Determination of optical properties of Pr³⁺-doped selenide glasses of Ge-Sb-Se system using spectroscopic ellipsometry

분광타원법을 이용한 Pr 첨가 Ge-Sb-Se 계열 셀레나이드 유리의 굴절률 결정

By using the spectroscopic ellipsometry, we have measured and analyzed the optical characteristics of P $r^3$$^{+}$-doped selenide glasses of Ge-Sb-Se system, a strong candidate material for U band fiber amplifiers. The ellipsometric spectra measured in the transparent wavelengths range of the material were all fitted to a model consisting of ambient/roughness/thin fil $m_strate structures to obtain simultaneously the optical properties such as refractive index, in terms of Sellmeier parameters and film structure of P $r^3$$^{+}$-doped selenide glasses. Repeated measurements on different positions in both polished faces rendered to verify positional dependence of measured spectre-ellipsometric data. Hence, the model made possible the analysis of the optical characteristics of the glasses. Even though surface roughness was mainly responsible for the position dependencies, the averaged refractive indexes were as precise as to reflect the minute compositional change tantamount to 1 mol%. The measured refractive indexes are useful for design of core and clad compositions of single-mode selenide optical fibers.

1.6 $\mu\textrm{m}$ 파장대의 U밴드 광증폭기용 광섬유 소재인 Pr첨가 Ge-Sb-Se 계열 셀레나이드 유리의 굴절률을 분광타원법을 이용하여 결정하였다. 시료의 광물성을 조사하기 위해 투과 파장 영역에서의 타원 스펙트럼을 Sellmeier 분산관계식에 기반한 공기/미시 거칠기층/표면층/기층으로 구성된 4상계의 모델에 적용하여 굴절률과 분산계수 및 박막구조상수를 동시에 얻을 수 있었다. 디스크 형태로 가공된 각 시료의 양면을 대상으로 위치에 따라 수회 반복 측정을 통하여 시료의 표면 거칠기의 영향을 파악함으로써 조성 변화에 대한 굴절률 변화 양상을 보다 정확히 파악하였다. 시료의 표면 거칠기가 굴절률 측정치의 편차에 주된 영향을 미쳤으나 1 몰%에 해당하는 소량의 조성변화에 따른 굴절률 변화를 신뢰할 수 있는 수준으로 결정할 수 있었다. 실험적으로 결정된 조성변화와 굴절률과의 관계식은 단일모드의 셀레나이드 광섬유 제작에 있어 코어와 클래드의 조성을 결정하는데 직접적으로 활용될 수 있다.