방향성결합기 (Directional Coupler)
한 줄 정의: 두 개의 광도파로를 아주 가깝게 나란히 배치하여 한쪽 도파로의 빛 일부를 다른 쪽 도파로로 옮겨주는 광학 소자입니다.
쉽게 풀면
두 개의 도파로를 아주 가까이 붙여 놓으면, 한쪽 도파로를 지나던 빛의 일부가 마치 스며들듯이 옆의 도파로로 넘어가는 현상이 생깁니다. 이 현상을 이용해 빛의 일부를 원하는 비율로 다른 경로로 나누어 주는 소자가 방향성결합기입니다. 두 도파로가 나란히 붙어 있는 구간의 길이와 간격을 조절하면 빛이 옮겨가는 비율을 조절할 수 있습니다.
왜 중요한가
방향성결합기는 빛을 여러 경로로 나누거나 합치는 가장 기본적인 방법 중 하나로, 광집적회로에서 신호를 분배하거나 마흐젠더 간섭계와 같은 다른 소자를 구성하는 데 필수적인 부품으로 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"입력 빛을 균등하게 분배하기 위해 3dB 방향성결합기를 설계하였다."
빛을 특정 비율로 나누는 용도로 방향성결합기가 사용된 예문입니다.
"마흐젠더 간섭계의 입력단과 출력단에 각각 방향성결합기를 배치하였다."
다른 간섭계 구조의 구성 요소로 방향성결합기가 쓰인 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
방향성결합기에서 빛이 옮겨가는 비율은 두 도파로 사이의 간격, 결합 구간의 길이, 사용 파장 등에 의해 결정됩니다. 결합 구간의 길이를 조절하면 원하는 비율로 빛을 나눌 수 있으며, 특정 길이에서는 입력된 빛이 전부 반대편 도파로로 옮겨가기도 합니다.
주의할 점
방향성결합기의 결합 비율은 파장과 제작 오차에 민감하게 반응할 수 있어, 넓은 파장 대역에서 안정적인 성능을 유지하려면 별도의 설계 보완이 필요한 경우가 많습니다.