[국내논문]광섬유-평면도파로 결합기를 이용한 광변색성 디아릴에텐 유도체의 광유도 굴절률 변화에 관한 연구 Study on the photo-induced refractive index change of diarylethene derivative using fiber-to-planar waveguide coupler원문보기
광섬유와 평면도파로 결합기의 소산장 결합을 이용하여 디아릴에텐 유도체 DM-BTE(1,2-bis[2,5-dimethylthio-phen-3-yl]-hexafluorocyclopentene)의 광유도 굴절률 변화(photo-induced refractive index change)에 관하여 그 특성을 평가하였다. DM-BTE가 분산된 평면도 파로는 자외선과 가시광선(λ＞450 nm)의 조사에 의해 광변색 반응이 가역적으로 진행되었으며 굴절률변화에 의한 공명 파장 또한 가역적으로 이동하였다. 광변색 반응이 진행되는 동안 평면도 파로의 결정상태(crystal shape)는 일정한 형태를 유지하였으며, 자외선 조사시간에 대한 소자의 파장응답은 0.057 nm/sec 이었고 포화시간은 60 sec로 나타났으며, 가시광선이 다시 조사될 때의 공명파장의 변화는 0.028 nm/sec 이었고, 복귀시간은 140 sec로 측정되었다.
광섬유와 평면도파로 결합기의 소산장 결합을 이용하여 디아릴에텐 유도체 DM-BTE(1,2-bis[2,5-dimethylthio-phen-3-yl]-hexafluorocyclopentene)의 광유도 굴절률 변화(photo-induced refractive index change)에 관하여 그 특성을 평가하였다. DM-BTE가 분산된 평면도 파로는 자외선과 가시광선(λ＞450 nm)의 조사에 의해 광변색 반응이 가역적으로 진행되었으며 굴절률변화에 의한 공명 파장 또한 가역적으로 이동하였다. 광변색 반응이 진행되는 동안 평면도 파로의 결정상태(crystal shape)는 일정한 형태를 유지하였으며, 자외선 조사시간에 대한 소자의 파장응답은 0.057 nm/sec 이었고 포화시간은 60 sec로 나타났으며, 가시광선이 다시 조사될 때의 공명파장의 변화는 0.028 nm/sec 이었고, 복귀시간은 140 sec로 측정되었다.
We have manufactured and characterized the fiber-to-Planar Waveguide Coupler for analysis of the photo-induced refractive index change of DM-BTE .(l,2-bis[2,5-dimethylthio-phen-3-yl]-hexafluorocyclopentene) When irradiated with ultraviolet light, the colorless diarylethene(DM-BTE)-crystal turned red...
We have manufactured and characterized the fiber-to-Planar Waveguide Coupler for analysis of the photo-induced refractive index change of DM-BTE .(l,2-bis[2,5-dimethylthio-phen-3-yl]-hexafluorocyclopentene) When irradiated with ultraviolet light, the colorless diarylethene(DM-BTE)-crystal turned red while keeping the crystal shape. The red color was bleached by irradiation with visible light(λ＞450 nm). The resonant wavelength was shifted and recovered owing to the refractive index variation of the planar waveguide because of its photo-functional properties on exposure to UV and visible light. The wavelength responses of this switch by UV exposure were measured as 0.057 nm/sec with saturation time of 60 seconds. and when illuminated by visible light, resonance wavelength variations were measured as 0.028 nm/sec, with recovery time of 140 seconds.
We have manufactured and characterized the fiber-to-Planar Waveguide Coupler for analysis of the photo-induced refractive index change of DM-BTE .(l,2-bis[2,5-dimethylthio-phen-3-yl]-hexafluorocyclopentene) When irradiated with ultraviolet light, the colorless diarylethene(DM-BTE)-crystal turned red while keeping the crystal shape. The red color was bleached by irradiation with visible light(λ＞450 nm). The resonant wavelength was shifted and recovered owing to the refractive index variation of the planar waveguide because of its photo-functional properties on exposure to UV and visible light. The wavelength responses of this switch by UV exposure were measured as 0.057 nm/sec with saturation time of 60 seconds. and when illuminated by visible light, resonance wavelength variations were measured as 0.028 nm/sec, with recovery time of 140 seconds.
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문제 정의
있다.[7]본 연구에서는 측면 연마된 광섬유와 DM-BTE가 분산된 평면도파로 결합기의 소산장 결합을 이용한 광유도 굴절률 변화에 관하여 그 특성을 평가하였다.
본 연구에서는 측면 연마된 광섬유와 광변색성 디아릴에텐유도체 DM-BTE(l, 2-bis(2, 5-di-methylthiophen-3-yl) hexafluo-rocyclopentene)가 분산된 평면도파로 결합기의 소산장결합을 이용한 광유도 굴절률 변화를 관측하기 위하여 소자를 제작하고 그 특성을 평가하였다. 자외선의 조사강도를 고정한 상태에서 조사시간을 점점 증가시켰을 때 자외선에 노출된 평면도 파로는 굴절률의 변화가 유도되었고 그에 의한 파장 응답은 0.
제안 방법
첫 번째는 외부변화에 대한 공명파장의 이동을 통한 분석(wavelength based method)이고 두 번째는 외부변화에 대한 단 파장(laser)의 transmission 변화를 통한 분석(intensity based method)이다.[8] 본 연구에서는 DM-BTE가 분산 된 평면도파로의 광변색 반응의 진행에 따른 굴절률의 변화를 이용하여 광섬유평면도파로 결합기에서 일어나는 mode coupling의 이동을 wave length based method를 통하여 분석하였다.
광섬유 연마지지대[13]를 필요로 한다. 측면연마 방법은 석영(quartz)[14]이나 실리콘(W-groove의 MEMS 공정[15,16] 등의 연마지지대를 이용하여 연마하거나 광섬유자체를 식각용액을 사용하여 화학적 반응을 통해 식각하는 방법[17]등이있지만, 본 연구에서는 제작이 용이하며, 연마 상태가 양호한 석영블록의 지지대를 이용하여 측면을 연마하는 방법을 사용하였다. 곡률 반경은 출력되는 광강도의 소실을 고려하면서 소산파에 의해 일어나는 mode coupling0] 가장 효과적으로 발생하게 하는 25 cm로 곡률 반경을 유지하였다.
백색광원(white light source)과 광 스펙트럼 분석기(optical spectrum analyzer)를 이용하여 자외선과 가시광선에 의한 공진 파장의 변화를 실시간으로 관측하였다. 자외선의 조사를 위해 deep UV lamp를 사용하였으며, 자외선의 광강도는 광감쇄기를 이용하여 5 mW로 고정하여 조사하였고, 자외선을 조사한 후 자외선을 차단함과 동시에 가시광선 또한 차단하여 DM-BTE가 붉은 색의 폐환 구조를 계속해서 유지하는지를 그림 5와 같이 관측하였다.
파장의 변화를 실시간으로 관측하였다. 자외선의 조사를 위해 deep UV lamp를 사용하였으며, 자외선의 광강도는 광감쇄기를 이용하여 5 mW로 고정하여 조사하였고, 자외선을 조사한 후 자외선을 차단함과 동시에 가시광선 또한 차단하여 DM-BTE가 붉은 색의 폐환 구조를 계속해서 유지하는지를 그림 5와 같이 관측하였다. 이때 가시광선을 조사할 때 lamp와 같은 측정 장비에서 발생하는 열에 의해 평면도파로가 온도에 의한 영향이 미치지 않는 거리를 유지하면서 조사하는 것이 중요하다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 디아릴에텐 유도체 l, 2-bis(2, 5-dimeth- ylthiophen-3 -yl)hexafluoro-cyclo pentene(DM-BTE)은 용액과 단결정을 포함한 고체상태에서 자외선과 가시광선의 조사에 의해 가역적인 광변색 반응이 진행되는 것으로 보고 되어 있다.[7]본 연구에서는 측면 연마된 광섬유와 DM-BTE가 분산된 평면도파로 결합기의 소산장 결합을 이용한 광유도 굴절률 변화에 관하여 그 특성을 평가하였다.
나타낸 것이다. 제작된 평면도파로는 polystyrene(50 wt%, n=1.58)에 DM-BTE가 분산된고분자로 이루어졌다. 측면이 연마된 광섬유는 코어(n=1.
58)에 DM-BTE가 분산된고분자로 이루어졌다. 측면이 연마된 광섬유는 코어(n=1.448 @1.55 ㎛) 직경이 8.2 ㎛이고, design wavelength가 1.31 ㎛인 단일모드 광섬유로 제작되었다.
성능/효과
스펙트럼을 나타내고 있다. 흡수 스펙트럼에서 알 수있는 바와 같이 자외선 조사 후 폐환구조의 광 이성질체가 형성됨에 따라 가시광선 영역대에서 흡수0max = 512 nm)가 일어나 붉은색을 나타내는 것임을 확인할 수 있다.
057 nm/sec의 파장 응답을 보였다. 공명파장의 이동은 60 sec에서부터 포화되기 시작하였으며, 평면도파로는 붉은색으로 변화됨을 확인할 수 있었다.
자외선 조사시간이 60 sec가 될 때 더 이상의 공명파장의 이동 및 출력 광강도의 변화가 일어나지 않았으며, 이때 평면도파로는 자외선을 차단함과 동시에 가시광선을 조사한결과 약 140 sec에서 자외선 조사 이전의 초기상태인 투명한 색으로 복귀됨을 확인할 수 있었다.
연속적인 자외선과 가시광선의 조사시간 증가에 따른 공명 파장 이동의 포화시간 및 회복시간을 통하여 DM- BTE의 광유도 굴절률 변화 응답특성을 알 수 있었다.
그 특성을 평가하였다. 자외선의 조사강도를 고정한 상태에서 조사시간을 점점 증가시켰을 때 자외선에 노출된 평면도 파로는 굴절률의 변화가 유도되었고 그에 의한 파장 응답은 0.057 nm/sec으로 나타났다. 자외선에 대한 포화 시간은 60 sec로 나타났으며 감도에 대한 상관계수(correlation coefficient)는 0.
057 nm/sec으로 나타났다. 자외선에 대한 포화 시간은 60 sec로 나타났으며 감도에 대한 상관계수(correlation coefficient)는 0.92의 선형적인 결과를 보였다. 또한 가시광선의 조사에 의한 공명파장의 복귀는 0.
92의 선형적인 결과를 보였다. 또한 가시광선의 조사에 의한 공명파장의 복귀는 0.028 nm/sec의 파장 응답을 보였으며 개환 구조의 초기상태로 복귀하는데 140 sec가 소요되었고 이 때의 상관계수는 0.94의 선형적인 결과를 보였다.
후속연구
유기 광변색 물질과 소재의 특이성 및 제작이 용이한 광섬유평면도파로 결합기와의 결합을 통한 이러한 소자는 정밀도와 우수한 감도 빠른 응답특성 및 원거리 감지기능 등의 특성을 가지고 있어 광스위치 및 광메모리로 사용 될 수 있을 것으로 생각된다. 또한 평면도파로를 조절할 때 광통신파장에서의 동작이 가능하기 때문에 다른 광통신 소자 및 장비와의 접속이 가능하다는 장점을 가질 뿐만 아니라 새로운 구조와 측정방법의 개선을 이루어 다양한 분야에서 응용될 수 있으리라 기대된다.
것으로 생각된다. 또한 평면도파로를 조절할 때 광통신파장에서의 동작이 가능하기 때문에 다른 광통신 소자 및 장비와의 접속이 가능하다는 장점을 가질 뿐만 아니라 새로운 구조와 측정방법의 개선을 이루어 다양한 분야에서 응용될 수 있으리라 기대된다.
참고문헌 (13)
Berkovic, G., Krongauz, V., Weiss, V..
Spiropyrans and Spirooxazines for Memories and Switches.
Chemical reviews,
vol.100,
no.5,
1741-1754.
Kobatake, S., Yamada, T., Uchida, K., Kato, N., Irie, M..
Photochromism of 1,2-Bis(2,5-dimethyl-3-thienyl)perfluoro- cyclopentene in a Single Crystalline Phase.
Journal of the American Chemical Society,
vol.121,
no.11,
2380-2386.
Jong-Kuk Yoon, Gyoo-Won Seo, Kang-Min Cho, Eung-Soo Kim, Sung-Hoon Kim, Shin-Won Kang.
Controllable in-line UV sensor using a side-polished fiber coupler with photofunctional polymer.
IEEE photonics technology letters : a publication of the IEEE Laser and Electro-optics Society,
vol.15,
no.6,
837-839.
Panajotov, Krassimir P., Andreev, Andrej Tz..
Distributed coupling between a single-mode fiber and a planar waveguide.
Journal of the Optical Society of America. B, Optical physics,
vol.11,
no.5,
826-.
Andreev, A., Pantchev, Bl., Danesh, P., Zafirova, B., Karakoleva, E..
a-Si:H film on side-polished fiber as optical polarizer and narrow-band filter.
Thin solid films,
vol.330,
no.2,
150-156.
Woong-Gyu Jung, Sang-Woo Kim, Kwang-Taek Kim, Eung-Soo Kim, Shin-Won Kang.
High-sensitivity temperature sensor using a side-polished single-mode fiber covered with the polymer planar waveguide.
IEEE photonics technology letters : a publication of the IEEE Laser and Electro-optics Society,
vol.13,
no.11,
1209-1211.
Chen, Tien-Jung, Chen, Shu-Hsia.
Propagation of lower-order modes in a radially anisotropic cylindrical waveguide with liquid crystal cladding.
Journal of lightwave technology : a joint IEEE/OSA publication,
vol.13,
no.8,
1698-1705.
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