플라즈모닉 나노스트립 도파로의 모드 특성을 이용한 기능성 광 소자들의 설계

Title
플라즈모닉 나노스트립 도파로의 모드 특성을 이용한 기능성 광 소자들의 설계
Authors
송준화
Keywords
플라즈모닉나노스트립도파로의모드특성을이용한기능성광소자들의설계
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
본 논문은 플라즈모닉 나노스트립 도파로(Plasmonic nanostrip waveguides, PNWGs)의 모드 특성을 이용한 기능성 광 소자들의 설계에 관하여 기술하고 있다. 2차원과 3차원 유한요소법(Finite element method, FEM)을 이용하여 유효굴절률과 전파 손실, bending 손실을 분석하였으며, 두 PNWG 사이의 결합길이 특성을 조사하였다. 특정 도파로 간격에서만 coupling이 발생하지 않게 되는 zero-coupling 현상을 발견하였으며, 표면 플라즈몬(Surface plasmon, SP) 기반의 구조에서도 자아결상 원리(Self-imaging principle)를 이용한 다중 모드 간섭 현상(Multimode interference, MMI)이 발생함을 증명하였다. 이러한 시뮬레이션 결과를 바탕으로 여러 가지 기능성 광 소자들을 설계하였다. 설계된 나노 링 공진기는 반지름이 불과 399nm이며, 광통신에 가장 널리 사용되는 1550nm 파장에서 3차 공진이 발생한다. 소자의 전파손실은 -0.39dB/μm이며, Q-factor는 38이다. 이러한 나노 링 공진기에 zero-coupling 현상과 electro-optic 효과를 적용하여 능동형 스위치를 설계하였다. 코어의 굴절률 변화에 따라 파장의 shift가 일어나지만 zero-coupling 현상에 의해 한 peak는 depressed되기 때문에 스위치의 성능을 높일 수 있었다. 또한, 멀티모드를 전파시키는 단일 스트립 구조를 사용하여 1310nm/1550nm 파장 분리기를 설계하였다. Quasi-state를 도입하여 소자의 길이를 24.5um로 줄였으며, 손실은 약 -8.36dB이다. 이러한 광 기능성 소자들은 향후 nano-scale의 광 집적회로(Photonic integrated circuits) 구현에 중요한 building block으로 사용될 것이다.
Description
제 1 장 서론 1 1.1 VLSI Photonics 구현 1 1.2 표면 플라즈몬 폴라리톤 3 제 2 장 플라즈모닉 나노스트립 도파로의 모드 특성 6 2.1 플라즈모닉 나노스트립 도파로 6 2.2 0차 even모드 특성 9 제 3 장 나노 링 공진기의 설계 15 3.1 전파 손실과 bending 손실 16 3.2 결합길이 특성과 zero-coupling 현상 19 3.3 나노 링 공진기 설계 21 제 4 장 능동형 나노 링 스위치의 설계 27 4.1 Zero-coupling separation의 분석 27 4.2 Nanoring type의 능동형 스위치 설계 36 4.3 Directional coupler type의 능동형 스위치 설계 40 제 5 장 다중모드 간섭을 이용한 파장분리기의 설계 44 5.1 다중모드 간섭(Multimode Interference) 44 5.2 PNWG의 다중모드(Multi mode) 특성 47 5.3 결합길이 특성 52 5.4 Quasi-state 59 5.5 1310/1550nm MMI 파장분리기의 설계 60 제 6 장 결론 64 References 65 List of Publications 70 List of Presentations 71
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22714
Appears in Collections:
College of Engineering(공과대학) > Information and Communication Engineering (정보통신공학) > Theses(정보통신공학 석박사 학위논문)
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