A glucose biosensor using a microdisk resonator in polymeric waveguides was developed by observing either the shift in the resonant wavelength or the variation in the optical power. The deformation in the transfer curve of the vertically coupled resonator sensor resulting from the variation in the disk-to-ring coupling, which was incurred by the application of the target analyze, was suppressed. And the refractive index of the polymeric waveguide was devised to closely follow that of the analyze itself for enhancing the sensitivity of the sensor. The sensitivity and measurement range were observed to be respectively 0.14 pm/(mg/dL) and 1500 mg/dL (theoretically up to 4700 mg/dL, for the wavelength shift method and 0.04 dB/(mg/dU and 140 mg/dL the power variation scheme.
정력 오차 허용 범위를 증가 시켜서 효과적인 수동정렬이 가능토록 하기 위한 단일 모드 대형 코어 폴리머 광도파로를 구현하였다. 대형 코어 광도파로는 TEC(thermally expanded core) 광섬유의 모드와 일치하는 큰 도파모드를 가진다. 이로 인해 광섬유와 도파로의 정렬오차로 인한 모드 결합 손실을 줄일 수 있게 된다. 코어와 클래딩의 굴절률 차이가 5 ${\times}$$10^{-4}$ 인 폴리머 재료를 이용하여 25 ${\times}$ 25 $\mu\textrm{m}$$^2$ 크기의 정사각형 광도파로를 제작하였으며 도파모드 관측결과 단일모드로 동작함을 확인하였다. 이와 같이 두꺼운 형태의 광도파로 구조 제작을 위하여 자외선 경화를 이용한 인젝션 몰딩(injection molding) 공정을 사용하였다. 제작된 광도파로 소자를 TEC 광섬유와 정렬연결을 할 때 정렬오차가 4.5 $\mu\textrm{m}$ 까지 증가하더라도 삽입손실 증가는 0.5 dB 이하고 유지됨을 확인하였다.
공진 파장 대역에서의 소멸비가 전기적으로 조절되는 폴리머 링 레조네이터를 제안하고 구현하였다. 이 소자는 버스 도파로에 결합된 링 도파로와 링의 바깥 쪽 클래딩 영역에 형성된 전극으로 이루어져 있다. 전극에 전력이 인가되면 열광학 효과에 의하여 폴리머의 굴절률이 감소하여 링 도파모드의 구속이 강해지며, 이 모드가 느끼는 등가 유효굴절률이 감소하게 된다. 결과적으로 링의 전파손실이 감소하게 됨에 따라 레조네이터의 소멸비가 변하게 된다. 측정된 소자의 특성을 살펴보면, 전력을 12mW까지 인가함에 따라 소멸비는 약 9dB 정도 증가하였는데, 이것은 링 도파로의 전파손실이 약 80dB/cm 감소한 것에 해당된다.
본 논문에서는 굴절률 감지 방식의 수직 결합형 폴리머 마이크로링 공진기 기반 글루코스 바이오 센서를 제안하고 구현하였다. 이 센서에서 상부 클래딩 역할을 하는 글루코스 분석 대상물의 농도 변화는 링 공진기의 공진파장 이동을 측정함으로써 얻어진다. 특히, 센서의 감도를 향상시키기 위해 다음과 같은 방법을 사용하였다. 첫째로, 분석 대상물에 근접한 유효굴절률을 갖는 폴리머 도파로 구조를 공진기 센서에 도입하였다. 둘째로, 분석 물질의 접촉면적을 확대하기 위해 측면 클래딩층이 충분히 식각된 pedestal 링 도파로 구조를 사용하였다. 제안된 공진기 센서는 빔전파 방법을 사용하여 설계하고 분석하였다. 사용된 코어 및 클래딩용 폴리머의 굴절률은 각각 1.430과 1.375였으며, 링 반경은 $400\;{\mu}m$였다. 이 때 얻어진 도파로의 유효굴절률은 ${\sim}1.390$였으며 글루코스 수용액의 굴절률 1.333와 매우 근접하였다. 제작된 소자의 기본적인 전달특성은 FSR(free spectral range) 0.66 nm, 대역폭 ${\sim}0.15\;nm$, Q 값 10,000 이었다. 1550 nm 광파장 대역에서 얻어진 측정 결과를 살펴보면, 센서 감도는 ${\sim}0.28\;pm$/(mg/dL)였으며, 이에 따른 굴절률 변화 감도는 ${\sim}200\;nm/RIU$였다.
We designed a multimode interference (MMI) coupler to use in vertical coupling of double layered polymeric waveguides and analyzed the coupling characteristics by comparing our experimental and simulation results. We found that our proposed new structure, a stepped MMI coupler, is effective in vertical coupling between waveguide layers with a short length of MMI and has a high tolerance for the variation in the structure of an MMI coupler that can be induced as errors in the fabrication process.
Variable optical attenuators (VOA) made of low-loss fluorinated polymers are demonstrated which shows a low operating power less than 30 mW due to the superior thermo-optic effect of polymer material and a low insertion loss less than 1.0 dB by incorporating highly fluorinated polymers to reduce the absorption loss at 1550 nm. An attenuator-integrated low-crosstalk polymeric digital optical switch (DOS) is also demonstrated. The switch and attenuator shares a single connected electrode which is controlled by a single current source. Due to the simple structure of the integrated attenuator, the device length is reduced to 1 cm so as to provide low insertion loss of 0.8 and 1.1 dB for 1300 and 1550 nm, respectively. The attenuator radiates remained optical signal on the switch-off branch in order to decrease the switching crosstalk to be less than -70 dB with an applied electrical power of 200 mW.
근적외선 대역에서 동작 가능한 가변파장레이저 구현을 위하여 브래그 격자와 반도체 광증폭기로 구성된 외부 공진기 형태의 레이저를 제작하였다. 폴리머 광도파로는 굴절률이 1.462, 1.435 인 ZPU 폴리머를 이용하여 제작되었다. 근적외선 파장에서 반사를 일으키는 브래그 격자의 제작을 위해서는 주기가 875 nm 로서 비교적 크고 제작이 손쉬운 3차 브래그 격자를 이용하였다. 폴리머 광도파로 브래그 반사기를 이용하여 제작된 근적외선 외부공진 레이저는 850 nm 파장에서 0 dBm의 출력 파워와 0.2 nm의 20-dB bandwidth, 40 dB 이상의 Side Mode Suppression Ratio을 가지는 단일 모드 레이저 특성을 보였다.
As low-cost optical waveguides of optical interconnects, we fabricate multimode optical waveguides using a molding process The core size of a optical waveguide is 47 ${\mu}{\textrm}{m}$$\times$ 41 ${\mu}{\textrm}{m}$. We use the photoresist AZ9260 as a master, polydimethyl-siloxane (PDMS) as a mold. In transferring process to polymeric material, we employ a modified micro-transfer molding process. All processes are simple and low-cost.
제작 공정이 단순하고 결합길이가 매우 짧은 폴리머를 이용한 수직형 비대칭 광 결합기를 새로이 제안하고, 폴리머를 이용한 열광학 변조기를 제작하였다. 전산모의를 통하여 광통신 파장대인 1.33㎛ TE모드에서 중간 버퍼층 두께 t=0.4㎛이고, n/sub u/=1.522, n/sub l/=1.51이고 nt=1.49일 때, 결합길이가 277㎛이며, 최고 94%의 결합 및 재결합 효율을 얻음으로써 비대칭 구조에서의 최적화를 도모하였다. 또한 반전된 립도파로와 평면 도파로를 상하부 수직형태로 갖는 광결합기를 제작하고 폴리머를 이용한 열광학 변조기를 구현하였다. 변조특성은 구동전력 4.5㎽, 소멸비 17㏈, 변조대역 600㎐로 삽입손실은 4.5㏈였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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