초록 ▼

연구의 목적 및 내용
◎ 최근들어 활발히 진행중인 나노입자 관련 연구결과물들과 지금까지 본인이 집중적으로 연구 해온 폴리머 광소자 연구를 서로 접목하여 나노 입자 분산 폴리머 재료를 이용한 창의적인 광소자를 연구하는 것을 목표로 하여 연구를 추진하였다. 폴리머 재료는 다양한 종류의 나노입자들을 분산시켜서 재료를 합성하기에 최적의 조건을 지니고 있으며 이를 이용한 광도파로 소자들은 무기물 반도체 재료를 이용한 소자에서 구현하기 어려운 독창성을 기대할 수 있다.
◎ 폴리머 광소자 관련 연구는 미약하나마 국내의 연구진이 우수한

연구의 목적 및 내용
◎ 최근들어 활발히 진행중인 나노입자 관련 연구결과물들과 지금까지 본인이 집중적으로 연구 해온 폴리머 광소자 연구를 서로 접목하여 나노 입자 분산 폴리머 재료를 이용한 창의적인 광소자를 연구하는 것을 목표로 하여 연구를 추진하였다. 폴리머 재료는 다양한 종류의 나노입자들을 분산시켜서 재료를 합성하기에 최적의 조건을 지니고 있으며 이를 이용한 광도파로 소자들은 무기물 반도체 재료를 이용한 소자에서 구현하기 어려운 독창성을 기대할 수 있다.
◎ 폴리머 광소자 관련 연구는 미약하나마 국내의 연구진이 우수한 연구결과를 바탕으로 세계적인 수준을 선도하고 있으며 특히 원천 기술을 바탕으로 창업된 국내 중소 벤처 기업을 통하여 폴리머 광소자 시장을 주도해 나가고 있는 실정이다. 본 연구진은 이러한 산업체와의 긴밀한 협조를 통하여 경쟁력 있는 제품 발굴을 목표로 원천 기술 개발을 위해 노력하였다.
연구결과
◎ Widely Tunable Compact Lasers: 불소 나노 입자 폴리머 재료의 특징인 유연성을 최대한 부각시킨 연구 결과로서 선폭 200 nm 정도의 격자 패턴을 플렉서블 기판상에 폴리머 광도파로와 함께 제작하고 SLD를 포함하는 외부 공진기 구조를 형성한다. 소형 액츄에이터를 이용하여 50 um 정도의 tensile-compressive strain 을 인가하였을때 100 nm 이상의 파장 가변이 가능함을 세계 최초로 구현하였다. 본 결과는 Nature Photonics (IF: 26.4) 지에 research highlight 로 선정되었으며 유서깊은 IPR 학회 (2011년도)에서 최우수논문상을 수상하게 되었다. (특허 등록 10-1007251)
◎ Extremly Low Crosstalk VOAs: VOA 어레이 관련 시장은 현재 대전의 ChemOptics 사가 전세계 시장을 거의 독점적으로 장악하고 있다. 한편 사업화 과정에서 WDM 시스템의 성능 향상을 위하여 VOA 어레이 소자의 누화를 기존 -35 dB에서 -45 dB 로 줄여야 한다는 구매자의 요구가 있었다. 지금까지 광도파로 소자에서 채널간 누화를 -45 dB 까지 줄이는 것은 불가능하게 여겨졌으나 나노 입자 산란체를 이용함으로써 누화값을 -50 dB 까지도 줄일 수 있음을 실험적으로 증명하였다. 연구결과는 Optics Express 지에 게재 하였으며, 관련기술의 이전과 함께 제품 개발에 적용될 예정이다. (특허 출원 10-2010-0088 545)
◎ Integrated Optical Current Sensor Chips: 금속 나노입자 편광기, 복굴절 나노입자 편광변환기, 광파워분배기, 위상 변조기 등의 광소자들을 폴리머 광도파로를 이용하여 구현하고 이들을 하나의 칩안에 집적화시켜 제작하여 편광회전 반사간섭계를 구성하였다. 제작된 광집적회와 광섬유 코일을 이용하여 전선에 흐르는 전류로 인한 자계를 측정하는 실험을 수행하였으며 100 kA 이상의 고전류를 0.5% 이하의 오차 범위 내에서 측정 가능함을 보였다. (특허 등록 10-0966632)
◎ 이밖에도 불소치환 나노입자, 형광 나노입자, 복굴절 나노입자, 금속 나노입자를 분산 시킨 폴리머 재료를 이용하여 다양한 종류의 창의적인 폴리머 광도파로 소자를 제안하고 실험을 통하여 가능성을 증명하는 과정을 통하여 광집적회로의 연구 수준을 한단계 향상시키는 계기를 마련하였다.
연구결과의 활용계획
◎ 100 nm 이상의 가변 파장 범위를 가지는 유연성 폴리머 레이저 기술은 (주)켐옵틱스에 초기 기술이전을 하였으며 상품화를 위한 연구를 추진중이다. 폴리머 광소자 집적화로 이루어진 광전류센서를 발전소와 같은 고전력 시설에 적용하기 위해 (주)정관과 기술 이전을 체결하고 업체 주도로 상용화 연구를 진행중이다. 단백질 함량을 측정하기 위한 바이오 센서는 (주)나노엔텍에서 지금까지 개발해오던 자사의 제품군에 포함시키기 위한 연구개발에 대한 논의가 진행중이며, 중국 무한의 광부품 개발 업체인 (주)웨스텍에서도 기술 이전에 관심을 보이고 있다.
◎ 본연구의 결과물들은 폴리머 광소자에만 국한되는것이 아니라 최근들어 각광을 받고 있는 OLED 디스플레이의 광추출효율 향상을 위한 저굴절률 폴리머 격자 구조, IT 기기에서 필수적인 터치패널에 적용될 수 있는 형광터치패널 구조, 바이오포토닉스 분야에서 NIR 레이저를 이용한 두뇌피질의 헤모글로빈 농도를 측정하는 용도 등으로 활용 가능하다.

Abstract ▼

Purpose & contents
◎ Various nanoparticles (NPs) with unique properties have been investigated by the materials scientists. In our group, based on the profound experiences on the polymeric photonic integrated devices, we incorporated the NPs into polymer materials in order to demonstrate novel ph

Purpose & contents
◎ Various nanoparticles (NPs) with unique properties have been investigated by the materials scientists. In our group, based on the profound experiences on the polymeric photonic integrated devices, we incorporated the NPs into polymer materials in order to demonstrate novel photonic devices with creative structures and genuine functions. Polymeric materials are well known as a good host material to accommodate the nanoparticle materials with an excellent dispersion, then the photonic devices with NPs could outperform the inorganic photonic devices in terms of the uniqueness and the functionality.
◎ Polymer waveguide research groups in Korea have been appreciated by the international colleagues for their contribution in the progress of polymeric photonic devices and material development. Korean research group have made good success in the commercialization of the basic research results of polymeric photonic devices. The research outcomes of this research work also attract large interests from the industrial players for possible commercialization.
Result
◎ Widely Tunable Compact Lasers: By virtue of the excellent flexibility of fluorinated nanoparticle polymers, Bragg reflection gratings inscribed on a flexible polymer substrate with an excellent uniformity are tuned by applying mechanical strain. A miniature actuator was incorporated to apply the tensile-compressive strain for 50 um, and then the wavelength tuning over 100 nm was achieved. The result was selected as a research highlight by Nature Photonics journal (IF: 26.4), and the authors received the 1st prize of outstanding paper award in an historic international conference, the Integrated Photonic Research (IPR) 2011.
◎ Extremly Low Crosstalk VOAs: Chemoptics Co. in Daejeon, Korea has been increasingly extending the international market share of variable optical attenuator devices. During the marketing process, a major customer has requested to reduce the crosstalk of VOA to be less than -45 dB, which is almost impossible to achieve in the waveguide device. To resolve the problem, we have incorporated nanoparticle array so as to enhance the scattering of the planar guided light that has been the source of crosstalk. In this way, we demonstrated the crosstalk could be reduced to be less than -50 dB. The outstanding research outcome will be transferred to the company for commercialization.
◎ Integrated Optical Current Sensor Chips: Various photonic devices such as metal NP polarizers, birefringent NP polarization converters, optical power splitters, and optical phase modulators are integrated on a single chip in order to produce an optical interferometry of polarization-rotated-reflected lights. The integrated photonic devices are incorporated to produce an optical current sensor for monitoring extremely large current produced in electrical power plant with an extraordinary accuracy. The simple integrated photonic device will be appreciated by its compactness, productivity, and stability.
Expected Contribution
◎ The technology of widely tunable lasers with a tuning range over 100 nm has been transferred to Chemoptics, Co., and the company is preparing for producing commercial products. The integrated photonic interferometer technology was transferred to Jeongkwan, Co. for the commercialization of optical current sensors under the contract of technology transfer including the running royalty. The biosensors are under the development to measure a specific protein related to a certain cancer, and the device gradually draws attention from Nanoentek, Co, Daejeon and Westech, Co, Woohan, China for the technology transfer.
◎ The outcome of the current research is not only restricted to the field of photonic waveguide devices, but also could be applied to the innovative researchs such as the optical outcoupling enhancement of OLED display with a low refractive index NP polymer, fluorescent NP photonic touch panels for handheld IT devices, and biophotonic applications with NIR lasers to monitor the concentration of oxy-hemoglobins on cerebral cortex.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 10
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 56
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 57
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 60
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 63
• 8. 참고문헌 ... 64
• 9. 연구성과 ... 65
• 10. 기타사항 ... 76