초록 ▼

□연구개요
양자 감도 레이저 센서에 주로 이용되는 다수 광자 얽힘 상태는 조임 상태(Squeezed state)를 기반으로 얻어진다. 따라서 양자 감도 레이저 센서의 구현에는 조임 상태의 광원 개발이 필수적인데 기존의 자유 공간 광학계를 통한 조임 상태 광원은 레이저 센서 시스템의 적용에 있어 빛의 정렬 및 광경로 제어 등의 측면에서 실용적인 한계를 가진다. 이에 따라 본 연구에서는, 광섬유의 높은 커-비선형성을 활용하여 고 비선형 광섬유를 통한 조임 상태 광 펄스 생성 시스템, 즉, ‘광섬유 기반 비 고전 상태 펄스 레이저

□연구개요
양자 감도 레이저 센서에 주로 이용되는 다수 광자 얽힘 상태는 조임 상태(Squeezed state)를 기반으로 얻어진다. 따라서 양자 감도 레이저 센서의 구현에는 조임 상태의 광원 개발이 필수적인데 기존의 자유 공간 광학계를 통한 조임 상태 광원은 레이저 센서 시스템의 적용에 있어 빛의 정렬 및 광경로 제어 등의 측면에서 실용적인 한계를 가진다. 이에 따라 본 연구에서는, 광섬유의 높은 커-비선형성을 활용하여 고 비선형 광섬유를 통한 조임 상태 광 펄스 생성 시스템, 즉, ‘광섬유 기반 비 고전 상태 펄스 레이저 시스템(Fiber-based non-classical state pulse laser, FB-NCSPL)’ 개발을 진행한다.

□연구 목표대비 연구결과
본 연구에서 제안한 연구 목표와 결과는 다음과 같다.
1) 잡음-유사 펄스의 생성 과정의 이론적 규명
이득이 있는 비선형 광섬유 공진기에서 발진하는 FB-NCSPL 잡음-유사 광 펄스는 강자성체 내의 원자 자기 벡터(atomic magnet)들의 자발적 동기화 현상 및 자발적 대칭성 붕괴 현상을 설명하는데 이용되는 긴즈버그-란다우 방정식으로 표현된다. 이에, 본 연구단은 잡음-유사 광 펄스의 형성과 자발적 대칭성 붕괴 및 2차 상변환 현상과의 관련성을 입증하기 위해, 높은 커 비선형성과 광섬유의 분산, 그리고 광학적 이득이 함께 작용하는 매질에서의 극초단 펄스의 동역학을 연구 및 분석하였다.
2) 높은 커 비선형성과 낮은 라만 계수를 동시에 가지는 미세 구조 광섬유의 개발
단일모드 및 분산천이 광섬유와 같은 상용광섬유들과 달리 높은 커 비선형성을 가지고 낮은 라만 계수를 가지는 비 실리카계 미세 구조 광섬유를 제안하고 이에 대한 전산 모사 및 광섬유 인출을 진행하였다. 인출된 광섬유의 동작 특성을 분석을 통해 초-조임 상태 광원 생성에 본 연구단이 제안한 미세 구조 광섬유가 이용될 수 있음을 확인하였다.
3) 단일 다중 솔리톤 펄스, 잡음-유사 펄스광을 발진시키는 모드 잠금 광섬유 레이저 시스템 개발 및 잡음-유사 펄스광 생성에 대한 실험적 연구
광원의 편광상태 제어에 따라 단일, 다중 솔리톤 그리고, 잡음-유사 펄스광을 발진시킬 수 있는 비선형 편광 회전(nonlinear polarization rotator) 기반의 모드 잠금 광섬유 레이저 시스템을 개발하였다. 또한 잡음-유사 펄스광의 대역폭, 펄스폭, shot-to-shot coherence 등의 특성을 측정하고 고 비선형 광섬유를 이용한 조임 상태 광원 개발 및 balanced homodyne detection (BHD)을 통한 조임률 측정을 진행하였다.

□연구개발결과의 중요성
긴즈버그-란다우 방정식을 통한 분석을 통해 잡음-유사 펄스가 응집물질물리학에서 말하는 2차 상변환과 자발적 대칭 및 붕괴현상과 유사한 동역학을 공유하고 있음을 확인하였다. 또한 잡음-유사 펄스광 개발 및 비선형 광섬유를 이용한 조임 상태광원의 조임률 측정을 통해 양자 감도 레이저 센서에 적용 가능한 광섬유 기반(all-fiberized) 조임 상태 광원 개발이 가능함을 확인하였다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 1) FB-NCSPL에서의 단일 솔리톤, 다중 솔리톤, 잡음-유사 펄스의 양자 광학적 상태 해석 (1차년도) ... 4
• 2) FB-NCSPL에서의 잡음-유사 펄스 생성에 관한 이론적 연구 ... 5
• 3) 높은 커 비선형성과 낮은 라만 계수를 동시에 가지는 미세 구조 광섬유의 개발 (1-2차년도) ... 7
• 4) FB-NCSPL 시스템 개발 및 특성 평가 ... 8
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 11
• 1) FB-NCSPL에서의 단일 솔리톤, 다중 솔리톤, 잡음-유사 펄스의 양자 광학적 상태 해석 ... 11
• 2) 높은 커 비선형성과 낮은 라만 계수를 동시에 가지는 미세 구조 광섬유의 개발 ... 14
• 3) 조임 상태의 균형 측정을 위한 결맞음 상태의 피코초 미만 단일 솔리톤 펄스 광원 발생 시스템 개발 ... 16
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 20
• 5. 연구성과 ... 22
• 끝페이지 ... 32