비대칭 격자구조에 기초한 플라즈마 편광 빔 분리기의 구현

호광춘,Kwang-Chun Ho 한국인터넷방송통신학회 2024 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.24 No.2

The polarization-selective beam splitter grating can be widely used in numerous optical information processing systems. In this paper, to design a high-efficiency plasma polarization beam splitter (PBS), the structure composed of an Ag metal layer in Littrow mounting is implemented. To achieve high diffraction efficiency in the transmitted 0th-order TE polarization and the reflected 0th-order TM polarization, the grating depth and grating ratio of presented PBS is optimized by using rigorous Modal Transmission-Line Theory. From the optimized results, PBS has advantages of wide band properties for incident wavelength and angle, and the efficiency is higher than 95% for both TE and TM polarization. Therefore, this highly efficient PBS wideband grating with high extinction ratio can be used as an excellent optical diffraction device.

결합된 플라즈몬-도파관 공진 구조로 구성된 바이오센서의 구현

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2024 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.24 No.1

The bio-sensing properties of TE and TM guided modes in the coupled plasmon-waveguide resonance (PWR) configuration are investigated. The modal transmission-line theory (MTLT) is used for numerical analysis. The proposed PWR bio-sensor is composed of multi-layered configuration with N pairs of MgF2-Si3N4 layers to enhance the sensitivity of a conventional Ag-based surface plasmon resonance bio-sensor. The angular sensitivity of bio-sensor is numerically analyzed for a wide range of biological solutions (refractive index 1.33~1.37). Furthermore, the availability of sensor to detect cancer cells and blood plasma concentration is evaluated. Finally, the results indicate that the proposed bio-sensor is capable efficiently to detect various kinds of cancer cells and different glucose concentrations in urine.

버섯형 이중 격자구조의 광 바이오센서에 대한 회절 특성

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2022 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.22 No.2

The resonant bio-sensor of bi-level grating structure with mushroom profile has been designed for operating in the near-infrared (NIR) wavelength range under transverse electric (TE) polarization. The rigorous modal transmission-line theory (MTLT) is applied to determine the optical characteristics, and the reflection resonance of the grating structure is analyzed by varying their geometrical parameters. The numerical result shows that an excited sharp Fano resonance (FR), which does not occur in single layer grating, is demonstrated. The relationship between structure parameters of bi-level grating and the reflectance spectrum in order to guarantee the appearance of FR in the designed structure is fully investigated. An optical bio-sensor with a potential sensitivity of 112.9~214.3 deg/RIU and 447 nm/RIU is designed based on the proposed structure. The proposed mushroom profile may serve as a powerful sample for the design of optical bio-sensors with a wide range of applications. 버섯형 이중 격자 구조의 공진 바이오센서가 TE 편광 하의 근적외선 (NIR) 파장 범위에서 동작하도록 설계되었다. 정확한 MTLT (modal transmission-line theory)를 적용하여 광학적 특성을 결정하고, 격자 구조의 기하학적 매개변수를 변경하여 격자 구조의 반사 공진을 분석하였다. 수치 해석적 분석 결과, 단일층 격자 구조에서는 발생하지 않는여기된 날카로운 Fano 공명 (FR)이 발생하였다. 설계된 구조에서 FR의 발생을 입증하기 위하여 이중 격자의 구조 매개변수와 반사 스펙트럼 사이의 관계를 자세하게 조사하였다. 제안된 구조를 기반으로 잠재적 감도가 112.9~214.3 deg/RIU, 그리고 447 nm/RIU인 광 바이오센서가 설계되었다. 제안된 버섯형 구조는 광범위한 응용 분야를 가진 광바이오센서 설계에 대한 좋은 표본으로 이용할 수 있다.

금속층에 기반한 격자구조형 고성능 플라즈마 바이오센서

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2022 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.22 No.3

An analytical model based on a modal transmission-line theory (MTLT) is developed to investigate the optical transmission through metal gratings. This model gives well physical meanings for the transmission as well as for the dispersion relations of the modes responsible for high transmission. These concepts provide accurate information even for real metals used in the visible~near-infrared wavelength range, where surface plasmon polaritons (SPP’s) are excited. Furthermore, the dispersion relations allow the nature of the propagation modes to be assessed. The propagation modes are hybrid between Fabry-Pérot like modes and SPP’s. It is important to consider different period and aspect ratio of metal gratings in order to determine the nature of the hybrid modes. In this paper, the sensing characteristics and mode propagation phenomena of high-performance plasma bio-sensors that depend on these variables were clearly analyzed. 금속 격자를 통한 광전송을 분석하기 위하여 모드 전송선로 이론 (MTLT)에 기반한 해석 모델을 제안하였다. 이 모델은 높은 전송을 담당하는 모드의 분산 관계뿐만 아니라 전송에 대한 물리적 의미를 잘 제공한다. 이러한 개념들은 표면 플라즈몬 폴라리톤 (SPP)이 여기되는 가시광선~근적외선 파장 범위에서 사용되는 실제 금속에 대해서도 정확한정보를 제공한다. 또한, 그 분산 관계를 통하여 전송 모드의 특성을 평가할 수 있다. 그 전송 모드는 Fabry-Pérot 유사모드와 SPP 사이의 하이브리드 모드이다. 그 하이브리드 모드의 특성을 결정하기 위하여 금속격자의 다른 격자주기와격자비율 고려하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 이러한 변수들에 의존하는 고성능 플라즈마 바이오센서의 감지 특성과모드 전송 현상을 명확하게 분석하였다.

2D 주기적 패턴으로 구성된 격자 구조형 방향성 결합기의 모드 특성

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2015 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.15 No.4

종방향 모드 전송선로 이론을 이용하여 실리콘 도파로에 기초한 플라즈마 격자 구조형 방향성 결합기 (P-GADC)의 1D & 2D 격자 패턴에 따른 전송 모드 특성을 정확하게 분석하였다. 정확한 해석적 수식과 기, 우 모드 사이의 간섭특성에 의존하는 중첩모드를 정의하여 각 격자 패턴에서 발생하는 TE 모드의 필드분포를 수치해석 하였다. 수치해석 결과, 최대 결합효율을 발생시키는 필드분포는 정사각형 격자 패턴으로 구성된 P-GADC에서 발생하였다. 즉, GADC의 전형적인 최대 결합효율 조건인 위상정합 조건과 다른 최소간격 조건인 격자주기 dmin = 8.8μm에서 발생 하였다. Longitudinal transmission-line modal theory is applied to analyze the guiding mode characteristics along 1D & 2D grating patterns of plasmonic grating-assisted directional couplers (P-GADC) based on silicon waveguide. By defining supermodes amenable to rigorous analytical solutions and interference between even and odd modes, the field distributions of TE modes for each grating patterns are evaluated. The numerical result reveals that the field distribution with maximum coupling efficiency occurs at P-GADC composed by square grating pattern. That is, it reveals at a minium gap condition of grating period dmin = 8.8μm different from conventional phase-matching condition of GADC.

불연속 입력 경계면과 전송 손실이 있는 광 편파기 설계를 위한 새로운 편파조건

호광춘,Ho, Kwang-Chun 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.1

모드 전송선로 이론을 이용하여 불연속 입력경계면을 갖는 TE-TM 모드 광 편파기의 편파특성을 정확하게 분석하였다. 제안한 해석법의 타당성 및 정확성을 분석하기 위하여 새로운 편파조건을 정의하였으며, 기존에 널리 사용하여 왔던 결합모드 이론 의 편파조건과 비교 분석하였다. 분석 결과, 불연속 입력경계면의 분연속 특성은 광 편파기의 편파조건에 영향을 주지 않았으나, 결합특성이 약하고 전송구조가 비 대칭 구조인 경우 근사적 해석법인 결합 모드 이론의 편파조건이 부정확함을 알 수 있었다. Using modal transmission-line theory (MTLT), itexplores rigorously the polarization characteristics of TE-TM mode optical polarized beamsplitter with misaligned input interface. To verify the validity of the approach proposed in this paper, a novel polarization condition is defined, and it compares and evaluates with the polarization condition of coupled-mode theory (CMT) used widely. The numerical results reveal that the discontinuity of misaligned input interface has nothing to do with the polarization condition of beamsplitter. Furthermore, the condition of CMT is no longer effective at the asymmetric guiding structures with strong power coupling.

광 섬유-도파로 결합용 방향성 결합기의 전력전송 ( Power Transfer of Optical Directional Couplers for Fiber-to-Waveguide Coupling )

호광춘,임용훈,김영권 한국통신학회 1998 광전자공학회 학술회의 Vol.5 No.1

이중 샌드위치 Rib-형 도파로에 기초한 초소형 편광 무의존성 방향성 결합기

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2014 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.14 No.3

종방향 모드 전송선로 이론을 이용하여 이중 샌드위치 Rib-형 도파로에 기초한 초소형 편광 무의존성 방향 성 결합기 (PIDC)의 편광특성을 자세하게 탐구하였다. 제안한 초소형 방향성 결합기의 편광 무의존성 조건을 얻기 위 하여 샌드위치 rib형 도파로의 굴절률과 두께에 때라 변하는 quasi-TE 모드와 quasi-TM 모드의 결합길이와 결합효 율을 분석하였다. 수치해석 결과, 수백 마이크로미터 크기의 초소형 편광 무의존성 방향성 결합기는 이중 샌드위치 층 의 구조적, 물질적 변수들을 잘 선택함으로써 구현할 수 있음을 보였다. 또한, 이중 샌드위치 rib형 도파로에 분포하는 기본 모드의 프로필이 방향성 결합기의 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대하여 조사하였다. The polarization characteristics of ultracompact polarization-insensitive directional coupler (PIDC) based on double sandwiched rib-type waveguide are explored in detail by using longitudinal modal transmission-line theory (L-MTLT). To obtain the polarization-insensitive condition of ultracompact directional coupler, the coupling length and coupling efficiency as functions of the refractive index and thickness of sandwiched rib-type waveguide are analyzed for quasi-TE and quasi-TM modes. The numerical results show that the ultracompact polarization-insensitive coupler with hundreds of micrometer scales is realized by properly choosing structural and material parameters of double sandwiched layers. Furthermore, the influence of fundamental mode profile, which is distributed in lateral waveguide of coupler, on the coupler performance has been investigated.

전송선로 이론에 기초한 파장 변환 DFB 레이저의 정적 및 동적 작용

호광춘 한국인터넷방송통신학회 2014 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.14 No.2

2단으로 구성된 DFB 레이저의 정적 및 동적 작용을 분석하기 위하여 종방향 모드 전송선로 이론 (L-MTLT)을 이용하였다. 활성영역을 갖는 DFB 구조의 특성 임피던스와 등가 전파상수를 L-MTLT에 기초하여 유 도하였다. 2단으로 구성된 DFB 레이저가 전송선로 망으로 유사화 되었으며, 각 단은 그에 대응하는 등가 요소들로 등 가화된 전송선로 블록으로 나타내었다. 등가 전송선로 망에 기초한 DFB 레이저의 종방향 공진 조건 (resonance condition)이 레이트 방정식 (rate equation)을 재구성하기 위하여 사용되었으며, 이를 이용하여 활성여역을 갖는 2단 DFB 레이저의 정적 및 동적 작용을 자세하게 분석하였다. A longitudinal modal transmission-line theory(L-MTLT) to analyze the static and dynamic behavior of two-section distributed feedback (DFB) lasers is used. The characteristic impedance and equivalent propagation constant of DFB structure with active layer are derived from L-MTLT. A two-section DFB laser is analogous to a transmission-line network, in which each section is described by transmission-line block corresponding to the equivalent factors. The longitudinal resonant condition of DFB laser based on equivalent transmission-line network is used to reformulate the rate equations so that static and dynamic behavior of two-section DFB lasers with active layer is demonstrated and analyzed accurately.

광통신용 광 결합기의 모드 전송선로 해석법

호광춘,김준환,김영권 대한전자공학회 1998 電子工學會論文誌, D Vol.d35 No.7

Modal transmission-line is utilized to analyze the power coupling of optical directional coupler composed by two parallel guiding slabs. By defining a coupling efficiency .eta. amenable to rigorous supermodes and boundary conditions of modal functions, we evaluate the power transfer for TE mode of gainy coupler. The results reveal that optimized power exchange occurs at a novel wavelength .lambda.$_{op}$ , which is generally different from minimum gap .lambda.$_{min}$ between rigorous modes and phase-matching condition .lambda.$_{ph}$ .