[논문 리뷰] A New Design of Ultra-Flattened Near-zero Dispersion PCF Using Selectively Liquid Infiltration

Partha Sona Maji, Partha Roy Chaudhuri|arXiv (Cornell University)|2014. 12. 25.

Photonic Crystal and Fiber Optics참고 문헌 19인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 삼각형 격자 구조의 첫 번째 고리 공기 구멍에만 인덱스 매칭 액체를 선택적으로 침투시켜 초평탄한 근처 영역의 색산도를 갖는 새로운 광학 격자 섬유(PCF) 설계를 제안한다. 액체의 굴절률, 구멍 간 거리, 공기 구멍 지름을 최적화함으로써, 넓은 대역폭에서 0 ± 0.15 ps/(nm·km)의 색산도를 달성하였으며, 실용적인 액체 침투를 통해 1.26–1.80 µm 범위의 276–492 nm 대역에서 근사적으로 0 ± 0.48 ps/(nm·km)의 초평탄한 근처 영역 색산도(D = 0 ± 0.48 ps/(nm·km))를 실현하였다.

ABSTRACT

The paper report new results of chromatic dispersion in Photonic Crystal Fibers (PCFs) through appropriate designing of index-guiding triangular-lattice structure devised, with a selective infiltration of only the first air-hole ring with index-matching liquid. Our proposed structure can be implemented for both ultra-low and ultra-flattened dispersion over a wide wavelength range. The dependence of dispersion parameter of the PCF on infiltrating liquid indices, hole-to-hole distance and air-hole diameter are investigated in details. The result establishes the design to yield a dispersion of 0+-0.15ps/ (nm.km) in the communication wavelength band. We propose designs pertaining to infiltrating practical liquid for near-zero ultra-flat dispersion of D=0+-0.48ps/ (nm.km) achievable over a bandwidth of 276-492nm in the wavelength range of 1.26 μm to 1.80μm realization.

연구 동기 및 목표

• 넓은 파장 범위에서 초평탄한 근처 영역의 색산도를 갖는 광학 격자 섬유(PCF)를 설계하기 위해.
• 인덱스 유도 PCF에서 액체 침투가 색산도 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 실현 가능한 굴절률을 갖는 액체를 사용하여 실용적인 구현을 달성하기 위해.
• 색산도 평탄화를 위해 구조적 매개변수인 구멍 간 거리, 공기 구멍 지름 및 액체 굴절률을 최적화하기 위해.
• 1.26–1.80 µm 창에서 색산도 변화가 ±0.48 ps/(nm·km) 이내인 276–492 nm의 대역폭을 확보하기 위해.

제안 방법

• PCF는 중심 코어를 갖는 삼각형 격자 배열의 공기 구멍을 포함한다.
• 첫 번째 고리의 공기 구멍만 선택적으로 인덱스 매칭 액체로 침투시키며, 나머지는 공기로 유지된다.
• 유한요소법(FEM)을 사용한 전체 벡터형 접근 방식을 통해 색산도 특성을 수치적으로 분석한다.
• 액체 굴절률, 구멍 간 피치, 공기 구멍 지름이 색산도에 미치는 영향을 체계적으로 연구한다.
• 색산도 곡선의 기울기와 변동성을 최소화하기 위해 설계 최적화를 수행한다.
• 실현 가능한 액체의 굴절률을 기반으로 근사적으로 0의 초평탄한 색산도를 달성하기 위해 액체를 선정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 인덱스 유도 PCF에서 첫 번째 공기 구멍 고리에만 선택적으로 액체를 침투시키는 것이 색산도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 초평탄한 색산도를 달성하기 위해 최적의 구멍 간 거리와 공기 구멍 지름은 무엇인가?
• RQ3 실현 가능한 액체를 사용하여 넓은 대역폭에서 최소한의 변동성을 갖는 근사적인 0 색산도를 실현할 수 있는가?
• RQ4 색산도 변화가 ±0.48 ps/(nm·km) 이내인 최대 달성 가능한 대역폭은 얼마인가?
• RQ5 침투 액체의 굴절률이 색산도 프로파일에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 제안된 PCF는 넓은 파장 범위에서 0 ± 0.15 ps/(nm·km)의 색산도를 달성하여 초평탄한 근처 영역 색산도를 나타낸다.
• 실용적인 액체 침투를 통해 1.26–1.80 µm 창에서 276–492 nm 대역폭 동안 색산도가 0 ± 0.48 ps/(nm·km)로 유지된다.
• 색산도 평탄화 효과는 침투 액체의 굴절률에 매우 민감하며, 최적의 값이 최소한의 변동성을 가능하게 한다.
• 구멍 간 거리와 공기 구멍 지름은 색산도 기울기와 대역폭에 크게 영향을 미친다.
• 첫 번째 고리의 공기 구멍만 선택적으로 침투시키는 방식은 코어 구조를 변경하지 않으면서도 색산도를 효과적으로 제어할 수 있다.
• 저항성과 평탄한 색산도가 요구되는 광대역 광통신 시스템에 대한 실현 가능성은 입증되었다.