본 박사학위 논문에서는 근적외선 대역의 펄스형 광섬유 레이저를 제작하고, 비선형 광학과 양자 광학에서의 응용에 관한 연구를 수행하였다. 광섬유 기반 능동형 모드 잠금 (1.06-μm), 수동형 모드 잠금 (1.55, 1.9-μm), 수동형 큐-스위칭 (1.55-μm) 펄스 레이저와 광섬유 기반의 광증폭기 (Master Oscillator Power Amplifier와 Chirped Pulse Amplifier)를 설계하고 구현하였다.
광섬유 기반 펄스 레이저의 비선형 광학에서의 응용으로, 광학물질의 비선형 흡수 계수와 비선형 굴절 계수를 측정할 수 있는 Z-scan 측정법을 수행하였다. 이를 통하여 V₄C₃ 맥신, Cr₂Te₃ 전이금속 칼코젠 화합물, SnTe 토폴로지 결정 절연체의 비선형 흡수 계수와 비선형 굴절 계수를 측정하였다. 측정된 물질의 비선형 광학 계수와 선형 광학적 특성에 기인한 포화흡수체(V₄C₃ 맥신: Sandwich-structured Fiber-ferrule Type, Cr₂Te₃ 전이금속 칼코젠 화합물: Saturable Absorber Mirror Type, SnTe 토폴로지 결정 절연체: D-shaped Fiber Type)를 제작하였다.
광섬유 기반 펄스레이저의 양자 광학에서의 응용으로, 양자 광원 생성을 위한 펌프 레이저를 제작하였다. 양자적 특성을 가지는 광원을 구현하기 위하여 광섬유에서 발생하는 Intermodal Four-wave Mixing (IMFWM) 현상을 이론적으로 분석하고 실험결과와 비교하였다. 양자 광원의 양자적 특성을 측정하기 위하여 FPGA기반의 동시계수 측정기를 구현하였다. IMFWM 현상 유도를 위하여 광섬유 기반의 능동형 모드 잠금 펄스 레이저 (1.06 μm)의 2차 조화파 기반의 펌프 레이저를 활용하였다. 소수모드 광섬유를 사냑 간섭계에 위치시키고 후처리 스펙트럼 필터링을 통하여 가시광선 대역의 편광 얽힘 광자 쌍 광원을 제작하였다. 발생하는 편광 얽힘 광자 쌍 광원의 Two-Photon Interference 측정과 Quantum State Tomography를 통하여 양자 얽힘 정도를 측정하였다.