엄밀한 결합파 해석(rigorous coupled-wave analysis)을 이용하여 2차원 및 3차원의 주기적인 구조 제작을 위한 2차원 이진위상 회절격자를 설계 및 분석하였다. 이 회절격자는 근접장 홀로그래피를 위한 위상 마스크로서 수직 입사하는 빛에 대하여 여거 개의 회절파들을 발생하고 이들은 공간상에 주기적인 간섭무늬를 형성한다. 입사파의 편광상태, 파장, 표면 양각형태, 요철 깊이와 duty cycle을 바꿈으로써 회절된 빛들을 조절할 수 있는데 2차원 구조의 경우 0차 회절효율이 최소가 되고 1차회절효율이 최대가 될 때 최적의 결과를 보인다. 한편 0차 회절효율이 상당한 크기를 가지거나 심지어 다른 차수의 회절효율보다 높을 때 마이크로 미터 이하의 미세구조를 갖는 tetragonal-body-centered 구조와 hexagonal 구조의 포토닉 결정을 제작 할 수 있는 다양한 형태의 3차원 공간 간섭무늬가 형성된다.
본 논문에서는 Fe가 0.015Wt.%도핑된 LiNbO₃ 결정에서 2광파혼합(TWM:Two-Wave Mixing)을 통한 입사각에 따른 결합계수, 기록빔의 세기비에 따른 이득, 회절효율, 시간응답특성에 대한 해석 및 실험을 통해 고밀도 광메모리 소자로서 응용하기 위한 특성을 제시한다. 실험결과 514.5nm 파장에서 본 결정의 경우 14°에서 최대 결합특성을 보였고 이때의 최대결합계수는 6.9cm/sup -1/이다. 그리고, 632.8nm 파장의 빔으로 판독시 두 결합빔의 세기비가 0.1이고, 입사각이 140 일 때, 54.13%의 최대 회절효율을 얻었으며, 격자고정시 회절효율은 21.4% 이다. 또한, Fe-LiNbO₃ 결정을 높은 회절효율을 갖는 광메모리 소자로 적용하기 위해 가장 우수한 회절특성을 보이는 조건에서 각도 다중화 방식과 공간 광학 변조기를 이용한 광정보 저장응용실험 결과를 제시하였다.
위상편이 회절격자 간섭계의 회절격자는 간섭을 일으키는 측정광과 기준광을 분할하고, 재결합하여 간섭무늬를 생성하고, 또한 위상을 편이시키는 다양한 용도로 사용되는 핵심부품이다. 위상편이 회절격자 간섭계는 회절격자에서 회절되는 다양한 회절차수의 광들을 측정광과 기준광으로 선정하고 서로 간섭시켜 간섭무의를 얻을 수 있는데, 그 회절차수와 사용하는 회절격자의 형상에 따라서 측정광과 기준광의 효율이 달라져서 간섭무늬의 가시도가 달라진다. 본 논문에서는 두 가지 위상편이 회절격자 간섭계에서 측정광과 기준광의 상대적인 효율을 격자에서 일어나는 회절현상의 전자기학적인 수치모사를 통해 산출해내어 각 간섭계에 최적인 회절격자의 형상을 선정한다.
미세 반도체가 첨가된 유리에 암색화에 따른 정상상태 포화흡수 변화를 조사하였고 축퇴 4광파 혼합 실험으로 영구 회절격자를 형성시켜 회절 효율을 연구하였다. 사용된 레이저는 Q-switch된 Nd:YAG레이저의 제2조화파로 펼스폭은 15ns이었다. 시료가 암색화된에 따라 포화 흡수세기 $I_s$는 증가하였고, 축퇴 4광파 혼합 실험 장치로부터 전방 펌프빔과 조사빔에 의한 큰 간격의 영구 회절격자를 형성하여 후방 펌프빔의 세기에 따라 회절 되어 나오는 빛의 세기를 측정하였다. 영구 회절격자는 암색화 현상에 의한 것으로 회절효율은 회절 되는 후방 펌프빔의 세기가 크지 않을 때 그 세기에 비례하는데, 이는 암색화에 의해 형성된 회절격자 사이의 흡수 차이에 의한 것임을 알 수 있었다.
규칙적인 간격이 $M\timesN$ 이차원패턴과 임의 모양 빔 스폿을 발생시키기 위해 일반적인 이차원 Dammann 격자보다 재구성 에러가 작고, 높은 효율을 보이는 줄무늬형 격자를 설계하였다. 회절효율은 일반적인 이차원 Dammann 격자의 효율보다 평균 15-20% 정도 높은 60% 이상을 얻었다. 설계된 격자는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 회절특성을 확인하였으며 우수한 패턴 발생 결과가 확인되었다. $3\times3에서 11\times11$까지의 규칙적인 스폿 배열과 문자열에 대한 효율, 계산 시간 및 표준편차를 비교분석하였다.
차세대 영상시스템의 하나인 디지털홀로그램은 다양한 형태로 생성되고 재생될 수 있고, 디지털홀로그램은 재생을 위한 시스템의 특성에 맞게 생성된다. 다양한 조건으로 생성된 디지털홀로그램이 다양한 재생환경에서 어떠한 특성을 나타내는지에 대한 척도로써 회절효율의 측정을 사용할 수 있다. 본 논문에서는 다양한 조건으로 생성된 컴퓨터생성홀로그램(Computer-generated Hologram, CGH)에 대한 회절효율을 측정하였다. 이를 통해 홀로그램 재생 시 고려해야되는 생성 조건에 대해 논의한다. 위상 방식의 복소 홀로그램을 대상으로 프레넬 조건 하에서 생성된 프린지의 1차 회절 패턴의 강도를 측정함으로써 각 조건들을 비교한다. 본 논문을 통해서 객체 포인트, 복원 거리, 레이저 및 SLM의 종류에 따른 회절효율의 특성에 대한 경향성을 보였다.
홀로 그래피 은염 감광 물질에 위상형 회절격차를 기록하여 71%가 넘는 회절 효율을 얻었다. 화학적 처리가 끝난 후 전자 주사 현미경을 통해 Agfa 8E75 감광유제의 부풀은 모습을 밝혔다. 비경화 정착액, 중크롬산 표백액과 알코올에 의한 급속 전조가 강한 변조효과를 가져와 회절 효율이 20% 이상 증가하였다. Kogelnik 결합과 이론의 중요한 특성 파라미터들에 대해 검토하였으며, 두께 변화에 따른 새로운 파라미터 값을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제시하였다. 결론적으로 감광유제의 정밀한 두께 제어가 고회절 효율을 얻기 위한 잠재적인 원천으로 작용함을 보였다.
본 논문에서는 높은 회절 효율과 균일도를 갖는 컴퓨터 생성 홀로그래픽 디퓨저를 수정된 반복 푸리에 변환 알고리즘으로 설계하였다. 컴퓨터 생성 홀로그래픽 디퓨저를 설계하기 위한 새로운 방법으로 위상형 홀로 그램들을 대칭, 결합시킴으로서 계산시간을 감소시켰고 재생되는 신호 영역을 확장하였다. 설계한 16 위상형 홀로그래픽 디퓨저는 85.20%의 높은 회절 효율과 2.43%의 균일도, 18.97[㏈]의 평균 신호대 잡음비를 나타내었다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그래픽 디퓨저와 128 단계를 갖는 유사 랜덤 위상 디퓨저를 회절 효율과 균일도 측면에서 비교하였고, 홀로그래픽 디퓨저와 차세대 디스플레이용 소자로서 유용하게 이용될 수 있음을 제시하였다.
반도체 공정에서 위상 소자를 적용하는데 있어, 그 위상항을 ITFA 방법을 적용하여 계산하였고 계산된 위상 소자에 따른 광출력 회절효율을 계산하였다. 이러한 회절 효율의 계산은 출력 평면 내에만 해당되는 것이고, 이외의 영역으로 출력이 소실되는 경우를 고려하지 않았다. 또한, 위상항의 양자화 깊이의 변화에 대하여 입력광이 위상소자를 지난 후의 광출력 효율에 대하여 계산하였다.
광고분자 필름은 홀로그램을 저장하기 위한 기술로서, 광굴절 결정보다 고감도, 간단한 실시간 처리, 저렴한 가격 등의 장점으로 홀로그래픽 저장기술 응용에 보다 손쉽게 적용할 수 있다. 본 연구에서는 기존의 PVA/AA계 광고분자 필름에 광학적 활성을 가지는 $SeO_2$를 첨가한 광고분자 필름을 제조하였다. 홀로그램을 저장하기 위한 기록매질로서 최적의 회절효율을 가지는 광고분자 필름을 만들기 위하여, 광감각제인 Eosin Y의 농도와 광고분자 필름의 두께를 달리하여 실험하였다. 광고분자 필름의 회절효율은 532 nm 레이저로, $40^{\circ}$의 입사각에서 측정하였다. 실험 결과, Eosin Y의 농도가 0.0045 g이고, 필름 두께가 $297{\mu}m$일 때, 78.70%로 가장 높은 회절효율 값을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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