레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, LASER)의 역사는 1960년 루비 레이저(고체 레이저)의 발진으로부터 시작되었고, 기체 레이저, ...
레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, LASER)의 역사는 1960년 루비 레이저(고체 레이저)의 발진으로부터 시작되었고, 기체 레이저, 반도체 레이저, 색소 레이저 등 새로운 레이저 매질에 대한 연구가 활발하게 이루어 졌다[1]. 고출력을 기대할 수 있는 고체 레이저는 Q-스위칭 발진이 고안됨에 따라 마이크로초(μs)에서 나노초(ns)의 펄스폭을 가지고 첨두 출력이 메가와트(MW)급의 거대펄스를 발생시킴으로써 비선형 광학 연구가 발전하였다. 추가로, 모드 동기화 레이저 개발에 의해 피코초(ps)에서 펨토초(fs)의 펄스 생성이 가능하게 되었고, 최대 출력은 기가와트(GW)까지 가능하게 되었다. 최근에는, 처프 펄스 증폭(Chirped Pulse Amplification, CPA)의 발명으로 테라와트(TW)에서 페타와트(PW)급의 레이저까지 발전되었다[2]. 산업용 레이저의 개발은 주로 CO2 레이저, 불활성 가스 레이저 또는 네오디뮴(Neodymium, Nd)을 첨가한 Y3Al5O12 결정(Nd:YAG결정) 고체 레이저를 중심으로 발전해왔다. 대표적인 고체 레이저인 Nd:YAG 레이저와 Nd:glass 레이저의 여기원은 불활성 기체 플래시 램프가 사용되어왔다. 1980년대에는 반도체 레이저(Laser Diode, LD)의 고출력, 고효율, 수명(life-time)의 개선으로 LD 여기 고체 레이저가 발전했다[2]. 지금까지의 레이저 산업 응용은 주로 벌크형의 고체 레이저를 중심으로 발전 해왔다. 최근에는, 네오디뮴(Nd) 또는 이터븀(Yb) 등의 희토류 이온을 첨가한 광섬유를 레이저 이득매질로 사용하는 광섬유 레이저가 주목을 받게 되었다. 광섬유 레이저는 소형경량, 고효율, 높은 안정도, 그리고 뛰어난 공간 모드 제어 등의 장점을 가지고, 각종 레이저 응용에서 우위에 있다. 광범위한 레이저 응용을 고려한다면 본격적인 펄스 동작 광섬유 레이저의 연구 개발을 수행할 필요가 있다. 처음에는 네오디뮴이 첨가된 광섬유 레이저가 이터븀이 첨가된 광섬유 레이저에 비해 더 많은 장점을 가진 덕분에 주목을 끌었다. 그러나 레이저 개발에 있어서 광섬유 내의 비선형 광학 효과와 광학적 손상의 관점에서 볼 때 개발이 곤란하다. 따라서 에너지 준위 구조로부터 열 발생이 적고 고효율이며 고출력을 기대할 수 있는 이터븀 첨가 실리카 유리 광섬유가 주목받고 있다[2]. 레이저에 관한 연구를 수행하기 위해서는 레이저의 이득매질로 사용되는 희토류 이온을 첨가한 광섬유 제작이 핵심적인 부분인데, 본 연구에서는 변형 화학 기상 증착(Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD) 공정과 액상 첨가(Solution Dopting) 방법을 이용하여 코어에 이터븀(Yb)이 고농도로 첨가된 광섬유 모재를 제조 하였으며, 광섬유 인출 과정을 통해 이중 클래드 구조를 가진 광섬유를 제작하였다. 그리고 흡수(absorption)와 자연 증폭 방출(Amplified Spontaneous Emission, ASE)을 통해 광섬유의 특성을 측정하고, 제작된 광섬유와 광섬유 브라그 격자(Fiber Bragg Grating, FBG)를 이용해 광섬유 레이저를 구성하였다. 이 논문의 구성은 총 5장으로 구성하였다. 제 1장 서론을 시작으로, 제 2장에서는 이터븀 이온과 이중 클래드 광섬유에 대한 이론을 설명하고 광섬유 레이저근사 모델을 이론적으로 해석하였다. 그리고 제 3장에서는 이론을 바탕으로 실제로 이터븀이 첨가된 광섬유 모재의 제작과 이중 클래드 광섬유 제작에 대해 설명 하였다. 제 4장에서는 흡수와 ASE를 통해 이터븀이 첨가된 광섬유의 특성 측정하고, FBG를 이용해 공진기를 구성하여 광섬유 레이저 발진 실험을 진행하였다. 마지막 제 5장에서 본 연구에 대해 고찰하고 간략하게 정리하여 결론을 맺는다.
레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, LASER)의 역사는 1960년 루비 레이저(고체 레이저)의 발진으로부터 시작되었고, 기체 레이저, 반도체 레이저, 색소 레이저 등 새로운 레이저 매질에 대한 연구가 활발하게 이루어 졌다[1]. 고출력을 기대할 수 있는 고체 레이저는 Q-스위칭 발진이 고안됨에 따라 마이크로초(μs)에서 나노초(ns)의 펄스폭을 가지고 첨두 출력이 메가와트(MW)급의 거대펄스를 발생시킴으로써 비선형 광학 연구가 발전하였다. 추가로, 모드 동기화 레이저 개발에 의해 피코초(ps)에서 펨토초(fs)의 펄스 생성이 가능하게 되었고, 최대 출력은 기가와트(GW)까지 가능하게 되었다. 최근에는, 처프 펄스 증폭(Chirped Pulse Amplification, CPA)의 발명으로 테라와트(TW)에서 페타와트(PW)급의 레이저까지 발전되었다[2]. 산업용 레이저의 개발은 주로 CO2 레이저, 불활성 가스 레이저 또는 네오디뮴(Neodymium, Nd)을 첨가한 Y3Al5O12 결정(Nd:YAG결정) 고체 레이저를 중심으로 발전해왔다. 대표적인 고체 레이저인 Nd:YAG 레이저와 Nd:glass 레이저의 여기원은 불활성 기체 플래시 램프가 사용되어왔다. 1980년대에는 반도체 레이저(Laser Diode, LD)의 고출력, 고효율, 수명(life-time)의 개선으로 LD 여기 고체 레이저가 발전했다[2]. 지금까지의 레이저 산업 응용은 주로 벌크형의 고체 레이저를 중심으로 발전 해왔다. 최근에는, 네오디뮴(Nd) 또는 이터븀(Yb) 등의 희토류 이온을 첨가한 광섬유를 레이저 이득매질로 사용하는 광섬유 레이저가 주목을 받게 되었다. 광섬유 레이저는 소형경량, 고효율, 높은 안정도, 그리고 뛰어난 공간 모드 제어 등의 장점을 가지고, 각종 레이저 응용에서 우위에 있다. 광범위한 레이저 응용을 고려한다면 본격적인 펄스 동작 광섬유 레이저의 연구 개발을 수행할 필요가 있다. 처음에는 네오디뮴이 첨가된 광섬유 레이저가 이터븀이 첨가된 광섬유 레이저에 비해 더 많은 장점을 가진 덕분에 주목을 끌었다. 그러나 레이저 개발에 있어서 광섬유 내의 비선형 광학 효과와 광학적 손상의 관점에서 볼 때 개발이 곤란하다. 따라서 에너지 준위 구조로부터 열 발생이 적고 고효율이며 고출력을 기대할 수 있는 이터븀 첨가 실리카 유리 광섬유가 주목받고 있다[2]. 레이저에 관한 연구를 수행하기 위해서는 레이저의 이득매질로 사용되는 희토류 이온을 첨가한 광섬유 제작이 핵심적인 부분인데, 본 연구에서는 변형 화학 기상 증착(Modified Chemical Vapor Deposition, MCVD) 공정과 액상 첨가(Solution Dopting) 방법을 이용하여 코어에 이터븀(Yb)이 고농도로 첨가된 광섬유 모재를 제조 하였으며, 광섬유 인출 과정을 통해 이중 클래드 구조를 가진 광섬유를 제작하였다. 그리고 흡수(absorption)와 자연 증폭 방출(Amplified Spontaneous Emission, ASE)을 통해 광섬유의 특성을 측정하고, 제작된 광섬유와 광섬유 브라그 격자(Fiber Bragg Grating, FBG)를 이용해 광섬유 레이저를 구성하였다. 이 논문의 구성은 총 5장으로 구성하였다. 제 1장 서론을 시작으로, 제 2장에서는 이터븀 이온과 이중 클래드 광섬유에 대한 이론을 설명하고 광섬유 레이저근사 모델을 이론적으로 해석하였다. 그리고 제 3장에서는 이론을 바탕으로 실제로 이터븀이 첨가된 광섬유 모재의 제작과 이중 클래드 광섬유 제작에 대해 설명 하였다. 제 4장에서는 흡수와 ASE를 통해 이터븀이 첨가된 광섬유의 특성 측정하고, FBG를 이용해 공진기를 구성하여 광섬유 레이저 발진 실험을 진행하였다. 마지막 제 5장에서 본 연구에 대해 고찰하고 간략하게 정리하여 결론을 맺는다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.