The supercontinuum generation (SCG), which has broad bandwidth and high spatial coherence enabled the applications into fields such as spectroscopy, optical clock, and tomography. As a media for SCG, the waveguides using various nonlinear materials have been attracting attention. However, it is still challenging in many cases to develop the fabrication process of each material and to engineer dispersion by controlling the dimension of the waveguide.
Our research group had previously implemented a high-Q resonator by depositing a non-linear material on a wetetched silica structure, which does not require direct etching of nonlinear material film. In this paper, we propose that this platform can be used as the media for SCG as well as a low-loss waveguide.
For the broadband SCG, the $As_2S_3$ film waveguide was delicately designed and fabricated using the proposed platform. we experimentally demonstrated that the 100 nm bandwidth of the pulse can be extended to 1050 2700 nm (more than 1.5 octaves), by pumping the pulse whose energy and center wavelength is 77 pJ and 1560 nm respectively.
Second, we demonstrated that the SCG can be utilized for the quantification of the gas. We detected the CO gas by transmitting generated supercontinuum into CO gas-filled cell. We also quantified the pressure of the gas with the error of 2.36 %, using cepstrum analysis and post-processing such as bandpass filtering.
Finally, we demonstrated that the suggested waveguide platform can be also exploited for SCG in the midinfrared region. We showed that a temporally coherent supercontinuum can be generated even in the region beyond 4000 nm, by injecting a pulse with a center wavelength of 2350 nm into a highly nonlinear $As_2S_3$ film waveguide. In this paper, we provide simulation and the initial experimental demonstration of SCG extending to 3400 nm.
적은 에너지로 넓은 대역폭과 강한 공간 결맞음을 가지는 초연속광은 분광학, 광학시계, 생체 이미징 등의 분야로 발전을 이끌어냈다. 이러한 초연속광을 생성하기 위한 매질로서 비선형 물질들을 이용한 도파로가 주목을 받고 있는데, 각 물질들의 공정 프로세스를 개발하고 도파로의 치수를 조절하여 분산을 제어하는 것은 여전히 어려운 경우가 많다.
본 연구팀에서는 이전에 습식식각된 실리카 구조물 위에 비선형성 물질을 직접 식각할 필요 없이 증착함으로써 높은 품위값을 가지는 공진기를 구현한 적이 있다. 본 학위 논문에서는 해당 방식을 이용하여 제작한 도파로가 저손실일 뿐만 아니라, 분산이 정교하게 제어되어 초연속광을 생성할 수 있는 매질로 사용할 수 있음을 제시한다.
해당 플랫폼을 이용하여 $As_2S_3$ 필름 도파로의 분산을 디자인하고 제작하여 넓은 대역폭을 가지는 초연속광을 생성하였다. 제작된 도파로에 광통신 영역대인 1560 nm의 중심파장을 가지는 펄스를 약 77 pJ의 에너지를 투과시킴으로써, 약 100 nm의 대역폭이 1050 – 2700 nm (1.5 옥타브 이상)까지 확장될 수 있음을 실험적으로 보였다.
그 다음으로 초연속광이 가스의 정량 분석에 이용될 수 있음을 보였다. 생성된 초연속광을 일산화탄소가 주입되어있는 가스셀에 투과시켜 해당 가스를 검출하고, 캡스트럼 분석과 밴드패스 필터링을 후속처리함으로써 가스의 실제 압력값을 약 2.36 %의 오차로 예측하였다.
마지막으로 제시된 도파로가 중적외선 초연속광 생성에도 적용이 될 수 있음을 보였다. 2350 nm의 중심파장을 갖는 펄스를 높은 비선형성을 가지는 $As_2S_3$ 필름 도파로에 입사시켜, 4000 nm 이상의 영역대에서도 시간적으로 결맞는 초연속광을 생성할 수 있음을 보였다. 본 논문에서는 계산결과와, 3400 nm까지 확장된 초연속광의 초기 실험 결과를 제시한다.
