KR20010089449A - Optical waveguide structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 장치에 관한 것으로, 이러한 광학 장치는 도파관 구조물(1) 및 도파관 구조물내에 형성된 적어도 하나의 격자 구조물(4)을 포함하며, 격자 구조물은 격자 구조물에 대해 소정의 입사각으로 도파관 구조물에 입사하는 소정 파장의 광을 도파관 구조물내 선택된 경로에 한정하도록 위치한다.The present invention relates to an optical device, the optical device comprising a waveguide structure (1) and at least one grating structure (4) formed in the waveguide structure, the grating structure is incident on the waveguide structure at a predetermined angle of incidence with respect to the grating structure Position the light of a predetermined wavelength to a selected path in the waveguide structure.
Description
광학 도파관에서, 예를 들면 광학 도파관을 통합하는 장치의 크기를 감소시키는 굴곡부(bend) 주위로 광을 인도하는 것이 종종 필요하다. 하지만, 도파관 및 도파관 주위 재료의 굴절률 특성으로 인해 광이 굴곡부 특히, 급격한 굴곡부 외부로 회절될 것이고, 이에 따라 통상적으로 굴곡 손실(bending loss)라 불리는 내재적인 문제점이 있다. 이러한 손실은 장치의 성능을 제한한다.In optical waveguides it is often necessary to guide light around a bend, for example, which reduces the size of the device incorporating the optical waveguide. However, due to the refractive index characteristics of the waveguide and the material surrounding the waveguide, the light will be diffracted out of the bend, especially the abrupt bend, and thus there is an inherent problem commonly referred to as bending loss. This loss limits the performance of the device.
예를 들어 광학 필터 또는 광학 공진기 구조에서 도파관내의 미리 설정된 경로에 광을 한정할 필요가 있는 장치에서 다른 방향으로 광 신호를 인도하는 것 또한 필요하다.It is also necessary to direct light signals in different directions, for example in devices that need to confine light in a predetermined path in a waveguide in an optical filter or optical resonator structure.
본 발명은 일반적으로 도파관을 포함하는 광학 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to optical devices comprising waveguides and methods of manufacturing the same.
도 1은 본 발명의 구체화하는 장치의 개략도.1 is a schematic representation of an apparatus embodying the invention.
도 2는 본 발명의 구체화하는 장치의 개략도.2 is a schematic representation of an apparatus embodying the invention.
도 3은 본 발명의 구체화하는 장치의 개략도.3 is a schematic representation of an apparatus embodying the invention.
도 4는 본 발명의 구체화하는 장치의 개략도.4 is a schematic representation of an apparatus embodying the invention.
도 5는 본 발명의 구체화하는 장치의 개략도.5 is a schematic representation of an apparatus embodying the invention.
도 6은 본 발명을 구체화하는 격자 한정 도파관을 제조하는 방법의 등측도.6 is an isometric view of a method of manufacturing a lattice defining waveguide embodying the present invention.
도 7은 본 발명을 구체화하는 격자 한정 도파관을 제조하는 다른 방법의 등측도.7 is an isometric view of another method of making a grating confining waveguide embodying the present invention.
도 8은 본 발명을 구체화하는 장치를 도시하는 단면 개략도.8 is a cross-sectional schematic diagram illustrating an apparatus embodying the present invention.
도 9는 격자 한정 도파관에 대한 격자 주기 대 공진 각도의 도면.9 is a plot of grating period versus resonance angle for a grating confined waveguide.
도 10은 본 발명을 구체화하는 장치의 개략 등측도.10 is a schematic isometric view of an apparatus embodying the present invention.
도 11은 본 발명을 구체화하는 장치의 개략 등측도.11 is a schematic isometric view of an apparatus embodying the present invention.
도 12는 본 발명을 구체화하는 장치의 개략 단면도.12 is a schematic cross-sectional view of an apparatus embodying the present invention.
도 13은 본 발명을 구체화하는 공진기 구조의 개략 등측도.Fig. 13 is a schematic isometric view of a resonator structure embodying the present invention.
도 14는 본 발명을 구체화하는 장치의 개략 등측도.14 is a schematic isometric view of an apparatus embodying the present invention.
본 발명은 도파관 구조물 및 도파관 구조물내에 형성된 적어도 하나의 격자 구조물을 포함하며, 격자 구조물은 격자 구조물에 대해 소정 입사각으로 도파관 구조물에 입사하는 소정 파장의 광을 도파관 구조물내 선택된 경로를 따라 인도하도록 배치되는 광학 장치를 제공한다.The present invention includes a waveguide structure and at least one grating structure formed within the waveguide structure, the grating structure being arranged to guide along a selected path in the waveguide structure light of a predetermined wavelength incident on the waveguide structure at a predetermined angle of incidence with respect to the grating structure. Provide an optical device.
광 인도가 격자 구조물을 사용하여 달성되기 때문에, 굴곡 손실에 있어서 실질적인 감소가 달성될 수 있다.Since light guidance is achieved using a grating structure, a substantial reduction in bending loss can be achieved.
도파관 구조물은 감광성 재료로 구성되고, 격자 구조물은 도파관내에서의 UV-유도 굴절률 변화(variation)에 의해 구성된다.The waveguide structure is composed of photosensitive material, and the grating structure is constructed by UV-induced refractive index variation in the waveguide.
본 발명은 격자 구조물의 특성에 의해 제어될 수 있는 전파광에 부가될 각분산(angular dispersion)을 허용한다. 이는 예를 들면, 분산 보정, 펄스 처핑(chirping) 또는 펄스 압축에 사용될 수 있다. 이는 여러 파장이 격자 구조물에 대해 여러 각도 경로를 가지기 때문이다.The present invention allows for angular dispersion to be added to the propagated light which can be controlled by the properties of the grating structure. This can be used, for example, for variance correction, pulse chirping or pulse compression. This is because different wavelengths have different angular paths for the grating structure.
이러한 장치는 분광 및 시간 영역에서 복합 광 조정회로내에서 사용될 수 있다.Such devices can be used in complex light conditioning circuits in the spectroscopic and time domains.
격자 구조물은 처핑된 격자를 포함한다.The grating structure includes a chirped grating.
격자 구조물은 광을 반사 또는 투과 모드로 인도하도록 배치된다.The grating structure is arranged to guide light in a reflective or transmissive mode.
본 발명은 감광성 재료의 도파관, 도파관내 UV-유도 굴절률 변화에 의해 형성된 적어도 하나의 격자 구조물을 포함하며, 격자 구조물이 격자 구조물에 대해 소정 입사각으로 도파관에 입사하는 소정 파장의 광을 도파관내 선택된 경로에 한정하도록 배치되는 광학 장치를 제공함으로써 선택적으로 한정될 수 있다.The present invention includes at least one grating structure formed by a waveguide of a photosensitive material, a UV-induced refractive index change in the waveguide, the path selected in the waveguide for the light of a predetermined wavelength to enter the waveguide at a predetermined incident angle with respect to the grating structure It can optionally be defined by providing an optical device arranged to limit the.
격자 한정 도파관내 수용 파장의 각도 의존성 때문에, 이러한 장치는 예를 들면, 파장 또는 신호를 격리시키는 각도 스위프(sweep)에 의존하다.Because of the angle dependence of the received wavelength in the grating confining waveguide, such a device relies on an angular sweep to isolate the wavelength or signal, for example.
격자 구조물은 연속 격자를 포함한다. 선택적으로, 격자 구조물은 상호 대칭인 두 개의 격자를 포함한다.The grating structure comprises a continuous grating. Optionally, the grating structure comprises two gratings that are symmetric to each other.
일 실시예에서, 격자 구조물은 파장의 전파 방향으로 연장하는 일정 굴절률을 가진 영역을 포함한다.In one embodiment, the grating structure includes regions with a constant refractive index extending in the direction of propagation of the wavelength.
이러한 영역은 전파 방향에 평행하게 연장할 수 있다.This region may extend parallel to the direction of propagation.
이러한 영역은 전파 방향에 원통형으로 평행하게 연장할 수 있다.This region can extend cylindrically parallel to the direction of propagation.
이러한 영역은 전파 방향에 타원형으로 평행하게 연장할 수 있다.This area may extend elliptical parallel to the direction of propagation.
이러한 장치는 광을 경로에 한정하는 것을 보조하기 위해 전파 방향에 대해 횡방향으로 위치하는 적어도 하나의 광학 반사기를 더 포함할 수 있다.Such an apparatus may further comprise at least one optical reflector positioned transverse to the direction of propagation to assist in confining light to the path.
이러한 장치는 선택된 경로 주위로 광을 채널링하도록 서로에 대해 각지게 위치하는 둘 이상의 격자 구조물을 포함할 수 있다.Such a device may include two or more grating structures positioned angularly with respect to each other to channel light around a selected path.
따라서, 여러 한정 조건이 도파관의 여러 경계에서 실현될 수 있다.Thus, various confining conditions can be realized at various boundaries of the waveguide.
격자 구조물은 UV-홀로그래피에 의해 형성될 수 있다.The grating structure can be formed by UV-holography.
격자는 처핑된 격자일 수 있다.The grating may be a chirped grating.
격자는 샘플링된 격자일 수 있다.The grating may be a sampled grating.
이러한 장치는 필터, 공진기 또는 센서일 수 있다.Such a device may be a filter, a resonator or a sensor.
일 실시예에서, 장치는 센서의 한정 조건에서의 유도 변화로 인한 강도내 변화를 결정하기 위해 선택된 경로를 따라 소정 포인트에서 광의 강도를 측정하는 수단을 더 포함한다.In one embodiment, the apparatus further comprises means for measuring the intensity of the light at a given point along the selected path to determine a change in intensity due to an inductive change in the confining conditions of the sensor.
이러한 변화는 도파관을 입사하는 기체 분자에 의해 유도된다.This change is induced by gas molecules entering the waveguide.
본 발명은 감광성 재료로 구성된 도파관을 포함하는 광학 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것으로 선택적으로 한정되고, 이러한 방법은 도파관내 UV-유도 굴절률 변화에 의해 적어도 하나의 격자 구조물을 형성하는 단계를 포함하고, 격자 구조물이 격자 구조물에 대해 소정 입사각으로 도파관에 입사하는 소정 파장의 광을 도파관내 선택된 경로에 한정하도록 배치된다.The present invention is optionally limited to providing a method of manufacturing an optical device comprising a waveguide made of photosensitive material, the method comprising forming at least one grating structure by a UV-induced refractive index change in the waveguide; The grating structure is arranged to limit light of a predetermined wavelength incident on the waveguide at a predetermined angle of incidence with respect to the grating structure to a selected path in the waveguide.
본 발명의 바람직한 형태가 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 예시를 위해 설명될 것이다.Preferred embodiments of the present invention will be described below by way of example with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 도파관(1)이 원하는 경로내 급격한 굴곡부를 가지며, 도파관 하부로 광(2)이 투사되는 제 1 실시예가 개략적으로 도시된다. 급격한 굴곡부 주위에, 격자 구조물(4)이 위치한다. 격자 구조물(4)은 에퍼베센트(effervescent) 광이 누설되는 것을 방지하여 출력(5)에 결합되는 광의 효율을 높이는 광자 밴드 갭(photonic band gap)을 가진다. 이는 급격한 굴곡부가 도파관 구조물내에 한정되도록 하는 회절 격자(4)를 사용함으로써 굴곡 손실에 있어서의 실질적인 감소를 가져온다. 격자(4)의 파장은 동작에 필요한 주파수에 정합되도록 동조될 수 있다.Referring to FIG. 1, a first embodiment is shown schematically in which the waveguide 1 has a sharp bend in the desired path, and the light 2 is projected under the waveguide. Around the sharp bend, the grating structure 4 is located. The grating structure 4 has a photonic band gap which prevents leakage of effervescent light and thus increases the efficiency of the light coupled to the output 5. This results in a substantial reduction in bend loss by using a diffraction grating 4 which allows the sharp bends to be defined within the waveguide structure. The wavelength of the grating 4 can be tuned to match the frequency required for operation.
선택적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 격자(6)는 원하는 특성을 가지지 않은 주파수에 대한 손실(8)을 가진 경로(7)를 따라 원하는 주파수의 반사를 제공하도록 반사 모드일 수 있다.Optionally, as shown in FIG. 2, the grating 6 may be in reflection mode to provide reflection of the desired frequency along the path 7 with a loss 8 for frequencies that do not have the desired characteristics.
도 2의 배치를 사용함으로써 도파관 구조물상에 파장 분할 멀티플렉싱 능력을 제공하도록 확장될 수 있다. 이는 초기광이 필요한 주파수를 필터링 아웃하도록 동작하는 정합된 해당 브랙 격자(12, 13, 14)를 사용하여 도파관으로부터 커플링 아웃된 다수의 주파수(도 3에 λ1, λ2, λ3)를 가진 도파관 하부로 투사될 수 있는 도 3에 도시된다.By using the arrangement of FIG. 2 it can be extended to provide wavelength division multiplexing capability on the waveguide structure. This is the waveguide bottom with multiple frequencies (λ1, λ2, λ3 in FIG. 3) coupled out from the waveguide using corresponding matched Bragg gratings 12, 13 and 14 operating to filter out the required frequencies. 3, which can be projected to.
도 4는 도파관(15)을 따라 결합된 광이 원하는 주기 특성을 가지며 결합에 필요한 원하는 주파수로 적절하게 정합된 브랙 격자(18)에 의해 출력(16, 17)에 결합된다. 도파관을 감사는 굴절률 영역(19)은 더 강한 결합을 위해 끝이 뾰족하게형성될 수 있다. 바람직하게는, 도 4의 스플리터 장치는 광의 50%가 각각의 경로(17, 18)를 따라 횡단하도록 결합된 브랙 격자를 가진다. 이는 브랙 주기의 두 배의 파장으로 달성될 수 있다. 물론, 브랙 주기를 출력 각도와 결합 효율에 맞게 조정할 수 있다.4 shows that the light coupled along the waveguide 15 is coupled to the outputs 16, 17 by a Bragg grating 18 having the desired periodic characteristics and properly matched to the desired frequency required for coupling. The refractive index region 19 which audits the waveguide may be sharpened at the end for stronger bonding. Preferably, the splitter device of FIG. 4 has a Bragg grating coupled such that 50% of the light traverses along each path 17, 18. This can be achieved with twice the wavelength of the Brac period. Of course, the braking period can be adjusted to match the output angle and coupling efficiency.
이와 유사하게, 도 5에는 브랙 격자(20)가 경로(21, 22)를 따라 이동하는 광에 대해 굴곡부 주위에서 결합하도록 제공된다.Similarly, in FIG. 5 a black grating 20 is provided to couple around the bend for light traveling along paths 21 and 22.
도 6에는, 감광성 재료로 구성된 층 형태의 도파관(10)이 기판(112) 예를 들면, 도파관 재료(110)의 광학 격리를 위한 순수 산화물층을 가진 실리콘 웨이퍼상에 위치한다.In FIG. 6, a waveguide 10 in the form of a layer of photosensitive material is placed on a silicon wafer having a pure oxide layer for optical isolation of the substrate 112, for example waveguide material 110.
UV 소스(114)로부터의 UV 빔(116)이 도파관(110)의 평면내에 (광학 소자(118)를 통해) 포커싱된다. 기판(112)은 화살표(120, 122)로 표시된 바와 같이 수평으로 이동하여, 도파관(110)의 UV-유도 굴절률 변화를 통해 격자 구조물(127)의 제 1 격자(126)의 선(124)으로 표시된 평면에 위치하게 된다.The UV beam 116 from the UV source 114 is focused (via the optical element 118) in the plane of the waveguide 110. Substrate 112 moves horizontally, as indicated by arrows 120 and 122, to line 124 of first grating 126 of grating structure 127 via a UV-induced refractive index change of waveguide 110. It is located in the plane shown.
제 1 격자(126) 이후, 격자 구조물(127)의 제 2 격자(128)가 기판(112)의 적정 이동에 의해 위치한다.After the first grating 126, the second grating 128 of the grating structure 127 is positioned by proper movement of the substrate 112.
격자(126, 128)상에 대해 소정 입사각으로 도파관(110)을 입사는 소정 파장의 광이 도파관(110)의 평면내 전파 방향(130)으로 연장하는 경로에 한정된다. 그러므로, 도파관(110)의 전파 특성은 광 신호(131) 및 도파관(110)에 입사하는 각도(θ)에 의존한다.The light incident on the waveguide 110 at a predetermined angle of incidence on the gratings 126 and 128 is limited to a path in which light of a predetermined wavelength extends in the in-plane propagation direction 130 of the waveguide 110. Therefore, the propagation characteristics of the waveguide 110 depend on the optical signal 131 and the angle θ incident on the waveguide 110.
여기서, 상술된 평면 구조물내에서 격자 한정이 도파관(110)의 평면내에 일차원으로 한정된다는 것을 주목한다. 하지만, 도파관은 격자가 2차원 또는 3차원으로 한정되는 감광성 도파관 재료로 제조되는 것이 가능하다.It is noted here that the grating confinement within the planar structure described above is confined in one dimension within the plane of the waveguide 110. However, the waveguide can be made of photosensitive waveguide material in which the grating is limited to two or three dimensions.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 위상 마스크(140)를 사용하여 홀로그래피 UV 격자 배치는 각각 제 1 격자 구조물(147)의 격자(146, 148) 및 제 2 격자 구조물(151)의 격자(150, 152)를 통해 2차원으로 한정된 격자인 감광성 도파관 재료의 블록(144)내에 (화살표(141)로 표시된 바와 같은 전파 방향으로) 도파관(142)을 제조하는데 사용된다.For example, as shown in FIG. 7, the holographic UV grating arrangement using the phase mask 140 is performed by gratings 146 and 148 of the first grating structure 147 and gratings of the second grating structure 151, respectively. It is used to fabricate waveguide 142 (in the direction of propagation as indicated by arrow 141) within block 144 of photosensitive waveguide material, which is a two-dimensionally defined grating through 150, 152.
장치의 하나 이상의 격자 구조물은 선택적으로 격자 구조물에 대해 소정 입사각으로 입사하는 소정 파장의 광을 한정하는 연속 격자를 포함할 수 있다.One or more grating structures of the device may optionally include a continuous grating defining light of a predetermined wavelength incident at a predetermined angle of incidence with respect to the grating structure.
예를 들면, 도 14에 도시된 공진기(250)는 링 경로(258) 주위로 격자 구조물(252)상에 대해 소정 입사각으로 공진기(250)를 입사하는 소정 파장의 광(256)을 채널링하는 두 개의 연속 격자 구조물(252, 254)을 포함한다.For example, the resonator 250 shown in FIG. 14 may be configured to channel light 256 of a predetermined wavelength that enters the resonator 250 at a predetermined angle of incidence on the grating structure 252 around the ring path 258. Two continuous grating structures 252 and 254.
격자 한정은 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이 광섬유(324)의 (도면 평면에 수직인 방향으로 전파하는) 인도 코어(322) 주위에 원통형 격자 구조물(320)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 격자 구조물(320)은 격자 구조물(320)에 대해 소정 입사각으로 입사하는 소정 파장의 광의 전파 방향으로 연장하는 경로에 한정된다.Grating confinement may be achieved, for example, by using cylindrical grating structure 320 around the guiding core 322 (which propagates in a direction perpendicular to the drawing plane) of the optical fiber 324 as shown in FIG. 12. . The grating structure 320 is limited to a path extending in the propagation direction of light of a predetermined wavelength incident on the grating structure 320 at a predetermined incident angle.
당업자라면 비-원통형 격자 구조물에 대해 한정 조건이 여러 방사 방향으로 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that for non-cylindrical grating structures the limiting conditions may vary in various radial directions.
격자 한정 도파관 전파의 기초 원리는 브랙 조건이다. 굴절률(n)을 가진 매체내를 이동하는 광선에 대해, 최고 반사는 파장 λ가 다음의 조건을 만족할 때이고:The basic principle of grating confined waveguide propagation is the Brack condition. For light rays traveling in a medium with a refractive index n, the highest reflection is when the wavelength λ satisfies the following condition:
(1) (One)
여기서, m은 격자의 회절차수이고, θ는 격자의 단일 홈에 대한 광선의 각도이다. 이러한 단항식은 예를 들면, 소위 광자 결정 광섬유와 같은 격자 한정의 전체 특성을 내포한다.Where m is the diffraction order of the grating and [theta] is the angle of light with respect to a single groove of the grating. This mononomial formula encompasses the overall properties of the lattice definition, such as, for example, a so-called photonic crystal optical fiber.
도 8은 1차, 2차 및 3차 회절에 대하 파장 영역 1200-1600nm에 대한 격자 주기 대 공진각의 도면을 도시한다. 1차 회절에 대해 효과가 크기는 하지만, 긴 주기에서, 공진각의 변화는 수 도(°)내로 수렴한다. 물리적 보간은 여러 다수의 파장에 대해 입사각이 유사한 회절 특성을 가진 동일화이다. 그러므로, 격자 한정은 동일한 투사 조건하에서 더 긴 주기로 적은 입력 결합각에 대해 큰 밴드폭으로 발생한다. 이러한 영역 외부에서 방사 손실이 발생한다.FIG. 8 shows a plot of grating period versus resonance angle for the wavelength region 1200-1600 nm for first, second and third order diffraction. Although effective for first order diffraction, at long periods, the change in resonance angle converges within a few degrees. Physical interpolation is the identification of diffraction characteristics with similar angles of incidence for many multiple wavelengths. Hence, grating confinement occurs with a larger bandwidth for less input coupling angles at longer periods under the same projection conditions. Radiation losses occur outside these areas.
다른 중요 특성이 표시되어 있다. 전체 내부 반사가 발생하여 격자 한정 도파관을 따른 전파를 가능케 하는 입사각의 다른 영역이 존재한다. 훨씬 더 큰 입사각의 더 높은 회절차수로 결합된 광 또한 브랙 반사를 만족하고, 더 높은 차수의 밴드갭을 일으킨다. 유효 결합 강도는 이러한 영역에서 더 높은 차수 모드 전파에 대해 감소되고, 이에 따라 큰 모드 영역이라는 특징을 가진다. 유효 굴절률이 다르기 때문에, 다른 전파 특성과 동시에 기본형 모드 행동을 가지는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들면, 광자 광섬유는 통상적인 유효 굴절률 광섬유와는 다른 투사 영역을 가진다. 광이 주위 격자 클래딩을 통해 전파될 수 없는 각도 광자 밴드갭이존재하기 때문에, 이러한 영역이 존재한다. 더욱이, 이러한 밴드갭은 견고하고, 증가되는 주기를 가진 각도 특성에서 많이 변화되지 않으며, 이에 따라 긴 주기에서 굴곡부에 상대적으로 덜 민감하다.Other important characteristics are indicated. There are other regions of incidence angle where total internal reflection occurs to allow propagation along the grating confined waveguide. Light coupled with higher diffraction orders at much larger angles of incidence also satisfies Bragg reflections, resulting in higher order bandgaps. The effective bond strength is reduced for higher order mode propagation in this area, and is thus characterized as a large mode area. Since the effective refractive indices are different, it is possible to have the basic mode behavior simultaneously with other propagation characteristics. Thus, for example, a photon optical fiber has a different projection area than a conventional effective refractive index optical fiber. This region exists because there is an angular photon bandgap in which light cannot propagate through the surrounding grating cladding. Moreover, this bandgap is robust and does not change much in angular properties with increasing periods, and thus is relatively less sensitive to bends in long periods.
각도 광자 밴드갭이 격자의 각도 반사율에 의해 기술된다. 이러한 반사율 밴드폭은 매우 작고, 격자 크기, 자신의 결합 계수 및 입사각에 의존한다. 법선 (입사각, θ=90°) 또는 각진 입사에 대해, 반사능은 결합된 모드 이론으로부터 다음과 같이 주어지고,Angular photon bandgap is described by the angular reflectance of the grating. This reflectance bandwidth is very small and depends on the grating size, its coupling coefficient and the angle of incidence. For normal (incident angle, θ = 90 °) or angular incidence, the reflectivity is given by the combined mode theory,
(2) (2)
여기서,here,
(3) (3)
K는 격자에 대한 각도-의존 결합 계수이고, L은 격자의 길이이며, Δβ는 웨이브벡터의 디튜닝(detunig)이고, 이에 따라K is the angle-dependent coupling coefficient for the grating, L is the length of the grating, and Δβ is the detunig of the wavevector, thus
(4) (4)
최고 반사율은 Δθ=0에 대해 발생하고, Δθ가 K의 크기를 초과함에 따라 감소된다. 격자 한정 도파관에서, 반사율의 수용각이 (도 8의 감소하는 기울기로 표시된 바아 같이) 근접한 법선 입사각으로부터 변화를 가지며 상당히 좁아진다는 것을 알 수 있다. 결과적으로, 높은 차수의 광자 밴드갭은 넓어지고, 덜 공간 선택적이며, 이는 큰 입력 각도에 대해 단일 모드의 견고성을 내포한다. 각도 δθ의 디튜닝의 변화 δ(Δβ)은 쉽게 계산된다:The highest reflectance occurs for Δθ = 0 and decreases as Δθ exceeds the magnitude of K. In the grating confined waveguide, it can be seen that the acceptance angle of the reflectance becomes quite narrow with a change from the near normal incidence angle (as indicated by the decreasing slope of FIG. 8). As a result, higher order photon bandgaps are wider and less spatially selective, which implies a single mode of robustness for large input angles. The change δ (Δβ) of the detuning of the angle δθ is easily calculated:
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포획각(capture angle)에 대한 이러한 민감도로부터, 주기를 적절히 선택함으로써 각도 분산을 현저하게 변화시키는 것이 가능하다. 입사각이 긴 주기에서 유사하기 때문에(도 8 참조), 전파 상수 및 이에 따른 포획각에 대한 민감도는 증가하는 격자 주기에 수렴하는 경향이 있고- 이에 따라 수치적으로 표현된 형태의 평평한 분산 프로파일을 달성하는 것이 가능하다.From this sensitivity to the capture angle, it is possible to significantly change the angular dispersion by appropriately selecting the period. Because the angles of incidence are similar over long periods of time (see Figure 8), the propagation constants and thus the sensitivity to capture angles tend to converge on increasing lattice periods-thus achieving a flat dispersion profile in the form of a numerical representation. It is possible to do
코어 굴절률이 주위 클래딩보다 높을 때 유효 굴절률 화상하에서 단독으로 인도된 광에 대해서조차 모드 벡터가 클래딩과의 공진각을 가지지 않는다면, 광은 방사 모드에 빠르게 결합되고 누설될 수 있다. 더욱이, 모드각에 대한 이러한 불내성(intolerance)은 단일 모드 전파가 긴 격자 주기에 대해 특히 견고하도록 이러한 각도 밴드갭의 높은 공간 민감성을 야기한다. 그러므로, 제안된 모드 프로파일은 코어 영역 주위에 격자를 방사적으로 위치시키는 것과 유사함, 이러한 엄격한 제한이 존재하지 않는 통상적인 도파관 인도와는 달라야만 한다.Even for light guided alone under an effective refractive index image when the core refractive index is higher than the ambient cladding, the light can quickly couple to the radiation mode and leak if it does not have a resonant angle with the cladding. Moreover, this intolerance to the mode angle causes high spatial sensitivity of this angular bandgap such that single mode propagation is particularly robust for long grating periods. Therefore, the proposed mode profile is similar to the radial positioning of the grating around the core region, which must be different from conventional waveguide guidance, where this strict limitation does not exist.
주기적인 격자 내에서의 회절의 중요성을 인식함으로써, 격자 한정 전파가 소위 광자 결정 광섬유내에서 용이하게 달성될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 관련 각도 광자 밴드갭은 통상적인 유효 굴절률 광섬유와 이러한 광섬유를 구별하는 현상 범위에 대해 책임이 있다. 적용분야를 이러한 광섬유로 구성된 공진기로 확장시키면, 단부 반사기가 기울어질 때 링형 공진을 포함하는 전파 모드의 엄격한 벡터 각도의 결과 매우 흥미로운 행동이 발생할 것으로 예상된다. 이러한 구조물의 편광 특성 또한 통상적인 공진기와는 다르고, 완전히 새로운 수동 필터와 능동 필터 및 공진기가 가능하다.By recognizing the importance of diffraction within the periodic grating, it will be appreciated that grating confinement propagation can be readily achieved in a so-called photonic crystal optical fiber. Moreover, the associated angular photon bandgap is responsible for the developmental range that distinguishes such optical fibers from conventional effective refractive index fibers. Extending the application to such fiber-optic resonators, it is expected that very interesting behavior will occur as a result of the strict vector angle of the propagation mode including the ring resonance when the end reflector is tilted. The polarization characteristics of these structures are also different from conventional resonators, and entirely new passive filters, active filters and resonators are possible.
도 9에서, 제 1 격자 구조물(183)의 격자(182, 184) 및 제 2 격자 구조물(187)의 격자(186, 188)의 (처핑될 수 있는) 격자 주기가 링 공진이 다른 파장에 대해 다르고 이에 따라 출력이 다른 포인트에서 공간적이 되도록 주의깊게 선택된다면 공진기(181)는 WDM(파장 분할 멀티플렉싱) 필터링에 사용될 수 있다. 이는 경로(190, 192)와 예시적인 출력(194, 196)에 의해 개략적으로 도시된다. 격자 구조물(182 및/또는 187)는 샘플링된 격자 구조물일 수 있다.In FIG. 9, the grating periods (which may be chirped) of the gratings 182 and 184 of the first grating structure 183 and the gratings 186 and 188 of the second grating structure 187 are different for wavelengths with different ring resonances. The resonator 181 can be used for WDM (wavelength division multiplexing) filtering if it is different and thus the output is carefully chosen to be spatial at other points. This is schematically illustrated by paths 190 and 192 and example outputs 194 and 196. Grating structures 182 and / or 187 may be sampled grating structures.
샘플링된 프로파일 등을 사용하는 복잡한 설계가 WDM 동작에 사용될 수 있다. 특히, 강도 의존성은 통상적인 법선 입사보다 높은 콘트라스트를 가진 훨씬 더 근접한 피크를 가질 수 있다는 것을 의미한다. 이는 광섬유 (예를 들면, 광자 결정 광섬유) 기하학에 응용 가능하다는 것을 주목한다.Complex designs using sampled profiles and the like can be used for WDM operation. In particular, intensity dependence means that it can have much closer peaks with higher contrast than normal normal incidence. Note that this is applicable to optical fiber (eg photonic crystal fiber) geometry.
도 10에 도시된 바와 같이, 공진 레이저 설계(300)에서 광자 결정 광섬유(302)가 (임의의) 링 레이저(304)내 선상에 위치하여 선폭, 레이저 안정성 및 모드 선택도(다중-모드 활성 광섬유가 출력을 증가시키는데 사용될 때 횡단 포함)를 모두 개선시킨다. 유사 설계가 (임의의) 선형 레이저에 응용될 수 있다는 것을 주목한다.As shown in FIG. 10, in a resonant laser design 300, a photonic crystal fiber 302 is positioned on line within a (optional) ring laser 304 to provide line width, laser stability, and mode selectivity (multi-mode active fiber). Improves both, including traversal when is used to increase output. Note that similar designs can be applied to (arbitrary) linear lasers.
도 11에 도시된 바와 같이, 선택적인 실시예에서, 나선형 링 광섬유레이저(310)는 격자 한정 코어 구조물(314) 및 코어 구조물(314)내에 이격한 오목 반사기(315, 316)를 가지는 광섬유(312)를 포함한다. 따라서, 나선형 링 광섬유 레이저(310)는 원형 복굴절 출력(화살표 311로 표시됨)을 제공할 수 있다.As shown in FIG. 11, in an alternative embodiment, the helical ring fiber laser 310 is an optical fiber 312 having a grating confining core structure 314 and concave reflectors 315, 316 spaced within the core structure 314. ). Thus, the helical ring fiber laser 310 can provide a circular birefringent output (indicated by arrow 311).
더욱이, 클래딩 펌프 구성을 사용하지 않고도 고성능 광섬유 레이저가 제공된다. 이러한 레이저에 대해, 단일 모드 동작과 우수한 신뢰성 및 대규모 모드 영역이 가능하다. 이러한 실시예에서, 모드는 개구 회절에 의존하는 통상적인 광섬유와는 달리 격자 회절에 의존한다.Moreover, a high performance fiber laser is provided without using a cladding pump configuration. For such lasers, single mode operation, good reliability and large mode area are possible. In this embodiment, the mode relies on grating diffraction, unlike conventional optical fibers, which rely on aperture diffraction.
당업자라면 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어남 없이 특정 실시예에 설명된 바와 같이 본 발명에 대해 여러 변형 및/또는 변경이 널리 가능함을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 이러한 실시예들은 예시를 위한 것이고 한정을 위한 것은 아니다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications and / or changes to the present invention are possible as described in the specific embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, these embodiments are illustrative only and not intended to be limiting.
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