초록 ▼

연구의 목적 및 내용
비선형 광자결정, 왼손물질 및 양자점(QD), 금속/유전체 나노복합체 등 다양한 나노 구조체에서의 광학적 비선형 특성이 나타나는 원인을 규명하고, 그 응용가능성을 탐색하기 위하여 다차원 광자결정을 설계/제작하는 연구, 광자결정 구조체 및 나노 구조체에 대한 광학적 특성 규명 및 비선형 특성 측정 등의 실험적 고찰, 이러한 현상의 기저에 있는 물리적 현상에 대한 이론적 고찰을 동시에 수행한다. 이러한 현상의 실용가능성을 검토하기 위하여 광자결정 도파로에서 전기적, 광학적 방법에 의한 비선형 특성의 변조 가능

연구의 목적 및 내용
비선형 광자결정, 왼손물질 및 양자점(QD), 금속/유전체 나노복합체 등 다양한 나노 구조체에서의 광학적 비선형 특성이 나타나는 원인을 규명하고, 그 응용가능성을 탐색하기 위하여 다차원 광자결정을 설계/제작하는 연구, 광자결정 구조체 및 나노 구조체에 대한 광학적 특성 규명 및 비선형 특성 측정 등의 실험적 고찰, 이러한 현상의 기저에 있는 물리적 현상에 대한 이론적 고찰을 동시에 수행한다. 이러한 현상의 실용가능성을 검토하기 위하여 광자결정 도파로에서 전기적, 광학적 방법에 의한 비선형 특성의 변조 가능성, 증대된 금속 나노복합체의 증대된 비선형 광특성에 대한 실험적 연구도 수행한다.
연구결과
본 과제에서 다룬 연구내용 및 결과는 다음과 같이 분류해 기술할 수 있다.
- 금속 혹은 반도체 나노 구조체에서의 전도전자와 속박전자들이 그 형상에 따라 보이는 거동의 차이가 이들의 유효 유전율 ε_eff과 유효 투자율 μ_eff, 3차 비선형 광학 계수에 미치는 영향 규명:
본 연구에서는 원주(bar)형태, 원환, 구, 십자가형태 등의 금속 혹은 반도체 나노(복합)에서 그 형상비에 따른 ε_eff, μ_eff, 3차 비선형 광학 계수를 측정, 계산함으로써 물질 내에서의 전자기파 거동을 체계적으로 분석, 고찰하였다.
- 상기 형태의 금속, 반도체, 혹은 비선형 유전체 구조물로 격자를 구성할 때 이들의 광자띠구조와 왼손물질로 작용할 때의 관련성과 상이성 규명:
왼손물질의 특성, 특히 superlens 등의 특성을 보이는 금속-유전체 격자의 특성을 광자결정 개념으로 설명 가능한 부분과 않은 부분에 대한 종합적 검토연구를 수행하였다.
- 상기 구조물에서 비선형 특성과 이들이 나타나는 파장대역에 대한 연구:
본 연구에서는 이차 고조파 생성, 전자기파 및 솔리톤 전파 등 비선형 특성이 구조물 성분에 따라, 혹은 구조물 성분과 무관하게 보이는 현상을 관찰하고 그 물리적 원인을 규명하고자 하였다.
- 금속, 반도체, 비선형 유전체로 구성된 나노복합체와 일차원 광자결정 및 멤브레인 형이차원 광자결정에서의 광과 전압에 의한 비선형 특성 제어 가능성 탐색:
PBG, SHG, 광 쌍안정성, 증대된 비선형성 등의 전압 혹은 광으로 제어하는 실험을 행함으로써 비선형 광자결정 소자의 광회로에의 응용 가능성을 탐색하고자 하였다. 이를 통해 광자결정, 플라즈몬 광자학, 왼손물질 등에서 일관되게 나타나는 비선형 특성과 이들의 차이에 의한 비선형 특성의 차이를 규명하고자 하였다.
연구결과의 활용계획
- 플라즈몬 광학, 광자결정, 왼손물질, 나노복합물질 등의 비선형 특성을 중심으로 통합적 관점에서 살펴봄으로써 고체의 광학성 및 광소자로써의 응용성 제시
- 비선형 일차원 광자결정 및 광자결정 도파로에서의 비선형 특성 제어를 모색함으로써 광회로에서 광자결정 활용과 관련된 신기술 습득
- 고체-광분야의 특정주제의 해결력과 융합지식을 함께 갖춘 고급인력 양성 중심어 광자결정 비선형 광특성 나노구조체의 광특성

Abstract ▼

Purpose&contents
The goal of this study is to understand through the theoretical and experimentalinvestigations the origin of nonlinearities of various nanostructures such as nonlinear photonic crystals (PhCs), left-handed materials (NIMs), quatum dots and metal/dielectric nanocomposites and to s

Purpose&contents
The goal of this study is to understand through the theoretical and experimentalinvestigations the origin of nonlinearities of various nanostructures such as nonlinear photonic crystals (PhCs), left-handed materials (NIMs), quatum dots and metal/dielectric nanocomposites and to suggest their potential applications as photonicdevices. Moreover, the controllability of second harmonic generation (SHG) and wave propagation by electric or optical methods for their applications on the optical circuits and the enhancement of optical nonlinearity in metal/dielectric nanostructures are studied.
Result
In this research project, the following subjects are investigated in detail:
- The response of conduction and bound electrons of metal and semiconductor nanostructures on the electromagnetic waves depending on their shapes and aspect ratios, and their effects on the ε_eff and μ_eff and 3rd-order optical nonlinear coefficient X⁽³⁾. Typical structures such as circular or rectangular bar, ring, sphere,and cross-bar types of metal or semiconductor nanomaterials are investigated.
- Any correlation or independence between the photonic band structures of the lattices made by the above materials and structures (and lattice of nonlinear dielectric PhCs of similar shapes) and the NIM properties. The superlens properties
are also considered.
- Investigation of nonlinear optical (NLO) properties of structured materials described above and their frequency ranges. The separation of NLO properties such as SHG, SP, and optical bistability between those coming from the lattice nature of the structures and those coming from the shape of the basis constituting the lattice are mainly studied.
- The controllability of the photonic bandgaps and NLO properties, such as SHG and optical bistability, in nanocomposites, one-dimentional (1D) PhCs and 2D PhC waveguides by the electric field(electro-optic effects) and/or injection.
Expected Contribution
- Understanding the optical properties of nanostructured metals, semiconductors, nonlinear dielectrics through a systematic approach based on the concepts of PhCs, surface plasmon optics, nanocomposites and NIMs.
- Suggestion of potential applications as novel photonic devices
- Possible development of a new technology for applications of nonlinear 1D and/or 2D PhCs as the optical circuit elements.
- Human resonance development who will have enough multi-disciplinary knowledges as well as a strong background as a problem-solver.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 7
• 연구내용 및 결과 ... 9
• 1. 연구개발과제의개요 ... 9
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 15
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 42
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 43
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 43
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 44
• 8. 참고문헌 ... 44
• 9. 연구성과 ... 46
• 10. 기타사항 ... 57