기저함수(X_m(z),φ_n(x))를 이용하여 행렬로 표현될 수 있다.

(65)

그리고

(66)

여기서 L_x는 클래딩의 폭을 나타낸다. H^FB의 2차원 행렬식의 (n,m),(n',m')요소는 다음과 같이 주어진다.

(67)

여기서,

(68)

식(6)에서 주어진 D(x,z)은 x 및 z의 복합 함수이며, 다수의 푸리에 기저함수가 요구된다. 계산을 간단히 하기 위해 다음과 같은 변환이 사용될 수 있다.

(69)

식(16)에 Ψ(x,z)을 삽입하고로 곱하면 F(x,z)은 다음과 같은 해를 얻는다.

(70)

여기서,

(71)

플로케-블로호 해 F_n(x,z)는 다음과 같이 주어진다.

(72)

여기서, ε_n및 Q_n(x,z)은 H^FB(x,z)의 고유값 및 고유 벡터이다.

(73)

여기서,

(74)

식(73) 및 식(20)에서의 2개의 주기적 플로케-블로호 연산자들은 동일한 고유 위상(ε_n)을 갖는다. 식(65) 및 (66)으로 주어진 2차원 기저식에서 H^FB(x,z)의 행렬 요소들은 다음과 같이 구할 수 있다.

(75)

여기서,

(76)

플로케-블로호 상태 Φ_n(x,z) 및 고유 위상 ε_n은 일주기 전파인자 U(식24참조)의 대각선화에 의해 구한다. Peskin 및 Moiseyev 에 의해 개발된(t,t') 방법[32]을 이용하면 식(70)의 해를 다음과 같이 구할 수 있다.

(77)

즉, 해가 1단계 전파인자를 연속적으로 적용함으로써 구할 수 있다. 여기서, Kτ=Λ이고 Λ는 격자의 주기길이이다. 전파인자 U[kτ-(k-1)τ]의 행렬식은 다음과 같이 주어진다.

(78)

여기서, 행렬 H는 다음과 같이 주어진다.

(79)

H^FB는 식(75)에서 정의된 플로케- 블로호 행렬이다. 식(78)으로부터, 행렬 H의 중간 블록 칼럼만의 계산이 필요하다는 것을 알 수 있다(초기상태가 z에 의존된다는 사실[32],[15]에 따름). 따라서 (t,t')방법을 사용하면, 수렴된 결과를 얻는데 필요한 플로케-블로호 채널들의 수가 감소될 수 있다. 본 연구에서 모든 진폭의 격자의 경우, x 좌표에서 201개의 푸리에 기저함수(식66참조) 및 7개의 플로케-블로호 채널들 (N_z=7)(식65참조)을 사용하여 수렴된 결과를 충분히 얻을 수 있다. 일주기 전파인자 U[Λ←0]는 K=1000_z단계를 이용하여 계산된다.

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제2부. 능동형 중간 상태 결합기

"중간 상태 결합기(ISC)" 의 수동적응용이 짧은 결합기를 제조하는데 있어서 매우 중요하지만, 그러나 동일 원리를 능동장치에 적용할 때 넓게 응용될 수 있다. 능동장치들은 일반적으로 두 가지 경우로 분리될 수 있다. 첫 번째 경우에는, 주기적 구조가 고정되어 있으며, 도파관 구조의 굴절률 윤곽을 변화시킴으로써(광전효과에 의해)성능제어가 수행된다. 두 번째 경우는 고정된 도파관 구조 및 유도된 주기적 구조를 토대로 하며, 이 경우가 바람직한 경우이다.

동적으로 유도된 격자에 두 가지 기본적 방법이 적용될 수 있는데, 실시간 방법 및 비 실시간 방법이다. 이 두가지 방법들 모두는 도파관 구조에 주기적 기계적 압력을 인가하는 것을 그 원리로 한다. 주기적 압력 패턴은 재료 밀도 변조를 이용하여 굴절률 패턴으로 변형된다.

비 실시간 방법에서는, 구조가 정교한 "스크류"로 가압되며, 이것의 피치는 소정주기 및 제어 압력 진폭과 관련되는데 즉, 주기적 구조의 α₀변수와 관련된다. 기계 방식 제어에 의해 장치의 성능이 변형될 수 있다. 섬유로부터 자유공간으로 빛을 결합시키기 위해 유사한 방법이 적용될 수 있지만, ISC의 유사한 구조에는 적용되지 않는다.

실시간 방법에서는, 과도 압력파를 생성하기 위해 음파가 매체에 입사될 수 있다. 이 방법에 의해, 제어된 주파수 및 진폭을 갖는 과도 격자가 유도될 수 있다. 또한 이 방법은 장치의 결합 효율을 변환시켜 동적 라우터로 제공할 수 있다. 수동방식에서는, 결합 효율에서의 공진성을 히트시키는데 필요한 매우 제한된 장치 변수로 인해 그 공진성을 활용하는 것이 매우 힘들다. 동적 동조에 따른 음파를 이용하면, 상기 음파의 주파수 및 진폭의 미세한 동조에 의해 공진 변수를 히트시키는 것이 가능하다. 도파관과 관련된 음파가 ISC와 유사한 응용 분야를 위해 구현되는 것이 아니고 광 데이터 스트림의 직접적인 변조 또는 필터링을 위해 구현된다.

도파관 구조(유리 또는 반도체를 기저물질로 함)상부의 압전 크리스탈(예를 들어 ZnO)상에 상호교합식 트랜스듀서를 부착함으로써 음파가 평면형 도파관 장치에 표면 탄성파(SAW)로서 입사될 수 있다. 광섬유와 같은 도파관 내장시스템에 대량의 음파가 이용될 수 있다.

Claims

소정길이를 갖는 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제1광도파관(a);

소정길이를 갖고 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 결합부와 실질상 평행한 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제2광도파관(b);

상기 결합부들사이에 개재하여 상기 광도파관들에 의해 전송되는 단색광에 대해 상기 결합부들의 길이들중 큰 값보다 긴 소정 비트길이를 상기 결합부들에 제공하는 광매체(c); 및

상기 결합부들에 공통인 적어도 하나의 모드를 통해 상기 제1광도파관의 결합부로 제한된 적어도 하나의 모드를 상기 제2광도파관의 결합부로 제한된 적어도 하나의 모드와 결합시킴으로써 상기 결합부들의 길이들중 작은 값 이하로 상기 비트길이를 감소시키도록 동작하는 결합강화 메카니즘(d)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광결합기.
제1항에 있어서,

상기 결합강화 메카니즘은 리버서블한 것을 특징으로 하는 광결합기.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2광도파관은 고역통과 주파수를 각각 가지며, 상기 2개의 고역통과 주파수중 큰 값의 상기 단색광에 대해 상기 광매체에 의해 제공된 상기 비트길이는 적어도 1센티미터정도인 것을 특징으로 하는 광결합기.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2광도파관은 고역통과 주파수를 각각 가지며, 상기 2개의 고역통과 주파수중 큰 값의 상기 단색광에 대해 상기 광매체에 의해 제공된 상기 비트길이는 적어도 10미터정도인 것을 특징으로 하는 광결합기.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2광도파관은 고역통과 주파수를 각각 가지며, 상기 2개의 고역통과 주파수중 큰 값의 상기 단색광에 대해 상기 광매체에 의해 제공된 상기 비트길이는 적어도 1킬로미터정도인 것을 특징으로 하는 광결합기.
제1항에 있어서,

상기 결합강화 메카니즘은 상기 비트길이를 적어도 2차수의 크기만큼 감소시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광결합기.
제1항에 있어서,

상기 결합강화 메카니즘은 상기 비트길이를 적어도 3차수의 크기만큼 감소시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광결합기.
제1항에 있어서,

상기 결합강화 메카니즘은 상기 비트길이를 적어도 5차수의 크기만큼 감소시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광결합기.
제1항에 있어서,

상기 제1광도파관의 안내부는 굴절률을 갖고, 상기 제2광도파관의 안내부는 굴절률을 가지며, 상기 결합강화 메카니즘은

상기 제1광도파관의 안내부의 상기 결합부에 따라 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 굴절률에 주기적 구조를 리버서블하게 부여하는 메카니즘(i); 및

상기 제2광도파관의 안내부의 상기 결합부에 따라 상기 제2광도파관의 안내부의 상기 굴절률에 주기적 구조를 리버서블하게 부여하는 메카니즘(ii)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광결합기.
소정길이를 각각 갖는 다수의 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제1광도파관(a);

소정길이를 갖고 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부와 실질상 평행한 결합부로 구성된 안내부를 각각 포함하는 다수의 제2광도파관(b); 및

상기 제2광도파관 각각에 대해:

상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 결합부와 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부사이에 개재하여 상기 광도파관들에 의해 전송되는 단색광에 대해 상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 결합부의 길이와 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부의 길이중 큰 값보다 긴 소정 비트길이를 상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 결합부와 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부에 제공하는 광매체(i); 및

상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 결합부의 길이와 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부의 길이중 작은 값 이하로 상기 비트길이를 감소시키도록 동작하는 결합강화 메카니즘(ii)(c)을 구비하며;

상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 상기 결합강화 메카니즘은 상기 결합부들에 공통인 적어도 하나의 모드를 통해 상기 적어도 하나의 제2광도파관의 결합부로 제한된 적어도 하나의 모드를 상기 제1광도파관의 대응하는 결합부로 제한된 적어도 하나의 모드와 결합시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광시스템.
제10항에 있어서,

상기 결합강화 메카니즘들중 적어도 하나는 리버서블한 것을 특징으로 하는 광시스템.
제10항에 있어서,

상기 제1광도파관의 안내부는 굴절률을 갖고, 상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 상기 안내부는 굴절률을 가지며, 상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 상기 결합강화 메카니즘은

상기 제1광도파관의 안내부의 상기 결합부에 따라 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 굴절률에 주기적 구조를 리버서블하게 부여하는 메카니즘(i); 및

상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 안내부의 상기 결합부에 따라 상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 안내부의 상기 굴절률에 주기적 구조를 리버서블하게 부여하는 메카니즘(ii)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광시스템.
제10항에 있어서,

상기 제1 광도파관은 제1고역통과 주파수를 갖고, 상기 제2광도파관들중 적어도 하나는 제2고역통과 주파수를 가지며, 상기 제1 및 제2 고역통과 주파수중 큰 값의 단색광에 대해 상기 광매체에 의해 상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 안내부의 상기 결합부 및 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부에 제공된 상기 비트길이는 적어도 1센티미터정도인 것을 특징으로 하는 광시스템.
제10항에 있어서,

상기 제1 광도파관은 제1고역통과 주파수를 갖고, 상기 제2광도파관들중 적어도 하나는 제2고역통과 주파수를 가지며, 상기 제1 및 제2 고역통과 주파수중 큰 값의 단색광에 대해 상기 광매체에 의해 상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 안내부의 상기 결합부 및 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부에 제공된 상기 비트길이는 적어도 10미터정도인 것을 특징으로 하는 광시스템.
제10항에 있어서,

상기 제1 광도파관은 제1고역통과 주파수를 갖고, 상기 제2광도파관들중 적어도 하나는 제2고역통과 주파수를 가지며, 상기 제1 및 제2 고역통과 주파수중 큰 값의 단색광에 대해 상기 광매체에 의해 상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 안내부의 상기 결합부 및 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부에 제공된 상기 비트길이는 적어도 1킬로미터정도인 것을 특징으로 하는 광시스템.
제10항에 있어서,

상기 제2광도파관들중 적어도 하나에 대해 상기 결합강화 메카니즘은 상기 비트길이를 적어도 2차수의 크기만큼 감소시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광시스템.
제10항에 있어서,

상기 제2광도파관들중 적어도 하나에 대해 상기 결합강화 메카니즘은 상기 비트길이를 적어도 3차수의 크기만큼 감소시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광시스템.
제10항에 있어서,

상기 제2광도파관들중 적어도 하나에 대해 상기 결합강화 메카니즘은 상기 비트길이를 적어도 5차수의 크기만큼 감소시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는 광시스템.
제1굴절률을 갖고 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제1광도파관(a);

제2굴절률을 갖고 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 결합부와 평행한 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제2광도파관(b);

상기 제1굴절률에 주기적 구조를 부여하는 메카니즘(c); 및

상기 제2굴절률에 주기적 구조를 부여하는 메카니즘(d)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광결합기.
제19항에 있어서,

주기적 구조를 부여하는 상기 메카니즘들중 적어도 하나는 기계방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 광결합기.
제19항에 있어서,

주기적 구조를 부여하는 상기 메카니즘들중 적어도 하나는 상기 결합부들중 하나와 상호 방사작용에 따른 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 광결합기.
제21항에 있어서,

상기 방사는 음파방사인 것을 특징으로 하는 광결합기.
제21항에 있어서,

상기 방사는 전자파방사인 것을 특징으로 하는 광결합기.
제19항에 있어서,

상기 굴절률들은 실질상 동일한 것을 특징으로 하는 광결합기.
제19항에 있어서,

주기적 구조를 부여하는 상기 메카니즘들중 적어도 하나는 리버서블한 것을 특징으로 하는 광결합기.
굴절률을 갖고 다수의 결합부로 구성된 안내부를 포함하는 제1광도파관(a);

굴절률을 갖고 상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부와 실질상 평행한 결합부로 구성된 안내부를 각각 포함하는 다수의 제2광도파관(b); 및

상기 제2광도파관 각각에 대해:

상기 제2광도파관 각각의 안내부의 상기 굴절률에 주기적 구조를 부여하는 메카니즘(i); 및

상기 제1광도파관의 안내부의 대응하는 결합부에서 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 굴절률에 주기적 구조를 부여하는 메카니즘(ii)(c)을 구비하는 것을 특징으로 하는 광시스템.
제26항에 있어서,

주기적 구조를 부여하는 상기 메카니즘들중 적어도 하나는 기계방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 광시스템.
제26항에 있어서,

주기적 구조를 부여하는 상기 메카니즘들중 적어도 하나는 상기 결합부들중 하나와 상호 방사작용에 따른 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 광시스템.
제28항에 있어서,

상기 방사는 음파방사인 것을 특징으로 하는 광시스템.
제28항에 있어서,

상기 방사는 전자파방사인 것을 특징으로 하는 광시스템.
제26항에 있어서,

상기 제2광도파관들중 적어도 하나의 안내부의 상기 굴절률은 상기 제1광도파관의 안내부의 상기 굴절률과 실질상 동일한 것을 특징으로 하는 광시스템.
제26항에 있어서,

주기적 구조를 부여하는 상기 메카니즘들중 적어도 하나는 리버서블한 것을 특징으로 하는 광시스템.