중적외선용 플루오르화물 미세구조광섬유

[아템]

중적외선용 플루오르화물 미세구조광섬유

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-12-18

호주 연구진이 중적외선 영역에 사용될 수 있는 최초의 거대 모드면적 미세구조광섬유를 제조했다고 발표했다.

플루오르화물 기반의 유리로 제조된 미세구조광섬유(microstructured optical fibre : MOF)는 중적외선 빛을 필요로 하는 다양한 분야에 MOF를 사용할 수 있는 길을 열 수 있다. “우리의 광섬유는 이제까지 보고된 최초의 플루오르화물 MOF이다. 이 성과는 방위 분야에서부터 의약 및 미량가스 탐지에 이르는 다양한 분야에 이득을 줄 수 있는 신세대 중적외선 전송 광섬유를 개발하기 위한 소중한 첫 걸음이다.”라고 호주 아델라이드대(University of Adelaide)의 하인케 에벤도르프-하이데프리엠(Heike Ebendorff-Heidepriem)은 말했다.

2~5마이크론 사이의 중적외선 파장대의 고출력 전송을 위한 한 가지 대안은 고체 코어와 고체 클래딩으로 이루어진 계단형 굴절률 광섬유이다. 그러나 그러한 광섬유는 넓은 모드면적과 우수한 빔 품질을 동시에 지원하지 못한다. 연구팀이 필요로 했던 것은 바로 이러한 조건들이었다. “광섬유를 통한 고출력 중적외선 전송을 응용할 우리의 목표 분야에는 우수한 빔 품질과 큰 모드면적이 요구된다. 우리는 단일모드나 몇 개의 모드를 유도하는 것(즉 작은 M2 값)과 모드면적은 약 1,000 μm2로 만드는 것을 목표로 하고 있다.”라고 에벤도르프-하이데프리엠은 말했다. 연구팀은 ZBLAN이라는 플루오르화물 기반의 유리를 사용하기로 선택했다. 그 이유는 이 유리의 비선형성이 낮고 중적외선에서 투과율이 높기 때문이었다. 그에 대한 대가는 플루오르화물 유리의 가공이 어렵다는 것이었으며, 이 문제를 3단계 제조 과정에서 다루어야 했다.

먼저, 원료로부터 부피가 큰 유리 막대가 만들어졌다. “막대의 품질은 광섬유에서의 전송손실을 결정하는 데까지 이어지기 때문에 우수한 품질의 막대가 요구된다. 우리는 뛰어난 광학 품질과 모재 추출을 하기에 충분한 크기를 가진 유리 막대를 제조하기 위해 많은 시간을 바쳤다.”라고 에벤도르프-하이데프리엠은 말했다. 모재 추출은 제조공정의 2단계이다. 추출 과정에서는 막대를 가열하면서 추출 틀에 통과시켜 밀리미터 규모의 거시적인 구조를 가진 모재로 만든다. “우리는 최초로 플루오르화물 유리에 맞도록 추출 기법을 고쳤다. 결정이 없는 우수한 광학 품질을 가진 구조화된 플루오르화물 모재를 얻는 데는 일반적으로 사용되는 스테인리스 스틸 틀 대신 흑연 틀을 사용하는 것이 결정적으로 중요했다.”라고 에벤도르프-하이데프리엠은 말했다. 끝으로, 연구팀은 광섬유 인출 조건들을 최적화하여 구멍 붕괴 및 결정화 문제들을 극복하였다. 최종적으로 모드 면적이 6,600 μm2이고 4마이크론 파장에서 손실은 3 dB/m이며 길이가 10~50미터인 7개의 구멍이 있는 MOF가 만들어졌다.

“우리는 막대 크기를 증가시켜 모재의 길이 및 광섬유의 길이를 증가시키기 위해 연구하고 있다. 또한 우리는 광섬유의 손실을 감소시키고, 4마이크론 파장에서 단일모드 유도를 달성하고, 기계적 안정성을 높이기 위해 광섬유를 코팅하려고 한다. 이 모든 목표들을 달성하기 위해서는 제조 조건들을 더욱 최적화시켜야 할 것이다.”라고 에벤도르프-하이데프리엠은 말했다.

* 관련기사 1 : 중적외선 영상용 할로겐화은 광섬유(GTB2006021100)
* 관련기사 2 : 중적외선용 단일모드 광섬유(GTB2004100703)

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