The present study is devoted to investigate numerically the optical characteristics of multi-layer thin film structures such as $Si/SiO_2\;and\;Ge/Si/SiO_2$ by using the characteristics transmission matrix method. The reflectivity and the absorptivity rate for thin film structures are estimated for different incident angles of rays and various film thicknesses. In addition, the influence of wavelength on optical characteristics related to complex refractive index is examined. It is found that such wave-like characteristics are observed in predicting reflectivities and depends mainly on film thickness. Moreover, the present study predicts the film thickness for ignoring wave interference effects, and it also discusses the fundamental physics behind optical and energy absorption characteristics appearing in multi-layer thin film structures.
본 논문에서는 반도체 광증폭기내에서 four-wave mixing을 발생시키는 spectral hole burning을 더욱 정확하게 해석하기 위하여 밀도행렬을 기존의 방법에 비하여 정확하게 푸는 방법에 대하여 설명하고 이러한 밀도행렬에 대한 수치해석을 실시하여 그 해를 구한다. 이렇게 구한 결과를 통해 반도체 광증폭기내에서의 four-wave mixing에 의한 파장변환을 설명하는 결합 파동 방정식을 유도하고 이것의 해를 구하여 반도체 광증촉기에서의 파장변환이 어떻게 발생하는 지를 설명하고 3차 섭동을 이용하여 계산된 기존의 결과와 비교한다.
반도체 광 증폭기의 특성을 이해하기 위하여 비율 방정식을 수치 해석적으로 풀었다. 사용된 비율 방정식은 운반자 밀도와 자발 방출된 빛, 그리고 신호 빛을 위치와 시간의 함수로 기술할 수 있다. 사각 파형의 신호가 입사했을 경우에 대하여 위의 세가지 양을 구하여서 반도체 광증포기의 동적인 특성을 파악하였다. 파장 다중 광통신에서처럼 다중신호가 입사하는 경우의 비선형성을 분석하였다. 맥놀이에 의한 내부변조 변형을 계산하여 본 결과 파장 간격이 넓을수록 내부변조 변형은 줄어드는 결과를 정량적으로 얻었으며, 신호간의 채널 간섭은 신호의 세기가 감소하면 줄어드는 결과를 얻었다. 또한 신호로 사용되는 파장에서 충분히 멀리 떨어진 연속파동 레이저가 입사하는 경우에는 채널간의 신호간섭과 출력파형 변형이 감소하는 이득고정 효과가 나타남을 계산을 통하여 확인하였다.
본 장치는 실험자가 레이저 빔과 광학 렌즈를 조정하여 이미지 및 회절도형의 형성, 보강 및 소멸간섭과 같은 파동광학 현상을 이해하도록 제작된 실험 장치이다. 실험장치는 광원으로 쓰이는 레이저빔과 빔의 광축을 정렬하는 광원 부분과 시료대, 대물렌즈, 중간렌즈, 확대렌즈, CCD system, 컴퓨터, 그리고 렌즈를 상하 조절하는 경통부분으로 구성된다. 본 장치를 통해서 다양한 회절격자의 이미지 및 회절도형을 최대 약 44배 확대할 수 있고, 최대 약 5um의 분해능을 가지고 분석할 수 있다. 이 장치는 전자현미경 이용자들이 TEM의 원리를 보다 쉽게 이해하는데 도움을 주리라 기대한다.
Rayleigh의 분해능 한계 $\epsilon_R$보다 작은 선폭 $\epsilon_0$을 분해할 수 있는 광결상계사 이론적으로 취급되었고, 이어서 초분해능을 지니는 광학계가 제시되었다. 먼저 초분해능을 역변환 문제로 취급하여 초분해능 회절상의 진폭 임펄스 함수를 주는 적분방정식을 도입하고 매개변수 $\beta$(양정수)에 따라서 진폭 임펄스 함수의 반치폭이 조사되었다. 이 초분해능 광학계의 구경함수의 진폭 분포가 변조되었고 또 구경에서 나가는 Huygens 파동의 위상도 Holography로 변조되었다. 이들의 변조를 위하여 이용된 광변조 소자가 제시되었다. 초미세 광리소그라피에 유용한 결론을 얻었다.
DCG(dichromated gelatin : 7.mu.m 두께) 필름을 이용하여 홀로그래픽 편광분리(Holographic Polarization Separation : HPS)소자를 설계 제작하였다. 제작한 HPS소자의 편광특성을 노출시간, 입사각, 편광각 등의 몇가지 물리적 변수들을 이용하여 조사하였다. 실험결과가 Kogelnik의 결합 파동이론에 기초한 이론적 결과와 잘 일치함을 알 수 있었다. 제작한 HPS소자는 633 nm 파장에서 편광 회절 강도비가 500:1(S편광:P편광)이상이였다. 또한 HPS소자의 광 스위치 및 자유공간 광 연결소자로서의 응용 가능성을 제시하였다.
시분해 반스톡스 라만 분광법에서 펌프광과 스톡스광의 상관관계에 대한 의존성을 계산하였다. 시간 지연된 두 펌프광을 라만 매질에 입사시키면 하나의 펌프광에 발생된 스톡스광과 펌프광들의 결합에 의해 반스톡스광 신호를 얻을 수 있는데 지연시간에 따른 반스톡스광 신호의 규격화된 크기를 계산하였다. 매질의 라만 선폭이 레이저의 선폭 보다 매우 작지 않을 때에는 스톡스광이 펌프광과 완전한 상관관계를 갖지 못하므로 일반적인 매질에서 발생된 스톡스광과 펌프광의 상관관계에 대해 간단한 모델을 세우고 그 매개변수에 따른 신호의 변화를 계산하였다. 일반적으로 비선형 라만 실험에서는 선폭이 넓은 광원을 사용하므로 파동들을 chaotic field로 기술하여 계산을 하였으며 여러 가지 매질의 선폭에 대해 그 결과들을 비교하였다.
사냑간섭계 원리를 이용한 자이로는 연구의 계기가 된 발명 또는 연구시기에 따라서 크게 3세대로 구분되어질 수 있다. 사냑간섭계 원리를 이용한 첫 번째 자이로인 링레이저 자이로는 레이저의 발명에 의해서 1960년대 부터 연구되어 왔으며, 사냑간섭계 원리를 이용한 2세대 자이로인 광섬유 자이로는 통신용 광섬유의 발명에 의해서 1970년대부터 연구되어 왔다. 원자의 파동성이 입증된 1990년대 후반에는 차기세대 자이로 개발을 위한 원자간섭계 연구가 시작되었다. 본 논문은 이러한 세 분류의 사냑간섭계 원리를 이용한 자이로의 동작원리, 응용분야, 그리고 발전전망에 대하여 논의하였다.
Acrylamide를 홑몸체로 하는 포토폴리머에서 두광파혼합(two-wave energy coupling)실험을 하였다. 외부의 전기장이나 비선형 매질의 이동, 또는 두 입사파 중 광파의 위상이동 없이 자체회절 진동(self-diffraction oscillations)로 측정되었다. 이러한 현상을 설명하기 위하여 위상격자와 흡수격자가 혼합된 격자(mixed grating)와 두 광파의 에너지 결합동안에 형성되는 강도 간섭무늬에 대해 공간 위상 이동(nonlocal response)이 있는 경우를 가정하여, 수정된 Kogelnik의 결합파동 방정식을 유도하였다. 측정된 자체회절 진동을 통하여 포토폴리머의 위상격자(phase grating)는 강도격자(intensity grating)에 대해$\pm$50。의 위상 이동이 있음을 알았다.
An exact wave-optics analysis of wave propagation in thin-film optical waveguide using gyrotropic materials as the substrate or film of the guide is presented for the first time. Based on the Maxwell's equations and the boundary conditions of the guide, the field composition and the boundary conditions of the guide, the field composition and the phase velocity for the eigenmodes of the guide are determined. The field patterns of the guided waves are shown for the eigenmodes of the guides. The present analysos allows a new interpretation in the mode conversion of the thin-film optical waveguides.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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