Ti:LiNbO3 채널 광도파로를 이용한 전기광학 전계센서 제작 및 성능 평가에 관한 연구 :(A) study on the fabrication and performance evaluation of electro-optic electric-field sensors utilizing Ti:LiNbO3 channel optical waveguides

하정호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 하정호 (홍익대학교, 홍익대학교 일반대학원)

지도교수: 정홍식

발행연도: 2013

저작권: 홍익대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

Ti:LiNbO3 채널 광도파로를 이용한 전기광학 전계센서 제작 및 성능 평가에 관한 연구

하정호 전자전산공학과 2013.01 학위논문

2012

비대칭 Ti:LiNbO₃ Mach-Zehnder 간섭기를 이용한 집적광학 전계센서 제작 및 성능에 관한 연구

하정호 , 정홍식 전자공학회논문지 2012.10 학술저널

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기존 전계센서의 문제점들을 보완하기 위하여 강유전체 물질을 기반으로 전계센서의 개발에 대한 연구가 진행되어 왔다. 강유전체 기반으로 제작된 집적광학 전계센서는 고 분해능, 적은 침습성, 넓은 대역폭 등의 장점을 갖게 되고, 소형화 제작이 가능하다. 전기광학계수가 크고, 강유전체 물질인 LiNbO3 (lithium-niobate)를 이용하여 전기광학 센서를 제작하였으며, Mach-Zehnder (MZ) 간섭기와 1×2 방향성 결합기 (directional-coupler) 구조를 센서의 변조기로 채택하였다. LiNbO3 위에 증착시킨 Ti을 사진식각공정(photolithography)을 이용하여 MZ 간섭기와 1×2 방향성 결합기 구조를 형성하여 이것을 1050℃ 고온의 wet-O2 분위기에서 확산 시켜 MZ 간섭기 구조와 1×2 방향성 결합기 구조의 채널 광도파로를 형성하였다. 설계한 MZ 구조와 1×2 방향성 결합기 구조를 Opticwave사의 BPM_CAD를 사용하여 전산모사를 시행하였고, 각 구조의 전파특성과 위상차 등을 검증하였다. LiNbO3는 복굴절 물질이기 때문에 편광에 민감하고, 변조기 구조 및 전극구조에 따라 센서효율의 차이가 큰 특징을 고려하여 센서제작 연구를 수행하였다. LiNbO3의 전기광학계수가 가장 큰 r33을 활용하기위해 알맞은 전극구조를 설계하였다. 편광조절기로 광축(z-축)과 평행하게 편광시킨 광원을 편광유지 광섬유를 통해 센서에 인가함으로써 최대 효율을 갖도록 제작하였다. 센서의 전극에 효율적으로 전압을 유기시키기 위해 평판형 안테나와 다이폴 안테나를 접목하였고, 성능 평가를 위해 완성된 각 센서들을 측정 및 분석하였다. DC 및 AC 특성을 광 파워메타와 오실로스코프를 사용하여 분석하였고, 인가된 신호에 따라 균일하게 전자기장을 형성시키는 TEM-cell 장치와 스펙트럼 분석기를 이용하여 센서의 전계감지 성능을 평가하였다.

제 1장 서 론 1
제 2장 Ti:LiNbO3 집적광학의 이론적 배경 3
2.1 LiNbO3의 전기광학 특성 3
2.1.1 전기광학 효과 3
2.1.2 Ti:LiNbO3 채널 광도파로의 설계 10
2.1.3 광도파로 모드 분산이론 11
2.1.4 광도파로의 v-b 곡선 15
2.2 Mach-Zehnder 간섭기의 동작원리 18
2.2.1 대칭 Mach-Zehnder 간섭기 19
2.2.2 비대칭 Mach-Zehnder 간섭기 23
2.3 방향성 결합기의 동작원리 26
2.3.1 결합모드 이론 27
2.3.2 대칭 방향성 결합기 35
제 3장 Ti:LiNbO3 집적광학 전계센서 설계 및 제작공정 36
3.1 Ti:LiNbO3 채널 광도파로 제작공정 36
3.2 설계 및 전산모사 40
3.2.1 대칭/비대칭 Mach-Zehnder 간섭기 40
3.2.2 1x2 방향성 결합기 44
3.3 안테나가 접목된 전계센서 구조 48
3.3.1 평판안테나가 접목된 전계센서 48
3.2.2 다이폴 안테나가 접목된 전계센서 49
제 4장 전계센서의 성능 평가 51
4.1 전계센서 측정 시스템 51
4.1.1 Probe를 이용한 DC 특성 측정 시스템 51
4.1.2 TEM cell를 이용한 센서 측정 시스템 52
4.2 비대칭 Mach-Zehnder 간섭기에 평판 안테나가 접목된 전계센서 53
4.3 비대칭 Mach-Zehnder 간섭기에 다이폴 안테나가 접목된 전계센서 58
4.4 1x2 방향성 결합기에 다이폴 안테나가 접목된 전계센서 62
제 5장 결 론 65
참고 문헌 67
APPENDIX 69
영문 요약 78

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