본 연구에서는 광선추적 소프트웨어를 이용하여 광학계의 광경로를 계산한 후, 이를 이용하여 위상, 그룹지연(GD), 그룹지연분산(GDD), 그리고 3차지연분산(TOD)를 계산하였다. 프리즘 쌍과 회절격자 쌍을 이용한 펄스 압축기를 설계하였으며, 실제 펨토초 광섬유 레이저의 GDD를 0으로 보정하는 펄스 압축기를 전산시늉하였다. 또한, 회절격자 쌍과 렌즈 쌍, 혹은 거울 쌍을 이용한 펄스 확장기를 설계하였다. 본 연구 결과는 광학계의 분산특성 계산과 극초단 펄스 레이저 광학계의 성능 향상에 활용할 수 있다.
We have successfully formed filament inside of a transparent soda-lime glass using a Ti:sapphire based femtosecond laser. To make filament form, keeping the laser intensity higher than critical intensity is essential. Also each of the machining parameters plays an important role for the formation of filament. In this paper, we study what parameter can possibly influence for formation of filament, and we introduce an application using filamentation by femtosecond laser for transparent material.
스퍼터링 방법으로 FM/M/FM의 다층박막을 증착한 다음 초소형 박막 인덕터를 제작하기 위하여 반도체 공정을 대체할 수 있는 레이저 미세가공 기술을 개발하였다. TE $M_{00}$ 모드로 발진하는 CW Nd:YAG 레이저를 active Q-switching 하여 펄스폭이 200 ns인 극 초단 레이저 펄스를 얻었다. 레이저 미세가공 조건을 반복율 5 kHz, 펄스 당 에너지 5 mJ/pulse로 최적화 하여 분해능이 20 $\mu\textrm{m}$인 line patterning을 얻었다.
공초점 현미경 시스템을 사용하여 반복률이 17MHz이며, 중심파장이 638nm인 극초단 펄스 다이오드 레이저에 의해서 여기된 단분자의 형광폭발신호를 게측하였다. 에칠렌글리콜 용액에 있는 적색 색소 분자(JA22)를 시료로 사용하였다. 시상관 단광자 계수기응 사용하여 단분자들의 현광소멸곡선을 수집하였으며, maximum likelihood estimator로 그것들을 분석하였다. 색소 분자당 40개 이상의 광자수를 가지고 분석하였을 때, 21%의 오차 확률로 형광소멸시간을 계측하는 것이 가능하였다.
Stereo-lithography using the two photon absorption(TPA) makes micro structures with great resolution. The technique is applied to correcting photomask, 3-D photonic crystal, 3-D optical storage, 3-D lithography and so on. In contrast to a conventional stereo-lithography with single-photon absorption which has a size problem caused by the geometrical diffraction limit, the stereo-lithography with TPA has no size limit. (omitted)
1kHz 반복률의 펨토초 펄스를 방출하는 안정된 Ti:sapphire 처프펄스 재생 증폭 시스템의 자체제작 및 최적화를 위해 시스템을 구성하는 각 요소들의 특성을 세부적으로 분석하였다. 사용된 증폭 공진기를 kHz 영역에서 반복률 변환 가능한 이득스위칭 레이저 구조로 변환하여 펄스 생성시간, 펌프출력에 따른 방출출력 특성 및 파괴여부, 펄스의 길이 및 파장가변 영역 등의 다양한 발진특성을 측정 분석하고, 이 결과를 기반으로 증폭 공진기를 설계하였으며, 내부에 설치된 포켈셀의 작동시간, 증폭 시 펄스의 공진횟수 등을 고려하여 증폭단을 최적화하였다. 증폭기의 종자펄스로는 자체제작된 커 렌즈 모드잠금 Ti:sapphire 레이저로부터 방출되는 50fs 펄스가 사용되었다. 종자펄스는 3개의 거울로 구성된 재생 증폭공진기에 입사되기 전에 펄스늘림기를 통해 120ps로 확대되었으며, 증폭 후 펄스길이의 재압축을 통해 815nm 영역에서 85fs, $320{\mu}J$의 극초단 펄스를 방출하는 1kHz 처프펄스 재생 증폭기를 제작하였다.
최근들어 극초단 광학펄스를 생성하고 증폭하는 기술의 발달로 인하여 시분해 레이저 분광학에 많은 영향을 끼치게 되었다. 그 중에서도 응용성이 넓은 순간흡수분광학장치를 본 연구실에서 개발하였다. 이 기술은 고출력 레이저 펄스를 이용하여 white light continuum pulse를 생성시켜 이를 조사빔으로 이용하고, pump pulse는 원래 상태의 레이저를 이용하는 것이다. 순간흡수율 변화를 여러 파장에서 측정가능하도록 photodiode array를 이용하였으며, pump와 probe pulse의 시간차이에 의한 순간흡수율 변화를 색소의 일종인 DDI를 이용하여 측정하였다.
In this paper, we describe experiment results using a vibration assisted hybrid femtosecond laser (${\lambda}$:795 nm) ultra-precision machining system. The hybrid system we have developed is possible that optical focal point of the femtosecond laser constantly and frequently within the range of PZT(piezoactuator) vibrator working distance. Using the hybrid system, We have experimented on brass and studied about differences of result of hole aspect ratio compare to general experiment setup of femtosecond laser system. Aspect ratio of a micro hole on brass is increased as 54% with 100 Hz vibration frequency and surface roughness of the side wall also improved compare to non-vibration.
적외선 영역에서 극초단 펄스 폭을 갖는 $Cr^{4+}$:YAG 레이저를 광자 결정 광섬유에 입사하여 초 연속 스펙트럼을 갖는 광원을 얻어냈다. 이 광원을 이용하여 광통신 파장 영역에서 많은 흡수 전이선을 갖는 아세틸렌($^{12}C_2H_2$) 및 시안화 수소($H^{13}C^{14}N$) 분자의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 초 연속 스펙트럼을 얻기 위해 펌핑 광원으로 모드 잠금된 $Cr^{4+}$:YAG 레이저를 사용하였다. 모드 잠금된 $Cr^{4+}$:YAG 레이저는 중심파장이 1510 nm 대역에서 반복률이 100 MHz이고, 펄스폭은 75 fs이다. 모드 잠금된 $Cr^{4+}$:YAG 레이저 출력을 20 m의 광자 결정 광섬유에 집속시켜 진폭변동이 ${\pm}5dB$이하에서 400 nm 이상의 평탄한 초 연속 스펙트럼을 얻었으며, 전체적으로 한 octave 이상의 초 광대역 광원을 얻었다. 이 광원을 이용하여 50개 이상의 흡수 전이선을 갖는 아세틸렌 분자($^{12}C_2H_2$)와 시안화 수소 분자($H^{13}C^{14}N$)의 흡수 스펙트럼을 측정하고, Voigt 곡선 맞춤을 이용하여 Lorentian 성분의 흡수 선폭을 각각 측정하였다. 이와 같은 초 광대역 광원의 스펙트럼을 이용하면 O, S, C, L 밴드와 같은 대역에 존재하는 분자의 흡수 스펙트럼 측정에 있어 유용하게 사용될 수 있다.
$Cr^{4+}:YAG$ 레이저 매질을 사용하여 실온영역에서 안정적으로 수동 모드 잠금된 근적외선 펨토초 레이저를 제작하고, 그 특성을 분석하였다. 공진기 내부에 설치된 프리즘의 조절만으로 손쉬운 파장 조절이 가능하였으며, 연속 발진시 1400 nm부터 1510 nm까지 110 nm 정도, 모드 잠금 경우 1500 nm 부근에서 30 nm 정도의 파장 조절이 가능함을 확인하였다. $1.5 \%$의 투과율을 지닌 출력거울을 사용하였으며, 연속 발진시 흡수 파워가 7.6 W 일 때 최대 810 mW 이상의 출력을 측정하였다. 공진기 내에서 발생된 분산을 보상하기 위하여 적외선용 프리즘 쌍을 사용하였으며, 100 MHz의 반복률에서 푸리에 변환한계에 근접한 64 fs의 극초단 펄스 방출이 가능하였다. 레이저의 중심파장이 1510 nm 일 때 스펙트럼의 반치폭은 44 nm였다. 모드 잠금이 꺼지지 않고 장시간 안정적으로 작동이 가능한 레이저 제작을 위해 공진기 내부의 광 경로에 관을 설치하고 질소가스를 순환시켰으며, 평균출력 250 mW로 최적화하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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