방사형/방위형 편광의 소용돌이 파면을 가지는 라게르-가우시안 모드 고출력 레이저 빔에 대한 연구

Abstract

현대 사회에서 레이저는 산업, 국방, 통신, 정밀 측정, 의료, 가공 등 폭넓은 분야의 중추적인 기술 요소로 자리 매김을 하고 있다. 그 중 도넛 형태의 빔 단면 세기를 가지는 라게르-가우시안(Laguerre-Gaussian, LG) 모드는 소용돌이 파면과 원통형 벡터 빔(Cylindrical Vector Beam, CVB)의 특성을 가질 수 있다고 알려져 있다. 광 소용돌이 빔(Optical Vortex Beam, OV)은 빔의 횡파면이 나선형 파면이라는 특징을 가져 동일한 위상 표면이 전파 방향을 중심으로 회전하며 진행하는 빔으로 물질에 궤도 각운동량을 전달 할 수 있다. 원통형 벡터 빔은 일반적으로 사용되는 선형/원형/타원형 편광이 아닌, 방위형/방사형(radial/azimuthal) 편광 성분을 가지는 빔으로 이러한 편광의 빔을 포커싱 시키게 된다면 일반적인 편광을 가지는 빔과는 달리 강한 종방향 전기장 성분이 생성된다. 특히 이 종방향 성분을 이용하면 회절 한계를 넘어선 매우 작은 초점 빔 사이즈를 얻을 수 있기 때문에 많은 응용 분야에서 주목받고 있다. 광 소용돌이 빔과 원통형 벡터 빔은 각각 편광 특이점과 위상 특이점을 가지므로 도넛 모양의 빔 프로파일을 가지는 모드에서만 구현할 수 있다. 본 논문은 본 장을 포함하여 서론, 배경 이론, 실험 구조, 실험 결과 및 결과 분석 그리고 결론으로 구성되어 있다. 제 2장에서는 고체 및 광섬유 레이저의 기본 이론과 광 소용돌이 레이저 빔, 방사형/방위형 편광을 가지는 레이저 빔 등 근본 가우시안 빔이 아닌 독특한 특성을 가지는 레이저 빔에 대한 배경 이론을 설명한다. 이를 바탕으로 제 3장에서는 링 코어 광섬유와 할로우 코어 광섬유를 이용해 펌프빔을 성형함으로써 겹침 효율을 조절하는 모드 맞춤 기술을 소개하고, 이 방식을 사용하여 발진시킨 고차 라게르-가우시안 모드 빔들의 실험 구조와 결과를 다룬다, 또한 소용돌이 파면이나 방사형/방위형 편광을 가지는 빔의 생성 방법과 출력 증폭 실험 결과를 설명한다. 제 4장에서는 LD 펌핑 방식의 고출력 Yb 광섬유 레이저의 출력 한계를 뛰어넘을 수 있는 방법 중 하나인 탠덤 펌핑 방식의 고출력 Yb 광섬유 레이저에 대해 보고하고자 한다. 마지막으로 제 5장은 본 논문의 요약 및 결론으로 본 논문이 마무리된다.