본 연구는 성층권 에어로졸의 분포와 광학적 특성을 분석하기 위하여 새로이 개발된 광주과학기술원의 라이다 시스템에 대하여 설명하고자 한다. 성층권 에어로졸의 후방산란비 산출을 위해 Nd:YAG 레이저를 광원으로 1064 nm와 532 nm 두 파장의 탄성산란 채널을 개발하였고, 편광소멸도 분석을 위해 532 nm 파장에 두 개의 편광 채널을 설치하였다. 광자계수방식과 아날로그 디지털 변환 두가지 방식을 동시에 채택하여 후방산란신호 수신 효율과 최대 관측 고도를 향상시켰다. 개발된 라이다 시스템을 이용하여 2011년 9월 22일에 한반도 상공 성층권 에어로졸관측 분석하여 예시하였다. 라이다 관측 자료 분석을 통해 532 nm 파장에서 성층권 에어로졸의 후방산란비를 산출을 통해 에어로졸의 시공간적 분포를 확인하고, 체적편광소멸도와 입자편광소멸도 산출을 통해 하고 입자의 비구형성을 판단하였다.
만 18세에서 30세사이의 남녀 109명(218안)을 대상으로 자각적 굴절검사를 실시하여 원거리 완전 교정된 상태에서 프리즘 분리법, 마독스로드 검사법, 편광 검사법 등 안경원에서 쉽게 실시 수 있는 세 가지 방법을 이용하여 각각 원거리 수평사위를 측정한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 프리즘 분리법에서는 정위 16명(15%), 외사위 71명(65%), 내사위 22명(20%)로 93명(85%)이 사위가 있었다. 2. 마독스로드 검사에서는 정위 15명(14%), 외사위 62명(57%), 내사위 32명(29%)로 94명이 사위가 있었다. 3. 편광 검사법에서는 정위 16명(15%), 외사위 79명(72%), 내사위 14명(13%)로 93명(85%)이 사위가 있었다. 4. 세 검사의 각각의 평균값은 프리즘 분리법 $1.32{\Delta}BI$, 마독스로드 검사법 $0.88{\Delta}BI$, 편광 검사법 $1.76{\Delta}BI$로 측정되었다. 5. 세 검사에서 피검자 선호도는 프리즘 분리법 48명(44%), 마독스로드 검사법 31명(28%), 편광 검사법은 30명(28%)으로 나타났다.
광섬유전류센서에서 온도변화에 따른 감도변화를 제거하기 위한 연구를 하였다. 센서헤드로는 두개의 원형틀을 수직으로 결합하고 여기에 광섬유를 번갈아 감아서 사용하였다. 이 경우 수직한 원형틀은 광섬유의 고유편광축을 상호수직하게 하므로 감겨진 광섬유에 발생된 선형복굴절량을 상쇄하여 최소화할 수 있었다. 이렇게 제작된 전류센서는 온도에 대해 보다 안정된 성능을 보였다. 센서헤드부의 온도는 약 1시간 40분동안 20-45.deg.C의 느린 변화를 주었다. 이때의 전체적인 센서 오차는 .+-.1.2% 정도였고 500A에서 3시간동안 안정성 측정을 했을 경우 .+-.1%미만의 변화를 보였다. 센서의 헤드부 전후단의 광섬유에 의해서 신호의 요동이 생기는 것을 방지하기 위한 방법으로 센서헤드부에 편광기와 편광분할기를 놓고 리드부와 분리를 했다. 광원으로서는 두개의 레이저 다이오드를 편광이 수직이 되게 배열함으로써 무편광 광원으로서의 효과를 내었다. 신호처리는 각 채널별로 분리를 하여 기계적인 부분에 의한 광손실의 영향을 배제하였다.
편광에 관계없이 매우 짧은 결합 길이를 가지는 Double-Sided Deep-Ridge (DSDR) 도파관 구조를 가지는 수직 방향성 결합기의 두 코어 굴절율에 약간의 비대칭성을 줌으로써 편광에 관계없이 소멸비가 크게 향상됨을 보였다. 내부 클래딩의 두께와 두 코어의 두께가 감소할수록 두 코어는 강하게 결합되기 때문에 최대 소멸비를 보이는 두 코어 사이의 굴절율의 비대칭값과 30 ㏈ 이상의 소멸비를 보이는 코어 굴절율의 공차는 증가한다. 또한 내부 클래딩의 두께와 두 코어의 두께가 감소할수록 두 코어사이의 결합이 강하게 되어 결합기 길이와 30 ㏈ 이상의 소멸비를 가지는 결합길이의 공차는 감소한다. 편광에 관계없이 100 $\mu\textrm{m}$ 이하의 매우 짧은 소자길이를 가지며 30 ㏈ 이상의 매우 높은 소멸비를 가지는 DSDR수직 방향성 결합기를 구현할 수 있음을 보였다.
InGaAsP/InP 격자도움형 방향성 결합기(GACC)필터를 제작하고, 필터의 도파로 구조에 대해서 중심파장, 파장대역폭, TE/TM 편광의존성 그리고 파장가변특성 등을 측정하였다. 필터가 좁은 파장대역폭을 갖도록 도파로의 구조를 설계하였다. 균일한 두께와 폭을 갖는 도파로를 제작하기 위해 reactive ion etching 방법을 이용하였다. 제작된 InGaAsP/InP GACC 필터의 출력 스펙트럼은 TM편광에서 1494.0 nm의 중심파장과 1.3 mn의 파장대역폭을 가졌고, TE편광에서는 1530.6 nm의 중심파장과 1.5 nm의 파장대역폭을 보였다. 이 파장대역폭은 지금까지 보고된 1.5mu.m파장대역 부근에서 GACC필터가 갖는 대역폭 중 가장 좁은 것이다. 또한 100 mA의 전류인가에 대한 8 nm정도의 중심파장 이동을 관찰하였다. 그리고 제작된 여러 가지 도파로 구조에 대해 측정한 GACC필터의 동작특성과 계산한 결과가 잘 일치함을 보였다.
Rib 형태의 전송구조로 구성된 편광 무의존성 방향성 결합기(DC)와 다중모드 간섭결합기(MMI)의 설계특성을 종방향 모드 전송선로 해석법(L-MTLT)을 이용하여 정확하게 비교 분석하였다. 두 전송모드들의 결합특성에 의존하는 편향 무의존성 DC 소자를 이용하여 다중모드들의 결합과 간섭특성을 나타내는 MMI 결합기가 설계될 수 있음을 보였다. 또한, 편향 무의존성 DC와 MMI 소자들의 결합효율을 결합길이와 파장의 변화에 따라 자세하게 비교 분석하였다. 그 결과를 기반으로 광통신용 소자에서 필터로 널리 사용 가능한 Bragg 격자구조가 집적된 편향 무의존성 DC와 MMI를 설계하고 그 필터특성을 처음으로 비교 분석하였다. 분석결과, TE와 TM 모드들 사이의 결합길이가 같도록 설계한 DC는 MMI보다 편광 무의존성 필터링 특성에 있어서 더욱 좋은 성능을 나타냈다. 그러나, 편광무의존성 결합길이가 현저하게 작은 MMI가 DC보다 집적소자 소형화를 위하여 더욱 좋은 소자임을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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