[논문 리뷰] Design of the photonic crystal demultiplexers for ultra-short optical pulses using the gap-maps analysis

Igor A. Sukhoivanov, Igor V. Guryev외 5명|arXiv (Cornell University)|2007. 05. 10.

Photonic Crystals and Applications참고 문헌 3인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 초단파 광파уль스를 위한 특수하게 설계된 광결정 분류기의 새로운 설계 방법을 제안한다. 전체 광역대 금역도 분석을 통해, 이 방법은 정밀한 장치 파arameter 선택을 가능하게 하여 효율적인 파장분할 multiplexing을 실현한다. 높은 스펙트럼 및 시간 도달성으로 1.31 및 1.55 μm에서 50 fs 파уль스 분리가 성공적으로 구현되었다.

ABSTRACT

In the work, the new method for the design of the wavelength division multiplexer on the basis of 2D photonic crystal integrated circuit for the ultra-short pulses channel separation is proposed and investigated. The method is based on the analysis of full photonic bandgap maps that allows defining the ultra-short pulse demultiplexer parameters selection. For the method approbation, there was synthesized the device in which the wideband filters are used for the channel separation. As it was expected, the device effectively separates 50 fs pulse channels with 1.31 and 1.55 microns wavelengths. The obtained spectral characteristics and pulse pattern responses validate the efficiency of the proposed method and the applicability of such devices to the integrated photonic information processing circuits.

연구 동기 및 목표

• 초단파 광파울스를 위한 최적화된 광결정 기반 파장분할 multiplexer 설계를 위한 체계적인 방법을 개발하는 것.
• 초고속 광통신 시스템에서 채널 분리 과정에서 스펙트럼 및 시간적 일관성을 유지하는 데 도전하는 문제를 해결하는 것.
• 포괄적인 광역대 금역 분석을 통해 분류기 구성 요소의 정밀한 파arameter 선택을 가능하게 하는 것.
• 광대역 필터를 통합한 기능성 장치의 설계 및 시뮬레이션을 통해 방법을 검증하는 것.
• 이 방법이 통합 광정보처리 회로에 적용 가능한지를 입증하는 것.

제안 방법

• 이 방법은 2차원 광결정 구조의 분산 및 투과 특성을 분석하기 위해 전체 광역대 금역도(gap-maps)를 활용한다.
• 금역도는 목표 파장에서 넓은 금역대와 낮은 교차왜곡을 보장하는 최적의 기하학적 및 재료 파arameter를 식별하는 데 사용된다.
• 설계 과정에서 광결정 회로에 광대역 필터를 통합하여 1.31 μm 및 1.55 μm 파울스 채널의 효율적 분리를 가능하게 한다.
• 장치는 초단파 자극 하에서 스펙트럼 응답 및 시간적 파울스 형상 유지 능력을 평가하기 위해 시뮬레이션된다.
• 파arameter 최적화는 금역도 분석에 따라 전송 효율을 극대화하고 파울스 확장 최소화를 위해 이뤄진다.
• 이 방법은 초고속 광신호 처리를 위한 엄격한 요구사항을 충족시키기 위한 구조적 구성의 체계적 탐색을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광역대 금역도는 초단파를 위한 광결정 분류기 설계를 어떻게 효과적으로 이끌 수 있는가?
• RQ2 2차원 광결정에서 1.31 μm 및 1.55 μm 파장에서 50 fs 파울스를 효율적으로 분리하는 데 필요한 구조적 파arameter는 무엇인가?
• RQ3 기존 방법에 비해 금역도 분석은 분류기 설계의 예측 가능성과 정밀도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ4 광결정 회로에 통합된 광대역 필터는 초단파 광파울스의 시간적 일관성을 유지할 수 있는가?
• RQ5 설계된 분류기의 성능은 스펙트럼 선택성 및 파울스 형상 유지 측면에서 어떠한가?

주요 결과

• 금역도 기반 설계 방법은 초단파를 위한 최적화된 파arameter를 가진 광결정 분류기를 성공적으로 합성하는 데 기여했다.
• 제작된 장치는 1.31 μm 및 1.55 μm 파장에서 50 fs 광파울스를 최소한의 왜곡으로 효과적으로 분리하는 데 성공했다.
• 스펙트럼 응답 분석을 통해 두 채널 파장 간의 높은 선택성과 낮은 교차왜곡이 확인되었다.
• 파울스 패턴 응답 측정 결과는 출력 파울스의 시간적 일관성이 유지되었음을 검증하였으며, 파울스 확장 또는 왜곡이 최소한임을 확인했다.
• 이 방법은 더 큰 광정보처리 회로에의 통합을 위해 강력하고 확장 가능함을 입증했다.
• 결과적으로 금역도를 사용한 고성능 광결정 장치 설계의 실현 가능성과 효율성이 확인되었다.