탄소나노튜브 기반의 광대역 포화흡수체

 

탄소나노튜브 기반의 광대역 포화흡수체(saturable absorber)는 1~2마이크론 사이

의 임의의 파장에서 방출하는 광섬유레이저에 사용될 수가 있다. 

 

핀란드 연구진이 탄소나노튜브(CNT) 박막과 고반사성 은(Ag) 거울을 결합시켜서 1

마이크론의 대역폭을 가진 포화흡수체를 제작했다. 이 결과는 오늘날 보편적인 광섬

유레이저의 파장들인 1, 1.5 및 2마이크론 파장 모두에 대해서 하나의 포화흡수체 거

울이 사용될 수 있다는 것을 의미한다. “이번 결과는 하나의 CNT 흡수체에 대해서 

보고된 가장 넓은 동작범위다. 우리의 제작방법은 매우 간단하며 폴리머가 필요없

다. 상업적인 관점에서 볼 때, 이러한 특성을 가진 우리의 흡수체는 매우 흥미롭다.”

라고 탐페레공대(Tampere University of Technology) 연구원인 사물리 키비스토

(Samuli Kivisto)는 말했다. 지난 5년 동안, 1, 1.55 및 1.9마이크론 파장에서 방출하

는 레이저들의 모드를 고정시키는 CNT기반 흡수체에 대한 다양한 보고가 있었다. 

하지만, 이러한 흡수체들은 모두 특정한 파장에서 동작하도록 최적화되었다. 이번 

새 연구는 대단히 넓은 대역폭을 가진 보편적인 흡수체를 제작함으로써 이러한 한계

를 뛰어넘었다. 

 

키비스토와 동료들은 흡수체를 제작하기 위해서 단단계 건식전사압착법(dry-

transfer contact press method)을 개발했다. 본질적으로 이 방법은 단일벽 CNT들

로 이루어진 조밀한 망사를 약 80 nm 두께의 필름 위에 층착시킨 뒤, 이 필름을 고반

사성 광대역 Ag 거울의 표면 위에 눌러서 흡착시키는 과정이다. “우리의 CNT 필름

은 증착된 그대로 활용될 수 있으며 어떠한 정화 과정이나 분산 과정이 필요없다. 일

반적인 습식증착법들은 정화, 분산 및 여과와 같은 시간소모적인 여러 단계들이 소

요될 수 있다. 우리 방식은 간단하고 저렴하다. 필름의 두께와 흡수 특성은 잘 통제

될 수 있다. 또한 폴리머가 사용되지 않으므로, 더 높은 출력과 중적외선 영역으로

의 확장 가능성도 있다.”라고 키비스토는 말했다. 흡수 특성을 결정하는 것은 CNT

의 직경 분포라고 키비스토는 설명한다. “광대역 동작을 가능케 하는 우리 흡수체는 

튜브의 직경이 1.2~1.8 nm 범위다.”라고 그는 말했다. 

 

연구팀은 이터븀(Yb), 에르븀(Er) 및 툴륨홀륨(Tm:Ho)이 첨가되어 각각 1.05, 1.56 

및 1.99마이크론 파장에서 방출하는 광섬유레이저들의 서브피코초 동작에 대한 모드

잠금을 동일한 CNT 기반 흡수체를 이용하여 이미 시연했다. “CNT의 광대역 흡수

와 Ag 거울의 광대역 반사 특성으로 인해 우리는 작고 견고한 선형 공동을 제작할 

수 있었다. 우리의 모드잠금 레이저들은 평균출력이 수십 mW 범위이며 피크출력은 

1 kW 범위이다. 포화흡수체의 노후화나 성능저하는 전혀 관찰되지 않았다.”라고 키

비스토는 말했다. 이제 연구진은 흡수체의 동작범위를 중적외선 파장으로 확대하려

고 한다. “우리는 또한 디스크 레이저의 모드잠금을 위해 광대역 CNT 흡수체를 개

발할 수도 있다. 재료가공이나 의료분야에 사용될 초단펄스 레이저 시스템들도 고려

될 수 있을 것이다.”라고 그는 말했다. 

 

* 그림 : 연구팀의 탄소나노튜브 기반의 포화흡수체는 직경이 1.2~1.8 nm 범위인 나

노튜브들로 만들어진다. 직경분포가 흡수 특성을 결정한다. 광섬유레이저의 모드잠

금에 사용된 흡수체의 크기는 약 1 cm x 1 cm였다.

 

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출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-03-07