In this paper, we report numerically calculated results of testing a temperature-insensitive refractive sensor based on a planar-type long-period waveguide grating (LPWG). The LPWG consists of properly chosen polymer materials with an optimized thermo-optic coefficient for the core layer in a four-layer waveguide structure. The resonant wavelength shift below the spectral resolution of the conventional optical spectrum analyzer is obtained accurately over a temperature change of ${\pm}7.5^{\circ}C$ even without any temperature control. The refractive index sensitivity of the proposed grating scheme is about 0.004 per resonant wavelength shift of 0.1 nm for an optimized thermo-optic coefficient.
A tunable optical delay line is designed, fabricated, and characterized. The tunable delay line consists of four polymer-ring add/drop filters with delay waveguides between adjacent ones. The polymer waveguide is a buried structure, designed to be square with core width and height of $1.8{\mu}m$. The refractive indices of the core and cladding polymer are 1.48 and 1.37 respectively. The large index difference and small cross section of the waveguide enable us to realize a compact device using a small radius of curvature. Four pairs of electrodes are evaporated above the add/drop filters to provide heating currents for thermal tuning. In measurements we can identify variable time delays of 110, 225, and 330 ps in proportion to the number of delay lines.
Biophotonic sensors based on polymer waveguide with Bragg reflection grating are demonstrated in this work. Waveguide Bragg reflectors were designed by using the effective index method and the transmission matrix method. The grating pattern was formed by exposing the laser interference pattern on a photoresist. On top of the inverted rib waveguide, the Bragg reflection grating was inscribed by the O2 plasma etching. In order to perform the bio-molecule detection experiment, a calixarene molecule was self-assembled on top of thin Au film deposited on the waveguide Bragg reflector. To measure the response of the sensor, several PBS solutions with different concentrations of potassium ion from 1 pM to $100\;{\mu}M$ were dropped on the sensor surface. The shift of Bragg reflection wavelength was observed from the fabricated sensor device, which was proportional to the concentration of potassium ion ranging from 1 pM to 108 pM.
By incorporating large core polymer waveguides, which have been developed for increased alignment tolerance in passive fiber attachment, highly efficient variable optical attenuators are proposed. In order to find optimum device structures, 3-dimensional beam propagation method (BPM) simulations are performed. Heat distribution over the polymer film is calculated to find the 3-dimensional index profile data for the BPM simulation. Due to the small index contrast between the core and cladding materials in the large core waveguide, heat-induced radiation occurs for small heating power. While the ordinary VOA needs the temperature to change over $150^{\circ}C$ for 20 dB attenuation, the large core VOA requires only $70^{\circ}C$. In addition to the merit of passive fiber attachment, the proposed VOA has enhanced attenuation efficiency for the lower temperature change.
Polymers are emerging as new alternative materials for optical communication devices. We developed two types of polymer-based devices for optical communications. One type is for ultra high-speed signal processing that uses nonlinear optical (NLO) polymers in such devices as electro-optic (EO) Mach-Z${\ddot{e}} $ hnder (MZ) modulators and EO 2${\times}$2 switches. The other is for WDM optical communications that use low-loss optical polymers in such devices as 1${\times}$2, 2${\times}$2, 4-arrayed 2${\times}$2 digital optical switches (DOSs) and 16${\times}$16 arrayed waveguide grating (AWG) routers. For these devices, we synthesized a polyetherimide-disperse red 1 (PEI-DR1) side chain NLO polymer and a low-loss optical polymer known as fluorinated polyaryleneethers (FPAE). This paper presents the details of our development of these polymeric photonic devices considering all aspects from materials to packaging.
The objective of this study is to obtain thermally stable and low optical loss polymers for optical waveguiding materials. The crosslinkable poly (maleimide-co-methacrylate)s were synthesized using a pentafluorophenylmaleimide (an optical loss reducer), two methacrylate derivatives (refractive index controllers), and a glycidylmethacrylate (a crosslinker). These copolymers exhibited good thermal stability and could be thermally crosslinked by heat treatment. The refractive indexes of the copolymers could be precisely controlled by the variation of comonomer feed ratio, which was in the range of 1.45 ~ 1.49. These copolymers had very low birefringence of $6{ imes}10^{-4}$ ~ $1{ imes}10^{-4}$. These copolymers were crosslinked by contact printing and then developed by wet etching to obtain high quality waveguide pattern.
Blends of polymethylmethacrylate (PMMA) with polyvinylidenefluoride (PVDF) were prepared by melt mixing and investigated for optical waveguide devices by using hot embossing process. The glass transition temperatures ($T_g$) of the blends were decreased with increasing PVDF contents. However, the crystalline of PMMA/PVDF blends was not appeared by DSC and XRD due to miscibility between PMMA and PVDF. Shear viscosities and refractive indices of the blends were decreased with increasing PVDF contents. Optical transmittances and absorption losses of the blends were improved with increasing PVDF contents. This is due to a decreasing of polarizability of molecules by fluorine molecule in the PVDF.
A novel refractive index sensor, which consists of polymer channel waveguide overlaid with $TiO_2$ thin film, is demonstrated. To evaluate the fabricated sensor, we measured the polarimetric interference induced by concentration change of injected glycerol solution. Our experimental results show that thicker $TiO_2$ film improves the sensitivity of the polarimetric interferometer. For the fabricated waveguide with a 20 nm thick $TiO_2$ film, the measured index change to lead phase variation of $2{\pi}$ is $1.8{\times}10^{-3}$.
In this paper, we have investigated a fiber type active coupler which utilizes the mode coupling between the side polished single mode optical fiber and the active multimode planar waveguide. The proposed device can be used for not only tunable wavelength filter or optical intensity modulator but also a tool for measuring optical properties of guiding material such as refractive index, birefringence, electro-optic coefficient, and thermo-optic coefficient. We gave designed and optimized a coupler structure using the BPM and fabricated the device using thermo-optic polymer as active planar waveguide overlay. The device showed that insertion loss was less then 0.5 dB, extinction ratio was -13 dB at the resonance wavelength, and the wavelength tunablity due to thermo-optic effect was -1.5 nm/$^{\circ}C$. The active coupler using thermo-optic effect can be used as a wavelength tunable filer, an optical intensity modulator and an optical sensor. pulses that are subsequently compressed by a dispersive optical fiber. Experimental results show that $sech^2$ shape pulses with a pulse width of ~14 ps and a time bandwidth product of ~0.34 are successfully generated at 10 GHz repetition rate. In contrast to other methods, such as higher order soliton compression, this approach does not depend on the optical power and thus shows promise for application to low-power lasers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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