Abstract
This paper presents a rigorous comparison of the design characteristics of polarization-insensitive directional coupler (DC) and multimode interference (MMI) coupler based on rib type waveguides, by using longitudinal modal transmission-line theory (L-MTLT). It shows that the multimode mixing and interference property of MMI can be structurally designed through the continuous evolution of the two-mode coupling property of DC. It also compares and analyzes the coupling efficiency along with the coupling length and the wavelength between polarization-insensitive DC and MMI. From the design properties obtained, it demonstrates for the first time the integration of polarization-insensitive DC or MMI with a Bragg grating and evaluates precisely the filtering characteristics. The numerical results reveal that the DC, as long as it is designed to have the same coupling length for TE and TM modes, has better performance than the MMI in polarization-insensitive filtering behaviour. However, it shows that the MMI with much less coupling length than DC is preferred in the miniaturization of integrated devices.
Rib 형태의 전송구조로 구성된 편광 무의존성 방향성 결합기(DC)와 다중모드 간섭결합기(MMI)의 설계특성을 종방향 모드 전송선로 해석법(L-MTLT)을 이용하여 정확하게 비교 분석하였다. 두 전송모드들의 결합특성에 의존하는 편향 무의존성 DC 소자를 이용하여 다중모드들의 결합과 간섭특성을 나타내는 MMI 결합기가 설계될 수 있음을 보였다. 또한, 편향 무의존성 DC와 MMI 소자들의 결합효율을 결합길이와 파장의 변화에 따라 자세하게 비교 분석하였다. 그 결과를 기반으로 광통신용 소자에서 필터로 널리 사용 가능한 Bragg 격자구조가 집적된 편향 무의존성 DC와 MMI를 설계하고 그 필터특성을 처음으로 비교 분석하였다. 분석결과, TE와 TM 모드들 사이의 결합길이가 같도록 설계한 DC는 MMI보다 편광 무의존성 필터링 특성에 있어서 더욱 좋은 성능을 나타냈다. 그러나, 편광무의존성 결합길이가 현저하게 작은 MMI가 DC보다 집적소자 소형화를 위하여 더욱 좋은 소자임을 보였다.