펨토초 Z-스캔을 이용한 유기박막의 제3차 비선형광학계수 측정

Abstract

3차 비선형 광학 특성을 갖는 매질의 굴절률과 흡수율은 입사 빛의 세기에 관계한다. 이 때, 굴절률과 흡수율을 빛의 세기에 관계시키는 계수의 크기와 부호를 Z-스캔 방법으로 측정하였다. Z-스캔 방법은 렌즈에 의해서 모아진 빔의 초점 주위로 시료를 이동시키면서 시료를 투과한 빔의 왜곡을 시료에서 멀리 떨어진 구경을 통과한 투과율로 측정한다. 3차 비선형 광학특성을갖는 매질에 빔이 입사되면, 공간적 profile에 변화가 생긴다. 이 논문에선 시료의 비선형 광학특성을 겪고 나온 빔을 가우시 안(Gaussian)빔으로 분해하는 GD(Gaussian Decomposition)방법 [2]으로 빔의 전파를 해석적으로 전개해 구경 면에서 각각의 빔이 형성한 전기장을 합함으로써 투과율을 계산한다. 이 투과율에 실험 결과를 곡선 맞춤해서 비선형 굴절과 흡수 계수 값을 구한다. 측정 시료는 포화 흡수체로 주로 쓰이며 반응 속도가 약 fs이고 3차 비선형 굴절과 홉수 특성을 모두 가지는 CuPc(Copper Phthalocyanine)와 실험 장치의 배열의 보정하기 위해 앞서 많은 측정이 이루어진 반응 속도가 약 2.1ps인 CS₂를 펨토초 레이저를 사용하여 펄스 폭을 약 150fs로 하여 측정해 보았다. CuPc는 진공 증착법으로 유리에 증착시켜 박막 형태로 제작하였다. Pulse selector로 레이저의 반복률을 400kHz,800kHz,4MHz로 바꾸어감에 따라 더해진 열 쵸과(thermal effect)로 인한 굴절률과 흡수율의 값과 부호의 변화를 비교하고 해석해 보았다. ; The cubic nonlinear ties of CuPc ( Copper Phthalocyanine) thin films having a response time of ∫_s order due to electronic distortion were measured using Z-scan method with Ti-sapphire femtosecond laser with pulse width=150∫_s and also we measured a nonlonearity coming from a thermal effect varying a repetition rate with a pulse selector in the laser system. We expanded the theory with GD (Gaussian decomposition) method and could understand the profile of beam passing the sample having the cubic nonlinear ties.