Three-dimensional (3-D) waveguide devices have drawn much attention. As the optical integrated circuits become complex, it is required to increase the density of planar lightwave circuits by the 3-D waveguide structure. 3-D waveguide devices can also reduce the size of devices. Typically 3-D waveguides consist of multiply stacked waveguide devices and vertical interconnections between these waveguides. The vertical interconnection is essential to make 3-D waveguide devices. Some researchers reported vertical coupling and vertical sloping methods to implement vertical interconnection. As for the waveguide material in the fabrication of 3-D waveguide devices, optical polymeric material seems more advantageous than other materials. Polymer multi-layers are easily formed by spin coating, and polymeric channel waveguides are made by a simple reactive ion etching (RIE). In addition, the shadow RIE may be used to simply make the vertically sloped waveguide. In this thesis, we have proposed and fabricated a vertical digital thermo-optic waveguide switch and a vertical power divider using polymer.
First, a vertical digital thermo-optic waveguide switch with polymer is proposed and fabricated. It consists of two vertically stacked waveguides, a vertically sloped waveguide to connect them, and a heating electrode. Its vertical switching operation is based upon the mode evolution effect in a vertical branch waveguide. The transfer characteristics of the device exhibit the digital response. The measured crosstalk is lower than -13 dB and the power consumption in the heating electrode is about 800 mW. The switching time is about 7 msec.
Second, two multimode interference(MMI) 1x4 optical power dividers are vertically integrated. This device consists of two vertically stacked MMI 1x4 optical power dividers and a vertically sloped waveguide to connect them. It divides the incident optical power among vertically stacked waveguides. The measured uniformity is 1.7 dB for TE mode, 0.9 dB for TM mode.
다층 구조 광도파로 소자는 수직방향 테이퍼링(vertical tapering) 혹은 수직방향 결합기(coupler)를 이용하여 다층 구조로 위치한 광도파로 소자들간 광연결함으로써 광도파로 소자들이 다층으로 위치한 구조이다. 이는 광도파로 소자의 집적도를 향상시키고, 소자의 소형화에 기여한다. 광학 폴리머 재료는 다층 구조 광도파로 소자의 구현에 적합하다. 본 논문은 폴리머 재료를 이용하여 수직방향 열광학 스위치의 구현, 다중모드 간섭형 1x4 광파워 분할기의 수직방향 집적에 대해 연구하였다.
폴리머 재료를 사용하여 수직방향 광도파로 열광학 스위치를 제안하고 제작하였다. 이 소자는 두개의 수직방향으로 집적된 출력 광도파로와 이들을 연결해 주는 수직방향으로 경사진 광도파로와 열 발생을 위한 전극으로 구성되어 있다. 수직방향 스위칭은 수직방향 분기형 광도파로에서의 모드 진화 현상에 바탕을 둔다. 이 소자의 전달 특성은 디지털 응답 특성을 가진다. 측정된 누화는 -13 dB 이하였고, 열 전극에서 전력 소모는 약 800 mW 였다. 스위칭 시간은 7 msec 정도였다
다중모드 간섭형 1x4 광파워 분할기의 수직방향 집적에 대해 연구하였다. 두개의 다중모드 간섭형 1x4 광파워 분할기가 수직방향으로 놓여져 있고, 이 두개의 소자를 연결하기 위한 수직으로 경사진 광도파로로 구성되었다. 입사된 광이 다층으로 위치한 8개의 광도파로들로 분할되어 진행함을 관측할 수 있었다. 다중모드 간섭 현상을 이용한 수평방향 1x4 광파워 분할기의 광특성 측정 결과이다. 균일도는 TE 모드의 경우 0.3 dB, TM 모드의 경우 0.5 dB 였다. 직선 광도파로 대비 추가 손실은 TE 모드의 경우 1.0 dB, TM 모드의 경우 1.1 dB 로 측정되었다. 수직방향 광파워 분할기의 광특성 측정 결과이다. 1x2 광파워 분할기의 균일도는 TE 모드의 경우 0.5 dB, TM 모드의 경우 0.1 dB 였다. 1x8 광파워 분할기의 균일도는 TE 모드의 경우 1.7 dB, TM 모드의 경우 0.9 dB 였다.
