단일 모드 반도체 레이저(DFB 레이저)를 5 GHz의 반복율로 이득 스위칭하여 얻은 광 펄스를 압축하여 변환 제한된 초단 광 펄스를 생성하였다. 이득 스위칭된 광 펄스의 최소 폭은 27 psec 이고 스펙트럼 폭은 1.1 nm로 펄스에 많은 선형 처핑과 비선형 처핑이 존재한다. 이를 대역폭이 펄스의 스펙트럼 폭보다 좁은 0.55 nm의 광 필터에 통과시켜 비선형 처핑을 제거하고 분산 보상 광섬유로 압축하여 7.1 psec의 광 펄스를 얻었다. 이때 펄스의 시간-대역폭 곱은 0.49로 변환 제한된 가우시안 펄스이다. 이러한 변환 제한된 광 펄스는 40 Gbit/s 광 시분할 다중화 방식 광통신용 광원으로 사용할 수 있다.
공진기 내에서 종자펄스를 여러번 왕복시키며 증폭시키는 재생식 증폭기의 설계 및 동작톡성에 대하여 연구하였다. 기계적, 열적 요동에 대하여 안정된 작동을 하도록 Nd:YLF를 레이저 매질로 사용하고, 광학 부품에 미치는 에너지 밀도를 최소화할 수 있도록 오목거울과 볼록거울로 구성된 증폭기 공진기를 설계, 제작하였다. 종자펄스로는 펄스 폭 40ps, 에너지 100pJ, 파장 1,053.$\mu$m인 Nd:YLF 레이저 펄스를 사용하여 재생식 증폭기로 최대 반복률 3.5kHz에서 1mJ의 안정된 펄스를 얻었으며, 최대 출력은 5mJ이었다.
Kerr cell 광스위치를 옥소 레이저 증폭단에서 짧은 펄스를 발생시키는 광절단기로서 그리고 이후의 증폭기들을 광학적으로 분리하는 격리기로 사용하였다. Kerr cell 양단에 인가된 전위차에 따른 편광의 회전에 의해 입사된 펄스를 자를 수 있음을 보였으며 회로의 전기적 특성을 이용하여 케이블의 길이차에 의해 5ns와 1ns 펄스를 발생시켰다. 공진기에서 펄스폭이 긴 펄스가 발생한 경우 한개 이상의 단축된 출력 펄스가 발생함을 확인하였다. 또한 Kerr cell의 동작전압을 변화시켜 얻은 투과도를 Kerr 이론과 비교하였다. 단축된 펄스를 옥소레이저 전 증폭기를 통해 증폭하여 4ns 펄스에서 2J의 출력을 얻어 0.5GW의 최종출력을 얻었다.
펨토초 레이저의 개발은 커렌즈 모드록킹 (Kerr-lens mode-locking; KLM) 기술이 티타늄사파이어 이득매질에 적용되면서 1990년대에 들어 급격하게 이루어졌다. 구조가 간단하면서 안정적인 KLM 티타늄사파이어 레이저는 현재 펨토초 레이저 광원의 표준을 이루고 있으며, 처프펄스 증폭 (chirped-pulse amplification; CPA) 방식을 이용하여 소규모의 테라와트급 고출력 펨토초 레이저 제작에도 이용되고 있다. 특히, 1990년대 말에는 CPA 증폭단을 갖춘 KLM 티타늄사파이어 레이저가 상용화되면서 물리, 화학과 같은 기초 분야에서뿐만 아니라 의료용, 산업용으로도 활용이 확대되고 있다. (중략)
Nd:YVO$_4$ 결정은 들뜬 상태의 발광 평균 수명이 90-100 $\mu\textrm{s}$로 아주 짧아서 Nd:YAG나 Nd:YLF 레이저 매질에 비해 짧은 펄스폭과 빠른 반복율을 가진 펄스들을 만들어 내는 Q-switching에 적합한 레이저 매질이다. 또한 Nd:YAG 결정에 비해 아주 큰 흡수 계수 및 이득 단면적을 지니고 있어 반도체 레이저로 펌핑하는 고체 레이저에 아주 적합한 레이저 이득 매질이다. (중략)
연속발진 색소레이저를 시드레이저로 하고, Nd:YAG 레이저로 펌핑하는 인젝션 록킹된 단일 모우드 펄스 색소레이저를 제작하였다. 위상민감 검출법으로 얻은 오차신호로 시드빔과 공진 상태를 유지하도록 공진기 길이를 조절하였을 때 99% 이상의 펄스가 시드레이저의 주파수에 록킹 되었다. 이때 레이저 출력빔의 중심 주파수 요동이 10MHz 이내로 안정되었다. 펄스폭(FWHM)은 6ns이고 선폭은 130 MHz이었다. 50mJ로 펌핑하였을 때 2mJ의 출력을 얻었으며 이때의 첨두출력은 0.33 MW이다.
마하젠더 광세기 변조기를 이용해 10GHz의 능동적 고조모드록킹된 어븀첨가 광섬유 레이저의 출력특성을 측정하여, 이를 모델로 레이저 공진기를 이론적으로 해석하였다. 능동형으로 모드록킹된 레이저에서의 비선형 슈뢰딩거 방정식을 통해 공진기에서 나타나는 비선형 효과인 자기위상변조(Self Phase Modulation)와 군속도 분산(Group Velocity Dispersion)을 고려하여 레이저의 각각의 구성부붐들이 레이저 펄스에 미치는 영향을 계산하여 이론적으로 해석하였다. 또한 그 해석을 바탕으로 chi게 파라메터를 줄이면서 펄스폭을 최소화하는 방향으로 펄스의 세기와 필터의 대역폭을 변화시켜가면서 기존의 것에 비해 chirp 파라메터는 2배, 펄스폭은 4배 줄일 수 있는 조건을 찾아 향상된 특성의 레이저 공진기를 설계하였다.
본 연구에서는 1KHz 부근의 펄스 반복율을 가지는 경제적이고 컴팩트한 펄스형 $CO_2$ 레이저의 개발에 관해서 기술하였다. 고압 고주파 펄스 변압기와 수 십 KHz의 스위칭에 적합한 IGBT를 사용한 고압 펄스전원 장치를 레이저 공진기에 접목시켜 새로운 방식의 고반복 $CO_2$ 레이저 장치를 개발하였다. 전원장치에 사용된 2개의 IGBT를 정밀하게 제어하기 위해서 제어부에는 PIC 마이크로프로세서가 사용되었고 공진기는 수냉방식의 저속축류형으로 제작되었다. 완성된 장치의 펄스 반복율과 동작압력 그리고 레이저 매질 가스의 혼합비의 변화에 따른 레이저빔의 출력 특성실험을 통하여 가스 배압비 $CO_2$: $N_2$:He = 1:9:15펄스 반복율 700 Hz, 동작압력 15 Torr에서 최대 레이저 출력 약 20.5 W, 최대 효율 약 8%를 달성하였다.
피고초 및 펨퍼초 펄스를 얻기 위한 동기형(Synchrous mode-locking) 및 혼합형 모드결합(Hybrid mode-locking) 방식이 색소레이저에서의 출력특성에 대하여 연구하였다. 피고초 및 펨퍼스 펄스의 발생원리에 대하여 논하고, 군속도 분산과 자기위상변조와 같은 펨퍼토 펄스의 형성원리 사이의 연관성에 대하여 논한다. 또한 펨도초 펄스의 시분해 응용으로 축퇴 4광파 혼합법으로 미소반도체 CdSSe(Re645)에서 위상이완시간(Dephasing time)의 측정에 관하여 논한다.
[ $3\%$ ] 규소강판에 대한 코어손실 특성은 규소장판에 포함된 실리콘 함유량, 불순물의 농도, 투자율, 자구의 구조 등에 의존한다. 자구 미세화는 고 투자율을 갖는 규소강판의 코어손실을 감소시키는 좋은 방법이다. 본 연구에서는 펄스형 Nd : YAG 레이저를 규소강판에 조사함으로써 규소강판의 자구를 미세화 하여 코어손실을 최소화 할 수 있는 최적조건을 분석하였다. 조사된 레이저빔의 spot 크기는 $100{\mu}m$, 펄스 당 에너지는 10${\~}$35mJ, 스크라이빙 줄 간격은 5mm로 결정하였으며 펄스폭이 30ns인 Nd:YAG 레이저를 사용하여 규소강판의 코어손실을 최대 $17\%$까지 개선하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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