3층 구조를 가지는 광 집적회로용 2차 궤도 각운동량 광 도파로

A Three-layered Optical Waveguide of Second-order Orbital Angular Momentum Mode Guiding for Photonic Integrated Circuit

본 논문에서는 기존의 l=1 궤도 각운동량 모드에 대해서만 연구가 이루어지던 광 도파로 구조를 개선하여 반도체 박막 공정으로 제작이 가능하고, l=1 및 l=2 궤도 각운동량 모드를 전송할 수 있는 광 집적회로용 실리콘 광 도파로를 유한차분법 (FDM)을 통하여 설계하였다. 설계된 광 도파로는 여러 층의 실리콘과 실리콘 산화막으로 이루어져 있으며, 두 고유 모드의 합성을 통하여 궤도 각운동량을 가지는 모드를 구현한다. 제안된 광 도파로의 2차 궤도 각운동량 모드의 전기장 분포를 통한 궤도 각운동량 계산 결과, 궤도 각운동량 양자수가 1차 및 2차 각각 l= 0.9642, 1.8766으로 이론치에 매우 근접한 값을 보였다.

In this paper, a specifically designed waveguide structure that can carry first, and second-order orbital angular momentum (OAM) mode is proposed. The proposed optical waveguide consists of three Si stripes embedded in SiO2, which is suitable for implementing on-chip integration and fabrication by standard thin film deposition and etching processes. The second-order OAM mode was generated by combining two eigenmodes, which are calculated by finite difference method (FDM). The topological charge number of the first, and second-order OAM mode was calculated as l=0.9642 and 1.8766 respectively, which is close to the theoretical value.