결합된 플라즈몬-도파관 공진 (PWR) 구조에서 전파하는 TE, TM 전송 모드들의 바이오 센싱 특성을 조사하였다. 수치해석을 위하여 모드 전송선로 이론 (MTLT)을 사용되었다. 기존의 Ag-기반 표면 플라즈몬 공명 바이오센서의 감도를 향상시키기 위하여, 제안된 PWR 바이오센서는 N쌍의 MgF2-Si3N4 층으로 구성된 다층구조로 설계하였다. 그 바이오센서의 각도 감도가 광범위한 생물학적 용액 (굴절률 1.33~1.37)에 대하여 수치적으로 분석되었다. 더욱이, 암세포와 혈장 농도를 감지하는 센서의 가용성을 조사하였다. 결국, 그 결과들은 제안된 바이오센서가 소변에서 다양한 종류의 암 세포와 다양한 포도당 농도를 효율적으로 감지할 수 있음을 보여주었다.
최근, 원통형 DFB전송 구조들은 다양한 광 소자들과 결합하여 광통신용 필터로 널리 사용되고 있다. 이 원통형 Bragg 격자 구조들의 광 필터특성을 분석하기 위하여 본 논문에서는 Floquet-Babinet의 원리에 의존한 새롭고 쉬운 모드 전송선로 이론 (Modal Transmission-Line Theory)을 제시하였다. 수치해석 결과, 제안한 해석법은 원통형 DFB전송 구조들의 필터특성을 분석하기 위한 유용한 프로그래밍 알고리즘을 제공하고, 다층 원통형 주기 구조들의 전송특성을 분석하기 위하여 쉽게 발전시킬 수 있음을 보였다.
방향성 결합기의 소멸비 특성 개선을 위해 입사도파로의 접근각도를 조절하는 방안의 가능성과 오차한계를 살펴보았다. 입사도파로의 접근각도가 크면 단순한 모드분석 이론의 틀에 오차를 유발하게 되지만 적절하게 조절하면 오차를 극소화하면서도 입사되는 광모드의 결합계수를 미세 조절함으로써 소멸비를 개선하는 효과가 있었다. 급격한 접근각도의 설정 시에는 비록 그 각도가 작아서 유출모드(leak mode)에 의한 손실이 있기 전이더라도 광모드의 과잉쏠림(field-profile overshooting)에 의해 각종 특성의 열화가 생기기 시작하는 것을 발견하고 그 영향을 분석하였다. 진행 광모드의 변화는 BPM(Beam Propagation Method)으로 전산 모사하였으며, 직선형 및 곡선형의 두 가지 입사도파로 구조에 대해 특성변화를 비교하여 소멸비 특성을 최적화하는 조건을 얻어내었다.
유효 유전체 해석법에 기초한 정확한 모드 전송선로 해석법이 rib형 광 방향성 결합기의 설계 특성을 분석하기 의하여 소개되고 발전되었다. 이 접근법은 모든 가능한 전송 성분을 고려한 정확한 수치 해석적 알고리즘을 제공하며 유효 굴절을 방법과 섭동 이론 같은 근사적 해석법의 정확도를 평가하기 위한 비교 해석법으로 이용될 수 있다. 결국, rib형 광 결합기의 최대 전력전송 특성을 평가하기 위하여 그 동작 주파수, rib형 도파로들 사이의 간격 그리고 전송 층의 두께에 따른 전력 결합효율의 변화를 분석하였다.
$100{\mu}m$ 이하의 길이를 가지는 두 개의 영역으로 구성된 수직 방향성 결합기의 영역 1의 출력단과 영역 2의 출력단에서 각각 30 dB 이상의 소멸비를 가지는 cross state와 bar state를 얻을 수 있었다. 각 영역의 두 도파로가 가질수 있는 여러 굴걸율 값에 대하여 향상된 결합모드 이론과 beam propagation method를 사용한 계산 결과의 분석을 통해 영역 1의 출력단과 영역 2의 출력단에서 각각 30 dB 이상의 소멸비를 가지는 cross state와 bar state를 얻을 수 있는 수직 방향성 결합기의 설계 지침을 제시하였다.
100${\mu}m$ 이하의 길이를 가지는 두 개의 영역으로 구성된 수직 방향성 결합기에서 1% 이하의 안쪽 클래딩 (퓨전층)과 도파로 코어의 굴절율 변화에 의하여 소자의 끝단에서 30dB 이상의 소멸비를 가지는 cross state와 bar state를 모두 얻을 수 있음을 보였다. 향상된 결합모드 이론과 beam propagation method를 사용하여 도파로 코어의 귤절율과 안쪽 클래딩의 굴절율과 두께에 따른 cross state와 bar state의 소멸비 계산 결과의 분석을 통하여 융합된 수직 방향성 결합 스위치의 설계 지침을 제시하였다.
본 논문에서는 모드정합법을 이용하여 도체두께를 고려한 비대칭 결합선로의 특성을 해석하고, 중심주파수 5㎓ 인 정방향 -3㏈ 방향성 결합기를 설계 및 제작하였다. 결합선로의 결합도에 대한 연구는 대부분 기하학적인 구조의 변화에 대해 연구되어 왔으나, 본 논문에서는 도체두께가 비대칭 결합선로의 간격, 선로 폭, 결합기의 길이에 미치는 영향을 이론적으로 분석하고, 도체두께를 고려한 비대칭 결합선로를 이용한 결합기를 설계하여 도체 두께가 두꺼울수록 강한 결합으로 인하여 정방향 결합기의 결합길이가 짧아지고 광대역 특성이 얻어지는 결과를 얻었다. 본 논문에서는 5㎓ 중심주파수로 한 도체두께가 서로 다른 비대칭 결합선로로 구성된 정방향 -3㏈ 결합기를 설계하고, 제작 및 실험을 통하여 약 -4.05㏈∼-4.09㏈의 결합특성을 갖는 주파수특성 측정결과를 얻어 설계 값에 거의 근접하는 것을 확인하였으며, 도체 두께를 고려한 정확한 설계로써 결합선로에서 강한결합과 광대역 특성을 만들 수 있다는 사실을 확인하였다.
본 논문은 새로운 단일전력변환 SEPIC(Single-Ended Primary-Inductor Converter)-ZETA 절연형 양방향 컨버터를 제안한다. 제안된 컨버터는 SEPIC과 ZETA 컨버터가 결합된 구조로 절연을 통해 안정성을 강화했고, DC측 리플 전류가 낮아 에너지 저장장치의 수명을 연장시킨다. 그리고 SEPIC 컨버터 모드(DC/AC)와 ZETA 컨버터 모드(AC/DC)에서의 입출력 전압비가 동일해 양방향 제어 알고리즘이 간단하다. 또한, 기존 two-stage 구성의 양방향 컨버터와 달리 회로가 단순하며, 단일전력변환을 통한 고효율 저비용의 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이론적 해석 및 제안한 컨버터의 250W급 시작품을 이용한 실험결과를 통해 컨버터의 우수성 및 성능을 검증한다.
2$\times$2 방향성 결합기와 단일모드 광섬유를 이용하여 무편광기를 구현하였다. 행렬식을 이용한 모의실험을 통해 편광도를 줄이는 방법을 이론적으로 설명하였고 이를 실험적으로 검증하였다. 0.05 nm 이하의 좁은 선폭을 가진 편광된 입력광원의 편광상태 변화에 대해 -20 dB의 출력 편광도를 얻을 수 있었다 광섬유 지연선의 길이를 광원의 가간섭 길이보다 충분히 길게 함으로써 입력광의 편광 변화에 의한 강도 잡음을 효과적으로 없앨 수 있음을 실험적으로 검증하였다.
단일 통과 라만레이저에서 접속 조건에 따른 1차 Stokes 파의 출력특성을 조사하였다. 펌푸빔으로는 Q-switched Nd-YAG 레이저의 기본파인 파장 $1.06{\mu}m$의 빔을 사용하였고 매질로는 고압 메탄을 사용하엿다. 실험 결과 펌프빔을 라만셀로 집속하는 조건에 따라 큰 출력의 치이를 보였는데, 집속상수가 클수록 Stokes 출력이 증가하였다. 이러한 결과는 Stokes와 anti-Stokes의 결합에 의한 이득감소로 이해할 수 있는데, 여기서는 간단한 이론을 통해 집속 조건에 따른 Stokes와 anti-Stokes의 결합의 정도를 알아보고 이득감소 현상을 피하기 위한 집속상수의 기준을 제시하였다. 라만 산란에 수반되는 유도 Brillouin 산란을 측정한 결과 문턱에너지가 집속상수에 비례하여 증가하였고, 이론적으로 이는 다중 모드 레이저를 펌프로 사용할 때 상호작용 거리가 간석성 거리로 제한되어 나타나는 현상으로 이해할 수 있으면 간섭성 거리를 2mm라 했을 때 실험 결과와 비교적 잘 일치하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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