확장된 코어를 갖는 광결정 도파로의 미세구조 설계와 컴퓨터 분석
Microstructural Design and Computational Analysis of Enlarged Core Photonic Crystal Waveguides
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초록
현시대에 들어 광도파로는 정보 데이터 전송 링크를 위한 가장 폭넓은 대역폭의 매체 중의 하나이며, 또한 광통신 시스템에서 광신호 처리 소자로서 중요하게 작용한다. 매우 새로 진보된 기술로부터 광결정 도파로들(PCWs)은 인공의 광결정이 공간에서 적절히 설계된 반복성 형상을 갖는 전자기적 재료의 상대 유전율을 변화시킴으로써 형성될 수 있어서 광파의 금지-영역 효과를 가능하게 하므로 비교할 수 없을 만큼 폭넓은 동작 대역폭과 공기 영역에 도파 모드의 부분을 국한시키는 포텐셜을 포함하여 PCW들의 차별화된 도파 메카니즘에 의한 여러 가지 독특한 특성들을 제공하기 위하여 고려되어 왔다. 본 연구에서는 새로 제안된 확장된 코어 영역을 갖는 PCWs가 광파의 금지-영역 효과에 의한 확대된 실효 모드 면적을 달성하고 신호 왜곡과 품질 저하 영향들을 완화하기 위하여 중심의 공기홀을 포함하거나 미포함하여 처음 설계되고 연구된다. 본 연구의 정확하고 신뢰할 만한 컴퓨터 분석 기법들에 근거하여, 1.5 μm의 중심 공기홀 반지름과 제3에서 9층까지 총7개의 층들을 갖는 확장된 코어 PCW 설계는 단순한 제작 재료들과 기존의 광도파로와 정합 또는 융합성관련 부가의 장점들을 제공하며, 1.55 μm의 동작 파장에서 기본 모드에 대하여 73.01 μm2의 넓은 실효 면적을 보이는 바람직한 성능 결과들을 나타낸다.
Abstract
Current optical waveguides work as one of the widest bandwidth media for information data transmission links, and also crucially operate as light-signal processing components in lightwave communication systems. Photonic crystal waveguides (PCWs) from very new advanced technology have been considered in order to provide several unique features due to different waveguidance mechanism of the PCWs, including endlessly single-mode remarkable operation bandwidth and the potential to localize part of the guided mode in air regions, because artificial photonic crystals can be formed by modulating the relative refractive permittivity of a material with an appropriately-designed repeating pattern in space, thereby enabling a photonic band-gap (PBG) effect. In this research, newly proposed enlarged core PCWs have been first designed and investigated without and with a central air hole in order to achieve large effective mode areas by utilizing the PBG effect and therefore mitigate signal distortion and degradation sequels. Based on accurate and reliable computational analysis techniques, the enlarged core PCW with the central air-hole radius of 1.5 μm and seven layers of air holes from the 3rd to the 9th exhibits desirable performance results with the large effective area of 73.01 μm2 for the fundamental mode at the operating wavelength of 1.55 μm, providing additive advantages in terms of simple fabrication materials and coupling or convergence aspect with the conventional optical waveguides.
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