본 논문에서는 As-Ge-Se-S 박막에 (P:P) 편광빔을 이용하여 회절격자를 형성시키고 비편광 (Non-Polarization) 빔을 이용하여 생성된 격자를 소거시키고 그에 따른 회절효율을 조사 하였다. (P:P) 편광으로 기록된 회절 효율은 시간이 지나도 최대 회절효율의 변화가 없었으나 비편광 빔으로 기록된 회절효율은 시간이 지남에 따라 급격한 회절효율의 감소를 보인다. 따라서 (P:P) 편광으로 회절격자를 형성시키고 비편광빔으로 격자의 소거를 진행하여 약 83%의 회절격자의 소거가 이루어졌다.
본 연구에서는 대면적 나노 금속 격자형 편광 필름 제작에서 증착 두께에 따른 광 특성 연구를 수행하였다. 나노 금속 격자형 편광필름은 PET(Polyethylene phthalate)기판 위에 알루미늄 선 격자 구조로 구성된다. 본 연구에서는 대면적 편광필름 제작을 위한 증착공정을 통한 금속 격자 형성을 목표로 하였으며, 금속 격자형 편광 필름 제작에 있어 최적의 투과율과 소광비를 가지는 금속 박막 형성 조건을 도출하였다. 최적화 공정에 의해 나노 금속 격자형 편광필름은 140 nm 주기, 70 nm 선폭, 70 nm의 금속층 높이를 가지는 금속 격자 구조로 제작 되었다. 분석결과 600 nm 파장에서 80% 이상의 최고 투과율 및 $10^6$ 이상의 소광비를 가지는 나노 금속 격자 편광필름의 높은 광 특성을 확인하였다.
편광 선택적 빔 분리 격자는 수많은 광학 정보처리 시스템에서 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 고효율 플라즈마 편광 빔 분리기 (PBS)를 설계하기 위하여 Littrow 구조에서 Ag 금속 층으로 구성된 소자를 구현하였다. 구현한 PBS는 투과되는 0차 TE 편광과 반사되는 0차 TM 편광에서 높은 회절효율을 달성할 수 있도록 격자깊이 및 격자 비율을 정확한 모드 전송선로 이론 (Modal Transmission-Line Theory)을 사용하여 최적화하였다. 최적화된 결과로부터 PBS는 입사 파장과 각도에 대한 광대역 특성의 장점을 가지고 있으며, TE, TM 편광 모두에 대하여 95% 보다 높은 효율을 나타내었다. 그러므로, 높은 흡광비를 갖는 이 고효율 PBS 광대역 격자는 우수한 광 회절 장치로 사용될 수 있다.
광섬유 격자는 외부의 가해진 물리량에 대해 선형적인 응답을 하며, 광섬유 격자의 파장 인코딩 특성으로 인해 S/N비가 높은 신호 처리를 할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 편광 유지 광섬유 격자를 이용한 압력 센서에 관한 실험을 수행하였다. 편광 유지 광섬유 격자는 위상 마스크를 이용하여 Bow-Tie형 광섬유에 형성시켰는데, 편광 유지 광섬유는 두 개의 고유 편광 축을 가지므로 두 개의 브래그 peak을 가진다. 종방향 스트레인과 온도 변화에 따른 두 개의 브래그 파장 변화를 측정한 결과 각각 1.2 pm/.mu..epsilon.의 종방향 스트레인에 대한 파장 민감도와 11.4 pm/.deg. C의 온도에 대한 파장 민감도가 관측되어, 단일 모드 광섬유 격자의 보고된 값과 거의 일치하였다. 반면에 편광 유지 광섬유 격자에 횡방향 스트레스를 가하면 두 브래그 파장사이의 간격이 변화함을 관측하였고, 두 브래그 파장 간격에 대하여는 14.6 pm/N의 횡방향 스트레스에 대한 파장 민감도를 얻었다. 편광 유지 광섬유 격자 센서는 온도의 변화에 무관한 횡방향 스트레스 즉, 압력센서로 이용할 수 있음을 보였다.
격자의 구조가 간단하고 격자의 대조비가 낮은 SBC 시스템 구성을 위한 무편광 유전체 다층박막 회절격자를 설계하였다. SBC 방법으로 결합한 빔의 빔 품질을 높게 유지하기 위하여 회절격자의 파면 왜곡이 최소화되는 구조를 제안하였으며, 오염에 의한 흡수가 발생하지 않고 회절격자를 제작할 수 있는 구조로 회절격자를 최적화 설계하였다. 설계된 회절격자는 1055 nm 중심파장에서 Littrow 각도로 입사하는 경우 무편광 -1차 회절 효율이 99.36%이었으며, 96% 이상의 무편광 회절 효율을 나타내는 공정 여분이 확보되어 있음을 확인하였다.
등가 전송선로에 기초한 모드 전송선로 이론 (Modal Transmission-Line Theory: MTLT)을 이용하여 이중 샌드위치 Rib-형 층으로 구성된 나노 크기의 격자 구조형 편광 무의존성 결합기 (Grating-Assisted Polarization-Insensitive Coupler: GA-PIC)의 편광특성을 자세하게 분석하였다. 제안한 나노 크기의 GA-PIC의 편광 무의존성 조건을 얻기 위하여 샌드위치 rib형 층의 굴절률과 두께에 따라 변하는 quasi-TE 모드와 quasi-TM 모드의 결합길이를 분석하였으며, 격자구조의 광학적 변수들인 격자두께와 격자주기에 따른 결합길이의 영향도 분석하였다. 수치해석 결과, 수백 나노미터 크기의 GA-PIC는 이중 샌드위치 층과 격자구조의 구조적, 물질적 변수들을 잘 선택함으로써 구현할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 금속 슬릿 배열로 구성된 편광 선택 가능한 블레이즈드 회절 격자를 제안한다. 마이크로 스케일의 블레이즈드 회절 격자를 디자인 하고 이 구조에 추가적으로 나노스케일의 금속 슬릿 구조를 적용하여 편광 선택기능을 부여하였다. 이 소자에 대하여 사례 연구로 예를 디자인하여 FDTD(Finite Difference Time Domain method)방법을 이용한 전산모사를 통해 성능을 검증해 보았다. 임의의 디자인 사례에 대해 대략 77.61% 의 회절효율과 8.99의 편광선택비가 얻어졌으며 편광선택비를 높이기 위한 또 다른 디자인에서는 64.22%의 회절효율과 81.09의 편광선택비가 얻어졌다.
격자의 구조가 간단하고 격자의 대조비가 낮은 SBC 시스템 구성을 위한 무편광 유전체 다층박막 회절격자를 제작하였다. 제작된 박막의 굴절률과 두께 오차로 인하여, 제작된 회절격자의 회절 효율은 설계보다 낮은 값을 나타내었다. 오차를 발생시킨 원인을 분석하고, 제작된 회절격자 위에 추가의 코팅을 통하여 회절 효율 보정이 가능함을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다. 시뮬레이션 결과를 확인하기 위하여 제작된 회절격자 위에 Ta2O5 추가층을 제작하고 회절격자를 측정한 결과 회절 효율 보상이 이루어졌으며, 최고 91.7%의 무편광 회절 효율을 얻었다.
광 폴리머(photopolymer)에 의한 편광 회전과 제작된 격자에서 나타나는 회절효율의 불안정을 분석하였으며, 특히 반사형 광 폴리머의 내부 복굴절(birefringence)에 의해 회절효율의 변화가 발생함을 밝혔다. 광 폴리머를 지지하고 있는 Mylar 기판(base sheet)은 고분자 물질로, 가공 중에 발생한 연신에 의해 복굴절이 발생하여 밤의 편광 상태를 회전시킴으로써 격자의 회절효율을 불안정하게 만드는 원인이 된다. Mylar 기판을 통과하는 빔의 편광 상태를 감광성이 없는 He-Ne 레이저를 사용하여 유리판 위에 접촉된 상태에서 방향을 조절하여 광원의 편광 상태와 평행하게 고정시킬 수 있었으며, 이로 인해 매우 안정적인 회절효율을 갖는 회절격자를 제작할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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