높은 복굴절과 비선형성 및 영에 근접한 색채 분산을 위한 이중 클러드 광결정 도파로에 관한 연구 = A Study on Double-Clad Photonic Crystal Waveguides with High Birefringence, Strong Nonlinearity, and Near-Zero Chromatic Dispersion

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 첫 번째 안쪽 클래딩 층에 기본적으로 12개의 공기 홀들을 가지므로 기존의 광결절 도파로와 차별되는 2배로-클래드된 (DC) 광결정 도파로 (PCW)가 제안되어지고 엄밀한 완전 벡터 유한 차분법 (FDM)을 적용하여 분석되어진다. 그리고 이 제1층의 클래딩의 공기 홀들을 적절하게 배제시킴으로써, 최소 실효 모드 면적, 높은 복굴절 (HB), 또한 영에 근접하는 색채 분산과 같은 중요한 광전송 특성들이 새로운 HB DC‐PCWs에 대하여 설계 목적에 맞게 동시적으로 효과적이게 제어되면서 실제상의 동작 파장에서 면밀하게 비교되고 서술되어진다. 제안된 HB DC‐PCWs에 대한 기본 모드 전자장들은 도파로 중앙의 코어 영역에 철저하게 집중된다. 그러므로, 실효 면적은 비선형성 반비례하므로, 목적에 맞게 주로 매우 좁다. 무수히 넓은 안정정인 단일 모드 동작과 단지 한가지 순수한 유리 재료로부터의 제작이라는 중요한 장점들에 더하여서 대략 5.310−4 – 7.810−4의 HB 수준을 갖는 광신호 편파의 보존을 위한 우수한 성능이 달성되어 진다. 또한 엄격한 완전-벡터 FDM 접근법은 신호 전송 도파관들에 대해 현저하게 정확하고 안정적인 컴퓨터-계산 결과들을 제공하므로, 본 연구의 방식들이 제조 공정 중에 공기홀의 크기들과 같은 설계 변수들의 오차 허용 범위 안에서 전자파 특성 사양들을 관리하기 위하여 예상되는 바와 같이 사용되어 질 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this paper, doubly‐cladded (DC) photonic crystal waveguides (PCWs), which are different from regular PCWs and have basically 12 air holes in the first inner hexagonal cladding layer, are proposed and investigated by utilizing the rigorous full-vectorial finite difference method (FDM). By appropriately introducing omission defects of air holes in the inner first hexagonal cladding layer, important optical propagation characteristics of small effective mode area (EMA), high birefringence (HB), and near‐zero chromatic dispersion are thoroughly presented and compared in the practical operation wavelengths for design goals along with simultaneously effective controllability for the new HB DC‐PCWs. The fundamental mode fields for the proposed HB DC‐PCWs are tightly confined to the central core region. Therefore, the EMA is normally very small as intended, because the nonlinearity is inversely proportional to the EMA for the fundamental mode. Superior performance for preserving the lightwave polarization state with the HB levels of about 5.310−4 – 7.810−4 has been achieved with additive advantages of broadly unlimited stable single‐mode operation and fabrication from only pure fused silica material. Also since the rigorous full-vectorial FDM approach provides remarkably accurate and reliable computer-calculation results for the signal transmission waveguide, investigation methods of this research predictively can be utilized to manage some specified electromagnetic propagation characterisctics within tolerable error range of design parameters such as air hole sizes during manufacturing process.