This study investigated a graded-refractive-index (GRIN) coating pattern capable of improving the light extraction efficiency of GaN light-emitting diodes (LEDs). The planar LEDs had total internal reflection thanks to the large difference in refractive index between the LED semiconductor and the surrounding medium (air). The main goal of this paper was to reduce the trapped light inside the LED by controlling the refractive index using various compositions of (TiO2)x(SiO2)1-x in GRIN LEDs consisting of five dielectric layers. Several types of multilayer LEDs were simulated and it was determined the transmittance value of the LEDs with many layers was greater than the LEDs with less layers. Then, the specific ranges of incident angles of the individual layers which depend on the refractive index were evaluated. According to theoretical calculations, the light extraction efficiency (LEE) of the five-layer GRIN is 25.29 %, 28.54 % and 30.22 %, respectively. Consequently, the five-layer GRIN LEDs patterned enhancement outcome LEE over the reference planar LEDs. The results suggest the increased light extraction efficiency is related to the loss of Fresnel transmission and the release of the light mode trapped inside the LED chip by the graded-refractive-index.
We propose a simple nondestructive method to obtain refractive-index profiles of a graded-index (GRIN) light-focusing rod by means of a diffraction grating. In our proposed method, a laser beam is illuminated through a diffraction grating perpendicular to the axis of the GRIN lens and the separation between the zeroth and first-order diffraction peaks is measured and analyzed. The results demonstrate that the refractive-index profiles of commercially available GRIN lenses can be successfully reconstructed.
Fabrication of a graded index profile was possible via photochemical reaction of cinnamoyl groups with 350 nm wavelength UV light to form crosslinked structures. Such structural change may induce the change in the refractive index. In order to generate graded index profile in the PMMA polymer optical fiber (POF) with cinnamoyl groups by photochemistry, a methyl methacrylate monomer containing a cinnamoyl functional group in the side chain were prepared. This monomer was then copolymerized with methyl methacrylate with various compositions not only to utilize advantages of poly(methyl methacrylate) but also to overcome the drawbacks of the cinnamate homopolymer. Changes of refractive indices were investigated with various contents of cinnamoyl group and varying irradiation time. Large change in the refractive index (${\Delta}{\approx}0.01$) and its proper profile shape ($g{\approx}2.2$) can be obtained by changing irradiation time.
Permanent structure of photoinduced singlemode waveguide in optical fluoride glasses was demonstrated using the self-channeled plasma filament excited by a femtosecond (110 fs) Ti:sapphire laser ($λ_p$ = 800 nm). The photoinduced refractive index modification in ZBLAN glasses reached a length of approximately 10 - 15 mm from the input surface of the optical glass with the diameters ranging from 5 to 8 ${\mu}{\textrm}{m}$ at input intensities more than l.0 ${\times}$$10^{12}$ W/$\textrm{cm}^2$. The graded refractive index profiles were fabricated to be a symmetric form from the center of an optical fluoride glass and a maximum value of refractive index change (ㅿn) was measured to be l.3${\times}$$10^{-2}$. The beam profile of the output beam transmitted through the modified region showed that the photoinduced refractive index modification produced a permanent structure of singlemode waveguide.
The fabrication of internal diffraction gratings with photoinduced refractive index modification in transparent materials was demonstrated using low-density plasma formation excited by a femtosecond (130 fs) Ti: sapphire laser (${\lambda}_p$=800 nm). The refractive index modifications with diameters ranging from $1{\mu}m$ to $3{\mu}m$ were photoinduced after plasma formation occurred upon irradiation with peak intensities of more than $2.0{\times}10^{13}W/cm^2$. The graded refractive index profile was fabricated to be a symmetric around from the center of the point at which low-density plasma occurred.
Optical filters with graded index profiles are designed by applying the fourier transform to a riccati equation which governs the reflection and transmission characteristics of inhomogeneous refractive index distributions. The inhomogeneous refractive index profile of an optical filter with specified target spectrum is obtained through iterations. The spectra response of the inhomogeneous refractive index layers are analyzed by using runge-dutta numerical method to solve the differential euations of the amplitude and the phase of reflection coefficient derived from the riccati equation and the results are in good agreement with the resutls obtained by using matrix method.
Yoon, Ji Wook;Choi, Won Suk;Kim, Hoon Young;Cho, Sung-Hak
한국레이저가공학회지
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제17권2호
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pp.19-25
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2014
Optical embedded diffraction gratings with the bulk modification in BK-7 glass plates excited by tightly focused high-intensity femtosecond (130fs) Ti: sapphire laser (peak wavelength = 790nm) were demonstrated. The structural modifications with diameters ranging from 400nm to $4{\mu}m$ were photo-induced after plasma formation occurred upon irradiation with peak intensities of more than $1{\times}1013W/cm^2$. The graded refractive index profile was fabricated to be a symmetric around from the center of the point at which low-density plasma occurred. The maximum refractive index change was estimated to be $1.5{\times}10^{-2}$. The two optical embedded gratings in BK-7 glass plate were demonstrated with refractive index modification induced by the scanning of low-density plasma formation.
Park, Jung-Kyu;Cho, Sung-Hak;Yu, Jae-Yong;Kim, Jae-Gu;Sugioka, Koji;Hong, Jong-Wook;Heo, Won-Ha;Hwang, Kyung-Hyun
한국레이저가공학회지
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제14권1호
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pp.1-5
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2011
Photo-induced gratings m flexible PDMS (polydimethly siloxane) film are directly written by a high-intensity femtosecond (130fs) Ti: Sapphire laser (${\lambda}_p$ = 800nm). The refractive index modifications with $4\;{\mu}m$ diameters were photo-induced after the femtosecond irradiation with peak intensities of more than $1{\times}10^{11}W/cm^2$. The graded refractive index profile was fabricated to be a symmetric around the center of the point at which femtosecond laser by controlling both laser power and focused depth. The change on refractive index in the laser-modified regions was estimated to be approximately $10^{-3}$. The internal flexible symmetric diffraction gratings in PDMS film was successfully fabricated using a femtosecond laser.
본 논문은 모재 제작을 위한 Modified Chemical Vapor Deposition(MCVD) 장치의 새로운 설계를 제안하였다. MCVD 공정의 기본 장치로는 선반장치와 원료가스공급 장치가 포함되고, 언덕형 광섬유 설계, 공정의 특성 및 MCVD 모재의 굴정율 형태를 측정하는 실험장치를 각기 실현하였다. 연구결과, 중심부 딥(dip)이나 범프(bump) 가 보이지 않는 이상적 언덕형 굴절율 광섬유 모재를 얻었다.
우수한 반사방지막을 얻기 위하여 코팅 층의 구조를 나노입자구조로 만들어 코팅 층에 입사하는 빛을 분산시키거나, 코팅 층의 매질을 다양하게 선택하여 굴절률을 제어하여 반사율을 낮추는 기술이 제안되고 있다. 본 논문에서는 코팅 층의 굴절률 분포를 변화시켜 우수한 반사방지막을 얻는 방법 중 기존논문에서 제시되었던 5차 함수의 굴절률 분포와 제안하는 구배형 굴절률 분포의 반사방지막 특성을 비교하였다. 분석에 사용된 반사방지막 구조는 각각 3, 6, 9층 구조로서 총 두께 180 nm 이고, 입사파의 파장 범위는 300 nm ~ 1100 nm 이다. 각 각 서로 다른 층수에서 반사율을 비교하기 위하여 단층인 경우의 전달매트릭스를 구하고 3, 6, 9층의 구조에서의 반사율을 구하였다. 그 결과 3층의 구조 일 때 제안하는 구배형 굴절률 분포가 약 600 nm ~ 1100 nm 파장 범위에서 5차 함수의 굴절률 분포보다 더 낮은 반사율을 보였다. 향후 이 결과는 가시광선(적색)과 근적외선 영역에 사용되는 광소자 및 광 필터에 응용 가능하리라 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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