KR20230160546A - An optical interferometer - Google Patents

An optical interferometer Download PDF

Info

Publication number
KR20230160546A
KR20230160546A KR1020220060158A KR20220060158A KR20230160546A KR 20230160546 A KR20230160546 A KR 20230160546A KR 1020220060158 A KR1020220060158 A KR 1020220060158A KR 20220060158 A KR20220060158 A KR 20220060158A KR 20230160546 A KR20230160546 A KR 20230160546A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical
waveguide
interferometer
light
splitter
Prior art date
Application number
KR1020220060158A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최중선
김갑중
김민철
박성수
백주희
윤천주
임경천
최병석
Original Assignee
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전자통신연구원 filed Critical 한국전자통신연구원
Priority to KR1020220060158A priority Critical patent/KR20230160546A/en
Publication of KR20230160546A publication Critical patent/KR20230160546A/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B6/12004Combinations of two or more optical elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29302Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means based on birefringence or polarisation, e.g. wavelength dependent birefringence, polarisation interferometers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29346Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25Arrangements specific to fibre transmission
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B2006/12083Constructional arrangements
    • G02B2006/12104Mirror; Reflectors or the like
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12Light 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
    • G02B2006/12133Functions
    • G02B2006/12159Interferometer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Abstract

광학 간섭계가 개시된다. 다양한 실시예에 따른 기판의 일면에 형성되는 광학 간섭계는 입력되는 광 신호를 복수의 광 신호로 분할하여 출력하는 광 분할기, 일단이 상기 광 분할기의 출력에 연결되는 복수의 도파로, 상기 도파로의 타단에 연결되어 상기 도파로를 통해 전파되는 분할된 복수의 광 신호를 반사하는 광 반사기, 및 상기 도파로와 상기 광 반사기 사이에 위치하고 상기 도파로를 수직으로 가로질러 형성되고, 광축이 상기 일면에 대해 45도 또는 135도 방향이고, 상기 분할된 복수의 광 신호의 편광 상태를 변화시키는 사분파장판(quarter-wave plate)을 포함할 수 있다.Optical interferometry is disclosed. An optical interferometer formed on one side of a substrate according to various embodiments includes an optical splitter that splits an input optical signal into a plurality of optical signals and outputs a plurality of waveguides, one end of which is connected to the output of the optical splitter, and the other end of the waveguide. An optical reflector that is connected and reflects a plurality of divided optical signals propagating through the waveguide, and is located between the waveguide and the optical reflector and is formed to vertically cross the waveguide, and has an optical axis at an angle of 45 degrees or 135 degrees with respect to the one surface. degree direction and may include a quarter-wave plate that changes the polarization state of the plurality of divided optical signals.

Description

광학 간섭계{AN OPTICAL INTERFEROMETER}AN OPTICAL INTERFEROMETER}

아래 개시는 광학 간섭계에 관한 것이다.The disclosure below relates to optical interferometry.

광학 간섭계는 두 경로의 빛이 합쳐질 때 상대적인 위상에 따라서 빛의 세기 분포가 달라지는 현상을 이용하는 소자 또는 시스템이다. 빛의 위상은 직접 측정하는 것이 어려우므로 간섭 현상을 이용하여 측정하며, 위상 변조를 사용하는 광통신에서 사용될 수 있다.An optical interferometer is a device or system that utilizes the phenomenon that the distribution of light intensity varies depending on the relative phase when light from two paths are combined. Since it is difficult to measure the phase of light directly, it is measured using the interference phenomenon and can be used in optical communication using phase modulation.

광학 간섭계는 파장의 수분의 1 이하의 길이에 해당하는 광 경로차의 변화에도 민감하게 반응하므로 센서의 용도로 사용할 수 있는 장점이 있는 반면, 광 경로차가 의도치 않은 어떠한 요인에 의해 달라지면 출력이 달라질 수 있다. 광학 간섭계는 간섭계의 광 경로 길이가 길어질수록 광 경로차의 변화에 민감하게 반응하고, 광 경로에서 복굴절이 발생할 경우에는 편광에 따른 다른 특성을 가지는 편광 의존성을 가질 수 있다.Optical interferometers have the advantage of being able to be used as sensors because they respond sensitively to changes in the optical path difference of less than one fraction of the wavelength. However, if the optical path difference changes due to some unintended factor, the output may vary. You can. An optical interferometer responds more sensitively to changes in the optical path difference as the optical path length of the interferometer becomes longer, and when birefringence occurs in the optical path, it may have polarization dependence with different characteristics depending on polarization.

반도체 공정을 통해 제작되는 평판형 도파로 소자도 일반적으로 복굴절이 발생하므로 도파로 기반 광학 간섭계도 편광 의존성을 가질 수 있다.Since planar waveguide devices manufactured through semiconductor processes also generally generate birefringence, waveguide-based optical interferometers may also have polarization dependence.

다양한 실시예들은 기판의 상면에 광 반사기를 구현함으로써 부피가 큰 패러데이 거울을 도파로 칩의 측면에 부착하는 광학 간섭계의 다른 예와 비교했을 때 패키징 공정을 단순화하고 신뢰성을 높일 수 있다.By implementing a light reflector on the top surface of the substrate, various embodiments can simplify the packaging process and increase reliability compared to other examples of optical interferometers that attach bulky Faraday mirrors to the sides of the waveguide chip.

다양한 실시예들은 기판의 상면에 광 반사기를 구현함으로써 광학 간섭계의 소형화에 유리하고 안정적이고 간단한 구조의 집적형 편광 둔감형 광학 간섭계를 제공할 수 있다.Various embodiments can provide an integrated polarization-insensitive optical interferometer with a stable and simple structure that is advantageous for miniaturization of the optical interferometer by implementing a light reflector on the upper surface of the substrate.

다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, technical challenges are not limited to the above-mentioned technical challenges, and other technical challenges may exist.

일 실시예에 따른 기판의 일면에 형성되는 광학 간섭계는 입력되는 광 신호를 복수의 광 신호로 분할하여 출력하는 광 분할기, 일단이 상기 광 분할기의 출력에 연결되는 복수의 도파로, 상기 도파로의 타단에 연결되어 상기 도파로를 통해 전파되는 분할된 복수의 광 신호를 반사하는 광 반사기 및 상기 도파로와 상기 광 반사기 사이에 위치하고 상기 도파로를 수직으로 가로질러 형성되고, 광축이 상기 일면에 대해 45도 또는 135도 방향이고, 상기 분할된 복수의 광 신호의 편광 상태를 변화시키는 사분파장판(quarter-wave plate)을 포함할 수 있다.An optical interferometer formed on one side of a substrate according to an embodiment includes an optical splitter that splits an input optical signal into a plurality of optical signals and outputs them, a plurality of waveguides, one end of which is connected to the output of the optical splitter, and the other end of the waveguide. An optical reflector that is connected and reflects a plurality of divided optical signals propagating through the waveguide, and is located between the waveguide and the optical reflector and is formed to vertically cross the waveguide, and has an optical axis at 45 degrees or 135 degrees with respect to the one surface. direction, and may include a quarter-wave plate that changes the polarization state of the plurality of divided optical signals.

상기 광 분할기는 DC(directional coupler) 또는 MMI(multimode interference device)를 포함할 수 있다.The optical splitter may include a directional coupler (DC) or a multimode interference device (MMI).

상기 DC 또는 상기 MMI는1:1의 광 분배비를 가질 수 있다.The DC or the MMI may have an optical distribution ratio of 1:1.

상기 도파로는 제1 길이의 제1 도파로 및 제2 길이의 제2 도파로를 포함할 수 있다.The waveguide may include a first waveguide of a first length and a second waveguide of a second length.

상기 제1 길이와 상기 제2 길이는 서로 다를 수 있다.The first length and the second length may be different from each other.

상기 제1 도파로는 반원형이고 상기 제2 도파로는 직선형일 수 있다.The first waveguide may be semicircular and the second waveguide may be straight.

상기 도파로는 단면이 직사각형 모양의 평판형 도파로를 포함할 수 있다.The waveguide may include a flat waveguide with a rectangular cross-section.

상기 광 반사기는 상기 광 분할기와 다른 광 분할기, 및 상기 도파로와는 다른 도파로를 포함할 수 있다.The light reflector may include a light splitter different from the light splitter and a waveguide different from the waveguide.

상기 다른 광 분할기의 제1 포트는 상기 타단에 연결되고, 상기 다른 광 분할기의 제2 포트에 포함된 2개의 포트는 상기 다른 도파로의 일단 및 타단에 각각 연결되고, 상기 다른 도파로는 루프 형태일 수 있다.The first port of the other optical splitter is connected to the other end, the two ports included in the second port of the other optical splitter are connected to one end and the other end of the other waveguide, respectively, and the other waveguide may be in the form of a loop. there is.

상기 다른 도파로는 단면이 직사각형 모양의 평판형 도파로를 포함할 수 있다.The other waveguide may include a flat waveguide with a rectangular cross-section.

도 1은 광학 간섭계의 원리 및 편광 의존성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 편광 의존성을 억제할 수 있는 패러데이 거울을 사용한 마이클슨 간섭계의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 편광 의존성을 억제할 수 있는 광학 간섭계의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다양한 실시예에 따른 편광 의존성을 억제할 수 있는 광학 간섭계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 광 반사기의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a diagram to explain the principle and polarization dependence of an optical interferometer.
Figure 2 is a diagram to explain the structure of a Michaelson interferometer using a Faraday mirror that can suppress polarization dependence.
Figure 3 is a diagram for explaining another example of an optical interferometer capable of suppressing polarization dependence.
FIG. 4 is a diagram illustrating an optical interferometer capable of suppressing polarization dependence according to various embodiments.
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the light reflector shown in FIG. 4.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only and may be changed and implemented in various forms. Accordingly, the actual implementation form is not limited to the specific disclosed embodiments, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical idea described in the embodiments.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but these terms should be interpreted only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to the other component, but that other components may exist in between.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of the described features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or numbers, It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.

이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, identical components will be assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.

도 1은 광학 간섭계의 원리 및 편광 의존성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram to explain the principle and polarization dependence of an optical interferometer.

광학 간섭계는 서로 다른 광 경로를 통해 전파되는 두 빛의 간섭 현상을 측정하는 장치일 수 있다. 도 1을 참조하면, 빛은 파동이므로 서로 다른 경로(P1 및 P2, 또는 P3 및 P4)를 따라 전파되는 빛이 한점(b 또는 c)에 만날 때, 광 경로 차이 또는 편광 방향에 따라 간섭(예: 보강 간섭 또는 상쇄 간섭)의 종류가 달라질 수 있다.An optical interferometer may be a device that measures the interference phenomenon of two lights propagating through different optical paths. Referring to Figure 1, since light is a wave, when light propagating along different paths (P1 and P2, or P3 and P4) meets a point (b or c), interference (e.g., interference) occurs depending on the light path difference or polarization direction. : The type of interference (constructive interference or destructive interference) may vary.

도 1의 (a)는 보강 간섭의 일 예를 나타낸다. 도 1의 (a)를 참조하면, 서로 다른 광 경로(P1 및 P2)의 광 경로차(D2 - D1)가 빛의 한파장의 정수 배(예: 2배)일 때 점(b)에서는 보강 간섭이 발생할 수 있다.Figure 1(a) shows an example of constructive interference. Referring to (a) of FIG. 1, when the optical path difference (D2 - D1) of different optical paths (P1 and P2) is an integer multiple (e.g., 2 times) of one wavelength of light, constructive interference occurs at point (b). This can happen.

도 1의 (b)는 상쇄 간섭의 일 예를 나타낸다. 도 2의 (b)를 참조하면, 서로 다른 광 경로(P3 및 P4)의 광 경로차(D4 - D3)가 빛의 반파장의 홀수 배(예: 5배)일 때, 점(c)에서는 상쇄 간섭이 발생할 수 있다.Figure 1(b) shows an example of destructive interference. Referring to (b) of FIG. 2, when the optical path difference (D4 - D3) of different optical paths (P3 and P4) is an odd multiple (e.g., 5 times) of the half wavelength of light, they cancel out at point (c). Interference may occur.

광학 간섭계의 출력은 보강 간섭이 발생할 경우 커지고 상쇄 간섭이 발생할 경우 작아질 수 있다. 광학 간섭계는 광 경로차에 따라 간섭의 결과(예: 보강 간섭 또는 상쇄 간섭)가 달라지므로 센서의 용도로 사용될 수 있다. 다만, 광 경로차가 의도하지 않은 다른 요인에 의해 달라지게 될 경우 출력이 달라져 오류의 원인이 될 수 있으므로 다른 요인을 적절히 통제할 필요가 있을 수 있다.The output of an optical interferometer can become larger when constructive interference occurs and smaller when destructive interference occurs. Optical interferometers can be used as sensors because the results of interference (e.g., constructive interference or destructive interference) vary depending on the optical path difference. However, if the optical path difference changes due to other unintended factors, the output may change and cause errors, so it may be necessary to properly control other factors.

광학 간섭계에 입사한 빛은 간섭계 내부의 광경로에서 복굴절이 발생할 경우 편광이 다른 두개의 빛으로 갈라 질 수 있다. 편광이 다른 두개의 빛의 광경로 차이에 따라 광학 간섭계는 편광 의존성을 가질 수 있다. 광섬유는 코어의 단면이 원으로 되어 있어 이론상으로는 편광 의존성을 가지지 않으나 실제 광섬유는 완벽하게 대칭으로 제작되기가 어렵고, 구부러진 형태로 설치가 될 수 있어 복굴절이 발생할 수 있다. 반도체 공정을 통해 제작되는 평판형 도파로 소자도 복굴절이 발생하므로 도파로 기반 광학 간섭계도 일반적으로 편광 의존성을 가질 수 있다.Light incident on an optical interferometer may be split into two lights with different polarizations if birefringence occurs in the optical path inside the interferometer. Depending on the difference in the optical paths of two lights with different polarizations, optical interferometry can have polarization dependence. Optical fibers have a circular cross-section of the core, so in theory they do not have polarization dependence, but in reality, optical fibers are difficult to manufacture perfectly symmetrically, and can be installed in a curved shape, which can cause birefringence. Since planar waveguide devices manufactured through semiconductor processes also generate birefringence, waveguide-based optical interferometers may also generally have polarization dependence.

광학 간섭계의 신뢰도를 향상시키기 위해서는 편광 의존성을 억제할 필요가 있을 수 있다. 편광 의존성을 억제하기 위해서는 광학 간섭계의 부품을 편광에 둔감하게 제작하거나, 입력 편광을 서로 수직인 두 편광으로 분리한 후 완전히 동일하게 제작된 광학 간섭계를 각각 통과하도록 만들 수 있다. 다만, 이러한 방법은 소형으로 집적화가 어렵거나, 광학 간섭계의 부품 수가 늘어나고 완전히 동일한 광학 간섭계를 제작하는 것이 현실적으로 어렵다는 문제가 있을 수 있다.To improve the reliability of optical interferometry, it may be necessary to suppress polarization dependence. In order to suppress polarization dependence, the components of the optical interferometer can be made insensitive to polarization, or the input polarization can be split into two polarizations perpendicular to each other and then made to pass through an optical interferometer manufactured exactly the same. However, this method may have problems in that it is difficult to integrate in a small size, the number of components of the optical interferometer increases, and it is realistically difficult to manufacture an entirely identical optical interferometer.

도 2는 편광 의존성을 억제할 수 있는 패러데이 거울을 사용한 마이클슨 간섭계의 구조를 설명하기 위한 도면이다.Figure 2 is a diagram to explain the structure of a Michaelson interferometer using a Faraday mirror that can suppress polarization dependence.

도 2를 참조하면, 간섭계(200)는 패러데이 구조(예: 패러데이 거울)을 사용한 마이클슨(Michelson interferometer) 간섭계일 수 있다. 간섭계(200)는 광 분할기(203) 및 하나 이상의 패러데이 거울(205 및 207)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the interferometer 200 may be a Michelson interferometer using a Faraday structure (eg, a Faraday mirror). Interferometer 200 may include a light splitter 203 and one or more Faraday mirrors 205 and 207.

광원(201)에서 나온 빛은 광 분할기(203)에 의해 서로 다른 광 경로(P1 및 P2)를 통해 전파되는 빛으로 분할될 수 있다. 분할된 빛은 패러데이 거울(205 및 207)을 통해 반사 및 편광 방향이 90도 회전되어 동일한 광 경로를 되돌아가게 될 수 있다. 빛이 광 경로(P1 및 P2)를 왕복했을 때 빛의 위상은 입력 편광에 관계없이 동일하게 변하므로 편광 의존성을 억제할 수 있다. 간섭계(200)는 비교적 간단하지만, 두 개의 패러데이 거울(205 및 207)을 칩에 부착하는 패키징 작업이 수반되고, 소형화가 어렵다는 단점이 있을 수 있다.Light emitted from the light source 201 may be split by the light splitter 203 into light propagating through different optical paths (P1 and P2). The split light may have its reflection and polarization direction rotated by 90 degrees through the Faraday mirrors 205 and 207 to return to the same optical path. When light travels back and forth through the optical paths (P1 and P2), the phase of the light changes the same regardless of the input polarization, so polarization dependence can be suppressed. Although the interferometer 200 is relatively simple, it may have the disadvantage of requiring packaging work to attach two Faraday mirrors 205 and 207 to the chip and making it difficult to miniaturize.

도 3은 편광 의존성을 억제할 수 있는 광학 간섭계의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.Figure 3 is a diagram for explaining another example of an optical interferometer capable of suppressing polarization dependence.

도 3을 참조하면, 간섭계(300)는 편광 둔감형 광학 간섭계일 수 있다. 간섭계(300)는 광 분할기 (301), 도파로(303 및 305), 사분파장판(quarter wave plate)(307), 및 거울(309)(예: 단면이 금속으로 코팅된 거울)을 포함할 수 있다. 광 분할기(301), 도파로(303 및 305), 및 사분파장판(307)은 기판(예: 도파로 칩의 기판)(311)의 상면에 형성될 수 있고 거울(309)은 기판(311)의 측면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 분할기(301)는 DC(directional coupler) 또는 MMI(multimode interference device)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 3, the interferometer 300 may be a polarization insensitive optical interferometer. The interferometer 300 may include a light splitter 301, waveguides 303 and 305, a quarter wave plate 307, and a mirror 309 (e.g., a mirror whose cross-section is coated with metal). there is. The light splitter 301, waveguides 303 and 305, and quarter wave plate 307 may be formed on the upper surface of the substrate (e.g., the substrate of a waveguide chip) 311, and the mirror 309 may be formed on the substrate 311. It can be formed on the side. For example, the optical splitter 301 may be a directional coupler (DC) or a multimode interference device (MMI), but is not necessarily limited thereto.

광 분할기(301)을 통과한 빛은 절반은 위쪽 도파로(303)를, 나머지 절반은 아래쪽 도파로(305)를 따라 전파할 수 있다. 도파로(303 및 305)를 통해 전파되는 빛은 사분파장판(예: 광축이 기판(311) 면에 45도 또는 135도 방향인 사분파장판)(307)을 통과한 후 거울(309)에 의해 반사될 수 있다. 반사된 빛은 사분파장판(307)을 다시 통과하게 되므로 빛은 사분파장판(307)을 총 2번 통과하게 될 수 있다. 빛이 사분파장판(307)을 2 번 통과함에 따라 빛의 편광은 90도 회전(예: 수직 편광은 수평 편광으로 또는 수평 편광은 수직 편광으로 회전)될 수 있다. 빛의 편광이 90도 회전됨은 존스 행렬(Jones matrix) 계산을 통해 알 수 있다. 모든 빛의 편광은 수직 편광과 수평 편광의 합으로 표현될 수 있으므로 간섭계에 입사한 빛 또한 수직 편광과 수평 편광으로 분리될 수 있다. 간섭계(300)에 입사한 빛이 광 분할기(301)를 통과하여 거울(311)에 반사되어 광 분할기(301)에 다시 도달하는 동안 두개의 도파로(303 및 305) 중 어느 하나(예: 도파로(303))를 통과한 빛은 수평 편광으로, 다른 하나(예: 도파로(305))를 통과한 빛은 수직 편광으로 전파될 수 있다. 즉, 입사 편광에 따른 광 경로차가 없으므로 간섭(예: 보강 간섭 또는 상쇄 간섭)에 따른 간섭계(300)의 출력도 입사 편광에 영향을 받지 않을 수 있다. 다만, 패러데이 거울(예: 도 2의 패러데이 거울(205 및 207))은 두 편광을 모두 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 회전시키지만, 간섭계(300)는 수평 편광을 수직 편광으로 회전시키고 수직 편광은 수평 편광으로 회전시키므로 180도의 상대적인 위상차가 발생할 수 있다. 편광을 회전시키는 기능 측면에서 봤을 때 패러데이 거울(예: 도 2의 패러데이 거울(205 및 207))과 간섭계(300)는 완전히 동일한 동작을 하는 것은 아닐 수 있다.Half of the light passing through the light splitter 301 may propagate along the upper waveguide 303 and the other half may propagate along the lower waveguide 305. Light propagating through the waveguides 303 and 305 passes through the quarter-wave plate (e.g., a quarter-wave plate whose optical axis is oriented at 45 or 135 degrees to the surface of the substrate 311) 307 and then is transmitted by the mirror 309. It can be reflected. Since the reflected light passes through the quarter-wave plate 307 again, the light may pass through the quarter-wave plate 307 a total of two times. As the light passes through the quarter wave plate 307 twice, the polarization of the light may be rotated by 90 degrees (e.g., vertical polarization to horizontal polarization or horizontal polarization to vertical polarization). The fact that the polarization of light is rotated by 90 degrees can be known through calculation of the Jones matrix. Since the polarization of all light can be expressed as the sum of vertical and horizontal polarization, the light incident on the interferometer can also be separated into vertical and horizontal polarization. While the light incident on the interferometer 300 passes through the light splitter 301, is reflected by the mirror 311, and reaches the light splitter 301 again, any one of the two waveguides 303 and 305 (e.g., waveguide ( Light passing through 303)) may be propagated as horizontally polarized light, and light passing through the other (e.g., waveguide 305) may be propagated as vertically polarized light. That is, since there is no optical path difference depending on the incident polarization, the output of the interferometer 300 due to interference (eg, constructive interference or destructive interference) may not be affected by the incident polarization. However, Faraday mirrors (e.g., Faraday mirrors 205 and 207 in FIG. 2) rotate both polarizations in the same direction and by the same angle, but the interferometer 300 rotates the horizontal polarization into vertical polarization and the vertical polarization into horizontal polarization. By rotating it, a relative phase difference of 180 degrees can occur. In terms of the function of rotating polarization, the Faraday mirror (e.g., Faraday mirrors 205 and 207 in FIG. 2) and the interferometer 300 may not perform completely the same operation.

도 3에 도시된 광학 간섭계(300)는 기판(311)의 측면을 금속으로 코팅할 수 없는 경우에는 적용될 수 없으므로, 기판(311)의 상면에 광 반사기를 구현할 수 있는 일 실시예에 따른 광학 간섭계를 도4 및 도 5를 통해 설명하도록 한다.Since the optical interferometer 300 shown in FIG. 3 cannot be applied when the side of the substrate 311 cannot be coated with metal, an optical interferometer according to an embodiment that can implement a light reflector on the upper surface of the substrate 311 will be explained through Figures 4 and 5.

도 4는 다양한 실시예에 따른 편광 의존성을 억제할 수 있는 광학 간섭계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 광 반사기의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 4 is a diagram for explaining an optical interferometer capable of suppressing polarization dependence according to various embodiments, and FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the light reflector shown in FIG. 4.

도 4 및 도 5를 참조하면, 다양한 실시예에 따르면, 광학 간섭계(400)는 도파로 기반 평관 둔감형 간섭계일 수 있다. 광학 간섭계(400)는 광 분할기(401), 도파로(403 및 405), 사분파장판(407) 및 광 반사기(409)를 포함할 수 있다. 광 분할기(401), 도파로(403 및 405), 사분파장판(407), 및 광 반사기(409)는 기판(예: 도파로 칩의 기판)(411)의 일면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 광 분할기(401)는 DC(directional coupler) 또는 MMI(multimode interference device)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.Referring to FIGS. 4 and 5 , according to various embodiments, the optical interferometer 400 may be a waveguide-based plain tube insensitive interferometer. The optical interferometer 400 may include a light splitter 401, waveguides 403 and 405, a quarter wave plate 407, and a light reflector 409. The light splitter 401, waveguides 403 and 405, quarter wave plate 407, and light reflector 409 may be formed on one side of the substrate 411 (e.g., the substrate of a waveguide chip). For example, the optical splitter 401 may be a directional coupler (DC) or a multimode interference device (MMI), but is not necessarily limited thereto.

광 분할기(401)을 통과한 빛은 절반은 위쪽 도파로(403)를, 나머지 절반은 아래쪽 도파로(405)를 따라 전파될 수 있다. 광 분할기(401)는 1:1의 광 분배비를 가질 수 있다. 각 도파로(403 및 405)의 길이는 서로 다를 수 있으며, 도파로들(403 및 405) 중 어느 하나(예: 도파로(403))은 반원형이고 다른 하나(예: 도파로(405))는 직선형 일 수 있다. 각 도파로(403 및 405)는 단면이 직사각형 모형의 평판형 도파로 일 수 있다. Half of the light that has passed through the light splitter 401 may propagate along the upper waveguide 403 and the other half may propagate along the lower waveguide 405. The light splitter 401 may have a light distribution ratio of 1:1. The length of each waveguide 403 and 405 may be different, and one of the waveguides 403 and 405 (e.g., waveguide 403) may be semicircular and the other (e.g., waveguide 405) may be straight. there is. Each of the waveguides 403 and 405 may be a flat waveguide with a rectangular cross-section.

각 도파로(403 및 405)를 통해 전파되는 빛은 사분파장판(예: 광축이 기판(411) 면에 45도 또는 135도 방향인 사분파장판)(407)을 통과한 후 광 반사기(409)에 의해 반사되어 사분파장판(407)을 다시 통과할 수 있다. 광학 간섭계(400)에 입사한 빛(예: 수평 편광의 빛 또는 수직 편광의 빛)이 사분파장판(407)을 2 번 통과함에 따라 빛의 편광이 90도 회전될 수 있다. 빛의 편광이 90도 회전되는 것은 존스 행렬(Jones matrix) 계산을 통해 알 수 있다. 광학 간섭계(400)는 입사 편광에 따른 광 경로차가 없으므로 간섭에 따른 광학 간섭계(400)의 출력은 입사 편광에 영향을 받지 않게 될 수 있다.Light propagating through each waveguide (403 and 405) passes through the quarter-wave plate (e.g., a quarter-wave plate whose optical axis is oriented at 45 or 135 degrees to the surface of the substrate 411) 407 and then into the light reflector 409. It can be reflected and pass through the quarter wave plate 407 again. As light (e.g., horizontally polarized light or vertically polarized light) incident on the optical interferometer 400 passes through the quarter wave plate 407 twice, the polarization of the light may be rotated by 90 degrees. The fact that the polarization of light is rotated by 90 degrees can be known through the calculation of the Jones matrix. Since the optical interferometer 400 has no optical path difference depending on the incident polarization, the output of the optical interferometer 400 due to interference may not be affected by the incident polarization.

도파로 칩(411)의 상면에 형성되는 광 반사기(409)는 광 분할기(501) 및 도파로(503)를 포함할 수 있다. 광 분할기(501)의 제1 포트(511)는 각 도파로(403 및 405)의 타단에 연결되고, 광 분할기(501)의 제2 포트(513)에 포함된 2개의 포트(521 및 523)는 도파로(503)의 일단 및 타단에 각각 연결될 수 있다. 도파로(503)는 루프 형태일 수 있고 단면이 직사각형 모양의 평판형 도파로 일 수 있다.The light reflector 409 formed on the upper surface of the waveguide chip 411 may include a light splitter 501 and a waveguide 503. The first port 511 of the optical splitter 501 is connected to the other end of each waveguide 403 and 405, and the two ports 521 and 523 included in the second port 513 of the optical splitter 501 are It may be connected to one end and the other end of the waveguide 503, respectively. The waveguide 503 may have a loop shape or a flat waveguide with a rectangular cross-section.

위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware devices described above may be configured to operate as one or multiple software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on this. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components are used. Alternatively, appropriate results may be achieved even if substituted or substituted by an equivalent.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the claims described below.

Claims (10)

기판의 일면에 형성되는 광학 간섭계(optical interferometer)에 있어서,
입력되는 광 신호를 복수의 광 신호로 분할하여 출력하는 광 분할기;
일단이 상기 광 분할기의 출력에 연결되는 복수의 도파로;
상기 도파로의 타단에 연결되어 상기 도파로를 통해 전파되는 분할된 복수의 광 신호를 반사하는 광 반사기; 및
상기 도파로와 상기 광 반사기 사이에 위치하고 상기 도파로를 수직으로 가로질러 형성되고, 광축이 상기 일면에 대해 45도 또는 135도 방향이고, 상기 분할된 복수의 광 신호의 편광 상태를 변화시키는 사분파장판(quarter-wave plate)
을 포함하는, 광학 간섭계.
In the optical interferometer formed on one side of the substrate,
An optical splitter that splits an input optical signal into a plurality of optical signals and outputs them;
a plurality of waveguides, one end of which is connected to the output of the optical splitter;
an optical reflector connected to the other end of the waveguide to reflect a plurality of divided optical signals propagating through the waveguide; and
A quarter-wave plate ( quarter-wave plate)
Including, optical interferometer.
제1항에 있어서,
상기 광 분할기는,
DC(directional coupler) 또는 MMI(multimode interference device)
를 포함하는, 광학 간섭계
According to paragraph 1,
The optical splitter,
Directional coupler (DC) or multimode interference device (MMI)
Optical interferometry, including
제2항에 있어서,
상기 DC 또는 상기 MMI는,
1:1의 광 분배비를 가지는, 광학 간섭계.
According to paragraph 2,
The DC or the MMI,
Optical interferometer with a light distribution ratio of 1:1.
제1항에 있어서,
상기 도파로는,
제1 길이의 제1 도파로; 및
제2 길이의 제2 도파로
를 포함하는, 광학 간섭계.
According to paragraph 1,
The waveguide is,
a first waveguide of a first length; and
second waveguide of second length
Including, optical interferometer.
제4항에 있어서,
상기 제1 길이와 상기 제2 길이는 서로 다른, 광학 간섭계.
According to paragraph 4,
The first length and the second length are different from each other.
제5항에 있어서,
상기 제1 도파로는,
반원형이고,
상기 제2 도파로는,
직선형인, 광학 간섭계.
According to clause 5,
The first waveguide is,
It is semicircular,
The second waveguide is,
A linear, optical interferometer.
제1항에 있어서,
상기 도파로는,
단면이 직사각형 모양의 평판형 도파로
를 포함하는, 광학 간섭계.
According to paragraph 1,
The waveguide is,
Flat waveguide with a rectangular cross-section
Including, optical interferometer.
제1항에 있어서,
상기 광 반사기는,
상기 광 분할기와 다른 광 분할기; 및
상기 도파로와는 다른 도파로를 포함하는, 광학 간섭계.
According to paragraph 1,
The light reflector,
An optical splitter different from the above optical splitter; and
An optical interferometer comprising a waveguide different from the waveguide.
제8항에 있어서,
상기 다른 광 분할기의 제1 포트는 상기 타단에 연결되고, 상기 다른 광 분할기의 제2 포트에 포함된 2개의 포트는 상기 다른 도파로의 일단 및 타단에 각각 연결되고,
상기 다른 도파로는 루프 형태인, 광학 간섭계.
According to clause 8,
A first port of the other optical splitter is connected to the other end, and two ports included in the second port of the other optical splitter are connected to one end and the other end of the other waveguide, respectively,
An optical interferometer, wherein the other waveguide is in the form of a loop.
제9항에 있어서,
상기 다른 도파로는,
단면이 직사각형 모양의 평판형 도파로
를 포함하는, 광학 간섭계.
According to clause 9,
As for the other waveguides,
Flat waveguide with a rectangular cross-section
Including, optical interferometer.
KR1020220060158A 2022-05-17 2022-05-17 An optical interferometer KR20230160546A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220060158A KR20230160546A (en) 2022-05-17 2022-05-17 An optical interferometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220060158A KR20230160546A (en) 2022-05-17 2022-05-17 An optical interferometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230160546A true KR20230160546A (en) 2023-11-24

Family

ID=88972441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220060158A KR20230160546A (en) 2022-05-17 2022-05-17 An optical interferometer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230160546A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6476919B1 (en) Polarization-independent reflectometry and polarization-independent reflectometer
US5289256A (en) Integrated-optics expansion interferometer in an extension-metrological neutral environment
Kleijn et al. Multimode interference reflectors: A new class of components for photonic integrated circuits
JP4316691B2 (en) Device for measuring excursion
WO2019210734A1 (en) Laser heterodyne interference measuring device and method based on plane mirror reflection
JP2007052022A (en) System for measuring object, and method for measuring vertical displacement
US20230417541A1 (en) Micro optic assemblies and optical interrogation systems
US10025035B2 (en) Interferometer based on a tilted MMI
CN111043991B (en) Straightness measuring interferometer system without nonlinear error and measuring method
JPH02257107A (en) Energy filter
JPH0715363B2 (en) Differential plane mirror interferometer system
WO2020006799A1 (en) Pressure sensor based on flexible polymer waveguide
CN108489424A (en) Laser interference system for roll angle and straight line degree measurement
CN108957773B (en) Polarization light splitting device
CN110967048B (en) Orthogonal inclined three-core fiber grating parallel integrated Mach-Zehnder interferometer
CN106643478B (en) A kind of displacement measurement optical system
KR20230160546A (en) An optical interferometer
CN113740946A (en) Polarization maintaining reflector group
JPH04232429A (en) Interference-type wavelength measuring apparatus
CN103412371A (en) Faraday rotary mirror capable of simultaneously carrying out polarization state conversion on multiple paths of optical signals
CN111141317A (en) Parallel Michelson integrated interferometer based on three-core optical fiber
KR102625046B1 (en) A dual port interferometer
JPS59166873A (en) Optical applied voltage and electric field sensor
CN112304445B (en) Expandable multimode light quantum interference device and construction method thereof
CN113589438B (en) Linear polarization Sagnac total reflection mirror based on double-core optical fiber, method and optical system