본 논문에서는 측면연마 광섬유 결합기 구조에서 평면 도파로의 상부와 하부 클래딩의 열광학 효과를 이용하여 온도를 측정할 수 있는 편광 무의존 온도 센서를 제안하고 있다. 평면 도파로는 170$\mu\textrm{m}$ 두께의 현미경용 덮게 유리를 적용함으로서 급격한 온도 변화에 대해 도파로의 변형이 발생하지 않고, 비대칭적 평면 도파로 구조로 인한 편광 의존 손실을 최소화하기 시킬 수 있는 장점을 가진다. 제작된 소자의 편광 의존 손실은 0.3dB 이하로 측정되었다. 피측정체의 온도는 센서의 결합 파장 이동으로부터 계측되어진다. 평면 도파로의 상부와 하부 클래딩의 열광학 계수에 따른 온도 센서의 온도 민감도를 측정하였고, 상ㆍ하부 클래딩의 열광학 계수 변화로 온도 민감도를 제어할 수 있음을 보였다.
제작 공정이 단순하고 결합길이가 매우 짧은 폴리머를 이용한 수직형 비대칭 광 결합기를 새로이 제안하고, 폴리머를 이용한 열광학 변조기를 제작하였다. 전산모의를 통하여 광통신 파장대인 1.33㎛ TE모드에서 중간 버퍼층 두께 t=0.4㎛이고, n/sub u/=1.522, n/sub l/=1.51이고 nt=1.49일 때, 결합길이가 277㎛이며, 최고 94%의 결합 및 재결합 효율을 얻음으로써 비대칭 구조에서의 최적화를 도모하였다. 또한 반전된 립도파로와 평면 도파로를 상하부 수직형태로 갖는 광결합기를 제작하고 폴리머를 이용한 열광학 변조기를 구현하였다. 변조특성은 구동전력 4.5㎽, 소멸비 17㏈, 변조대역 600㎐로 삽입손실은 4.5㏈였다.
다분기 열광학 스위치는 수위칭 상태에 딸 요구되는 소비전력의 차이가 큰 단점이 있다. 이를 개선하는 방법으로 전극형태에서 외측전극폭을 내측전극폭에 비해 크게 설계하고 굴절률차이가 큰 코아와 클래드 물질을 사용하여 상부클래드의 두께를 얇게 하는 방법을 제안한다. 제안된 형태의 4분기 열광학스위치는 테플론과 폴리이미드계 폴리머 물질을 사용하여 제작되었고 1550 nm 파장대에서 그 특성을 측정하였다. 제작되어진 4분기 열광학스위치는 310~390 mW 정도의 소비전력에서 -16 dB 이하의 누호 특성을 나타 내어 스위칭 상태에 따른 소비전력의 차가 줄었을 뿐만 아니라 스위칭에 필요한 소비전력도 상당히 줄었다. 그리고 4.7 dB 정도의 삽입손실과 1 ms 이하의 스위칭 속도를 얻었다.
Zn 산화물을 산과 공기 그리고 헬륨 각각의 분위기에서 열처리 한 후 그 각각에 대한 열광성을 $83^{\circ}~300^{\circ}K$의 온도 범위에서 연구하였다. Zn 산화물의 열광성은 90$0^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 산소의 부분압에 의존하며 그 최대강도는 1/T에 비례하였다. 이 성질을 유발한다고 믿어지고 있는 비화학양론적인 결함으 주 요인은 2개의 전자를 trap 하는 산호 이온의 vacancy라고 믿어지고 있다. Trap된 전자의 활성화에너지는 0.13ev였다.
실리콘 박막 코팅을 이용한 WDM용 파장가변 실리콘 파브리-페로 열광학 필터를 제안하고 실험하였다. 실리콘 파브리-페로 파장가변 필터는 일반적인 실리콘 웨이퍼를 CMP 공정을 통해 100${\mu}m{\pm}$1%의 두께로 가공하여 양면에 거울면을 갖도록 박막 코팅하고 온도를 변화시키기 위해 PTC 써미스터를 부착하여 제작하였다. 거울면의 형성은 1550nm를 중심 파장을 갖도록 양면에 굴절율이 다른 물질 $SiO_2$($n_{low}$=1.44)와 a-Si($n_{high}$=3.48)을 ${\lambda}$/4의 두께로 증착시켜 2층 박막과 3층 박막의 거울면을 제작하였다. 실험결과, 2층 박막의 경우 FSR이 3.61nm, FWHM이 0.56nm, finesse가 6.4로 나타났고, 3층 박막의 경우 FSR이 3.36nm, FWHM이 0.13nm, finesse가 25.5로 나타났다. 열광학 효과에 의한 파장 이동은 2층 박막 거울을 가진 필터의 경우 온도가 $23^{\circ}C$에서 투과 중심 파장이 1549.73nm $30^{\circ}C$에서 1550.91nm, $60^{\circ}C$에서 1553.46nm로 파장 이동을 하였고, 3층 박막 거울을 가진 필터의 경우는 온도가 $23^{\circ}C$에서 투과 중심 파장이 1549.83nm, $30^{\circ}C$에서 1550.92nm, $60^{\circ}C$에서 1553.07nm로 파장 이동을 하였다.
고분자 광도파로소자 기술은 광통신에 사용되는 광도파로소자들을 고분자를 이용하여 구현하는 기술로써, 실리카에 비하여 제조장비가 간소하기 때문에 제조단가를 줄일 수 있으며, 열광학효과가 10배정도 크기 때문에 동작전력을 1/10 이하로 줄일 수 있고, 소자제작공정이 40$0^{\circ}C$ 이하에서 이루어지기 때문에 다른 소자와의 집적이 유리한 점 등 다양한 장점이 있다. 또한 실리카와 달리 고분자는 실리콘뿐만 아니라 다양한 고분자 기판을 사용할 수 있기 때문에 고분자 기판의 열팽창계수와 도파로물질의 열광학계수를 잘 조합하면 온도의 변화에 따른 파장변화와 편광의존성을 근본적으로 해결할 수 있다. (중략)
실리콘 기판 위에 제작되는 실리카 물질은 낮은 가격, 파이버와의 높은 결합 효율 그리고 고집적화의 장점으로 PLC(Planar Light Circuit)에 사용되고 있다. PLC 광소자 중에서 열 광학 스위치(Thermo-optic switch)는, NⅹN 매트릭스 스위치와 Add/drop multiplexer 등 비교적 낮은 속도를 갖는 광 신호 처리를 위해 중요한 소자이다. 기존의 열 광학 스위치의 경우, 방향성 결합기를 사용한 Mach-Zehnder 구조로써, 위상 제어단에서 두 도파로 간의 광 전력 교환을 막기 위해 방향성 결합기의 양쪽 끝단에에 굽은 도파로를 이용한다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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