플라스틱 광섬유 측면 가공 특성 평가를 위한 광단층영상기법의 응용

마혜준,이승석,신용진,최은서 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.9

We utilized optical coherence tomography to present a noninvasive cross-sectional view of a laser-processed plastic optical fiber. As an alternative to the conventional optical source of a light guide panel, we suggest a side light emitting optical fiber source that emits light from a pattern processed on the plastic optical fiber by using a high power CO_2 laser. For the implementation with the laser, we firstly simulated the light-emitting characteristics of the processed plastic optical fiber. Then, we determined the optimized laser-processing conditions. The measured light emitting results for the laser-processed fibers did not match the simulation results. In the OCT (optical coherence tomography) images significant deviation in the laser-processing depths between the experiment and the simulation was observed. This mismatch might originate from uncontrolled laser irradiation during the processing with a high power laser. Large fluctuations in the optical power. This problem was solved by applying a real-time monitoring system based on OCT. The application of OCT should improve the performance of the sophisticated laser processing and the efficiency of a light guiding panel with the optical fiber source. 본 논문에서는 광단층촬영기법을 활용하여 고출력 CO_2 레이저로가공된 플라스틱 광섬유의 가공 특성을 파악하고 실제 가공된 플라스틱광섬유의 발광특성간의 상관관계를 분석한 결과를 제시하고자 한다. 최근들어 기존 도광판 광원들의 대안으로 광섬유 측면 발광특성을활용하는 광섬유 광원이 연구되고 있다. 이는 광섬유 측면에 레이저를이용하여 가공패턴을 생성하고 그로인해 빛의 손실을 인위적으로유도하여 발광하게 하는 것이다. 실제 고출력의 CO_2 레이저를이용하여 플라스틱 광섬유를 가공함에 있어서 적용된 가공 조건은전산모사를 통해서 결정된 균일한 발광 특성을 보이는 가공조건을이용하였다. 하지만 가공된 플라스틱 광섬유의 발광특성은 전산모사결과와는 많은 상이한 점들을 보였다. 이러한 차이점이 발생한 원인을광단층촬영기법을 이용하여 가공된 단면의 모습을 관찰함으로써 이상적인가공조건을 실험적으로 구현함에 있어서 발생된 문제점이 있음을 확인할수 있었다. 이러한 고출력 레이저를 이용하여 가공함에 있어서발생가능한 문제들을 광단층촬영기법을 기존의 가공 시스템과 연계하여적용한다면 실시간 피드백을 통하여 세밀한 가공을 수행할 수 있을것이며 이를 통해 보다 유연한 도광판 광원으로 플라스틱 광섬유 광원의활용도가 향상될 것으로 판단된다.

가공패턴 조건에 따른 플라스틱 광섬유 측면 발광 휘도 성능 측정

마혜준,이승석,신용진,최은서 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.8

본 논문에서는 플라스틱 광섬유(POF: Plastic Optical Fiber)의측면발광을 유도하여 균일한 휘도 분포를 얻고자 하였다. 먼저 전산모사프로그램을 이용하여 레이저로 가공된 POF 측면발광된 빛의 평균 휘도균일도를 예측하였다. POF 끝단에 발산각 30˚인 광원을이용하였고 POF 측면에 광섬유 길이 방향으로 막대바 형태의 패턴을가공하여 광검출기에서의 휘도 분포를 예측하였다. 또 패턴의 변화에따른 휘도분포를 관찰하여 균일한 휘도 분포를 갖는 가공 파라메터값을얻을 수 있었다. 전산모사 결과를 바탕으로 하여 CO₂ 레이저를이용하여 패턴을 가공하고 휘도 분포를 측정 하여 전산모사에서 얻은파라메터들의 유효성을 검증하였다. 이후 수직가공 패턴 및 복합가공패턴을 이용하여 보다 높은 휘도 값과 균일한 휘도 분포를 가질것으로 예상되는 바이다. We fabricated a side-processed POF (plastic optical fiber) for uniform illumination in the backlight unit of a LCD. Prior to the experiment, we performed a simulation to optimize the laser processing conditions and the pattern generation on the POF. A LED source was placed at one end of the POF. A bar-shaped pattern was inscribed along the fiber's length, and the illumination value was measured. The change in the pattern-induced illumination-performance variations depended on the processing parameters. Based on the simulation results, a laser-processed pattern was inscribed on the POF, and the illumination property was measured and analyzed. The results demonstrated the suitability of the parameters obtained from the simulation study. An evaluation of illumination for a simple bar-shaped pattern and for a complex pattern is scheduled and should lead to better performance of side-processed POF light sources.

도플러 편이 효과를 이용한 주파수 간섭계 기반 진동센서

마혜준,신용진,최은서 한국물리학회 2010 새물리 Vol.60 No.8

본 연구는 광지연선로의 움직임을 이용하지 않는 주파수 영역 간섭계를활용하여 진동을 측정한 결과를 보고하였다. 회전체 회전축 이격에 따라발생한 기계적인 진동을 측정하기 위해서 광원의 광주파수의 도플러편이에 따른 간섭무늬를 발생하고 이를 분석하여 진동 특성을 얻을 수있었다. 주파수 영역 간섭계는 광대역 광원과 광섬유 커플러 그리고광스펙트럼분석기를 이용하였으며 여기서 광지연선로의 주기적이고 동적움직임이 없었다. 이러한 주파수 영역 광간섭계는 기존의 간섭계보다소형이며 간소한 장치로 구현이 가능한 장점을 가질 수 있다. 기존의간섭계를 이용한 방법에 비해서 기계적인 움직임이 없는 이유로 높은감도를 가지는 측정을 수행할 수 있었다. 보다 구체적으로 정량화된정보를 가지는 진동 운동에 대한 센싱 실험을 수행함으로써 높은정확도를 가지는 광섬유 진동센서로의 활용이 가능할 것으로 예상되는바이다. We present the measurement results for the vibration motion due to a rotating object by using frequency-domain interferometer; no conventional optical delay line was used. To detect the vibration motion in experiment, we utilized the Doppler-shift effect to produce the interference signal, and different kinds of vibrations having different vibration frequency were properly measured. The frequency-domain interferometer consists of a broadband light source, optical fiber couplers, and an optical spectrum analyzer with a static optical delay line. Compared with other measurement methods, our proposed method can guarantee a low tolerance in the measurement. Vibration measurements with high accuracy are possible if the experiment is performed under well-defined vibration conditions.

Development of Digital Holographic Microscopy on an All-Optical Phase Shifter

최은서,마혜준,이승석,박소희 한국물리학회 2019 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.75 No.9

We propose an all-optical phase-shifting method using Yb-doped optical bers and demonstrate its potential in on-axis digital holography microscopy (DHM) system. The Yb-doped optical ber induces a phase change under optical pumping conditions. The induced phase shift shows a good linear response to applied pumping currents, and N-step phase-shifting up to 2 can be properly performed. Four-, six-, and eight-step phase-shifting methods are performed, and the phase re- trievals from their phase-shifted interferograms are achieved using an interframe correlation matrix method. An 8-step phase shifting-based reconstruction, which is effective for background noise re- duction, is used for 3D imaging of an indium tin oxide (ITO) thin lm and an organic light-emitting diode (OLED) thin lm. The reconstructed surface prole was in agreement with the step structure of the samples. The proposed all-optical phase-shifting method is expected to be applied to various optical imaging systems using ber-based phase-shifting interferometers.

광학적 반사률이 적용된 단순평면패턴 도광판 모델의 시뮬레이션

최영희,마혜준,최은서,신용진 한국물리학회 2009 새물리 Vol.59 No.2

We proposed two-layered light guiding model having partial reflectivity to expect the performance of designed light guiding panel. Simplified inner scatterer based light guiding panel has different reflectivity on each surface without any absorption. On the surface, the Gaussian scattering happens at every reflection. From the simulation results, linear pattern provided similar average brightness (231 cd/mm2) to experimental results (211 cd/mm2) in the condition of 40 % reflectivity and 60% transmissivity. But in the case of curved pattern, there are big discrepancy from the experimental value of 429 cd/mm2. The detailed simulational and experimental research for the effect of optical reflectivity of each surface including absorption property could provide more exact expectation to the designed light guiding panel. 본 연구는 도광판(LGP: Light Guide Panel) 성능 예측을 위한 방법으로 반사율과 투과율을 부여하고 산란모델을 적용된 두 개의 층이 적용된 전산모사 모델을 제시하고자 한다. 단순평면패턴의 두 개의 층에 각각 반사율과 투과율을 변화시켰고 흡수율은 0%로 고정하였다. 단순평면패턴의 광학적 특징으로는 가우시안 산란모델을 적용하였다. 연구 결과 선형패턴의 경우 반사율이 40%이고 투과율이 60%인 단순평면패턴에서 평균휘도 값이 231 cd/mm2로 실험치 211 cd/mm2과 유사하게 나왔다. 그러나 같은 반사율과 투과율에서 곡면패턴의 경우엔 실험치의 429 cd/mm2의 평균 휘도값과 많은 차이점으로 보였다. 따라서 반사율과 투과율 이외에 흡수율과 산란체들의 산란모델에 대한 더욱 많은 연구가 필요하다.

도광판 내부 산란 패턴판 기울기 변화에 따른 균일도 향상에 대한 전산 모사

이승석,마혜준,신용진,최은서 한국물리학회 2011 새물리 Vol.61 No.8

We performed a computer simulation in order to achieve enhanced uniformity of illumination for a light guide panel (LGP) by changing the slope of its back plate. A conventional LGP exhibits non-uniform illumination, showing a high concentration near the light source. To solve this problem, we applied a slanted back plate, which also had specific inner scatterer pattern on it, to a conventional LGP. We observed the variation in the uniformity due to changes in the slope of the plate. We also observed the effect of scatterers on the uniformity for the same slope. The results revealed that the scatterer pattern inscribed on the plate provided better performance in terms of the uniformity. Improvement of 12%, 5% and 11%were achieved when the slope was changed to 3˚, 5˚ and 7˚, respectively. The slope variations between 3˚ and 7˚ could be good candidates for experimental implementation. 본 연구는 도광판의 휘도 균일도를 향상시키고자 산란 패턴판을 가지는도광판 후면이 특정한 기울기를 가지도록 설계하여 전산모사를수행하였다. 기존의 도광판은 광원에서 가까운 부분에만 휘도 분포가편중되어 휘도 균일도가 좋지 않은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을개선하기 위해 기존의 평면 산란 패턴판의 기울기에 변화를 주었으며그에 따른 휘도 균일도를 계산하였다. 산란 패턴의 효과를 확인하고자같은 기울기에서 산란 패턴의 유무에 따른 휘도 값의 차이를 비교분석하였다. 전산모사 결과 동일한 도광판 후면의 기울기에서 산란패턴을 부여했을 때가 산란 패턴이 없을 때보다 더 좋은 휘도 균일도를얻을 수 있었으며 도광판의 높이의 절반 이상인 3˚에서는 12%,5˚에서는 15%, 7˚에서는 11%의 균일도 향상을 확인할수 있었다.

플라스틱 광섬유 측면 발광 광원을 이용한 도광판의 성능 평가

이승석,마혜준,신용진,최은서 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.9

In this study, light emission induced from side illumination of a plastic optical fiber was used as a light source for a conventional liquid crystal display, and the feasibility of using the fiber as a light source for a display was demonstrated. Before experimental implementation, a specific pattern was made to extract light from the plastic optical fiber. Simulation results showed overall uniform light illumination at P-type, where P-4 presented the most uniform distribution. Also, the O-1 pattern among O-type patterns resulted in the highest illumination of 0.4358 cd/cm^2. Based on these results, some types of P-type patterns were implemented in the plastic optical fiber by using a CO_2 laser. The prepared laser-processed plastic optical fiber was applied to a light guide panel as a light source, and the light illumination performance of the light guide panel was measured. From the measurement results,the plastic optical fiber having a P-4 pattern provided the best uniform illumination 59% when it was used as the light source. The experimental results demonstrated that the plastic optical fiber could be applied as an alternative to a conventional light source for liquid crystal displays by adjusting the pattern distance and depth. 본 연구는 플라스틱 광섬유의 측면발광을 유도하여 방출되는 광을도광판에 광원으로 적용함으로써 기존 액정 디스플레이의 대안광원으로써의 가능성을 알아보고자 하였다. 실험에 앞서 플라스틱광섬유의 측면부분에 특정한 패턴을 일정한 간격으로 패턴을 생성하였다. 이 패턴은 코어 안에 전파되는 광을 광섬유 측면으로 유도하기 위한것으로 이 상황을 전산모사를 통해서 예측해 보았다. 그 결과 전체적으로균일한 휘도분포를 P-타입에서 볼 수 있었으며 특히 P-4에서 가장 균일한휘도분포를 얻을 수 있었다. 또한 O-타입 중에서는 O-1에서 가장 높은휘도값(0.4358 cd/cm^2)을 얻을 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로P-타입 일부를 CO_2레이저를 이용하여 플라스틱 광섬유에 직접가공하였다. 이렇게 가공된 플라스틱 광섬유를 도광판에 광원으로적용하여 휘도 특성을 측정하였다. 측정결과 도광판에 적용한 P-4에서가장 균일한 휘도분포(59%)를 얻을 수 있었다. 본 실험을 통하여플라스틱 광섬유 광원의 발광 특성을 특정패턴의 간격과 깊이 조절을통해 제어가 가능함을 알 수 있었으며, 도광판 광원으로써의 가능성을확인할 수 있었다.

레이저 가공 산란패턴의 유형에 따른 도광판의 휘도 및 균일도 향상에 관한 전산모사

박소희,이승석,마혜준,최은서,신용진,Park, So-Hee,Lee, Seung-Suk,Ma, Hye-Joon,Choi, Eun-Seo,Shin, Yong-Jin 한국광학회 2010 한국광학회지 Vol.21 No.6

레이저로 가공된 평면산란패턴을 가지는 도광판은 도광판 상부로 방출되는 광이 광원과 가까운 부분에 편중되는 문제로 인해서 전체적인 휘도 분포가 균일하지 않은 문제점을 가지고 있었다. 이를 해결하기 위해 도광판 후면에 레이저를 이용하여 도광판 내부에서 특징적인 기울기를 가지는 산란패턴을 만듬으로써 도광판 상부로 방출되는 광의 균일도를 향상시키고자 하였다. 본 논문에서는 도광판 후면의 산란패턴을 간격과 가공 깊이를 다르게 조절하여 설계하고 이에 따른 도광판의 성능의 차이점을 가공전에 분석하고자 전산모사를 수행하였다. 본 논문에서 제안한 산란패턴을 가지는 도광판은 기존의 도광판의 휘도와 균일도에 비해 높은 향상을 가질 것으로 예상되는 바이다. Laser-induced scatterer patterns in a light guide panel(LGP) have provided partially concentrated light distribution, especially near the light entrance of the LGP. Additional treatments for enhancing performance of the LGP, such as gradually increased processing depth, were also developed, but minor improvement was observed in the fabricated LGP. To solve this problem, we designed a revised scatterer pattern to be inscribed into the LGP using different laser processing depths and different separation distances between patterns. Performance feasibility of the proposed pattern was analyzed with simulation before laser inscription in the LGP. The LGP inscribed with the proposed scatterer patterns contributes improvements in luminance and uniformity of the LGP.

투과형 디지털 홀로그래피 시스템을 이용한 ITO 박막의 결함 측정

정현일(H. I. Jung),신주엽(J. Y. Shin),마혜준(H. J. Ma),권익환(I. H. Kwon),정현철(H. C. Jung),홍정기(C. K. Hong),김경석(K. S. Kim) 한국정밀공학회 2014 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2014 No.10월

반사형 디지털 홀로그래피를 이용한 Molybdenum 박막의 손상 측정

김경석(Kyeong-Suk Kim),정현일(Hyun-Il Jung),신주엽(Ju-Yeop Shin),마혜준(Hye-Joon Ma),권익환(Ik-Hwan Kwon),양승필(Seung-Pill Yang),홍정기(Chung-Ki Hong),정현철(Hyun-Chul Jung) 한국비파괴검사학회 2015 한국비파괴검사학회지 Vol.35 No.2

전자제품에 필수적으로 사용되는 전자회로의 제작 시, 반도체 위에 증착하는 박막의 산화를 방지하기 위하여 molybdenum을 증착한다. Molybdenum 박막 증착 시 표면의 particle 또는 dust의 존재는 밀착력 감소 및 성능 저하, 수명 단축, 안전도 저하를 유발한다. 본 논문에서는 particle의 유무에 따른 molybdenum 박막 증착부의 변화를 보기 위하여, 두 가지 glass substrate를 대상으로 손상 측정 실험을 하였다. Sputtering 증착 기법으로 molybdenum이 glass substrate에 직접 코팅이 되는 clean과 dirty 두 종류의 molybdenum 박막을 제작하고, 손상 측정을 위해 반사형 디지털 홀로그래피를 구성하였다. 반사형 디지털 홀로그래피는 간섭계의 구성이 손쉽고 다양한 배율렌즈를 적용하여 측정영역에 다양성을 줄 수 있으며, 측정시간이 타 기법에 비해 짧다는 장점을 가진다. 실험 결과로부터 반사형 디지털 홀로그래피가 박막의 손상 및 결함 측정에 유용한 기술임을 확인하였다. In the fabrication of electronic circuits used in electronic products, molybdenum thin films are deposited on semiconductors to prevent oxidation. During the deposition, the presence of a particle or dust at the interface between the thin film and substrate causes the decrease of adhesion, performance, and life cycle. In this study, a damage measurement targeting two kinds of glass substrate, with and without particles, was performed in order to measure the change in the molybdenum thin film deposition area in the presence of a particle. Clean and dirty molybdenum thin film specimens were fabricated and directly deposited on a substrate using the sputtering method, and a reflection-type digital holographic interferometer was configured for measuring the damage. Reflection-type digital holography has several advantages; e.g., the configuration of the interferometer is simple, the measurement range can be varied depending on the magnification of a microscopic lens, and the measuring time is short. The results confirm that reflection-type digital holography is useful for the measurement of the damage and defects of thin films.