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주기적으로 분극 반전된 MgO:LiNbO<sub>3</sub>를 이용한 리지형 광도파로 파장가변 소자 제작 및 특성
이형만,양우석,김우경,이한영,정우진,권순우,구경환,송명근,Lee, H.M.,Yang, W.S.,Kim, W.K.,Lee, H.Y.,Jeong, W.J.,Kwon, S.W.,Koo, K.H.,Song, M.G. 한국광학회 2008 한국광학회지 Vol.19 No.3
MgO가 첨가된 z-cut $LiNbO_3$를 이용하여 주기적으로 분극반전된 리지광도파로(Ridge-type Waveguide)를 제작하였으며 이를 적용하여 녹색광원 소자를 구현시 리지광도파로 높이 변화량과 분극반전주기비 변화량에 따른 이론적 결과와 실험적 결과를 비교 분석하였다. 이러한 비교분석을 위해 새로운 측정시스템을 구성하였으며, 이를 적용한 소자 측정 결과 중심파장은 1067.45 nm, 파장변환효율은 90.7%/$Wcm^2$ 및 파장변환효율곡선의 반치폭은 0.17 nm임을 확인하였다. 또한, 실험값과 이론값과의 비교결과 분극반전주기와 파장변환효율곡선의 반치폭 계산 오차는 각각 0.016 ${\mu}m$와 0.01 nm로 이론값이 실험값을 잘 예측함을 확인하였다. Wavelength converting devices with a ridge-type waveguide in periodically poled $MgO:LiNbO_3$ are made and characterized. The experimental results are compared with theoretical analysis on the effects of waveguide dimension and duty ratio of the periodically poled structure. To show the relationship of the conversion efficiency to those factors, a new measurement system is configured. That experimental results show that the center wavelength, normalized conversion efficiency and full width half maximum of the conversion efficiency curve are 1067.45 nm, 90.7%/$Wcm^2$ and 0.17 nm, respectively. Also, the estimated results of the duty period and full width half maximum of the conversion efficiency from theoretical calculations agreed well with experimental results with the errors of 0.016 ${\mu}m$ and 0.01 nm.
LiINbO<sub>3</sub> 기판의 분극반전을 이용한 5.5 GHz 대역 SSB 광변조기의 설계 및 제작
정우진,김우경,양우석,이형만,이한영,권순우,Jeong, W.J.,Kim, W.K.,Yang, W.S.,Lee, H.M.,Lee, H.Y.,Kwon, S.W. 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.2
리튬나이오베이트 기판의 분극 반전 기술을 이용하여 5.5 GHz대역의 SSB(Single Sideband) 광변조기를 설계 및 제작하였다. 분극 반전을 통해 광이 인가받는 유효전계가 마흐젠더 두 도파로에서 $90^{\circ}$ 위상차를 갖도록 할 수 있었다. 제작된 광변조기는 5.8 GHz의 중심주파수로, 1.9 V DC 인가 시 약 33 dB의 USB 억제율을, -10.6 V 인가 시 약 25 dB의 LSB 억제율을 나타내었다. 또한 2.5 GHz의 대역폭에서 15 dB 이하의 Sideband 억제율을 보이고 있다. A single sideband(SSB) modulator operating at 5.5 GHz was fabricated by polarization inversion techniques. The dimension of domain inversion in a $LiINbO_3$ Mach-Zehnder structure was precisely controlled so that the RF signal applied on two Mach-Zehnder arms gives rise to $90^{\circ}$ effective phase difference. The single sideband suppression was maximized by optimization of the polarization status of the optical input and by the DC bias value. The fabricated device showed the center frequency of 5.8 GHz and the maximum sideband suppression of 33dB, where the bandwidth of 15 dB sideband suppression ranged over a 2.5 GHz span. The optical phase delay could be regulated by the DC bias voltage, fur example, the enhanced optical modulation sideband was distinctively switched from the upper sideband to the lower sideband by changing the DC bias voltage from 1.9 V to -10.6 V.
Quasi-Velocity-Matching물 이용한 60 GHz 광캐리어 발생기
김우경,양우석,이형만,이한영,정우진,권순우,Kim, W.K.,Yang, W.S.,Lee, H.M.,Lee, H.Y.,Jeong, W.J.,Kwon, S.W. 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.2
리튬나이오베이트 기판의 분극 반전 기술을 이용하여 300Hz 대역 광변조기를 제작하였고 60 GHz 광캐리어 발생기로 응용하였다. 주기적인 분극반전은 도파광과 RF사이의 QVM(Quasi-Velocity-Matching)을 유발하여 대역변조를 가능하게 하였다. 제작된 광변조기는 30.3 GHz에서 최대 변조효율을 보였으며, 3 dB 변조 대역폭은 약 5.1 GHz로 측정되었다. DSB-SC(Double Sideband Suppressed Carrier) 측정 실험을 통해 입사된 광 주파수로부터 30 GHz 간격으로 USB(Upper Sideband)와 LSB(Lower Sideband)를 발생시켰으며 입사광의 스펙트럼은 발생된 USB 혹은 LSB에 비해 28 dB정도 억제됨으로써, 30GHz 대역 광변조기가 60 GHz 광캐리어 발생기로 응용될 수 있음을 보였다. A novel 60GHz optical carrier generator with a polarization domain-inverted structure is suggested and is demonstrated. The two arms of the Mach-Zehnder optical waveguide are periodically poled for quasi-phase velocity matching between the optical wave at 1550nm and the RF wave at 30 GHz. The center frequency of band-pass modulation and the 3 dB bandwidth of the fabricated modulator were measured to be 30.3 GHz and 5.1 GHz, respectively. Sub-carriers with the frequency difference of 60GHz waeregenerated under appropriate DC biac voltage application while the carrier was suppressed to lead to the power ratio between the modulated sub-carrier and the suppressed fundamental carrier of 28 dB, which proves that double sideband- suppressed carrier(DSB-SC) operation can be realized by the suggested single device.
[가솔린엔진] 흡기 유동 조건의 변화가 실린더 내 가스 유동 패턴에 미치는 영향
이창식(C.S. Lee),전문수(M.S. Chon),김우경(W.K. Kim),최수천(S.C. Choi) 한국자동차공학회 1999 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-
This paper presents the characteristics of the gas flow in the engine cylinder under various intake flow conditions. The single-ㄹrame particle tracking velocimetry(PTV) was applied to analyze the gas flow pattern and flow field in the cylinder. Effects of tumble intensifying valve(TIV), swirl intensifying valve(SIV), and one-valve deactivated condition on in-cylinder flow patterns were compared with the baseline engine under 600rpm motoring condition. In addition, tumble ratio was estimated with results of in-cylinder flow fields. Base on experimental results, the tumble ratio of in-cylinder flow field has the maximum value at the bottom dead center for the different four inlet conditions. In TIV condition, the tumble ratio is 1.35 times larger than that of baseline engine and I intake valve deactivated condition is effective to improve in-cylinder swirl motion
녹색 광 발진을 위한 주기적 분극 반전된 MgO : $LiNbO_3$ ridge waveguide 제작
양우석,권순우,송명근,이형만,김우경,구경환,윤대호,이한영,Yang, W.S.,Kwon, S.W.,Song, M.K.,Lee, H.M.,Kim, W.K.,Koo, K.H.,Yoon, D.H.,Lee, H.Y. 한국결정성장학회 2007 韓國結晶成長學會誌 Vol.17 No.4
녹색 광 발진을 위해 조화용융조성의 MgO가 첨가된 $LiNbO_3$ 결정을 이용하여 준위상정합 2차 조화파 도파로 소자를 제작하였다. 도메인 반전을 위해 +Z면에 주기적인 전극 패턴을 형성하였으며, 외부전계의 균일한 인가를 위해 LiCl 전해 용액을 사용하여 도메인을 반전 시켰다. 선택적 화학식각을 통해, 약 $6.8{\mu}m$의 분극 반전 주기를 확인 할 수 있었으며, $7{\mu}m$ ridge 높이와 $3{\mu}m$의 slap높이를 갖는 폭 $5{\mu}m$의 PPMgLN ridge-type 도파로 소자의 비선형 특성을 측정하였다. Quasi-phase-matched (QPM) second harmonic generation (SHG) waveguide devices for a green light generation were fabricated by a periodically patterned electrode on the +Z crystal surface and homogeneous LiCl solution using a 5 mol% MgO doped congruent z-cut lithium niobate crystals. Using selective chemical etching, we confirmed the periodic (${\sim}6.8{\mu}m$) domain inverted structure and measured SHG properties of fabricated periodically poled MgO : $LiNbO_3$ ridge-type waveguides.
$Ti:LiNbO_3$ 도파로 제작을 위한 열처리 과정 동안 강유전 도메인 특성에 미치는 영향
양우석,이형만,권순우,김우경,이한영,윤대호,Yang, W.S.,Lee, H.Y.,Kwon, S.W.,Kim, W.K.,Lee, H.Y.,Yoon, D.H. 한국결정성장학회 2005 한국결정성장학회지 Vol.15 No.3
[ $Ti:LiNbO_3$ ], 광도파로 제작을 위해 큐리온도$(T_c)$ 아래에서 백금박스 내에서 알곤 과 산소 분위기 내에서 열처리 과정 동안 기판 표면의 강유전 도메인 특성 변화를 관찰하였다. 열처리 된 $LiNbO_3$ 기판의 +Z면의 경우 전체적으로 약 $1.6{\mu}m$ 두께로 도메인 반전이 이루어 졌으며, 표면에서 etch hillock이 관찰되었다. $LiNbO_3$ 결정 표면의 Li 이온이 외부로 확산 되는 영향을 감소시킬 수 있는 환경에 있는 기판 면에서 하나의 도메인이 관찰되었으며, 이때 결정 표면에서의 식각특성, 결정성 및 양이온 분포변화에 관하여 X-선 회절, AFM 및 SIMS를 이용하여 분석하였다. It is demonstrated that the annealing process for Ti in-diffusion to z-cut $LiNbO_3$ at temperature lower than the curie temperature in a platinum (Pt) box can cause a ferroelectric micro-domain inversion at the +z surface and Li out-diffusion, therefore which should be avoided or suppressed for waveguide type periodically poled lithium niobate (PPLN) devices. The depth of the inversion layer depends on the Ti-diffusion conditions such as temperature, atmosphere, the sealing method of $LiNbO_3$ in the Pt box and crystal orientation is experimentally examined. The result shows that the polarization-inverted domain boundary appears at the only +z surface and its thickness is about $1.6{\mu}m$. Also, for the etched $LiNbO_3$, surface the domain shape was observed by the optical microscope and atomic force microscopy (AEM), and distribution of the cation concentrations in the $LiNbO_3$ crystal by the secondary ion mass spectrometry (SIMS).
조화용융조성 $LiNbO_3$의 주기적 분극 반전 동안 도메인 생성 및 이동에 관한 연구
권순우,양우석,이형만,김우경,이한영,윤대호,송요승,Kwon, S.W.,Yang, W.S.,Lee, H.M.,Kim, W.K.,Lee, H.Y.,Yoon, D.H.,Song, Y.S. 한국결정성장학회 2006 한국결정성장학회지 Vol.16 No.2
조화용융조성 $LiNbO_3$ 결정에 외부 전계를 인가하였을 때 초기 도메인 생성 및 이동에 관하여 연구하였다. 0.5mm 두께의 $LiNbO_3$ 결정에 23.5, 22.0, 21.0kV/mm의 전계를 인가하였을 때 도메인 벽은 각각 28.70, 16.02, $5.75{\mu}m/sec$의 속도를 나타내었다. 분극 반전 시스템에 전류 제어를 위한 외부저항으로 $1 M{\Omega}$을 사용하였을 시 너무 빠른 도메인 성장으로 인하여 원활한 분극 반전 제어가 이루어지지 않으므로 $10 M{\Omega}$ 외부저항을 사용하여 전하량을 제어하여 50% duty cycle을 가진 주기적 분극 반전 $LiNbO_3$ 결정을 제작하였다. When external field was applied to congruent $LiNbO_3$, it was investgated for domain formation and expansion of $LiNbO_3$. The domain wall velocities of 0.5 mm thickness $LiNbO_3$ were 28.70, 16.02 and $5.75{\mu}m/sec$ under poling field of 23.5, 22.0 and 21.0 kV/mm, respectively. As $1 M{\Omega}$ resistor was used in domain inversion system, harmonic domain inversion was not achieved by rapid domain expansion. And 50% duty cycle periodically poled $LiNbO_3$ have been fabricated by charge control using $10 M{\Omega}$ resistor.