두 파장 레이저를 구현하기 위해서 폴리머 광도파로 브래그 격자와 초발광 LED로 구성된 외부 공진 구조의 레이저를 제작하였다. 대형 립(oversized rib) 구조의 광도파로와 폴리머 광도파로 브래그 격자는 각각 유효굴절률법과 전송행렬법을 이용하여 설계하였으며, 서로 다른 격자 주기를 가지는 폴리머 광도파로 브래그 격자는 이중 노광 레이저 간섭법을 이용하여 제작하였다. 브래그 격자의 반사율 변화에 따른 외부 공진 레이저의 특성을 보기 위해 2 mm의 고정된 길이를 가지며 537 nm의 주기를 갖는 브래그 격자와 0.5 mm에서 6 mm까지 여러 가지 길이를 가지며 540 nm의 주기를 갖는 브래그 격자를 제작하였다. 격자 주기가 537 nm와 540 nm인 브래그 격자의 길이가 각각 2 mm와 2.2 mm일 때 제작된 두 파장 레이저는 1554 nm 파장과 1564 nm 파장에서 0 dBm에 가까운 출력 파워를 보이며, 45 dB이상의 SMSR(side mode suppression ratio)와 0.2 nm의 20-dB 대역폭 특성을 가짐을 확인하였다.
본 논문에서는 무한 평판에 위치한, 파장에 비하여 작은 개구의 투과효율을 향상시키는 두 가지 방법으로서 첫째, 리지가 있는 소형 원형 개구와 같은 투과공진개구 구조를 이용하는 방법, 둘째, 투과공진기 구조를 이용하는 일반적인 방법을 생각해 보았다. 특히 상기 두 가지 구조의 경우, 최대 투과 단면적이 공통적으로 $\frac{2G{\lambda}^2}{4{\pi}}[m^2]$(G는 개구의 이득)이 됨을 보였다. 그리고 두 구조의 근접장 현미경의 탐침 구조에의 적용 가능성을 검증하기 위하여 구형 도파관의 종단면에 장착된 구조로서 임피던스 정합 특성을 조사하였다. 또한, 상보적인 문제로서 파장에 비하여 충분히 작은 공진 산란체의 경우에도 관찰되는, 앞서 다룬 투과 공진 현상과 본질적으로 유사한 산란 공진 현상에 대하여도 논의하였다. 이러한 논의는 원자 물리 분야에서 원자 구조의 산란 단면적이 실제 원자 구조의 물리적인 단면적에 비하여 매우 큰 현상에 대한 이해를 하는데 도움이 될 것으로 사료된다.
티타늄 사파이어 레이저에 대한 활용도를 높기 위하여 4개의 거울로 구성된 Z-형태의 대칭형 레이저 공진기를 구성하여 넓은 파장가변성을 갖는 고효율 연속 발진 티타늄 사파이어 레이저를 제작하였다. 또한 Kerr-렌즈 모드-록킹(KLM)을 일으키기 위한 KLM 강도 및 공진기 모드 크기가 Kerr 매질을 포함하는 Z-형태의 대칭형 공진기에 대하여 공진기 내의 위치, 내부 공진기 레이저 출력 및 안정 파라메터 등에 의존함을 확인하였고, 이를 근거로 하여 펌핑 효율이 높고 KLM 강도가 강한 KLM 티타늄 사파이어 레이저를 제작하여 출력 특성, 펄스폭 및 스펙트럼 반치폭 등을 측정하였다. 그 결과 연속 발진 티타늄 사파이어 레이저의 출력에 대한 기울기 효율은 31.3%이고, 5W의 Ar-이온 펌핑 레이저 출력에 대해 최대 1420㎽의 평균 출력을 얻을 수 있었으며, 파장가변 영역은 730㎚~908㎚까지 모두 700㎽ 이상의 평균 출력을 보였다. 자체-조리개 효과에 의한 KLM 동작 또한 쉽게 얻을 수 있었으며, KLM된 티타늄 사파이어 레이저로부터 출력에 대한 기울기 효율은 16%이고, 5W 펌핑 출력에 대해 최대 500㎽의 평균 출력을 얻었다. 또한 중심 파장 807㎚에서 스펙트럼 반치폭이 33㎚이며, 펄스 반복률이 82㎒인 27fs의 안정된 짧은 펄스를 얻을 수 있었다.
단일모드 광섬유와 평면도파로 결합기의 공진파장이 이동하는 현상을 이용한 새로운 형태의 압력센서를 구현하였다. 압력변화에 따른 폴리머 유효굴절률의 변화로 공진파장이 이동함을 관찰할 수 있었고 평면도파로 물질에 따라 센서의 감도를 조절할 수 있었다. 대칭적 구조의 평면도파로를 형성하여 광섬유의 측면연마 공정시 생기는 편광의존성을 제거하였다. 평면도파로 물질로는 AZ4562, AZ1512 그리고 THB-30이 사용되었으며 압력에 의한 공진파장의 이동은 각각 -0.008nm/bar, 0.033nm/bar, 0.16nm/bar로 나타났다.
단일모드 광섬유와 평면도파로 결합기의 열에 의하여 공진파장이 이동하는 현상을 이용한 광섬유형 온도센서를 구현하였다. 평면도파로는 열에 의한 굴절률 변화가 큰 열광학폴리머를 사용하였다. 광섬유 연마과정 등의 소자제작 공정을 소개하고, 편광에 무관하게 동작하는 광소자 구조를 실험으로 검증하였다. 제작된 소자의 편광에 따른 공진파장의 차이는 2nm 이하였다. 실온($24^{\circ}C$)에서 $90^{\circ}C$까지의 온도변화에 의한 공진파장의 변화는 $-0.54nm/^{\circ}C$, $-3nm/^{\circ}C$의 특성을 보였다.
다이오드 여기 고체레이저(DPSSL, Diode-Pumped Solid State Laser)는 레이저 마킹기, 미세가공기, Ti:sapphire 및 각종 레이저 매질 여기, 의료기기, 그리고 군사용 계측기 등에 다양하게 사용되고 있다. 이러한 응용분야들에 효과적으로 사용되기 위해서는 레이저 출력, 빔모드, 펄스폭, 파장 등이 응용분야에 적합하도록 설계되어야 하며, 고반사율을 갖는 금속의 가공 및 마킹, 그리고 몇가지 레이저 매질의 여기원으로 사용되기 위해서는 짧은 펄스폭과 고품질을 갖는 녹색 파장의 DPSSL 개발이 필요하다. (중략)
Wedge prism이 삽입된 Littman형 색소 레이저 공진기를 제작하였다. 파장조정 거울 대신 wedge prism을 회전시킴으로써 미세한 파장조정이 가능함을 알 수 있었으며, 이때의 주파수 변화율은 약 20 GHz/deg이고 모우드 뜀없이 단일종모우드로 약 70 GHz를 연속적으로 변화시킬 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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