[논문 리뷰] Fabrication of polarization-independent single-mode waveguides in lithium niobate crystal with femtosecond laser pulses

Jia Qi, Peng Wang외 6명|arXiv (Cornell University)|2016. 05. 21.

Laser Material Processing Techniques인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 형상화된 펌트세컨드 레이저 펄스를 사용하여 리튬니오브산탄 결정에서 편광에 독립적인 단일 모드 웨이브가이드를 제작하는 방법을 제시한다. 슬릿 빔 형상 조절 기술을 활용해 웨이브가이드의 네 면에 낮은 클래딩을 형성함으로써, TE 및 TM 편광된 빛 모두에 대해 단일 모드 전파를 가능하게 하여 다양한 통합 광학 응용을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We report on fabrication of depressed cladding optical waveguides buried in lithium niobate crystal with shaped femtosecond laser pulses. Depressed cladding waveguides of variable mode-field sizes are fabricated by forming the four sides of the cladding using a slit-beam shaping technique. We show that the waveguides fabricated by our technique allows single-mode propagation of the light polarized in both vertical and horizontal directions.

연구 동기 및 목표

• TE 및 TM 편광된 빛을 모두 지원하는 리튬니오브산탄에서 단일 모드 웨이브가이드를 만드는 기술을 개발하는 것.
• 기존 리튬니오브산탄 웨이브가이드의 편광 의존성을 제거하기 위해 대칭적인 낮은 클래딩 구조를 설계하는 것.
• 맞춤형 펌트세컨드 레이저 펄스 형상 조절을 통해 모드 필드 크기를 정밀하게 제어하는 것.
• 편광에 민감하지 않은 작동이 필요한 실용적인 통합 광학 장치를 가능하게 하는 것.

제안 방법

• 웨이브가이드 코어의 네 면에 낮은 클래딩을 형성하기 위해 슬릿 빔 형상 조절 기술을 사용하여 펌트세컨드 레이저 펄스를 형상 조절한다.
• 레이저에 의해 유도된 굴절률 변화는 직사각형 횡단면과 대칭 클래딩을 가진 매립형 웨이브가이드를 형성한다.
• 단일 모드 작동이 두 편광 상태 모두에서 달성되도록 레이저 펄스 에너지 및 스캐닝 파rameter를 최적화한다.
• 웨이브가이드 기하구조는 가로 전자(TE) 및 가로 자성(TM) 모드 모두에 대해 빛을 동일하게 구속하도록 설계된다.
• 공간적 빔 형상 조절을 이용한 직접 레이저 작성 기반의 제작 공정으로, 추가 도핑 또는 에칭 단계가 필요 없도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대칭적인 굴절률 대비를 가진 낮은 클래딩 웨이브가이드가 리튬니오브산탄에서 제작되어 TE 및 TM 편광 모두에 대해 단일 모드 전파를 지원할 수 있는가?
• RQ2 형상 조절된 펌트세컨드 레이저 펄스의 사용이 웨이브가이드 내 모드 필드 크기 제어에 정밀하게 기여하는가?
• RQ3 모드 교차 또는 결합 없이 웨이브가이드가 두 편광 상태 모두에서 단일 모드 행동을 유지할 수 있는가?
• RQ4 웨이브가이드 제작 공정이 복잡한 광학 회로에 통합 가능할 수 있는가?

주요 결과

• 제작된 웨이브가이드는 TE 및 TM 편광된 빛 모두에서 단일 모드 작동을 보이며, 편광 독립성을 확인한다.
• 웨이브가이드 설계는 레이저 가공 파arameter와 클래딩 기하구조를 통해 모드 필드 직경을 조절할 수 있다.
• 슬릿 빔 형상 조절 기술은 네 면에 대칭적인 굴절률 감소를 가능하게 하여 편광에 민감하지 않은 빛의 안내에 필수적이다.
• 웨이브가이드는 매립형이며 낮은 전파 손실을 보이며, 통합 광학 응용에 적합하다.