Near-field, Far-field에서 As2S3 박막의 다양한 광유도 현상 연구
Study of Photo-Induced Effects of As2S3 Film in Near and Far Fields
- 주제(키워드) As2S3 , Self-focusing , Photo-expansion , Multiple filamentation , Photo-induced effects
- 발행기관 서강대학교 물리학과 대학원
- 지도교수 조규만
- 발행년도 2010
- 학위수여년월 2010. 2
- 학위명 박사
- 학과 일반대학원 물리학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000045861
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교의 논문은 저작권에 의해 보호받습니다
초록/요약
본 논문에서는 박막에서 나타나는 자체집광(self-focusing)과 광유도 효과(photoinduced effect)를 근접장 광학 현미경과 원거리장(far-field) 광학계를 이용하여 복합적으로 연구 하였다. 원거리장 영역에서의 실험은 광팽창 효과에 의한 표면구조 변화를 광학현미경으로 측정하였으며 박막으로부터 충분히 멀리 떨어진 곳에 설치된 스크린을 이용하여 여기에 맺힌 투과빛의 상을 얻음으로써 광팽창된 박막의 기하학적인 구조와 투과빛의 세기분포 사이의 상관관계에 대하여 연구하였다. 자체집광에 대한 연구에서는 NSOM을 이용하여 회절한계를 넘는 초분해능으로(sub-diffraction limited resolution) 박막을 투과한 빛의 근접장 세기분포와 박막에 유도되는 기하학적인 구조변화를 동시에 측정하였다. 실험에 사용한 샘플은 단일 모드 광섬유를 수직절단하고 그 끝단에 를 열 증착하여 준비하였으며, 광섬유로 입력되는 빛의 편광상태를 바꾸어 주어 편광상태가 자체집광과 광유도현상에 미치는 영향에 대해서 연구하였다. 조사 시간에 따른 표면구조의 변화를 광학현미경을 이용하여 관찰한 결과 초기에는 원형 형태로 팽창하다가 조사 시간이 경과하면서 편광방향에 수직한 타원체 형태로 광팽팡 모양이 변함을 알 수 있었다. 본 논문의 실험 과정에서 chopper를 이용하여 광섬유를 통하여 박막으로 전달하는 빛의 세기를 변조시킬 경우 광팽창이 매우 빠르게 진행되며 팽창된 구조의 크기도 커짐을 알 수 있었다. 예를 들어, 두께가 5.7㎛이 박막에 세기변조된 빛을 조사시킬 경우 광팽창에 의한 크기가 60㎛ 이상으로 확대되는 ‘초거대 팽창(super giant photoexpansiton)’을 관찰할 수 있었다. 이 초거대 팽창된 구조물의 표면위에 수많은 작은 돌기(dot)들이 나타났다가 다시 합쳐지는 과정이 반복되었으며 이 돌기들은 다양한 색채를 띠었다. 근접장 광학현미경의 topography image로부터 입사빛의 편광상태에 따른 광팽창 영역의 미세구조를 측정하였으며 그 결과로 선형편광된 빛살이 입사하면 편광과 같은 방향으로 relief modulation이 형성되고, 원형 편광된 빛이 입사하면 원형모양으로 relief modulation이 형성됨을 알 수 있었으며 세기변조가 없는 입사 빛의 경우 광유도 효과에 의해 오목한 구조가 만들어짐을 알 수 있었다. 자체집광현상에 대한 연구에서는 Fibich 등이 이론적으로 제안한 벡터 헬름홀츠 방정식(vector Helmholtz equation)을 기반으로 하는 다중 필라멘트 모델을 실험적으로 검증하는 연구를 수행하였다. 선형편광된 빛살을 두께 2.1㎛인 박막에 2.3mW의 세기로 조사하여 다중 필라멘트가 나타남을 확인하였고, 원형편광된 빛살을 0.26mW의 세기로 6시간45분 조사하였는데도 filamentation이 억제되어 나타나지 않음을 확인하여, Fibich 이론의 타당성을 검증하였다. 광유도효과가 자체집광에 미치는 영향에 대하여 알아보기 위하여 쓰기-읽기 실험을 진행하였고, 쓰기(write) 빛에 의해 기록되어진 광유도에 의한 구조적변화가 소멸되지 않고 영향을 주어 읽기(read) 빛살의 세기에 관계없이 자체집광 및 multiple filamentation이 나타남을 관찰 하였다.
more초록/요약
Self-focusing effect and photo-induced effects in thin film have been studied extensively. A near-field scanning optical microscope (NSOM) is used for observing the beam pattern at the self-focus with a sub-diffraction limited resolution and the corresponding topography change caused by the photo-expansion effect, simultaneously. In order to provide an ideal condition for self-focusing, we prepared film on the cleaved facet of a single mode optical fiber by use of thermal evaporation. Multiple filamentations were observed in the case of linearly polarized input beam while no beam break up was observed in case of the circularly polarized input beam. These results are well suited for the vectorial model in self-focusing given by Fibich et al., and, to the best of our knowledge, these results are the first experimental proof of the theory. A write and read method is used to study effects of photo-induced graded index structure on self-focusing. A high power(1㎽) write beam, is used to induce a semi-permanent graded index profile in the film. The write beam intensity is significantly reduced by use of the neutral density filter and the beam profile at the exit end of the film was measured by using the NSOM. Measurement results show that there is a significant influence of graded index profile written by the photo-induced effect on non-linear beam propagation. In NSOM measurements, we used intensity modulated optical beam to synchronously detect very small intensity optical signal picked up by the small aperture on the fiber tip. We found, but still not be able to find a proper explanation, that the intensity modulation somehow accelerates the photo-induced effects in . A far-field measuring system is used to study the effect of intensity modulation on photo-induced effects. The photo-expanded structure was observed by use of an optical microscope and the intensity pattern of the transmitted beam through the film was measured by using a screen placed far away from the film. For a linearly polarized illumination beam, the photo-expanded structure is cricularly symmetric in the initial stage and elongated to an ellipsoid with the major axis is perpendicular to the plane of polarization for a prolonged illumination. A super giant photo-expansion is observed when the linearly polarized incident beam is intensity modulated. The diameter of the induced structure is large than 60㎛. Glassy center area is surround by small dots with different sizes. Mechanism for this super giant photo-expansion is still not know exactly but it is the slowly driven system with coupled non-linear effects: optical Kerr effect, photo-expansion effect, photo darkening effect, and so forth.
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