본 논문에서는 집적 광학 광도파로 소자 기술을 적용하여 생화학 물질의 성분을 정밀하게 측정 가능한 광소자로서 폴리머 광도파로와 브래그 격자를 이용하는 구조를 최초로 제안하였다. 유효굴절률법과 전송행렬법을 이용하여 최적의 감도를 가지는 브래그 격자 광도파로를 설계하였으며 코아와 하부 클래딩의 굴절률이 각각 1.540, 1.430인 폴리머를 이용하여 코아 두께가 $3{\mu}m$ 인 구조의 반전립 광도파로를 제작하였다. 코아 층까지 완성된 도파로 위에 레이저 빔 간섭계와 플라즈마 에칭을 이용하여 격자를 형성한 뒤 격자표면에 20 nm 두께의 Au층을 증착하고 칼릭사린(calixarene) 단분자층을 만들어 바이오센서를 제작하였다. 제작된 광센서를 이용하여 PBS(phosphate bufferedsaline) 용액에 함유된 $K^+$의 농도에 따라 브래그 반사픽이 단파장으로 이동하는 것을 관찰할 수 있었다.
불꽃가수분해 증착방법으로 $SiCl_{4}$, TMB, $TiCL_{4}$등을 사용하여 Ti doped BSG 실리카 입자박막을 실리콘 기판위에 증착하고 증착된 입자층을 녹여서 집적광학용 박막을 제작하였다. 박막의 증착 속도는 $0.5{\mu}m$분 이상으로서 수십 ${\mu}m$의 후막을 빠르게 증착할 수 있었으며 $TiO_{2}$의 첨가량에 따라 BSG 박막의 굴절률을 0.3% 이상 변화시킬 수 있었다. 그 결과 통신용 광섬유와 크기 및 굴절률 분포가 BSG박막의 굴절률을 0.3% 이상 변화시킬 수 있었다. 그 결과 통신용 광섬유와 크기 및 굴절률 분포가 유사한 광도파로를 제작하였다. 보통 B의 도판트로는 $BCl_{3}$를 쓰나 여기서는 TBM를 사용한 결과 TBM도 B의 도판트로 적합함을 알았다. B의 첨가에 의하여 실리카 입자막의 녹는점을 $1200^{\circ}C$로 낮출 수 있었다. 또한 FTIR에 의한 박막의 조성비분석 결과 BSG박막에 $B_2O_3$ 함량이 최대 10mol%로 나타났다.
평면 광도파로 렌즈는 집적광학회로에 널리 사용된다. 본 논문에서는 새로운 형태의 평면 광도파로 렌즈를 제안하고 제작하여 기존의 볼록-평면렌즈와 그 특성을 비교하였다. 제안한 볼록-오목형 렌즈는 원형의 경계를 가지며 선형경계를 가지는 볼록-평면 렌즈에서 발생하는 구면 수차를 제거할 수 있다. Y-cut LiNbO$_{3}$ 기판 위에 Ti-내부확산 양자교환방식을 이용하여 제안한 볼록-오목 렌즈와 기존의 볼록-평면 렌즈에 비해 초점에서의 spot의 크기를 약 59% 정도 줄일 수 있었다.
파장 투과 대역폭이 좁으면서도 반사율이 높은 파장 필터를 구현하기 위해서 격자의 반사율이 진행 방향을 따라 서서히 변하는 구조의 에포다이즈드 격자 구조를 폴리머 광도파로와 함께 제작하였다. 격자로 인한 유효 굴절률 변화가 $5{\times}10^{-4}$인 경우에 대하여 에포다이즈드 격자의 길이에 따른 반사율 변화를 설계하였으며 길이가 15 mm 이상이 되는 경우에 반사율이 99%에 도달함을 확인하였다. 길이가 서로 다른 여러 개의 격자를 제작하여 반사율, 3-dB 대역폭, 20-dB 대역폭을 측정하였으며, 격자 길이가 18 mm인 소자에서 95%의 반사율을 얻을 수 있었고, 이때 3-dB 대역폭은 0.28 nm, 그리고 20-dB 대역폭은 0.70 nm의 특성을 가짐을 확인하였다.
다중 모드 도파로에서 두 모드 간섭(TMI)에 기반한 소형 빔 합파기가 제안되었으며, 그 가능성을 삼차원 BPM (beam propagation method) 시뮬레이션을 통해 확인하였다. 다중 모드 도파로와 접할 때, 입력 도파로들은 약 1 ㎛ 정도 분리되어 있기 때문에 제작 공정 후의 도파 구조 패턴의 재현성이 우수하다. 적색, 녹색 및 청색 입력 포트에서 출력 포트로의 파워 전달은 각각 93.5%, 94% 및 93%로 계산되었다. 각 색상의 파장 편차가 10 nm인 경우, 투과율은 90%보다 크게 유지되었고, 도파로 폭의 편차가 40 nm 정도일 때, 85% 이상의 파워 전달을 유지함을 알 수 있다. 또한, 제안된 합파기는 편광의존성이 거의 없으며, 0.02 × 4 ㎟ 정도의 크기로 작게 구현될 수 있다.
레이저 프린터 및 OA복합기기 내부의 감광 드럼에 빛을 조사하는 핵심 광 모듈인 Laser Scanning Unit(LSU)의 광원으로 사용할 수 있는 발진파장 780 nm, 광 출력 10 mW의 모노리식 집적형 8빔 레이저 다이오드를 개발하였다. 개발된 8-빔 소자의 레이저 빔들의 각각의 물리적 간격은 $30\;{\mu}m$ 이며, 각 빔을 독립적으로 작동시키기 위해서, 공중배선공정을 신규로 개발하였다. 개발된 8빔 레이저 다이오드의 전기 및 광학적 특성 측정 결과 레이저 프린터 및 복합기의 LSU에 사용 가능함을 검증하였다.
이중 링 add/drop 필터와 all-pass 지연 필터로 구성된 이차원 optical code division multiple access (OCDMA) 인코더/디코더를 제안하고, 설계 예시 및 수치해석을 통하여 실현 가능성을 확인하였다. 제안된 OCDMA 인코더/디코더의 칩 면적은 지연 도파로를 사용하는 기존 OCDMA 인코더/디코더에 비하여 1/3 정도로 줄어든다. 제안된 소자의 성능을 모델링하기 위하여 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT) 및 전달 행렬 기법을 사용하였다. 정확한 코드로 디코딩된 펄스의 중심에서 자기상관 피크 값은 어긋난 파장 호핑 코드 및 스펙트럼 위상 코드로 디코딩된 경우의 최대 교차상관 레벨에 비하여 3배 이상으로 관측되었다. 이를 통하여 forward error correction (FEC) 한계에 해당하는 10-3 이하의 비트 에러 오율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
Submicron gratings are fabricated holographically on thin film single mode and multimode waveguides. Thin film waveguides are made by spin-coating polyurethane solution on the substrates of microscope slide glass and Corning 7059 glass. In order to characterize thin film waveguides, the refract사e index and the thickness of thin films are measured by using the m-line spectroscopy. The fabricated gratings are tested as a grating coupler, a mode converter, and a beam splitter. Also chirped gratings are fabricated to observe beam expansion phenomena and thus the possibility of the wavelength demultiplexing.
A passband-flattening technique based on Fourier optics concept for phased-array wavelength router is presented. For easy control of optical power in each waveguide without phase correction, misaligned array waveguides are used. BPM simulation results indicate that flat passband is as wide as 75 % of the channel spacing with the insertion loss penalty of about 6 dB and with the crosstalk of about -28 dB.
The characteristics of traveling-wave electrodes for high-frequency electroptic integrated devices are described from the view point of improvement of phase-matching based on the conformal mapping method. Specific calculations of the characteristic impedance, effective microwave index, and eletrode loss for asymmetric coplanar strip(ACPS) and coplanar waveguide(CPW) electrode structures are presented as a function of the geometric electrode parameters including the electrode thickness and buffer layer thickness. 5-10(x10S0-6Tm) thick Au-ACPS electrodes were successfully fabricated by electroplating and ECR etcher. The improvement of modulation bandwidth can be theoretically observed from the combination of electrode and buffer layer thickness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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