광통신네트워크를 효율적으로 연결 시키기 위해 단순화 된 Spot-Size Converter 구조를 제안하였다. Spot-Size Converter를 설계하기 위해 수치해석으로 모드필드를 확인하고, 빔 전송법을 통해 최적화 설계를 도출하였다. 최적화 된 구조는 직선도파로와 Taper된 도파로를 조합하여 설계하였으며, 이를 시뮬레이션 한 결과 효율이 약 99%이상이 됨을 확인하였다.
We fabricated 40 Gb/s front-end optical receivers using spot-size converter integrated waveguide photodiodes (SSC-WGPDs). The fabricated SSC-WGPD chips showed a high responsivity of approximately 0.8 A/W and a 3 dB bandwidth of approximately 40 GHz. A selective wet-etching method was first adopted to realize the required width and depth of a tapered waveguide. Two types of electrical pre-amplifier chips were used in our study. One has higher gain and the other has a broader bandwidth. The 3 dB bandwidths of the higher gain and broader bandwidth modules were about 32 and 42 GHz, respectively. Clear 40 Gb/s non-return-to-zero (NRZ) eye diagrams showed good system applicability of these modules.
초고속 광전송 네트워크에 사용되는 광부품으로 단일 모드 광섬유와의 낮은 광 결합 손실을 가지는 레이저 다이오드 개발이 필수적이다. 이러한 레이저 다이오드의 요구되는 특성으로써 저가의 광부품 제작을 위해 thermoelectric cooler 없이 고온에서 안정된 동작을 하는 uncooled type에, 광 isolator 도움없이 광반사에 의한 광손실을 줄여야 한다. 이러한 요건을 충족시키기 위하여 선택적 영역 MOCVD성장을 이용한 InP/InGaAsP 계열의 SSC-LD(spot-size converter integrated LD)를 연구하여 왔다. (중략)
SSC(Spot-size converter)가 집적된 1$1.3\mu{m}$ FP(Fabry-Perot)-LD(Laser Diode)에서 SSC 영역의 광도파로 구조가 단일모드광섬유와의 광결합 효율 및 정렬오차에 미치는 영향에 대해서 3차원 BPM(Beam Propagation Method)를 사용하여 알아보았다. 수지 taper의 경우 광결합효율을 향상하기 위해서는 taper 끝단에 충분한 길이의 직선도파로를 형성하는 것이 중요함을 알수 있었다. 또한 수평 taper 구조에서는 출사단 방향으로 도파로폭이 좁아지는 경우가 넓어지는 경우에 비해 유리하고, 수직 taper에 비해 완만한 도파로 경사가 필요함을 알 수있었다. 단일모드 광섬유와의 광결합 손실 및 정렬오차 허용도의 관점에서 좋은 특성을 주는 SSC 도파로 모양을 제시하였다.
This paper describes a low-loss, compact, 40-channel arrayed waveguide grating (AWG) which utilizes a monolithically integrated spot-size converter (SSC) for lowering the coupling loss between silica waveguides and standard single-mode fibers. The SSC is a simple waveguide structure that is tapered in both the vertical and horizontal directions. The vertically tapered structure was realized using a shadow-mask etching technique. By employing this technique, the fabricated, 40-channel, 100 GHz-spaced AWG with silica waveguides of 1.5% relative index-contrast showed an insertion-loss figure of 2.8 dB without degrading other optical performance.
최근 모드변환기가 집적된 진행파형 반도체 광증폭기(SSC-TW-SOA)가 광섬유와의 광결합 효율 향상 및 저가격화를 위해 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 모드변환기의 구조가 단면 반사율에 미치는 영향을 실험 및 이론적으로 조사하였다. SSC-TW-SOA의 유효단면반사율을 낮추기 위해서는 수직 및 수평방향으로 충분히 모드변환을 행하고 동시에 기운단면 구조를 채용하는 것이 매우 효과적임을 이론적 및 실험적으로 확인하였다. 수직 및 수평방향의 모드변환기가 집적된 TW-SOA에 $20\mu\textrm{m}$ 길이의 창구조, $7^{\circ}$기운단면, 1% 무반사 코팅을 도입함으로써 0.1dB 이하의 작은 ASE ripple를 얻을 수 있었다.
We propose a taper-underlaid spot-size converter (TU-SSC) with an offset which consists of two vertically stacked taper layers. The designed TU-SSC reduces coupling loss of a high index-contrast waveguide with $1.5%{\Delta}$ to a single mode fiber from 1.5 dB to 0.27 dB. We also considered the effects of mask misalignment in the fabrication process of TU-SSC, and optimized the design of TU-SSC so that the additional loss of TU-SSC for the mask misalignment of $3{\mu}m$ in the photo-lithography process was as low as 0.13 dB.
활성 도파로와 수동 도파로의 집적은 광집적 회로의 구성에서 필수적인 요소이다. 이를 구현하기 위한 여러 기술 중 버트 조인트는 상당한 장점을 가지고 있다. 그러나 버트 조인트 접합은 높은 광손실을 야기하며, 두 도파로 간의 정렬에 있어서 정확한 공정 제어가 요구되는 구조이다. 본 논문에서는 레이저 다이오드와 spot size converter (SSC)로 구성된 집적 소자를 시뮬레이션하기 위해 beam propagation method을 이용하였다. 상이한 모드 특성을 갖는 두 SSC를 레이저 도파로와 연결하고, 광결합 효율을 시뮬레이션 하였다. 큰 근접장 모드를 가지는 SSC는 낮은 광결합 효율을 보여주나, 원거리 발산각 패턴이 좁고 더 대칭적이다. 테이퍼 구조의 수동 도파로는 원거리 발산각 패턴을 열화시키지 않고 버트 조인트에서 도파로 오프셋의 무의존성과 광결합 효율을 향상시키기 위해 이용되었다. 이를 바탕으로 89.6%의 높은 광결합 효율과 16°×16°의 좁은 원거리장 발산각을 얻을 수 있었다.
전자선 증착기를 이용하여 1.3$\mu\textrm{m}$ 광모드 변환기가 집적된 반도체 레이저 출력 단면에 $SiO_2$와 $TiO_2$ 두 개의 박막 층으로 무반사 증착 하였다. 증착 단면의 최소 단면 반사율 $~ 10^{-5}$을 얻었고, $~ 10^{-4}$이하 단면 반사율 밴드 폭은 약 27nm임을 측정하였다. 이러한 코팅은 외부 공진기 레이저 광원 및 반도체 광 증폭기 등에 응용 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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