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Mach-Zehnder interferometer based on self-collimation phenomenon in two-dimensional photonic crystals = 이차원 광결정에서의 자기 조준 현상을 이용한 마하젠더 간섭계의 구현
서명 / 저자 Mach-Zehnder interferometer based on self-collimation phenomenon in two-dimensional photonic crystals = 이차원 광결정에서의 자기 조준 현상을 이용한 마하젠더 간섭계의 구현 / Jin-Sun Choi.
저자명 Choi, Jin-Sun ; 최진선
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2007].
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초록정보

In this study, we suggest a waveguideless MZI structure based on the self-collimation phenomenon in two-dimensional photonic crystal (PhC). The PhC structure considered is a square array of circular silicon rods of dielectric constant 12 and the radius 0.35a. The equi-frequency contours for the ΓM direction are drawn and the self-collimation frequency for our structure is found to be 0.194(c/a). The continuous Gaussian beam of this frequency with the beam width of 7a is launched into this structure. When the light beam reaches two line defects, which is created by removing 30 rods per each line along the ΓX direction, almost all the incident light is reflected and there occurs a λ/2 phase change after reflection. Instead of removing the rods, when the radius of one line of 30 rods along the ΓX direction is varied, this line defect splits the incoming light into two light beams with some phase shifts. When the defect radius $r_d$ is 0.268a, the incident beam is divided into the reflected beam and the transmitted beam like a 50:50 beam splitter. With the $r_d$ fixed at 0.268a as the refractive index of the defect line is varied, the incident beam splits into two beams and they experience different phase shifts at the line defect. From these results, we present a MZI based on the self-collimation phenomenon in the PhC. Without any path difference between the path 1 and the path 2, the power of the incident beam is detected only at one detector. Varying the radius of the defect rods or the refractive index of the line defect of the second beam splitter, we get the power distributions at each detector. Analysis of this proposed MZI structure is performed by the finite-difference time-domain method at the self-collimation frequency of the PhC.

이 논문에서는 이차원 광결정 구조내에서 자기 조준되는 빛의 성질을 이용하여 완전반사 거울과 선속분할기 역할을 하는 결함 구조를 만들어 마하젠더 간섭계를 구현하였다. 사용한 구조는 반지름이 0.35a 이고 유전상수가 12인 유전체 기둥을 사각격자로 만든 구조이다. 주파수가 0.194(c/a)인 빛이 이 광결정 구조의 ΓM 방향으로 입사하면 퍼짐이 없이 자기조준되어 진행하는 특징을 보이는데, 이 빛은 공기-광결정 경계면에서 전반사되며, 유전체 기둥들의 반지름을 바꿈으로써 구조내에 선결함을 만들면 이 선결함에서 투과흔 빛과 반사하는 빛으로 나뉘는 것을 보았다. 결함내의 기둥들의 반지름을 변화시키면서 투과광과 반사광의 세기를 측정하여 50:50 선속분할기의 역할을 하는 반지름 0.268a를 찾았다. 또한 결한 기둥들의 반지름 변화에 따른 투과, 반사광들의 위상변화 또한 구하였다. 이러한 성질들을 바탕으로 이차원 광결정 내에서 도파관이 없는 마하젠더 간섭계를 구성하였고 시뮬레이션 결과 마하젠더 간섭계가 가지는 기본적인 성질을 가짐을 확인하였다. 경로차를 주기 위해 두번째 선속분할기의 반지름를 바꾸었고 또 다른 방법으로 두번째 선속분할기의 반지름은 0.268a로 고정하고 굴절률을 달리하여 각 측정기에 도달하는 빛의 세기의 변화를 FDTD 시뮬레이션을 통해 살펴보았다. 마지막으로 이 과정들을 파동의 중첩 원리를 이용하여 계산한 결과와 시뮬레이션으로부터 얻은 결과를 비교하여 거의 일치함을 확인하였다. 따라서 이차원 광결정 구조에서 waveguide 없이 자기 조준 현상만을 이용하여 특정 주파수의 빛에 대한 마하젠더 간섭계의 구현이 가능함을 확인하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MPH 07010
형태사항 v, 36 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 최진선
지도교수의 영문표기 : Jae-Eun Kim
지도교수의 한글표기 : 김재은
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 물리학과,
서지주기 Reference : p. 35-36
주제 photonic crystal
self-collimation phenomenon
Mach-Zehnder interferometer
광결정
자기 조준 현상
마하젠더 간섭계
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