Head-Up Display(HUP)에 사용되는 홀로그래픽 광결합기의 회절 효율 및 결상 특성을 분석하고 제작하였다. Kogelnik의 결합파이론을 통해 반사형 체적 홀로그램에 대한 각도 및 분광 대역 특성을 수치계산하고 홀로그래픽 광학소자에서의 파장 변화에 의한 색수차의 최소화 방법을 HUD의 재생각 및 초점거리 보정에 응용하였다. 또한 자동차에 사용되는 형태로 등각형(conformal type)과 비등각형(non-conformal type)의 홀로그래픽 광결합기를 비교하고 대역 특성을 실험적으로 분석하였다. 실제적으로 등각형 보다 넓은 각도 대역폭을 보이며 광학적 배율(optical power)을 지니는 홀로그래픽 광결합기를 설계, 제작하였다.
본 논문에서는 $90^{\circ}$ 꼬인 네마틱 액정 셀에 전계를 인가하지 않았을 때 어두운 상태를 나타내는 normally black 모드 구현 시, 높은 명암비를 제공하는 광학구조를 제안하였다. 제안된 구조에서 +A 필름과 ${\lambda}/2$ 필름을 각각 1 장씩 사용하여 $90^{\circ}$ 꼬인 액정층을 통과한 빛의 가시광 파장대에서 편광 상태가 거의 동일하게 만들어 줌으로써, 어두운 상태의 분광특성을 향상시킬 수 있다. PSD(Parameter Space Diagram) 방법을 사용하여 최적조건을 구해 계산한 결과 500: 1 이상의 높은 명암비를 확보할 수 있었으며, 어두운 상태뿐만 아니라 밝은 상태의 분광특성도 향상됨을 시뮬레이션 및 실험을 통해 확인할 수 있었다.
굽은 비선형 도파로를 이용한 완전 광 스위치와 굽은 비선형 Y 분기각을 갖는 도파로를 이용한 완전 광 논리 연산소자를 제안하였다. 제안된 완전 광 스위치와 완전 광 논리 연산소자는 굽은 비선형 도파로를 따라가는 비선형파의 전파에 기초를 두고 있다. 빔의 전파특성은 도파로의 비선형성과 입력 파워, 도파로의 굽은 각도 등의 파라미터에 의해 좌우되므로 파라미터를 변화시켜 가면서 파워의 출력 특성을 계산해 보았다. 또한, 비선형 물질로 빠져 나오는 파워를 다양한 위치의 검출기에서 계산함으로써 특정한 검출기의 위치에서 가장 이상적인 디지털 스위칭 특성을 찾았고 도파로 끝과 비선형 물질로 빠져 나오는 파워의 비율에 의해 다양한 논리 함수(AND, OR, XOR)를 구현해 보았다.
상용 반도체 레이저 다이오드에 Littman형 외부공진기를 결합하여 파장기변 레이저 다이오드 시스템을 제작하였다. 0차 출력광은 단일종모드로 동작하여 CFP의 분해능인 9MHz이내의 선폭을 예상할 수 있었으며 다이오드 구동전류 140mA 및 동작온도 $25^{\circ}C$의 조건하에서 거울을 수동나사로 회전시키는 성긴 튜닝(coarse tuning)시 3.475nm 의 파장가변 범위를 보였으며 PZT(piezoelectric transducer)에 200Hz의 톱니파 전압을 인가해서 거울을 회전시키는 미세튜닝(fine tuning)시 0.042nm의 범위내에서 연속적인 파장가변이 가능하였다.
We demonstrate continuous-wave operation of an all-fiber thulium-holmium codoped laser operating at a wavelength of 1706.3 nm. To realize laser operation in the short-wavelength region of the emission-band edge of thulium in silica fiber, we employ fiber Bragg gratings having resonant reflection at a wavelength around 1700 nm as a wavelength-selective mirror in an all-fiber cavity scheme. We first examine the performance of the laser by adjusting the central wavelength of the in-band pump source. Although a pump source possessing a longer wavelength is observed to provide reduced laser threshold power and increased slope efficiency, because of the characteristics of spectral response in the gain fiber, we find that the optimal pump wavelength is 1565 nm to obtain maximum laser output power for a given system. We further explore the properties of the laser by varying the fiber gain length from 1 m to 1.4 m, for the purpose of power scaling. It is revealed that the laser shows optimal performance in terms of output power and slope efficiency at a gain length of 1.3 m, where we obtain a maximum output power of 249 mW for an applied pump power of 2.1 W. A maximum slope efficiency is also estimated to be 23% under these conditions.
반사도 가변형 출력경을 갖는 긴 공진기형 선편광 Yb:YAG 레이저를 제안하고 그 출력 특성을 조사하였다. 반사도 가변형 출력경은 편광 광 분할기와 1/4 파장판로 구성되어 있다. 제안된 레이저 공진기 길이는 약 3.7 m 이다. 제안된 레이저의 기울기 효율은 19%이고 빔질 ($M^2$)는 약 1.2이었다.
다층박막이 있는 기층에 단축이방성 배향막이 코팅되어 있을 때 비스듬히 입사한 빛의 유효반사계수 표현들을 유도하였다. 유효반사계수들과 타원상수들을 다층박막의 미지상수들은 물론 단축이방성 배향막의 광학이방성의 크기와 광축의 방향 그리고 배향막의 두께로 표현하였다. 이를 바탕으로 배향막의 정상굴절률과 이상굴절률, 배향된 두께 그리고 광축의 방위각과 기울임각을 다층박막의 두께나 조성비 등과 함께 타원법이 가지고 있는 높은 수준의 측정 정밀도를 유지하며 기존의 모델링 분석방법으로 결정할 수 있도록 하였다.
최근 모드변환기가 집적된 진행파형 반도체 광증폭기(SSC-TW-SOA)가 광섬유와의 광결합 효율 향상 및 저가격화를 위해 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 모드변환기의 구조가 단면 반사율에 미치는 영향을 실험 및 이론적으로 조사하였다. SSC-TW-SOA의 유효단면반사율을 낮추기 위해서는 수직 및 수평방향으로 충분히 모드변환을 행하고 동시에 기운단면 구조를 채용하는 것이 매우 효과적임을 이론적 및 실험적으로 확인하였다. 수직 및 수평방향의 모드변환기가 집적된 TW-SOA에 $20\mu\textrm{m}$ 길이의 창구조, $7^{\circ}$기운단면, 1% 무반사 코팅을 도입함으로써 0.1dB 이하의 작은 ASE ripple를 얻을 수 있었다.
광섬유 내 브릴루앙 산란의 이득 스펙트럼을 측정하는 새로운 방법을 제안하고 실험하였다. 기존의 측정 방식과는 달리, 주입전류를 직접 변조하여 광주파수 변조된 하나의 레이저 다이오드로부터 펌프광과 프로브광을 발생시키고, 주입전류를 사각파로 변조할 때 나타나는 광주파수 처핑을 이용하여 펌프/프로브간 광주파수 차이를 연속적으로 변화시키는 방법으로 브릴루앙 이득 스펙트럼을 측정하였다. 통신용 단일모드 광섬유의 브릴루앙 이득 스펙트럼을 측정하여 기존 문헌의 결과와 거의 일치하는 결과를 얻었다.
근접장광학계 (Near-Field Scanning Optical Microscope :NSOM)의 표본과 팁의 거리 유지를 위해 소리굽쇠모양의 수정발진자 (tuning forktype quartz crystal unit)의 한쪽 다리에 광섬유를 고정시키고 광섬유 팁을 수정발진자와 같이 진동하게 만들어 사용하였다. 수정 진동자는 광섬유 팁이 시료에 얼마나 가까이 갔느냐에 따라 진폭이 바뀌게 되고 이 변화를 일반적인 방법인 레이저 빛에 의하여 읽어내는 것이 아니라 바로 수정 발진자의 임피던스 변화에 따른 전압 변화를 측정하여 알아냈다. 팁이 표면에 접근함에 따라 수정발진자 진동폭의 변화와 팁을 통해 들어오는 빛의 세기 변화 등을 측정하여 계의 감도를 조사하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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