1차원 다중 광밴드갭 구조를 이용한 액정 레이저 제작 및 특성 연구
Fabrication and Characterization of Liquid Crystal Lasers by Using 1-D Multiple Photonic Band Gap Structures
- 주제(키워드) 광자결정 , 액정 , 레이저
- 주제(KDC) 420 물리학
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 하나영
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011445
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
서로 다른 굴절률과 두께의 두 가지 유전 물질이 교대로 주기를 이루며 만들어진 다층 박막 구조에서 광밴드갭(photonic band gap) 특성이 나타나는 것은 익히 알려져있다. 유전 함수에 의해 주어지는 이러한 광밴드갭의 광학적 특성은 브래그 법칙에 부합해서 나타나게 되고 이렇게 브래그 법칙을 만족하는 파장에서 나타나는 광밴드갭에 의해 다층 박막 구조는 특정 반사색 특성을 보이게 된다. 하지만 브래그 법칙에 의한 단일 주기의 다층 구조를 통해서는 다중 반사색 또는 다중 광밴드갭 특성을 보일 수 없다. 이에 본 연구에서는 결함(defect) 구조를 포함하는 새로운 다중 광밴드갭 시스템을 설계하고 두 종류의 졸-겔 물질을 통해 실험적으로 이를 구현하였다. 구현된 다중 광밴드갭 시료들의 광학적 측정 및 분석을 통해 다중 광밴드갭 시스템의 광학적 특성을 조절하는 매개변수들을 찾을 수 있었으며 베르만의 4x4 행렬법을 이용한 전산모사를 통해 구현된 다중 광밴드갭 시료들의 광학적 특성이 타당함을 증명할 수 있었다. 이렇게 구현된 다중 광밴드갭 시스템의 다중 반사 특성을 이용한 단일 졸-겔 미소 공진기를 구성하고 이로부터 픽셀화된 적색-녹색-청색(RGB) 액정 레이저를 발진시킬 수 있었다. 이 레이저들은 비교적 낮은 문턱 에너지 값을 갖고 레이저 간섭무늬에서 보이는 높은 결맞음성을 지닌다는 것이 실험적으로 증명되었다. 제시된 연구를 통해 새로운 광학적 특성을 이용해 광자결정과 액정을 이용한 새로운 광학 응용으로 발전될 수 있기를 기대하는 바이다.
more초록/요약
It is well known that the multi-layered structure of alternating two materials with different refractive indices and thickness exhibits photonic band gaps (PBGs) at the wavelength satisfying Bragg’s law. Such periodic structure of dielectric functions is a typical example of one-dimensional photonic crystals. Here, the width of the PBG is determined by the contrast of the refractive index, and the spectral position of the PBG depends on the optical path length of each layer. Therefore, multi-layered films exhibit characteristic reflection-colors corresponding to the PBGs, but never show multiple colors or PBGs if we use multi-layered structures with a single periodicity. In this work, we design a new multiple PBG system including defect structures, and fabricate this system using two sol-gel materials. Based on its novel optical properties, we consider a dye-doped nematic liquid crystal layer sandwiched in between two sol-gel films with multiple PBGs and multi-colored lasings are also demonstrated. Based on measured physical parameters of each film, we designed multiple PBG systems with Berremann's 4x4 method and fabricated the samples. We consider a dye-doped nematic liquid crystal (LC) layer sandwiched in between two sol-gel films with multiple PBGs, i.e., sol-gel microcavity with multiple PBGs. Based on novel optical properties of the sol-gel microcavity with multiple PBGs, pixelated multi-colored lasing over a wide spectral region are demonstrated by using a single resonator, a single gain medium, and a single optical pumping. The present system can provide many applications and advances in laser technology.
more목차
1. 서론 1
2. 이론 3
2.1 광자결정 3
2.2 베르만의 4x4 행렬법 5
2.3 1차원 다중 광밴드갭 시스템 6
2.4 액정 레이저 12
3. 실험방법 14
3.1 시료제작 14
3.1.1 졸-겔 법을 이용한 다중 광밴드갭 시스템 제작 14
3.1.2 픽셀화된 액정 레이저 제작 17
3.2 측정 장치 및 방법 19
3.2.1 광학적 특성 측정 및 구조 확인 19
3.2.2 액정 레이저의 발진 측정 19
4. 실험결과 및 분석 21
4.1 1차원 다중 광밴드갭 시스템 21
4.1.1 졸-겔 법으로 제작된 단일 박막 21
4.1.2 졸-겔 법으로 제작된 다중 광밴드갭 시스템의 구조 분석 24
4.1.3 졸-겔 법으로 제작된 다중 광밴드갭 시스템의 광학적 특성 26
4.2 다중 광밴드갭 시스템을 이용한 픽셀화된 액정 레이저 32
4.2.1 다중 광밴드갭 시스템을 이용한 미소공진기 32
4.2.2 네마틱 액정에 도핑된 레이저 색소 특성 32
4.2.3 픽셀화된 적색-녹색-청색 레이저 발진 34
5. 결론 39
참고문헌 41
영문요약 43
