KR20050088074A - 구조적 키랄성에 기초한 광집적 편광 컨버터 - Google Patents

구조적 키랄성에 기초한 광집적 편광 컨버터 Download PDF

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KR20050088074A
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마이클 알 와츠
헤르만 에이 하우스
마테오 체르치
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메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
피렐리 앤 씨. 에스.피.에이.
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Abstract

본 발명의 광집적 편광 컨버터는 점진적으로 꼬인 도파관을 유사하게 만드는데 사용되고 그 안에 최초 편광 상태로부터 다른 최종 편광 상태로 전파 모드를 단열적으로 변화시키는데 사용되는 다수의 코어층을 포함한다.

Description

구조적 키랄성에 기초한 광집적 편광 컨버터{AN INTEGRATED OPTIC POLARIZATION CONVERTER BASED ON STRUCTURAL CHIRALITY}
본 출원은 전문이 참조로 본 명세서에 포함된 2002년 10월 30일에 출원된 가출원 제 60/422,414호 및 2003년 6월 16일에 출원된 가출원 제 60/478,751호로부터 우선권을 주장한다.
본 발명은 광집적 편광 컨버터, 특히 모드 진화(mode evolution) 또는 구조적 키랄성에 기초로한 광집적 편광 컨버터에 관한 것이다.
섬유 광통신의 보급이 증대됨에 따라, 광신호의 보다 복잡한 처리에 대한 요구가 계속해서 증가되고 있다. 광집적 소자는 칩에 많은 광학 기능을 집적하는 것이 가능하기 때문에, 광집적법은 보다 복잡한 신호 처리에 대한 요구를 충족시킬 것이다. 그러나, 기능성을 향상시키고 기능 당 비용을 감소시키기 위하여 칩 상의 구성요소의 밀도는 증가되어야 한다.
주어진 파장에 대해, 유전체 도파관에서 모드의 제한은 코어 굴절률과 클래딩 굴절률 사이의 차이에 의해 결정되고, 차이가 크면 클수록, 제한은 더 엄격해진다. 더 엄격한 제한으로 파생된 결과는 실질적인 방사 손실 없이 도파관을 더 밀접하게 묶는 능력과 날카로운 만곡부 주위로 빛을 도파하는 능력이다. 이 능력들이 소자 밀도에 영향을 미치는 두 개의 가장 중요한 파라미터들이기 때문에, 일반적으로 굴절률의 차이가 크면 클수록 소자의 밀도도 커진다고 말할 수 있다. 그러나, 굴절률 차이가 증가함에 따라, 도파관에서 전파되는 횡전기장(TE) 모드와 횡자기장(TM) 모드는 다른 특성들을 나타내기 시작한다. 정사각형 도파관의 직선 부분에서 TE 및 TM 모드는 동일한 속도에서 전파되는 반면, 만곡부에서 TE 및 TM 모드는 실질적으로 다른 속도로 전파된다. 한 쌍의 정사각형 고굴절률 (HIC) 도파관이 결합될 때, TE 및 TM 모드는 다른 속도로 결합된다. 대부분의 광집적 구성요소는 전파속도와 도파관 대 도파관 결합(coupling)에 민감하기 때문에, 이들 효과는 편광 의존 성능을 나타내고, 이 결과는 전기통신 용도로 사용되는 표준 단일모드 섬유로부터 나온 랜덤 편광 상태와 호환될 수 없다.
이런 효과들을 보상하는 한 가지 방식은 직사각형 도파관 형태를 사용하고 만곡부 주위의 전파에서 자연적인 차이를 보상하기 위해 도파관의 종횡비를 변화시키고/시키거나 도파관 대 도파관 결합을 균일하게 하는 것이다. 그러나, 이런 효과들의 하나 또는 다른 것은 특정 소자에 대해 이 방식으로 보상될 수 있는 반면, 굴절률 차이가 증가함에 따라 칩 상의 모든 소자들에 적용되는 방식으로 양자를 동시에 보상하는 것은 불가능하지는 않더라도 어려워진다.
HIC 광집적소자의 편광 민감성(polarization sensitivity)을 극복하기 위한 다른 방법은 편광 빔 스플리터(Polarizing beam splitter(PBS))를 가진 단일 모드 섬유로부터 나온 랜덤 입력 편광을 분리하고, 출력부를 편광 유지(PM) 섬유와 결합하고, 이 PM 섬유들의 하나를 90˚로 꼬고 두 개의 섬유를 광집적 소자 상의 개별 통로와 결합하는 것이다. 이들 통로의 각각에서 동일한 구조가 두 개의 구성요소를 독립적으로 가공하는데 사용된다. 출력부에서, 이들 구성요소들은 PM 섬유의 다른 쌍과 결합되고, 이전에 꼬이지 않은 통로의 PM 섬유를 꼬고 SM 섬유 출력부를 가진 다른 PBS에 양 섬유를 결합함으로써 재결합된다. 통상 "편파 다이버시티(polarization diversity)" 체계라고 불리는 이런 방법은 실현가능하지만, 대형 광집적 소자에 삽입될 때는 부담이 된다. PM 섬유를 정렬하는 것은 어렵고 비용이 많이 든다. 신호의 무결성을 유지하기 위하여, 통로 길이는 비트 길이의 적어도 1/10(즉, 1.5의 굴절률을 가진 10Gb/s 신호에 대해 ~2mm 및 40Gb/s 신호에 대해 ~0.5mm)이내에서 일치되어야 한다
더 좋은 방법은 PBS의 분리 기능과 꼬인 PM 섬유의 회전 기능을 광집적 칩에 통합하는 것이다. 그렇게 하면 PM 섬유를 정렬할 필요가 없게 되고 통로 길이는 리소그래피를 통해 쉽게 일치될 수 있다.
여러 광집적 편광 스플리터와 로테이터(또는 컨버터)가 제안되었다. 그러나, 지금까지 제안된 대부분의 장치들은 한 쌍의 도파관 모드의 결합에 의존한다. 결합된 모드에 기초한 소자들은 일반적으로 구조에서 전파되는 슈퍼-모드의 분산에서의 차이로부터 기인된 파장 민감성을 나타낸다. 또한, 이런 방법은 조립 실수에 매우 민감하다. 비록 도파관 형태 또는 분리에서 작은 변화는 소자 성능에 현저한 영향을 미칠 수 있다.
편광 스플리터 또는 로테이터를 형성하는 더 좋은 방법은 모드 진화의 원리를 사용하는 것이다. 도파관의 형태에 점진적(또는 단열) 변화를 가함으로써, 도파관의 모드는 조절될 수 있고 편광 상태는 분리되거나 회전될 수 있다. 이런 방법은 모드가 도파관의 적절한 설계와 구조의 느린 변화에 의해 보증될 수 있는 전력을 변화시키지 않는 것만 필요하다. 모드 결합의 예방은 상대적으로 느슨한 조건이기 때문에, 모드 진화에 기초한 소자들은 파장에 무감각하고 조립에 잘 견딘다. 모드 진화에 기초한 편광 스플리터가 형성될 수 있다고 제안되고 증명되었으나, 이 방법은 여러 도파관 재료를 필요로 하는 단점을 가진다. 현재까지 모드 진화의 원리를 사용하는 편광 컨버터가 제안되지 않았다.
일반적으로, 모드 진화 또는 구조적 키랄성의 원리에 기초한 광집적 소자로 TM 입력 편광을 TE 출력 편광으로 변환하거나 그 반대로 변환하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 소자가 파장에 무감각하고, 조립 실수에 잘 견디며, 제조하는데 단일 재료 시스템만을 필요로 하는 것이다.
본 발명의 목적들은 다음의 상세한 설명 및 첨부한 도면들로부터 당업자에게 명백해 질 것이다.
도 1은 꼬인 도파관의 개략도이다.
도 2는 세 개의 단열적으로 가늘어진 코어층을 사용하는 편광 컨버터의 개략도이다.
도 3a-3b는 본 발명의 도파관에서 전파되는 기본 모드 전기장의 그레이스케일 이미지이다.
도 4는 소자의 길이의 작용으로 도 2의 소자의 특정한 실행의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 5는 전자기장의 파장의 작용으로 도 2의 소자의 특정한 실행의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 6은 세 개의 단열적으로 가늘어고 분리된 코어층을 사용하는 편광 컨버터의 개략도이다.
도 7은 중간층의 단열 테이퍼링 및 상부와 하부 코어층의 단열 분리를 사용하는 편광 컨버터의 개략도이다.
도 8은 소자 길이의 작용으로 도 7의 소자의 특정한 실행의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 9는 전자기장의 파장의 작용으로 도 7의 소자의 특정한 실행의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 10은 단열적으로 가늘어지고 분리된 두 층만을 사용하는 편광 컨버터의 개략도이다.
도 11은 소자 길이의 작용으로 도 10의 소자의 특정한 실행의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 12는 전자기장의 파장의 작용으로 도 10의 소자의 특정한 실행의 성능을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 한 태양에 따라, 광집적 편광 컨버터가 제공된다. 상기 광집적 편광 컨버터는 점진적으로 꼬인 도파관을 유사하게 만드는데 사용되고 그 안에 최초 편광 상태에서 다른 최종 편광 상태로 전파 모드를 단열적으로 변형시키는데 사용되는 다수의 코어층을 포함한다.
본 발명의 다른 태양에 따라, 광집적 편광 컨버터를 형성하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 최초 편광 상태를 수용하는 것을 포함한다. 또한, 상기 방법은 점진적으로 꼬인 도파관을 유사하게 만드는데 사용되고 그 안에 최초 편광 상태에서 다른 최종 편광 상태로 전파 모드를 단열적으로 변화시키는데 사용되는 다수의 코어층을 형성하는 것을 포함한다.
일반적인 직사각형 유전체 도파관에 대한 모드 구조는 최소 두 개의 도파 전자기장 모드인, TE(또는 유사-TE) 모드와 TM(또는 유사-TM) 모드, 및 비도파(또는 복사) 전자기장 모드의 무수한 합으로 이루어진다. 만일 직사각형 도파관이 90˚로 회전된다면, 이의 모드 구조는 TM 모드가 되는 TE 모드 및 TE 모드가 되는 TM 모드와 유사하게 회전된다. 따라서, 직사각형 도파관과 이의 회전된 대응체 사이의 완활한 변화는 모드 진화를 통해 편광 변환을 일으키게 한다. 그러나, 최초 구조에 대한 섭동(perturbation)은 모드들 사이의 결합을 유도할 것이다. 작동할 모드 변환법의 경우, 모드들 사이의 전력 변화는 억제되어야 한다.
직사각형 도파관과 이의 회전된 대응체 사이의 변화 방법은 처음 구조를 꼬는 것이다. 도 1은 입력부(102) 및 출력부(104)를 갖는 단열적으로 꼬인 유전체 도파관의 개략도이다. 도파관(100)을 꼬는 것은 도파 모드들 사이 및 도파 모드 및 복사 모드 사이의 결합을 유발하는 직사각형 도파관의 모드 구조에 대한 섭동으로 작용한다. 도파 및 복사 모드 사이의 결합은 강한 섭동을 요하기 때문에, 복사 모드에 대한 결합은 느리게 변하는 구조에서는 일반적으로 무시될 수 있다. 그러나, 도파 모드들 사이의 결합은 중요한 효과를 가진다.
만일 도 1의 도파관(100)이 정사각형이면, 도파 모드는 축퇴될 것이고 따라서 동일한 속도로 전파된다. 꼬임에 의해 유도된 필드 결합은 구조의 길이를 따라 일관되게 첨가될 것이고 모드들 사이의 전력 교환은 상당할 것이다. 꼬인 도파관(100)은 모드 결합보다는 모드 진화의 원리에 의해 작동되기 때문에 이것은 바람직하지 않은 결과이다. 결합을 막기 위해, 도파 모드들이 다른 속도로 전파되도록 큰 종횡비를 가진 직사각형 도파관이 사용될 것이다. 이 경우, 구조의 길이를 따라 한 모드에서 다른 모드로 결합된 전력은 모드가 탈위상(de-phase)되도록 구조가 충분히 길다면 비간섭적으로 첨가될 것이다. 굴절률 차이, 종횡비 및 변화의 길이가 증가함에 따라, 비간섭성의 정도는 증가되고 구조의 길이를 따라 축적된 전력 교환은 임의적으로 낮게 될 수 있다. 성능은 탈위상이 일어나기에 변화가 너무 짧거나 도파관의 종횡비가 너무 작은 경우에만 이상치로부터 벗어난다.
도 1의 구조(100)는 도파관이 완벽하게 꼬인 이상적인 구조이다. 그러나, 소자를 실제적으로 사용하기 위해, 모든 이런 기하학적 배열들은 미세 제작 기술에 의해 형성되어야 하고, 일반적으로 이 기술은 구조는 리소그래피를 통해 정해진 형태를 가진 적층 처리(layering process)로 형성되는 것을 요한다. 여기서, 층은 수직 방향으로 굴절률의 변화가 없는 도파관 단면을 통과하는 수평면으로 정의된다.
광도파관은 통상적으로 다양한 굴절률의 유전체 재료로 형성된다. 일반적으로, 고굴절률 재료는 코어 재료로 고려되는 반면 저굴절률 재료는 클래딩 재료로 고려된다. 구체적으로, 클래딩 재료는 층 내에서 가장 낮은 굴절률을 가진 재료로 정의된다. 따라서 층 내의 모든 다른 재료들은 코어 재료들이다. 코어층은 코어 재료를 포함하는 층으로 정의된다.
구조가 편광 컨버터로 작동하기 위한 기본적인 조건들은 매우 애매하고, 전자기 감각에서 구조적 키랄성 또는 꼬임인 주요 조건은 유지된다. 몇 개의 가능한 기하학적 배열은 아래 기술된다.
도 2는 꼬인 도파관을 유사하게 만들고 수직으로 배열된 직사각형 도파관을 수평으로 배열된 직사각형 도파관으로 배열하기 위하여 각각 높이 h 1 , h 2 및 h 3 인 세 개의 코어층(4, 6 및 8)을 사용하는 광집적 편광 컨버터(2)의 개략도이다. 상세한 설명에서, 층(4, 6 및 8)들의 각각은 입력부에서 w 1 의 넓이를 가진다. 구조(2)의 출력부에서, 도파관 넓이는 w 2 이고, 높이 h 1 , h 2 및 h 3 의 합과 대략 동일하다. 입력부에서 높이는 중간층 h 2 의 높이이다. 그러나, 구조의 기하학적 배열은 활용 조건에 따라 변할 수 있다.
코어층보다 낮은 굴절률을 가진 클래딩은 광 가둠(light confinement)을 제공하기 위해 통상적으로 코어층 주위에 배열된다.
상부 코어층(4)과 하부 코어층(8)으로부터 재료를 제거하고 도파관 축의 회전과 유사한 방식으로 중간 코어층(6)에 재료를 첨가함으로써 변화가 이루어진다.
도 3a-3b는 본 발명의 도파관에서 전파되는 기본 모드 필드의 그레이스케일 이미지이다. 도 3a는 시작(10), 중간(12) 및 종결(14) 구조에 대한 기본 모드 전기장 형태의 성분의 그레이스케일 이미지를 나타낸다. 도 3b는 시작(16), 중간(18) 및 종결(20) 구조에 대한 기본 모드 전기장 형태의 성분의 그레이스케일 이미지를 나타낸다.
모드 형태로부터, 모드는 방향을 따라 최초로 편광되고, 구조를 따라 중간점에서 모드 필드 성분은 다소 균등하게 분리되고 구조의 말단에서 모드는 주로 방향을 따라 편광되는 것으로 나타난다. 결합 로컬 모드 이론(coupled local mode theory)은 이들 구조들 사이의 단열 변화가 시작 도파관에서 편광 상태로부터 최종 도파관(2)에서 편광 상태로 모드 변환을 가능하게 한다고 한다. 제일 모드와 제이 모드 모두 변형되기 때문에, 그 반대도 사실이다. 즉 처음 도파관에서 편광 상태는 일반적으로 마지막 도파관에서 편광 상태로 변형될 것이다. 또한, 상호의존 원리는 장치가 반대로도 작동하게 한다. 즉, 구조의 말단에서 시작된 와 편광 상태는 구조의 처음에서 각각 와 편광 상태로 단열적으로 변형될 것이다.
도 4는 구조의 길이에 따른 함수로서 도 2에 나타낸 컨버터의 특정한 실행의 성능을 나타내는 그래프이다. 이 실시예에서, h 1 = h 2 = h 3 = w 1 = 0.25㎛, w 2 = 0.75㎛, 코어 굴절률은 2.2이고 클래딩 굴절률은 1.445이고, 변화는 전파 방향 를 따라 선형이나, 다른 실시예에서 이 변수들은 변할 수 있고 비선형 변화가 사용될 수 있다. 3차원-모드 산란 공식은 시뮬레이션을 수행하는데 사용되었고 파장은 1.55㎛이었다. 모드 산란 시뮬레이션은 도파관 단면 당 단지 소수의 모드가 시스템을 나타내는데 필요한 경우 특히 정확한 모델링 장치이다. 복사 모드는 모드 진화에 기초한 작동법에 실질적으로 영향을 미치지 않기 때문에, 모드-산란 기술은 이 문제들에 매우 적합하다. 부가적으로, 제공된 결과는 전체 3차원 시간 영역 유한 차분법(finite difference time domain)(FDTD)) 시뮬레이션으로 짧은 소자 길이에서 확인되었다. FDTD 방법은 맥스웰 방정식의 완전한 수치적 구현(implementation)이다. 도 4에 제공된 모드 산란 시뮬레이션의 결과는 전력의 99% 이상은 오직 수 백 마이크론의 가늘어진 길이로 TM 편광에서 TE 편광으로 성공적으로 이동되는 것을 나타낸다. 완전히 꼬임인 도파관에 대해 가설을 세운 것과 같이, 가늘어짐이 너무 짧은 경우, 모드가 탈위상이 되기에는 섭동이 너무 커서, 도파관 모드가 전력을 변화시키고 소자 성능은 TM 편광 상태에서 잔여 전력을 감소시키는 것이 발견되었다.
도 5는 소자 길이가 200㎛로 고정될 때 도 4에서 고려되는 특정 실시예의 광대역 성능을 도시하는 그래프이다. 여기서 다시 한 번, 3차원 모드 산란 공식은 시뮬레이션을 수행하는데 사용되었다. 도 5는 파장 민감성은 전체 1.45㎛ 내지 1.65㎛ 범위; 통신용 대상 파장 범위에 걸쳐 식별할 수 없다는 것을 나타낸다. 이 방법의 광대역 성능은 작동의 기본 이론과 일치한다. 목적은 모드를 한 상태에서 모드들 사이의 결합을 일으키지 않으며 다른 상태로 변화시키는 것이기 때문에, 대역폭은 모드들 사이의 결합이 다른 것과 비교하여 한 파장에서 증가하는 정도에 의해서만 제한된다. 짧은 파장에서 다른 모드들의 외형은 이런 결합을 용이하게 할 수 있고 긴 파장에서 모드들은 보다 밀접하게 상이 일치되어 모드들 사이의 결합을 막는 주요 효과를 감소시킨다. 각각의 경우, 이런 현상을 일으키는데 파장의 큰 변화가 필요하다. 반대로 이것은 슈퍼-모드의 분산에서의 차이와 관련된 고유 밴드폭 제한을 겪는 결합된 모드를 기초로한 방법이다.
기본 구조의 많은 변화가 가능하다. 기하학적 배열과 굴절률 모두는 기술한 특정 실시예와 다를 수 있다.
도 6은 본 발명의 편광 컨버터(24)의 다른 실시예의 개략도이다. 조립 제한은 상부층(26)과 하부층(28)이 극소 넓이에 완활하게 도달하는 것을 막을 수 있다. 따라서, 최종 변화가 도 6에 나타낸대로 상부층(26) 및 하부층(28)을 중간층(30)과 분리시킴으로써 처리되는 구조를 고려하는 것이 장점일 수 있다. 이것은 최종 출력 도파관과 거의 동일한 단열 변화를 일으킨다.
구조(24)는 처음에 상부층(26), 중간층(30) 및 하부층(28)이 각각 h 1 , h 2 및 h 3 의 높이를 갖도록 설계된다. 또한, 층(26, 28 및 30)들의 각각은 입력부에서 w 1 의 넓이를 가질 것이다. 구조(24)의 출력부에서 넓이는 높이 h 1 , h 2 및 h 3 의 합과 거의 동일한 w 2 이다는 것을 주목하라. 출력부에서의 높이는 충간층(h 2 )의 높이이다.
코어층보다 더 낮은 굴절률을 가진 클래딩은 통상적으로 광 가둠을 제공하기 위해 코어층 주위에 배열된다.
도 7은 도 6의 컨버터와 성질이 유사한 본 발명의 편광 컨버터(32)의 다른 실시예의 개략도이다. 그러나, 상부층(34)과 하부층(38)은 사실상 전혀 가늘어지지 않고, 오히려 점진적으로 중간층(36)과 분리된다. 이런 방법으로 최소 외형 크기는 더 커질 수 있어서 간편한 제작법을 사용하여 조립이 더욱 용이하다. 상부층(34)과 중간층(36)은 거리(s)만큼 출력부에서 분리되고, 중간층(36)과 하부층(38)은 거리(s)만큼 출력부에서 분리된다.
구조(32)는 처음에 상부층(34), 중간층(36) 및 하부층(38)이 각각 h 1 , h 2 및 h 3 의 높이를 갖도록 설계된다. 또한, 층(34, 36 및 38)들의 각각은 w 1 의 넓이를 가질 것이다. 구조(32)의 출력부에서 넓이는 높이 h 1 , h 2 및 h 3 의 합과 거의 동일한 w 2 이다. 출력부에서 높이는 충간층(h 2 )의 높이이다.
코어층보다 더 낮은 굴절률을 가진 클래딩은 통상적으로 광 가둠을 제공하기 위해 코어층 주위에 배열된다.
도 8은 구조의 길이에 따른 함수로서 도 7에 나타낸 편광 컨버터의 특정한 실시예의 성능을 나타내는 그래프이다. 이 실시예에서, 변수는 h 1 = h 2 = h 3 = 0.25㎛, w 1 = 0.25㎛, w 2 = 0.75㎛, s = 0.125㎛ 및 코어 굴절률과 클래딩 굴절률은 각각 2.2와 1.445로 정해졌다. 다른 실시예에서, 이 변수들은 변할 수 있다. 다시, 3차원-모드 산란 공식은 시뮬레이션을 수행하는데 사용되었고 파장은 1.55㎛이었다. 최초 실시예의 성능과 유사한 성능은 오직 수 백 마이크론의 소자 길이로 얻어진다.
도 9는 소자 길이가 200㎛로 고정될 때 도 7에서 고려되는 특정 실시예의 광대역 성능을 도시하는 그래프이다. 여기서 다시 한 번, 3차원 모드 산란 공식은 시뮬레이션을 수행하는데 사용되었다. 도 9는 파장 민감성이 전체 1.45㎛ 내지 1.65㎛ 범위에 걸쳐 식별할 수 없다는 것을 나타낸다.
비록 3개 층들이 소자가 대칭이 되는데 필요한 최소이지만, 상기 방법들의 임의의 것은 단지 두 개의 코어층으로 이루어진 소자에 적용될 수 있다. 도 10은 단지 두 개의 코어층(42, 44)을 사용하는 편광 컨버터(40)의 개략도이다. 이 실시예에서, 상부층(42)과 하부층(44)은 모두 동시에 가늘어지고 분리된다.
편광 컨버터(40)는 처음에 상부층(42) 및 하부층(44)이 각각 h 1 및 h 2 의 높이를 갖도록 설계된다. 또한, 층(42 및 44)의 각각은 입력부에서 w 1 의 넓이를 가질 것이다. 출력부에서, 상부층의 넓이는 w 3 이다. 키랄 도파관 구조(40)의 출력부에서 넓이는 높이 h 1 및 h 2 의 합과 거의 동일한 w 2 이다. 출력부에서 높이는 충간층 h2의 높이이다. 소자의 성능은 층의 순서(즉, 어떤 층이 상부에 놓이는지)에 영향을 받지 않는다.
코어층보다 더 낮은 굴절률을 가진 클래딩은 통상적으로 광 가둠을 제공하기 위해 코어층 주위에 배열된다.
도 11은 구조의 길이에 따른 함수로서 도 10에 나타낸 구도물의 특정한 실시예의 성능을 나타내는 그래프이다. 이 실시예에서, 변수는 h 1 = h 2 = 0.4㎛, w 1 = 0.4㎛, w 2 = 0.8㎛, w 3 = 0.25㎛, s = 0.25㎛ 및 코어 굴절률과 클래딩 굴절률은 각각 2.2와 1.445로 정해졌다. 다른 실시예에서, 이 변수들은 변할 수 있다. 다시, 3차원-모드 산란 공식은 시뮬레이션을 수행하는데 사용되었고 파장은 1.55㎛이었다. 두 층 실시예에 고유한 비대칭성에도 불구하고, 구조는 길이가 단지 수백 마이크론인 구조에 대한 TM 편광에서 TE 편광으로 전이된 전력의 99%이상으로 잘 작동한다.
도 12는 도 11에서의 시뮬레이션에 사용되는 실시예의 100㎛ 길이 수행의 광대역 성능을 도시하는 그래프이다. 다시, 3차원 모드 산란 공식은 시뮬레이션을 수행하는데 사용되었다. 도 12는 파장 민감성은 전체 1.45㎛ 내지 1.65㎛ 범위에 걸쳐 식별할 수 없다는 것을 나타낸다.
비록 본 발명은 여러 바람직한 실시예에 대해 나타내고 기술하였지만, 이에 대한 다양한 변화, 생략 및 첨가는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가해질 수 있다.
본 발명의 내용 중에 있음

Claims (14)

  1. 점진적으로 꼬인 도파관을 유사하게 만드는데 사용되고 그 안에 최초 편광 상태에서 다른 최종 편광 상태로 전파 모드를 단열적으로 변화시키는데 사용되는 다수의 코어층을 포함하는 광집적 편광 컨버터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어층들의 적어도 하나는 편광 컨버터의 길이를 따라 선형적으로 가늘어지는 편광 컨버터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어층들의 적어도 하나는 편광 컨버터의 길이를 따라 비선형적으로 가늘어지는 편광 컨버터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 코어층들은 두 개의 코어층을 포함하는 편광 컨버터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 코어층들은 세 개의 코어층을 포함하는 편광 컨버터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    일정한 수의 상기 코어층들은 편광 컨버터의 길이를 따라 일정하게 유지되는 편광 컨버터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어층들은 편광 컨버터의 길이를 따라 측면으로 분리되는 편광 컨버터.
  8. 최초 편광 상태를 수용하는 단계; 및
    점진적으로 꼬인 도파관을 유사하게 만드는데 사용되고 그 안에 최초 편광 상태로부터 다른 최종 편광 상태로 전파 모드를 단열적으로 변화시키는데 사용되는 다수의 코어층을 형성하는 단계를 포함하는 광집적 편광 컨버터의 사용 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 코어층들의 적어도 하나는 편광 컨버터의 길이를 따라 선형적으로 가늘어지는 광집적 편광 컨버터의 사용 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 코어층들의 적어도 하나는 편광 컨버터의 길이를 따라 비선형적으로 가늘어지는 광집적 편광 컨버터의 사용 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 코어층들은 두 개의 코어층을 포함하는 광집적 편광 컨버터의 사용 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 코어층들은 세 개의 코어층을 포함하는 광집적 편광 컨버터의 사용 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    일정한 수의 상기 코어층들은 편광 컨버터의 길이를 따라 일정하게 유지되는 광집적 편광 컨버터의 사용 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 코어층들은 편광 컨버터의 길이를 따라 측면으로 분리되는 광집적 편광 컨버터의 사용 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8913854B2 (en) 2010-12-22 2014-12-16 Alcatel Lucent Planar polarization rotator

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006505016A (ja) * 2002-10-30 2006-02-09 マサチューセッツ・インスティチュート・オブ・テクノロジー 波長非反応性集積光偏光スプリッター
US7106918B2 (en) * 2003-06-24 2006-09-12 Massachusetts Institute Of Technology Structurally chiral materials exhibiting magneto-gyrotropy
US7792403B1 (en) * 2005-09-08 2010-09-07 Infinera Corporation Adiabatic polarization converter
US7702188B2 (en) * 2005-09-08 2010-04-20 Infinera Corporation Polarization beam splitter-polarization rotator structure
WO2007097800A2 (en) * 2005-12-12 2007-08-30 Comp-Optics Llc. Laser diode array beam translator
JPWO2008066159A1 (ja) * 2006-12-01 2010-03-11 日本電気株式会社 偏光回転器及びその製造方法
JPWO2008066160A1 (ja) * 2006-12-01 2010-03-11 日本電気株式会社 光変換器およびその製造方法
US7565041B2 (en) * 2007-10-26 2009-07-21 Infinera Corporation Symmetric optical circuit with integrated polarization rotator
JP5182049B2 (ja) * 2008-12-09 2013-04-10 富士通株式会社 偏波変換デバイス及び偏波多重変調器
US8160405B2 (en) * 2009-12-23 2012-04-17 Infinera Corporation Optical integrated circuit
US8494314B2 (en) * 2010-07-05 2013-07-23 Infinera Corporation Fabrication tolerant polarization converter
US12007605B2 (en) 2011-06-08 2024-06-11 Skorpios Technologies, Inc. Monolithically-integrated, polarization-independent circulator
US9453965B2 (en) * 2011-06-08 2016-09-27 Skorpios Technologies, Inc. Systems and methods for photonic polarization rotators
US9128242B2 (en) * 2011-12-15 2015-09-08 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. Mode-evolution compound converter
US9300406B2 (en) 2012-08-06 2016-03-29 Skorpios Technologies, Inc. Method and system for the monolithic integration of circuits for monitoring and control of RF signals
US9337933B2 (en) 2012-10-19 2016-05-10 Skorpios Technologies, Inc. Integrated optical network unit
US9070386B2 (en) * 2012-12-04 2015-06-30 Seagate Technology Llc Polarization rotator
US9214711B2 (en) * 2013-03-11 2015-12-15 Commscope Technologies Llc Twist septum polarization rotator
US8873899B2 (en) 2013-03-14 2014-10-28 Cisco Technology, Inc. Modal rotation in optical waveguides
FR3006453B1 (fr) * 2013-05-30 2016-10-28 Inst Polytechnique Grenoble Dispositif optique rotateur de polarisation integre dans un substrat de verre et procede de fabrication de ce dispositif
EP3009869A1 (en) * 2013-06-27 2016-04-20 Fujikura, Ltd. Polarization conversion element
KR20150081808A (ko) 2014-01-07 2015-07-15 삼성전자주식회사 편광제어 광 채널 및 이를 포함하는 메모리 시스템
JP6346454B2 (ja) * 2014-02-17 2018-06-20 株式会社フジクラ 基板型導波路素子、及び、光変調器
US9664853B2 (en) * 2014-07-11 2017-05-30 Acacia Communications, Inc. Low-loss waveguide transition
US9400354B2 (en) * 2014-11-06 2016-07-26 Huawei Technologies Co., Ltd. Waveguide polarization rotator and method of construction thereof
EP3312647B1 (en) * 2015-07-16 2021-02-03 Huawei Technologies Co., Ltd. Polarization mode converter
JP6839661B2 (ja) * 2016-02-04 2021-03-10 古河電気工業株式会社 光素子及びその製造方法、並びに光変調器
DE102016202634A1 (de) * 2016-02-19 2017-08-24 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Herstellen eines Polarisationskonverters, Polarisationskonverter und Polarisationskonverterelement
WO2018017958A2 (en) 2016-07-22 2018-01-25 Skorpios Technologies, Inc. Monolithically-integrated, polarization-independent circulator
US10488590B2 (en) * 2016-11-29 2019-11-26 Finisar Corporation Adiabatic polarization rotator-splitter
US10684416B2 (en) * 2017-07-27 2020-06-16 Ii-Vi Delaware Inc. Fabrication-tolerant and broadband polarization splitter and rotator
GB2572455B (en) * 2018-03-28 2020-07-01 Rockley Photonics Ltd Polarization rotator
GB2578583B (en) 2018-10-30 2020-11-18 Rockley Photonics Ltd Optoelectronic modulator, photonic integrated circuit, and method
FI129419B (en) * 2019-05-07 2022-02-15 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Polarization selector
CN114174902A (zh) * 2019-05-24 2022-03-11 洛克利光子有限公司 光学隔离器
CN110412685B (zh) * 2019-06-26 2023-07-14 华南师范大学 基于集成电介质光波导的圆偏振模式鉴别与分束器件
CN110160997B (zh) * 2019-07-02 2021-07-06 陕西师范大学 一种实现手性近场的波导结构及其手性检测方法
US10955615B2 (en) * 2019-07-15 2021-03-23 Ciena Corporation Managing mode transfer in asymmetric waveguide coupling structures
EP4094104A4 (en) * 2020-01-20 2023-08-23 B.G. Negev Technologies and Applications Ltd., at Ben-Gurion University ON CHIP BROADBAND POLARIZATION ROTATOR
DE102020204641A1 (de) 2020-04-09 2021-10-14 Karlsruher Institut für Technologie Optische Kopplung und modenselektive Trennung oder Überlagerung von optischen Feldern
WO2022038590A1 (en) * 2020-08-16 2022-02-24 B.G. Negev Technologies And Applications Ltd., At Ben-Gurion University On-chip entangled photon pair source
WO2023274501A1 (en) * 2021-06-29 2023-01-05 Huawei Technologies Co., Ltd. A device for multiplexing or demultiplexing polarised waves

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4998793A (en) * 1989-11-14 1991-03-12 At&T Bell Laboratories Adiabatic polarization manipulating device
US5243669A (en) * 1992-04-07 1993-09-07 At&T Bell Laboratories Asymmetric, periodically loaded waveguide for polarization rotation
US5225797A (en) * 1992-04-27 1993-07-06 Cornell Research Foundation, Inc. Dielectric waveguide-to-coplanar transmission line transitions
NL9300204A (nl) * 1993-02-02 1994-09-01 Nederland Ptt Geintegreerde optische component voor het manipuleren van de polarisatie van optische signalen.
US6907169B2 (en) * 2001-10-30 2005-06-14 Xponent Photonics Inc Polarization-engineered transverse-optical-coupling apparatus and methods

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8913854B2 (en) 2010-12-22 2014-12-16 Alcatel Lucent Planar polarization rotator
US9110241B2 (en) 2010-12-22 2015-08-18 Alcatel Lucent Planar polarization rotator

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Publication number Publication date
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CA2503825A1 (en) 2004-05-21
US7228015B2 (en) 2007-06-05

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