나노임프린팅 기술을 이용한 유연성 브래그 반사 광도파로 소자

김경조,이정아,오민철,Kim, Kyung-Jo,Yi, Jeong-Ah,Oh, Min-Cheol 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.2

저가의 소자 개발이 가능한 나노임프린팅 공정을 도입하여 510 nm 주기의 브래그 격자 구조를 가지는 폴리머 광도파로 소자를 제작하였다. 폴리머 격자 광소자의 온도 의존성을 감소시키기 위한 방법으로 플라스틱 박막으로 이루어진 유연성 기판상에 브래그 격자를 제작하는 것이 필요하다. 임프린팅 공정을 손쉽게 수행하기 위한 광도파로 구조를 채택하였으며, 코아와 클래딩의 굴절률이 각각 1.540, 1.430인 폴리머를 이용하여 코아 두께가 $3{\mu}m$인 단일모드 광도파로 구조를 얻을 수 있었다. 유연성 기판 브래그 격자 광도파로 소자의 특성을 Si기판 브래그 격자 광도파로 소자와 비교하여 관측한 결과, 유연성 기판 도입에 따른 브래그 반사 소자의 성능 저하는 나타나지 않았다. Bragg reflecting waveguide devices have been fabricated on a flexible polymer substrate utilizing a post lift-off process which could Provide excellent uniformity of grating Patterns on Plastic film. The 510 m Period Bragg grating pattern is made by two methods. In the first sample the grating is fabricated by exposing the laser interference pattern on a photoresist, and then it is inscribed by $O_2$ plasma etching. The grating pattern of the second sample is formed by a PDMS soft mold imprinting process. The selective adhesion property of SU-8 material for Au and Si surfaces is utilized to prepare a 100-mm thick plastic substrate. Single mode waveguide is fabricated on the plastic substrate using polymer materials with refractive indices of 1.540 and 1.430 for the core and the cladding layers, respectively. The Bragg grating on Plastic substrate does not show any degradation in its spectral response compared to the reference sample made on a silicon wafer.

반응성 메조겐을 이용한 폴리머 광도파로 편광 변환기

도현수,추우성,오민철,Do, Hyun-Soo,Chu, Woo-Sung,Oh, Min-Cheol 한국광학회 2011 한국광학회지 Vol.22 No.5

광도파로에 일체형으로 제작 가능한 편광 변환기는 다양한 기능의 광집적회로를 구성하기 위한 필수적인 부품이다. 반응성 메조겐은 액정디스플레이의 파장판 제작을 위하여 널리 사용되는 재료이며, 본 연구에서는 반응성 메조겐과 폴리머 광도파로를 이용하여 집적형 편광 변환기를 제작하였다. 반응성 메조겐과 액정을 혼합한 용액을 광도파로에 직교하게 형성된 홈에 삽입하고 전계를 인가하여 액정 분자를 특정 방향으로 정렬 한 뒤 UV 를 조사하여 RM 분자를 경화시켜주면 광도파로를 가로지르는 파장판을 형성할 수 있다. 파장판의 특성은 두께를 결정짓는 홈의 폭과 액정 분자의 정렬 상태 및 복굴절 크기에 의해 결정된다. 폴리머 광도파로의 중앙에 제작된 편광변환기는 1550 nm 파장에서 편광변환효율이 90 %에 이르게 됨을 확인하였다. Integrated optical waveguide polarization converters are among the essential components for constructing various functional optical integrated circuits. The RM materials have been widely used in liquid crystal displays for fabricating waveplates. In this work, the polarization converters are fabricated by using a solution of Reactive Mesogen(RM) dissolved in liquid crystal(LC). In the middle of the polymer waveguide, a groove is defined by an oxygen plasma etching in a direction perpendicular to the optical waveguide. The solution of RM-LC is inserted to fill up the groove, and then liquid crystal is aligned in a certain direction by applying an electric field. After the alignment, RM materal is crosslinked by UV light so as to form a permanent waveplate. The phase retardation of the waveplate is determined by the width of the groove, and by the birefringence and the degree of alignment of the LC. Polarization conversion efficiency of 90% is obtained for the wavelength of 1550 nm.

도파로 어레이 격자를 이용한 광섬유 브래그 스트레인 센서의 반사파장 신호 복원 기술

서준규,김경조,오민철,이상민,김영제,김명현,Seo, Jun-Kyu,Kim, Kyung-Jo,Oh, Min-Cheol,Lee, Sang-Min,Kim, Young-Jae,Kim, Myung-Hyun 한국광학회 2008 한국광학회지 Vol.19 No.1

광섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating: FBG)를 이용한 스트레인 센서는 출력 값으로 브래그 반사 파장의 변화를 제공하게 된다. 본 논문에서는 브래그 격자 스트레인 센서에서 출력되는 빛을 도파로 어레이 격자(arrayed waveguide grating: AWG)에 입력시켜서 파장의 변화를 측정하는 방법을 제안한다. FBG에 스트레인이 가해지게 되면 브래그 반사 파장이 이동하게 되어 AWG를 지나서 출력되는 채널별 광 파워가 변하게 되며, 이 값들의 조합으로 구해지는 centroid 값을 계산하면 브래그 반사 파장과 인가된 스트레인 값을 얻을 수 있다. 브래그 격자의 반사 스펙트럼의 대역폭이 centroid 값에 미치는 영향을 고려하여 3-dB 대역폭이 5.4 nm인 chirped FBG를 사용하였으며, 저항 측정방식의 기존 스트레인 센서와 비교하여 오차범위가 2% 이내인 결과를 확인 하였다. FBG 센서를 외팔보에 부착하여 진동에 따른 스트레인 값을 실시간으로 측정한 결과 진동 주파수 17.8 Hz, damping 시상수 0.96 초를 얻을 수 있었다. Fiber-optic strain sensors based on Bragg reflection gratings produce the change of reflection spectrum when an external stress is applied on the sensor. To measure the Bragg reflection wavelength in high speed, an arrayed waveguide grating device is incorporated in this work. By monitoring the output power from each channel of the AWG, the peak wavelength corresponding to the applied strain could be obtained. To enhance the accuracy of the AWG wavelength interrogation system, a chirped fiber Bragg grating with a 3-dB bandwith of 5.4 nm is utilized. The high-speed response of the proposed system is demonstrated by measuring a fast varying strain produced by the damped oscillation of a cantilever. An oscillation frequency of 17.8 Hz and a damping time constant of 0.96 second are obtained in this measurement.

폴리머 광도파로 브래그 격자 기반의 근적외선 레이저

김경조,손남선,김준휘,오민철,Kim, Kyung-Jo,Son, Nam-Seon,Kim, Jun-Whee,Oh, Min-Cheol 한국광학회 2011 한국광학회지 Vol.22 No.4

근적외선 대역에서 동작 가능한 가변파장레이저 구현을 위하여 브래그 격자와 반도체 광증폭기로 구성된 외부 공진기 형태의 레이저를 제작하였다. 폴리머 광도파로는 굴절률이 1.462, 1.435 인 ZPU 폴리머를 이용하여 제작되었다. 근적외선 파장에서 반사를 일으키는 브래그 격자의 제작을 위해서는 주기가 875 nm 로서 비교적 크고 제작이 손쉬운 3차 브래그 격자를 이용하였다. 폴리머 광도파로 브래그 반사기를 이용하여 제작된 근적외선 외부공진 레이저는 850 nm 파장에서 0 dBm의 출력 파워와 0.2 nm의 20-dB bandwidth, 40 dB 이상의 Side Mode Suppression Ratio을 가지는 단일 모드 레이저 특성을 보였다. An external cavity laser operating at near infrared wavelength is demonstrated by incorporating polymer waveguide Bragg reflectors. 3rd order Bragg grating and oversized rip waveguide structure were designed by using the effective index method and the transmission matrix method. The polymer waveguide was fabricated using polymer materials with refractive indices of 1.462 and 1.435 for the core and the cladding layers, respectively. The external feedback laser with 875-nm Bragg grating exhibits single mode lasing located at 850-nm wavelength with an output power of 0 dBm, a 20-dB bandwidth of 0.2 nm and a side mode suppression ratio of 40 dB.

고굴절률 불화폴리이미드를 이용한 광도파로 위상변조기 제작 및 특성 분석

이은수,천권욱,진진웅,오민철,Lee, Eun-Su,Chun, Kwon-Wook,Jin, Jinung,Oh, Min-Cheol 한국광학회 2021 한국광학회지 Vol.32 No.4

Fluorinated polyimide has excellent light transmittance and a high optical refractive index, and is useful for producing optical-waveguide phase modulators with low optical loss and low electric power consumption. In this work, an optical-waveguide phase modulator is designed and fabricated based on a high-refractive-index fluorinated polyimide, and its characteristics are measured. An efficient protocol for characterizing the loss components of the optical waveguide is proposed, and the propagation loss of the fabricated polyimide optical waveguide is confirmed to be 0.9 dB/cm. The phase modulator requires 9.1 mW of power for phase change of π, and the response time is 290 μs, which is improved by tenfold compared to a previous demonstration of polymeric phase modulators. 불화폴리이미드는 우수한 광투과율과 광학적 굴절률이 높은 특징을 가지며 이를 이용하여 제작된 폴리머 광도파로 위상변조기는 광손실이 작고 저전력으로 안정적인 위상제어가 가능하게 된다. 본 논문에서는 고굴절률 불화폴리이미드를 이용하여 광도파로 위상변조기를 설계하고 제작하여 특성을 분석하였다. 광도파로를 제작하여 손실을 측정하기에 효율적인 새로운 방법을 제시하였고, 제작된 폴리이미드 광도파로의 전파손실은 0.9 dB/cm로 확인되었다. 위상변조기는 π 위상변화를 위해 9.1 mW의 전력을 필요로 하였으며, 기존 폴리머 위상변조기 대비 응답속도가 10배 정도 향상된 290 μs 정도의 응답시간을 가지는 것을 확인하였다.

마이크로 렌즈 어레이와 회절격자 레지스트 패턴을 이용한 유기광원(OLED)의 광 추출 효율 향상

장지향,김경조,김진헌,오민철,Jang, Ji-Hyang,Kim, Kyung-Jo,Kim, Jin-Hun,Oh, Min-Cheol 한국광학회 2007 한국광학회지 Vol.18 No.6

OLED 소자는 유리기판과 공기 층의 경계면에서 발생하는 전반사와 ITO-유기층으로 형성되는 광도파로를 따라 진행하는 도파모드 결합으로 인해 내부에서 생성된 빛의 80% 이상이 외부로 추출되지 못하게 된다. 본 연구에서는 마이크로 렌즈 어레이와 회절격자 레지스트 층을 이용하여 소자 내부에서 손실되는 빛을 외부로 추출시킴으로써 OLED의 발광효율을 향상시킨다. 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 유리기판-공기 전반사로 인해 내부에 갇히는 빛을 외부로 출력시키고, ITO 와 유기물 사이에 회절격자 레지스트 층을 삽입하여 ITO-유기층 광도파로에 갇힌 빛들을 수직방향으로 추출될 수 있도록 하였다. 제작된 OLED 소자에 전류밀도 $20mA/cm^2$를 인가한 경우, 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 OLED에서 22%의 효율 개선을 얻었고, 회절격자 레지스트 층을 가지는 OLED 의 경우 41%의 효율개선을 얻을 수 있었다. Outcoupling efficiency of the OLED device is improved by incorporating both a microlens array and a diffractive grating pattern. The microlens array improves the light transmission at the interface of glass and air, and the diffractive grating outcouples the guided mode propagating at the waveguide, which consists of ITO and organic layers. By using the PDMS soft mold imprinting method, the microlens array is fabricated on the glass substrate. The diffractive grating pattern is directly fabricated on the ITO surface by using laser interferometry. A microlens array with a diameter of $10{\mu}m$ improves the light coupling efficiency by 22%. The diffractive grating made of TSMR photoresist enhances the luminance power efficiency by 41% at a current density of $20mA/cm^2$.

대형 립 폴리머 광도파로 브래그 격자를 이용한 두 파장 레이저

성치훈,김준휘,신진수,오민철,Sung, Chi-Hun,Kim, Jun-Whee,Shin, Jin-Soo,Oh, Min-Cheol 한국광학회 2014 한국광학회지 Vol.25 No.1

두 파장 레이저를 구현하기 위해서 폴리머 광도파로 브래그 격자와 초발광 LED로 구성된 외부 공진 구조의 레이저를 제작하였다. 대형 립(oversized rib) 구조의 광도파로와 폴리머 광도파로 브래그 격자는 각각 유효굴절률법과 전송행렬법을 이용하여 설계하였으며, 서로 다른 격자 주기를 가지는 폴리머 광도파로 브래그 격자는 이중 노광 레이저 간섭법을 이용하여 제작하였다. 브래그 격자의 반사율 변화에 따른 외부 공진 레이저의 특성을 보기 위해 2 mm의 고정된 길이를 가지며 537 nm의 주기를 갖는 브래그 격자와 0.5 mm에서 6 mm까지 여러 가지 길이를 가지며 540 nm의 주기를 갖는 브래그 격자를 제작하였다. 격자 주기가 537 nm와 540 nm인 브래그 격자의 길이가 각각 2 mm와 2.2 mm일 때 제작된 두 파장 레이저는 1554 nm 파장과 1564 nm 파장에서 0 dBm에 가까운 출력 파워를 보이며, 45 dB이상의 SMSR(side mode suppression ratio)와 0.2 nm의 20-dB 대역폭 특성을 가짐을 확인하였다. An external cavity laser supporting two wavelengths is demonstrated by incorporating polymer waveguide Bragg reflectors and a superluminescent light-emitting diode. An oversized rib waveguide structure and Bragg gratings are designed by using the effective-index and transmission-matrix methods. Bragg gratings with different periods are inscribed on a polymer waveguide through double-exposure laser interferometry. In order to tune the cavity loss affected by the reflectivity of Bragg gratings, a Bragg reflectors with varying length is incorporated. Two-wavelength-mode lasing is achieved for the device consisting of 2-mm long, 537-nm period gratings and 2.2-mm long, 540-nm period gratings; the lasing wavelengths are 1554 nm and 1564 nm, with an output power close to 0 dBm, a 20-dB bandwidth of 0.2 nm, and a side-mode suppression ratio of 45 dB.

협대역 고반사 파장 필터 구현을 위한 폴리머 광도파로 에포다이즈드 격자

이원준,황광호,신진수,오민철,Lee, Won-Jun,Huang, Guanghao,Shin, Jin-Soo,Oh, Min-Cheol 한국광학회 2015 한국광학회지 Vol.26 No.4

파장 투과 대역폭이 좁으면서도 반사율이 높은 파장 필터를 구현하기 위해서 격자의 반사율이 진행 방향을 따라 서서히 변하는 구조의 에포다이즈드 격자 구조를 폴리머 광도파로와 함께 제작하였다. 격자로 인한 유효 굴절률 변화가 $5{\times}10^{-4}$인 경우에 대하여 에포다이즈드 격자의 길이에 따른 반사율 변화를 설계하였으며 길이가 15 mm 이상이 되는 경우에 반사율이 99%에 도달함을 확인하였다. 길이가 서로 다른 여러 개의 격자를 제작하여 반사율, 3-dB 대역폭, 20-dB 대역폭을 측정하였으며, 격자 길이가 18 mm인 소자에서 95%의 반사율을 얻을 수 있었고, 이때 3-dB 대역폭은 0.28 nm, 그리고 20-dB 대역폭은 0.70 nm의 특성을 가짐을 확인하였다. Wavelength filters are essential components for selecting a certain wavelength channel of a WDM optical communication system. To realize wavelength filters with narrow bandwidth and high reflectivity, an apodized grating structure with length of 15 mm and index modulation of $5{\times}10^{-4}$ was designed. The device exhibited a reflectivity of 95%, 3-dB bandwidth of 0.28 nm, and 20-dB bandwidth of 0.70 nm on an 18 mm grating length.

편광회전 반사간섭계를 이용한 광전류센서

장지향,추우성,김훈,서준규,김경조,김준휘,오민철,Jang, Ji-Hyang,Chu, Woo-Sung,Kim, Hoon,Seo, Jun-Kyu,Kim, Kyung-Jo,Kim, Jun-Whee,Oh, Min-Cheol 한국광학회 2010 한국광학회지 Vol.21 No.4

폴리머 광도파로를 기반으로 제작된 편광유지 3-dB 방향성 광분배기, 편광기, 위상 변조기 등의 광부품들을 이용하여 편광 회전 반사 간섭계형 광섬유 전류 센서를 제작하였다. 광섬유 전류센서를 위해 필요한 상기 광부품들을 개별적으로 설계 및 제작하여 특성을 확인하였으며, 전류 측정을 위해 사용되는 광섬유 센서 코일에서 발생되는 스트레인에 의한 복굴절을 제거하기 위하여 $850^{\circ}C$의 온도에서 24시간 동안 열처리를 실시하였다. 완성된 반사 간섭계형 광섬유 전류 센서를 이용하여 전선에 흐르는 전류의 크기를 측정하는 실험을 수행하였으며 전류의 양에 비례하는 안정적인 응답 특성을 확인하였다. Fiber optic current sensors based on polarization-rotated reflection interferometry are demonstrated by incorporating them into polymeric optical waveguide components, including polarization-maintaining 3-dB couplers, TE-pass waveguide polarizers, and thermooptic phase modulators. To remove the bending induced birefringence, optical fiber coil is annealed at $850^{\circ}C$ for 24 hours. The reflection interferometry comprising polymer waveguide devices exhibit a highly stable output signal corresponding to the flowing current.

OLED 효율 향상을 위한 마이크로렌즈 어레이

장지향(Ji-Hyang Jang),김선지(Sun-Ji Kim),오민철(Min-Cheol Oh) 제어로봇시스템학회 2006 제어로봇시스템학회 합동학술대회 논문집 Vol.2006 No.12