다중모드 간섭현상을 이용한 1 × 16 마하젠더 스위치 개발

김성원,홍종균,이상선 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.5

본 논문에서는 실리카 기반의 다중모드 간섭기를 이용하여 적은 초과손실을 갖는 1×16 마하젠더 스위치에 대한 설계 및 측정결과 에 대하여 논하였다. 제작된 1×16 마하젠더 스위치는 마하젠더 간섭계(Mach-Zehnder Interferometer, MZI) 구조를 갖는 2×2 열광학 스위치를 단위소자로 하였으며, 15개의 단위소자를 이용하여 4단(stage)으로 구성하였다. 먼저 광분배기와 2×2 MZI 열광학 스위치 등의 개별적인 특성을 파악하였고, 그 결과를 전체 소자의 설계에 적용함으로써 보다 좋은 성능을 얻을 수 있었다. 제작된 다중모드 간섭기를 이용한 MZI 구조의 단위스위치 당 초과손실은 최소 -0.5dB로 측정되었다.

Cr4+ : YAG 레이저에서 열 렌즈 효과에 따른 공진기의 안정영역과 빔 허리 및 비점수차의 보상

이봉연 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.5

Brewster 각으로 양면이 가공된 Cr4+ :YAG 결정이 장치된 Z자형 공진기의 안정영역에 대하여 열 렌즈 효과를 고려하지 않았을 때와,고려하였을 때의 경계값의 해석적 해를 구하였다.또한 수차 변환 행렬들을 사용하여 공진기의 안정성, 빔 허리, 그리고 비점수 차 보상에 대한 열 렌즈 효과가 미치는 영향도 알아보았다. 결정이 오목거울 사이의 중간 위치에 놓이고, 오목거울과 반사거울 및 출력거울의 거리가 같을 때에는 공진기의 안정영역에 미치는 열 렌즈 효과의 영향은 적으나, 빔 허리는 반사거울에서 구결면보다 자오면에서의 영향이 더 크므로 열 렌즈 효과가 있을 때의 비점수 차 보상은 더 어려워진다.이러한 결과는Kerr 렌즈 모드 잠금에서도 열 렌즈 효과가 고려되어야 함을 보인다.

아세칠렌가스(¹³C₂H₂)분자의 흡수선을 이용한 기준 광신호 및 광섬유 파브리 - 페로 필터에 의한 등간격 다중채널의 안정화

이현재(Hyunjae Lee),류갑열(G.Y.Lyu),이동호(D.H.Lee),박창수(C.S.Park) 한국광학회 1997 한국광학회지 Vol.8 No.1

¹³C₂H₂ 분자의 빛살 흡수선 중 분산천이 광섬유의 영분산 파장에 가까운 1549.49 ㎚ 파장의 흡수선에 DFB-LD(distributed feedback laser diode)의 주파수를 안정화 시켰다. 이 주파수 안정화된 DFB-LD와 광섬유 파브리-페로 필터의 투과 및 반사특성을 이용하여 광섬유 파브리-페로 필터의 중심주파수를 안정화시켰다. 자유분광너비(free spectral range)가 100 ㎓인 안정화된 광섬유 파브리-페로 필터의 공진 조건에 파장이 다른 3개의 DFB-LD 빛살을 투과시켜 DFB-LD들을 안정화시킴으로써 주파수분할 다중을 하였다. 또한 레이저를 디더링(dithering) 방법으로 안정화시켰을 때 디더링 전류에 따른 레이저의 선폭변화는 600 ㎒/㎃였다. Using one of the absorption lines of ¹³C₂H₂ molecules near the zero dispersion wavelength(1549.49㎚) of dispersion shifted fiber, we stabilized center frequency of an optical fiber Fabry-Perot filter. The free spectral range of the filter is 100 ㎓ for 100 ㎓ channel allocation. For equi-spaced three channel multiplexing, channel locking of three DFB-LDs to transmission peaks of the fiber Fabry-Perot filter was tried. To investigate the effect of dithering current applied to each DFB-LD, the change of DFB-LD linewidth was measured.

Er³+ 첨가 중금속 산화물 유리의 다중포논 완화와 주파수 상향 전이 현상

최용규(Yong Gyu Choi),김경헌(Kyong Hon Kim),허종(Jong Heo) 한국광학회 1998 한국광학회지 Vol.9 No.4

Er₂O₃를 첨가한 PbO-Bi₂O₃-Ga₂O₃ 삼성분계 중금속 산화물 유리로부터 발생하는 1.5㎛와 2.7㎛ 등의 형광에 대하여 복사 천이율, 형광 수명, 흡수 및 유도 방출 단면적 등을 조사하였다. 중금속 산화물 유리의 낮은 포논 에너지 (~500㎝-¹)로 인하여 기존 산화물 유리로부터 관찰할 수 없었던 형광들의 양자 효율이 크게 높아졌으며 방출 단면적도 증가하였다. 한편, 798㎚ 여기광의 상향 전이를 통한 녹색과 적색의 형광이 방출됨을 확인하였고, 각 에너지 준위의 형광 수명을 이용하여 다중포논 완화(multiphonon relaxation)를 정량적으로 규명하였다. Er³+: ⁴S_(3/2) → ⁴I_(15/2) 천이에 의한 녹색 형광은 기지 유리 (host glass)의 밴드 갭(band gap) 흡수에 의한 비복사 천이의 영향을 받으므로 이 형광의 양자 효율을 높이기 위해서는 유리를 불활성 기체 분위기에서 용융하거나 자외선쪽 투과단이 짧은 유리 망목 형성제 (glass-network former)가 첨가된 기지 조성을 선택하는 것이 바람직하다. Ternary heavy metal oxide glasses in the PbO-Bi₂O₃-Ga₂O₃ system doped with Er₂O₃ were prepared and their spectroscopic properties, such as radiative transition probability, calculated and measured radiative lifetimes and cross-sections of 1.5㎛ and 2.7㎛ emissions were analyzed. Enhanced quantum efficiencies of some electronic transitions were evident mainly because of the low vibrational phonon energy (~500㎝-¹) inherent in the host glasses. This seems to be the main reason for obtaining the 2.7㎛ luminescence which is normally quenched in the conventional oxide glasses. In addition, green and red fluorescence emissions were observed through the frequency upconversion processes of the 798㎚ excitation. Non-radiative transition due to the multiphonon relaxation is a dominant lifetime-shortening mechanism in the 4f-4f transitions in Er³+ ion except for the ⁴S_(3/2) → ⁴I_(15/2) transition where a non-radiative transfer to band-gap excitation of the host glasses is dominant. Melting of glasses under an inert gas atmosphere and (or) addition of the typical glass-network former into glasses is necessary in order to enhance the quantum efficiency of the transition.

TSSG 법으로 육성한 LiB₃O5 단결정의 제2조화파 발생 특성

권택용(T. Y. Kwon),오학태(H. T. Oh),주정진(J. J. Ju),백현호(H. H. Baek),김정남(J. N. Kim),윤수인(S. I. Yun) 한국광학회 1994 한국광학회지 Vol.5 No.1

이 연구에서는 TSSG 법으로 육성한 LiB₃O_5(LBO) 단결정의 1064 ㎚ 광에 대한 type Ⅰ 및 type Ⅱ 제 2 조화파 발생(SHG) 특성을 조사하였다. Type Ⅰ SHG의 위상정합각은 θm=90°, φm=11.6°였고 angular acceptance bandwidth는 각각 δθintL½=3.3°-㎝½, θφintL=0.27° -㎝로 측정되었다. Type Ⅱ SHG의 위상정합각은 θm=20°, φm=90° 였고 angular acceptance bandwidth는 각각 δθintL=0.65° -㎝, δφintL½=35° -㎝½로 측정되었다. Type Ⅰ NCPM SHG 온도는 149℃였고 temperature bandwidth ΔTL은 4.8℃ -㎝였다. Nd:YAG 레이저의 peak power 가 171 MW/㎠일때 두께가 2.6 ㎜인 LBO 결정의 SHG 변환효율은 약 1.8%였고, 이차 비선형 계수 d₃₂는 약 0.74±0.05 pm/V로 측정되었다. The characteristics of the type Ⅰ and type Ⅱ SHG in LiB₃O_5 crystals grown by TSSG method have been investigated using 1064 ㎚ beam from a Q-switched Nd:YAG laser. The measured phase matching angles and angular acceptance bandwidths were θm=90°. φm=11.6°, δθintL½=3.3°-㎝½. δφintL=0.27°-㎝ for type Ⅰ SHG and θm=20°, φm=90°, δθintL=0.65°-㎝, δφintL½=3.5°-㎝½ for type Ⅱ SHG, respectively. The type Ⅰ NCPM temperature of 1064 ㎚ beam was found to be 149℃ with the temperature bandwidth ΔTL of 4.8℃ -㎝. An energy conversion efficiency of about 1.8% with 2.6 ㎜ thick LBO crystal at an incident power of 171 MW/㎠ was demonstrated. The measured d₃₂ was 0.74±0.05 pm/V.

LiNbO₃: MgO 결정에서 광굴절 격자의 회절 특성

이재철(Jaichul Yi),장지웅(Chi-Ung Chang),김준태(Juntae Kim),신승호(Seung-Ho Shin) 한국광학회 1999 한국광학회지 Vol.10 No.5

4% 몰의 MgO가 도핑된 광굴절 LiNbO₃결정에 기록된 광굴절 격자의 회절 효율과 응답시간을 측정하였다. 이 실험에는 고출력 펄스 Nd:YAG 레이저(Q-switch mode, λ=532 ㎚)와 연속 발진 아르곤 이온 레이저(λ=514.5 ㎚)가 사용되었다. 두 종류의 레이저 광속에 대한 실험에서 광학계의 배열을 동일하게 하고 2광파 혼합 조건에서 레이저 광속의 세기를 1.6~100W/㎠까지 변화시켜가며 최대 회절 효율과 기록 및 소거시의 응답시간을 측정하였다. 두 실험에서 얻은 결과를 비교하고 분석하였다. We present the measurement of the diffraction efficiency and response time of the photorefractive grating recorded in LiNbO₃photorefractive crystal doped with 4%-mole MgO. Two laser sources were used in the experiments; frequency-doubled Q-switched Nd:YAG laser (λ=532 ㎚) and cw Ar-ion laser (λ=514.5 ㎚). The same optical geometry was also used in both experiments in order to maintain the experimental consistency. Using the two-wave mixing scheme in both experiments we measured the maximum diffraction efficiency in the range of beam intensity of 1.6~100 W/㎠, and the response times for both cases of recording and erasing. Two sets of results obtained from the experiments are compared and analyzed.

펄스형 Nd:YAG 레이저의 출력특성과 이득계수 측정

박대윤 한국광학회 1999 한국광학회지 Vol.10 No.1

국재에서 성장 가공시킨 Nd:YAG 결정을 사용한 발진기를 설계제작하였다. 이로부터 발진동작, Q-스위칭, 출력광속의 위상파면 등을 조사하였으며, 다음으로 단일 경로 이득을 측정하였다. 츨력경의 반사율의 변화에 따르는 문턱 입력에너지를 결정하고 이로부터 단일 경로 이득을 계산하였다. 한편 레이저와 발진기 증폭기를 사용하는 보편적인 방법에 의하여 단일 경로 이득을 측정하여 비교 검증하였다. Q-스위칭 레이칭 레이저 최대출력은 1.5MW이고, 펄스폭은 30ns이었으며, 문턱 에너지에서 이득은 0.0958 cm-1 이었다. 실험과정에서 똑같은 사양의 외국산 Nd:YAG 결정에 의한 비교실험을 동시에 수행하였으며, 이로부터 국산 레이저 Nd3+:YAG결정의 레이저 발진 특성이 우수함을 확신할 수 있었다. We established the laser oscillator using Nd:YAG crystal grown at Ssang Yong company in Korea and investigated the characteristics of oscillation, Q-switching and wave front of output beam. We measured the single pass gain by controlling the threshold input energy with two output couplers of different output reflectances. Moreover, we compared the gain measured by different output couplers with the gain directly measured by the laser amplifier. The peak power of Q-switching, the pulse width, and the single pass gain coefficient at the threshold energy were 1.5 MW, 30ns, and 0.0958 cm-$^1$ respectively and they were compared with those of the commercial Nd:YAG crystal. Our crystal was proved to be as good as the commercial crystal.

미소 교류 자기장 측정을 위한 Mach-Zehnder 광섬유 간섭계 자기센서 특성분석

김대연,안준태,공홍진,김병윤 한국광학회 1991 한국광학회지 Vol.2 No.3

A fiber-optic magnetic sensor system for the detection of small ac magnetic field(200Hz-2 kHz) was constructed. Magnetic field sensing part was fabricated by bonding a section of optical fiber to amorphous metallic glass(2605SC) having large magnetostriction effect. And with the directional coupler, all fiber type Mach-Zehnder interferometer was constructed to measure the variation of the external magnetic field by translating it into the optical phase shift in the interferometer. The signal fading problem of the interferometer, which is due to random phase drifts originated from the environment, i.e., temperature fluctuation, vibrations, etc., was elliminated by feedback phase compensation. This allows the sensitivity to be maintained at the maximum by keeping the interferometer in quadrature phase condition. The frequency response of metallic glass was found to be nearly flat in the range of 90 Hz-2 kHz and dc bias field for the maximum ac response was 3.5 Oe. The interferometer output showed good linearity over the range $\pm$0.5 Oe. For 1 kHz ac magnetic field the scale factor S and the minimum detectable magnetic field were measured to be 8.0 rad/Oe and $3X10^{-6} Oe/\sqrt{Hz}$at 1 Hz detection bandwidth respectively. 광섬유를 사용하여 미소 교류자기장 (200Hz-2kHz) 감지를 위한 광섬유 간섭계 자기센서시스템을 구성하였다. 자왜효과(magnetostriction effect)가 큰 비정질 metallic glass(2605SC)를 광섬유에 부착하여 자기장 감지부를 제작하고 방향성 결합기 metallic glass(2605SC)를 광섬유에 부착하여 자기장 감지부를 제작하고 방향성 결합기(directional coupler)를 사용한 광섬유 일체식(all-fiber type)으로 Mach-Zehnder 간섭계를 구성하여 외부 자기장의 변화를 간섭계의 위상변화로 변환시켜 그 크기를 측정하였다. 온도변화, 진동 등 주위환경에서 오는 불규칙한 신호에 의한 간섭계의 신호소멸(signal fading) 문제는 능동 위상추적방법(active phase tracking method)으로 간섭계의 기준 광통로(reference arm)에 위치한 위상 변조기에 보상신호를 되먹임으로써, 직각조건(quadrature condition)을 이루어 안정시켰다. 측정 결과 metallic glass의 주파수 반응특성은 900Hz-2kHz 대역에서 거의 비슷한 경향을 보였으며 최대 감도를 나타내는 직류 바이어스 자기장은 3.5 Oe 였다. 미소 교류자기장에 대한 간섭계의 출력은 $\pm$0.5 Oe 범위 안에서 좋은 선형성을 보였다. 1 kHz 교류자기장에 대한 scale factor S는 8.0 rad/Oe 이었으며 최소감지자기장은 $3X10^{-6} Oe/\sqrt{Hz}$(1Hz detection bandwidth)이었다.

Deep UV 마이크로 리소그라피를 위한 새로운 4-반사경 광학계에 관한 수차해석

김종태,이상수 한국광학회 1993 한국광학회지 Vol.4 No.1

축소배율(5$\times$)을 갖고, Seidel 1차 수차중 4개의 비축수차인 코마(coma), 비점수차(astigmatism), 상면만곡(field curvature) 그리고 왜곡수차(distortion)가 제거된 마이크로 리소그라피를 위한 4-구면 반사경 광학계를 해석적으로 구하였다. 이때, $t=d_1+d_2+d_3$<0, (di는 반사거울 $c_i$와 $c_{i+1}$ 사이의 거리)이고, 축상 수차인 구면수차와 잔류고차수차는 반사거울 $c_3$와 $c_4$를 비구면화 하므로서 제거하였다. 이렇게 설계된 4-반사경 광학계의 N.A.는 0.4로서 Rayleigh분해능은 0.38 $\mu\textrm{m}$이다. A design of four-mirror optical system with reduction magnification 5X for deep UV ($\lambda$=248 nm of KrF excimer laser) submicron lithography is presented. Initially by using the paraxial quantities, the domain of solution for $t=d_1+d_2+d_3$<0 (d;: distance between the mirror $c_i$ and $c_{i+1}$ is found for the system which is free from the four off-axial Seidel first order aberrations that are coma, astigmatism, field curvature, and distortion. The solution with $d_5$=2.95 (normalized with respect to $c_i$= -1) is choosen and the aspherization is carried out to the spherical mirror surfaces ($c_3$ and $c_4$ in order to reduce the axial and residual off-axial higher order aberrations. The numerical aperture of the final system is as large as 0.4, which gives Rayleigh resolution of 0.38 $\mu\textrm{m}$.

직교화와 SVD를 도입한 광학설계의 최적화기법에 대한 연구

김기태 한국광학회 1993 한국광학회지 Vol.4 No.4

설계변수의 직교화와 SVD(singular value decomposition)를 최적화에 도입하고, 이를 double-Gauss형 사진렌즈계에 적용시켜 최적화의 수렴성과 안정성을 일반적인 최소자승법, 감쇠최소자승법의 경우와 비교하였다. 최적화에서 정규방정식의 조건수(고유값의 최대, 최소값의 비)가 최적화의 불안정성과 밀접한 관련이 있다는 것은 이미 알려져 있다. 본 연구에는 SVD를 도입하여 조건수를 제한하여 본 결과 최적화의 안정성이 매우 증진 되었으며, 감쇠최소자승법에서 적은 감쇠항을 주고 직교화와 SVD를 적용시킨 경우가 가장 빠르고 안정하게 수렴하였다. 이것은 변수의 직교화와 SVD가 감쇠최소자승법에서 적은 감쇠항을 줄 때 생기는 불안정성을 잘 극복하고 있음을 나타내고 있다. An optimization technique with variable orthogonalization and SVD(singular value decomposition) is examined in a double-Gauss type photographic lens design and its convergence and stability are compared with ordinary least squares and DLS(damped least squares) method. It is known that there are close relationship between the stability of optimization and condition number of nomal equation, the ratio between maximum and minimum of eigenvalues. In this study, the stability is greatly improved by limiting the condition number, the SVD, as expeded. The case of DLS with small damping, orthogonalization and SVD shows the most rapid convergence and stability. It means that the unstability of DLS method with small damping is overcome by using the variable orthogonalization and SVD.