초록 ▼

Ⅰ. 제 목 새로운 레이저 단결정 및 광증폭 소자 제조 기술 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 최근 Er doped fiber amplifier (EDFA)가 개발되어 2.5 ∼ 10 Gbits/s 광통신 분야에서 널리 사용되고 있다. 현재 실용화되어 있는 장거리 광통신망에서 1.55 μm 파장의 레이저광에 광정보를 실려 보내는데, 이 광정보의 강도가 거리에 따라 약화되기 때문에 레이저에 실려있는 광정보를 일정 구간마다 증폭하는 기능이 필요하며 현재에는 이 기능을 EDFA가 수행하고 있다. 한편 1996년 Fuj

Ⅰ. 제 목 새로운 레이저 단결정 및 광증폭 소자 제조 기술 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 최근 Er doped fiber amplifier (EDFA)가 개발되어 2.5 ∼ 10 Gbits/s 광통신 분야에서 널리 사용되고 있다. 현재 실용화되어 있는 장거리 광통신망에서 1.55 μm 파장의 레이저광에 광정보를 실려 보내는데, 이 광정보의 강도가 거리에 따라 약화되기 때문에 레이저에 실려있는 광정보를 일정 구간마다 증폭하는 기능이 필요하며 현재에는 이 기능을 EDFA가 수행하고 있다. 한편 1996년 Fujitsu Laboratories Ltd. (Atsugi, Japan)의 연구원들은 WDM 기술을 채용하여 꿈으로 여겨지던 1.1 Tbits/s의 전송속도를 실험실적으로 실현하였다[1]. 그러나 Tbits/s급의 초고속 광통신이 민간생활 차원에서 실용화되기 위해서는 많은 문제들이 미해결 상황에 놓여 있는데 그 중의 하나로써 보다 효과적인 새로운 광증폭용 레이저 매질의 구현이 있다. 현재의 광증폭 소자는 열적 물성이 그다지 우수하지 못한 유리에 낮은 농도로 활성이온을 주입함으로써 수십 m 길이를 갖는 유리를 사용하고 있는 바 열적 물성이 보다 우수하고 고농도로 활성이온을 주입함으로써 광증폭 소자를 고효율 및 단순 소형화 할 수 있도록 하는 새로운 레이저 재료를 만들어 내는 것이 요구되는 것이다. 단결정 재료는 매우 우수한 열적 안정성을 가지고 있으며, 고농도로 레이저 활성이온이 주입 가능한 재료이기 때문에 이러한 목적에 있어서 새로운 광증폭 재료로써 기 가능성이 기대되고 있다. 현재 광통신 파장인 1.55 μm 파장의 레이저광을 발생시키는 레이저 단결정은 전 세계적으로 미해결의 과제로 남아 있다. 만일 이 연구를 통하여 1.55 μm 파장의 레이저광을 발생시키는 단결정을 발명할 수 있다면 기존의 EDFA 세계 시장 (약 3억$ 추정)에 경쟁력 있는 새로운 광증폭 소자 또는 광통신용 광원 소자를 제시하는 원천기술을 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 단결정에 1.55 μm 파장과 1.3 μm 파장의 레이저를 동시에 발생시키는 기능을 가질 수 있게 된다면 한 개의 레이저 단결정 속에서 1.55 μm과 1.3 μm 파장의 레이저광을 동시에 발생 및 증폭시키는 two window optical amplifier(TWOA) 개발도 기대할 수 있게 될 것이다. TWOA의 개발의 원천기술인 단결정 재료를 개발한다면 초고속정보 전달 속도의 용량은 최근 실험실적으로 개발된 정보전달 속도의 약 2.5배에 해당하는 2.7 Tbits/s 까지 이론적으로 증가될 수 있게 될 것이며, 원천기술 확보에 의한 기술경쟁력은 물론 광통신 시스템 설계에 있어서도 많은 변화를 초래하는 효과가 있을 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 1.55 μm 파장의 레이저광을 발생시킬 수 있는 새로운 레이저 단결정 개발을 목표로 하여 수행되었다. 현재 이러한 기능을 갖는 단결정 재료는 아직 보고되어 있지 않으며, 지구상에 존재하고 있지 않은 미지의 단결정 재료의 발명을 위해서는 아직도 많은 난관들이 존재하고 있다. 이러한 난관들로써 첫째로 새로운 단결정 host를 발명하거나 찾아야하고, 둘째로 효과적으로 1.55 μm 파장의 레이저광을 발생시킬 수 있는 활성이온을 찾아 적절한 농도로 주입하여야 하며, 셋째로 상기 조건을 만족하면서 동시에 경제성 있는 결정성장이 이루어질 수 있도록 적절한 결정성장법을 규명하거나 congruency를 갖는 조성을 규명하여 융액인상(Czochralski)법으로 결정 성장할 수 있도록 결정 조성을 제어하여야 하며, 넷째로 고품질의 결정을 성장할 수 있도록 결정 결함의 제어와 성장 조건의 확립이 요구되고, 다섯째로 성장된 결정이 요구되는 레이저광을 발생하는 지에 대한 평가로써 laser diode(LD)에 의한 구동 효과, 레이저 발생 효율 및 레이저 천이의 mechanism을 확인하거나 적어도 이를 예측할 수 있는 분광학적 물성 평가가 이루어져야 하며, 마지막으로 레이??적으로 미해결된 문제가 많이 존재하고 있으며, 이러한 기술들을 종합적으로 다루는데 있어서도 많은 어려움이 존재하고 있는 것이 현실이다. 이 같은 문제를 해결함에 있어서 결정설계 기술, 결정성장 기술, 분광물리 기술, 레이저 기술, 광소자 제조를 위한 특수한 연마가공 기술 등이 종합적으로 요구된다. 사실 위에서 열거한 문제의 해결을 위해 풀어나가야 하는 세부의 기술들은 하나하나 마다 고도의 기술 수준을 요구하는 것이므로 본 연구의 추진은 많은 모험성이 수반되고 있다. 이 연구의 결과로 기대되는 기술은 새로운 개념의 광통신의 광원 및 광증폭 소자의 개발에 기초가 되는 1.55 μm 레이저 단결정의 발명이라는 원천기술의 획득이며, 그 외에도 LD에 의해 구동되는 전고체 레이저용 새로운 단결정의 발명 등 레이저 재료 기술의 향상에 직접적인 영향을 주는 결정재료의 개발 등에 파급효과를 가지고 있는 것으로써 21세기가 요구하는 레이저 기술 혁신의 인프라를 한 차원 높이 구축하는 성과를 기대할 수 있는 연구인 것이다. 본 연구에서 목표로 하고 있는 1.55 μm 파장의 레이저 단결정 개발을 위하여 다양한 단결정 매질 및 활성이온에 대한 조성검색과 결정성장 연구를 시도하는 것은 아직 어느 나라에서도 연구 접근이 이루어진 바 없는 독창적인 시각으로부터 나온 것이다. 미래의 광소자라 할 수 있는 TWOA소자 제조 기술은 기술적으로 미극복 상태에 있는 1.3 μm와 1.55 μm 파장용 광증폭 소자 제조 기술 보다 한 차원 더 높은 소자제조 기술이다. 2.7 Tbits/s의 대량 정보전송에 혁신을 가져올 가능성이 있는 TWOA 소자 개발에는 현재보다도 한 차원 더 높은 고도의 단결정 재료 개발 기술과 소자설계 기술이 요구되어진다. 그러므로 본 연구는 TWOA 소자로 향하는 첫 단계의 연구로써, 그리고 광통신망에서 핵심적인 역할을 담당하는 광증폭 소자에 대한 새로운 설계 및 제조 기술의 원천이 되는 기술의 하나로써 1.55 μm 파장을 발생하는 새로운 레이저 단결정을 세계 최초로 창출하고자 시도하는 것이며, 그 연구 과정에서 얻어지는 부수적인 기술 개발을 통하여 우리나라의 레이저와 광통신 산업 및 단결정 성장 산업의 발전에 기여하고자 하는 것이다. 본 연구의 결과가 제품으로써 최종적으로 시장 경제적 효과를 거두기 위해서는 크게 두 가지 기술 분야의 접목이 요구된다. 첫째는 새로운 레이저 단결정의 합성 및 성장 기술 분야이다. 둘째로는 성장된 단결정을 이용하여 광증폭 소자를 제조하는 소자 제조 기술의 분야이다. 후자의 분야에서는 optical waveguide 소자의 설계와 반도체 laser diode pumping에 의한 구동이 요구되므로 레이저광학 및 반도체 분야의 전문가의 참여가 요구된다. 그러나 현재 주어진 여건 하에서는 단결정 성장기술의 개발이 선행되어야 하므로 소자제조의 밑걸음이 되는 새로운 단결정의 개발에 초점을 두고, 추후의 개발과제로써 소자 개발 연구를 수행하고자 하였다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 본 연구의 최종 연구 개발 목표는 1.55 μm 파장 광증폭용 새로운 단결정의 발명 및 결정성장 기술 개발이며, 각 연구 연차별 세부 연구 개발 목표는 1차년도(1997. 9. 1 ∼ 1998. 8. 31)에는 1.55 μm 광증폭용 vandate계 레이저 단결정 발명 및 결정성장기술 개발, 2차년도(1998. 10. 1 ∼ 1999. 9. 30)에는 1.55 μm 광증폭용 Garnet계 레이저 단결정 발명 및 결정성장기술 개발, 3차년도(1999. 10. 1 ∼ 2000. 8. 31)에는 1.55 μm 광증폭용 대형 단결정 성장이다. 각 연차별 기술 개발 및 연구 개발의 내용 및 범위는 다음과 같다. 1차년도 (1997. 9. 1 ∼ 1998. 8. 31) 1) 결정설계 기술의 확립 2) congruency 탐색 기술 3) 융액인상법에 의한 vandate계 단결정 성장 4) 1.55 μm발진용 활성이온 주입기술 개발 5) 분광학적 물성평가 기술 개발 2차년도 (1998. 10. 1 ∼ 1999. 9. 30) 1) 융액인상법에 의한 garnet계 단결정 성장 2) 다결 기술 4) 활성이온 주입기술 및 분광물성 평가 기술 확립 3차년도 (1999. 10. 1 ∼ 2000. 8. 31) 1) 융액인상법에 의한 최적 조성의 대형 단결정 성장 기술 확립 2) 결정화 분률에 따른 결정결함 및 조성 편차 제어 기술 확립 3) 초정밀 단결정 가공 기술 확립 4) 활성이온 주입기술 및 분광물성 평가 Ⅳ. 연구개발결과 본 연구를 통하여 가장 경제성있는 결정성장방법으로 평가받고 있는 융액인상법(Czochralski method)으로 Er,Yb:YCOB 단결정 성장기술을 세계 최초로 확립하여 국내 및 미국 특허 출원을 완료하였다. 성장된 결정은 길이 80-100 mm, 직경 10∼25 mm로써 실험실 보유 결정성장 장치로 얻을 수 있는 최대 크기의 단결정 성장 기술을 확보하였으며, 가로, 세로 5 mm, 두께 1.9 mm 크기의 1.55 μm 파장용 microchip 레이저 소자 제조 기술을 확보하였다. 성장된 결정은 기포, 균열 등이 없었으며 결정형이 잘 발달되고 응력 유도 복굴절이 존재하지 않는 양질 결정으로 판명되었다. 분광물성 측정 결과 976.5 nm의 LD에 의한 구동이 가능하며, Yb3+ 이온에 의해 흡수된 pumping광이 Er3+ 이온으로 전이되는 확률은 95-97%이고, 이 전이된 에너지에 의하여 1.23 ms의 수명을 가진 Er3+-4I13/2 준위에서 오래 머물다가 1.55 μm 파장의 광을 형광 방출하는 레이저 구동 메카니즘이 형성되어 있음을 확인되었다. 형광선폭은 약 70 nm로써 2 nm의 선폭을 갖는 일반 레이저 단결정 보다는 파격적으로 넓은 선폭을 가지고 있는 것으로 나타났으나 광화이버에 비하면 형광선폭이 다소 좁았다. 당초 목표를 수행하는 과정에서 상기 단결정 이외에도, 융액인상법에 의하여 다음의 3가지 laser host에 6종의 레이저 단결정 성장기술 및 광소자 제조 기술을 개발하였는데 그 종류는 다음과 같다. 1. YCOB를 매질로 하는 단결정 및 기능성 소자 Nd:YCOB 단결정 : SFD 레이저 소자, RGB 파장의 전고체 레이저 광소자 Yb:YCOB 단결정 : SHG 비선형 광학, 10.3 μm 전고체 레이저 광소자 YCOB 단결정 : SHG 비선형 광학소자 2. Garnet를 매질로 하는 단결정 및 기능성 소자 Cr4+:YAG 단결정 : 1.3∼1.5 μm 파장의 파장가변형 레이저 광소자 1.06 μm 레이저의 passive Q-switch 광소자 Yb:YAG 단결정 : 1.03 μm 파장의 고출력 전고체 레이저 광소자 3. Nd:LSB 단결정 : 1.06 μm 파장의 전고체 레이저 광소자 당초 목표를 수행하는 과정에서 상기 단결정 이외에도, 융액인상법 또는 부유대 용융법 (floating zone법)에 의하여 vanadate 단결정으로써 GdVO4 단결정, Nd:YVO4 단결정, Pr:GGG 단결정, Er,Cr:YAP 단결정, TiO2계 단결정으로써 rutile과 Al, Cr, Ga, Sc, Zr, Fe, V, Nb, B, Er 등의 이온을 주입한 rutile 단결정, 각종 전이금속 이온이 주입된 β-Ga2O3 단결정 등에 대해 결정 성장 조건과 광소자 제조 조건을 검토하였으며, 관련 광물성을 조사하였다. 본 연구를 통해 확립한 기술은 다음과 같다. 가. 상기한 단결정에 대한 융액인상법에 의한 결정성장 기술 및 know-how 나. 융액인상법의 결정 성장 공정 기술 및 know-how 다. 결정결함 검출, 평가 및 제어 기술 라. 광소자, microchip 레이저 발진소자 제조 및 공정 기술 V. 연구개발결과의 활용계획 본 연구의 결과, 확립된 Er,Yb:YCOB 단결정 성장기술은 세계 최초로 확립된 결정 기술로써 국내 및 미국 특허 출원을 완료하였다. 분광물성 평가 결과 1.55 μm 파장의 레이저광을 발생하는 우수한 분광특성을 가지고 있기 때문에 광통신의 광원 레이저로써 활용될 가능성이 있다고 판단되었다. 그러므로 앞으로 정밀한 레이저 발생 실험 및 응용 연구를 수행함으로써 광통신용 광원레이저로써 실용화할 수 있도록 해나갈 예정이다. 본 연구의 결과, 확립된 Nd:YCOB 단결정 성장기술 또한 광영상 매체 분야에 혁신을 초래할 수 있는 초소형 고출력의 RGB 레이저 재료로써 사용될 가능성이 있으므로 매우 중요한 연구 결과이다. 현재 Nd:YCOB를 이용한 green 레이저광의 발생은 61 mW의 레이저 발진이 확인되었으며, 후속 연구를 통해 green 및 blue 레이저광에 촛점을 맞추어 레이저의 출력을 증가시켜나가는 연구를 계속 수행해 나감으로써 RGB 전고체 레이저 구성을 실용화해나가도록 할 예정이다. 본 연구의 결과로 성장기술이 확립된 Yb:YCOB, Yb:YAG 단결정은 최근 고출력 레이저로써 국내외 레이저 전문가들 사이에서 크게 주목을 받고 있는 결정으로 실용화될 수 있는 단결정이다. 현재 국내 레이저 전문가들 사이에서 광소자를 사용해보고 싶다는 요청이 많이 쇄도하고 있으며, 일본의 국립연구소에서도 요청을 받고 있다. 본 연구의 결과로 성장기술이 확립된 Cr4+:YAG 및 Nd:LSB 단결정 또한 passive Q-switch 광소자 및 1.06 μm 파장의 전고체 레이저 광소자로 실용화가 가능한 수준으로 기술이 확립되었다. 특히 Nd:LSB 단결정의 경우 비선형 결정을 사용하여 SHG하는 경우 300∼600 mW급의 green 레이저광을 얻을 수 있으며, 고출력 분야에서 Nd:YAG, 중급 출력에서의 Nd:YVO4, 비교적 저출력급에서 전고체 레이저용 광소자로써 Nd:LSB의 실용화가 가능하다. 이상에서 설명한 본 연구에서 성장한 단결정들을 대구경 단결정 성장 기술을 보완 연구하여 산업적 생산 기술로 전환해나가야 할 필요성이 있으며, 이를 목적으로 적절한 기업을 선정하여 기술이전을 수행하고 단결정 성장 전문기업으로 성장해 나갈 수 있도록 기술 지원해 나갈 계획이다. 본 연구에서 확립된 상기의 단결정들은 실험실적으로 직경 20 mm 크기의 단결정을 성장하는 기술을 개발한 것으로써 향후 제품 생산기술로서 기업화의 단계에 까지 도달하기 위해서는 대형의 생산설비에 의하여 직경 2인치 (50 mm) 크기의 단결정을 성장하는 scale-up 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이며, 생산기술의 연구시 본 과제에서 확보한 기술이 그 중심적 기술로서 기여하게 될 것이다. 본 연구의 결과로 발생하는 기술적 기대 효과는 1) 융액인상법에 의한 산화물 단결정 성장 전문 기업의 육성, 2) 레이저 등 광산업 관련 기업의 첨단 소재에 대한 기술적 전문성 심화, 3) 융액인상법에 의해 생산 가능한 단결정의 다양화와 기술성 심화, 4) 고도의 기술 집약적 첨단제조 산업인 laser, nonlinear-optic, piezoelectric 소재 및 소자 제조 산업의 활성화 및 5) 고체물리, 전자광학, 결정성장학, 결정학 등 소재 관련 과학 발전에의 기여를 들 수 있다.

Abstract ▼

I. Title of this Project Development of new diode pumped laser crystals for the applications of optical technologies and communications II. Necessities, Target and Scope of Investigations In the field of optical communications, EDFA (erbium doped fiber amplifier) is used for the purpose of 1.55

I. Title of this Project Development of new diode pumped laser crystals for the applications of optical technologies and communications II. Necessities, Target and Scope of Investigations In the field of optical communications, EDFA (erbium doped fiber amplifier) is used for the purpose of 1.55 μm laser generation and amplification to achieve 2.5-10 Gbit/s transmission. In 1996, Fujitsu Laboratories Ltd. (Atsugi, Japan) announced that 1.1 Tbits/s of transmissions was obtained using WDM and TDM technologies. The overcome of tera bits barrier was the dream for researchers at that time. But there are still problems in realization of 1.1 Tbits/s at the street. Because glass fiber has not so good thermal characteristics, for example low thermal conductivities, crystal materials can be a candidate for such an high energy transport situations. There are no suitable crystals emit 1.55μm lasers until now in the world. So we must challenged to create the new single crystal materials for the application of optical communications and technologies. The target of this project (1997. 9. 1 - 2000. 8.31) is the creation and growth of new crystals generating 1.55μm laser. For the creation of new 1.55μm laser crystals, we investigated new chemical compositions which have congruency based on the crystal design, solid state reaction and structure analysis methods. Crystal growth was done by various method, such as m-PD, floating zone and Czochralski method, for the selected candidates as new crystalline materials. For the laser applications, various kind of rare earth and transition metal ions, as active ions or sensitizers, were doped to the single crystals. Also we investigated the structure, crystal defects, spectroscopic properties and other suitable properties. And then we prepared optical devices by precise crystal processing. III. Results 1.Er,Yb:YCOB single crystals and prototype of 1.55 μm laser devices For the first time in the world, Er,Yb:YCOB single crystals were created and grown by this project. High quality of Er,Yb:YCOB crystals with the size of 80-100 mm in length and 10-25 mm diameter was grown by Czochralski method. And we confirmed that Er,Yb:YCOB crystals has superior spectroscopic properties to emit 1.55 μm laser. The prototypes of 1.55 μm laser devices were prepared by precise orientation and polishing. And then finally, the growth technologies were submitted to get Patent right at Korea and United State of America. 2. Other single crystals and valuable optical devices Under the experiments for this project, we established the valuable technologies for various kinds of crystals by Czochralski method and fabrication of optical devices as followings; A. Single crystal based on YCOB and their optical devices Nd:YCOB crystals : SFD laser devices, RGB laser devices Yb:YCOB crystals : SHG nonlinear optic devices, 10.3 μm microchip tunable laser devices YCOB crystals : SHG nonlinear optic devices B. Single crystal based on garnet and their optical devices Cr4+:YAG crystals : 1.3-1.5 μm tunable laser devices passive Q-switch devices for 1.06 μm laser Yb:YAG crystals : 1.03 μm microchip laser devices for high power laser C. Nd:LSB crystals : 1.06 μm microchip laser devices 3.Other single crystals and technical data we experimented to grow GdVO4, Nd:YVO4, Pr:GGG, Er,Cr:YAP single crystals by Czochralski method and rutile and Al, Cr, Ga, Sc, Zr, Fe, V, Nb, B, Er ion doped rutile crystals by floating zone method. 4.During the research of this project, we developed the following technologies ; A. Technologies on crystal design and search for congruency B. Technologies on the crystal growth and know-how for above materials C. Technologies concerned on the process of Czochralski method and know-how D. Technologies on the characterization of defects and properties E. Technologies on the fabrication of optical devices and know-how VI. Plan for the realization of R & D Results -. Application to optical communication and laser research for Er,Yb:YCOB single crystal and 1.55 μm laser devices -. Application to industrial production and commercialization of crystal growth technologies and know-how via pilot-scale growth -. Application of optical devices to the field of system manufacture and R&D -. Application to industrial production and commercialization of optical devices via technologies and know-how transfer

목차 Contents

• 제 1장 서론...28
• 제 1절연구의 목적 및 필요성...28
• 1. 과학기술적 측면에서의 연구 필요성...28
• 2. 산업 경제적 측면에서의 연구 필요성...30
• 3. 사회 문화적 측면에서의 연구 필요성...31
• 4. 연구 목표...33
• 제 2절연구의 내용과 범위...34
• 제 2장 국내외 기술 개발 현황...37
• 제 3장 연구 개발 수행 내용 및 결과...42
• 제 1절이론...42
• 1. 결정성장 방법의 개관...42
• 2. 융액인상법의 결정성장 원리...44
• 3. 융액인상법의 장단점...45
• 가. destructive phase transition...46
• 나. congruency...46
• 다. 용융 온도 및 도가니와의 화학적 반응성...47
• 라. 휘발성...47
• 마. 점도...47
• 바. 결정성장 분위기...48
• 4. 융액인상법에 의한 결정 성장의 주요 인자와 제어...49
• 5. 부유대 용융법에 의한 단결정 성장...51
• 6. 레이저 매질의 분광학적 성질과 레이저 전이...51
• 제 2절실험...61
• 1. 결정 설계 및 합성 실험...61
• 가. 결정 설계...61
• 나. 고상 소결 실험...62
• 다. 분말법에 의한 X선 회절 실험...62
• 라. m-PD법에 의한 화이버 결정의 성장...62
• 2. 부유대 용융법(floating zone법)에 의한 결정 성장 실험...63
• 가. 결정 성장용 다결정 원료의 합성 실험...63
• 나. 부유대 용융법 결정 성장 장치 및 성장로의 설치...64
• 다. 부유대 용융법에 의한 단결정 성장 실험...67
• 3. 융액인상법(Czochralski법)에 의한 결정 성장 실험...67
• 가. 결정 성장용 다결정 원료의 합성 실험...67
• 나. 융액인상법 결정 성장 장치 및 성장로의 설치...69
• 다. 융액인상법에 의한 단결정 성장 실험...69
• 4. 결정 결함 및 결정 물성의 평가 실험...76
• 가. X선 회절 실험...76
• (1) 분말법에 의한 X선 회절 실험...76
• (2) 성장 방위 측정 실험...76
• 나. 편광계 및 편광현미경에 의한 결정 결함 관찰...76
• 다. He-Ne 레이저에 의한 광산란 센터의 결정 결함 관찰...77
• 라. 분광 물성 측정 실험...77
• (1) 흡수 스펙트럼 측정...77
• (2) 형광방출 스펙트럼 측정...77
• (3) 형광수명 측정...78
• 마. conoscopy법에 의한 결정 광축의 결정...78
• 바. 단결정의 초정밀 결정 가공 및 광소자의 제조...78
• 제 3절연구 결과...81
• 1. vanadate계 garnet 다결정 합성, congruency 탐색 및 결정성장...81
• 2. Cr4+:YAG 단결정의 결정설계, congruency 탐색 및 결정성장...86
• 가. Cr4+:YAG의 결정설계 및 congruency 탐색...86
• 나. 부유대 용융법에 의한 Cr4+:YAG 단결정 성장...87
• (1) Cr4+:YAG 결정성장 실험 결과...87
• (2) 결정결함...88
• 다. 융액인상법에 의한 Cr4+:YAG 단결정 성장...90
• (1) Cr4+:YAG 결정성장 실험 결과...90
• (2) 결정구조 동정 및 격자상수...91
• (3) 결정결함...91
• (4) 흡수계수의 변화 및 유효 편석 계수의 계산...93
• (5) 형광방출 스펙트럼...96
• 라. Cr4+:YAG passive Q-switch 광소자의 제조...96
• 3. Y2O3-Li2O계 단결정의 결정 설계 및 congruency 탐색...99
• 4. YAlO3계 단결정의 결정설계 및 결정성장...100
• 5. TiO2계 단결정의 결정설계 및 결정성장...104
• 가. 결정설계...104
• 나. 부유대 용융법에 의한 TiO2계 단결정 성장...104
• (1) TiO2계 결정성장 실험 결과...104
• (2) 결정결함...104
• (3) 자외/가시광선 (UV/VIS) 영역에서의 투과율...108
• (4) 근적외선 (N/R) 영역에서의 흡수 스펙트럼...110
• 6. 융액인상법에 의한 vandate계 단결정 성장...110
• 7. 융액인상법에 의한 Pr,Yb:GGG 단결정 성장...114
• 8. 융액인상법에 의한 Nd:LSB 단결정 성장...117
• 가. Nd:LSB 결정성장 실험 결과...118
• 나. X선 회절 실험 결과...120
• 다. 흡수 스펙트럼...120
• 라. 형광방출 스펙트럼...120
• 마. Micro-chip laser device 시제품 제작...123
• 9. β-Ga2O3 단결정의 결정설계 및 결정성장...123
• 가. β-Ga2O3 단결정의 결정설계...123
• 나. 부유대 용융법에 의한 β-Ga2O3 단결정 성장...124
• 다. β-Cr:Ga2O3 단결정의 상온 photoluminescence 특성...126
• 라. β-Cr:Ga2O3 및 β-Fe,Mn:Ga2O3 단결정의 EPR 특성...126
• 10. Yb:YAG 단결정의 결정설계 및 결정성장...128
• 가. Yb:YAG의 결정설계 및 congruency 탐색...128
• 나. 부유대 용융법에 의한 단결정 성장...129
• (1) 결정성장 실험 결과...129
• (2) X선 회절 실험 결과...131
• (3) 편광계에 의한 결정결함 관찰...132
• (4) 흡수 스펙트럼 측정...132
• (5) 형광방출 스펙트럼...134
• (6) 형광수명...134
• 다. 융액인상법에 의한 단결정 성장 실험 결과...135
• (1) 결정성장 실험 결과...135
• (2) 결정결함...139
• (3) 분광물성...140
• 라. Yb:YAG microchip 레이저 광소자의 제조...140
• 11. 융액인상법에 의한 YCOB계 단결정 성장...142
• 가. YCOB계 단결정의 결정설계 및 congruency 탐색...142
• 나. YCOB계 결정성장 실험 결과...143
• 다. X선 회절 실험 결과...144
• 라. 결정축 및 광학축 간의 관계...145
• 마. Er,Yb:YCOB 단결정의 흡수 및 형광방출 스펙트럼...147
• 바. YCOB SHG 광소자의 제조...154
• 사. Er,Yb:YCOB 1.55 μm 레이저 광소자의 제조...156
• 아. Nd:YCOB RGB 레이저 광소자의 제조...157
• 제 4장 연구 개발 목표 달성도 및 대외 기여도...158
• 제 1절연구 성과...158
• 1. 국내외 전문 학술지 논문 발표 목록...159
• 가. 해외 전문 학술지 논문 발표 (SCI)...159
• 나. 국내 전문 학술지 논문 발표...159
• 2. 국내외 학회 학술 발표 목록...160
• 가. 국내 학회 학술 발표...160
• 나. 국제 학회 학술 발표...163
• 3. 국내외 특허 출원 목록...165
• 가. 국내 특허 출원...165
• 나. 국외 특허 출원...165
• 제 2절연구 개발 목표 달성도 및 대외 기여도...165
• 1. 1차년도 연구 개발 목표 달성도...165
• 가. 1차년도 연구의 개요...165
• 나. 평가의 착안점에 따른 1차년도 연구 개발 목표 달성도...168
• 2. 2차년도 연구 개발 목표 달성도...170
• 가. 2차년도 연구의 개요...170
• 나. 평가의 착안점에 따른 2차년도 연구 개발 목표 달성도...171
• 3. 3차년도 연구 개발 목표 달성도...173
• 가. 3차년도 연구의 개요...173
• 나. 평가의 착안점에 따른 3차년도 연구 개발 목표 달성도...174
• 4. 관련분야의 기술발전에의 기여도...175
• 가. 단결정 성장 과학기술 및 관련 산업계에 대한 기여도...175
• 나. 광소자 제조 기술 및 관련 산업계에 대한 기여도...176
• 다. 새로운 단결정과 광소자 창출 기술의 파급 효과...177
• 제 5장 연구 개발 결과의 활용 계획...178
• 제 1절추가 연구의 필요성...178
• 제 2절타 연구에의 응용...180
• 제 3절기업화 추진방안...181
• 참고 문헌...182