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작성일 : 16-04-09 18:59
CEP (Carrier Envelope Phase)
 글쓴이 : 관리자
조회 : 1,285  

■  Carrier Envelope Phase (CEP), Carrier Envelope Offset Phase


펄스레이저를 비롯한 극초단펄스광 발생기술이 진보함에 따라 펄스폭이 점점 짧아져 수 fs 대의 정말로 극극초단 (extreme ultrashort) 시간영역까지 도달하였습니다15~20 년전만 해도 50fs 레이저는 그래도 극초단펄스의 선두그룹에 있었습니다만, 5~6fs 펄스폭의 레이저까지 상용으로 출시되고 있는 현재는 명함도 못 내미는 시대가 되었습니다. 50fs 정도의 극초단레이저에서 레이저과학자들은 CEP에 크게 주목하지 않았습니다극초단펄스광이 매질과 상호작용할 때 CEP 영향은 대체적으로 30fs 이하의 펄스에서부터 영향이 나타나며, 10fs 이하의 퓨-사이클 펄스가 되면 현저하게 나타나는 것으로 알려져 있습니다.


나노초 펄스피코초 펄스광에서는 전혀 문제가 안 되는 CEP가 왜 극극초단 퓨-사이클 펄스광의 중요한 특성이 되는지를 설명합니다. CEP는 Carrier Envelope Phase, 또는 Carrier Envelope Offset Phase 의 약자로 통신용어를 빌리면 반송파 포락선 위상” “반송파 포락선 옵셋 위상” 정도로 해석됩니다. 개략적으로 아래 그림처럼 광펄스는 시간영역에서 전기장의 진폭커브-포락선(envelope)-와 빠르게 진동하는 전기장 사이클-반송파(carrier)-로 볼 수 있으며, 이 둘 사이의 시간적인 차이-옵셋 위상(offset phase)-가 존재하게 되는데 이 위상차를 CEP 라고 합니다. 반송파의 사이클 몇 개 정도가 진폭커브의 폭(펄스폭)과 비슷해지면서 위상옵셋에 따라 동일 펄스폭을 가진 광펄스에서 서로 다른 특성의 광펄스가 됩니다. 일반적으로 CEP 값은 펄스내에서 시간에 따라 규칙적으로 변하거나 매 펄스마다 랜덤한 값을 가질 수 있습니다. 따라서 동일한 레이저에서 출력되는 6 fs 펄스들은 전기장의 위상에 민감한 실험에서는 다 같은 펄스가 아닐 수 있습니다. 펄스폭이 30fs 이상 넓어지면 10 이상의 사이클로 진동하므로 평균하면 위상차이에 그렇게 민감하지 않을 수 있습니다. 


CEP1.jpg


아래 그림 역시 CEP 를 나타내고 있습니다. 왼쪽은 반송파의 피크가 포락곡선의 중심으로부터 180도 어긋나(옵셋있는 상태를오른쪽은 반송파의 피크와 포락선이 중심이 서로 일치하여 위상차 0에 해당하는 경우를 보여주고 있습니다문제는 이러한 펄스가 매질을 통과시 군속도와 위상속도의 차이를 유발하는 군속도분산이나 다른 비선형성에 의해 위상차가 매 펄스마다 일정하지 않고 변한다는 것입니다위상차의 요동은 매질과의 상호작용시 shot-to-shot 강도요동을 유발하게 됩니다펄스의 사이클 수가 적을수록 즉 펄스가 퓨-사이클 극극초단이 될수록 위상차에 의한 강도요동의 정도는 심하게 됩니다따라서 매 펄스마다 위상차가 0이거나 일정한 위상차를 가지도록 강제한다면 위상차의 불일치에 따르는 매질과의 상호작용의 요동을 현저하게 줄일 수 있습니다.  



CEP.jpg

(그림: 구글이미지)


다음은 CEP 에 민감한 몇가지 실험 사례들입니다.  

▷ Coherent control with a combination of fundamental and SHG pulses
▷ Optical synthesizers and frequency combs for metrology
▷ High harmonic and attosecond pulse generation
 

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