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제안 방법
- 50%, 390 ℃ 온도에서 양자교환 시간을 변화시켜 가면서 제작된 도파로의 굴절률 분포 변화를 관찰하였다. 또, 양자교환 시간에 따른 H+ 이온의 확산 특성을 알기 위하여 논문''기에 제시된 것과 같이 깊이에 따른 굴절률 분포를 재 정의하고 곡선 맞춤하여 유효 굴절률에 관한 확산상수(D” 2를 구하였다. 다음은 굴절률 분포를 확산상수의 항으로 재 정의한 식이다.
- 도파로를 제작하였다. HTPE 방법의 도파로 제작인 자인 LS의 농도, 양자교환 온도와 양자교환 시간을 변수로 하여 각 조건 별 도파로를 제작하였으며 기술한 바와 같이 프리즘 결합기 방법으로 모드별 유효 굴절률을 측정한 후 White와 Heidrich에 의해 제안된 방법으로 제작된 도파로의깊이에 따른 굴절률 분포를 구하고 각 제작 인자 별 경향성을 살펴보았다.
- HTPE의 온도에 따른 양자교환 특성을 관찰하기 위하여 LS 0.30% 농도에 대하여 350℃, 370℃, 390℃에서 8시간 양자교환 하였고 LS 농도에 대한 도파로의 특성 변화를 위해 390℃, 8시간에서 LS 농도를 0.60%에서 0.45%로 변화 시켜가면서 도파로를 제작하였으며 양자교환 시간 변화에 대한 관찰을 위해 390℃, LS 0.50%에서 3.3시간, 8시간, 8.5시간, 10시간으로 변화시켜 가면서 양자교환 하였다.
- LS 0.50%, 390 ℃ 온도에서 양자교환 시간을 변화시켜 가면서 제작된 도파로의 굴절률 분포 변화를 관찰하였다. 또, 양자교환 시간에 따른 H+ 이온의 확산 특성을 알기 위하여 논문''기에 제시된 것과 같이 깊이에 따른 굴절률 분포를 재 정의하고 곡선 맞춤하여 유효 굴절률에 관한 확산상수(D” 2를 구하였다.
- LS 농도에 따른 굴절률 변화를 관찰하기 위하여 같은 온도 같은 시간에 대하여 LS 농도를 변화 시켜 가면서 HTPE 후 굴절률 변화를 관찰하였다. 표 2는 LS 농도 변화에 따른표면 굴절률 증가량과 굴절률 분포 함수의 결과이다.
- 그 중 가장 많이 사용되는 방법이 White와 Heidrich[6]에 의해 제안된 방법이다. 굴절률의 분포가 선형적으로 변한다는 가정과 중간치 정리를 사용하여 모드 방정식을 풀어 각 모드에 대한 도파 깊이와의 관계를 0차 모드로부터 순차적으로 구하고 최소자승법을 통해 최적의 0차 모드의 굴절률을 찾아 도파 모드 별 도파 깊이를 구하는 것이다. 이에 대하여 Dikaev[71 등은 굴절률의 제곱에 대한 선형성을가정하여 굴절률 분포를 좀 더 완만하게 만들고 다양한 확산형 도파로에 대한 맞춤을 시도하였다 또 이들과는 다른 접근법으로 Chiang⑶은 차수별 모드에 대한 유효 굴절률을 곡선맞춤하여 Mm)을 구한 후 수식적인 이해로부터 m=-0.
- 8648인 rutile 프리즘을 사용하였다. 다중 모드가 도파되는 633 nm 광원을 사용하여 도파로의 굴절률 분포를 유추함과 더불어 실제 적용 파장인 1550 nm 광원으로 프리즘 결합하여 단일 모드 의도 파를 확인하였다.
- 기존의 APE 방법이 활발한 연구가 진행 되어온 것에 비해 HTPE 방법은 아직 그 특성이 제대로 규명되지 않은 새로운 양자교환법이다. 본 논문에서는 HTPE 방법의 특성을 결정짓는 세 가지 인자인 LS의 농도, 양자교환 온도와 시간의 조건을 변화시켜 가면서 도파로를 제작하였고 제작된 도파로의 도파 모드를 프리즘 결합기로 측정하고 점진적인 굴절률 변화를 갖는 경우에 대한 모드 방정식을 IWKB 방법으로 풀어 측정된 각 차수별 모드에 대한 도파 깊이와 표면 굴절률을 계산하고 맞춤하여굴절률 분포를 결정하였다.
- 본 논문에서는 x-cut LiNbO3 기판에 대하여 HTPE 방법을 사용하여 도파로를 제작하였다. HTPE 방법의 도파로 제작인 자인 LS의 농도, 양자교환 온도와 양자교환 시간을 변수로 하여 각 조건 별 도파로를 제작하였으며 기술한 바와 같이 프리즘 결합기 방법으로 모드별 유효 굴절률을 측정한 후 White와 Heidrich에 의해 제안된 방법으로 제작된 도파로의깊이에 따른 굴절률 분포를 구하고 각 제작 인자 별 경향성을 살펴보았다.
- 양자교환 농도를 LS 0.30%와 양자교환 시간을 8시간으로하고 양자교환 온도를 350℃부터 390℃까지 20℃씩 높여가면서 평판 도파로를 제작하고 TE 편광 모드에 대한 도파모드를 측정하였다. 표 1에서 보는 것과 같이 양자교환 온도가 증가할수록 표면 굴절률 증가량이 증가하는 것을 볼 수있다.
- HTPE 방법은 325 ℃ 이상의 고온에서만 양자교환이 이루어져야 하기때문에 용기의 아래쪽에는 저온에서 양자교환이 일어나지않도록 비교적 LS가 풍부한 혼합액을 두고 용기의 위쪽에는산의 농도가 높은 혼합액을 준비한 후, 용기의 아래 부분에양자교환 할 LiNbO3 기판을 두었다. 양자교환을 위해 온도를 올린 후, 적정 온도가 되었을 때 용기를 흔들기 시작하여위와 아래 혼합액이 섞인 상태에서 양자교환이 진행되도록하였다. 혼합액의 LS 농도는 각 혼합물에 대한 질량의 비로다음과 같이 정의된다.
- Inc. 의 x-cut LiNbO3 기판을 사용하였고 HTPE를 위한 용기로순수 Zr을 500℃에서 질화시켜 사용하였으며 고온 고압에서기화된 용액이 새어 나가는 것을 막고 Cu*나 Fe2-에 의한 오염을 막기 위해 순수 A1 가스캣으로 밀폐하였다. HTPE 방법은 325 ℃ 이상의 고온에서만 양자교환이 이루어져야 하기때문에 용기의 아래쪽에는 저온에서 양자교환이 일어나지않도록 비교적 LS가 풍부한 혼합액을 두고 용기의 위쪽에는산의 농도가 높은 혼합액을 준비한 후, 용기의 아래 부분에양자교환 할 LiNbO3 기판을 두었다.
- 이렇게 결정된 #값들의 조합을 Nikolopoulos 와 Yip에 의해 제안된 지수, Gaussian, 계단형 함수를 모두표현할 수 있는 일반화된 Gaussian 함수[10]로 곡선 맞춤하여제작된 도파로의 깊이에 따른 굴절률 분포의 형태를 유추하였다. 이 함수식은 a 값이 a<1 일 때는 지수 함수 형태를 13M2 일 때는 Gaussian, a>20에서는 계단 형태 함수를 표현할 수 있다.
- 제작된 도파로의 깊이 방향 굴절률 특성을 구하기 위하여 633 nm 광원, TE 모드에 대하여 프리즘 결합기 방법으로 평판 도파로의 도파 모드를 관찰하였다. 측정에 사용된 프리즘은 633 nm 광원, TE 모드에서의 굴절률이 2.
이론/모형
- 손실이 작고 편광 소멸비가 뛰어난 LiNbO3 광도파로를 제작하기 위하여 HTPE 방법을 이용하였다. 기존의 APE 방법이 활발한 연구가 진행 되어온 것에 비해 HTPE 방법은 아직 그 특성이 제대로 규명되지 않은 새로운 양자교환법이다.
- 도파로의 도파 모드를 관찰하였다. 측정에 사용된 프리즘은 633 nm 광원, TE 모드에서의 굴절률이 2.8648인 rutile 프리즘을 사용하였다. 다중 모드가 도파되는 633 nm 광원을 사용하여 도파로의 굴절률 분포를 유추함과 더불어 실제 적용 파장인 1550 nm 광원으로 프리즘 결합하여 단일 모드 의도 파를 확인하였다.
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