최근 광 격자구조나(photonic crystal) 표면 플라즈몬파(surface plasmon) 혹은 실리콘을 이용한 나노(nano) 스케일의 광 회로 시스템에 대한 연구가 활발한데, 이는 이미 한계에 다다른 전자회로속도의 한계를 극복하고 지금보다도 훨씬 작은 회로를 구성할 수 있는 이점이 있기 때문이다. 현재까지 보고된 바 있는 광 결합 시스템들은 그 크기가 나노 스케일의 광 회로 시스템에 비해 커서 광 결합 시스템으로서의 의미가 퇴색되고 있는데 본 논문에서는 매우 짧은 초점 거리를 가지며 매우 얇은 구조를 가지는 프레넬 렌즈를 이용한 광 결합 시스템을 제안하여 광 결합 시스템을 나노 스케일 광 회로 시스템과 비교할 수 있을 정도로 소형화 하는 방법을 모색하였다. 본 논문에서는 금 슬릿을 채용한 프레넬 렌즈를 제안하여 설계하고 그 구조를 이용해 2차원 전산모사를 수행하였다. 그 결과, 일반 프레넬 렌즈의 광 결합 효율이 약 43%인데 반해, 금 슬릿을 채용한 프레넬 렌즈의 광 결합 효율은 가장 효율적인 구조로 설계하였을 경우에 최대 약 65%의 광 결합 효율을 보인다. 일반 프레넬 렌즈에 비해 50% 이상의 광 결합 효율의 향상을 달성하였다.
본 논문에서는 방대한 양의 데이터를 전송하기 위한 고분자 광도파로를 기반으로 한 집적 평면형 다중모드 $1{\times}N$ 광 분배소자의 구조를 제안하였다. 두 개의 상이한 모양의 테이퍼 형 광도파로를 이용하여 광의 모드 변환 특성을 분석하고, 넓은 파장 영역에도 동작이 가능한 광분배기 구조를 설계하였다. 일반적인 광 분배기 구조는 Y-branch를 나열하는 형태와 Mach-Zehnder 및 커플러 형태로 제작되고 있으나, 분기부가 반복되면서 광 손실이 증가하는 문제가 있다. 해결 방안으로 본 연구에서 제안되는 구조는 Y-branch를 배열하지 않는 구조를 제안하여 분기부에 대한 손실을 줄이고, 출력단의 광의 세기가 균일하게 출력되는 해결방안을 제안하였다.
광자결정의 밴드갭이 크면서도 모든 편광방향에 대해 동일하게 설계될 수 있다면, 이러한 광밴드갭은 다양한 소자의 응용에 있어 보다 유용해 질 수 있다. 현재까지는 원형의 공기구멍으로 이루어진 삼각격자 구조가 가장 큰 광밴드갭을 갖는 것으로 알려져 왔으나, 본 논문에서는 각종 구조적 변화에 의한 밴드갭의 변화경향을 분석하고 체계화함에 따라, 모든 편광방향에 대해 광밴드갭이 동일하면서 가장 크게 되는 새로운 격자구조를 제안하였다. 이 구조의 광밴드갭 비율$(\Delta\omega/\omega)$은 기존의 삼각격자에 비해 약 $30\%$ 정도 증대된 것임을 확인하였다.
본 기술개발은 기존 태양추적기의 구조를 크게 변화시킬 수 있는 무선망 활용 태양추적기 개발에 관한 내용이다. 기존의 태양추적기는 태양광어레이에 스탠드얼론 시스템으로 부착되어 태양추적 및 관련 제어기능을 수행한다. 그러나 본 무선망활용 태양추적기는 PC와 태양광어레이가 지그비 무선망으로 연결되는 구조이다. 무선망을 활용함으로서 기존 태양추적기 대비 제어모듈의 역할이 매우 단순화되어 장치의 강건함, 내구성 및 경제성이 증가되는 효과가 있다. 무선망을 활용함으로서 태양광에레이 측은 무선데이터 송수신 기능과 모터제어 부분만 구현되어도 되며 나머지 기능들은 PC에서 처리해서 무선으로 태양광에레이 모듈에게 전달된다. 또한 고가의 센서 등도 PC에만 구현되고 필요한 데이터는 PC에서 처리하고 계산해서 무선으로 태양광어레이에게 전달하는 구조이다. 그리고 태양추적을 위한 정밀한 자동제어 알고리즘도 PC에서는 충분히 구현할 수 있으며 이를 수행한 후 필요 데이터를 태양광어레이 모듈에게 무선으로 전달한다. 본 기술개발 내용에 대한 시제품이 완성단계에 있으며 필드테스트 수행을 준비하고 있다.
본 논문에서는 광 상관기 (optical correlator) 에 의한 한글문자 분리 인식의 한 방법을 제안하였다. 효율적인 분리 인식을 위해서 병렬 나무 (tree) 구조로부터 입력 신호를 두 방향으로 병렬 처리하여 각 방향으로 자음과 모음을 따로 분리시켜 2단계 만에 인식한 뒤 이들을 위치에 따라 조합하여 문자 분리 인식하도록 하며, 아울러 이러한 병렬 나무구조의 각 단계에서 필터 합성시 MACE (minimum average correlation energy) 개념을 이용하여 광 상 관평면상에서 부엽의 문제를 줄이고, 실제 광 시스템에서 생길 수 있는 왜곡을 학습표본에 포함하여 광 상관기 시스템에 의한 실질적인 한글 문자의 왜곡에 무관한 분리인식을 하도록 하였다.
구조적 조명 기법은 그레이코드 패턴광을 물체에 투영시켜 정확하게 3차원 형상 정보를 복원 할 수 있는 방법이다. 그러나 물체에 투영되는 그레이코드 패턴광이 카메라에 정확하게 인식 되어야 보다 정밀하게 3차원 좌표를 추정할 수 있다. 즉, 주변광의 밝기가 패턴광의 밝기에 비해 무시할 수 없을 정도로 밝은 경우 카메라가 물체와 투영된 패턴을 정확히 인식하기 어렵다. 본 논문에서는 구조적 조명 기법이 주변의 밝기에 따라 제한적인 문제점을 해결하기 위해 High Dynamic Range Imaging (HDRI) 알고리즘을 적용시켜 보다 넓은 동적 범위의 밝기 영역에서 3차원 형상을 정확하게 복원하는 방법을 제안한다. 실험결과 HDRI를 이용하여 복원하였을 경우 그렇지 않은 경우에 비해 복원 정밀도가 크게 개선되는 것을 확인할 수 있다.
가입자망에서 통신 이용량이 매우 빠른 속도로 증가되고 있다. 수동적인 광 네트워크로 구현되는 가입자망은 광대역, 장거리 전송, 투명성의 특성을 갖는 네트워크로 설계할 수 있다. 특히 WDM과 WGR의 기술은 WDM-PON의 새로운 가입자망 구성을 가능하게 한다. 본 논문은 광 가입자망의 구성요소들을 결정하는 알고리즘을 제안하고 여러 구조들에 대한 비용을 분석하는 한편 생존성을 갖는 광 가입자망 구성 방안을 연구함으로써 경제적이고 신뢰성 있는 국내 광가입자망 구축 방향을 제시하고자 한다. 분석 결과에 의하면 여러 광가입자 구성 중에서 다중 성형 구조가 가장 경제적인 구조로 분석되었다.
광 평면 유전체 기판 위에 형성된 금속격자구조의 누설특성을 이용한 새로운 광 결합용 필터를 제안하였고, Bragg 조건들을 모드 전송선로 이론을 사용하여 정확하게 분석하였다. 수치해석 결과, 유전체격자구조로 구성된 기존의 DFB는 전송 모드들의 피드백특성에 기인한 차단대역을 형성하지만 금속격자구조는 누설파특성에 기인한 차단대역을 형성하는 것으로 나타났다. 결국, 누설파 필터특성을 적용한 광 결합용 필터는 LD나 광섬유와 같은 광통신용 소자들과 집적이 가능함을 보였다.
본 연구에서는 단일모드 사각형 링 공진기에 테이퍼-스텝 구조를 적용하여 단 방향 발진을 구현하였으며, 다양한 테이퍼-스텝 구조 변수를 갖는 소자를 제작하여 그 특성을 분석하였다. 소자는 InP기판을 기반으로 성장된 InGaAsP/InGaAs 다중 양자 우물구조의 반도체에 제작하였으며, 제작된 소자의 출력과 광 손실을 측정하였다. 이를 바탕으로 주어진 반도체 에피 구조와 단일모드 사각 링 공진기에서의 최적화된 구조 변수를 도출할 수 있었다.
양자점 감응형 태양전지는 염료감응형 태양전지와 비슷한 구조를 가지지만, 유기물 염료를 대신하여 무기물 양자점을 사용함으로서 기존 유기물 염료가 가지는 한계점을 극복할 수 있다. 양자점을 광감응 염료로 사용하는 경우 양자제한효과(quantum confinement effect)에 의해 양자점의 사이즈조절만으로 밴드갭을 조절할 수 있어 광학적 특성 조절이 용이하며, 유기물 염료보다 광흡수 능력도 뛰어나다. 더불어, 하나의 광자를 흡수하여 두개 이상의 전자-정공쌍을 만들 수 있는(multiple exciton generation) 가능성이 있어 기존 태양전지가 가지는 이론적 한계효율(Shockley-Queisser limit)을 뛰어넘을 수 있다. 본 연구에서는 고효율의 양자점 감응형 태양전지 개발을 위해, ZnO 나노선 구조에 CdS, CdSe 양자점을 증착한 CdSe/CdS/ZnO 나노선 헤테로구조를 수열합성법으로 합성하였다. 증착한 CdSe/CdS 양자점이 태양광의 가시광 전 영역을 흡수하여 전자-정공을 생성하며, 세 물질 간의 밴드구조를 통해 양자점에서 생성된 전자가 ZnO 나노선으로 포집되고, 바닥전극으로 직접연결이 되어있는 1차원의 나노선 구조를 통해 전자를 효율적으로 운반할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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