연구원, 최초의 가시 파장 펨토초 파이버 레이저 시연

2023년 7월 6일

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연구자들은 전자기 스펙트럼의 가시 범위에서 펨토초 펄스를 생성할 수 있는 최초의 광섬유 레이저를 개발했습니다. 초단거리의 밝은 가시파장 펄스를 생성하는 파이버 레이저는 다양한 생의학 응용 분야뿐만 아니라 재료 가공과 같은 기타 분야에도 유용할 수 있습니다.

가시적인 펨토초 펄스는 일반적으로 복잡하고 본질적으로 비효율적인 설정을 사용하여 얻어집니다. 파이버 레이저는 견고성/신뢰성, 작은 설치 공간, 효율성, 저렴한 비용 및 높은 밝기로 인해 매우 유망한 대안이지만 지금까지 펨토초(10-15초) 지속 시간의 가시 펄스를 생성하는 것은 불가능했습니다. ) 그러한 레이저로 직접 범위를 지정합니다.

"가시 스펙트럼에서 작동하는 펨토초 파이버 레이저에 대한 우리의 시연은 신뢰할 수 있고 효율적이며 컴팩트한 새로운 종류의 초고속 레이저를 위한 길을 열었습니다."라고 캐나다 라발 대학(Université Laval)의 연구팀 리더인 Réal Vallée는 말했습니다.

Optics Letters에서 연구진은 란탄족 원소가 첨가된 불소 섬유를 기반으로 하는 새로운 레이저에 대해 설명합니다. 635nm에서 적색광을 방출하는 레이저는 지속 시간 168fs, 피크 전력 0.73kW, 반복률 137MHz로 압축 펄스를 생성합니다. 상업용 블루 레이저 다이오드를 에너지의 광원 또는 펌프 소스로 사용하면 전체 디자인이 견고하고 컴팩트하며 비용 효율적으로 만들어졌습니다.

"가까운 미래에 더 높은 에너지와 출력이 달성될 수 있다면 많은 응용 분야에서 이러한 유형의 레이저가 도움이 될 수 있습니다"라고 해당 프로젝트에 참여한 박사 과정 학생인 Marie-Pier Lord가 말했습니다. "잠재적 응용 분야에는 생물학적 조직의 고정밀, 고품질 절제 및 2광자 여기 현미경 검사가 포함됩니다. 또한 펨토초 레이저 펄스는 재료 가공 중 저온 절제를 허용합니다. 이 프로세스는 [긴 펄스보다] 훨씬 더 깔끔한 절단을 만들 수 있습니다. 열 효과가 발생하지 않습니다."

파이버 레이저에서는 희토류 원소가 도핑된 광섬유가 레이저 매체 역할을 합니다. 파이버 레이저는 가장 간단하고 견고하며 신뢰할 수 있는 고휘도 레이저 시스템 중 하나이지만 실리카 파이버를 사용하면 근적외선 스펙트럼 영역으로 제한되는 경향이 있습니다. Vallée 그룹은 실리카 대신 불소로 만든 섬유를 사용하여 이러한 레이저 소스의 스펙트럼 범위를 확장하기 위해 노력해 왔습니다.

Lord는 "우리는 이전에는 중적외선 광섬유 레이저 개발에 중점을 두었지만 최근에는 가시광선 광섬유 레이저에 관심을 갖게 되었습니다."라고 말했습니다. "이러한 레이저를 위한 작고 효율적인 펌프 소스의 부족으로 인해 오랫동안 개발이 방해되었지만 최근 청색 스펙트럼에서 작동하는 반도체 기반 레이저 소스의 출현은 효율적인 가시 광선 파이버 레이저 개발을 위한 핵심 기술을 제공했습니다."

가시 파장을 지속적으로 방출하는 섬유 레이저를 시연한 후 연구원들은 초고속 펄스 소스로 발전을 확장하기를 원했습니다. 불소 섬유 제조 공정의 개선 덕분에 이제 효율적인 가시광 섬유 레이저 개발에 필수적인 특성을 지닌 란탄족 도핑 섬유를 얻는 것이 가능해졌습니다.

Vallée 팀이 개발한 새로운 펄스 광섬유 레이저는 란탄족 원소가 첨가된 불화물 광섬유와 시중에서 판매되는 블루 다이오드 펌프 레이저를 결합합니다. 펄스 출력을 생성하고 유지하기 위해 연구원들은 광섬유의 빛 편광을 주의 깊게 관리하는 방법도 알아내야 했습니다.