장주기 격자 필터를 이용한 EDFA용 이득평탄화 필터 설계에는 대역폭에 따라 한 개에서 세 개까지의 평탄화가 가능하다 이러한 필터 설계는 EDFA의 고유의 중심 파장, 크기, 대역폭에 대한 각 장주기 광섬유 격자의 중심 파장, 크기, 대역폭을 설정하여 이득평탄화를 최적화시킨다. 이득평탄화 필터의 설계를 위한 방법으로써 수동 설계통한 이득평탄화를 했으나, 신속하고 편리함을 위해 반자동 설계, 자동 설계 프로그램을 구현하였다. 이를 통한 이득평탄화 정도는, 수동이 0.38dB, 반자동 0.57dB, 자동 0.62dB 정도로 정밀한 이득평탄화를 얻을 수 있는 설계가 가능하였다.
광섬유격자를 이용하는 단순구조의 발진 loop를 구성하여 erbium 첨가 광섬유 증폭기를 발진시킴으로써 광섬유 증폭기의 동작이득을 제어하는 방식을 제안하고 실험하였다. 하나의 광섬유격자가 loop내에서 발진 파장을 선택하는 기능과 함께 발진광이 출력단으로 나오지 못하도록 차단하는 기능의 두가지의 역할을 수행하도록 loop가 구성되었다. 광섬유 증폭기의 동작이득이 발진 loop의 손실과 같은 크기에 고정되어 입력광 파워의 변화에 무관하게 일정하게 제어되었으며, 가변형 결합기로 loop 손실을 변화시킴으로써 동작이득의 조절이 가능하였다. 이러한 loop 구성방식으로 이득제어된 erbium 첨가 광섬유 증폭기는 WDM 시스템에서 여러 가지의 장점을 가질 수 있다.
광대역 광통신 시스템에 사용되는 레이저는 우수한 주파수 선택성과 모드 안정성을 가져야한다. DFB(Distributed Feedback) 레이저는 고주파로 전류 변조를 하더라도 발진 주파수의 변화가 적다. 본 연구에서는 무반사 코팅을 하지 않은, 두 거울 면을 가진 1.55um의 파장을 갖는 DFB 레이저에서 이득격자와 굴절률 격자가 동시에 존재할 때, 시뮬레이션 소프트웨어를 개발하여 종 방향으로의 발진 모드의 발진 이득과 발진 주파수를 해석하였다. 왼쪽 거울 면에서의 격자 위상은 π/2로 고정하고, 오른쪽 거울 면에서의 격자 위상 값은 변화시켰다. 오른쪽 거울 면에서의 격자 위상 값이 π와 0일 때, κL이 2~6의 범위에 있어야 주파수 안정도가 향상된다. 거울 면에서의 격자 위상에 관계없이 발진 모드의 문턱 전류를 낮추기 위해서는, κL이 8보다 커야한다.
본 연구에서는 1.55um의 파장을 갖는 DFB 레이저에서 굴절률 격자와 이득 격자가 동시에 존재할 때, 오른쪽 거울 면에 반사가 일어나지 않도록 유전막 코팅을 하여 𝜌r=0 이 되도록 하였다. 𝛿L>0인 경우일 때, 발진 모드에 대하여, 발진 주파수와 발진 이득의 특성을 해석했다. 좌측 거울면의 격자 위상이 𝜋에서부터 𝜋/2 계속 감소할 때, 각 모드의 그래프 선들이 좌측으로 조금씩 이동한다. 발진 모드의 문턱 이득이 가장 낮은 경우는 𝜅L=10인 경우이고, 이때 모드 선별성은 상대적으로 낮다. 모드 선별성이 우수한 경우는 𝜅L=0.5에서부터 𝜅L=6 정도까지이고, 이 경우 주파수 안정성이 우수하다. 두 개의 벽개면을 갖는 경우와 비교하면, 한 개의 무반사면을 갖는 경우, 발진 모드의 문턱 이득이 증가하지만 모드 선별성은 2배 정도 더 우수해 진다.
저차원 나노양자구조에서 전자적 구조와 광 이득에 대한 연구는 전자소자나 광소자의 효율을 증진시키는데 중요한 역할을 하고 있다. 전자적 부띠 구조를 결정하기 위해서는 변형효과와 비포물선 효과를 고려하여 계산하면 나노 양자구조의 전자적 구조를 비교적 정확하게 계산 할 수 있다. 양자우물에서의 광 이득은 전자적 구조에 따른 전도 대역의 전자와 가전자 대역의 정공 사이에 발생하는 쿨롱 상호작용에 의한 엑시톤 결합 에너지를 고려함으로 정확히 계산할 수 있다. 본 연구에서는 양자 우물의 격자 부정합에 따른 변형효과와 전도대역에서 전자 에너지의 비포물선 효과가 양자 우물의 전자적 성질에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 또한, 온도변화에 따른 양자 우물의 전자적 구조를 계산하였고, 전자적 구조에 따라 엑시톤 결합 에너지가 광 이득에 미치는 영향을 계산하였다. 양자우물 구조에서 전자 및 정공의 부띠에너지, 파동함수 및 부띠천이 에너지를 가변메시 유한차분법으로 결정하였고, interacting pair Green's function 방법과 energy space integrated function 방법을 이용하여 광 이득을 계산하였다. 계산한 결과를 광루미네센스 측정으로 관측한 부띠에너지 천이와 비교하여 변형효과와 비포물선 효과가 전자적 구조에 미치는 영향과 엑시톤 결합 에너지가 광 이득에 미치는 영향에 대하여 비교하였다. 반도체 양자우물의 전자적 구조는 변형효과와 비포물선 효과에 의하여 영향을 받고 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 전자-정공의 쿨롱 상호작용을 고려하여 계산한 광 이득이 온도 변화에 따라 관측한 실험 결과와 잘 맞는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 격자 부정합한 화합물 반도체 양자우물의 저차원적인 전자적 구조와 광 특성을 이해하는데 많은 도움이 된다고 생각된다.
이동로봇을 원하는 위치로 최단시간 안에 이동시키기 위해 최적제어문제를 풀어야 하지만 비선형시스템이므로 해석적 접근이 매우 어렵다. 본 논문에서 유전알고리즘을 사용하여 이동로봇의 최적제어이득을 구한다. 로봇 방정식이 비선형식이므로 초기치에 따라 최적제어이득은 다르게 결정된다. 따라서 초기치 범위를 적절한 개수의 격자점으로 이산화시킨 뒤 해당 격자점에서 유전알고리즘으로 최적제어이득을 구한다. 일반적인 초기치에 대한 제어이득은 신경회로망으로 구하며 해당 격자점의 초기치와 그에 대한 최적제어이득을 신경회로망 학습데이터로 사용하고 학습시킨다. 이산화된 격자점이 아닌 다른 초기치에 대한 제어이득은 신경회로망으로부터 구한다. 마지막으로 본 논문의 제어방법의 유용성을 시뮬레이션 연구로 확인하고자 한다.
기계적으로 유도된 소자형 장주기 광섬유격자를 처음으로 제작해 보았다. 본 연구의 장주기 광섬유격자 소자는 제작이 용이하며. 다른 광 소자나 시스템에 적용 또는 장착이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 제작된 장주기 광섬유격자 소자는 격자 제작시 중심파장과 투과손실을 가변할 수 있는 특징을 가지고 있다. 장주기 광섬유격자 소자의 제작원리를 살펴보고, 제작된 장주기 광섬유격자의 파장가변 특성과 압력에 따른 투과특성을 실험해 보았으며, 장주기 광섬유격자 소자를 EDFA의 이득 평탄화 실험에 적용해 보았다.
흡수 회절결자를 가지는 복소결합 다중양자우물 구조의 DFB 레이저가 작은 문턱이득, 좋은 변조 특성 그리고 작은 선폭계수를 보이며 또한 큰 제작 공차를 가지는 최적의 복소 회절격자 구조를 보였다. 이러한 구조를 찾기 위해 확장된 새로운 층 방법을 사용하여 복소 결합계수와 복소결합계수비를 계산하였으며 흡수 회절격자 층에서의 모달 손실을 포함하는 문턱이득을 직각사각형과 사다리꼴 회절격자에 대하여 계산하였다. 제안된 여러 구조에 대한 계산 결과의 비교를 통하여 작은 문턱이득과 큰 제작 공차를 얻기 위한 설계 지침을 얻었다. 제안된 여러 구조 중에서 이중 회절격자 층 방법을 이용한 구조중 흡수 회절격자가 윗층에 있는 구조가 복소 결합계수의 크기와 문턱이득에 대한 제작 공차가 가장 컸다. 복소결합계수비에 대한 제작 공차는 모든 구조에서 매우 큰 값을 가지고 있어 회절격자 설계시 중요한 고려 대상이 아님을 볼 수 있었다.
본 연구에서는 무반사 코팅을 하지 않은, 두 개의 거울 면을 갖는 1.55um 파장용 DFB(Distributed Feedback) 레이저에서 굴절률 격자와 이득 격자가 동시에 존재할 때, 해석 프로그램을 개발하여 종 방향으로 발진 모드의 빔 분포를 해석하였다. 굴절률 격자와 이득 격자가 거울 면에서 갖는 위상 값의 변화에 따라서, δL<0인 경우에 대하여, DFB 레이저의 발진 모드에 대한 발진 이득, 빔 분포 |R(z)|와 |S(z)|, 그리고 방사전력비 Pl/Pr를 비교 분석하였다. 거울 면에서의 격자 위상 값에 관계없이 발진 모드의 문턱 전류를 낮추고 주파수 안정성을 높이기 위해서는, κL이 8보다 커야한다.
금속 격자 배열 안테나의 이득을 최적화하려면 격자배열 원소의 개구면 깊이를 조정하여 위치에 관계없이 동위상 특성을 이루도록 해야 한다. 각 개구면의 깊이가 안테나 이득에 미치는 영향은 서로 종속적이어서 결정론적인 방법으로 풀기는 쉽지 않다. 본 논문에서는 기존의 Armijo 법칙을 적용한 방향 탐색 기법을 제안한다. 실험결과 방향 탐색 기법은 금속 배열 안테나 최적화 문제에서 효율적인 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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