The study reports on the design and performance of two air-filled and two partial ethanol-filled photonic crystal fiber (PCF) structures with a tetra core for supercontinuum generation. The PCFs are nonlinear with ultra-flattened zero dispersion. Holes with smaller areas are used to create a tetra-core PCF structure. Ethanol is filled in the holes of smaller area while the larger holes of cladding region are airfilled. Optical properties including dispersion, effective mode area, confinement loss, normalized frequency, and nonlinear coefficient of the designed PCF structures are investigated via full vector finite difference time domain (FDTD) method. A PCF structure with lead silicate as wafer exhibits significantly better results than a PCF structure with silica as wafer. However, both structures report dispersion at a telecommunication wavelength corresponding to 1.55 ㎛. Furthermore, the PCF structure with lead silicate as wafer exhibits a very high nonlinear coefficient corresponding to 1375 W-1 km-1 at the same wavelength. This scheme can be used for optical communication systems and in optical devices by exploiting the principle of nonlinearity.
We propose a highly birefringent and dispersion compensating photonic crystal fiber based on a double line defect core. Using a finite element method (FEM) with a perfectly matched layer (PML), it is demonstrated that it is possible to obtain broadband large negative dispersion of about -400 to -427 ps/(nm.km) covering all optical communication bands (from O to U band) and to achieve the dispersion coefficient of -425 ps/(nm.km) at 1.55μm. In addition, the highest birefringence of the proposed PCF at 1.55 μm is 1.92 × 10-2 and the value of birefringence from the wavelength of 1.26 to 1.8 μm (covering O to U bands) is about 1.8 × 10-2 to 1.92 × 10-2. It is confirmed that from the simulation results, the confinement loss of the proposed PCF is always less than 10-3 dB/km at 1.55 μm with seven fiber rings of air holes in the cladding.
In this paper, we implemented a polarimetric vibration sensor using a Sagnac birefringence interferometer composed of polarization-maintaining photonic crystal fiber(PM-PCF). By changing the amplitude and frequency of vibration applied to PM-PCF employed as the sensor head of the proposed sensor, sensor responses to various types of vibration were investigated. First, the vibration characteristic of the sensor was explored for a single frequency in a frequency range from 1 to 3000Hz with a cylindrical piezoelectric transducer, and then the sensor response to naturally damped vibration was examined by utilizing a metal cantilever. It was experimentally observed that the sensor output signal was deteriorated by more than 3dB at ~1900Hz in the single frequency vibration measurement with a minimum detectable strain perturbation of ${\sim}1.34n{\varepsilon}/Hz^{1/2}$ at 1500Hz and the peak value of the sensor output signal was proportional to the strength of initially applied stress in the naturally damped vibration measurement.
본 연구에서는 1차원 포토닉 크리스탈과 금속-유기 구조체 (MOF) 물질인 Hong Kong University of Science and Technology(HKUST-1)을 이용한 수분 감지 컬러 센서를 제안한다. 1차원 포토닉 크리스탈은 주기적인 굴절률 변화에 의해 포토닉 밴드갭이 존재하고, 특정한 파장 대역의 광 성분을 차단 및 반사한다. HKUST-1의 굴절률은 건조한 환경과 습한 환경에서 그 값이 서로 다르다. 여기서 우리는 포토닉 밴드갭의 유무를 활용하여 FDTD 시뮬레이션으로 센서를 설계하였다. 광학 해석 결과, 투과된 광의 색 변환보다 반사된 광의 색 변환이 우수하여 반사된 광을 이용하였다. 그리고 포토닉 밴드갭의 중심 파장이 550 nm인 경우, 건조한 환경 대비 습한 환경의 최대 피크 값이 약 9.5배로 증가했으며, 무채색에서 녹색으로 색 변환이 가능하여 센서로의 특성이 우수하였다. 본 연구 결과는 MOF 물질의 수분 감지 컬러 센서로의 활용을 제시하였으며, MOF 물질의 나노 구조 설계로 산업 디바이스로의 활용성도 확대할 것이다.
Ma, Jie;Wong, Kam Sing;Li, Shan;Chen, Zhe;Zhou, Jianying;Zhong, Yongchun
Journal of the Optical Society of Korea
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제19권1호
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pp.63-68
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2015
A one-step fabrication of a photonic crystal (PC) with functional defects is demonstrated. Using multi-beam phase-controlled holographic lithography with a diffracting optical element, large area one dimensional (1D) and two dimensional (2D) PCs with periodic defects were fabricated. The uniform area is up to $2mm^2$, and tens of defect channels have been introduced in the 1D and 2D PC structure. This technique gives rise to substantial reduction in the fabrication complexity and significant improvement in the spatial accuracy of introducing functional defects in photonic crystals. This method can also be used to design and fabricate three dimensional (3D) PCs with periodic defects.
Well defined 1-dimentional (1-D) photonic crystals of polystyrene replicas have been successfully obtained by removing the porous silicon from the free-standing rugate porous silicon/phenylmethylpolysiloxane composite film. Rugate porous silicon was prepared by an electrochemical etching of silicon wafer in HF/ethanol mixture solution. Exfoliated rugate porous silicon was obtained by an electropolishing condition. A composite of rugate porous silicon/phenylmethylpolysiloxane composite film was prepared by casting a toluene solution of phenylmethylpolysiloxane onto the top of rugate porous silicon film. After the removal of the template by chemical dissolution, the phenylmethylpolysiloxane castings replicate the photonic features and the nanostructure of the master. The photonic phenylmethylpolysiloxane replicas are robust and flexible in ambient condition and exhibit an excellent reflectivity in their reflective spectra. The photonic band gaps of replicas are narrower than that of typical semiconductor quantum dots.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제7권1호
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pp.56-65
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2007
This paper describes physical meanings of various influences of cavity (or pillar) shape and filling factor of dielectric material on band structures in two-dimensional photonic crystals. Influences of circular and rectangular cross-sections of cavity (or pillar) arrays on photonic band structures are considered theoretically, and significant aspects of square and triangular lattices are compared. It is shown that both averaged dielectric constant of the photonic crystal and distribution profile of photon energy play important roles in designing optical properties. For the triangular lattice, especially, it is shown that cavity array with a rectangular cross-section breaks the band structure symmetry. So, we discuss this point from the band structure and address optical properties of lattice with a circular cross-section cavity.
The moving least square (MLS) basis is implemented for the real-space band-structure calculation of 2D photonic crystals. The value-periodic MLS shape function is thus used in order to represent the periodicity of crystal lattice. Any periodic function can properly be reproduced using this shape function. Matrix eigenequations, derived from the macroscopic Maxwell equations, are then solved to obtain photonic band structures. Through numerical examples of several lattice structures, the MLS-based method is proved to be a promising scheme for predicting band gaps of photonic crystals.
Outside the photonic bandgap of two-dimensional square lattice photonic crystals, we found spectral regions in which light coupling from the air is forbidden. This uncoupling spectral region originates from the anisotropy of the photonic crystals. A two-dimensional square photonic crystal has a complete total bandgap (forbidden region in both TE and TM modes) with hole radius ranging from 0.15 to 0.45 times a lattice constant.
Protection of solar cell surface is important to prevent from dust, pollen, sand, etc. Therefore, development of large area antifouling film is urgent for high performance of solar cells. The surface of silica spheres was modified to fabricate large area antifouling film. The surface of monodisperse silica spheres has been modified with 3-(trimethoxysilyl) propylmethacrylate (TMSPM) to fabricate large area photonic crystal. Although the surface modification of silica spheres with TMSPM has been failed for the base catalyst, the second trial using acid catalyst showed the following results. The FTIR absorption peak at $1721cm^{-1}$ representing C=O stretching vibration indicates that the TMSPM was attached on the surface of silica spheres. The methanol solution comprised of the surface modified silica spheres (average diameter of 380 nm) and a photoinitiator was poured in the patterned silicon wafer with the dimension of 10 cm x 10 cm and irradiated UV-light during the self-assembly process. The result showed large area crack and defect free nanostructures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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