KOSEN 한인과학기술자네트워크

 

중요기자재: ND-YAG Laser(1064nm)와 Harmonic Generator(532nm and 355nm), Ocean Optics Spectrometer, 편광현미경, 스핀코팅장치, 박막두께 측정장치
경남의 거점대학인 경상대학교 물리학과의 첨단 응용 광학 연구실(2008년 9월에 시작) 에서는 미시적 광학적 특성이 우수한 유기 물질들(여러 종류의 액정들, 비선형 광학특성을 가진 유기 단분자, 유기 고분자 등등)과 여러 광학 박막 재료들 (Au, Ag, Al)을 이용하여, 거시적으로 매우 우수한 선형적 그리고 비선형적 광학특성을 나타낼 수 있도록, 새로운 구조의 광학 소자들을  개발하고, 개발된 소자들의 물리적 광학적 작용 원리를 이론적으로 그리고 실험적으로 밝히는 연구를 진행하고 있다. 주된 연구 주제는 (1) 액정을 이용한 소형 레이저 소자 개발과 소자의 광학적 메커니즘을 밝히는 연구와 (2) 옥타폴 분자를 이용한 이차 비선형 광학 소자 개발과 광학적 구조 원리를 밝히는 연구이다.

 

대표논문:
1. “Octupolar Films with Large Second Harmonic Generation and Electro-Optical Effects ”, Adv. Fun. Mater., 22, 788-796(2012) by Mi-Yun Jeong,* Sophie Brasselet, Tong-Kun Lim, and Bong Rae Cho
2. “Electro-optic effect in crystalline films of transverse planar octupolar symmetry”, Optics Express, 19,
7979-7991(2011) by Mi-Yun Jeong,Sophie Brasselet, Bong Rae Cho, and Tong-Kun Lim
3. “Continuous spatial tuning of laser emissions with tuning resolution less than 1 nm in a wedge cell of dye-doped cholesteric liquid crystals”, Optics Express, 18, 24221-24228(2011) by Mi-Yun Jeong and J. W. Wu 
4. “ Continuous Spatial Tuning of Laser Emissions in a Full Visible Spectral Range”, Int. J. Mol. Sci., 12, 2007-2018(2011), by Mi-Yun Jeong and J. W. Wu
5. “Octupolar films with significant 2nd harmonic generation”, Adv. Mater., 19, 2107-2111(2007) by Mi-Yun Jeong, Hwan Myung Kim, Seung-Joon Jeon, Sophie Brasselet,* and Bong Rae Cho

 

특허:
국내특허: 레이저발진소자(출원번호: 10-2009-0072100)
국제특허: 레이저발진소자(출원번호: PCT/KR2010/005138)

 

 

  광자결정(Photonic crystal)은 문턱 없는 microcavity  광결정 레이저, 양자점을 이용한 광결정 수광 및 발광소자, 광결정 다중파장분배기, 광결정 superprism, Display, filter, photonic crystals for enhancing thermophotovoltaic energy conversion 등과 광통신, 광컴퓨터에 이르기까지 수많은 응용가능성을 가진다. 또한 나노 기술과 융합 접목되어 Lab-on-a-chip 을 구현할 수 있는 새로운 광산업을 창출하고 있는 중요 연구과제이며, 광기술에 있어서 전자기술의 핵심물질인 반도체에 상응되는 물질이다. 특히, 중요한 점은 인터넷 등 통신 트래픽의 증가와 함께 WDM 기반의 광통신망이 대용량화되고 복잡해짐에 따라 광대역 파장가변 레이저의 필요성과 중요성이 증대되고 있어 이에 관한 연구가 절실하다. 이에 부응하여 최근 본 연구진은 독자적으로 “광자결정 소자를 이용한 광대역 연속적인 파장 가변 레이저와 응용”에 관한 과제  수행(2008, 10~2010, 9)을 통해 쐐기형태의 콜레스테릭 액정 소자 내에 연속적인 피치 그래디언트를 형성함으로써  “전 가시광 영역에서 연속적인 파장가변(~1nm 이하 분해능을 가진) 하는 쐐기형 광자결정 레이저 소자를 새로이 개발하는 성과”를 이루었고, 또한 “콜레스테릭 폴리머 액정”을 이용하여 전 가시광 영역에서 연속적인  파장 가변 레이저 소자를 개발함으로써 장시간 동안 안정적인 광학 소자로 활용 가능한 상업성이 있는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이 결과들은 저명한 국제학술지 (Optics Express (2011년)와 Int. J. Mol. Sci.(2011))에 게재 되었다.

 
레이징 실험:
  
 

 

 

[동영상 1] Laser tunung 단파장 WS cell

 

[동영상 2] Laser tunung 장파장 WL cell

 

  넓은 가시광 영역에서 1nm 이하로 연속적인 레이저 튜닝을 위해 제작된 두 레이저 소자((WL-cell 와 WS-cell)의 레이징 동영상.
  펌핑 레이저(355nm)를 이용하여, 연속적인 피치 그래디언트(pitch gradient)를 가진 웨지(wedge)소자의  펌핑 위치를 마이크로 미터로 천천히 이동하여 주면, 위치에 따라 레이저 공진기 길이가 연속적으로 바뀌면서 튜닝되는 레이저 파장도 연속적으로 튜닝하는 것을 확인할 수 있다. 한 개의 액정 레이저 소자를 이용하여, 한 개의 펌핑 레이저 라인으로 수 백 개 이상의 레이저 라인을 발생할 수 있다.

 

  본 연구 주제에서는 옥타폴(팔중극자) 분자를 이용하여 제이 고조파 발생(SHG; second harmonic generation)과 전기광학효과(EO effect; electro optic effect)에 있어서 기존의 광학 소자들 보다 우수한 비선형 광학 효율 특성을 가진 광학소자를 개발하는 것을 목적으로 한다. 이에 따라 옥타폴 박막 소자의 이차 비선형 광학적 메카니즘을 알아보기 위해, 미시적 이차비선형 광학 특성이 우수한 것으로 잘 알려진 TTB 옥타폴 분자(TTB분자 합성: 고려대 화학과 유기광전자연구실, 조봉래 교수)를 이용하여 연구를 진행해 오고 있다.
  먼저 거시적으로도 옥타폴의 우수한 비선형 광학 특성이 나타날 수 있도록 본 연구진이 새로이 개발한 방법으로 비선형 특성을 가진 옥타폴 박막이 폴리 크리스탈 형태와 실린더 모양의 결정성 박막이 제작되었고 보다 효율적인 구조를 개발 하기 위해 연구 중이다. 다음으로 제작된 박막들의 비선형 광학적 특성과 박막내의 옥타폴 분자들의 결정성, 기판 위에서의 옥타폴 결정박막의 대칭축 방향 등을 알아보기 위해 제이 고조파 발생법, 전기광학효과, 복굴절 측정, X-rd 측정, 흡수 스펙트럼, 편광현미경 관찰 등의 방법으로 연구 분석하고, 결정성 옥타폴 박막의 symmetry를 밝히는 연구 등이 진행 되고 있다. 특히, 광학소자로 응용하기 위해서는 비선형 결정들은 이차비선형계수의 값이 30 pm/V 이상의 값을 가지는 것이 요구되는데, 최근의 연구 결과로는PI/ITO 기판 위에 제작된 실린더 박막의 경우 1000~1750 pm/V의 매우 큰 비선형계수 값을 나타내었고, Al/BK7 기판 위에 제작된 폴리 크리스탈의 경우에도 메탈에 의한 증강효과(metal enhance effect)로 인해 70~87 pm/V 의 매우 큰 이차비선형 특성을 가져, 앞으로 비선형광학소자로서의 매우 유용한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 제이 고조파 발생 등의 연구결과로 밝혀진 기판 위의 옥타폴 분자 결정의 방향을 이용하여, 옥타폴 분자결정의 전기광학효과도 연구가 진행되어오고 있는데, 본 연구진이 처음으로 옥타폴 경정박막의 전기광학효과에 대한 연구결과를 국제저널(Optics Express)에 발표하였다. 이 연구로부터 기존의 다이폴을 이용한 이차 비선형 특성과는 다른 여러 가지 옥타폴 박막의 전기광학적 특성이 있음을 밝혀 내었고 ,  D3h symmetry를 가지는 옥타폴 박막의 전기광학계수 r11에 관한 관계식을 처음으로 유도하였고, 유도된 이론을 적용하여 매우 큰 옥타폴 결정박막의 전기광학계수 값 r11 = 695~2300 pm/V를 측정하였다. 이 결과는 제이 고조파 발생실험 결과와 일치하는 이차비선형 광학 실험 결과로서, 옥타폴 분자 결정박막이 광소자 로써의 유망한 후보로 역할 할 것으로 기대된다. 이 결과들은 저명한 국제학술지(Adv. Mater. (2007), Adv. Fun. Mater. (2012년)과 Optics Express (2011년))에 게재 되었다.

 

 

 

Electro-Optic Effect data:
 

  본 연구실의 연구 주제에 관심이 있는 학생은 누구나 환영합니다. 광학기초에서 첨단까지 재미있는 실험실 생활을 경험하게 될 것입니다.

 

 

경상대학교 자연과학 2호관 352동 116호