KR101550048B1 - Q-switched Yb:KYW planar waveguide laser Device by evanescent-field-interaction with carbon nanotubes and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 평면 도파로 상에 직접 제조하는 과정 및 이에 따라 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용을 통해 Q-스위칭됨으로써 나노초 펄스를 형성하는 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치는 단일벽 탄소나노튜브를 이용한 레이저로서, KYW 기판 상에 형성되며 Yb:KYW 재질을 이득매질로서 가지는 평면 도파로, 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체, 단일모드 레이저 다이오드, 적어도 하나 이상의 비구면 렌즈(aspheric lens), 적어도 하나 이상의 거울, 상기 이득매질과 상기 거울에서의 역반사로 인한 펌핑광원의 손상을 막기 위한 패러데이 단향관(faraday isolator) 및 p-편광을 맞추기 위한 반파장판을 포함할 수 있다.More particularly, the present invention relates to a Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a carbon nanotube-based saturable absorber (SWCNT-SA) To a laser device that directly forms on a waveguide and thus forms a nanosecond pulse by Q-switching through an extinction field interaction with a carbon nanotube, and a manufacturing method thereof.
For this, the Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device using a single-walled carbon nanotube, which is formed on a KYW substrate, has a Yb: KYW material At least one mirror, at least one aspheric lens, at least one mirror, a gain medium and a pumping source of light due to the retroreflection in the mirror, wherein the gain medium comprises a planar waveguide, a carbon nanotube-based saturated absorber, a single mode laser diode, A Faraday isolator to prevent damage, and a half wave plate to match the p-polarized light.
Description
본 발명은 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 평면 도파로 상에 직접 제조하는 과정 및 이에 따라 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용을 통해 Q-스위칭됨으로써 나노초 펄스를 형성하는 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a carbon nanotube-based saturable absorber (SWCNT-SA) To a laser device that directly forms on a waveguide and thus forms a nanosecond pulse by Q-switching through an extinction field interaction with a carbon nanotube, and a manufacturing method thereof.
본 발명은 교육부 및 한국연구재단의 중견연구자지원사업 (도약)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2011-0017494 과제명: 저차원 탄소나노구조 포토닉스: 합성 및 제어, 광대역 광특성 분석 및 이해, 포토닉스 소자 개발 및 응용].The present invention was derived from a research carried out by the Ministry of Education and the Korea Research Foundation as part of a project to support a large researcher [project assignment number: 2011-0017494 Title: Low-Dimensional Carbon Nanostructured Photonics: Synthesis and Control, Broadband Optical Characteristic Analysis and Understanding, Photonics Device Development and Application].
펄스 레이저는 연속파 레이저에 대비하여 펄스 모양의 출력을 얻을 수 있는 레이저를 일컫는다. 펄스 레이저 중에서도 초고속 펄스 레이저의 개발은 현재 대용량 광신호 처리, 초고속 센싱, 미세 가공, 비파괴 검사 등 많은 분야에 크게 기여해 왔다.A pulsed laser refers to a laser capable of obtaining a pulsed output in contrast to a continuous wave laser. Among pulse lasers, the development of ultra-high speed pulse lasers has greatly contributed to many fields such as large-capacity optical signal processing, high-speed sensing, fine processing, and nondestructive inspection.
펄스 레이저에서 짧은 펄스폭과 높은 반복률(repetition rate)을 가지는 펄스열을 생성하기 위해서는 레이저 공진기 내의 on/off를 담당하는 기계적 스위치의 삽입으로는 불가능 하기 때문에, 이를 달성하기 위해 모드-잠김(mode-locking) 기술이 개발 되었다.In order to generate a pulse train having a short pulse width and a high repetition rate in a pulse laser, it is impossible to insert a mechanical switch for on / off in the laser resonator. To achieve this, mode-locking ) Technology was developed.
모드-잠김 기술은 크게 능동형 모드-잠김과 수동형 모드-잠김 방법으로 나누어진다. Mode - locking technology is largely divided into active mode - locking and passive mode - locking method.
상기 능동형 모드-잠김 방법에는 레이저 내에 변조기를 두어 외부 변조 신호와 동일한 주파수로 변조하는 강제 모드-잠김 및 레이저 매질의 비선형으로 인하여 자발적으로 생기는 자기 모드-잠김이 있으며, 수동형 모드-잠김 방법에는 대표적으로 포화흡수체(Saturable Absorber, SA)를 사용하는 방법이 있는데, 상기 수동형 모드-잠김 방법은 포화흡수체가 여러 모드 들의 시작점을 서로 맞춰주는 역할을 하게 되어, 이 점을 기준으로 모드들의 상이 서로 맞기 시작하면서 극초단 펄스를 생성하게 된다.The active mode locking method includes a forced mode locking mode in which a modulator is provided in a laser to the same frequency as an external modulation signal and a magnetic mode locking mode occurs spontaneously due to nonlinearity of the laser medium. There is a method of using a saturable absorber (SA), in which the saturable absorber serves to match the starting points of the various modes so that the phases of the modes start to match each other Thereby generating an ultrashort pulse.
상기 포화흡수체(saturable absorber)는 입사되는 빔의 세기에 따라서 빛의 흡수율이 다른 특성을 지닌 광소자를 말하며, 일반적으로 포화흡수체는 빛의 세기가 강해질수록 그 흡수율이 낮아지며 순간적으로 표백현상을 유발하는 특성이 있다.The saturable absorber refers to an optical element having a different absorption rate of light depending on the intensity of an incident beam. In general, a saturable absorber has a property of decreasing the absorption rate as the intensity of light becomes stronger, .
따라서 이러한 특성을 지닌 포화흡수체를 레이저에 삽입하여 수동형 모드-잠김 또는 Q-스위칭을 유도하면 손쉽게 짧은 펄스를 얻을 수 있으므로, 다양한 재료를 이용해 상기 포화흡수체를 제조하는 방법에 대해 지속적으로 연구되고 있다.Therefore, a method of fabricating the above-mentioned saturated absorber using various materials can be easily achieved by inserting a saturated absorber having such characteristics into a laser to induce passive mode-locking or Q-switching.
한편, 도파로 레이저는 이득매질이 광도파로 구조로 이루어진 레이저를 일컫는 말로서, 효율적인 빔 중첩으로부터 높은 이득효율을 얻을 수 있기 때문에 이득이 낮은 이득매질의 활용 및 낮은 펌프에서도 동작 가능한 레이저 제조에 적합하여 이와 관련하여 많은 연구가 시작되었으나, 현재까지는 도파로 이득매질의 제조 자체가 쉽지 않기 때문에 레이저 동작의 여부와 관련된 내용들이 주로 보고 되었다.On the other hand, waveguide laser refers to a laser having a gain medium of an optical waveguide structure. Since it can obtain high gain efficiency from efficient beam superimposition, it is suitable for use of a low gain gain medium and a laser capable of operating with a low pump. However, since the fabrication of the waveguide gain medium is not easy until now, the contents related to the laser operation have been mainly reported.
따라서 도파로 레이저와 관련하여 다양한 이득매질에 대응 가능하고, 저렴한 비용으로도 높은 효율을 얻을 수 있으며 다양한 동작 방식에 대응할 수 있는 레이저 장치의 개발에 대한 다양한 시도가 이루어지고 있다.Accordingly, various attempts have been made to develop a laser device which can cope with various gain mediums with respect to a waveguide laser, achieve high efficiency at low cost, and cope with various operation modes.
특히 공진기를 패브리-페로(Fabry-Perot) 형태로 꾸민 고체 도파로 레이저의 경우, 1994년 네오디뮴이 도핑된 유리를 이득매질로 사용한 고체 도파로 펄스 레이저가 최초로 보고되었으며, 이 후 Yb:YAG, Yb:KYW, Tm:KYW 등 다양한 이득매질에서의 Q-스위칭 동작과 관련된 연구가 진행되었다.In particular, solid waveguide pulsed laser with a neodymium-doped glass as a gain medium was first reported in 1994 for a solid-state waveguide laser with a resonator in the form of a Fabry-Perot. After that, Yb: YAG, Yb: KYW , Tm: KYW, and so on.
하지만 대부분의 레이저가 포화흡수체로서 가장 많이 활용되고 있는 포화흡수거울(SESAM; semiconductor saturable absorber mirror)을 이용하여 레이저 빔과의 direct coupling 방식으로 동작하기 때문에, 빔 크기가 작은 도파로 레이저의 경우에는 소자의 손상 문제가 자주 발생하게 된다.However, since most lasers operate in a direct coupling manner with a laser beam by using a saturable absorber mirror (SESAM), which is the most widely used saturable absorber, in the case of a waveguide laser having a small beam size, Damage problems frequently occur.
특히, 포화흡수거울은 소자의 특성제어가 가능하여 레이저용 광 스위칭 소자로서 널리 쓰이고 있으나, 제조과정이 매우 복잡하고 고가의 장비를 필요로 한다는 단점이 있다.In particular, although the saturable absorption mirror is widely used as a light switching device for a laser because of its ability to control the characteristics of the device, the manufacturing process is complicated and requires expensive equipment.
또한, 공진기를 패브리-페로 형태로 꾸민 고체 도파로 레이저에 있어서, 포화흡수거울은 일반적으로 거울 형태이기 때문에 상기 패브리-페로 형태의 공진기 구성을 제한하는 문제가 있어 고체 도파로 레이저에서의 응용이 어렵다.In the case of a solid waveguide laser in which the resonator is formed in the form of a Fabry-Perot type, since the saturated absorption mirror is generally in the form of a mirror, there is a problem in limiting the configuration of the resonator of the Fabry-Perot type, which is difficult to apply to a solid waveguide laser.
이에 대한 대안 중 하나로 소멸장 상호작용을 기반으로 레이저 빔과의 indirect coupling 형태가 제안되었는데, 이는 앞서 언급한 direct coupling 형태의 포화흡수체의 단점, 즉 잦은 손상 등을 피할 수 있다. As an alternative to this, an indirect coupling type with a laser beam is proposed based on the extinction field interaction, which can avoid the disadvantages of the above-mentioned direct coupling type saturated absorber, that is, frequent damage.
현재 소멸장 상호작용을 이용한 펄스 레이저 발진에 대한 연구 중 펄스형 고체 도파로 레이저 개발과 관련해 BDN 염료를 기반으로 하는 포화흡수체를 사용한 경우가 있으나, 염료 포화흡수체 자체가 인체에 유해하고 수명이 짧으며, 파괴문턱(damage threshold)이 낮은 등의 치명적인 단점을 지니며, 보고한 레이저 자체도 연마한 도파로 면을 출력경으로 사용하고 있기 때문에 아직까지 관련된 개발 연구는 드물다고 할 수 있다.In the study of pulse laser oscillation using extinction field interactions, there is a case where a saturated absorber based on BDN dye is used in the development of pulsed solid waveguide lasers, but the dye saturable absorber itself is harmful to the human body, And the damage threshold is low. Since the reported laser itself uses the polished waveguide surface as the output light, related development studies are still rare.
한편, 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)는 2004년 최초로 광섬유 레이저에서 포화흡수체로 동작한다는 것이 알려진 이후 다른 소자에 비해 나노 단위의 작은 사이즈, 1-2 ps 이하의 초고속 회복시간(recovery time) 및 간단한 샘플 제조 과정 등의 특성에 의해 기존의 포화흡수거울을 대체할 수 있는 물질 중 하나로서 광섬유 레이저 및 고체 레이저에서 관련 연구가 많이 이루어졌으나, 레이저와의 상호작용에서 발생되는 열에 약해 고출력 레이저 적용의 한계 및 자체적으로 기계적인 강도가 약해 내구성과 안정성이 떨어지게 되는 점 등의 단점으로 인해 아직까진 고체 레이저 관련 연구에 많은 어려움을 겪고 있다.Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) are known to operate as saturable absorbers in fiber lasers for the first time in 2004, and are now available in a smaller nano-size than other devices, ultra-fast recovery times of 1-2 ps In this study, we have investigated the effect of high-power lasers on the performance of lasers. In this study, we have investigated the effect of high-power lasers And a drawback that durability and stability are deteriorated due to weak mechanical strength in itself, so that the solid-state laser-related research is still difficult.
한편, 한국등록특허 제1091159호 “1㎛ 영역에서 발진되는 고체레이저의 모드잠금용 초고속 탄소나노튜브 포화흡수체”에서는 전기방전법으로 생성된 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 디클로로벤젠(DCB)에 혼합하여 탄소나노튜브 용액을 형성하고, 상기 탄소나노튜브 용액을 PMMA(polymethyl methacrylate)에 혼합하여 SWCNT/PMMA 복합체를 형성한 후에, 상기 SWCNT/PMMA 복합체를 기판 위에 스핀 코팅 방법을 통하여 박막 형태로 형성시킴으로써 포화흡수체를 얻는 기술을 제시한다.Korean Patent No. 1091159 entitled " Ultra-fast carbon nanotube saturable absorber for mode locking of a solid laser oscillated in a 1 mu m area " discloses that a single walled carbon nanotube (SWCNT) produced by an electric discharge method is dissolved in dichlorobenzene Forming a SWCNT / PMMA composite by mixing the carbon nanotube solution with PMMA (polymethyl methacrylate), and then forming the SWCNT / PMMA composite on the substrate through a spin coating method to form a thin film To obtain a saturated absorber.
그러나 상기 선행기술은 종래에 포화흡수거울(SESAM)이 활용되어왔던 1㎛ 대역의 극초단 펄스 방출 고체 레이저를 더욱 저렴하고 손쉽게 제조하기 위해 포화흡수거울(SESAM)을 대체할 수 있는 탄소나노튜브 포화흡수체를 제조하는 점에서 본 발명과 다소 유사하나, 상기 선행기술에서 제조된 포화흡수체는 종래의 포화흡수거울(SESAM)과 마찬가지로 레이저 빔과의 direct coupling 방식으로 동작하기 때문에, 빔 크기가 작은 도파로 레이저의 경우에는 소자의 손상 문제가 자주 발생될 수 있고, 또한, 포화흡수거울과 마찬가지인 거울 형태이기 때문에 패브리-페로 형태의 공진기 구성을 제한하는 문제가 있어 고체 도파로 레이저에서의 응용이 어렵다. 또한, 상기 선행기술은 제조된 포화흡수체를 통해 모드-잠김(Mode-locked) 기술을 유도하고 있는데, 이는 Q-스위칭 기술과 같은 큰 에너지를 가진 펄스를 구현할 수 없다는 단점이 있다.However, the prior art has shown that carbon nanotube saturation (SESAM), which can replace saturated absorption mirrors (SESAM) to make ultra-fast pulse emitting solid state lasers, Since the saturable absorber manufactured by the prior art operates in a direct coupling manner with the laser beam in the same manner as the conventional saturated absorption mirror (SESAM), a waveguide laser having a small beam size In this case, the problem of damage to the device may frequently occur. Moreover, since it is a mirror shape similar to that of a saturated absorption mirror, it is difficult to apply it to a solid waveguide laser because there is a problem of limiting the configuration of a resonator of a Fabry- The prior art also introduces a mode-locked technique through the fabricated saturated absorber, which has the disadvantage that it can not implement pulses with large energies such as Q-switching techniques.
또한, 레이저 장치의 경우 목적에 따라 소자의 특성제어가 중요한 역할을 하게 되며, 특히 모드-잠김(Mode-locked)을 목적으로 하는 레이저와 Q-스위칭을 목적으로 하는 레이저의 경우, 요구되는 소자의 특성이 달라지게 된다. 일반적으로 변조깊이(modulation depth)가 클수록 Q-스위칭이 잘 일어난다고 알려져있다. 그런데 상기 선행기술에서 제조된 소자의 경우 변조깊이가 크지 않기 때문에, 이를 Q-스위칭을 목적으로 하는 레이저에 적용할 경우 제대로 동작하지 않게 된다.In the case of a laser device, control of characteristics of the device plays an important role according to purposes, and in particular, in the case of a laser for mode-locked and a laser for Q-switching, The characteristics are different. It is generally known that the larger the modulation depth, the more Q-switching occurs. However, since the modulation depth of the device manufactured in the above-described prior art is not large, it does not operate properly when applied to a laser for Q-switching purpose.
따라서 저렴한 비용으로도 높은 효율을 얻을 수 있으며 사용 목적에 부합하고, 지속적으로 사용해도 소자의 손상을 최소화할 수 있는 레이저 장치의 개발이 요구된다. Therefore, it is required to develop a laser device capable of achieving high efficiency at low cost, meeting the purpose of use, and minimizing damage to the device even if it is continuously used.
본 발명은 Yb:KYW 평면 고체 도파로 레이저에서 단일벽 탄소나노튜브 기반 포화흡수체(SWCNT-SA)를 통해 Q-스위칭 동작을 유도하려는 것을 목적으로 한다.The present invention aims at inducing a Q-switching operation through a single walled carbon nanotube-based saturable absorber (SWCNT-SA) in a Yb: KYW plane solid waveguide laser.
본 발명은 고체 평면 도파로 레이저에서 소멸장 상호작용에 의해 나노초 Q-스위칭 발진을 하려는 것을 목적으로 한다.The present invention aims at performing nanosecond Q-switching oscillation by extinction field interaction in a solid plane waveguide laser.
본 발명은 소멸장 상호작용이 가능한 평면 도파로 상에 직접 제조된 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체 및 공진기 내에 위치하는 렌즈를 통해 초소형 평면 도파로 펄스 레이저를 개발하려는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to develop a very small planar waveguide pulsed laser through a single-walled carbon nanotube-based saturated absorber directly formed on a planar waveguide capable of extinction field interaction and a lens positioned in the resonator.
본 발명은 새로운 Q-스위칭 평면 도파로 레이저의 구조를 제시하려는 것을 목적으로 한다.The present invention aims at presenting a structure of a new Q-switched plane waveguide laser.
본 발명은 레이저 구성 요소들을 독립적으로 제어하려는 것을 목적으로 한다.The present invention aims at independently controlling the laser components.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치는 패브리-페로(Fabry-Perot) 구조를 가지는 레이저 장치에 있어서, KYW 기판 상에 형성되며 Yb:KYW 재질을 이득매질로서 가지는 평면 도파로 및 상기 평면 도파로의 일 측면 상에 단일벽 탄소나노튜브 기반의 분산용액이 코팅되어 형성된 포화흡수체를 포함하고, 상기 포화흡수체는 상기 평면 도파로 주변의 소멸장(evanescent field)과 상호작용하여 상기 레이저 장치의 Q-스위칭 동작을 일으키는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치이다.In order to achieve the above object, a Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device having a Fabry-Perot structure due to the extinction field interactions with carbon nanotubes according to the present invention includes a KYW substrate A planar waveguide formed on the planar waveguide and having a Yb: KYW material as a gain medium, and a saturable absorber formed by coating a single-walled carbon nanotube-based dispersion solution on one side of the planar waveguide, Is a Yb: KYW plane waveguide laser device that interacts with the evanescent field in the vicinity to cause the Q-switching operation of the laser device.
이때, 상기 분산용액의 기반이 되는 상기 단일벽 탄소나노튜브는 아크방전법(또는 전기방전법)에 의하여 제조되며, 상기 분산용액은 상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브를 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 분산하고, 원심분리한 후 분리된 용액의 일부를 PMMA(polymethyl methacrylate)에 혼합함으로써 제조된다. 또한, 상기 포화흡수체는 상기 제조된 분산용액을 상기 평면 도파로 상에 코팅한 후 전열기(hot plate) 위에서 건조시킴으로써 제조된다.At this time, the single-walled carbon nanotube as a base of the dispersion solution is prepared by an arc discharge method (or an electric discharge method), and the dispersed solution is prepared by dispersing the produced single-walled carbon nanotube in dichlorobenzene Centrifuging, and then mixing a part of the separated solution with PMMA (polymethyl methacrylate). In addition, the saturated absorber is prepared by coating the prepared dispersion solution on the planar waveguide and then drying it on a hot plate.
또한, 본 발명에 따른 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치는 단일벽 탄소나노튜브를 이용한 레이저로서, KYW 기판 상에 형성되며 Yb:KYW 재질을 이득매질로서 가지는 평면 도파로, 상기 단일벽 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 분산용액을 상기 평면 도파로 상에 코팅함으로써 형성되고 소멸장 상호작용에 의하여 Q-스위칭을 유도하는 광학적 비선형 포화 흡수체, 980 nm 파장대역에서 발진하고 최대 750 mW를 방출하는 단일모드 레이저 다이오드, 적어도 하나 이상의 비구면 렌즈(aspheric lens), 적어도 하나 이상의 거울, 상기 이득매질과 상기 거울에서의 역반사로 인한 펌핑광원의 손상을 막기 위한 패러데이 단향관(faraday isolator) 및 p-편광을 맞추기 위한 반파장판을 포함할 수 있다.In addition, the Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device using a single-walled carbon nanotube, which is formed on a KYW substrate by a quenching field interaction with a carbon nanotube according to the present invention, A planar waveguide as a medium, an optical nonlinear saturable absorber formed by coating a dispersion solution prepared using the single-walled carbon nanotube on the planar waveguide and inducing Q-switching by extinction interaction, At least one aspheric lens, at least one mirror, a gain medium and a Faraday diaphragm to prevent damage to the pumping light source due to retroreflection in the mirror. ≪ RTI ID = 0.0 > A faraday isolator, and a half-wave plate for aligning the p-polarized light.
이때, 상기 포화흡수체는 상기 분산용액을 제조하는 데에 이용되는 탄소나노튜브의 농도 및 상기 분산용액 제조 과정에서 혼합되는 적어도 하나 이상의 용매 물질(DCB 또는 PMMA 등)의 비율을 조절하고, 상기 분산용액이 상기 평면 도파로 상에 코팅되는 횟수를 조절함으로써 특성이 제어될 수 있다.At this time, the saturable absorber controls the concentration of the carbon nanotubes used for producing the dispersion solution and the ratio of at least one solvent substance (DCB or PMMA, etc.) mixed in the dispersion solution production process, The characteristics can be controlled by adjusting the number of times of coating on the planar waveguide.
한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저의 제조 방법은 KYW 기판 상에 액상 증착법을 이용하여 Yb:KYW 재질을 이득매질로서 가지는 평면 도파로를 제조하는 단계, 아크방전법을 이용하여 단일벽 탄소나노튜브를 제조하는 단계, 상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브를 이용하여 분산용액을 제조하는 단계 및 상기 제조된 분산용액을 상기 평면 도파로 상에 코팅함으로써 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체를 제조하는 단계를 포함한다.Meanwhile, a Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser is produced by a liquid phase deposition method on a KYW substrate by using a planar waveguide having a Yb: KYW material as a gain medium, Preparing a single-walled carbon nanotube by using an arc discharge method, preparing a dispersion solution by using the single-walled carbon nanotube prepared above, and dispersing the dispersed solution on the planar waveguide Coating a carbon nanotube-based saturated absorber.
이때, 상기 포화흡수체를 제조하는 단계는 상기 포화흡수체가 상기 평면 도파로 주변의 소멸장(evanescent field)과 상호작용을 일으켜 Q-스위칭 동작을 유도할 수 있도록 상기 평면 도파로 상에 코팅되어 상기 평면 도파로와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.The step of fabricating the saturable absorber may include coating the planar waveguide with the planar waveguide so that the saturable absorber interacts with the evanescent field around the planar waveguide to induce a Q- And is integrally formed.
또한, 상기 분산용액을 제조하는 단계는 상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브를 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 분산하고, 원심분리한 후 분리된 용액의 일부를 PMMA(polymethyl methacrylate)에 혼합함으로써 제조할 수 있으며, 상기 포화흡수체를 제조하는 단계는 상기 제조된 분산용액을 상기 평면 도파로 상에 코팅한 후 전열기(hot plate) 위에서 건조시킴으로써 제조할 수 있다.The step of preparing the dispersion solution may be performed by dispersing the prepared single-walled carbon nanotube in dichlorobenzene, centrifuging the separated single-walled carbon nanotube, and mixing a part of the separated solution into PMMA (polymethyl methacrylate) , And the step of preparing the saturated absorber can be produced by coating the dispersed solution on the planar waveguide and then drying it on a hot plate.
본 발명에 따르면 Yb:KYW 평면 고체 도파로 레이저에서 처음으로 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 통해 Q-스위칭 동작을 유도할 수 있다.According to the present invention, a Q-switching operation can be induced through a single-wall carbon nanotube-based saturable absorber (SWCNT-SA) for the first time in a Yb: KYW plane solid waveguide laser.
본 발명에서 채택한 탄소나노튜브의 우수한 광특성 및 소멸장 상호작용 기반의 이득매질/Q-스위칭 광소자 일체형 구조는 차후 다른 다양한 도파로 구조에 대해서도 동일하게 적용할 수 있는 효과가 있다.The giant medium / Q-switching optical device integrated structure based on the excellent optical characteristics and the extinction field interactions of the carbon nanotube adopted in the present invention can be similarly applied to various other waveguide structures.
본 발명은 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 도파로 바로 위에 코팅하고 소멸장 상호작용을 통해 펄스발진을 가능하게 하므로 구조상의 제약 및 파괴문턱이 낮은 문제를 극복할 수 있는 효과가 있다. (SWCNT-SA) based on single-walled carbon nanotubes (SWCNT-SA) on a waveguide and enables pulse oscillation through extinction field interactions, thereby overcoming the problems of low structural constraints and low fracture thresholds .
본 발명은 소멸장 상호작용이 가능한 이득매질 위에 직접 제조된 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체 및 공진기 내에 위치하는 렌즈를 통해 초소형 평면 도파로 펄스 레이저를 개발할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of developing a very small flat waveguide pulse laser through a single-walled carbon nanotube-based saturated absorber fabricated directly on a gain medium capable of extinction field interaction and a lens positioned in the resonator.
본 발명은 포화흡수체의 종류 및 사용위치, 소멸장 상호작용에 의한 펄스 발진 및 출력경의 종류 등과 같은 레이저 구성요소들을 독립적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of independently controlling the laser components such as the type and position of the saturated absorber, the pulse oscillation due to the extinction field interaction, and the type of the output beam.
본 발명은 1 μm 파장대역에서 동작하는 신개념 초소형 펄스 레이저 광원 및 이를 기반으로 하는 다양한 광 측정 및 계측기기 개발에 적용할 수 있으며, 집적회로에 직접 제조 가능한 펄스형 광원 기술로 차후 광신호 처리 및 광통신 산업에서의 핵심소자로 응용할 수 있는 효과가 있다.The present invention can be applied to the development of a new concept ultra-small pulse laser light source operating in a 1 μm wavelength band and various optical measurement and measurement devices based on the same. Pulse light source technology which can be directly manufactured in an integrated circuit, It can be applied as a key element in the industry.
본 발명은 소멸장 상호작용에 의해 Q-스위칭 기술을 유도하므로, 레이저 동작 시 펄스 당 에너지가 크게 구현되어 레이저 수술/치료 등 다양한 분야에 활용 가능한 효과가 있다.Since the present invention induces the Q-switching technique due to the extinction field interaction, the energy per pulse is largely realized in the laser operation, and thus it is applicable to various fields such as laser surgery / treatment.
본 발명은 비교적 저렴한 일반적인 형태의 광 다이오드와도 광학적 특성이 잘 어울리므로, 이를 활용할 수 있는 범위가 넓을 것으로 생각된다.It is believed that the present invention can be used in a wide range of optical characteristics because it is compatible with a comparatively inexpensive general-purpose photodiode.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Q-스위칭 동작 시 나타나는 소멸장 상호작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득매질/포화흡수체 일체형 구조를 제작하는 방법에 대한 개략적인 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 단계S320에 대한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽 탄소나노튜브의 특성 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속발진상태에서의 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 Q-스위칭 동작 시 실험결과를 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device due to the extinction field interactions with carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining an extinguishing field interaction in a Q-switching operation according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic flow diagram of a method for fabricating a gain medium / saturated absorber integrated structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of step S320 of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph illustrating a characteristic of a single-walled carbon nanotube according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing an experimental result in a continuous oscillation state according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating experimental results in a Q-switching operation according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the following description of the embodiments of the present invention, specific values are only examples.
본 발명은 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 평면 도파로 상에 직접 제조하는 과정 및 이에 따라 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용을 통해 Q-스위칭됨으로써 나노초 펄스를 형성하는 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a carbon nanotube-based saturable absorber (SWCNT-SA) To a laser device that directly forms on a waveguide and thus forms a nanosecond pulse by Q-switching through an extinction field interaction with a carbon nanotube, and a manufacturing method thereof.
본 발명에서 구현하고자 하는 Q-스위칭 기술은 모드-잠김(Mode-locked) 기술에 비해 큰 에너지를 가진 펄스를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, Q-스위칭 기술은 레이저 동작 시 펄스 당 에너지가 크게 구현되므로 레이저 수술/치료 등 다양한 분야에 활용 가능하며, 반면, 모드-잠김 기술은 도파로의 길이에 따라 펄스 주기 등이 결정되므로 통신 분야에 유용하게 쓰인다.The Q-switching technique to be implemented in the present invention is advantageous in that it can implement a pulse having a larger energy than a mode-locked technique. In addition, Q-switching technology can be applied to various fields such as laser surgery / treatment because the energy per pulse is realized large in laser operation. On the other hand, since the mode-locking technique determines the pulse cycle according to the length of the waveguide, It is useful.
한편, Q-스위칭 동작을 이끌어 낼 수 있는 포화흡수체의 광학적 특성은 광원 및 이득매질의 종류와도 잘 어울려야 원하는 효과를 얻을 수 있다. 특히 본 발명은 Yb:KYW 이득매질의 흡수파장대역이 광 다이오드의 파장과 잘 어울리므로 저렴한 광 다이오드를 사용함으로써 제작비를 절감할 수 있고, SWCNT 기반 포화흡수체 동작의 경우에는 Yb:KYW 이득매질의 방출파장대역이 SWCNT의 흡수파장대역과 잘 어울리므로, 이를 활용할 수 있는 범위가 넓을 것으로 사료된다.On the other hand, the optical characteristics of the saturated absorber that can lead to the Q-switching operation should match well with the type of light source and gain medium to obtain the desired effect. In particular, the present invention can reduce the manufacturing cost by using an inexpensive photodiode because the absorption wavelength band of the Yb: KYW gain medium matches the wavelength of the photodiode, and in the case of the SWCNT-based saturable absorber operation, the emission of the Yb: KYW gain medium The wavelength band is well matched to the absorption wavelength band of SWCNT, and thus the range of utilization can be wide.
한편, 본 발명에 따른 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치는 패브리-페로(Fabry-Perot) 형태의 공진기 구조로 구현될 수 있다.Meanwhile, the Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device can be realized in a Fabry-Perot type resonator structure due to the extinction field interaction with the carbon nanotube according to the present invention.
상기 패브리-페로(Fabry-Perot) 공진기는 2개의 높은 반사율을 갖는 반사면을 정면으로 대해 놓고, 고도로 축을 맞춘 광공진기를 말한다. 그 중 구면 반사 거울을 사용한 패브리 페로 공진기는 많은 레이저에서 가장 보편적으로 사용되고 있으며, 공초점 패브리 페로 공진기는 광축 위에 초점을 공유하는 한 쌍의 동등한 구면 반사 거울로 형성되어 레이저 발진기나 출력 스펙트럼의 관측에 많이 쓰인다.The Fabry-Perot resonator refers to a highly resonant optical resonator with two highly reflective facets placed in front of it. Fabry-Perot resonators using spherical reflective mirrors are most commonly used in many lasers, and confocal Fabry-Perot resonators are formed by a pair of equivalent spherical reflective mirrors that share a focus on the optical axis, and are used for observing laser oscillators and output spectra. Used a lot.
따라서 본 발명은 패브리-페로(Fabry-Perot) 구조를 가지는 Yb:KYW 평면 고체 도파로 레이저 장치 및 그 제조 방법에 대해 기술한다.Therefore, the present invention describes a Yb: KYW plane solid waveguide laser device having a Fabry-Perot structure and a manufacturing method thereof.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device due to the extinction field interactions with carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention.
우선 도 1을 참조하여 본 발명의 구성 요소를 간단히 설명하고, 이후 제조 방법을 통해 자세히 설명하기로 한다. First, the components of the present invention will be briefly described with reference to FIG. 1, and the manufacturing method will be described in detail.
도 1을 참조하면, WG는 이득매질로서 KYW 기판 상에 형성된 Yb:KYW 평면 도파로를 나타낸다. 이때 Yb:KYW는 Yb3 +가 도핑된 KYW를 의미한다. 또한, WG는 더 자세하게는 KYW 기판 및 상기 KYW 기판 위에 Yb3 +가 도핑됨으로써 제조된 Yb:KYW 평면 도파로를 함께 일컫는다. SWCNT-SA는 본 발명에 의해 직접 제조된 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체 박막을 의미하며, 이는 이득매질의 Yb:KYW 평면 도파로 상에 코팅됨으로써 형성된다.Referring to FIG. 1, WG represents a Yb: KYW plane waveguide formed on a KYW substrate as a gain medium. The Yb: KYW; means a KYW with a Yb 3 + doped. The WG more specifically refers to a KYW substrate and a Yb: KYW plane waveguide produced by doping Yb 3 + on the KYW substrate. SWCNT-SA means a single-walled carbon nanotube-based saturated absorber thin film directly manufactured by the present invention, which is formed by coating on a Yb: KYW plane waveguide of a gain medium.
KYW는 포타슘-이트륨 텅스텐산염(Potassium Yttrium Tungstate)의 약자로서, 2006년에 스위스의 로잔 연방과학기술대학(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne)과 독일의 막스본 비선형 광학 초고속분광학 연구소(Max-Born-Institute for Nonlinear Optics and Ultrafast Spectroscopy)의 연구진에 의하여 화학식이 KY(WO4)2 인 KYW 물질에 이터븀(Yb)이 첨가된 Yb:KYW 도파로 구조를 레이저 도파로로 사용하는 실험예가 도시되었다. 당업자라면 본 발명의 기재로부터 Yb:KYW 재질의 도파로 구조를 이해하는 데에 어려움이 없을 것임이 자명하다.KYW is an abbreviation for Potassium Yttrium Tungstate. In 2006, KYW was founded by the Ecole Polytechnique Federale de Lausanne in Switzerland and the Max-Born-Institute for Germany An example of using Yb: KYW waveguide structure with yb (Yb) added to a KYW material with KY (WO4) 2 as a laser waveguide is shown by the researchers of Nonlinear Optics and Ultrafast Spectroscopy. It will be apparent to those skilled in the art that there will be no difficulty in understanding the waveguide structure of the Yb: KYW material from the description of the present invention.
이때, 본 발명의 특이점은 포화흡수체(SWCNT-SA)가 이득매질(WG) 위에 제조됨으로써 포화흡수체 및 이득매질이 일체형 구조로 형성되고, 이에 따라 소멸장 상호작용을 통해 Q-스위칭이 발생하게 된다. 다시말해, 본 발명은 이득매질 및 포화흡수체를 일체형 구조로 형성함으로써 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용을 통한 Q-스위칭을 유도하는데에 본 발명의 의의가 있다. 상기 형성된 일체형 구조는 이후 설명에서 이득매질/포화흡수체 일체형 구조, 이득매질//Q-스위칭 광소자 일체형 구조, 이득매질/광 스위칭 소자 일체형 구조 및 WG/SWCNT-SA 일체형 구조 등으로 표현하며, 그 의미는 모두 상응하다. At this time, the singular point of the present invention is that the saturated absorber (SWCNT-SA) is manufactured on the gain medium (WG), so that the saturated absorber and the gain medium are formed into an integral structure, and Q- . In other words, the present invention has the significance of the present invention in inducing the Q-switching through the extinction field interaction with the carbon nanotubes by forming the gain medium and the saturated absorber into an integral structure. The integrally formed structure is represented by a gain medium / saturated absorber integrated structure, a gain medium / Q-switching photonic integrated structure, a gain medium / optical switching element monolithic structure, and a WG / SWCNT-SA monolithic structure. Meanings are all equivalent.
다음으로, L1 및 L2는 비구면 렌즈(aspheric lens), M은 전반사 거울 및 OC는 출력경을 나타낸다. 또한, 전체 공진기의 길이는 2.5 cm로 구성했으며, 980 nm pump는 본 발명의 레이저 펌핑광원으로서 980 nm에서 발진하고, 최대전력 750 mW를 방출하는 단일모드 레이저 다이오드를 사용했음을 의미한다.Next, L1 and L2 are aspheric lenses, M is a total reflection mirror, and OC is the output diameter. In addition, the length of the entire resonator is 2.5 cm, and the 980 nm pump means that the laser pumping light source of the present invention uses a single mode laser diode that oscillates at 980 nm and emits a maximum power of 750 mW.
본 발명은 Yb:KY(WO4)2인 Yb:KYW 평면 도파로를 이득매질로 사용하고, 아크방전법으로 제조된 탄소나노튜브(SWCNT)를 Yb:KYW 평면 도파로 상에 코팅하여 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 제조한 후 소멸장 상호작용을 통해 펄스를 형성하는 고체 도파로 펄스 레이저로서, 일차적으로 소멸장 상호작용을 통한 Q-스위칭 현상 유도에 그 의미가 있다. 따라서 이하 설명은 본 발명의 특이점인 이득매질/포화흡수체 일체형 구조를 제조하는 방법에 대해 자세히 설명하기로 한다.The present invention relates to a carbon nanotube-based waveguide using a Yb: KYW plane waveguide of Yb: KY (WO 4 ) 2 as a gain medium and a carbon nanotube (SWCNT) (SWCNT-SA), and then forms a pulse through extinction field interaction. This is important for inducing the Q-switching phenomenon through extinction field interactions. Therefore, the following description will explain in detail a method for manufacturing a gain medium / saturated absorber integrated structure, which is a singular point of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이득매질/포화흡수체 일체형 구조를 제조하는 방법을 나타낸 개략적인 흐름도이다.3 is a schematic flow diagram illustrating a method of fabricating a gain medium / saturated absorber integral structure in accordance with an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, Yb:KYW 평면 도파로는 1mm 두께의 KYW 기판 상에 액상 증착법(liquid phase epitaxy method)으로 Yb:KYW를 성장시킨 것으로서, 상기 1mm 두께의 KYW 기판 상에 Yb3 +의 원자 비율을 1.7 at.%로 하여 도핑함으로써 두께가 26.4 μm인 Yb:KYW 평면 도파로(Yb:KYW planar waveguide)를 제조한다(S300). 본 발명은 상기 Yb:KYW 평면 도파로(이득매질)의 제조과정에서 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용을 의도하였기 때문에 도파되는 빔의 대칭성을 위한 추가적인 KYW의 증착은 하지 않았다. 이후 단계S300에서 제조된 Yb:KYW 평면 도파로의 양쪽 면을 잘 연마한 후 6mm 길이로 자름으로써 KYW 기판상에 형성된 Yb:KYW 재질을 가지는 이득매질(WG), 즉 Yb:KYW 평면 도파로 제조가 완료된다(S310).3, the Yb: KYW plane waveguide is obtained by growing Yb: KYW on a 1 mm thick KYW substrate by a liquid phase epitaxy method. The Yb: KYW plane waveguide has a Yb 3 + atomic ratio (Yb: KYW planar waveguide) having a thickness of 26.4 μm is fabricated by doping the first planar waveguide (first planar waveguide) with 1.7 at.%. The present invention did not deposit additional KYW for the symmetry of the guided beam because it intends the extinction field interaction with the carbon nanotubes in the process of manufacturing the Yb: KYW plane waveguide (gain medium). Then, both surfaces of the Yb: KYW plane waveguide fabricated in step S300 are polished well and then cut to a length of 6 mm, thereby completing fabrication of a gain medium (WG) having a Yb: KYW material, that is, a Yb: KYW plane waveguide formed on the KYW substrate (S310).
이후 단계S310에서 제조된 이득매질의 일 측면상인 Yb:KYW 평면 도파로 상에 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 제조하게 되며(S320), 상기 포화흡수체를 제조하는 과정은 도 4를 참조하여 자세히 설명하기로 한다. 따라서 단계S320이 완료되면 Q-스위칭 유도가 가능한 이득매질/포화흡수체 일체형 구조의 제조가 완료된다(S330). Then, a carbon nanotube-based saturable absorber (SWCNT-SA) is fabricated on the Yb: KYW plane waveguide (S320), which is one side surface of the gain medium manufactured in step S310 (S320) Will be described in detail with reference to FIG. Therefore, when the step S320 is completed, the fabrication of the gain medium / saturated absorber integrated structure capable of Q-switching induction is completed (S330).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 단계S320에 대한 흐름도이다.4 is a flowchart of step S320 of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 상기 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 제조하는 방법은 우선 아크방전법으로 단일벽 탄소나노튜브 제작한다(S400). 상기 아크방전법이란 두 개의 탄소 막대 사이에 약 100A의 전류를 흐르게 하여 탄소를 기화시켜 나노 튜브 형태로 재 응축하는 방법을 말하며, 이 방법을 이용해 탄소나노튜브를 제조하면 결함이 적은 나노 튜브를 생성할 수 있다.Referring to FIG. 4, in the method of manufacturing the carbon nanotube-based saturated absorber (SWCNT-SA), a single-walled carbon nanotube is manufactured by an arc discharge method (S400). The arc discharge method refers to a method in which a current of about 100 A flows between two carbon rods to vaporize carbon to re-condense into a nanotube form. When carbon nanotubes are manufactured using this method, can do.
또한, 본 발명은 일 실시예에 따라 단일벽 탄소나노튜브가 HiPco SWCNT일 수도 있으며, 이는 높은 압력(High-pressure)의 일산화탄소(CO) 조건에서 합성한 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)일 수도 있다. 상기 HiPco SWCNT는 합성시 물질의 크기 분포를 작고 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, the single-walled carbon nanotube may be a HiPco SWCNT or a single-walled carbon nanotube (SWNT) synthesized under a high-pressure carbon monoxide (CO) condition . The HiPco SWCNT has the effect of forming a uniform and small size distribution of the material during synthesis.
이후, 아크방전법으로 제조된 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)를 1,2-디클로로벤젠 (DCB; dichlorobenzene)에 분산하고 30분 정도 20000g로 원심분리한 후 상기 원심분리된 용액의 위쪽 70% 정도를 PMMA(polymethyl methacrylate)와 혼합함으로써 분산용액을 제조한다(S410). Thereafter, the single-walled carbon nanotube (SWCNT) produced by the arc discharge method was dispersed in 1,2-dichlorobenzene (DCB) and centrifuged at 20000 g for 30 minutes. Then, about 70% Is mixed with polymethyl methacrylate (PMMA) to prepare a dispersion solution (S410).
이후 단계S410에서 제조된 분산용액을 단계S310에서 제조된 Yb:KYW 평면 도파로 상에 코팅한 후 전열기(hot plate) 위에서 건조시킴으로써 이득매질 상에 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA)를 제조한다(S420). 이때 상기 분산용액을 이득매질에 해당하는 Yb:KYW 평면 도파로 상에 코팅할 때, 상기 Yb:KYW 도파로 가장자리에서의 빔 집속에 의한 손상을 막기 위해 가장자리 부분은 코팅되지 않도록 하였다. Then, the dispersed solution prepared in step S410 is coated on the Yb: KYW plane waveguide manufactured in step S310, and then dried on a hot plate to produce a carbon nanotube-based saturated absorber (SWCNT-SA) on the gain medium (S420). At this time, when the dispersion solution is coated on the Yb: KYW plane waveguide corresponding to the gain medium, the edge portions are not coated to prevent damage due to beam focusing at the edge of the Yb: KYW waveguide.
따라서 단계S300 내지 단계S330의 과정을 통해 이득매질/포화흡수체 일체형 구조가 제조된다. 이후 실험과정에서는 분산용액을 제조하는 데에 이용되는 탄소나노튜브(SWCNT)의 농도 및 상기 분산용액 제조 과정에서 혼합되는 적어도 하나 이상의 용매 물질(DCB 또는 PMMA 등)의 비율을 조절하고, 상기 분산용액이 상기 이득매질 위에 코팅되는 횟수 등을 조절함으로써 포화흡수체의 특성을 제어하였다.Accordingly, the gain medium / saturated absorber integrated structure is manufactured through the process of steps S300 to S330. In the following experiment, the concentration of the carbon nanotubes (SWCNT) used for preparing the dispersion solution and the ratio of at least one solvent substance (DCB or PMMA, etc.) mixed in the dispersion solution production process are controlled, The number of times of coating on the gain medium, and the like were controlled to control the characteristics of the saturated absorber.
이하 설명은 상기의 과정을 통해 형성된 이득매질/포화흡수체 일체형 구조를 기반으로 패브리-페로(Fabry-Perot) 형태의 초소형 레이저 장치 구조에 대해 설명한다. 이는 상기에 설명한 도 1의 내용을 기반으로 본 발명을 더 자세히 기술한다. The following description explains the structure of the ultra-small laser device of the Fabry-Perot type based on the integrated gain / saturable absorber structure formed through the above process. This further describes the present invention based on the contents of FIG. 1 described above.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용으로 Q-스위칭된 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치는 레이저의 펌핑광원으로 980 nm에서 발진하고, 최대출력 750 mW를 방출하는 단일모드 레이저 다이오드를 사용했다. 그리고 거울이나 이득매질에서의 역반사로 인한 펌핑광원의 손상을 막기 위해 패러데이 단향관(faraday isolator)을 상기 단일모드 레이저 다이오드 이후에 배치하였고, p-편광을 맞추기 위하여 패러데이 단향관 이후에 반파장판을 배치하였다.The Q-switched Yb: KYW plane waveguide laser device is a laser pumping light source that oscillates at 980 nm and emits a maximum output of 750 mW due to the extinction field interaction with the carbon nanotube according to an embodiment of the present invention. I used a laser diode. And a Faraday isolator was placed after the single mode laser diode to prevent damage to the pumping light source due to the retroreflection in the mirror or gain medium and a half wave plate was placed after the Faraday polarizing plate to align the p- Respectively.
그리고 Yb:KYW 평면 도파로로의 펌프 빔 집속은 비구면렌즈(L1)인 18 mm aspheric lens를 통해 하였고, 집속된 빔은 980 nm 고투과 및 1025 nm 이상 파장대역에서 전반사거울(M)을 지나 Yb:KYW 평면 도파로로 커플링 시켰다. 이때 상기 Yb:KYW 평면 도파로는 이득매질/포화흡수체 일체형 구조에서의 도파로를 의미한다.The pump beam focusing on the Yb: KYW plane waveguide was performed through an 18 mm aspheric lens, which was an aspherical lens (L1). The focused beam passed through the total reflection mirror (M) at 980 nm high- Plane waveguide. Here, the Yb: KYW plane waveguide means a waveguide in a gain medium / saturable absorber integrated structure.
이후 레이저 발진을 위하여 비구면렌즈(L2)인 11 mm aspheric lens 및 2.4 %의 투과율을 가지는 출력경(OC)를 배치함으로써 공진기를 구성하였다. 이때 전체 공진기의 길이, 즉 전반사거울(M) 및 출력경(OC) 사이의 길이를 2.5 cm로 구성하였다. 본 발명의 각 광학부품들은 독립적으로 움직일 수 있게 함으로써 발진 이후 각각의 위치를 최적화하여 안정적인 레이저를 제조할 수 있다.Then, a resonator was constructed by disposing an 11 mm aspheric lens (aspherical lens L2) and an output light (OC) having a transmittance of 2.4% for laser oscillation. The total length of the resonator, that is, the length between the total reflection mirror (M) and the output light (OC), was 2.5 cm. Each of the optical components of the present invention can be independently moved, thereby making it possible to manufacture a stable laser by optimizing each position after the oscillation.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 Q-스위칭 동작 시 나타나는 소멸장 상호작용을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 2 is a view for explaining an extinguishing field interaction in a Q-switching operation according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 도 3의 단계S300 내지 단계S330의 과정을 통해 제조된 이득매질/포화흡수체 일체형 구조의 단면을 확인할 수 있다. 즉, KYW 기판(substrate) 상에 Yb:KYW 평면 도파로(Yb:KYW planar waveguide)가 형성되어 있고, 그 위에 단일벽 탄소나노튜브의 분산용액을 코팅함으로써 제조된 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체 (SWCNT-SA)가 형성되어 있는 이득매질/포화흡수체 일체형 구조를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, the cross-section of the integrated gain / saturable absorber structure manufactured through the process of steps S300 to S330 of FIG. 3 can be confirmed. That is, a carbon nanotube-based saturated absorber (SWCNT) was fabricated by forming a Yb: KYW planar waveguide on a KYW substrate and coating a dispersion solution of the single-walled carbon nanotube on the Yb: KYW planar waveguide -SA) is formed in the gaseous medium / saturated absorber integrated structure.
이를 참조하면, Yb:KYW 도핑층(또는 Yb:KYW 평면 도파로)를 따라 발진되는 레이저는 대부분의 빔이 상기 Yb:KYW 도핑층을 따라 진행하게 되는데, 일부 빔의 경우에는 소멸장 형태로 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체(SWCNT-SA) 박막을 진행하게 된다. 이때, 상기 일부 빔이 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용(Evanescent field interaction)을 하게 되고, 그로 인해 비선형 흡수가 일어나 Q-스위칭 동작이 발생하게 된다. 이는 도 5를 참조하여 이해를 도울 수 있다.Referring to this, most of the laser beam oscillated along the Yb: KYW doped layer (or Yb: KYW plane waveguide) travels along the Yb: KYW doping layer. In the case of some beams, Tube-based saturable absorber (SWCNT-SA) thin film. At this time, the part of the beam causes an evanescent field interaction with the carbon nanotubes, which causes non-linear absorption and Q-switching operation. This can be understood with reference to FIG.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일벽 탄소나노튜브의 특성 그래프를 나타낸 도면이다.5 is a graph illustrating a characteristic of a single-walled carbon nanotube according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 단일벽 탄소나노튜브는 빛의 세기와 흡수율 사이에 비선형 관계가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 즉, 단일벽 탄소나노튜브는 빛의 세기가 약하면 흡수율이 좋아 에너지를 오랫동안 머물고 있게 된다. 본 발명에서 소멸장 상호작용은 발진된 레이저 중 일부 소량의 빔에 의해 형성되므로, 이는 에너지가 약해 흡수율이 클 것이다. 이후 시간이 흐를수록 포화흡수체 내에 흡수된 에너지 양이 점점 증가함으로써 소멸장 상호작용이 강하게 일어나게 되고, 상기 누적된 에너지 양이 점차 증가하게 되면 흡수율과 빛의 세기가 평형을 이루게 되면서 더 이상 강도(intensity)가 증가하지 않는 시점에 다다르게 될 것이다. 즉, 어느 특정 임계점(a)에 도달하면 흡수율이 확 떨어지게 되고, 이때 누적된 에너지가 밖으로 대량 방출하게 되는데 이를 Q-스위칭 동작이라 할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that a single-walled carbon nanotube exhibits a non-linear relationship between light intensity and absorption rate. That is, a single-walled carbon nanotube has a high absorption rate when the intensity of light is weak, and thus the energy is staying for a long time. In the present invention, the extinction field interaction is formed by a small amount of beams of the oscillated laser, so that the energy is weak and the absorption rate is high. As the time elapses, the amount of energy absorbed in the saturable absorber gradually increases, so that the extinction field interaction becomes strong. When the accumulated amount of energy gradually increases, the absorptivity and the intensity of light become equal to each other, ) Will not come up. That is, when a certain critical point (a) is reached, the absorption rate is reduced and the accumulated energy is released to the outside, which can be referred to as a Q-switching operation.
이러한 Q-스위치된 레이저는 모드-잠김(Mode-locked)된 레이저와 비교해볼 때 큰 에너지를 가진 펄스를 구현할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 본 발명은 레이저 동작 시 펄스 당 에너지가 크게 구현되어 레이저 수술/치료 등 다양한 분야에 활용 할 수 있다. This Q-switched laser has the advantage that it can implement a pulse with a large energy compared to a mode-locked laser. Accordingly, the present invention can be applied to various fields such as laser surgery / therapy by implementing a large energy per pulse in a laser operation.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속발진상태에서의 실험결과를 나타낸 도면이다.6 is a graph showing an experimental result in a continuous oscillation state according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 연속발진상태에서 나타나는 출력(도 6(a)) 및 스펙트럼(도 6(b))을 확인할 수 있다. 출력경의 투과율이 2.4 % 이고, 이득매질/포화흡수체 일체형 구조의 Yb:KYW 평면 도파로로 입사되는 빔 세기가 617 mW인 상태로 연속발진 될 경우, 1026 nm 부근에서 최대출력 62 mW로 동작하는 것을 확인할 수 있다. 이때 레이저는 도파로 두께가 파장에 비해 크기 때문에 다중모드로 동작하였으며, 연속발진 동작을 수행할 경우 렌즈의 위치 및 출력경의 위치는 cm 범위에서 조정 가능함을 확인하였다.Referring to Fig. 6, the output (Fig. 6 (a)) and the spectrum (Fig. 6 (b)) appearing in the continuous oscillation state can be confirmed. It is confirmed that the transmittance at the output wavelength is 2.4% and the maximum power is 62 mW when the beam intensity entering the Yb: KYW plane waveguide of the integrated structure of the gain medium / saturable absorber is 617 mW and continuous oscillation occurs at around 1026 nm . In this case, the laser operates in multiple modes because the waveguide thickness is larger than the wavelength, and the position of the lens and the position of the output mirror can be adjusted in the range of cm when the continuous oscillation operation is performed.
또한 도 6(a)의 출력에 의하면 펌프세기가 증가할수록 출력세기가 정비례 관계로 크게 나타나므로, 레이저로써 적함함을 확인할 수 있다.Also, according to the output of FIG. 6 (a), as the pump intensity increases, the output intensity becomes large in proportion to the direct proportion relationship.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 Q-스위칭 동작 시 실험결과를 나타낸 도면이다. 7 is a diagram illustrating experimental results in a Q-switching operation according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, Q-스위칭 동작에서 나타나는 출력(도 7(a)), 발진 스펙트럼(도 7(b)), 레이저로부터 나오는 펄스열 측정 결과(도 7(c)), 레이저 반복률(도 7(d)), 펄스폭(도 7(e)) 및 펌프세기에 따른 펄스 에너지(도 7(f))를 확인할 수 있다7 (a)), the oscillation spectrum (Fig. 7 (b)), the pulse train measurement result from the laser (Fig. 7 (c)), the laser repetition rate (FIG. 7D), the pulse width (FIG. 7E), and the pulse energy (FIG. 7F)
Q-스위칭 동작은 연속발진 동작을 수행하는 상태에서 공진기 내의 비구면렌즈(aspheric lens)의 위치 조정을 통해 쉽게 얻을 수 있었다.The Q-switching operation can be easily obtained by adjusting the position of the aspheric lens in the resonator in the state of performing the continuous oscillation operation.
공진기의 길이는 2.5 cm로 조정했을 때 최대출력 30 mW로 동작하였고(도 7(a) 참조), 처음 레이저가 발진되는 낮은 출력에서도 Q-스위칭 동작이 시작됨을 확인하였다. 이때 중심파장은 1030 nm로 연속발진 동작에 비해서 중심파장이 다소 길어지는 모습을 확인하였다(도 7(b) 참조). 이는 탄소나노튜브와의 소멸장 상호작용에 의해 Q-스위칭 되는 현상에 대한 간접적인 증거이다. The resonator was operated at a maximum output of 30 mW when the length of the resonator was adjusted to 2.5 cm (see FIG. 7 (a)), and Q-switching operation was started even at a low output at which the laser was initially oscillated. At this time, the center wavelength was 1030 nm, and the central wavelength was somewhat longer than that in the continuous oscillation operation (see FIG. 7 (b)). This is indirect evidence of the Q-switching phenomenon due to the extinction interaction with carbon nanotubes.
또한, Q-스위칭 발진 시 레이저 반복률의 경우 펌프세기가 증가할수록 함께 증가하는 모습을 보였고, 이때 최대 반복률은 241 kHz임을 확인하였다(도 7(d) 참조). 펄스길이의 경우 일반적인 Q-스위칭 레이저와 마찬가지로 펌프세기가 증가할수록 점근적으로 감소하는 양상이 나타남을 확인하였으며, 발진 부근에서의 펄스폭은 804 ns, 최소펄스폭은 433 ns였다(도 7(e) 참조). 또한, 펌프세기에 따른 펄스 에너지 세기도 정비레 관계를 나타남을 확인할 수 있었으며(도 7(f)), 레이저로부터 나오는 펄스열 변화를 확인할 수 있었다(도 7(c)).In addition, the laser repetition rate at the Q-switching oscillation increased as the pump intensity increased, and the maximum repetition rate was found to be 241 kHz (see FIG. 7 (d)). As in the case of a conventional Q-switching laser, the pulse width was asymptotically decreased with increasing pump intensity. The pulse width at the oscillation was 804 ns and the minimum pulse width was 433 ns (Fig. 7 ) Reference). In addition, it was confirmed that the pulse energy intensity according to the pump intensity exhibits a maintenance relationship (Fig. 7 (f)), and the pulse train change from the laser can be confirmed (Fig. 7 (c)).
이상으로 본 발명은 Yb:KYW 평면 고체 도파로 레이저에서 처음으로 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체를 이용해 Q-스위칭 동작을 유도하였고, 이 때, 이득매질 및 Q-스위칭 광소자의 일체형 구조인 이득매질/포화흡수체 일체형 구조에서 소멸장 상호작용을 통해 펄스 형성을 제안하였다. 본 발명의 이득매질/포화흡수체 일체형 구조는 차후 다른 다양한 도파로 구조에 대해서도 동일하게 적용가능하므로 그 확장성이 매우 높게 사료된다. In the present invention, Q-switching operation is induced by using a single-walled carbon nanotube-based saturable absorber in a Yb: KYW plane solid waveguide laser. At this time, the gain medium, which is an integrated structure of a gain medium and a Q- / In the structure of the saturated absorber integral, pulse formation is proposed through extinction field interaction. The gain medium / saturable absorber integrated structure of the present invention can be similarly applied to various other waveguide structures in the future, so that the scalability is very high.
또한, 본 발명에서 광학적 소자의 특성, 즉 포화흡수체의 특성은 분산용액을 제조하는데에 이용되는 탄소나노튜브의 농도, 용매 물질(DCB 또는 PMMA 등)의 혼합 비율 또는 분산용액이 평면 도파로 상에 코팅되는 횟수 등을 변화시킴으로써 소자의 특성(반지름 등의 굵기 등) 제어가 가능하다.In the present invention, the characteristics of the optical device, that is, the characteristics of the saturated absorber, are such that the concentration of the carbon nanotubes used for producing the dispersion solution, the mixing ratio of the solvent material (DCB or PMMA, It is possible to control the characteristics of the device (such as the thickness of the radius).
또한, 본 발명은 종래에 많이 사용된 포화흡수거울(SESAM)을 대체할 수 있는 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체로서, 1㎛ 대역의 극초단 펄스 방출 고체 레이저를 더욱 저렴하고 손쉽게 제조할 수 있으며, 대량생산이 가능하고, 기존 방식보다 품질 및 내구성이 뛰어난 레이저 소자를 만들 수 있다.Also, the present invention is a carbon nanotube-based saturable absorber capable of replacing a conventional saturated absorption mirror (SESAM), which can manufacture a ultra-short-pulse-emission solid-state laser in a 1-μm band at a lower cost and easily, It is possible to mass-produce and produce laser devices with superior quality and durability over conventional methods.
더 자세하게 본 발명은 상용화된 레이저 다이오드 펌핑으로부터 오는 저렴한 가격, 이득매질/포화흡수체 일체형 구조 및 공진기 내 렌즈를 이용한 안정된 공진기 구성의 자율성, 포화흡수체 및 레이저빔과의 간접적인 상호작용을 통한 포화흡수체의 높은 파괴문턱 낮춤, 단일벽 탄소나노튜브의 종류 및 제작방법에 따른 다른 종류의 도파로 레이저로의 확장성 및 새로운 평면 도파로 기반의 펄스 레이저 구조 등의 효과를 볼 수 있다.
More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for the production of a saturable absorber by means of an inexpensive price from a commercialized laser diode pumping, a gain medium / saturable absorber integrated structure, autonomy of a stable resonator configuration using a lens in the resonator, High breakdown thresholds, different types of single-wall carbon nanotubes and fabrication methods, scalability to other types of waveguide lasers, and a new planar waveguide-based pulse laser structure.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 수치 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to the specific details such as specific numerical values, the limited embodiments, and the drawings. However, the present invention is not limited to the above embodiments, Various modifications and variations may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
WG: KYW 기판 상에 이득매질로서 형성된 Yb:KYW 평면 도파로
SWCNT-SA: 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체
L1, L2: 비구면 렌즈(aspheric lens)
M: 전반사 거울
OC: 출력경WG: Yb: KYW plane waveguide formed as a gain medium on a KYW substrate
SWCNT-SA: Single-walled carbon nanotube-based saturated absorber
L1, L2: aspheric lens
M: Total Mirror
OC: Output light
Claims (10)
KYW(포타슘-이트륨 텅스텐산염) 기판 상에 형성되며, Yb:KYW 재질을 이득매질로서 가지는 평면 도파로; 및
상기 평면 도파로의 일 측면 상에 단일벽 탄소나노튜브 기반의 분산용액이 코팅되어 상기 평면 도파로와 일체형으로 형성된 포화흡수체;
를 포함하고,
상기 포화흡수체는 상기 평면 도파로를 통해 진행되는 레이저 빔의 일부가 형성하는 상기 평면 도파로 주변의 소멸장(evanescent field)과 상호작용함으로써 상기 레이저 장치의 Q-스위칭 동작을 일으키는 것을 특징으로 하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치.In a laser device having a Fabry-Perot structure,
A planar waveguide formed on a KYW (potassium-yttrium tungstate) substrate and having a Yb: KYW material as a gain medium; And
A saturable absorber formed by coating a single-walled carbon nanotube-based dispersion solution on one side of the planar waveguide and integrated with the planar waveguide;
Lt; / RTI >
Wherein the saturable absorber causes a Q-switching operation of the laser device by interacting with an evanescent field around the planar waveguide formed by a part of the laser beam traveling through the planar waveguide. Plane waveguide laser device.
상기 분산용액의 기반이 되는 상기 단일벽 탄소나노튜브는 아크방전법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치.The method according to claim 1,
Wherein the single-walled carbon nanotube as a base of the dispersion solution is manufactured by an arc discharge method.
상기 분산용액은
상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브를 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 분산하고, 원심분리한 후 분리된 용액의 일부를 PMMA(polymethyl methacrylate)에 혼합함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치.3. The method of claim 2,
The dispersion solution
The Yb: KYW plane waveguide laser device is produced by dispersing the prepared single-walled carbon nanotube in dichlorobenzene, centrifuging the separated single-walled carbon nanotube, and mixing a part of the separated solution into PMMA (polymethyl methacrylate).
상기 포화흡수체는
상기 제조된 분산용액을 상기 평면 도파로 상에 코팅한 후 전열기(hot plate) 위에서 건조시킴으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치.The method of claim 3,
The saturable absorber
Coating the prepared dispersed solution on the planar waveguide, and then drying the dispersion solution on a hot plate to form a Yb: KYW plane waveguide laser device.
KYW(포타슘-이트륨 텅스텐산염) 기판 상에 형성되며, Yb:KYW 재질을 이득매질로서 가지는 평면 도파로;
상기 단일벽 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 분산용액을 상기 평면 도파로 상에 코팅함으로써 상기 평면 도파로와 일체형으로 형성되고, 상기 평면 도파로를 통해 진행되는 레이저 빔의 일부가 형성하는 상기 평면 도파로 주변의 소멸장과 상호작용함으로써 Q-스위칭을 유도하는 광학적 비선형 포화 흡수체;
980 nm 파장대역에서 발진하고 최대 750 mW를 방출하는 단일모드 레이저 다이오드;
적어도 하나 이상의 비구면 렌즈(aspheric lens);
적어도 하나 이상의 거울;
상기 이득매질과 상기 거울에서의 역반사로 인한 펌핑광원의 손상을 막기 위한 패러데이 단향관(faraday isolator); 및
p-편광을 맞추기 위한 반파장판;
을 포함하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치.As a laser using single wall carbon nanotubes,
A planar waveguide formed on a KYW (potassium-yttrium tungstate) substrate and having a Yb: KYW material as a gain medium;
And a dispersion solution prepared by using the single wall carbon nanotubes is coated on the planar waveguide to form an integral body with the planar waveguide, and a part of the laser beam traveling through the planar waveguide forms an extinction around the planar waveguide Optically nonlinear saturable absorber that induces Q-switching by interacting with the intestine;
A single mode laser diode oscillating in the 980 nm wavelength band and emitting up to 750 mW;
At least one aspheric lens;
At least one mirror;
A faraday isolator for preventing damage to the pumping light source due to the gain medium and retroreflection in the mirror; And
half-wave plate for p-polarizing;
Yb: KYW plane waveguide laser device.
상기 포화 흡수체는
상기 분산용액을 제조하는 데에 이용되는 탄소나노튜브의 농도 및 상기 분산용액 제조 과정에서 혼합되는 적어도 하나 이상의 용매 물질의 비율을 조절하고, 상기 분산용액이 상기 평면 도파로 상에 코팅되는 횟수를 조절함으로써 특성이 제어되는 것을 특징으로 하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 장치.6. The method of claim 5,
The saturable absorber
The concentration of the carbon nanotubes used to produce the dispersion solution and the ratio of at least one solvent material mixed in the dispersion solution production process are controlled and the number of times the dispersion solution is coated on the planar waveguide is controlled Characterized in that the characteristics of the Yb: KYW plane waveguide laser device are controlled.
아크방전법을 이용하여 단일벽 탄소나노튜브를 제조하는 단계;
상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브를 이용하여 분산용액을 제조하는 단계; 및
상기 제조된 분산용액을 상기 평면 도파로 상에 코팅함으로써 상기 평면 도파로와 일체형으로 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체를 제조하는 단계;
를 포함하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 제조 방법.A step of preparing a planar waveguide on which a Yb: KYW material acts as a gain medium on a KYW (potassium-yttrium tungstate) substrate by liquid phase deposition;
Preparing single-walled carbon nanotubes by an arc discharge method;
Preparing a dispersion solution using the prepared single-walled carbon nanotubes; And
Preparing a carbon nanotube-based saturable absorber integrated with the planar waveguide by coating the dispersion solution on the planar waveguide;
Wherein the Yb: KYW planar waveguide laser is fabricated.
상기 포화흡수체를 제조하는 단계는
상기 포화흡수체가 상기 평면 도파로 주변의 소멸장(evanescent field)과 상호작용을 일으켜 Q-스위칭 동작을 유도할 수 있도록 상기 평면 도파로 상에 코팅되어 상기 평면 도파로와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 제조 방법.8. The method of claim 7,
The step of producing the saturated absorbent comprises
Wherein the saturable absorber is coated on the planar waveguide and integrated with the planar waveguide so that the saturable absorber interacts with an evanescent field around the planar waveguide to induce a Q-switching operation. Fabrication method of planar waveguide laser.
상기 분산용액을 제조하는 단계는
상기 제조된 단일벽 탄소나노튜브를 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 분산하고, 원심분리한 후 분리된 용액의 일부를 PMMA(polymethyl methacrylate)에 혼합함으로써 제조하는 것
을 특징으로 하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 제조 방법.8. The method of claim 7,
The step of preparing the dispersion solution
The single-walled carbon nanotube thus prepared is dispersed in dichlorobenzene, centrifuged, and a part of the separated solution is mixed with PMMA (polymethyl methacrylate)
Wherein the Yb: KYW plane waveguide laser is fabricated.
상기 포화흡수체를 제조하는 단계는
상기 제조된 분산용액을 상기 평면 도파로 상에 코팅한 후 전열기(hot plate) 위에서 건조시킴으로써 제조하는 것
을 특징으로 하는 Yb:KYW 평면 도파로 레이저 제조 방법.10. The method of claim 9,
The step of producing the saturated absorbent comprises
Coating the above-prepared dispersed solution on the planar waveguide, and then drying it on a hot plate
Wherein the Yb: KYW plane waveguide laser is fabricated.
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Title |
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구준회, 박사학위 논문, 서울대학교대학원, 2013년 2월* |
조원배, 박사학위 논문, 아주대학교대학원, 2010년 2월.* |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170115382A (en) * | 2016-04-07 | 2017-10-17 | (주)파이버프로 | femtosecond mode-lock laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20150078940A (en) | 2015-07-08 |
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