본 논문에서는 평판형 광도파로 상에 마하젠더 간섭계를 형성한 습도센서의 특성을 제시하고자 한다. 평판형 광도파로의 마하젠더 간섭계의 한쪽 팔에 PVP를 코팅함으로써 센서 주변의 외부 습도를 측정하였다. 습도를 계측할 간섭계의 한쪽 팔은 10 mm 폭으로 에칭하고, 에칭된 곳에 폴리비닐피롤리돈 (PVP)를 코팅하였다. PVP는 습도변화에 의해서 굴절률의 변화가 일어나므로, PVP로 코팅된 습도 센서는 평판형 광도파로 근처 상대습도의 차이에 따라 광간섭무늬의 변화를 나타내었다. 이에 대한 측정 결과를 통해 30%~80% 상대습도 범위에서 습도센서로써 작동함을 확인할 수 있었다.
바이오센서 응용을 위한 대칭 및 비대칭 마하젠더 간섭계 광도파로 소자의 설계, 제작 및 광학적 응답특성을 평가하였다. 설계 제작된 광도파로 소자의 압력광원은 각각 1550nm와 632.8nm이고, 코어와 클래딩의 굴절률차는 0.45 $\Delta$%로 설계 제작하였다. 센서부(상위 클래드)의 금 박막의 미소 굴절률 변화에 따른 TE, TM모드의 특성을 분석하였다. 센서의 보다 높은 감도 개선을 위한 나노-광자결정 구조가 주목받고 있는데, 광자결정 구조의 구현를 위한 리소그래피 공정은 높은 분해능과 신뢰성 있는 나노스케일의 공정이 요구된다. 광-바이오센서의 감도 개선을 위해 센서부 표면에 2차원 나노-광자결정 배열을 제안하고 이를 구현하기 위한 Dip-Pen Nanolithography 공정에 대해 고찰하였다.
본 논문에서는 저가로 쉽게 제작할 수 있는 구조를 지닌 단일칩 형태의 고분자 기반 평판형 분광모듈을 제안하였다. 제안된 분광모듈은 UV 임프린트 기법에 의해 제작되어진 비등간격 나노회절격자와 오목거울이 포함된 평판형 광도파로로 구성되어진다. 회절효율을 향상시키기 위해 나노회절격자의 구조는 $25^{\circ}$의 블레이징 각도와 100nm의 선폭을 가지도록 설계, 제작되었다. 평판형 분광모듈은 700 nm 대역폭과 10 nm 분해능을 가짐을 확인하였다. 이러한 집적형 고분자 분광모듈은 다양한 센서 시스템에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
슬라이드 글라스와 위에 1μm 가량의 산화막을 입힌 실리콘 웨이퍼 위에, 폴리우레탄이나 에폭시 등의 유기 물질을 스핀너 (spinner)로 코우팅시켜서 평판형 유전체 도파관(dielectric slab waveguide)을 제작하고, 프리즘으로 빛을 커플링 (coupling) 시켜서 광도파 현상을 화인했다. 실리콘 웨이퍼나 슬라이드 글라스 위에다 알루미늄이나 은(Ag)을 진공증착시킨 것을 기관으로 사용하여 금각판 도파관(metal clad waveguide)을 제작하고, 프리즘 2개로 커플링 (coupling), 디커플링 (decoupling)시켜서 모우드 라인(mode line)을 관찰했다. 포토리지스트 K. P. R.의 굴절율이 폴리우레탄의 굴절율보다 큰 점을 이용하여 2층 구조의 박막 프리즘을 제작하고 빛이 꺾이는 현상을 확인했다.
서로 다른 굴절률을 갖는 유전재료를 주기적으로 배열함으로써 광자금지대(PBG)를 형성시킬 수 있는 2 차원(2D)광자결정배열에 선결함(line defects)을 줌으로써 기존의 평판형광도파로(PLC)와는 다른 개념의 광자결정도파로를 제작할 수 있다. 특히, 광자결정도파로는 급격한 굽힘(bending)에도 저손실의 효과를 갖도록 할 수 있기 때문에 광집적회로에 효과적으로 적용된다. 본 연구에서는 정방형 격자구조의 2차원 광자결정에 대한 광자밴드구조를 구하고 이로부터 추출된 구조매개변수를 이용하여 광자결정도파로를 설계하고 그의 특성을 평가하였다. 특히, 광자결정도파로와 PLC형도파로 특성을 비교하였다. 설계된 광자결정 도파로를 전자빔 및 홀로그래픽 리소그라피를 이용하여 제작, 평가할 것이다.
평면광도파로 브래그격자는 광도파로 내부의 코어의 굴절률을 주기적으로 또는 비주기적으로 변화시켜 특정 파장의 빛을 반사시키거나 투과손실로 작용하게하는 광소자이다. 이러한 광소자는 광가감다중화기, 분산보상기, 파장선택형 반사거울, 파장제거필터, 증폭기의 이득평탄화, 광스위치등 여러분야의 소자 개발의 핵심적인 기능을 부여한다. UV 엑시머레이저의 출력을 게르마늄이 첨가된 실리카 유리에 조사하여 격자구조를 형성시키는 방법이 Hill 등에 의해 발표되었고 이후, 홀로그래피 방법, 위상마스크 방법등 여러 가지의 광섬유 격자 형성방법을 활용하여 여러종류의 광통신소자들이 연구되었다. (중략)
전계 측정시스템에서 센서 감지부로 $1.3{\mu}m$ 파장대역에서 동작하는 비대칭 구조의 집적광학 Mach-Zehnder 광변조기를 구현하였다. BPM 전산모사를 통해서 소자의 동작 특성을 검증하였고, $LiNbO_3$에 Ti 확산방법으로 구현된 채널 광도파로에 평판형 안테나가 부착된 집중 전극구조 배열하여 전계 센서를 제작하였다. 500 KHz, 5 MHz 각각의 주파수에서 측정 가능한 최소 전계는 1.02 V/m, 6.91 V/m로 평가 되었으며, 이에 대응되는 각 주파수에서 ~35 dB, ~10 dB의 다이나믹 범위가 측정되었다.
In this paper, designed and simulated Power Splitter (PS) integrated Mach-Zehnder interferometer (MZI) based planar type optical waveguide devices (which is called here a PS-MZI). The PS-MZI optical waveguide sensor was preceded by a Y-junction, which splits the input power between the sensor, and a reference branch, to minimize the effect of optical power variations. The PS-MZI optical waveguide sensor induced changing phases of the incident beam, which had fallen upon the waveguide through computer simulation, according to the small changes in the index of refraction, thus beam intensity was changed. The waveguide were optimized at a wavelength of 1550 nm and fabricated according to the design rule of 0.45 delta%, which is the difference of refractive index between the core and clad. The fabrication of PS-MZI optical waveguide sensor was performed by a conventional planar lightwave circuit (PLC) fabrication process. The PS-MZI optical waveguide that was fabricated to be applied as a biosensor revealed a low insertion loss and a low polarization-dependent loss. After having etched the over-clad at the sensor part in the MZI optical waveguide that was fabricated, Ti deposition was made on the adhesion layer, and then Au thin-film deposition was carried out thereon. In addition, its optical properties were measured by having changed the index of refraction oil at the sensing part of the MZI. To apply the planar type PS-MZI optical waveguide as a biosensor, a detection test for Staphylococcus aureus was conducted according to changes in concentration, having adopted Ti-alkoxide as ligand. The detection result of the S. aureus by the PS-MZI optical waveguide sensor was possible to the level of $10^1$ CFU/ml.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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