KOSEN 한인과학기술자네트워크

2-1. 광섬유 디자인 및 제작
본 연구실에서는 기존의 광섬유를 벗어나 새로운 광특성을 갖는 광섬유를 연구하고 있습니다. 광섬유 구조 설계와 시뮬레이션을 통해 저손실, 음의 분산, 비선형효과, 복굴절률과 같은 광특성을 구현 할 수 있습니다. 특히 중공 코어 광섬유, 광결정 광섬유, 다공성 광섬유를 설계하여 기존 광섬유에서는 갖지 못했던 다양한 특성들을 확인 할 수 있습니다. 최근에는 이중격자구조의 클래딩을 갖는 광결정 광섬유를 설계하여 매우 큰 음의 분산특성을 달성하였습니다. 이러한 특성은 기존의 광통신시스템에서 나타나는 분산문제를 효과적으로 보상할 수 있는 방법으로 제안하였습니다.

그림 1. 이중격자구조의 클래딩을 갖는 광결정광섬유의 단면도와 Er- Tm- band에서 달성한 광특성

2-2. 광학적 포획 및 액체 분사 시스템
본 연구실에서는 광섬유를 기반으로 하는 Bessel beam 형성소자를 성공적으로 제작하였으며 2018년 노벨 물리학상을 수상한 Ashikin에 의해 발명된 광포획 현상을 응용합니다. 그 원리는 빛을 집속할 경우 전기장의 구배(Gradient)에 의하여 전기쌍극자를 가진 입자가 전기장의 세기가 큰 쪽으로 빨려 들어가는 전자기적 현상을 이용합니다. 이를 응용하여 레이저 빔형성을 조절하여 원자뿐만 아니라 생물학적 입자들을 포획함으로, 생물 물리적 도구로서 연구하는데 중요한 역할을 하고 있습니다. 또한 빛이 물질에 흡수됨을 통해 열을 발생시키는 효과를 이용하여 광섬유의 비어있는 코어에 액체 물질을 채워서 열로서 증발시키고 증기를 분사시키는 방법을 연구하고있습니다. 이는 작은 양의 액체주입으로 바이오 및 생체관련 응용성이 예상됩니다.

그림 2. 광 포획에 관련된 개략도와 실제 실험 사진, 광 아토마이저의 개략도와 실제 나노사이즈 물방울이 분사되는 그림과 분사된 후 기판의 그림

2-3. 알칼리 원자 고출력 레이저
Maser의 개발 이후 헬륨-네온 레이저, CO2레이저, 고체레이저(Nd: YAG)의 순서를 지나 차세대 레이저로 각광받고 있는 Diode pumped alkali laser 제작 연구를 하고 있습니다. 차세대 레이저의 이득 매질인 alkali 원자들은 기존 레이저에 비해 이득 효율이 높고 고체 및 광섬유 이득 매질에 비해 열 문제를 해결하기 쉬우며 고출력 레이저로의 발전 가능성이 있습니다. 본 연구실에서는 여기 광과 함께 공진기를 구성하고 이득 매질을 설치함으로써 레이저 제작 연구를 진행하고 있습니다.

그림 3. 알칼리 레이저의 개략도와 알칼리 원자 세슘의 에너지 레벨

2-4. 초고속 펄스레이저 제작
최근 2차원 물질의 발견으로, 주로 전자 소재로서 다양한 연구가 진행되었습니다. 본 연구실에서는 WS2, MoS2, Perovskite 등과 같은 물질의 2차원 물질들을 이용하여 측면 연마 광섬유에 부착하여 비선형 광학소자를 개발하였습니다. 특히 빛의 세기가 증가하면 흡수는 적고, 빛의 세기가 작을수록 흡수가 큰 포화흡수체(Saturable absorber)를 개발함으로 이를 이용하여 초고속 레이저인 Mode-locking, Q-switching laser를 성공적으로 제작하였습니다.

그림 4. 포화흡수체를 이용한 광섬유 펄스레이저의 구성도

2-5. DNA기반 광학물성분석 및 광소자 제작
생체물질인 DNA는 광센서, 펄스레이저, 광도파로등 포토닉스의 응용이 보고되었습니다. 우리는 DNA의 순수한 광학적 특성을 연구하기 위해서 DNA를 thin film형태로 만들고 자외선부터 테라헤르츠선까지 파장 별 흡수 계수를 측정합니다. 또한 DNA에 Uracil, NaOH, thermal effect의 첨가 물질과 물리적인 환경을 변화시키면서 광학특성의 변화도 함께 관찰합니다. 연구실에서는 앞선 선형적인 효과에 대한 응용으로 온도센서, 펄스레이저, Liquid laser 등을 개발하였습니다.

그림 5. DNA의 광특성을 이용한 광학 및 광소자로의 응용