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영어

Non-uniform optical taper waveguides have been widely used as devices for high-efficiency mode coupling, as they are integrated with single-mode optical fibers or photonic crystal waveguides. In this paper, we present a new platform for chemical sensing and bio-sensing using optical taper waveguides with these characteristics. The principle of operation is based on the coupling efficiency and interference properties of optical directional coupler (DC) and multi-mode interference coupler (MMIC). First, the curvature characteristics of taper sections of DC and MMIC is explained, and the design specifications of optimized taper waveguide to increase waveguide sensitivity is selected. Next, the sensor response to the change in refractive index of sensing analyte is numerically analyzed. Numerical results show that as the length of couplers increases, the effective index per change in refractive index unit (RIU) of analyte increases, and that sensitivity can be tuned using taper DC and MMIC design techniques.

한국어

불균일 형태의 광 테이퍼 도파관은 단일 모드 광섬유나 광결정 도파관과 집적되어 고효율 모드 커플링을 위한 소자로 널리 사용되어 왔다. 본 논문에서는 이와 같은 특성을 나타내는 광 테이퍼 도파관을 사용하여 화학적 감지 및 바이오 감지를 위한 새로운 플랫폼을 제시하였다. 작동 원리는 광 방향성 결합기 (DC)와 다중 모드 간섭 결합기 (MMIC) 의 결합효율과 간섭특성에 기반한다. 먼저, DC와 MMIC의 테이퍼 섹션에 대한 곡률 특성을 설명하고, 도파관 감도를 증가시키기 위한 최적화된 테이퍼 도파관의 설계 사양을 선택하였다. 다음으로, 감지 분석물의 굴절률 변화에 대한 센서 응답을 수치해석 하였다. 수치해석 결과, 결합기의 길이가 증가함에 따라 분석 물질의 굴절률 단위 (RIU) 변화 당 유효지 수가 증가하였으며, 그 감도는 테이퍼 DC 및 MMIC 설계 기법을 사용하여 조정할 수 있음을 보여주었다.