This dissertation describes two types of all-fiber tunable filters based on flexural and torsional acoustic waves. The principles of operation and the performance of the each device are discussed in detail.
First, an all-fiber acousto-optic tunable bandpass filter (AOTBF) exhibiting narrow optical bandwidth and negligible polarization dependence is demonstrated by employing a novel ultraviolet (UV)-induced core-mode blocker written in a high numerical aperture (NA) fiber. The device exhibits the measured 3-dB optical bandwidth of 0.65 nm, the polarization dependent center-wavelength splitting of 0.05 nm, and the extinction ratio of -22dB at the wavelength around 1550 nm. The details of the transmission characteristics of the filter and the loss mechanism of the core-mode blocking element inscribed in the high NA fiber are discussed.
Second, a first practical all-fiber tunable polarization filter with high coupling efficiency based on acousto-optic (AO) coupling between two optical polarization modes of the $LP_{01}$ mode propagating in a highly birefringent (HB) single mode optical fiber is demonstrated. An over-coupling between the two polarization modes is realized over the wavelength range from 1530 nm to 1610 nm using traveling torsional acoustic wave. The measured 3-dB optical bandwidth of the filter was 4.8 nm at the wavelength around 1550 nm. The details of the filter transmission and the coupling characteristics are discussed.
Finally, the first demonstration and analysis of the AO coupling between two optical polarization modes of the LP01 mode propagating in a HB photonic crystal fiber (PCF) are reported. The coupling is realized in an all-fiber tunable polarization filter based on wavelength selective AO coupling by traveling torsional acoustic wave. The dispersion properties of the torsional acoustic wave in the PCF and the influence of axial non-uniformity in the modal birefringence on the filter transmission are discussed in detail.
본 논문에서는 굴곡 음파와 비틀림 음파를 각각 이용하는 두 종류의 전 광섬유 파장 가변 필터에 대하여 연구하였으며, 각 소자의 동작 원리와 성능에 대해 자세히 논의하였다.
우선, 좁은 대역폭과 매우 적은 편광 의존성을 나타내는 전 광섬유 음향 광학 대역 투과 필터를 제작하고, 그 특성을 분석하였다. 제작된 소자는, 분산 보상 광섬유에 자외선을 조사하여 소자의 내부에 새긴 코어 모드 차단기가 결합된 형태를 가진다. 제작된 필터는 1550 nm 파장 근방에서 0.65 nm의 대역폭을 나타내었으며, 투과 밴드 이외의 파장에 대한 소거율은 -22dB가 되었다. 입력 편광에 의한 필터 중심 파장의 이동은 0.05 nm 이하로, 실용적인 목적에 적합한 매우 적은 편광 의존성을 나타내었다. 이는 전 광섬유 형태의 소자로서 현재까지 보고된 결과 중에 가장 작은 대역폭과 가장 적은 편광 의존성이 된다. 제작된 소자의 스펙트럼 특성과, 코어 모드 차단기에서의 코어 모드 손실 원리에 대해서도 자세히 다루었다.
두 번째로, 실용적인 성능의 전 광섬유 파장 가변 편광 필터를 최초로 제작하고, 이를 분석하였다. 제작된 소자는 큰 복굴절을 가지는 단일 모드 광섬유에서, 비틀림 음파에 의한 광섬유 코어 모드의 두 편광 고유모드 간 음향광학 결합을 기본으로 한다. 소자에 입력되는 레이저 빛의 1530 nm ~ 1610 nm의 파장 영역에서 두 편광 고유모드간 완전한 결합이 이루어졌으며, 측정된 3-dB 대역폭은 1550 nm 파장 근방에서 4.8 nm가 되었다. 비틀림 음파에 의한 두 편광 모드간 결합 특성과, 제작된 필터의 투과 특성에 대해 자세히 논의하였다.
마지막으로, 큰 복굴절을 가지는 광자 결정 광섬유를 따라 진행하는 두 편광 고유 모드간 음향 광학 특성을 이론과 실험으로 최초로 분석하였다. 모드 결합은 비틀림 음파에 의한 음향 광학 결합을 이용하는 전 광섬유 파장 가변 편광 필터에서 이루어졌다. 광자 결정 광섬유에서의 비틀림 음파의 분산 특성을 최초로 분석하였으며, 복굴절의 불균일성이 필터의 투과 스펙트럼에 미치는 영향을 자세히 분석하였다.
