초록 ▼

Chalcogenide glass 박막을 이용한 평면 도파로 기반의 전광 스위치, 광 쌍안정성 소자 등의 비선형
광소자 제작 기술과 전광 신호처리를 위한 광 집적회로 구현을 위한 기초 기술 연구
본 과제의 수행을 통하여 chalcogenide glass 박막을 형성하고 이를 이용한 도파로 및 나노 구조를 가지는 소자 제작 기술을 확보하였다. 확보된 소자 기반 기술을 활용하여 chalcogenide glass 박막 기반의 전광(all-optical) 스위치, 광 논리 소자, 광 메모리 등으로 활용 가능한 광 쌍안정성 소자를

Chalcogenide glass 박막을 이용한 평면 도파로 기반의 전광 스위치, 광 쌍안정성 소자 등의 비선형
광소자 제작 기술과 전광 신호처리를 위한 광 집적회로 구현을 위한 기초 기술 연구
본 과제의 수행을 통하여 chalcogenide glass 박막을 형성하고 이를 이용한 도파로 및 나노 구조를 가지는 소자 제작 기술을 확보하였다. 확보된 소자 기반 기술을 활용하여 chalcogenide glass 박막 기반의 전광(all-optical) 스위치, 광 논리 소자, 광 메모리 등으로 활용 가능한 광 쌍안정성 소자를 제작하였다. 광 쌍안정성 소자 설계에 있어서 광결정 구조를 기본 플랫폼으로 하여 다수의 공진기를 직렬 연결하는 구조와 도파로와 측면 결합된 두 개의 공진기의 상호작용에 의한 slow-light 현상 등을 이용하는 새로운 구조를 고안하였으며, 이를 통하여 공진기의 quality-factor에 의해서 제한되지 않는 매우 낮은 스위칭 파워를 가지는 광 쌍안정성 소자를 구현할 수 있음을 이론적으로 규명하였다. 유전체 나노 구조인 광결정 구조를 도입하여 매질의 비선형 특성을 강화는 방안과 더불어, 회절한계 이하로 빛을 가둘 수 있는 표면 플라즈몬의 성질을 활용하는 방안을 모색하는 연구를 수행하였다. 그 결과로 회절한계 보다 1/1000 수준의 모드 크기를 가지는 도파로 구조를 고안하고, 공진기 구조 없이 단순 도파로 구조만으로 전광스위치 구현이 가능한 새로운 형태의 플라즈모닉 도파로의 특성을 제안하고 이론적으로 가능성을 규명하였다. 제안한 매우 낮은 스위칭 에너지를 가지는 광 쌍아정성 소자 구조는 다양한 다른 비선형 매질에 적용하여 소자를 제작하는 것이 가능하며, 제작된 광 쌍안정성 소자는 광 집적회로 형태의 전광 스위치, 전광 논리 회로, 광 메모리 등의 구현에 활용할 수 있다. 또한, 과제의 연구 내용 가운데 공진기의 결합에 의한 EIT와 유사한 slow-light 현상을 얻을 수 있는 구조는 가변 delay line의 구현에 활용이 가능하고, 새롭게 제안한 회절한계 이하의 모드 크기를 가지는 플라즈모닉 도파로 구조는 적절한 이득 매질과 결합하여 나노레이저를 구현에 활용할 수 있다.

Abstract ▼

Design and fabrication of planar waveguide type nonlinear optical devises such as all-optical switches and optical bi-stable devices based on chalcogenide glass thin film
The key results obtained in this project are summarized as follows.
o Chalcogenide glass film formation and device fabricat

Design and fabrication of planar waveguide type nonlinear optical devises such as all-optical switches and optical bi-stable devices based on chalcogenide glass thin film
The key results obtained in this project are summarized as follows.
o Chalcogenide glass film formation and device fabrication technologies are established
- Thermal evaporation process for chalcogenide glass established.
- ICP-RIE etching process for waveguides and phoonic crystals established.
o Photonic crystal based microresonantor structures for optical bistabile devices of low switching powers are designed and their performances are investigated by using numerical analysis.
- Multiple cascaded resonator structures proposed and designed.
- EIT-like slow-light property of two side coupled resonator structure studied and based on it, optical bistable devices designed.
o The designed chalcogenide glass based optical bistable devices are fabricated and characterized.
- Two types of photonic crystal based optical bistable devices are fabricated and their bistable operations are experimentally demonstrated.
o Surface plasmonic waveguide structures to enhance nonlinearity of surrounding medium or to implement novel functionality are studied and their performances are verified theoretically.
- Novel hybrid plasmonic waveguide of sub-diffraction limit mode size and reduced propagation loss designed with metal nanowire
- Novel plasmonic waveguide mode studied for all-optical switching without resonance or interfeometric structure
The design concept and the designed resonator structures can be applied to other optical nonlinear media for implementation of optical bistable devices. The low-switching-power optical bistable devices proposed in this work can be used for aintegrated all-optical switches, all-optical logic gates, and optical memories. The proposed EIT-like slow-light phenomenon in coupled resonator can be used to implement variable delay lines in conjunction with MEMS or electro-optic material. The newly proposed hybrid plasmonic waveguide structure can be used to implement nanolaser of ulta-low threshold current/pumpling.

목차 Contents

• 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 3
• 1. 한글요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 4
• 1. 한글요약문 ... 4
• 2. SUMMARY ... 5
• Ⅲ. 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 52
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 54
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 56
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 61
• 8. 참고문헌 ... 61
• 9. 연구성과 ... 62
• 10. 기타사항 ... 64