이상민 최선영 2010-02 10678 https://aurora.ajou.ac.kr/handle/2018.oak/6240 학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :에너지시스템학부,2010. 2 단일벽 탄소나노튜브의 발견 이후 다양한 분야에서 그 특성이 연구되고 있다. 특유의 전기적 특성으로 나노 소자로서의 응용이 활발히 이루어지고 있는 가운데 광학적 특성 또한 주목받고 있다. 단일벽 탄소나노튜브가 가지는 다양한 직경과 그로 인한 다양한 흡수 파장 대역과 높은 3차 비선형 효과는 기존에 알려진 광 스위치 소자나 반도체 기반의 포화흡수체인 SESAM을 대체할 수 있는 우수한 특성의 포화흡수체를 제작하기에 매우 유리하며 다양한 형태로 제작이 가능하여 차세대 포화흡수체로의 가능성을 충분히 가지고 있다. 본 연구에서는 다양한 종류의 단일벽 타소나노튜브를 이용하여 1 - 2 μm 파장 대역의 고체 레이저 및 광섬유 레이저에 응용이 가능한 투과형, 반사형 및 중공 광섬유에 삽입된 형태의 새로운 포화흡수체를 제작하고 그 특성을 분석하였다. 제작된 단일벽 탄소나노튜브 포화흡수체는 탄소나노튜브의 종류에 따라 1 - 2 μm 파장 사이에서 넓은 흡수 대역을 가지고 있는 것을 확인하였으며 공명 라만 스펙트럼 분석을 통해 해당 파장의 흡수를 지니는 직경을 가진 단일벽 탄소나노튜브가 포함된 것을 확인하였다. 또한 pump-probe 분광법을 이용하여 포화흡수체의 중요한 특성인 회복시간을 측정하였으며 에너지 변화에 따른 투과율 측정으로 제작된 탄소나노튜브 포화흡수체가 지닌 변조 깊이와 비포화 손실 및 saturation fluence 측정 분석으로 기존의 소자를 대체할 만한 우수한 특성을 지닌 것을 확인하였다. 다양한 방법으로 분석된 탄소나노튜브 포화흡수체는 1.3 μm의 고체 레이저와 1.5 μm의 광섬유 레이저에 삽입되었으며 모두 모드잠금 현상을 확인하였고 펨토초의 펄스가 발생하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과를 다양한 파장에 적용하여 광대역의 포화흡수체 제작이 가능하며, 광섬유 레이저의 경우 다른 형태의 특수 광섬유에 적용시켜 다양한 형태의 포화흡수체 제작이 가능할 것으로 예상된다. 제 1 장 서 론 1 제 2 장 기초이론 3 제 1 절 포화흡수체 3 제 2 절 단일벽 탄소나노튜브 6 제 3 장 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체의 제작 10 제 1 절 단일벽 탄소나노튜브의 선정 10 제 2 절 단일벽 탄소나노튜브 포화흡수체의 제작 13 3.2.1 단일벽 탄소나노튜브 분산 13 3.2.2 탄소나노튜브/PMMA 포화흡수체 제작 15 제 4 장 단일벽 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체의 제작 20 제 1 절 단일벽 탄소나노튜브 포화흡수체의 광학적 특성 분석 20 4.1.1 탄소나노튜브 포화흡수체의 선형 광학 스펙트럼 20 4.1.2 탄소나노튜브 포화흡수체의 공명 라만 스펙트럼 23 4.1.3 탄소나노튜브 포화흡수체의 회복시간 측정 26 4.1.4 탄소나노튜브 포화흡수체의 비선형 투과 측정 29 제 2 절 레이저용 포화흡수체로의 응용 31 4.2.1 탄소나노튜브 포화흡수체의 Cr:forsterite 고체 레이저 응용 31 4.2.2 탄소나노튜브 포화흡수체의 Er-doped 광섬유 레이저 응용 37 제 5 장 결 론 41 참고문헌 42 영문요약 44 kor The Graduate School, Ajou University 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다. 단일벽 탄소나노튜브 기반의 새로운 레이저 모드잠금용 초고속 포화흡수체 제작 및 특성분석 Fabrication of Ultrafast Novel Saturable Absorbers based on Single-walled Carbon Nanotubes for Laser Mode-locking Thesis 아주대학교 일반대학원 Sun Young Choi 일반대학원 에너지시스템학부 2010. 2 Master http://dcoll.ajou.ac.kr:9080/dcollection/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000010678 단일벽 탄소나노튜브 포화흡수체 레이저 모드잠금 Single-walled carbon nanotubes(SWCNTs) are widely investigated in various research areas due to their unique electronic and optical properties. SWCNTs exhibit broad absorption bandwidth, which is mainly attributed to the distribution of SWCNTs with different diameters. and large third-order optical nonlinearities. These properties are suitable for developing novel mode-locking devices of different lasers and SWCNTs can be therefore regarded as an alternative to widely used conventional semiconductor saturable absorber mirrors(SESAMs). In the present work, we fabricated transmission, reflection and in-line type SWCNT saturable absorbers(SWCNT SAs), which are applicable for mode-locking bulk solid-state and fiber lasers in the spectral range of 1 - 2 μm. Depending on SWCNTs synthesized by different methods, SWCNT SAs can exhibit different absorption bands between 1 - 2 μm region. The diameter of SWCNTs distributed on substrates as absorber material has been estimated by resonance Raman spectrocsopy. We also have investigated recovery time, modulation depth, nonsaturation loss and saturation fluence of SWCNA SAs by applying pump-probe spectroscopy and nonlinear transmission measurement. Additionally, femtosecond mode-locking of bulk solid-state and fiber lasers at 1.3 and 1.5 μm, respectively, has been successfully demonstrated using SWCNT SAs. In further investigations base on this work, we are suggesting the fabrication of novel passive devices for much broader operation ranges and application of different fibers like photonic crystal fibers in fiber lasers.