• Current Optics and Photonics
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• 제7권3호
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• pp.254-262
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• 2023

Novel thermo-optically focus-switchable Fresnel zone plates based on phase-change metafilms are designed and analyzed at a visible wavelength (660 nm). By virtue of the large thermo-optic response of vanadium dioxide (VO₂) thin film, a phase-change material, four different plasmonic phase-change absorbers are numerically designed as actively tunable Gires-Tournois Al-VO₂ metafilms in two and three dimensions. The designed phase-change metafilm unit cells are used as the building blocks of actively focus-switchable Fresnel zone plates with strong focus switching contrast (40%, 83%) and high numerical apertures (1.52, 1.70). The Fresnel zone plates designed in two and three dimensions work as cylindrical and spherical lenses in reflection type, respectively. The coupling between the thermo-optic effect of VO₂ and localized plasmonic resonances in the Al nanostructures offer a large degree of freedom in design and high-contrast focus-switching performance based on largely tunable absorption resonances. The proposed method may have great potential in photothermal and electrothermal active optical devices for nonlinear optics, microscopy, 3D scanning, optical trapping, and holographic displays over a wide spectral range including the visible and infrared regimes.

• ETRI Journal
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• 제30권5호
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• pp.744-746
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• 2008

This letter presents a crosstalk-enhanced polymer thermo-optic digital optical switch operating at a low power consumption. Modified radiation-type attenuators are integrated in a series with a conventional $1{\times}2$ digital optical switch. A low optical crosstalk of less than -45 dB is attained at a low applied switching power of 60 mW, and an insertion loss of about 1.1 dB is exhibited.

• 한국광학회지
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• 제20권5호
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• pp.266-271
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• 2009

본 논문에서는 높은 소멸비뿐만 아니라 낮은 파워 소모를 가지는 방향성 결합기 구조의 열광학 스위치를 설계하였다. 설계된 스위치는 전극의 열발생 유무에 따라 폴리머의 굴절률이 변하는 열광학 효과를 이용하여 동작한다. 전극에 파워가 인가되지 않으면(OFF), 입사된 빛은 반대쪽 도파로로 대부분 전이된다. 전극에 일정수준 이상으로 파워가 인가되면(ON), 입력 도파로로 입사된 빛은 반대쪽 도파로의 굴절률이 낮아져 입력 도파로로 진행한다. 방향성 결합기 스위치는 소멸비 일반화 곡선과 입력 도파로의 수평이동 방법을 이용하여 설계되었다. 결합길이는 1,610 ${\mu}m$, on과 off 상태의 소멸비는 각각 -28, -30 dB로 설계되었다. 또한, 본 논문에서 전극 구조는 열분석을 통해 최적화되었다. 전극의 폭(w)이 증가하고 전극과 도파로의 중심간격(d)이 감소할수록 도파로로 전달되는 열은 증가하였다. 전극에서 발생된 열은 반대쪽 도파로에도 영향을 주기 때문에 두 도파로간의 온도차이는 주어진 w와 d에 따라 변한다. 이때, 최대의 온도차이를 보이는 특정한 조건이 존재하였다. 최대 온도차이는 전극의 폭이 넓을수록, 전극의 온도가 높을수록 증가한다. 특히, 스위칭에 필요한 온도차이를 최대 온도차이 조건으로 설계하면 전극의 온도를 낮출 수 있다. 최대 온도차이 조건은 열광학 스위치의 파워소모를 감소시키는 방안이 될 것으로 기대된다.

• Journal of the Optical Society of Korea
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• 제13권2호
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• pp.201-205
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• 2009

We investigated the optimum adhesive thickness for athermalizing an elastomeric lens mount in our space optics application. Theoretical results were compared with finite element solutions using two different models; discrete circular pads and discrete circular pads with columns filling the insertion holes reflecting the reality. A noticeable difference between their optimal thicknesses was observed, and physical interpretation revealed the uncertainty of prevailing athermal equations. A pilot sample was made to check our results and thermo-optical stress was assessed using an interferometer after isothermal load. This study presented insight into preliminary design guidance in elastomeric lens mounting.

• ETRI Journal
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• 제33권2호
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• pp.275-278
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• 2011

This letter presents a polymer $1{\times}2$ thermo-optic totalinternal-reflection digital optical switch (TIR-DOS) with an index contrast of 1.5%-${\delta}$ operating at low power consumption. The structure of our $1{\times}2$ TIR-DOS was created by adding a reflection port to that of a conventional multimode filtering variable optical attenuator. To improve the total-internalr-eflection efficiency, a heater offset was applied to the crossing region of multimode waveguides of the TIR-DOS. The fabricated $1{\times}2$ TIR-DOS shows a low electrical power consumption of 18 mW for an on-off ratio of 35 dB.

• Current Optics and Photonics
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• 제7권2호
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• pp.213-221
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• 2023

The optical window, as a part of the collimator system, is the connector between the outside light source and the optical system inside a vacuum tank. The temperature and pressure difference between the two sides of the optical window cause not only thermoelastic deformation, but also refractive-index irregularities. To suppress the influence of these two changes on the performance of the collimator system, thermo-optical analysis is employed. Coefficients that characterize the deformations and refractive-index distributions are derived through finite-element analysis, and then imported into the collimator system using a user-defined surface in ZEMAX. The temperature and pressure difference imposed on the window seriously degrade the system performance of the collimator. A decentered and tilted lens group is designed to correct both field aberrations and the thermal effects of the window. Through lens-interval adjustment of the lens group, the diffraction-limited performance of the collimator can be maintained with a vacuum level of 10^-5 Pa and inside temperature ranging from -100 ℃ to 20 ℃.

• 한국광학회지
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• 제17권5호
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• pp.469-474
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• 2006

본 논문에서는 실리카 기반의 다중모드 간섭기를 이용하여 적은 초과손실을 갖는 $1{\times}16$ 마하젠더 스위치에 대한 설계 및 측정결과에 대하여 논하였다. 제작된 $1{\times}16$ 마하젠더 스위치는 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer, MZI) 구조를 갖는 $2{\times}2$ 열광학스위치를 단위소자로 하였으며, 15개의 단위소자를 이용하여 4단(stage)으로 구성하였다. 먼저 광분배기와 $2{\times}2$ MZI 열광학 스위치등의 개별적인 특성을 파악하였고, 그 결과를 전체 소자의 설계에 적용함으로써 보다 좋은 성능을 얻을 수 있었다. 제작된 다중모드 간섭기를 이용한 MZI 구조의 단위스위치 당 초과손실은 최소 -0.5dB로 측정되었다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2002년도 추계학술대회 논문집
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• pp.111-114
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• 2002

We propose and fabricate a vertically integrated waveguide thermo-optic switch. It controls the optical path between two vertically stacked waveguide. As a first step, we fabricate polymeric waveguides. The measured propagation loss is ranged from 0.3 db/cm to 0.4 dB/cm at the wavelength of 1.55 $\mu\textrm{m}$. We fabricate the proposed vertically integrated waveguide thermo-optic switch to demonstrate its preliminary feasibility. The measured crosstalk is better than -10 db. The power consumption is about 500 mW. Further effort is necessary to improve its performance.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제37권6호
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• pp.57-63
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• 2000

다분기 열광학 스위치는 수위칭 상태에 딸 요구되는 소비전력의 차이가 큰 단점이 있다. 이를 개선하는 방법으로 전극형태에서 외측전극폭을 내측전극폭에 비해 크게 설계하고 굴절률차이가 큰 코아와 클래드 물질을 사용하여 상부클래드의 두께를 얇게 하는 방법을 제안한다. 제안된 형태의 4분기 열광학스위치는 테플론과 폴리이미드계 폴리머 물질을 사용하여 제작되었고 1550 nm 파장대에서 그 특성을 측정하였다. 제작되어진 4분기 열광학스위치는 310~390 mW 정도의 소비전력에서 -16 dB 이하의 누호 특성을 나타 내어 스위칭 상태에 따른 소비전력의 차가 줄었을 뿐만 아니라 스위칭에 필요한 소비전력도 상당히 줄었다. 그리고 4.7 dB 정도의 삽입손실과 1 ms 이하의 스위칭 속도를 얻었다.

• 한국광학회지
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• 제14권1호
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• pp.33-37
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• 2003

트렌치 구조를 이용한 저전력 1$\times$2 폴리머 열 광학 스위치를 제안하고 제작하였다. 최적의 위치에 적절히 형성된 트렌치 구조는 전극으로부터 발생한 열 흐름을 방해하여 전력 소보를 줄이는데 기여할 수 있다 광 도파로를 구성하는 폴리머 층에서의 온도 분포가 변하여 Y-분기를 이루는 두 도파로들 사이의 온도 기울기가 급격하게 증가하기 때문이다. 본 실험에서는 트렌치 구조의 효과를 비교 분석하기 위해 트렌치 구조가 없는 1$\times$2 폴리머 열 광학 스위치도 동일한 기판 위에 함께 제작하였다. 트렌치 구조를 이용한 열 광학 스위치의 경우, 측정된 누화는 TE 편광에서 -17.0 dB 이하. TM 편광에서 -15.0 dB 이하였다 전력 소모는 트렌치 구조가 없는 열 광학 스위치의 소모 전력보다 25% 감소한 약 66 ㎽였다.