[go: up one dir, main page]

KR20180006266A - 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치 - Google Patents

120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180006266A
KR20180006266A KR1020167035538A KR20167035538A KR20180006266A KR 20180006266 A KR20180006266 A KR 20180006266A KR 1020167035538 A KR1020167035538 A KR 1020167035538A KR 20167035538 A KR20167035538 A KR 20167035538A KR 20180006266 A KR20180006266 A KR 20180006266A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
state
photonic crystal
optical
dimensional photonic
electromagnetic signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
KR1020167035538A
Other languages
English (en)
Inventor
빅토르 드미트리에프
지안니 마사키 타나카 포르텔라
라파엘로 라프산자니 바치스타
Original Assignee
우니베르시다지 페데랄 도 빠라 - 우에피뻬아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 우니베르시다지 페데랄 도 빠라 - 우에피뻬아 filed Critical 우니베르시다지 페데랄 도 빠라 - 우에피뻬아
Priority to KR1020247038350A priority Critical patent/KR20240169128A/ko
Publication of KR20180006266A publication Critical patent/KR20180006266A/ko
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1225—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths comprising photonic band-gap structures or photonic lattices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G02F1/3132—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type
    • G02F1/3133—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure of directional coupler type the optical waveguides being made of semiconducting materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/35—Optical coupling means having switching means
    • G02B6/3564—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details
    • G02B6/3568—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details characterised by the actuating force
    • G02B6/3572—Magnetic force
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/025—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/095—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
    • G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
    • G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
    • G02F2201/06—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 integrated waveguide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/32—Photonic crystals

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 2개의 도파관과 공진 공동이 생기게 하면서 디펙트들이 삽입된 2차원 광 결정에 기초한다. 장치를 통과하여 지나가는 전자기 신호는 이를 둘러싸는 주기적 구조물과 연관된 광 밴드 갭 때문에 디펙트들 내에 구속된다. 본 발명의 주된 기능은, 그 통과를 허용 (온(on) 상태) 또는 차단 (오프(off) 상태)하면서, 통신 채널을 따라서 전자기 신호의 흐름을 제어하는 것이다. 본 발명은 또한 120도 각도까지 전자기 신호의 전파 방향을 바꾸게 하고, 그에 따라 집적된 광 시스템들의 구조에 더 큰 유연성을 제공한다. 상기 장치의 작동 원리는 그 공진 공동에서 다이폴 모드의 여기에 기초하고, 이를 구성하는 광자기 물질에 외부 DC 자기장을 적용에 따른다. 온(on) 상태 및 오프(off) 상태에서, 광자기 물질은 각각 자기화되고 비자기화된다.

Description

120도 구부러짐을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 키 {COMPACT OPTICAL KEY BASED ON A TWO-DIMENSIONAL PHOTONIC CRYSTAL WITH 120 DEGREE FOLDING}
본 발명은 120도 벤딩(bending)을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치에 관한 것이다. 집적된 광 시스템에서 채널을 따라서 전자기 신호의 전파를 제오하고, 상기 신호의 통과를 허용 또는 차단하는 (스위칭(switching) 기능) 데에 주로 사용될 수 있다.
광 결정에 기초한 새로운 장치의 개발은 더 작은 치수를 갖는 장치에 대한 요구에 의해 영향을 받고, 따라서 집적된 광 시스템에서 더 높은 레벨의 부품 집적 밀도가 달성된다.
광 결정들은 그들을 구성하는 물질들의 투전율 또는 투자율의 주기적 변조가 발생하는 구조이다. 이러한 주기성은 광 밴드 갭(photonic band gap)으로 또한 알려져 있으며, 이러한 구조들의 밴드 다이어그램에서 금지 주파수 밴드의 존재와 관련이 있다.
이러한 범위에 위치한 주파수를 갖는 전자기파들은 상기 광 결정을 통과하여 진행할 수 없고, 그에 의해 전부 반사된다. 광 밴드 갭의 존재와 함께, 결정체의 주기적 구조에 디펙트(defects)의 형성은, 광 결정들에 기초한 대부분의 장치들의 작동 원리와 연관되어 있다.
집적된 광 시스템들에 사용되는 다양한 장치들 중에서, 스위치가 핵심적인 역할을 갖는다. 이들은 2가지 상태에서 작동하며, 상기 스위치의 입력 포트와 출력 포트 사이의 높은 아이솔레이션(isolation)이 있어, 그 결과 전자기 신호 전송의 제한을 갖는, 오프(off) 상태와, 낮은 삽입 손실을 갖고, 입력부로부터 출력부로 전자기 신호의 전송이 발생하는 온(on) 상태이다. 광 결정에 기초한 스위치들의 2가지 작동 상태 사이에서의 변화(transition)는 상기 구조에 대한 외적 변수의 제어에 따라 특성 파라미터의 변경에 의해 제어된다.
광 결정들에 기초한 새로운 광 스위치들의 개발이 특허 발명들의 다양한 기술적 리포트들에서 설명되었고, 이들 중에서 후술하는 것들이 두드러진다.
CN101571657 특허에서 언급한 스위치는 비선형 특성을 갖는 물질들이 삽입된 삼각형 격자 홀들로 구성된 2차원 광 결정에 기초한다. 결정체 구조에서 디펙트들은 2개의 도파관들 (입력부 및 출력부)와 하나의 공진 공동을 발생시킨다. 상기 비선형 물질의 굴절률은 입사하는 광 제어 신호에 의해 변경될 수 있으며, 이러한 현상은 커 효과(Kerr effect)라고 알려졌다. 스위치의 (온(on) 또는 오프(off)) 상태는 상기 제어 신호의 강도에 의존한다.
US2005249455 특허에서 설명된 스위치는 그 코어가 2차원 광 결정에 의해 형성된 광 도파관에 기초한다. 상기 광 결정을 포함하는 물질들의 굴절률은 광 신호의 주입에 의해 또는 상기 구조에서 존재하는 2개의 전극 사이의 전기 전류의 적용에 의해 변경될 수 있다. 상기 장치의 작동 상태들 사이의 변화는 관련된 광 결정을 포함하는 물질의 굴절률 값의 세팅에 의해 제어된다.
또 주목할 만한 것은 JP2003215646 특허에 개시된 스위치이다. 2개의 광 도파관들 사이에 (온(on) 상태와 오프(off) 상태 사이의 변화인) 스위칭의 원인이 되는 부품이 삽입된다. 이 부품은 2차원 광 결정과 한 쌍의 전극에 기초한다. 상기 스위치가 (온(on) 또는 오프(off)로) 작동하는 상태는 상기 결정을 포함하는 물질의 굴절률 값에 의해 결정되고, 이어서 이것은 상기 전극들 사이에 가해지는 전압 값에 의존한다.
한편으로, JP2006184618 특허에 언급된 광 스위치는 그 굴절률이 온도에 따라 변화하는 물질로 구성된 2차원 광 결정에 기초한다. 상기 장치의 온도 제어는 상기 스위치가 (온(on) 또는 오프(off)로) 작동하는 상태를 세팅하는 데에 책임이 있다.
따라서, 광 결정에 기초하여 광 스위치의 작동 상태들 사이의 변화를 제어하는 몇 가지 방법이 있다. 본 발명은 광자기 물질에 삽입된 삼각형 격자 홀들로 구성된 2차원 광 결정에 기초한다. 스위치의 2가지 작동 상태들은 광자기 물질에 적용된 DC 자기장의 값에 의해 정해지고, 오프(off) 상태에서 0과 같고, 온(on) 상태에서는 H0와 같다.
광 주파수 대역에서 작동하기 위한 일반적인 도파관은 광 섬유들이다. 그들의 벤딩(bending) 각도는 매우 제한되며, 이것은 광 섬유-기반 회로에서 극복되어야 하는 주된 어려움 중 하나이다. 그들의 기능은 내부 전반사의 원리에 기초하며, 결과적으로 그들은 매우 날카롭게 구부러질 수 없고, 그리고 이것은 전자기 신호의 전파 방향의 날카로운 변화를 요구하는 회로들에서 사용하는 것을 복잡하게 한다.
이러한 어려움은 광 결정 기술에 기초한 광 도파관들의 사용으로 극복될 수 있다. 이러한 도파관들에서, 이들과 관련된 커브들의 위상의 수정된 선택은 전자기 신호의 전파 방향에서 변화를 촉진할 수 있다. 이것은, 내부 전반사의 원리에 기초하는, 광 섬유들과는 달리, 이러한 장치들이 광 밴드 갭의 존재에 기초하기 때문이다.
도파관들에 기초한 광 결정들이 결정체 구조에 선형 디펙트들을 삽입함으로써, 주로, 만들어진다. 상기 디펙트의 근처에 결정체 구조와 관련된 광 밴드 갭 때문에, 이 범위에 주파수를 갖는 전자기 신호들은, 이를 따라 전파되는, 선형 디펙트 내부에 구속된다.
이 보고서에서 언급하는 스위치는, 그 구조에서, 전자기 신호의 전파 방향의 120도 벤딩을 포함하고, 집적된 광 시스템들의 구조에 유연성을 제공한다. 또한, 감소된 크기로 인하여, 이러한 시스템들에서 부품들의 집적 밀도의 증가를 돕는다.
상기 장치는 온(on) 상태에서 일정한 자화를 갖고 작동하기 때문에 자기 회로가 간소화된다. 이 때문에, 전자석이 이 기능을 이행하기 위해 사용될 수 있다. 전자석에 의해 발생되는 자기장의 강도는 그 안에서 흐르는 전기 전류에 비례한다.
연관된 장치의 성능 특징들 중에서, 오프(off) 상태에서 입력 포트와 출력 포트 사이의 높은 아이솔레이션(isolation)과, 온(on) 상태에서 낮은 삽입 손실과, 작동의 높은 대역폭을 언급할 가치가 있다.
일반적으로, 논의가 되는 스위치는 광자기 특성들을 갖는 물질에 식각된 삼각형 격자 홀들에 기초한 2차원 광 결정으로 구성된다. 결정체 구조에서, 두 가지 유형의 디펙트들이 삽입된다. 즉,
a) 선형 디펙트들(Linear defects): 직선으로 홀들을 제거함으로써 형성되고, 상기 장치의 도파관들을 형성함.
b) 로컬 디펙트들(Local defects): 상기 장치의 중심에 위치한 홀들(holes)의 반지름 및 위치를 수정함으로써 형성되고, 상기 장치의 공진 공동을 형성함.
광자기 공진기에서 자기장에 따라, 상기 스위치는 2가지 상태에서 작동할 수 있다. 즉,
a) 상기 광자기 물질이 비자기화되고, 출력 도파관으로 신호 전송이 없다.
b) 상기 광자기 물질이 자기화되고, 출력 도파관으로 신호 전송이 발생한다.
구체적으로, 스위치는 다음과 같은 특징들을 갖는다.
a) 광 결정(a)의 격자 상수는 작동 파장(λ) 또는 상기 장치의 작동 주파수 대역의 중심 주파수에 따른다. 1.55 ㎛(micrometers)와 같은 λ에 대하여, a 값은 480 nm(nanometers)와 같고, a/λ의 비는 0.3097와 같다.
b) 상기 광 결정을 형성하는, 상기 광자기 물질에 식각된 홀들의 반지름은, 0.3a와 같다.
c) 입력 도파관과 출력 도파관은 상기 광 결정의 2개의 선형 디펙트들을 삽입함으로써 생성된다.
d) 상기 공진 공동은, 상기 입력 도파관과 출력 도파관 사이에, 상기 장치의 중심에 로컬 디펙트들을 삽입함으로써 제공된다.
e) 상기 스위치의 입력부로부터 출력부까지 전송된 전자기 신호는 그 전파 방향이 120도 각도까지 바뀐다.
f) 상기 장치가 작동하는 (온(on) 또는 오프(off)) 작동 상태는 광자기 물질 상에 외부 DC 자기장의 적용에 의존한다.
g) 오프(off) 상태에서, 적용된 외부 DC 자기장은 0과 같고, 상기 입력 도파관에 적용된 전자기 신호는 상기 공진 공동 상에 정지된 다이폴 모드(stationary dipole mode)를 여기시키고, 그에 따라 상기 모드의 노드들은 상기 출력 도파관과 정렬되며, 결과적으로, 상기 입력부로부터 상기 출력부로 신호의 전달이 없다.
h) 온(on) 상태에서, 적용된 외부 DC 자기장은 H0와 같고 상기 입력 도파관에 적용된 전자기 신호는 상기 공진 공동에 회전하는 다이폴 모드(rotating dipole mode)를 여기시키고, 결과적으로 입력 신호를 출력부로 전달한다.
i) 상기 장치가 기초하는 광자기 물질은 비등방성(anisotropic)이다. 상기 물질의 투전율과 투자율은 다음의 표현으로 설명된다.
Figure pct00001
,
Figure pct00002
여기서,
a) ε는 (F/m(Farads per meter)인) 물질의 투전율이고,
b) ε0는 (F/m인) 자유 공간에서의 투전율이며,
c) μ는 (H/m(Henrys per meter)인) 물질의 투자율이고,
d) μ0는 (H/m인) 자유 공간에서의 투자율이며,
e) i는 허수 단위이고,
f) g는 적용된 외부 DC 자기장 강도에 따른 파라미터이다.
다음의 도면들은, 상기 장치의 작동에 대한 설명이 제시될 뿐 아니라 개선된 스위치가 상세하게 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 각각 온(on) 상태와 오프(off) 상태에서 작동하는 스위치를, 간략한 방식으로, 제시한다.
도 2a 및 도 2b는 고유벡터들 V1 및 V2를 각각 나타내며, 공진 주파수 ω0를 갖고, 비자기화된 공진기에서 존재하는 6 다이폴 모드들 2가지에 관련된 것이다. 도 2c는 반대 방향으로 회전하고 같은 공진 주파수 ω0를 갖는, 비자기화된 공진기의 V+ 모드 및 V- 모드를 제시한다. 도 2d는, 각각, 공진 주파수ω+ 및 ω- 를 갖고 반대 방향으로 회전하는, 자기화된 공진기의 Vm + 모드 및 Vm - 모드를 나타낸다.
도 3은 온(on) 상태에서 작동하는 장치의 평면도를 나타낸다. 상기 장치가 기초하는 광 결정과, 직선의 (각각, 입력 및 출력) 도파관(301, 302)들과, 상기 다이폴 모드들이 여기된 공진 공동, 및 정규화된 중심 주파수 ωa/2πc = 0.30235에서, 입력부로부터 출력부로 전송된, 전자기 신호의 Hz 성분이 도시되어 있다. 여기서, ω(rad/s(radians per second))는 각 주파수이고, a(m) 는 광 결정의 격자 상수이며, c는 자유 공간에서의 빛의 속도이다(대략, 300,000,000 m/s와 같다).
도 4는 오프(off) 상태에서 작동하는 장치의 평면도를 나타낸다. 상기 공진 공동이 삽입된 광 결정과, 도파관(401(입력부), 402(출력부))들이 도시되어 있을 뿐 아니라, 정규화된 중심 주파수 ωa/2πc = 0.30235에서, 상기 입력부로 다시 반사되는, 전자기 신호의 Hz 성분이 도시되어있다.
도 5는 온(on) 상태와 오프(off) 상태에서 작동하는 스위치의 투과 곡선(transmission curve)들을 나타낸다.
스위치가 외부 DC 자기장 H0의 영향하에 있는 경우(도 1a), 입력 도파관(101)에 전자기 신호는, 공진 공동에서, 회전하는 다이폴 모드(103)를 여기 시킨다. 이 모드는 입사 신호가 출력 도파관(102)으로 전달되게 한다. 이것은 온(on) 상태이고, 이 경우에, 파라미터 g의 값은 0.26과 같다.
다른 한편으로, 외부 DC 자기장이 스위치에 적용되지 않는 경우를 고려하면(도 1b), 입력 도파관(104)으로 입사된 전자기 신호는, 상기 공진 공동에서, 정지된(stationary) 다이폴 모드(106)를 여기시키고, 여기서 그 노드들은 출력 도파관(105)과 정렬된다. 이 경우에, 상기 입사된 전자기 신호는 상기 입력부로 전체적으로 다시 반사되고, 상기 신호의 투과가 없다. 이것은 오프(off) 상태이고, 파라미터 g의 값은 0과 같다.
로드(loads)가 없는, 즉, 입력 도파관과 출력 도파관의 연결이 없는, 광자기 공명기의 거동의 분석은 2가지 작동 상태에서 상기 장치의 거동을 이해하게 한다. 비자기화된 경우에는, 공진 주파수 ω0를 갖는 6개의 정지된 다이폴 모드들 Vi (i = 1, 2,…, 6) 이 있다. V1 모드 및 V2 모드 모두가 각각 도 2a와 도 2b에 도시되어 있다. 다른 Vi 모드들이, z축과의 관계에서, 각각 60도 및 120도까지 제1 및 제2 모드들을 회전시킴으로써 획득될 수 있다.
Vi 모드들은, 공진 주파수 ω0 로 반대 방향으로 회전하는 (도 2c) 상태에서, 축퇴 된(degenerate) 회전하는 다이폴 모드들 V- 및 V+ 이 제공되는 방식으로 결합 될 수 있다.
z축을 따라서 배향된, 상기 공진 공동에 기초한 광자기 물질에 외부 DC 자기장 H0의 적용은 V- 모드 및 V+ 모드의 축퇴의 제거를 야기하고, 즉, 그들은 이제 구별되는 공진 주파수 ω- 및 ω+를 갖는다. 이 상황은 도 2d에 도시되어 있고, 여기서 Vm - 모드와 Vm + 모드는, V- 및 V+으로부터 배향되어 있고, 비축퇴되어 있다.
상기 공진 공동에서 2개의 도파관들의 연결은, 비자기화된 경우와 자기화된 경우 모두에서, 또한 다이폴 모드들의 축퇴를 제거하는 원인이 된다. 상기 공진 공동과 상기 도파관들 사이의 더 높은 연결은 앞서 축퇴된 모드들의 공진 주파수들 사이의 더 높은 차이를 가져온다.
온(on) 상태는 외부 DC 자기장 H0이 상기 장치에 적용된 경우(도 3)에 획득된다. 이 상황에서, 2개의 회전하는 다이폴 모드들 Vm - 또는 Vm + 중 하나는 상기 공진 공동에서 여기되고, 출력부로 입력 신호의 전달을 가능하게 한다.
오프(off) 상태는 외부 DC 자기장이 상기 장치에 적용되지 않은 경우(도 4)에 획득된다. 이 경우에, 정지된 다이폴 모드는, Vi 모드들 사이에 결합으로부터 유도되고, 상기 공진 공동에서 여기 된다. 결과 모드는 상기 장치에서 나오는 도파관과 정렬된 노드들을 구비하고, 상기 출력부로 상기 입력 신호의 전달을 방지한다.
2가지 작동 상태에 투과 곡선(Transmission curve)들이 도 5에 도시되어 있다. 작동 대역폭은, (온(on) 상태의 투과 계수인) 삽입 손실 곡선의 - 2 dB 레벨과 (오프(off) 상태의 투과 계수인) 아이솔레이션 곡선의 -15 dB 레벨을 고려하면, 146 GHz이다. 정규화된 중심 주파수 ωa/2πc = 0.30235 에서, 삽입 손실은 -1.5 dB 이고, 상기 입력 포트와 출력 포트들 사이의 아이솔레이션은 -53 dB 이다.

Claims (4)

  1. 광자기 물질에 하나의 공진 공동과 2개의 도파관을 배향시키면서, 제어된 방식으로, 디펙트들이 삽입된 2차원 광 결정에 기초하고,
    적용된 외부 DC 자기장의 적용에 따라 전자기 신호의 통과를 차단하거나 허용하면서, 광 통신 채널을 따라서 전자기 신호의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정에 기초한 소형 광 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    집적된 광 시스템들의 개발에 있어 더 큰 유연성을 제공하면서, 온(on) 상태에서 120도 각도까지의 전자기 신호의 전파 방향이 변화하게 하는 것을 특징으로 하는 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정에 기초한 소형 광 스위치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    (비자기화된 경우의) 오프(off) 상태에서는, 그 노드들이 출력 도파관과 정렬된 정지된 다이폴 모드들로 작동하고,
    (자기화된 경우의) 온(on) 상태에서는, 회전하는 다이폴 모드들로 작동하는 것을 특징으로 하는 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정에 기초한 소형 광 스위치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    정규화된 중심 주파수 ωa/2πc = 0.30235 에서, (온(on) 상태에서 투과 계수인) 삽입 손실은 -1.5 dB과 같고, (오프(off) 상태에서 투과 계수인) 입력 포트와 출력 포트 사이의 아이솔레이션은 -53 dB과 같으며,
    상기 작동 대역폭은, 각각, 삽입 손실 곡선과 아이솔레이션 곡선의 -2 dB 레벨과 -15 dB 레벨을 고려하면, 146 GHz과 같은 것을 특징으로 하는 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정에 기초한 소형 광 스위치.
KR1020167035538A 2014-05-22 2015-06-08 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치 Ceased KR20180006266A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020247038350A KR20240169128A (ko) 2014-05-22 2015-06-08 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR102014016549-5A BR102014016549B1 (pt) 2014-05-22 2014-05-22 Chave óptica compacta baseada em um cristal fotônico bidimensional com dobramento de 120 graus
PCT/BR2015/050061 WO2015176150A1 (pt) 2014-05-22 2015-05-22 Chave óptica compacta baseada em um cristal fotônico bidimensional com dobramento de 120 graus

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020247038350A Division KR20240169128A (ko) 2014-05-22 2015-06-08 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180006266A true KR20180006266A (ko) 2018-01-17

Family

ID=54553126

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020247038350A Pending KR20240169128A (ko) 2014-05-22 2015-06-08 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치
KR1020167035538A Ceased KR20180006266A (ko) 2014-05-22 2015-06-08 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020247038350A Pending KR20240169128A (ko) 2014-05-22 2015-06-08 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10331009B2 (ko)
JP (1) JP6716543B2 (ko)
KR (2) KR20240169128A (ko)
BR (1) BR102014016549B1 (ko)
WO (1) WO2015176150A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR102014016547B1 (pt) * 2014-05-22 2022-05-31 Universidade Federal Do Pará Chave óptica compacta baseada em um cristal fotônico bidimensional com dobramento de 60 graus
BR102014025075B1 (pt) * 2014-10-06 2021-01-12 Universidade Federal Do Para dispositivo óptico multifuncional baseado em um cristal fotônico bidimensional e em um ressoador magneto-óptico
US11042056B2 (en) 2019-03-26 2021-06-22 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Photonic crystal-enabled display stitching
US11143860B1 (en) 2019-04-29 2021-10-12 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Photonic crystal-based optical steering
US11372134B2 (en) 2019-06-04 2022-06-28 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Peel-and-adhere photonic crystal
US11353627B2 (en) 2019-07-31 2022-06-07 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Compact star tracker with photonic crystal pointing
US11782264B1 (en) 2019-10-01 2023-10-10 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Optical flight motion simulator target axes
US11640043B2 (en) 2021-01-07 2023-05-02 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Optical focus control based on Risley-like elements
US11718029B2 (en) 2021-01-07 2023-08-08 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Three-dimensional printer resin curing system using Risley prisms
CN114921715B (zh) * 2022-04-25 2023-03-21 华南理工大学 一种实现任意形状微波拓扑环形腔的方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002303836A (ja) 2001-04-04 2002-10-18 Nec Corp フォトニック結晶構造を有する光スイッチ
JP2003215646A (ja) 2002-01-21 2003-07-30 Matsushita Electric Works Ltd 光スイッチ
JP3721181B2 (ja) * 2003-08-29 2005-11-30 独立行政法人科学技術振興機構 電磁波周波数フィルタ
JP2006184618A (ja) 2004-12-28 2006-07-13 Kyoto Univ ２次元フォトニック結晶及びそれを用いた光機能素子
US20080267557A1 (en) * 2005-12-29 2008-10-30 Zheng Wang Integrated Magneto-Optical Devices for Uni-Directional Optical Resonator Systems
CN101571657B (zh) 2009-06-10 2010-09-01 南京邮电大学 一种光子晶体全光开关
CN101788727B (zh) * 2009-12-14 2011-11-09 深圳大学 基于磁光腔耦合的光子晶体四端口环行器
CN101726873B (zh) * 2009-12-14 2012-08-08 深圳大学 光子晶体三端口环行器

Also Published As

Publication number Publication date
US20170123288A1 (en) 2017-05-04
KR20240169128A (ko) 2024-12-02
WO2015176150A1 (pt) 2015-11-26
BR102014016549B1 (pt) 2021-10-13
JP6716543B2 (ja) 2020-07-08
US10331009B2 (en) 2019-06-25
BR102014016549A2 (pt) 2015-11-24
JP2017531815A (ja) 2017-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180006266A (ko) 120도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정 기반의 소형 광 스위치
KR102542786B1 (ko) 60도 벤딩을 갖는 2차원 광 결정에 기초한 소형 광 스위치
US7428352B2 (en) Two-dimensional photonic crystal and optical function element using the same
Umamaheswari et al. Exploration of photonic crystal circulator based on gyromagnetic properties and scaling of ferrite materials
EP3290978B1 (en) Circulator based on a two-dimensional photonic crystal with a square lattice
KR101362130B1 (ko) 표면 플라즈몬 파의 집적회로를 위한 광 소자
Wang et al. Broadband six-port circulator based on magneto-optical-rod ring in photonic crystal
Yasuda et al. Tunable light propagation in photonic crystal coupler filled with liquid crystal
US20180128997A1 (en) Optical three-port fork-like circulator based on a two-dimensional photonic crystal with a triangular lattice
Soltani et al. Effect of the elliptic rods orientations on the asymmetric light transmission in photonic crystals
Fang et al. Dispersionless and slow unidirectional air waveguide
CN110646958A (zh) 一种基于磁光介质与pt对称结构的多通道信号选择器及其使用方法
US10036933B2 (en) Multifunctional optical device based on a two-dimensional photonic crystal and magnetooptic resonator
RU196689U1 (ru) Многоканальный мультиплексор свч сигнала
Shinya et al. Ultrasmall resonant tunneling/dropping devices in 2D photonic crystal slabs
BR102013030623B1 (pt) Chave óptica compacta baseada em um cristal fotônico bidimensional e em guias de onda lateralmente acoplados a um ressoador magneto-óptico
Dmitriev et al. Photonic crystal magneto-optical switch
JP2009204984A (ja) 光部品
Chergui et al. A Novel Design of Photonic Crystal Directional Coupler with Ultra Short Coupling Length Using Core/Shell Rods Defect
Demydenko et al. Tunable Photonic Crystal Waveguides with Gyrotropic Elements
Ramezani et al. Unidirectional Localization of Photons
Beggs et al. Design and fabrication of a photonic crystal directional coupler for use as an optical switch
Notomi et al. Photonic-band-gap waveguides and resonators in SOI Photonic crystal slabs
Shinya et al. Functional devices in photonic crystals for future photonic integrated circuits
Mingaleev et al. Nonlinear transmission in photonic crystal waveguides: Optical switchers and diodes

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20161219

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

AMND Amendment
PG1501 Laying open of application
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20200605

Comment text: Request for Examination of Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20220308

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20221021

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20230419

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20221021

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

Patent event date: 20220308

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20230911

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
PX0601 Decision of rejection after re-examination

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX06014S01D

Patent event date: 20240618

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20231208

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PX06013S01I

Patent event date: 20230911

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20230817

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX06011S01I

Patent event date: 20230419

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20230119

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PX06013S01I

Patent event date: 20221021

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20220513

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PX06013S01I

Patent event date: 20220308

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX06012R01I

Patent event date: 20161223

X601 Decision of rejection after re-examination