포화흡수체 (Saturable Absorber)
한 줄 정의: 빛이 약할 때는 잘 흡수하지만 빛이 강해지면 흡수가 줄어들어 투명해지는 광학 재료나 소자입니다.
쉽게 풀면
포화흡수체는 약한 빛은 막고 강한 빛은 통과시키는 '세기 선택 문'처럼 행동합니다. 흡수하는 원자나 전자가 강한 빛에 의해 모두 들뜬 상태가 되면 더 이상 흡수할 여유가 없어지기 때문입니다. 레이저 공진기에 넣으면 순간적으로 센 빛만 살아남아 짧은 펄스가 만들어집니다.
왜 중요한가
전자 장치 없이 펄스를 만드는 수동 Q스위칭과 수동 모드록킹의 핵심 부품입니다. 그래핀, 탄소나노튜브, 반도체 포화흡수 거울(SESAM) 같은 새 포화흡수 재료를 광섬유 레이저에 적용하는 연구가 활발합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"그래핀 포화흡수체를 삽입한 어븀 광섬유 레이저에서 펄스폭 약 500 fs의 모드록킹 펄스를 얻었다."
그래핀이 약한 빛을 걸러 주어 매우 짧은 펄스가 형성되었다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
주요 특성은 변조 깊이(포화 전후 흡수 차), 포화 강도(또는 포화 플루언스), 비포화 손실, 회복 시간입니다. 회복 시간이 펄스폭보다 짧은 '빠른' 흡수체와 느린 흡수체는 펄스 형성 방식이 다릅니다. 커렌즈 모드록킹처럼 비선형 굴절을 이용해 포화흡수와 같은 효과를 내는 '인공 포화흡수체'도 있습니다.
주의할 점
포화흡수는 강한 빛에서 흡수가 줄어드는 현상이며, 반대로 강한 빛에서 흡수가 늘어나는 이광자 흡수·역포화흡수와 혼동하지 않아야 합니다. 모드록킹 항목이 펄스 발생 원리 전체를 다룬다면, 이 항목은 그 원리를 구현하는 부품을 다룹니다.