선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러나 이러한 구조의 경우 큰 손실, 복잡한공정, 제작단가의 상승 등의 문제를 지니고 있다[2, 3]. 본논문에서는 이를 해결하기 위한 방법 중의 하나로 홀로그래픽 포토폴리머(holographic photpolymer)에 형성된위상 부피격자를 이용하는 방법을 도입한다. 포토폴리머에서 위상 부피격자의 생성과정은 두 빔의 간섭에 의해모노머 (monomer)가 폴리머 (polymer)로 전환되는 중합반응에 의해 위상 홀로그램과 동일한 굴절률 변조가 유도되고 UV 램프 또는 가열에 의해 간단하게 정착되며, 이렇게 형성된 위상 부피격자는 높은 굴절률 변조, 고해상도, 낮은 수축율 등과 같은 우수한 특성을 갖는다[4].
가설 설정
- 그리고 본 논문에서는 입력 커플러에서 출력 커플러로빔이 전파될 때 도파로는 빔의 형태에 영향을 미치지 않는다고 가정한다. 이러한 가정은 다수모드(>20)를 수용하는 도파로에서 만약 입사광의 80% 이상이 도파모드로결합될 경우 타당하며, 이 경우 우리는 방사모드 (radiation mode)를 완전하게 무시할 수 였으므로 계산의복잡도를 현저하게 줄일 수 있고 입사각 및 굴절률 변조파라미터의 함수로 회절효율에 대웅하는 곡선족을 구할수 있다.
제안 방법
- 001° 간격으로 제어 가능한 Newport사의 492CC 회전스테이지 및 ESP300 다축 제어기를 사용하여 기록각을 제어하였다. 그리고 X, y, z 세축을 제어할 수 있도록 선형이동 스테이지를 부착하여프리즘에 의해 굴절된 두 빔이 포토폴리머의 기록면에일치하도록 하였다. 또한 전기적 셔터(S) 및 광검출기 D1, D2를 통해 부피격자의 회절효율, 최적의 입사빔 및세기비 조건, 노출시간 등을 결정하였다.
- 6% 이상이 입력 VGC에 의해 커플링 되어 필름 안으로 도파됨을 확인하였다. 그리고 동일한 기록조건에서 입출력 VGC는 노출시간 및 선형이동 스테이지를조정하여 3mm 간격으로 2개의 격자를 서로 다른 위치에기록하여 제작하고 특성을 분석하였다. 또한 이러한 632.
- 4924um이다. 그리고 비대칭실험구조에서 HRF600-20 포토폴리머 필름의 수축율을측정키 위해 앞의 실험과 동일한 기록 조건으로 기록된 5개의 또 다른 시료의 외부 Bragg각을 측정하여 수축율을 계산하였다. 실험결과 본 시료의 수축율은 최소 ~ 2.
- 하= 3mm로설계하였다. 그리고 이러한 조건에서 편의상 시료의 수축율을 고려하지 않고 표 1의 설계 파라메타 값을 이용하여 기록하였다.
- 그림에서 입사빔의 편광상태는 A/2 편광판을 이용하여 조정하였고, 광검출기, UV파인더 및 CCD카메라를 이용하여 VGC를 빠져나온 출력신호를 검출하였다.
- 본 실험에서 두 빔의 편광상태는 포토폴리머의입사평면에 대해 TE편광이 되도록 조정하였다. 기록하는동안 노출시간에 따른 격자의 형성과정은 전기적 셔터 (S) 및 광검출기 , 2, 그리고 컴퓨터를 통해 회절된빔과 투과된 빔의 세기 데이터를 실시간으로 수집하였고, 이렇게 측정된 데이터를 이용하여 부피격자의 회절효율을 측정하였다. 일반적으로 포토폴리머의 회절효율 n는매질 및 유리기판 내부에서 흡수와 프레넬 반사에 의한손실을 고려하여 매질 및 유리기판을 투과하는 총 빛의세기에 대한 회절광의 세기비로 계산한다.
- 두 기록빔의 각도는 0.001° 간격으로 제어 가능한 Newport사의 492CC 회전스테이지 및 ESP300 다축 제어기를 사용하여 기록각을 제어하였다. 그리고 X, y, z 세축을 제어할 수 있도록 선형이동 스테이지를 부착하여프리즘에 의해 굴절된 두 빔이 포토폴리머의 기록면에일치하도록 하였다.
- 그리고 X, y, z 세축을 제어할 수 있도록 선형이동 스테이지를 부착하여프리즘에 의해 굴절된 두 빔이 포토폴리머의 기록면에일치하도록 하였다. 또한 전기적 셔터(S) 및 광검출기 D1, D2를 통해 부피격자의 회절효율, 최적의 입사빔 및세기비 조건, 노출시간 등을 결정하였다. 본 연구에서는 532nm 레이저로 제작된 VGC의 시험용 광원(판독빔)으로 632.
- 먼저 VGC 기록 시스템의 성능 및 설계 변수 값 등의교정을 위해 예비 실험 과정으로 632.8nm 파장 영역에서동작하는 단일격자 및 격자쌍 VGC를 기록하여 테스트하였다. 실험에 사용된 단일격자(입력 VGC) 및 격자쌍(입.
- 73068um 일 때 수축을 고려하지않고 계산된 값이다. 본 논문에서는 편의상 수축을 고려하지 않고 VGC를 제작한 다음, 제작된 VGC의 성능 평가 시에는 이러한 포토폴리머의 수축효과를 감안하여 각파장에 따른 Bragg 각을 결정하였다.
- Fel dman[5] 등에 의해 자유공간 광연결 구조가 제안되면서부터 본격적으로 연구되기 시작하였고, 이후 새로운 계열의 포토폴리머가 활발하게 개발되면서 홀로그래픽 광메모리, 광정보처리, VLSI 광연결, 파장 역다중화기, 위상어레이 안테나 등에 적용하고자 하는 다양한 연구가 진행되고 있다[3, 5-10]. 본 논문에서는 홀로그래픽 포토폴리머 필름을 이용하여 격자의 경사각이 45° 인 위상 부피격자가 삽입된 도파로 삽입형 입.출력 VGC를 제안하고제작.
- 그리고 빔감쇄기(ATT)는 기록빔의 전체파워를 조정하는데 사용되며, 2개의 λ/2편광판 및 PBS 는 두 기록빔의 세기비 및 편광상태를 조정하기 위해 사용되었다. 본 실험에서 두 빔의 편광상태는 포토폴리머의입사평면에 대해 TE편광이 되도록 조정하였다. 기록하는동안 노출시간에 따른 격자의 형성과정은 전기적 셔터 (S) 및 광검출기 , 2, 그리고 컴퓨터를 통해 회절된빔과 투과된 빔의 세기 데이터를 실시간으로 수집하였고, 이렇게 측정된 데이터를 이용하여 부피격자의 회절효율을 측정하였다.
- 격자 기록시 격자의 회절효율에 영향을 미치는 중요한 요소 중의 하나인 기록빔의 세기비는 대칭구조의 경우 1:1로 조정하면 되나, 본 구조와같은 비대칭 45° 기록구조에서는 기록면에서 두 기록빔의 크기가 다르게 되므로 빔의 크기에 따른 적절한 세기비를 결정하여야만 격자의 효율을 높일 수 있다. 본 연구에서는 가능한 여러 조건을 반복 실험한 결과 프리즘-포토폴리머 경계면에서 두 빔의 면적비, 그리고 각 매질에서 Fresnel 투과도 등을 고려하여 유도된 식 (21)을 이용하여 두 기록빔의 세기비를 결정하였다.
- 8nm 및 1550nm 파장 영역에서 동작하는 도파로 삽입형 입.출력 VGC 를 제안하고 실험적으로 입증하였다. 실험결과 632.
- 본 논문에서는 홀로그래픽 포토폴리머 필름을 이용하여 격자의 경사각이 45° 인 위상 부피격자가 삽입된 도파로 삽입형 입.출력 VGC를 제안하고제작.평가함으로써 제안된 VGC가 도파로형 광연결 구조뿐만 아니라 광통신 영역의 소자로도 적용 가능함을입증하였다.
- 측정방법은 두 기록빔 의 세기를 0.126m , 0.083m W/cneeS- 고정하고 셔터 (S) 를 3초 주기로 on/off 될 수 있도록 컴퓨터로 프로그램화하여 300초 동안 회절된 빔의 세기를 실시간으로 광검출기를 통해 검출한 다음, UV 광으로 노출하여 격자를 정착하고, 632.8nm 파장의 He-Ne레이저를 이용하여 격자의 회절효율을 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서사용된 홀로그래픽 포토폴리머 필름은 DuPont 사의 HRF150-38/100 계열의 필름에 비해 굴절률 변조값이 크고 투과형 및 반사형 부피격자를 기록할 수 있는 두께가 20/zm 인 HRF600-20 필름을 이용하였다. 그리고 포토폴리머 지지용 유리기판은 532nm 파장에서 무반사 코팅된 BK7을 사용하였다.
- 기록광원은 파장이 532Rm인 Nd:YAG 레이저를 사용하였으며 공간필터(SF), 렌즈(L) 및 사각형 조리개(A)의 조합을 이용하여 5mm X 5mm 평행광을 만들어 기록빔으로사용하였다. 그리고 그림 8의 실험 구성도와 마찬가지로 2개의 A/2 편광판 및 PBS 조합을 이용하여 입사빔의세기비 및 편광상태(TE)를 조정하였다.
- 본 논문에서는 DuPont사의 HRF600-20 포토폴리머 필름을 이용하여 격자의 경사각이 45°이고, 632.8nm 및 1550nm 파장 영역에서 동작하는 도파로 삽입형 입.출력 VGC 를 제안하고 실험적으로 입증하였다.
- 또한 전기적 셔터(S) 및 광검출기 D1, D2를 통해 부피격자의 회절효율, 최적의 입사빔 및세기비 조건, 노출시간 등을 결정하였다. 본 연구에서는 532nm 레이저로 제작된 VGC의 시험용 광원(판독빔)으로 632.8nm 및 1550nm 파장 대역의 레이저를 이용하기위해, 그리고 비대칭형 45º격자를 효과적으로 기록하기위해서는 프리즘에 입사되는 두 기록빔의 입사각이 가능하면 작아야 하기 때문에 실험 편의상 필름의 굴절률보다도 굴절률이 높은 SF2 프리즘 및 SF2 유리기판을 사용하였다’ 사용된 45°-45°-90° 프리즘의 크기는 50mmx50mmx50mm, 유 리 기 판 의 크 기 는 80mmx20mmx 1.5mm이고, 기록된 간섭무늬에 영향을 미치는 기판-공기 경계면에서 반사를 최소화시키기 위해유리기판 뒤에 또 다른 SF2 프리즘을 사용하였다. 그리고 서로 다른 굴절률을 갖는 프리즘-포토폴리머 및 유리기판-프리즘 경 계면에는 굴절률이 1.
- 일반적으로 포토폴리머의 회절효율 n는매질 및 유리기판 내부에서 흡수와 프레넬 반사에 의한손실을 고려하여 매질 및 유리기판을 투과하는 총 빛의세기에 대한 회절광의 세기비로 계산한다. 본 연구에서사용된 홀로그래픽 포토폴리머 필름은 DuPont 사의 HRF150-38/100 계열의 필름에 비해 굴절률 변조값이 크고 투과형 및 반사형 부피격자를 기록할 수 있는 두께가 20/zm 인 HRF600-20 필름을 이용하였다. 그리고 포토폴리머 지지용 유리기판은 532nm 파장에서 무반사 코팅된 BK7을 사용하였다.
이론/모형
- 이 결과는 Kogelnik 이론 [11] 에서 예측한바와 같이 1550nm 동작파장에서 TM 편광의 결합효율은 TE 편광에 비해 큰 폭으로 감소하기 때문에 통상 본 연구와 같은 도파로 구조에서는 TE편광을 사용한다.
- 이러한 도파로삽입형 격자쌍 구조의 경우 격자가 유한하고 회절된 빔은 격자평면 안에 존재하기 때문에 Kogelnik의 1차원 결합파 이론[11] 으로는 회절효율을 계산하는데 이용할 수없고, Solymar 등이 제시한 2차원 이론 [12, 13] 및 Svidzinskii 등이 발표한 특성격자(characteristic grating) 의 해[14-18]를 이용하여 해석한다.
성능/효과
- 경우 두 입사빔의 세기가 0.15mcm? 근처에서 최대 98%이상의 효율을 얻을 수 있었다.
- 본 시료의 경우 외부 입사반각이 70°에서도 회절효율이 ~77.9%의 높은 회절을 유지함을 알 수 있다. 이러한 넓은 각에서 비교적 높은 회절효율을 유지하기때문에 본 연구의 경우와 같이 비대칭 기록구조의 넓은입사각을 갖는 VGC 설계 및 제작에 적합함을 알 수 있다.
- 출력 VGC 를 제안하고 실험적으로 입증하였다. 실험결과 632.8nm 파장 영역에서 동작하는 격자간격이 =0.5 ㎛I, 격자의 경사각이 , = 45°, 격자폭이 w=~6.5mm인 단일격자를 갖는 입력 VGC 시료의 경우 외부 입사각 31.68°에서 격자의 투과도는 13.4%이고나머지 86.6% 이상이 입력 VGC에 의해 커플링 되어 필름 안으로 도파됨을 확인하였다. 그리고 동일한 기록조건에서 입출력 VGC는 노출시간 및 선형이동 스테이지를조정하여 3mm 간격으로 2개의 격자를 서로 다른 위치에기록하여 제작하고 특성을 분석하였다.
- 그리고 비대칭실험구조에서 HRF600-20 포토폴리머 필름의 수축율을측정키 위해 앞의 실험과 동일한 기록 조건으로 기록된 5개의 또 다른 시료의 외부 Bragg각을 측정하여 수축율을 계산하였다. 실험결과 본 시료의 수축율은 최소 ~ 2.9%에서 최대 ~3.86%까지 변하였다.
- 출력 VGC를 제안하고제작.평가함으로써 제안된 VGC가 도파로형 광연결 구조뿐만 아니라 광통신 영역의 소자로도 적용 가능함을입증하였다.
후속연구
- 출력 VGC를 제작하고 평가함으로써 도파로형 광연결 구조뿐만 아니라 광통신 영역의 소자로도 효과적으로 응용 가능함을 입증하였다. 그러나 본연구에서는 기록광원으로 532nm 레이저를 사용한 관계로 광 PCB용 광연결에 다소 부적합한 SF2 기판을 사용하였으나, 향후 더 짧은 파장의 기록 광원 및 필름의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 갖* 는 예를 들면 용융 실리카유리 등의 기판을 이용하고 액체 타입의 포토폴리머를사용한다면 더 효과적이고 실제 응용 가능한 광연결 VGC를 구현할 수 있을 것으로 기대된다.
- 이러한 수축현상은 기울어진 투과형, 반사형 격자에서 모두 발견할 수 있으나, 기울지 않은 격자에서는 회절무늬가 매질의 표면에 수직이므로 매질의두께 변화는 격자주기나 격자 경사각에 영향을 주지 않기 때문에 발견되지 않는다. 본 연구에서는 두 기록빔의입사각이 비대칭구조를 이루기 때문에 이러한 수축현상에 의해 경사각 및 주기가 변하므로 앞의 기록각 설계시미리 보상하여야 한다. 만약 폴리머의 수직방향 수축을 a, 라고 하면, 매질의 두께가 수축된 후 격자의 경사각 및주기는 다음과 같이 변한다[19].
- 8nm 동작파장에서의 실증을 통해 1550nm 파장영역에서 동작하는 1x2 입.출력 VGC를 제작하고 평가함으로써 도파로형 광연결 구조뿐만 아니라 광통신 영역의 소자로도 효과적으로 응용 가능함을 입증하였다. 그러나 본연구에서는 기록광원으로 532nm 레이저를 사용한 관계로 광 PCB용 광연결에 다소 부적합한 SF2 기판을 사용하였으나, 향후 더 짧은 파장의 기록 광원 및 필름의 굴절률 보다 낮은 굴절률을 갖* 는 예를 들면 용융 실리카유리 등의 기판을 이용하고 액체 타입의 포토폴리머를사용한다면 더 효과적이고 실제 응용 가능한 광연결 VGC를 구현할 수 있을 것으로 기대된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.