단일 모드 광섬유와 다중 모드 광섬유 혼합 라인으로 구성된 FTTx 시스템의 전송 성능 평가

박승현,김경헌,이일항,Park, Seung-Hyeon,Kim, Kyong-Hon,Lee, El-Hang 한국통신학회 2005 韓國通信學會論文誌 Vol.30 No.7a

본 논문은 채널을 파장별로 할당하는 방식인 WDM-PON을 각각의 채널당 단일광원을 사용하는 방식을 이용하여 기가비트 전송이 가능한 GPON 표준에 맞춰 단일 모드 광섬유와 다중 모드 광섬유로 혼합 구성된 망을 제안하고, 제안된 시스템의 전송 특성을 실험을 통해 고찰하였다. 본 시스템은 고속의 하향전송을 위해 직접변조가 가능한 DFB-LD를 사용하였고, 상향전송을 위해서는 저가의 ONU구성을 위해 SFP 타입의 Transceiver모듈을 사용하였다. 광 선로구간에서의 파장다중화를 위해서 채널 결합 및 분기기능을 갖는 MUX/DEMUX를 이용하였으며, SMF로 이루어진 WDM-PON망의 ONU단에 추가로 1km이내의 MMF를 연결시켜 두 라인을 혼합시킨 시스템을 구성하였다. 시스템의 타당성을 입증하기 위해 ITU-T G.984.2에서 권고하는 하향 2.5 Gbit/s, 1.25 Gbit/s, 상향 1.25 Gbit/s, 622 Mbit/s 속도의 전송실험을 하였으며, 표준안을 근거로 비교분석하여 상$\cdot$하향 전송에서 적합성과 여유도를 확인하였다. This paper proposes a hybrid optical lines composed of single-mode fiber(SMF) and multi-mode fiber(MMF) for gigabit-capable Passive Optical Network(GPON) using a WDM method with a single light source per each channel, and reports the results of transmission performance the proposed lines. The transmission link uses a direct modulated DFB-LD for high speed downstreams at the optical line terminal(OLT) of central office(CO) and a low cost SFP type transceiver for low-speed upstream in optical network unit(ONU). To split or combine the transmission channels, wavelength MUX/DEMUX are used in the optical line section, and MMFs not longer than 1 km are attached to the SMF lines at the ONU side of the WDM-PON links. We have performed the transmission experiment on the downstream of 2.5 Gbit/s, and 1.25 Gbit/s, and the upstream of 1.25 Gbit/s, and 622 Mbit/s which are recommended by ITU-T G.984.2. The transmission margin and feasibility of the proposed links have been tested to be suitable up to 2.5 Gbit/s transmission.

최대 광밴드갭을 위한 2차원 광결정 구조

성준호,오범환,이승걸,박세근,이일항,Sung, Jun-Ho,O, Beom-Hoan,Lee, Seung-Gol,Park, Se-Geun,Lee, El-Hang 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.3

광자결정의 밴드갭이 크면서도 모든 편광방향에 대해 동일하게 설계될 수 있다면, 이러한 광밴드갭은 다양한 소자의 응용에 있어 보다 유용해 질 수 있다. 현재까지는 원형의 공기구멍으로 이루어진 삼각격자 구조가 가장 큰 광밴드갭을 갖는 것으로 알려져 왔으나, 본 논문에서는 각종 구조적 변화에 의한 밴드갭의 변화경향을 분석하고 체계화함에 따라, 모든 편광방향에 대해 광밴드갭이 동일하면서 가장 크게 되는 새로운 격자구조를 제안하였다. 이 구조의 광밴드갭 비율$(\Delta\omega/\omega)$은 기존의 삼각격자에 비해 약 $30\%$ 정도 증대된 것임을 확인하였다. The large and polarization-independent photonic bandgap (PBG) is very useful to the application to various optical devices. Until present, it has been known that the PBG for a triangular lattice remains the largest both in the E- and H-polarized modes. However, we proposed a new structure with a larger polarization-independent PBG, by analyzing and systemizing the PBG opening trends as the structural changes. This optimal structure for maximum bandgap has more increased gap-midgap ratio $(\Delta\omega/\omega)$ of about $30\%$ than the triangular lattice.

방향성 결합기 소멸비 특성의 일반화 경향과 파장분리기의 소형화 설계

최철현,오범환,이승걸,박세근,이일항,Choi, Chul-Hyun,O, Beom-Hoan,Lee, Seung-Gol,Park, Se-Geun,Lee, El-Hang 한국광학회 2005 한국광학회지 Vol.16 No.5

In a directional coupler, the design process requires repeated calculation of the characteristics of every changed structure, because it is generally difficult to expect the extinction ratio to be optimized over the entire variation of design parameters. In this paper, we systematically simulated the extinction ratio as a function of the design parameters, and analyzed the general tendency of that characteristic. In other words, we could find the generalized extinction ratio curve if the separation distance is normalized by the waveguide width. Here, the extinction ratio is shown to be increased as the normalized frequency (v) and the ratio (d) of the separation distance over the waveguide width were increased. For various structures with same ratio d, all corresponding extinction ratio curves as a function of v coincide with each other. We showed the usefulness of the generalized extinction ratio curve by applying it to the design and the fabrication of 1310/l550 nm demultiplexer, as it was convenient to design a shorter directional coupler with targeted extinction ratio from this curve. 방향성 결합기의 각종 설계 구조변경에 대해 소멸비 특성의 변화를 직관적으로 예측하기 쉽지 않으므로 각 구조마다 매번 번거로운 특성 계산의 반복 작업이 수행되었다. 본 논문에서는 방향성 결합기의 설계구조 변수의 조절에 따른 소멸비 특성 변화를 체계적으로 계산하였고, 이 특성변화의 일반적인 경향을 파악하였다. 즉, 도파로 간격을 입력 도파로의 폭으로 규격화하면 이 변화 경향을 일반화하는 특성곡선을 얻을 수 있는 것으로 파악되었다. 이때, 정규화주파수 v와 도파간격비율 d가 큰 구조일수록 소멸비를 높일 수 있었고, d를 동일하게 유지한 여러 경우의 구조에 대해서는 v의 변화에 따른 소멸비 특성곡선이 일치하는 것을 보였다. 이러한 소멸비 특성의 일반화 경향은 높은 소멸비 특성을 유지하면서도 소자를 작게 설계하거나 파장분리기의 설계에 유용하게 활용될 수 있으므로 1310/1550 nm 파장 분리기의 설계와 제작에 적용하여 그 효용성을 확인하였다.

연속굴절률분포 렌즈 제작을 위한 봉 - 형 라디칼 중합방법

정상돈(Sang Don Jung),이일항(El Hang Lee),이정익(Jeong Ik Lee),심홍구(Hong Ku Shim) 한국화학공학회 1995 화학공학의이론과응용 Vol.1 No.2

Implicit와 explicit 방법의 결합에 의한 3차원 유한차분 빔전파 방법의 개선

김현준,오범환,박세근,이일항,이승걸,Kim, Hyun-Jun,O, Beom-Hoan,Park, Se-Geun,Lee, El-Hang,Lee, Seung-Gol 한국광학회 2004 한국광학회지 Vol.15 No.6

3차원 유한 차분 빔전파 방법의 계산시간 및 수렴성 문제를 해결하기 위해서 implicit와 explicit 방법을 결합하는 복합 방법(hybrid method)을 제안하였다. 방향성 결합기의 결합길이를 결정하는 문제를 대상으로 제안된 방법과 implicit 방정식의 해를 직접 구하는 방법의 계산 시간을 비교하였다. 그 결과 직접 풀이법에 비해 제안된 방식의 계산 속도가 최소 10배 이상 빠름을 확인하였다. We propose a hybrid method combining the implicit with the explicit methods in order to reduce the calculation time and improve the convergence problem of the 3-dimensional finite-difference beam propagation method. The numerical simulation of a directional coupler is carried out by the proposed method. It is found from the simulation results that the calculation speed of our method is 10 times faster than that of direct solving techniques.

근접장 주사 광학현미경을 이용한 광 도파로 특성 연구

지원수,김대찬,이승걸,오범환,이일항,Ji, Won-Soo,Kim, Dae-Chan,Lee, Seung-Gol,O, Beom-Hoan,Lee, El-Hang 한국광학회 2002 한국광학회지 Vol.13 No.4

광 도파로를 따라 전파하는 빛의 특성을 측정하기 위해 근접장 주사 광학현미경(Near-field scanning optical microscope, NSOM)으로 광 도파로의 표면에 형성된 에바네슨트 파 evanescent wave)의 분포를 측정하였다. 사용된 NSOM은 photon scanning tunneling microscope방식으로 본 연구의 목적에 적합하도록 직접 제작한 것이다. 광원 파장 1550㎚에서 단일 모드 다중 모드 채널형 광 도파로에 대해 도파로 표면에 형성된 에바네슨트 파의 분포를 측정하였으며, 3차원 빔전파방법(Beam Propagation Method)으로 계산된 수치 해석 결과와 두 모드 간의 간섭 형상을 직접적으로 확인할 수 있었다. The propagation characteristic of an optical waveguide was investigated by measuring with a near-field scanning optical microscope (NSOM) the evanescent field formed at the neighbor of its core-cladding interface. For this purpose, the NSOM system was developed specially as a form of Photon scanning tunneling microscope. The evanescent field distributions of several channel waveguides were measured at the wavelength of 1550 ㎚, and the usefulness of the system was verified by comparing experimental results with simulation results. In particular, the interference phenomena of the guided modes during their propagation along a multimode channel waveguide could be observed directly from the measured evanescent field distribution.

가간섭 영역 외의 배경 잡음성 간섭무늬 신호 필터링을 통한 백색광 주사간섭계의 성능 향상

임해동,이민우,이승걸,박세근,이일항,오범환,Yim, Hae-Dong,Lee, Min-Woo,Lee, Seung-Gol,Park, Se-Geun,Lee, El-Hang,O, Beom-Hoan 한국광학회 2009 한국광학회지 Vol.20 No.5

본 논문에서는 백색광 간섭계(White Light Interferometry, WLI)의 데이터 처리 과정에서 가간섭 영역 외의 배경 잡음성 신호 필터링을 통하여 백색광 주사 간섭계의 성능을 향상시켰다. 광학계의 개구수(Numerical Aperture, NA)가 유한한 백색광 간섭계의 경우, 단차가 크고 표면 굴곡이 심한 시료를 측정하게 되면 유한한 초점심도(Depth Of Focus, DOF)에 의하여 배경 잡음이 발생하며, 반사가 심한 경면의 경우에는 간섭무늬 신호보다 배경 잡음의 영향을 많이 받게 된다. 따라서 배경 잡음을 제거하기 위하여 간섭무늬 신호 자체 형상에 영향을 주지 않으면서 효율적으로 배경 잡음 필터링이 가능한 전후 구간 평균법을 제시하였다. 전후구간 평균법은 원 데이터와 그 이동평균과의 차이를 이용하는 방법으로, 고속으로 대략적인 정점의 위치를 파악한 후 정밀도가 높은 가시도 정점 검출 알고리즘으로 처리하여 측정 속도와 정밀도를 높였다. 전후구간 평균법을 이용하여 배경 잡음을 제거한 경우, 제거하지 않은 경우와 비교하여 잡음 화소가 약 1/4로 감소되었다. In order to enhance the background noise filtering performance of the white light interferometry(WLI), we demonstrate the noise filtering performance of preprocessing of the measured fringe signals. The WLI was realized through a mirau interferometer which was equipped with a green LED. When measuring large-height and rough surface objects, the illumination optics are considered the numerical aperture(NA) and the depth of focus(DOF). In this case, the limited NA of the illumination optics has a considerable impact on the interference fringe. Therefore, we propose a preprocessing method that uses the intensity difference between the measured intensity and the moving average intensity. The performance is demonstrated by measuring an array of metal solder balls fabricated on printed circuit board(PCB). The proposed method reduces the noise pixels by 15 percent.

높이영상에 산포되어 있는 점 노이즈 처리를 통한 백색광 간섭계의 영상 복원력 향상

임해동,이민우,이승걸,박세근,이일항,오범환,Yim, Hae-Dong,Lee, Min-Woo,Lee, Seung-Gol,Park, Se-Geun,Lee, El-Hang,O, Beom-Hoan 한국광학회 2010 한국광학회지 Vol.21 No.1

본 논문에서는 백색광 주사 간섭계의 측정시 외부 잡음이나 진동에 의한 간섭무늬 신호 왜곡으로 인하여 높이 영상에 발생하는 점 노이즈 제거를 위해, 데이터 처리 과정에서 높이 영상에 잡음 제거 필터를 적용하여 백색광 간섭계의 잡음 제거 성능을 향상시켰다. 백색광 간섭계의 높이 영상에 산포되어 있는 점 노이즈의 제거 방법으로 주로 사용되는 미디안(median) 필터는 점 노이즈 제거에 좋은 성능을 보이지만, 특정 경우 노이즈 제거 성능이 좋지 못하여 본 논문에서는 비교 평균 필터(Comparative Mean filter)를 제안하였다. 비교 평균 필터는 중심 화소 수치와 주변의 화소 수치를 비교하여 노이즈를 판별하고, 노이즈를 참조구간 화소 수치의 평균값으로 대체하는 필터이다. 비교평균 필터는 높이영상에서 노이즈 판별을 통한 보정과정으로 인하여 복원 영상의 선명도를 유지하면서 점 노이즈 제거에 좋은 성능을 보인다. 표면이 거칠고 굴곡이 심한 시료를 측정한 결과 후처리 하지 않은 경우와 비교하여 잡음성 화소를 약 1/3로 감소시키는 성능 향상이 있었다. In this paper, in order to enhance the image reconstruction performance of white light scanning interferometry(WLI), we demonstrate the scattered point noise filtering performance of post-processing methods. Median filtering is similar to using an averaging filter. Because the median value is less sensitive than the mean to extreme values, the median filter can remove the scattered point noise from a height-map without significantly reducing the sharpness of the image. In several specific cases, however, the median filter can't remove the scattered point noise. Therefore, we propose a comparative mean filter that uses order-statistic filtering and the mean of the neighborhood pixels. The performance is demonstrated by measuring an array of metal solder balls fabricated on PCB. The proposed method reduced the noise pixels by 4.4 percent.

유한 반경의 시준 광속을 이용한 투명 매질의 두께와 굴절률의 동시 측정

박대서,오범환,박세근,이일항,이승걸,Park, Dae-Seo,O, Beom-Hoan,Park, Se-Geun,Lee, El-Hang,Lee, Seung-Gol 한국광학회 2009 한국광학회지 Vol.20 No.1

We propose a new measuring technique based on optical low-coherence reflectometry that enables us to determine the refractive index and the geometrical thickness of a transparent sample by one-time scanning only. By passing a collimated beam having a finite size through the edge of the sample, the refractive index and the geometrical thickness can be determined simultaneously from the comparison of interferograms generated by two kinds of reflected beams. In this study, a refractive index could be determined with the accuracy of $10^{-3}$, and its accuracy would be enhanced by using a more precise translator and a thicker sample. 본 연구에서는 저간섭성 반사계(Optical low-coherence reflectometry)를 이용하여 한 번의 측정으로 투명 시료의 두께와 굴절률을 동시에 측정하는 기술을 제안하였다. 제안된 방법은 유한 반경을 가진 시준된 광속을 시료의 경계 영역으로 입사시키는 것으로써, 시료가 있는 부분과 없는 부분으로부터 반사된 광속에 의한 간섭 무늬들을 한 번에 획득할 수 있다. 한번의 측정을 통해 얻어진 두 종류 간섭 무늬들의 상대적인 위치 차이를 이용하여 시료의 두께와 굴절률을 동시에 결정할 수 있었다. 굴절률의 정밀도는 이송장치의 위치 정밀도가 향상되고, 시료의 두께가 두꺼워 질수록 개선될 수 있으며, 본 실험에서는 약 $10^{-3}$의 정밀도로 굴절률을 결정할 수 있었다.

광원을 내장한 펜의 출력광과 광 도파로의 광 결합을 이용하는 터치 패널 장치의 내부 광 결합 구조 설계

박대서,김대종,오범환,박세근,이일항,이승걸,Park, Dae-Seo,Kim, Dae-Jong,O, Beom-Hoan,Park, Se-Geun,Lee, El-Hang,Lee, Seung-Gol 한국광학회 2009 한국광학회지 Vol.20 No.2

본 연구에서는 광원을 내장하고 있는 포인팅 펜(pointing pen)의 출력광과 광 도파로 배열 사이의 광 결합을 이용하여 펜의 접촉여부와 접촉 위치를 검출하는 광학식 터치 패널 장치를 제안한다. 펜의 출력광과 광 도파로 배열 간의 광 결합을 최대화하고, 동시에 특정 광 도파로로 결합된 광속이 적은 손실로 전파할 수 있도록 하기 위해 광 도파로의 교차점 마다 부가적인 피라미드 구조를 삽입하였다. 광 도파로 단면의 크기가 $50{\times}50{\mu}m^2$인 경우 광선 추적법을 통해 결정된 피라미드의 최적 구조는 밑변의 폭, 높이, 경사각이 각각 $50{\mu}m$, $22.5{\mu}m$, $42^{\circ}$이었다. 이때 광 결합 효율은 97.8%이었으며, 전파손실은 평균적으로 0.3 dB/mm이었다. 그리고 펜의 기울어짐에 대한 허용 각도는 ${\pm}12^{\circ}$임을 확인하였다. In this paper, an optical touch panel device is newly proposed, with operating principle based on the optical coupling between a pointing pen having a built-in light source and perpendicularly crossed optical waveguide arrays. In order to enable an external light to couple into a waveguide core, the auxiliary pyramidal structures are introduced into all intersecting points located periodically along optical waveguides. The shape is optimized for minimizing the unwanted propagation loss due to the same structure by a ray tracing method. For the optical waveguide with the size of $50{\times}50{\mu}m^2$, the bottom width, height, and slope angle of the optimized pyramidal structure are $50{\mu}m$, $22.5{\mu}m$, and $42^{\circ}$, respectively. The optical coupling efficiency of about 97.8% and the average propagation loss of 0.3 dB/mm were achieved for the optimized touch panel. Finally, it is found from the tolerance analysis that tilting of the pen up to ${\pm}12^{\circ}$ can be allowed.