2차원 광자결정을 이용한 고차 광필터 설계와 광결정 도파로 taper 설계에 관한 연구
Design of two-dimensional photonic crystal based high-order optical filters and tapered waveguide
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 김상인
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문에서는 광결정을 이용한 고차 결합 공진필터를 설계하는 일반적인 방법론을 제시하였다. 우리가 고려한 필터는 2차원 광자결정에서 점 결함을 이용한 공진기의 결합을 통해 구현되었다. 우리는 공진기간의 결합이 도파로를 따라 임의의 위상천이를 갖는다고 접근하였고, 도파로와 공진기간의 결합 혹은 공진기와 다른 공진기간의 결합을 모드 결합 이론을 기초로 이론적으로 분석하였다. 설계에 필요한 파라미터를 선택하기 위해 각 공진기는 LC공진회로로 등가화하였고, 등가회로 분석을 통해 일반적인 필터 회로 설계에 사용되는 테이블로부터 적당한 파라미터를 얻을 수 있었다. 우리는 이렇게 얻은 파라미터와 공진기와 도파로가 혹은 공진기와 공진기가 결합할 때 발생하는 임의의 위상천이를 고려하여 193.55THz의 중심 주파수와 대역폭이 50GHz이며 0.3dB의 리플을 갖는 3차 chebyscheff 필터를 설계하였다. 설계된 필터는 2차원 시간영역 유한차분법을 이용하여 수치적으로 계산되었다. 또 한, 광섬유와 광결정 도파로간의 결합에 있어 상호간의 모드 불일치를 해결하기 위한 taper설계하였다. 기존의 연구그룹에서 수행되었던 직선 taper구조의 특징과 한계에 대해 알아보았고, 그에 대한 해결책으로 곡선 taper구조를 제안하였다. 고려한 곡선 taper구조 중 포물선 형태의 구조에서 가장 좋은 결합 효율을 얻을 수 있었고, 광섬유와 광결정 도파로가 만나는 부근에서 몇 가지 수정을 하여 구조를 최적화하였다. 설계된 taper는 고른 대역에서 약 90%의 높은 결합효율을 얻을 수 있었다.
more초록/요약
In this paper, we present a general methodology for the design of higher-order coupled resonator filters in photonic crystals. The filters consist of coupled point defect resonators in two-dimensional photonic crystal. In our approach, the coupling between resonators is treated as though it occurs through a waveguide with an arbitrary phase shift and the coupling between the resonator and the resonator or the resonator and the waveguide is analyzed theoretically, based on the coupled mode theory in time. For the appropriate choice of the design parameters, each resonator is treated as a lumped L-C resonance circuit, and from the analogy between the equivalent circuit and the standard L-C filter circuits, the design parameters are simply determined from the table for general filter circuit design. The derived theoretical model demonstrated with a certain value of a phase shift, to the higher-order filter design with an arbitrary phase shift. The validity of our approach is confirmed by the design of a third-order Chebyscheff filter having a center frequency of 193.55 THz, a flat bandwidth of 50 GHz, and ripples of 0.3 dB in the passband. The performance of the designed filter is numerically calculated using the two-dimensional finite-difference time-domain method. In this paper, we designed photonic crystal taper to improve the coupling efficiency between the optical fiber and the photonic crystal waveguide. We checked the characteristic and the limitation of the existed linear taper structure and suggested the curved taper structure. Parabolic structure is the best thing in the considered structure and we optimized the structure with modifying the boundary of photonic crystal taper and photonic crystal waveguide. Designed taper obtained high coupling efficiency of 90%.
more목차
목차
제 1 장 서론 = 1
제 2 장 시간 영역 유한차분법을 이용한 광자결정의 계산 = 6
제 3 장 2차원 광자결정 결함모드의 이론적 분석 = 10
제3.1절 2차원 광자결정내의 결함모드 = 10
제3.2절 모드 결합 이론 = 18
제3.3절 결합된 공진기의 전자등가회로 분석 = 29
제 4 장 점 결함을 이용한 고차 광결정 필터 설계 = 32
제4.1절 점결함에 따른 필터 특성 = 32
제4.2절 3차 광결정 대역 통과 필터 설계 = 41
제 5 장 광결정 taper 설계 = 47
제5.1절 직선 형태의 taper 구조 = 47
제5.2절 곡선 형태의 taper 구조 = 50
제5.3절 광결정 taper의 최적화 = 53
제 6 장 결론 = 56
참고문헌 = 57
Abstract = 60
