물 분자내의 OH 신축진동(stretching vibration) 운동을 나타내는 정규모드(normal mode)와 국소모드(local mode) 진동수들을 비교하여 수소결합한 물 분자에 대한 국소모드에 기반한 계산의 타당성을 조사하였다. 물 분자의 단량체, 이합체, 삼량체에 대한 계산을 수행하여 분자 클러스터 크기가 커짐에 따라 국소모드 진동수, 국소모드의 비조화성, 그리고 국소모드와 정규모드 진동수들의 유사성이 어떤 경향성을 보이는지 순이론적 양자화학 계산 방법으로 연구하였다. 단량체에서 삼량체로 분자의 갯수가 증가할수록 OH 결합의 비조화성은 증가하며 국소모드와 정규모드 진동수 간의 차이는 줄어드는 것으로 나타났다. 따라서, 응축상에 존재하는 물 분자들의 OH 신축 진동수의 이론적 계산은 비조화성을 쉽게 다룰 수 있는 국소모드에 기반한 방식이 적절할 수 있음을 확인하였다.
모드 전송선로 이론을 이용하여 불연속 입력경계면을 갖는 TE-TM 모드 광 편파기의 편파특성을 정확하게 분석하였다. 제안한 해석법의 타당성 및 정확성을 분석하기 위하여 새로운 편파조건을 정의하였으며, 기존에 널리 사용하여 왔던 결합모드 이론 의 편파조건과 비교 분석하였다. 분석 결과, 불연속 입력경계면의 분연속 특성은 광 편파기의 편파조건에 영향을 주지 않았으나, 결합특성이 약하고 전송구조가 비 대칭 구조인 경우 근사적 해석법인 결합 모드 이론의 편파조건이 부정확함을 알 수 있었다.
새로운 격자 구조형 다중모드 간섭(GA-MMI) 결합기의 전파특성이 횡방향 모드 전송선로 이론(L-MTLT)을 이용하여 이론적으로 자세하게 고찰되었다. 격자구조의 두께와 duty cycle의 변화에 따른 $2{\times}2$ GA-MMI 결합기의 결합특성을 분석하였으며, 파장변화에 따른 출력 특성을 수치해석 하였다. 수치해석 결과 격자구조의 변화에 따른 GA-MMI 결합기의 결합길이와 결합효율은 작은 허용오차(tolerance)를 나타냈으며, 대역폭은 출력특성에 따라 현저한 차이를 나타내었다.
평판 도파로에서 pump가 체렌코프 복사(Cerenkov radiation)의 파동인 경우, pump, signal, 그리고 idler 사이의 매개적 상호작용에 의한 signal의 증폭현상을 해석하였다. 결합모드 이론을 사용하여 pump의 고갈(depletion)을 무시할 수 있는 경우, 수치적 계산으로 쉽게 풀 수 있는 1차 결합모드 미분방정식을 유도하였다. 이 미분방정식의 근사해와 수치적 계산 예를 통해서 signal이 매개적으로 증폭될 수 있음을 보였다.
종방향 모드 전송선로 이론을 이용하여 이중 샌드위치 Rib-형 도파로에 기초한 초소형 편광 무의존성 방향성 결합기 (PIDC)의 편광특성을 자세하게 탐구하였다. 제안한 초소형 방향성 결합기의 편광 무의존성 조건을 얻기 위하여 샌드위치 rib형 도파로의 굴절률과 두께에 때라 변하는 quasi-TE 모드와 quasi-TM 모드의 결합길이와 결합효율을 분석하였다. 수치해석 결과, 수백 마이크로미터 크기의 초소형 편광 무의존성 방향성 결합기는 이중 샌드위치 층의 구조적, 물질적 변수들을 잘 선택함으로써 구현할 수 있음을 보였다. 또한, 이중 샌드위치 rib형 도파로에 분포하는 기본 모드의 프로필이 방향성 결합기의 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대하여 조사하였다.
종방향 모드 전송선로 이론을 이용하여 실리콘 도파로에 기초한 플라즈마 격자 구조형 방향성 결합기(P-GADC)의 1D & 2D 격자 패턴에 따른 전송 모드 특성을 정확하게 분석하였다. 정확한 해석적 수식과 기, 우 모드 사이의 간섭특성에 의존하는 중첩모드를 정의하여 각 격자 패턴에서 발생하는 TE 모드의 필드분포를 수치해석 하였다. 수치해석 결과, 최대 결합효율을 발생시키는 필드분포는 정사각형 격자 패턴으로 구성된 P-GADC에서 발생하였다. 즉, GADC의 전형적인 최대 결합효율 조건인 위상정합 조건과 다른 최소간격 조건인 격자주기 $d_{min}=8.8{\mu}m$에서 발생하였다.
경계면 근처에서의 에바네슨트파의 상호작용은 입사, 반사 및 굴절된 평면파의 삼중모드로 설명한다. 경계에서 굴절률이 낮은 영역에 위치한 DCM 색소분자에 의한 자발방출은 굴절률이 높은 영역에서 입사된 삼중모드와 굴절률이 낮은 영역에서 입사한 삼중모드와 상호작용을 하며, 광 측정기에서는 이 두 모드의 선형결합을 보게된다. 자발방출에 대한 실험결과는 이러한 이론을 뒷받침 해준다. (중략)
정확한 종방향 모드 전송선로 이론을 이용하여 비대칭 격자 구조형 방향성 결합기의 최대 전력전송 특성을 정확하게 분석하였다. 정확한 해석적 전송선로 수식과 대칭/비대칭 모드 사이의 간섭특성에 의존하는 결합효율을 정의하였으며, 전파 거리에 따른 TE 모드의 전력변화를 수치해석 하였다. 수치해석 결과, 비대칭 GADC에서 최대 전력전송은 전형적인 위상 정합조건 ${\Lambda}_{ph}$에서 발생하지 않았으며, 전파하는 중첩모드들의 삽입손실이 서로 같은 격자주기 ${\Lambda}_{eq}$에서 발생하였다. 더욱이, 격자의 비대칭 특성이 대칭 특성으로 변함에 따라 결합길이는 줄어들었으며, 전력전송 효율은 증가함을 보였다.
격자 구조형 평면도파로와 원통형 광섬유로 구성된 격자구조형 광섬유 결합기(GAFC)를 제안하였고, 그 최적 전력결합 특성을 종방향 모드 전송선로이론(L-MTLT)에 기초하여 분석하였다. 또한, 격자 구조형 평면도파로에서 입사된 광신호가 단일 모드 광섬유로 결합되기 위한 새로운 최적 조건들을 제시하였다. 수치해석 결과 GAFCs에서 최적 전력결합 특성은 기존에 널리 사용하는 위상정합 조건이 아닌 새로운 조건(즉, 정확한 모드의 최소간격 조건)에서 나타났다.
측면이 코어 가까이 연마된 단일모드 광섬유 위에 금속박막이 포함된 평면 도파로가 올려진 광섬유-평면도파로의 파장 및 편광 선택성에 관하여 이론 및 실험 결과를 보고한다. 금속 박막이 포함된 평면도파로의 특성을 구하기 위한 간단하지만 정확한 해석기법을 기술하였다. 소자를 1차원으로 등가화 시켜 결합모드 이론으로 소자의 거동을 분석하였다. 금속막의 두께와 최상부층 물질의 굴절률이 동작 특성에 미치는 영향을 측정하였고 그 결과는 설명 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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