극초단펄스 전송을 위한 고차원펄스의 스펙트럼 대역 분석

Bandwidth Analysis of High-order Pulse for the Transmission of Ultrashort Laser Pulses

본 논문에서는, 차수에 따라 체계적으로 변화하는 고차원펄스의 스펙트럼 특성을 이용하여 극초단 레이저펄스의 전송특성을 분석하였다. 부분응답시스템의 수정된 모델로부터 얻어지는 고차원펄스는 그 차수의 증가에 따라 FWHM폭이 현저히 감소하여 분석하고자 하는 극초단펄스의 형태에 근접하며, 그 스펙트럼과 전송대역폭도 차수에 따라 일률적으로 유도되므로 기존의 Gaussian 펄스나 Sech 펄스에 의한 근사화에 비하여 광범위하고 정확한 전송특성을 분석하는데 매우 유용함을 밝혔다. 우리는 부분응답시스템의 일반적 모델을 순환형으로 수정함으로써 정형화된 임의의 고차원펄스 형태를 얻어낼 수 있는 새로운 모델을 설계하였으며, 이를 이용하여 다양한 형태와 FWHM폭을 갖는 극초단 레이저펄스의 전송특성을 분석하는 새로운 방법을 제안하였다. 또한, 제안된 방법을 사용하여, 설정 펄스폭을 $\tau$=1(ps)으로 설정, 고차원펄스의 차수 n=1-100에서 얻어지는 FWHM 1(ps)-150(fs)의 극초단펄스의 스펙트럼을 제시하였고, 그 null-to-null 대역폭을 유도하였다. 전송특성은 레이저펄스의 보편적인 신호방식인 Unipolar 체계로 설정하여, 가능한 펄스간격에 따른 전력밀도스펙트럼을 유도하여 제시하였다. 이러한 결과는 기존의 실험결과와 일치함은 물론 레이저펄스 발생기술의 발달에 의하여 새로이 등장할 어떠한 형태와 폭을 갖는 극초단펄스에 대해서도 적용될 수 있다.

In this paper, we analyze transmission characteristics of ultrashort laser pulses using the property of high-order pulses which are systematically obtained following their orders. The high-order pulses are easily derived from a modified PRS system model. But we make clear they are very useful to cover wider area and more accurate transmission characteristics of ultrashort pulses than Gaussian or Sech pulse approximations used conventionally. This may be based on the fact that the spectra and bandwidths of the high-order pulses are beautifully related to their orders. first modifying the generalized PRS system model, we propose a new model for deriving any type of high-order pulse. And we offer a novel analysis method of ultrashort pulse transmission which has any shape and FWHM, using the proposed model. In addition, by fixing the pulse range $\tau$=1(ps) and varying the order of the pulse from n:1 to n=100, we obtain spectra of ultrashort pulses with 1(ps)-150(fs) FWHM's, which are widely used in fiber communications. As a one-step further, we derive PSD's of their pulse trains when they are applied to Unipolar signaling scheme. These PSD's are decided in the range of possible pulse intervals. All of these results are not only coincided with some conventional experimental works but also will be applied to any pioneering ultrashort pulse in the future.