KR101550502B1 - Integratable planar waveguide-type optical isolator and circulator with polarization-mode control - Google Patents

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KR101550502B1 KR1020130137687A KR20130137687A KR101550502B1 KR 101550502 B1 KR101550502 B1 KR 101550502B1 KR 1020130137687 A KR1020130137687 A KR 1020130137687A KR 20130137687 A KR20130137687 A KR 20130137687A KR 101550502 B1 KR101550502 B1 KR 101550502B1
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Abstract

집적형 광 아이솔레이터(Optical Isolator)는 제1 광 도파로(Optical Waveguide)를 통하여 미리 설정된 방향으로 입사되는 빛을 편광 상태에 따라 TE(Transverse Electric Wave; TE) 편광 또는 TM(Transverse Magnetic Wave; TM) 편광으로 분리하여 상기 제1 광 도파로 및 상기 제1 광 도파로와 구별되는 제2 광 도파로를 통하여 전송하는 편광 모드 분파기; 상기 편광 모드 분파기에서 상기 제1 광 도파로 및 상기 제2 광 도파로로 분리되어 전송된, 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하거나 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하는 편광 모드 회전기; 및 상기 편광 모드 회전기에서 변환된, 상기 TM 편광 및 상기 TE 편광을 병합하여 상기 제1 광 도파로와 구별되는 제2 광 도파로를 통하여 출력하는 편광 모드 결합기를 포함하고, 상기 편광 모드 분파기, 상기 편광 모드 회전기 및 상기 편광 모드 결합기는 상기 제1 광 도파로 및 상기 제2 광 도파로로 연결되어, 상기 미리 설정된 방향의 역방향으로 입사되는 빛은 상기 제2 광 도파로를 통하여 출력되도록 한다.The integrated optical isolator is an optical isolator that converts light incident in a predetermined direction through a first optical waveguide into TE (Transverse Electric Wave (TE) polarized light or TM (Transverse Magnetic Wave: TM) polarized light And a second optical waveguide separated from the first optical waveguide and the first optical waveguide; A polarization mode rotator which converts the TE polarized light into the TM polarized light and converts the TM polarized light into the TE polarized light, the polarization mode rotator being separated and transmitted to the first optical waveguide and the second optical waveguide in the polarization mode demultiplexer; And a polarization mode coupler that combines the TM polarized light and the TE polarized light converted in the polarization mode rotator and outputs the TM polarized light and the TE polarized light through a second optical waveguide differentiated from the first optical waveguide, The mode rotator and the polarization mode coupler are connected to the first optical waveguide and the second optical waveguide so that light incident in a direction opposite to the predetermined direction is output through the second optical waveguide.

Figure R1020130137687
Figure R1020130137687

Description

편광 모드 제어 기능을 이용한 평면 도파로 집적형 광 아이솔레이터 및 서큘레이터{INTEGRATABLE PLANAR WAVEGUIDE-TYPE OPTICAL ISOLATOR AND CIRCULATOR WITH POLARIZATION-MODE CONTROL}[0001] INTEGRATABLE PLANAR WAVEGUIDE-TYPE OPTICAL ISOLATOR AND CIRCULATOR WITH POLARIZATION-MODE CONTROL [0002]

본 발명은 편광 모드 제어 기능을 이용한 평면 도파로 집적형 광 아이솔레이터 및 서큘레이터에 관한 것으로, 보다 구체적으로 광원 또는 광신호처리 소자들과의 집적이 가능하며, 광원에서 입사된 빛이 진행 방향으로 나아갈 때는 빛을 통과시키고, 광원을 향해서 빛이 반사되어 되돌아가는 것을 차단하는 광 아이솔레이터 및 그 생성 방법에 대한 기술이다.
[0001] The present invention relates to a planar waveguide integrated optical isolator and a circulator using a polarization mode control function, and more particularly, to a planar waveguide integrated optical isolator and a circulator capable of integrating with a light source or optical signal processing elements, The present invention relates to an optical isolator for passing light therethrough and blocking light from being reflected toward a light source and returning the light.

온-칩(On-Chip)형 광 아이솔레이터는 실리콘 광 도파로 기반 광자 집적 소자로 사용되어 광배선 및 광통신, 광신호 처리, 광센서 등에서 중요한 역할을 한다. 광 아이솔레이터는 광원에서 입사된 빛이 진행하는 과정에서 반사된 빛이 광원으로 입사되어 광원에 손상을 주는 것을 막는 역할뿐만 아니라, 고속 및 정밀 광신호 발생에 나쁜 영향을 미치는 것을 차단해 주는 역할을 한다. 자기광학효과(Magneto-Optic Effect)에서의 패러데이 회전 기능(Faraday Rotator)을 이용한 벌크 광학계형 광 아이솔레이터는 널리 사용되고 있다. 하지만, 다른 광 소자들과의 집적이 가능한 광자 집적 회로용 평면 도파로형 광 아이솔레이터는 현재 여러 방법으로 개발 중에 있으나, 아직 실용화하기에는 적절한 집적형 광 아이솔레이터가 없는 상황이다.An on-chip optical isolator is used as a photonic integrated device based on a silicon optical waveguide, and plays an important role in optical wiring and optical communication, optical signal processing, and optical sensors. The optical isolator serves not only to prevent the reflected light incident on the light source from damaging the light source in the course of the light incident on the light source, but also to prevent the bad influence on the generation of high speed and fine light signals . A bulk optical isolator using a Faraday rotator in a magneto-optic effect is widely used. However, a planar waveguide type optical isolator for a photonic integrated circuit that can be integrated with other optical devices is currently being developed in various ways, but there is no integrated optical isolator suitable for practical use yet.

종래의 집적형 광 아이솔레이터 기술로는 실리콘 도파로 위에 Ce(Cerium):YIG(Yttrium Iron Garnet) 등의 자기 광학 물질을 증착하거나, 접착한 후 자석을 부착하여 자기장을 걸어 주는 방법들이 있다. 자기광학 효과로 인해 링형 광 도파로에서 서로 반대 방향으로 진행하는 빛의 편광 회전 방향이 달라져 이에 따라 굴절률 값이 달라서 비가역적인 위상변화로 출력되는 투과 파장이 달라지는 것을 이용한다. 그러나 자기광학 물질은 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기반의 포토닉 플랫폼에 집적하기가 어렵기 때문에 이를 위한 하이브리드 집적 및 본딩 기술이 필요하며 삽입 손실이 크고 광 아이솔레이션이 낮다는 문제점이 있다.Conventional integrated optical isolator techniques include a method of depositing a magneto-optic material such as Ce (Cerium): YIG (Yttrium Iron Garnet) on a silicon waveguide or attaching a magnet and attaching a magnetic field. Optic effect, the polarization direction of the light traveling in opposite directions in the ring optical waveguide is different, and thus the refractive index value is different, so that the transmission wavelength output in the irreversible phase change is used. However, since it is difficult to integrate a magneto-optical material into a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) -based photonic platform, a hybrid integration and bonding technique is required, and insertion loss is large and optical isolation is low.

또한, 종래의 집적형 광 아이솔레이터 기술로는 링형 공진기와 실리콘의 열광학 효과를 이용한 방법이 있다. 소자는 좁은 선폭을 가진 노치(Notch) 필터 특성의 링형 공진기와 비대칭 애드-드롭(add-drop) 필터 특성의 링형 공진기로 구성되어있다. 링형 공진기에서 발생하는 강한 비선형 광학 효과로 인해 공진 파장이 적색 편이하는 특성을 이용하여 서로 반대 방향으로 진행하는 광신호의 투과 파장 특성이 달라지는 현상을 이용한다. 그러나, 광 아이솔레이터 대역폭이 링형 공진기의 대역폭과 거의 동일하여 아주 좁은 단점이 있고, 제조 결함에 의한 공진 조건 변화에 상대적으로 민감하며, 공진 조건 변화를 조절하기 위해 공진기 부분에 마이크로 히터 등을 집적하여 온도 조절을 통해 공진 파장을 조절해야 하기 때문에, 링형 공진기 내에서 비선형 광학 효과를 일으키기 위해 입력 광신호의 파워가 제한되는 단점이 있다.In addition, conventional integrated optical isolator techniques include a ring resonator and a method using the thermo-optic effect of silicon. The device consists of a ring resonator with notch filter characteristics with a narrow line width and a ring resonator with an asymmetric add-drop filter characteristic. The phenomenon that the transmission wavelength characteristics of the optical signals traveling in opposite directions are changed by using the characteristic that the resonance wavelength is red shifted due to the strong nonlinear optical effect generated in the ring resonator is used. However, since the bandwidth of the optical isolator is almost the same as the bandwidth of the ring resonator, it is very narrow and is relatively sensitive to the change of the resonance condition due to manufacturing defects. In order to control the change of the resonance condition, There is a disadvantage that the power of the input optical signal is limited in order to cause a nonlinear optical effect in the ring resonator.

또한, 종래의 집적형 광 아이솔레이터 기술로는 실리콘 광 기판 상에 형성된 서로 다른 광자 결정 배열 구조를 가진 2차원 광자 결정 경계면에서의 광산란 정도의 차이에 기반한 비가역성을 이용하는 방법이 있다. 이 방법에서는 기본적으로 빛의 산란 특성을 이용하기 때문에, 광 손실이 큰 단점이 있다.In addition, in the conventional integrated optical isolator technology, there is a method of utilizing irreversibility based on a difference in degree of light scattering at a two-dimensional photonic crystal boundary surface having different photonic crystal arrangement structures formed on a silicon optical substrate. In this method, since light scattering characteristics are basically used, there is a disadvantage that light loss is large.

또한, 종래의 집적형 광 아이솔레이터 기술로는 광 도파로 방향성 결합기를 이용한 편광 모드 분파기, 강자성 반도체 소재를 이용한 비가역적 편광 모드 회전기 및 가역적 편광 모드 회전기로 구성된 집적형 광 아이솔레이터 구조가 있다. 이 구조에서는 강자성을 가진 실리콘이나 게르마늄 등의 적층 구조가 필요하고, 출력 광신호가 편광 모드 빔에 따라 분리되어 나오기 때문에, 광신호 손실이 큰 단점이 있다.In addition, the conventional integrated optical isolator technology has an integrated optical isolator structure composed of a polarization mode splitter using an optical waveguide directional coupler, an irreversible polarization mode rotator using a ferromagnetic semiconductor material, and a reversible polarization mode rotator. In this structure, a stacked structure of ferromagnetic silicon or germanium is required, and since the output optical signal is separated according to the polarization mode beam, the optical signal loss is large.

또한, 종래의 집적형 광 아이솔레이터 기술로는 집적형 편광 무의존성 광 도파로형 광 아이솔레이터 및 편광 회전기로 마하젠더 간섭계와 비대칭적인 자기 광학 광 도파로 구조를 이용하여 입출력단 사이에 한 방향의 광신호 전송이 가능한 광 아이솔레이터 기능과 출력단에서 반대편으로 입사되는 빛은 기존 입력단이 아닌 다른 출력단으로 빛 신호가 출력되도록 하는 광 서큘레이터 기능이 가능한 구조가 있다. 이 구조에서는 비대칭적인 자기 광학 광 도파로의 형성이 필요하기 때문에, 기존의 CMOS 공정만을 이용하여 제작하기가 용이하지 않은 단점이 있다.In the conventional integrated optical isolator technology, optical signal transmission in one direction between input and output ends is performed using an integrated polarization independent optical waveguide type optical isolator and a polarization rotator using a Mach-Zehnder interferometer and an asymmetrical magnetooptical optical waveguide structure The optical isolator function as well as the light incident on the opposite side of the output stage have an optical circulator function capable of outputting a light signal to an output terminal other than a conventional input terminal. In this structure, since it is necessary to form an asymmetric magnetooptical optical waveguide, it is disadvantageous in that it is not easy to manufacture using only a conventional CMOS process.

또한, 종래의 집적형 광 아이솔레이터 기술로는 강자성 물질과 인화인듐(InP) 계열의 화합물 반도체를 이용한 광 도파로 구조에 자기장에 의해 작동되는 파라데이 편광 회전 및 광 아이솔레이션 구조가 있다. 이 구조 역시 강자성 물질을 사용하기 때문에, 기존의 CMOS 공정만을 이용하여 제작하기가 용이하지 않은 단점이 있다.In addition, in the conventional integrated optical isolator technology, there is a paradigm polarization rotation and optical isolation structure which is operated by a magnetic field in an optical waveguide structure using a ferromagnetic material and an indium phosphide (InP) compound semiconductor. Since this structure also uses a ferromagnetic material, it is not easy to fabricate it using only the conventional CMOS process.

또한 종래의 편광 소자 기술로는 3개의 코어를 가진 광 도파로 방향성 결합기(Optical Coupler)에서의 편광 분리 기능이 제안되고, 3개의 코어형 광 도파로 방향성 결합기에서 가운데 다리 기능의 광 도파로에 플라즈모닉 광 도파로를 하이브리드 집적한 구조로 편광 분리형 집적 소자 구조가 제안된 바 있으나, 단지 편광 분리 기능만 다루고 있다. 또한, 비대칭적으로 테이퍼링(Tapering)된 실리콘 광 도파로와 실리콘 옥시나이트라이드(SiON)로 씌워진 비대칭적인 이중 광 도파로 구조로 구성된 편광 회전기가 제안되고, 실리콘 광 도파로와 은 박막층을 이용한 하이브리드형 플라즈모닉 편광 회전기로 수평 편광인 TM(Transverse Magnetic Wave) 모드를 수직 편광인 TE(Transverse Electric Wave) 모드로 편광을 회전시키는 편광 회전기가 제안되며, 단열 테이퍼 및 비대칭형 방향성 커플러를 이용한 편광 회전기가 제안된 바 있으나, 이들 소자 구조들도 단지 편광 회전 기능만 다루고 있다. 이러한 편광 분리 및 회전 소자들은 광원에서 입사되는 빛이 한 쪽 방향으로만 진행되고, 반사되는 빛을 차단하는 광 아이솔레이터의 기능을 하지 못한다.In addition, in the conventional polarization element technology, polarization separating function in an optical waveguide directional coupler (Optical Coupler) having three cores is proposed, and a three-core optical waveguide directional coupler to a center leg optical waveguide, Has been proposed as a hybrid integrated structure, but only a polarization splitting function is dealt with. A polarization rotator composed of an asymmetrically tapered silicon optical waveguide and an asymmetric double optical waveguide structure covered with silicon oxynitride (SiON) is proposed. Hybrid type plasmonic polarized light using a silicon optical waveguide and a silver thin layer A polarization rotator that rotates a polarization in a transverse magnetic wave (TM) mode, which is horizontally polarized by a rotating device, and a vertically polarized TE (Transverse Electric Wave) mode, has been proposed. , These device structures are only dealing with the polarization rotation function. These polarized light separating and rotating elements do not function as an optical isolator which blocks the light incident on the light source in only one direction and blocks the reflected light.

이에, 본 명세서에서는 편광 모드 분파기/결합기 및 편광 모드 회전기를 이용하는 집적형 광 아이솔레이터 및 그 생성 방법을 제안한다.Thus, the present invention proposes an integrated optical isolator using a polarization mode splitter / combiner and a polarization mode rotator, and a method of generating the same.

표 1은 종래의 기술이 기재된 참고 문헌과 본 발명과의 차이점을 나타낸다.Table 1 shows the differences between the present invention and the references described in the prior art.

관련자료 (참고 문헌, 학회지 등)Related materials (References, Journal, etc.) 참고 문헌 명, 저자, 페이지 등Bibliography name, author, page, etc. 기 술 요 약TECHNICAL SUMMARY 참고 문헌과 비교시 본 발명의 특징The characteristics of the present invention in comparison with the references Opt. Express 20, 25345 (2012)Opt. Express 20, 25345 (2012) 3개의 코어를 가진 광 도파로 방향성 결합기에서 가운데 다리 기능의 광 도파로에 플라즈모닉 광 도파로를 하이브리드 집적한 구조로 편광 분리형 집적 소자 구조를 제안하고 있음.A polarization separating type integrated device structure is proposed in which a plasmonic optical waveguide is hybridized to an optical waveguide having a middle leg function and a three-core optical waveguide directional coupler. 이 기존 기술에서는 단지 편광 분리 기능형 광 도파로 소자만 제안하고 있는 반면에 본 발명에서는 편광 분리 기능 구조에서는 플라즈모닉 구조 없는 저손실형 구조를 이용하고, 편광 모드 회전기를 집적한 광 아이솔레이터 구조를 제안하고 있는 점이 차별화됨.In this conventional technology, only a polarization splitting function type optical waveguide device is proposed. On the other hand, in the present invention, an optical isolator structure using a low loss structure without a plasmonic structure and a polarization mode rotator in a polarization splitting function structure is proposed Points are different. Opt. Lett. 38, 4054 (2013)Opt. Lett. 38, 4054 (2013) 실리콘 광 도파로와 은 박막층을 이용한 하이브리드형 플라즈모닉 편광 회전기로 TM 모드를 TE 모드로 편광을 실험적으로 회전한 결과를 보고함.We report the results of experimentally rotating the polarized light in the TM mode with the hybrid mode plasmonic polarizer rotator using the silicon optical waveguide and silver thin layer. 이 기존 기술에서는 실리콘 광 도파로와 은 박막층을 이용한 하이브리드형 플라즈모닉 구조로 TM -> TE 모드 편광 회전기만 구현하였으나, 본 발명에서는 편광 모드 분파기와 편광 모드 회전기의 특성을 활용한 광 아이솔레이터 기능의 구조를 제안한 점이 주된 차이임.In this conventional technology, only the TM -> TE mode polarization rotator is implemented with a hybrid plasmonic structure using a silicon optical waveguide and a silver thin film layer. However, in the present invention, the structure of the optical isolator function utilizing the characteristics of the polarization mode splitter and the polarization mode rotator Which is the main difference. Opt. Express 16, 2628 (2008)Opt. Express 16, 2628 (2008) 비대칭적으로 테이퍼링(tapering)된 실리콘 광 도파로와 SiON로 덧씌워진 비대칭적인 이중 광 도파로 구조로 편광 회전이 가능한 구조를 제안하고 있음.Asymmetrically tapered silicon optical waveguides and SiON-doped asymmetric dual optical waveguide structures are proposed to enable polarization rotation. 이 기존 기술에서는 비대칭적으로 테이퍼링 (tapering)된 실리콘 광 도파로와 SiON로 덧씌워진 비대칭적인 이중 광 도파로 구조로 편광 회전기 구조를 제안함에 반해 본 발명에서는 편광 분파기와 플리즈모닉스와 실리콘 광 도파로의 하이브리드형 편광 회전기의 특성을 활용한 광 아이솔레이터 기능의 구조를 제안한 점이 주된 차이임. In this conventional technology, a polarization rotator structure is proposed with an asymmetrically tapered silicon optical waveguide and an asymmetric dual optical waveguide structure covered with SiON. In contrast, in the present invention, a polarization beam splitter, a hybrid of a fly's monochrome and a silicon optical waveguide The main difference is that the structure of the optical isolator function using the characteristics of the polarization rotator is proposed.

본 발명의 실시예들은 광원 또는 광신호처리 소자들과의 집적이 가능하며, 광원에서 입사된 빛이 진행 방향으로 나아갈 때는 빛을 통과시키고, 광원을 향해서 빛이 반사되어 되돌아가는 것을 차단하는 광 아이솔레이터, 그 생성 방법 및 그 생성 시스템을 제공한다.Embodiments of the present invention are capable of integrating with a light source or optical signal processing elements, allowing light to pass therethrough when the light incident on the light source travels in the traveling direction, , A method of generating the same, and a system for generating the same.

또한, 본 발명의 실시예들은 편광 분리 및 결합하는 편광 모드 분파기/결합기 및 편광을 변환하는 편광 모드 회전기를 포함함으로써, 낮은 삽입 손실(Insertion Loss; IL), 높은 편광 소멸 계수(Polarization Extinction Ratio; PER) 및 넓은 동작 대역폭을 갖고, 수 마이크로미터 크기의 작은 소자로 제작 가능한 광 아이솔레이터, 그 생성 방법 및 그 생성 시스템을 제공한다.
Embodiments of the present invention also include a low insertion loss (IL), a high polarization extinction ratio (RLL), and a high polarization extinction ratio (RLL) by including a polarization mode splitter / combiner for polarization separation and coupling and a polarization mode rotator for converting polarization. PER, and a wide operating bandwidth, and which can be manufactured with small elements of several micrometers in size, a method of producing the optical isolator, and a system therefor.

본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터(Optical Isolator)는 제1 광 도파로(Optical Waveguide)를 통하여 입사되는 빛을 편광 상태에 따라 서로 수직인 TE(Transverse Electric Wave; TE) 편광 또는 TM(Transverse Magnetic Wave; TM) 편광으로 분리하는 편광 모드 분파기; 상기 편광 모드 분파기에서 분리된, 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하거나 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하는 편광 모드 회전기; 및 상기 편광 모드 회전기에서 변환된, 상기 TM 편광 및 상기 TE 편광을 병합하여 상기 제1 광 도파로와 구별되는 제2 광 도파로를 통하여 출력하는 편광 모드 결합기를 포함하고, 상기 편광 모드 분파기, 상기 편광 모드 회전기 및 상기 편광 모드 결합기는 상기 제1 광 도파로 및 상기 제2 광 도파로로 연결된다.An integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention includes a first optical waveguide for converting light incident through a first optical waveguide into TE (Transverse Electric Wave (TE) polarization or TM Transverse Magnetic Wave (TM) polarized light; A polarization mode rotator which is separated from the polarization mode splitter and converts the TE polarized light into the TM polarized light or converts the TM polarized light into the TE polarized light; And a polarization mode coupler that combines the TM polarized light and the TE polarized light converted in the polarization mode rotator and outputs the TM polarized light and the TE polarized light through a second optical waveguide differentiated from the first optical waveguide, The mode rotator and the polarization mode coupler are connected to the first optical waveguide and the second optical waveguide.

상기 편광 모드 회전기는 미리 설정된 방향으로 진행하는 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광 각각에 대해서만 변환할 수 있다.The polarization mode rotator can convert only the TE polarized light and the TM polarized light that proceed in a predetermined direction.

상기 편광 모드 분파기는 상기 제1 광 도파로를 통하여 입사되는 빛으로부터 분리된 상기 TM 편광을 상기 제2 광 도파로로 전송하는 통로인 분리 다리 도파로를 포함할 수 있다.The polarization mode demultiplexer may include a separation leg waveguide that is a path through which the TM polarized light separated from the light incident through the first optical waveguide is transmitted to the second optical waveguide.

상기 편광 모드 회전기는 상기 제2 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하는 TM/TE 회전기; 및 상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하는 TE/TM 회전기를 포함할 수 있다.A TM / TE rotator for converting the TM polarized light received through the second optical waveguide into the TE polarized light; And a TE / TM rotator that converts the TE polarized light transmitted through the first optical waveguide into the TM polarized light.

상기 편광 모드 결합기는 상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TM 편광을 상기 제2 광 도파로로 전송하는 통로인 결합 다리 도파로를 포함하고, 상기 편광 모드 결합기는 상기 결합 다리 도파로를 통하여 전송받은 상기 TM 편광을 상기 제2 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TE 편광에 병합하여 상기 제2 광 도파로를 통하여 출력할 수 있다.Wherein the polarization mode coupler includes a coupling leg waveguide that is a passage through which the TM polarized light transmitted through the first optical waveguide is transmitted to the second optical waveguide, The polarized light can be output through the second optical waveguide by merging the TE polarized light received through the second optical waveguide.

상기 편광 모드 회전기는 높은 굴절률의 유전체 코어 광 도파로; 상기 높은 굴절률의 유전체 코어 광 도파로 상부에 배치되는 낮은 굴절률의 유전체 층(Thin Low-index Dielectric Layer); 및 상기 낮은 굴절률의 유전체 층 상부에 배치되는 금속 플라즈모닉 층(Metal Plasmonics Layer)을 포함할 수 있다.The polarization mode rotator includes a dielectric core optical waveguide having a high refractive index; A low refractive index dielectric layer (Thin Low-index Dielectric Layer) disposed on the dielectric core optical waveguide having the high refractive index; And a metal plasmonic layer disposed over the low refractive index dielectric layer.

상기 편광 모드 회전기는 단열 테이퍼(Adiabatic Taper); 및 비대칭형 방향성 결합기(Asymmetric Directional Coupler)를 포함할 수 있다.The polarization mode rotator includes an adiabatic taper; And an asymmetric directional coupler.

상기 집적형 광 아이솔레이터는 상기 편광 모드 결합기에서 출력되는, 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하거나, 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하는 상기 편광 모드 회전기와 구별되는 다른 편광 모드 회전기를 더 포함할 수 있다.The integrated optical isolator further comprises another polarization mode rotator output from the polarization mode coupler, the TM mode polarization converter converting the TM polarization into the TE polarization, or the polarization mode rotator being different from the polarization mode rotator converting the TE polarization into the TM polarization .

미리 설정된 방향의 역방향으로 상기 제2 광 도파로를 통하여 빛이 입사되는 경우, 상기 편광 모드 결합기는 상기 제2 광 도파로를 통하여 상기 입사되는 빛을 상기 편광 상태에 따라 상기 TE 편광 또는 상기 TM 편광으로 분리하고, 상기 분리된 TM 편광을 결합 다리 도파로를 통하여 상기 제1 광 도파로 전송하며, 상기 편광 모드 분파기는 상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TM 편광을 분리 다리 도파로를 통하여 상기 제2 광 도파로로 전송함으로써, 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광을 병합하여 상기 제2 광 도파로를 통하여 출력하여 광 서큘레이터 기능을 수행할 수 있다.The polarization mode coupler separates the incident light into the TE polarized light or the TM polarized light according to the polarization state through the second optical waveguide when light is incident through the second optical waveguide in a direction opposite to the predetermined direction The TM mode polarized beam splitter splits the TM polarized light transmitted through the first optical waveguide into the second optical waveguide through the split leg waveguide, and transmits the separated TM polarized light to the first optical waveguide through the coupling leg waveguide, So that the TE polarized light and the TM polarized light are combined and output through the second optical waveguide to perform the optical circulator function.

상기 편광 모드 결합기는 편광 빔의 결합 길이(Coupling Length)를 조절함으로써, 상기 편광 모드 회전기를 지나서 상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 편광 빔은 그대로 진행하도록 하고, 상기 편광 모드 회전기를 지나서 상기 제2 광 도파로를 통하여 전송받은 편광 빔은 상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 편광 빔에 결합되도록 하여, 결합된 빔이 상기 제1 광 도파로를 통하여 출력되도록 하며, 상기 제1 광 도파로의 역방향으로 입사되는 빛은 상기 제2 광 도파로를 통하여 출력되도록 할 수 있다.Wherein the polarization mode coupler controls the coupling length of the polarized beam so that the polarized beam transmitted through the first optical waveguide passes through the polarization mode rotator and passes through the polarization mode rotator, The polarized beam transmitted through the optical waveguide is coupled to the polarized beam transmitted through the first optical waveguide so that the combined beam is outputted through the first optical waveguide, And light can be output through the second optical waveguide.

본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터(Optical Isolator)를 생성하는 방법은 빛이 입사되는 제1 광 도파로(Optical Waveguide) 및 상기 제1 광 도파로와 구별되어 빛이 출력되는 제2 광 도파로를 배치하는 단계; 상기 제1 광 도파로 및 상기 제2 광 도파로의 입력단 부분에 상기 제1 광 도파로를 통하여 입사되는 빛을 편광 상태에 따라 TE(Transverse Electric Wave; TE) 편광 또는 TM(Transverse Magnetic Wave; TM) 편광으로 분리하는 편광 모드 분파기를 배치하는 단계; 상기 편광 모드 분파기의 다음에, 상기 편광 모드 분파기에서 분리된, 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하거나 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하는 편광 모드 회전기를 배치하는 단계; 및 상기 제1 광 도파로 및 상기 제2 광 도파로의 출력단 부분에, 상기 편광 모드 회전기의 다음으로, 상기 편광 모드 회전기에서 변환된, 상기 TM 편광 및 상기 TE 편광을 병합하여 상기 제2 광 도파로를 통하여 출력하는 편광 모드 결합기를 배치하는 단계를 포함한다.
A method of generating an integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention includes a first optical waveguide in which light is incident and a second optical waveguide in which light is separated from the first optical waveguide, ; ≪ / RTI > (TE) polarized light or TM (Transverse Magnetic Wave: TM) polarized light according to the polarization state at the input end portion of the first optical waveguide and the second optical waveguide through the first optical waveguide Disposing a separating polarizing mode duplexer; Disposing a polarization mode rotator for converting the TE polarized light into the TM polarized light or converting the TM polarized light into the TE polarized light, which is separated from the polarization mode demultiplexer, next to the polarized mode demultiplexer; And the TM polarized light and the TE polarized light transformed by the polarization mode rotator after the polarization mode rotator are merged to the output end portions of the first optical waveguide and the second optical waveguide and are transmitted through the second optical waveguide And a polarizing mode coupler for outputting the polarized light.

본 발명의 실시예들은 광원 또는 광신호처리 소자들과의 집적이 가능하며, 광원에서 입사된 빛이 진행 방향으로 나아갈 때는 빛을 통과시키고, 광원을 향해서 빛이 반사되어 되돌아가는 것을 차단하는 광 아이솔레이터, 그 생성 방법 및 그 생성 시스템을 제공할 수 있다.Embodiments of the present invention are capable of integrating with a light source or optical signal processing elements, allowing light to pass therethrough when the light incident on the light source travels in the traveling direction, , A method of generating the same, and a system for generating the same.

또한, 본 발명의 실시예들은 편광 분리 및 결합하는 편광 모드 분파기/결합기 및 편광을 변환(회전)하는 편광 모드 회전기를 포함함으로써, 낮은 삽입 손실(Insertion Loss; IL), 높은 편광 소멸 계수(Polarization Extinction Ratio; PER) 및 넓은 동작 대역폭을 갖고, 수 마이크로 미터 크기의 작은 소자로 제작 가능한 광 아이솔레이터, 그 생성 방법 및 그 생성 시스템을 제공할 수 있다.
Embodiments of the present invention also include low insertion loss (IL), high polarization extinction coefficient (Polarization), and a high polarization extinction coefficient, by including a polarization mode splitter / An optical isolator, a method of generating the optical isolator, and a system for generating the optical isolator can be provided. The optical isolator has a wide operating bandwidth, an extinction ratio (PER), and a small micrometer size.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 편광 모드 회전기를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 편광 모드 회전기를 나타낸 도면이다.
도 4는 편광 모드 회전기가 구비되지 않은 경우, 광 아이솔레이터에서 입사되는 빛의 편광 상태에 따른 출력된 빛의 전기장 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터에 포함되는 TE/EM 회전기에서 입사되는 빛의 편광 상태에 따른 출력된 빛의 전기장 분포를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 분리 다리 도파로 및 결합 다리 도파로의 폭에 따른 삽입 손실 및 편광 소멸 비율을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터를 생성하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다.1 is a view illustrating an integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a polarization mode rotator according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a polarization mode rotator according to another embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing an electric field distribution of output light according to the polarization state of light incident from the optical isolator when the polarization mode rotator is not provided.
FIG. 5 is a diagram illustrating an electric field distribution of output light according to a polarization state of light incident from a TE / EM rotary included in an integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
6 is a diagram illustrating insertion loss and polarization extinction ratio according to widths of a separation leg waveguide and a coupling leg waveguide according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of generating an integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In addition, the same reference numerals shown in the drawings denote the same members.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터를 나타낸 도면이다.1 is a view illustrating an integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 미리 설정된 방향인 정방향으로 빛이 입사되는 경우(110), 집적형 광 아이솔레이터는 제1 광 도파로(111) 및 제1 광 도파로(111)과 구별되는 제2 광 도파로(112)를 통하여 연결되는 편광 모드 분파기(120), 편광 모드 회전기(130) 및 편광 모드 결합기(140)를 포함한다. 여기서, 제1 광 도파로(111)의 입력단 부분은 광원으로부터 빛이 입사되는 입력단으로, 편광 모드 분파기(120)에서 제1 광 도파로(111)는 수직 편광인 TE 편광 모드 진행 도파로일 수 있고, 편광 모드 분파기(120)에서 제2 광 도파로(112)는 수평 편광인 TM 편광 모드 진행 도파로일 수 있다. 또한, 제2 광 도파로(112)의 출력단 부분은 빛이 출력되는 출력단일 수 있다.Referring to FIG. 1, when light is incident (110) in a predetermined direction, which is a predetermined direction according to an embodiment of the present invention, the integrated optical isolator includes a first optical waveguide 111 and a first optical waveguide 111, A polarization mode splitter 120, a polarization mode rotator 130, and a polarization mode coupler 140 connected to each other through a second optical waveguide 112 that is differentiated from each other. Here, the input end portion of the first optical waveguide 111 may be an input end into which light is incident from the light source, the first optical waveguide 111 in the polarization mode splitter 120 may be a TE polarization mode progressive waveguide which is vertically polarized, In the polarization mode splitter 120, the second optical waveguide 112 may be a TM polarization mode progressive waveguide which is horizontally polarized light. In addition, the output end portion of the second optical waveguide 112 can be a single output from which light is output.

편광 모드 분파기(120)는 제1 광 도파로(111)를 통하여 입사되는 빛을 편광 상태에 따라 수직 편광 빔인 TE 편광 또는 수평 편광 빔인TM 편광으로 분리한다. 예를 들어, 편광 모드 분파기(120)는 평면형 도파로가 갖는 구조적인 복굴절성에 의해 발생되는, 광원으로부터 입사되는 빛의 TE 편광 및 TM 편광 각각의 전파 상수(Propagation Constant)의 차이를 이용하여, TE 편광 및 TM 편광을 분리할 수 있다. 더 구체적인 예를 들면, 편광 모드 분파기(120)는 TE 편광 및 TM 편광 각각의 전파 상수의 차이로 인해 발생되는 TE 편광의 결합 길이(Coupling Length) 및 TM 편광의 결합 길이의 차이를 이용하여 TE 편광 및 TM 편광을 분리할 수 있다.The polarization mode splitter 120 separates the light incident through the first optical waveguide 111 into a TE polarized light as a vertically polarized beam or a TM polarized light as a horizontally polarized beam according to a polarization state. For example, the polarization mode demultiplexer 120 uses TE (Polarization Mode Splitter) 120, which is generated by structural birefringence of a planar waveguide, and TE (Polarization Mode Splitter) Polarized light and TM polarized light can be separated. More specifically, for example, the polarization mode demultiplexer 120 uses the difference between the coupling length of the TE polarized light and the coupling length of the TM polarized light generated due to the difference of the propagation constants of the TE polarized light and the TM polarized light, Polarized light and TM polarized light can be separated.

여기서, 편광 모드 분파기(120)는 제1 광 도파로(111)를 통하여 입사되는 빛으로부터 분리된 TM 편광을 제2 광 도파로(112)로 전송하는 통로인 분리 다리 도파로(121)를 포함할 수 있다.The polarization mode splitter 120 may include a separation leg waveguide 121 that is a path through which the TM polarized light separated from the light incident through the first optical waveguide 111 is transmitted to the second optical waveguide 112 have.

편광 모드 회전기(130)는 편광 선택형 편광 모드 회전기로서, 편광 모드 분파기(120)에서 분리된, TE 편광을 TM 편광으로 변환하거나 TM 편광을 TE 편광으로 변환한다. 여기서, 편광 모드 회전기(130)는 제1 광 도파로(111)를 통하여 전송 받은 TE 편광을 TM 편광으로 변환하는 TE/TM 회전기(131) 및 제2 광 도파로(112)를 통하여 전송받은 TM 편광을 TE 편광으로 변환하는 TM/TE 회전기(132)를 포함할 수 있다.The polarization mode rotator 130 is a polarization selective polarization mode rotator that converts TE polarized light into TM polarized light separated from the polarization mode splitter 120 or TM polarized light into TE polarized light. The polarization mode rotator 130 converts the TM polarized light transmitted through the TE / TM rotator 131 and the second optical waveguide 112, which converts TE polarized light transmitted through the first optical waveguide 111 into TM polarized light, And a TM / TE rotator 132 that converts the light into TE polarized light.

또한, 편광 모드 회전기(130)는 높은 굴절률을 갖는 물질, 낮은 굴절률을 갖는 물질 및 금속 물질로 구성되는 하이브리드 플라즈모닉 도파로 형태일 수 있다. 예를 들어, 편광 모드 회전기(130)는 높은 굴절률의 유전체 코어 광 도파로, 높은 굴절률의 유전체 코어 광 도파로 상부에 배치되는 낮은 굴절률의 유전체 층(Thin Low-index Dielectric Layer) 및 낮은 굴절률의 유전체 층 상부에 배치되는 금속 플라즈모닉 층(Metal Plasmonics Layer)으로 구성될 수 있다. 이는 도 2를 참조하여 상세히 기재하기로 한다. 또한, 편광 모드 회전기(130)는 다른 구조로 형성될 수 있는데, 이는 도 3을 참조하여 상세히 기재하기로 한다.In addition, the polarization mode rotator 130 may be in the form of a hybrid plasmonic waveguide composed of a material having a high refractive index, a material having a low refractive index, and a metallic material. For example, the polarization mode rotator 130 may include a dielectric core optical waveguide having a high index of refraction, a thin low-index dielectric layer disposed on the dielectric core optical waveguide having a high index of refraction, (Metal Plasmonics Layer) disposed on the substrate. This will be described in detail with reference to Fig. In addition, the polarization mode rotator 130 may be formed in a different structure, which will be described in detail with reference to FIG.

하이브리드 플라즈모닉 도파로에 입사된 TE 편광 및 TM 편광 각각은 진행되는 동안 두 가지 하이브리드 모드로 들뜨게 되고, 서로 다른 전파 상수를 갖고 있기 때문에, 진행되는 동안 두 가지 하이브리드 모드는 서로 섞이게 되고 결과적으로 비대칭적인 하이브리드 광 도파로 구조에 의해 TE 편광은 TM 편광으로, TM 편광은 TE 편광으로 회전될 수 있다.Since the TE polarized light and the TM polarized light incident on the hybrid plasmonic waveguide are excited into two hybrid modes during their progress and have different propagation constants, the two hybrid modes are mixed with each other during the progression, and as a result, the asymmetric hybrid The TE polarized light can be rotated to TM polarized light and the TM polarized light can be rotated to TE polarized light by the optical waveguide structure.

편광 모드 결합기(140)는 편광 모드 회전기(130)에서 변환된, TM 편광 및 TE 편광을 병합하여 제2 광 도파로(112)를 통하여 출력한다. 여기서, 편광 모드 결합기(140)는 제1 광 도파로(111)를 통하여 전송받은 TM 편광을 제2 광 도파로(112)로 전송하는 통로인 결합 다리 도파로(141)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 편광 모드 결합기(140)는 결합 다리 도파로(141)를 통하여 전송받은 TM 편광을 제2 광 도파로(112)를 통하여 전송받은 TE 편광에 병합하여 제2 광 도파로(112)를 통하여 출력할 수 있다.The polarization mode coupler 140 combines the TM polarized light and the TE polarized light converted in the polarization mode rotator 130 and outputs the combined light through the second optical waveguide 112. Here, the polarization mode coupler 140 may include a coupling leg waveguide 141 that is a passage through which the TM polarized light transmitted through the first optical waveguide 111 is transmitted to the second optical waveguide 112. For example, the polarization mode coupler 140 combines the TM polarized light transmitted through the coupling leg waveguide 141 with the TE polarized light transmitted through the second optical waveguide 112, and outputs the TM polarized light through the second optical waveguide 112 can do.

반면에, 본 발명의 일실시예에 따른 미리 설정된 방향인 정방향의 역방향으로 빛이 입사되는 경우(150), 반사된 빛은 제2 광 도파로(112)의 출력단을 통하여 입사될 수 있다.On the other hand, when light is incident 150 in a predetermined direction, which is a predetermined direction according to an embodiment of the present invention, the reflected light may be incident through the output end of the second optical waveguide 112.

편광 모드 결합기(140)는 제2 광 도파로(112)를 통하여 입사되는 빛을 편광 상태에 따라 TE 편광 또는 TM 편광으로 분리하고, 분리된 TM 편광을 결합 다리 도파로(141)를 통하여 제1 광 도파로(111)로 전송할 수 있다. 이 때, 편광 모드 결합기(140)에서 제1 광 도파로(111)는 TM 편광 모드 진행 도파로일 수 있고, 편광 모드 결합기(140)에서 제2 광 도파로(112)는 TE 편광 모드 진행 도파로일 수 있다.The polarization mode coupler 140 separates the light incident through the second optical waveguide 112 into TE polarized light or TM polarized light according to the polarization state and transmits the separated TM polarized light to the first optical waveguide 141 through the coupling leg waveguide 141. [ (111). In this case, the first optical waveguide 111 in the polarization mode coupler 140 may be a TM polarization mode progressive waveguide, and the second optical waveguide 112 in the polarization mode coupler 140 may be a TE polarization mode progressive waveguide .

편광 모드 회전기(130)에 포함되는 TE/TM 회전기(131)는 제1 광 도파로(111)를 통하여 전송받은 TM 편광을 회전하지 못하므로 그대로 TM 편광으로 출력할 수 있고, TM/TE 회전기(132) 역시 제2 광 도파로(112)를 통하여 전송받은 TE 편광을 회전하지 못하므로 그대로 TE 편광으로 출력할 수 있다.The TE / TM rotator 131 included in the polarization mode rotator 130 can output the TM polarized light as it is because it can not rotate the TM polarized light transmitted through the first optical waveguide 111, and the TM / TE rotator 132 Also can not output the TE polarized light transmitted through the second optical waveguide 112 and can output the TE polarized light as it is.

편광 모드 분파기(120)는 제1 광 도파로(111)를 통하여 전송받은 TM 편광을 분리 다리 도파로(121)를 통하여 제2 광 도파로(112)로 전송함으로써, TE 편광 및 TM 편광을 병합하여 제2 광 도파로(112)의 입력단을 통하여 출력할 수 있다.The polarization mode splitter 120 transmits the TM polarized light transmitted through the first optical waveguide 111 to the second optical waveguide 112 through the separation leg waveguide 121 to combine the TE polarized light and the TM polarized light, 2 optical waveguide 112 through the input terminal.

따라서, 미리 설정된 방향인 정방향의 역방향으로 입사되는 빛이 제1 광 도파로(111)의 입력단을 통하여 출력되지 않으므로, 광 아이솔레이터의 기능이 수행될 수 있고, 미리 설정된 방향인 정방향의 역방향으로 입사되는 빛이 제2 광 도파로(112)의 입력단을 통하여 출력되므로, 광 서큘레이터의 기능도 동시에 수행될 수 있다.
Therefore, since the light incident in the predetermined direction, i.e., the backward direction, is not outputted through the input end of the first optical waveguide 111, the function of the optical isolator can be performed and the light incident in the predetermined direction, Is outputted through the input end of the second optical waveguide 112, the function of the optical circulator can also be performed at the same time.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 편광 모드 회전기를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a polarization mode rotator according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 편광 모드 회전기는 높은 굴절률을 갖는 물질, 낮은 굴절률을 갖는 물질 및 금속 물질로 구성되는 하이브리드 플라즈모닉 도파로 형태일 수 있다.Referring to FIG. 2, the polarization mode rotator according to an embodiment of the present invention may be in the form of a hybrid plasmonic waveguide composed of a material having a high refractive index, a material having a low refractive index, and a metallic material.

편광 모드 회전기의 윗면도(210)를 정면에서 바라본 정면도(220)를 살펴보면, 편광 모드 회전기는 높은 굴절률의 유전체 코어 광 도파로(221), 높은 굴절률의 유전체 코어 광 도파로 상부에 배치되는 낮은 굴절률의 유전체 층(222) 및 낮은 굴절률의 유전체 층 상부에 배치되는 비대칭적인 구조의 금속 플라즈모닉 층(223)으로 구성될 수 있다.
The polarization mode rotator includes a dielectric core optical waveguide 221 having a high index of refraction, a low refractive index dielectric core disposed on the dielectric core optical waveguide having a high index of refraction, A dielectric layer 222 and a metal plasmonic layer 223 of asymmetrical structure disposed over the low refractive index dielectric layer.

도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 편광 모드 회전기를 나타낸 도면이다.3 is a view illustrating a polarization mode rotator according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 편광 모드 회전기는 단열 테이퍼(Adiabatic Taper)(310) 및 비대칭형 방향성 결합기(Asymmetric Directional Coupler)(320)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the polarization mode rotator according to another embodiment of the present invention may include an adiabatic taper 310 and an asymmetric directional coupler 320.

이와 같이, 편광 모드 회전기는 도 2에 도시된 구조 및 도 3에 도시된 구조에 제한되지는 않고, TE 편광을 TM 편광으로 변환하고, TM 편광을 TE 편광으로 변환하는 기능을 수행할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
As described above, the polarization mode rotator is not limited to the structure shown in Fig. 2 and the structure shown in Fig. 3, and may be a variety of devices capable of converting TE polarized light into TM polarized light and performing a function of converting TM polarized light into TE polarized light Structure.

도 4는 편광 모드 회전기가 구비되지 않은 경우, 광 아이솔레이터에서 입사되는 빛의 편광 상태에 따른 출력된 빛의 전기장 분포를 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing an electric field distribution of output light according to the polarization state of light incident from the optical isolator when the polarization mode rotator is not provided.

도 4를 참조하면, 출력된 빛의 전기장 분포에 따르면, 입사되는 빛의 편광 상태에 따라 편광 모드 분파기에서 TE 편광 및 TM 편광으로 분리되고, 편광 모드 결합기에 의해 TE 편광 및 TM 편광이 결합되는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 4, according to the electric field distribution of the output light, TE polarized light and TM polarized light are separated in the polarization mode splitter according to the polarization state of incident light, and TE polarized light and TM polarized light are coupled by the polarized mode coupler .

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터에 포함되는 TE/EM 회전기에서 입사되는 빛의 편광 상태에 따른 출력된 빛의 전기장 분포를 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an electric field distribution of output light according to a polarization state of light incident from a TE / EM rotary included in an integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 출력된 빛의 전기장 분포에 따르면, TE/TM 회전기에 TE 편광이 입사되는 경우, TM 편광으로 변환되지만, TE/TM 회전기에 TM 편광이 입사되는 경우, 변환되지 않는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 5, when the TE polarized light is incident on the TE / TM rotator, the TM polarized light is converted into the TM polarized light, but the TM polarized light is incident on the TE / TM rotator according to the electric field distribution of the output light according to the embodiment of the present invention. , It can be seen that no conversion is performed.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 분리 다리 도파로 및 결합 다리 도파로의 폭에 따른 삽입 손실 및 편광 소멸 비율을 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating insertion loss and polarization extinction ratio according to widths of a separation leg waveguide and a coupling leg waveguide according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 편광 모드 분파기의 분파 다리 도파로의 폭이 550nm인 경우 1550nm 파장에서, TE 편광의 삽입 손실은 0.5dB이고, TE 편광의 편광 소멸 비율이 30dB인 것을 알 수 있고, TM 편광의 삽입 손실은 0.8dB이고, TM 편광의 편광 소멸 비율이 23dB인 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 6, when the width of a demultiplexer waveguide of a polarization mode demultiplexer according to an embodiment of the present invention is 550 nm, insertion loss of TE polarized light is 0.5 dB at a wavelength of 1550 nm, polarization decay rate of TE polarized light is 30 dB , The insertion loss of the TM polarized light is 0.8dB, and the polarization decay rate of the TM polarized light is 23dB.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터를 생성하는 방법을 나타낸 플로우 차트이다.7 is a flowchart illustrating a method of generating an integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 집적형 광 아이솔레이터를 생성하는 시스템은 광원으로부터 빛이 입사되는 제1 광 도파로 및 제1 광 도파로와 구별되어 빛이 출력되는 제2 광 도파로를 배치한다(710).7, a system for generating an integrated optical isolator according to an embodiment of the present invention includes a first optical waveguide in which light is incident from a light source, and a second optical waveguide in which light is distinguished from a first optical waveguide (710).

또한, 집적형 광 아이솔레이터를 생성하는 시스템은 제1 광 도파로 및 제2 광 도파로의 입력단 부분에, 제1 광 도파로를 통하여 입사되는 빛을 편광 상태에 따라 TE 편광 또는 TM 편광으로 분리하는 편광 모드 분파기를 배치하고, 이어서 편광 모드 회전기 및 편광 모드 결합기를 배치한다(720). 이 때, 편광 모드 분파기는 분리된 TM 편광이 제2 광 도파로로 전송되는 통로인 분리 다리 도파로를 포함할 수 있다.The system for generating an integrated optical isolator is provided with a polarization mode splitter for splitting the light incident through the first optical waveguide into TE polarization or TM polarization according to the polarization state at the input end of the first optical waveguide and the second optical waveguide And a polarizing mode rotator and a polarizing mode coupler are disposed (720). At this time, the polarization mode demultiplexer may include a separation leg waveguide as a path through which the separated TM polarized light is transmitted to the second optical waveguide.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. For example, it is to be understood that the techniques described may be performed in a different order than the described methods, and / or that components of the described systems, structures, devices, circuits, Lt; / RTI > or equivalents, even if it is replaced or replaced.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (11)

집적형 광 아이솔레이터(Optical Isolator)에 있어서,
제1 광 도파로(Optical Waveguide)를 통하여 입사되는 빛을 편광 상태에 따라 서로 수직인 TE(Transverse Electric Wave; TE) 편광 또는 TM(Transverse Magnetic Wave; TM) 편광으로 분리하는 편광 모드 분파기;
상기 편광 모드 분파기에서 분리된, 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하거나 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하는 편광 모드 회전기; 및
상기 편광 모드 회전기에서 변환된, 상기 TM 편광 및 상기 TE 편광을 병합하여 상기 제1 광 도파로와 구별되는 제2 광 도파로를 통하여 출력하는 편광 모드 결합기
를 포함하고,
상기 편광 모드 분파기, 상기 편광 모드 회전기 및 상기 편광 모드 결합기는
상기 제1 광 도파로 및 상기 제2 광 도파로로 연결되는 집적형 광 아이솔레이터.
In an integrated optical isolator,
A polarization mode duplexer for separating light incident through a first optical waveguide into TE (Transverse Electric Wave (TE) polarized light or TM (Transverse Magnetic Wave; TM) polarized light perpendicular to each other according to a polarization state;
A polarization mode rotator which is separated from the polarization mode splitter and converts the TE polarized light into the TM polarized light or converts the TM polarized light into the TE polarized light; And
A polarization mode coupler for combining the TM polarized light and the TE polarized light converted by the polarization mode rotator and outputting the TM polarized light through a second optical waveguide differentiated from the first optical waveguide;
Lt; / RTI >
The polarization mode splitter, the polarization mode rotator, and the polarization mode coupler
And the first optical waveguide and the second optical waveguide are connected to each other.
제1항에 있어서,
상기 편광 모드 회전기는
미리 설정된 방향으로 진행하는 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광 각각에 대해서만 변환하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
The polarization mode rotator
And converts only the TE polarized light and TM polarized light proceeding in a predetermined direction.
제1항에 있어서,
상기 편광 모드 분파기는
상기 제1 광 도파로를 통하여 입사되는 빛으로부터 분리된 상기 TM 편광을 상기 제2 광 도파로로 전송하는 통로인 분리 다리 도파로
를 포함하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
The polarization mode demultiplexer
And a separation leg waveguide which is a passage for transmitting the TM polarized light separated from the light incident through the first optical waveguide to the second optical waveguide,
And an optical isolator.
제1항에 있어서,
상기 편광 모드 회전기는
상기 제2 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하는 TM/TE 회전기; 및
상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하는 TE/TM 회전기
를 포함하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
The polarization mode rotator
A TM / TE rotator for converting the TM polarized light received through the second optical waveguide into the TE polarized light; And
A TE / TM rotator for converting the TE polarized light transmitted through the first optical waveguide into the TM polarized light;
And an optical isolator.
제1항에 있어서,
상기 편광 모드 결합기는
상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TM 편광을 상기 제2 광 도파로로 전송하는 통로인 결합 다리 도파로
를 포함하고,
상기 편광 모드 결합기는
상기 결합 다리 도파로를 통하여 전송받은 상기 TM 편광을 상기 제2 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TE 편광에 병합하여 상기 제2 광 도파로를 통하여 출력하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
The polarization mode coupler
And a coupling leg waveguide which is a passage through which the TM polarized light transmitted through the first optical waveguide is transmitted to the second optical waveguide,
Lt; / RTI >
The polarization mode coupler
And the TM polarized light transmitted through the coupling leg waveguide is combined with the TE polarized light transmitted through the second optical waveguide and output through the second optical waveguide.
제1항에 있어서,
상기 편광 모드 회전기는
높은 굴절률의 유전체 코어 광 도파로;
상기 높은 굴절률의 유전체 코어 광 도파로 상부에 배치되는 낮은 굴절률의 유전체 층(Thin Low-index Dielectric Layer); 및
상기 낮은 굴절률의 유전체 층 상부에 배치되는 금속 플라즈모닉 층(Metal Plasmonics Layer)
을 포함하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
The polarization mode rotator
A dielectric core optical waveguide having a high refractive index;
A low refractive index dielectric layer (Thin Low-index Dielectric Layer) disposed on the dielectric core optical waveguide having the high refractive index; And
A metal plasmonic layer disposed above the low refractive index dielectric layer,
And an optical isolator.
제1항에 있어서,
상기 편광 모드 회전기는
단열 테이퍼(Adiabatic Taper); 및
비대칭형 방향성 결합기(Asymmetric Directional Coupler)
를 포함하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
The polarization mode rotator
Adiabatic Taper; And
Asymmetric Directional Coupler
And an optical isolator.
제1항에 있어서,
상기 편광 모드 결합기에서 출력되는, 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하거나, 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하는 상기 편광 모드 회전기와 구별되는 다른 편광 모드 회전기
를 더 포함하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
A polarization mode rotator for converting the TM polarized light into the TE polarized light and outputting the TM polarized light into the TM polarized light,
Further comprising an optical isolator.
제1항에 있어서,
미리 설정된 방향의 역방향으로 상기 제2 광 도파로를 통하여 빛이 입사되는 경우,
상기 편광 모드 결합기는
상기 제2 광 도파로를 통하여 상기 입사되는 빛을 상기 편광 상태에 따라 상기 TE 편광 또는 상기 TM 편광으로 분리하고, 상기 분리된 TM 편광을 결합 다리 도파로를 통하여 상기 제1 광 도파로 전송하며,
상기 편광 모드 분파기는
상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 상기 TM 편광을 분리 다리 도파로를 통하여 상기 제2 광 도파로로 전송함으로써, 상기 TE 편광 및 상기 TM 편광을 병합하여 상기 제2 광 도파로를 통하여 출력하여 광 서큘레이터 기능을 수행하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
When light is incident through the second optical waveguide in a direction opposite to a predetermined direction,
The polarization mode coupler
Separating the incident light into the TE polarized light or the TM polarized light according to the polarization state through the second optical waveguide and transmitting the separated TM polarized light to the first optical waveguide through the coupling leg waveguide,
The polarization mode demultiplexer
And the TM polarized light transmitted through the first optical waveguide is transmitted to the second optical waveguide through a split leg waveguide to combine the TE polarized light and the TM polarized light and output through the second optical waveguide, Gt; optical isolator < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 편광 모드 결합기는
편광 빔의 결합 길이(Coupling Length)를 조절함으로써, 상기 편광 모드 회전기를 지나서 상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 편광 빔은 그대로 진행하도록 하고, 상기 편광 모드 회전기를 지나서 상기 제2 광 도파로를 통하여 전송받은 편광 빔은 상기 제1 광 도파로를 통하여 전송받은 편광 빔에 결합되도록 하여, 결합된 빔이 상기 제1 광 도파로를 통하여 출력되도록 하며,
상기 제1 광 도파로의 역방향으로 입사되는 빛은
상기 제2 광 도파로를 통하여 출력되도록 하는 집적형 광 아이솔레이터.
The method according to claim 1,
The polarization mode coupler
By controlling the coupling length of the polarized beam, the polarized beam transmitted through the first optical waveguide passes through the polarization mode rotator, and passes through the polarized mode rotator through the second optical waveguide The polarization beam received is coupled to the polarized beam transmitted through the first optical waveguide so that the combined beam is output through the first optical waveguide,
The light incident in the opposite direction of the first optical waveguide
And output through the second optical waveguide.
집적형 광 아이솔레이터(Optical Isolator)를 생성하는 방법에 있어서,
빛이 입사되는 제1 광 도파로(Optical Waveguide) 및 상기 제1 광 도파로와 구별되어 빛이 출력되는 제2 광 도파로를 배치하는 단계;
상기 제1 광 도파로 및 상기 제2 광 도파로의 입력단 부분에 상기 제1 광 도파로를 통하여 입사되는 빛을 편광 상태에 따라 TE(Transverse Electric Wave; TE) 편광 또는 TM(Transverse Magnetic Wave; TM) 편광으로 분리하는 편광 모드 분파기를 배치하는 단계;
상기 편광 모드 분파기의 다음에, 상기 편광 모드 분파기에서 분리된, 상기 TE 편광을 상기 TM 편광으로 변환하거나 상기 TM 편광을 상기 TE 편광으로 변환하는 편광 모드 회전기를 배치하는 단계; 및
상기 제1 광 도파로 및 상기 제2 광 도파로의 출력단 부분에, 상기 편광 모드 회전기의 다음으로, 상기 편광 모드 회전기에서 변환된, 상기 TM 편광 및 상기 TE 편광을 병합하여 상기 제2 광 도파로를 통하여 출력하는 편광 모드 결합기를 배치하는 단계
를 포함하는 집적형 광 아이솔레이터를 생성하는 방법.A method of generating an integrated optical isolator,
Disposing a first optical waveguide in which light is incident and a second optical waveguide in which light is separated from the first optical waveguide;
(TE) polarized light or TM (Transverse Magnetic Wave: TM) polarized light according to the polarization state at the input end portion of the first optical waveguide and the second optical waveguide through the first optical waveguide Disposing a separating polarizing mode duplexer;
Disposing a polarization mode rotator for converting the TE polarized light into the TM polarized light or converting the TM polarized light into the TE polarized light, which is separated from the polarization mode demultiplexer, next to the polarized mode demultiplexer; And
The TM polarized light and the TE polarized light converted by the polarization mode rotator after the polarization mode rotator are merged into the output end portion of the first optical waveguide and the second optical waveguide and output through the second optical waveguide A step of arranging a polarization mode coupler
≪ / RTI >
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