| 초록 |
초고속 통신, 계측 및 가공 등의 분야에서 펨토초 레이저의 응용은 매우 넓게 확장 되고 있다. 기존의 큰 부피를 갖는 펨토초 레이저의 단점을 보완 하고자 광섬유 기반의 레이저가 개발 되었으며, 더 효과적인 레이저 펄스 형성을 위해 높은 광학적 비선형성을 갖는 나노 소재가 활발히 연구 되어 왔다. 그 중에서 그래핀은 높은 비선형성, 넓은 동작 스펙트럼, 매우 빠른 동작 시간, 그리고 공정의 용이함 등으로 인해 이러한 광학적 응용에 많은 연구가 이루어지고 있으며, 보다 높은 합성 및 동작 효율을 위해 새로운 소재 합성법이 개발 되고 있다. 한 편, 최근 광섬유 기반의 펨토초 레이저는 높은 출력값을 가질 수 있도록 개발이 진행 되고 있고, 이를 위해서는 직접적으로 단일 펌프 출력을 높이는 방법, 다중 펌프를 사용하여 펌프의 출력을 높이는 방법, 외부 광 증폭기를 사용하여 seed pulse를 증폭하는 방법 등이 사용되고 있다. 그러나, 동일한 평균 출력으로 높은 에너지를 갖는 개별 펄스를 얻기 위해서는, 펄스의 반복율을 낮추어 공진기 내부 에너지의 분포를 제어할 필요가 있다. 이 반복율은 레이저 공진기 길이에 역비례 하므로, 공진기 길이가 증가하면서도 펨토초 레이저 형성 조건을 유지할 수 있도록 제어가 필요 하다. 본 연구에서는 새로운 방법으로 3차원 광섬유 표면에 직접 합성된 그래핀을 이용하여 높은 개별 펄스의 에너지를 갖는 펨토초 펄스를 형성하고 그 특성을 분석 하였다. 광섬유 표면에 직접 3차원으로 합성된 그래핀이 광학적 비선형성을 유지하는지 확인 하였으며, 높은 펄스 에너지에서도 안정적으로 동작 할 수 있는 최적 조건을 도출 하였다. 결과적으로, 3차원 그래핀의 비선형성에 기반한 펨토초 레이저에서 361 fs의 펄스폭과 855.9 kHz의 반복률, 그리고 9.05 nJ/pulse의 펄스 에너지를 구현하였다. |
