For the commercialization and application of the integrated photonics, an efficient optical coupling method between the optical fiber systems and the photonic integrated circuits (PICs) is important. The essential conditions for implementing such a fiber-to-PIC interface system are to overcome the differences in effective refractive indices of ~60% and the modal field cross-sectional area of ~1,000 times between the optical fibers and the PICs. To overcome the intrinsic limitations, this dissertation proposes an adiabatic coupling method based on evanescent-field on an adiabatic optical fiber taper (AOFT), which is an essential building block for an efficient fiber-to-chip coupling, and an oil-free chemical wet-etching fabrication method for the reproducible AOFTs and the verification of the adiabaticity are mainly discussed. In addition, by understanding the adiabatic properties and applying it to an optical fiber-based ring resonator with an inch-scale diameter, the performance of the ultra-high-Q factor and low repetition rate fiber ring resonator is enhanced, and a microstructure for improving the performance of the fiber-based Fabry-Pérot interferometer is also introduced. As described above, the characteristics of new concepts micro-/nano-scale optical fiber structures based on the chemical wet-etching are discussed, and the analysis and their operation principles are thoroughly investigated from an optical perspective.
집적광학의 상용화 및 응용을 위해 광섬유 시스템과 광 집적 회로 간의 효율적 광 결합 방법 개발이 필수적이다. 이러한 효율적 광섬유-칩 커플링 시스템 구현을 위한 필수조건은 ~60%의 유효 굴절률 차이 및 ~1,000배의 모드 필드 단면적 차이 극복이다. 본 학위논문에서는 이를 극복하기 위해 소산파를 이용한 아디아바틱 커플링 방법을 제시하고 이에 대한 필수 구성요소인 재현성 좋은 아디아바틱 광섬유 테이퍼의 오일프리 화학적 습식 식각 제작 방법과 아디아바틱 성질 검증을 비중 있게 다룬다. 또한, 아디아바틱 성질을 이해하고 이를 광섬유 기반의 인치(inch) 단위의 링형 공진기에 적용하여 초고 Q인자 저반복률 광섬유 링 공진기의 성능을 향상시키고 광섬유 기반의 패브리-페로(Fabry–Pérot) 간섭계의 성능 향상을 위한 구조에 대해 제안한다. 이와 같이 습식 식각을 기반으로 하는 새로운 개념의 마이크로/나노 광섬유 구조물의 특성에 대해 서술하고 각 구성 요소의 분석 및 작동원리를 광학적 관점에서 고찰하고자 한다.
