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[국내논문] 펨토초 레이저를 이용한 실리카 내부의 다층 회절격자 가공 기술
Direct writing of multi-layer diffraction grating inside fused silica glass by using a femtosecond laser 원문보기

한국레이저가공학회지 = Journal of korean society of laser processing, v.14 no.3, 2011년, pp.17 - 20  

최훈국 (조선대학교 공과대학 광기술공학과 레이저응용연구실) ,  김진태 (조선대학교 공과대학 광기술공학과 레이저응용연구실) ,  손익부 (광주과학기술원 고등광기술연구소 미세광학연구실) ,  노영철 (광주과학기술원 고등광기술연구소 미세광학연구실)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We fabricated a multi-layer diffraction grating inside fused silica glass by using a femtosecond laser direct writing method. The femtosecond laser with a wavelength of 515 nm, a pulse width of 250 fs, a repetition rate of 100 kHz, and an average output power of 6 W was used. Two layer diffraction g...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 6 μm의 격자 간격을 가지는 회절격자 층을 깊이 방향으로 인접하게 각 각 0.5, 1, 2, 3, 5 μm의 간격으로 회절격자들을 가공을 하였다.
  • 본 연구에서는 펨토초 레이저를 이용하여 실리카 내부에 격자 주기가 6 μm인 두 개의 회절격자 층을 깊이 방향으로 인접하게 가공하였으며, 이를 3 μm 격자 주기를 가지는 하나의 층으로 제작된 회절격자와 비교하여 회절 패턴을 측정하였다.
  • Fig. 7은 각 각 6 μm의 격자 간격을 가지는 두 개의 층의 간격에 따른 회절 패턴으로 He-Ne 레이저를 이용하였으며, 회절격자와 스크린 사이의 거리를 20cm로 하여, 스크린에 나타난 회절패턴을 디지털 카메라를 이용하여 측정하였다.
  • 회절격자의 가공을 위하여 레이저 빔을 20배율 대물렌즈 (NA = 0.40)를 사용하여 실리카 표면에서 70 μm 내부에 3 mm/s 가공속도, 1.7 μJ 펄스 에너지를 사용하여 4 mm × 6 mm의 크기로 제작 하였다.
  • 8 nm의 파장을 가지는 He-Ne 레이저를 사용하였으며, 제작된 회절격자와 회절패턴 측정 스크린과의 거리를 20 cm로 고정하여 회절모양을 확인하였고 디지털 카메라를 사용하여 그 모양을 기록하였다. 또한, 각 차수에 따른 강도 측정은 광검출기(Photodiode, PMD100)를 사용하여 측정하였다.

대상 데이터

  • 재생 증폭기(regeneration amplifier)에서 방출된 레이저 빔의 공간모드 형태는 가우시안 형태를 가지며 출력빔은 선편광을 가진다. 실험에서는 이 조화 생성기를 사용하여 펨토초 레이저 파장을 515 nm로 변환하여 실험에 사용하였다. 실험에 사용된 스테이지의 x, y 축은 선형 모터 스테이지, 300 mm × 300 mm의 가공 범위, 300 mm/s의 최대 이송 속도를 가지고 있으며, z 축은 100 mm의 가공 범위를 가지며, 각 각 독립적으로 구동된다.
  • 7 μJ 펄스 에너지를 사용하여 4 mm × 6 mm의 크기로 제작 하였다. 펨토초 레이저를 사용하여 제작된 회절격자의 회절패턴 측정은 Fig. 3과 같이 632.8 nm의 파장을 가지는 He-Ne 레이저를 사용하였으며, 제작된 회절격자와 회절패턴 측정 스크린과의 거리를 20 cm로 고정하여 회절모양을 확인하였고 디지털 카메라를 사용하여 그 모양을 기록하였다. 또한, 각 차수에 따른 강도 측정은 광검출기(Photodiode, PMD100)를 사용하여 측정하였다.
  • 실험에 사용된 스테이지의 x, y 축은 선형 모터 스테이지, 300 mm × 300 mm의 가공 범위, 300 mm/s의 최대 이송 속도를 가지고 있으며, z 축은 100 mm의 가공 범위를 가지며, 각 각 독립적으로 구동된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
펨토초 레이저의 장점은? 펨토초 레이저는 마스크를 사용하지 않고 직접 삼차원 광학 소자를 제작할 수 있는 장점이 있어 최근 많은 연구가 이루어지고 있다. 3 Watanabe 등은4 기포하여 Fresnel zone plate(FZP)를 직접 제작하여 광학 적 특성 조사를 하였고, Srisungsitthisnti5 등은 실리카 내부에 효율이 증대된 체적(Volume) FZP와 광도 파로 회로를 결합한 광소자에 대해 연구하였다.
실리카 내부에 펨토초 레이저를 사용하여 격자 주기가 6 μm인 두 개의 층으 로 가공 하였을 때 3 μm 격자 주기로 하나의 층으로 제작된 회절격자와 회절 패턴이 매우 유사함을 확인 하였는데, 이 결과로 무엇을 기대할 수 있는가? 광학계에서 널리 쓰이는 실리카 내부에 펨토초 레이저를 사용하여 격자 주기가 6 μm인 두 개의 층으 로 가공 하였을 때 3 μm 격자 주기로 하나의 층으로 제작된 회절격자와 회절 패턴이 매우 유사함을 확인 하였다. 이러한 3차원 격자 다층 가공 기술을 이용하 면 1.5μm 정도의 격자주기를 가지는 회절격자 제작 이 가능할 것으로 기대된다.
실리카는 무엇으로 이루어져 있는가? 실리카는 단일 산화물 유리로 무정형, 비결정의 실리 카로 이루어져 있으며, 넓은 파장 범위에 걸쳐 우수한 투과율을 갖는 특징이 있다. 또한, 매우 낮은 열팽창 계수를 가지고 있어 열 충격에 강하고 실리카를 녹이는 불화수소산을 제외하면 화학적으로 불활성인 성질을 갖고 있다.
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