초록 ▼

ㅇ 연구개요
이차원 준금속 물질 및 반도체 물질의 비선형 광 특성을 살펴보고 전기적/광학적 방법을 통하여 비선형 광 특성을 제어하고자 한다. 외부에서 이차원물질에 인가하는 전압 및 펌프빔의 세기에 따라 그래핀 등 이차원 준금속 물질의 페르미 준위 변화특성을 측정하고 이러한 변화가 물질의 비선형 광특성에 어떻게 영향을 끼치는지 살펴보고자 한다. 이차원 물질의 높은 비선형 광특성을 효과적으로 활용하기 위하여 빛과 이차원 물질의 상호작용을 향상시키고자 하였으며 특히 감쇄파 기반의 광소자와 이차원 물질을 결합 시 도파모드 분포의 최적

ㅇ 연구개요
이차원 준금속 물질 및 반도체 물질의 비선형 광 특성을 살펴보고 전기적/광학적 방법을 통하여 비선형 광 특성을 제어하고자 한다. 외부에서 이차원물질에 인가하는 전압 및 펌프빔의 세기에 따라 그래핀 등 이차원 준금속 물질의 페르미 준위 변화특성을 측정하고 이러한 변화가 물질의 비선형 광특성에 어떻게 영향을 끼치는지 살펴보고자 한다. 이차원 물질의 높은 비선형 광특성을 효과적으로 활용하기 위하여 빛과 이차원 물질의 상호작용을 향상시키고자 하였으며 특히 감쇄파 기반의 광소자와 이차원 물질을 결합 시 도파모드 분포의 최적화를 통하여 비선형 상호작용을 극대화 한다. 이를 활용하여 이차원 물질기반의 효율적인 비선형 광 포화 흡수 소자를 구현하고 해당 소자를 극초단 광섬유 레이저와 결합함으로써 다양한 환경에서 안정적으로 구동할 수 있는 극초단 펄스 광원을 개발한다.

ㅇ 연구 목표대비 연구결과
ㆍ 감쇄파를 이용한 이차원물질-빛 간의 상호작용 극대화
원자단위의 두께를 가지고 있는 단층 그래핀 및 이차원 반도체 물질을 측면연마 광섬유에 성공적으로 전사하여 상호작용을 향상시키고자 하였다. 특히 측면연마광섬유의 표면 특성을 향상시켜 산란손실을 줄이고, 도파모드의 모드분포 특성을 최적화하여 단층그래핀에서 20 dB 이상의 광 흡수를 가지는 소자를 개발하였다.
ㆍ 고효율 그래핀 광전 소자 개발
측면연마광섬유 소자에 제작한 그래핀 전계효과 트랜지스터를 전사하여 작은 전압인가로 광변조가 가능한 그래핀 광 변조기를 개발하였고 해당 광변조기가 약 500 nm 부터 2000 nm 대역에 걸친 매우 넓은 영역에서 동작하는 것을 확인하였다. 또한 특정파장에서 최대 95% 이상의 광변조가 가능함을 확인하였다. 더불어 전광섬유 (all-fiber) 구조에서 동작 가능한 그래핀 광검출기를 성공적으로 개발하였다.
ㆍ 이차원 물질 포화 흡수체 기반 안정적인 펨토초 광섬유 레이저 연구
협궤도 위성의 우주환경과 유사한 환경에서 안정적으로 동작하는 펨토초 광섬유 레이저 개발을 위하여 감마선 조사시 그래핀 포화 흡수체 및 그래핀 전계효과 트랜지스터의 특성에 관한 연구를 수행하였다. 또한 해당 포화 흡수체를 포함한 레이저가 강한 감마선 조사 환경에서도 안정적으로 동작함을 밝혀내었다.
ㆍ 층상간 상호작용에 따른 이차원 적층물질의 비선형 광 특성 연구
인가한 페르미 준에 따라 변화하는 Kerr 비선형 광특성에 관한 연구를 수행하고 최대 10배 이상 향상된 삼차 조화파 발생 신호를 성공적으로 관측하였다. 또한 층상간 상호작용에 따라 적층된 이차원 물질에서 비선형 광특성이 크게 향상될 수 있음을 밝혀내었다.

ㅇ 연구개발결과의 중요성
ㆍ 이차원물질-빛 간의 상호작용 극대화
원자단위의 두께를 가지고 있는 이차원물질과 빛이 상호작용 극대화 연구는 광전소자 및 광학소자로 활용될 가능성이 높은 이차원 물질 기반 소자의 효율을 향상시키는데 크게 기여할 것으로 예상한다.
ㆍ Robust 이차원물질 포화 흡수체 및 펨토초 레이저 개발
그래핀 포화 흡수체가 기존 포화흡수체와 비교하여 감마선 조사 우주환경에서 안정적으로 동작함을 최초로 밝혀내었으며 이는 최근 우주과학(space science)분야에서 활용하고자 하는 펨토초 레이저 개발에 응용이 가능할 것으로 보인다.
ㆍ 적층구조 이차원 물질의 비선형 광특성 연구
적층구조를 가지는 이차원 물질에서 층상간 상호작용에 의하여 변화하는 비선형 광특성에 대한 선행연구에 기여하였다.


(출처 : 연구결과 요약문 3P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 8
• 1) 이차원 물질기반 소재 및 광섬유 소자 연구 ... 8
• 2) 고성능 광섬유 레이저 개발 ... 11
• 3) 저차원 물질 비선형 광 특성 제어 및 분석 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 1) 초광대역 동작 가능한 그래핀 광변조 소자 개발 ... 18
• 2) 감마선 조사 환경에서 안정적으로 동작하는 그래핀-포화 흡수체 및 극초단 광섬유 레이저 개발 ... 19
• 3) 전기적 방법을 통한 적층된 이차원 물질 광 비선형 특성 향상 연구 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 20
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 24
• 끝페이지 ... 32