초록 ▼

본 연구과제는 3차 비선형 특성을 가진 유전체를 도파하는 빛의 특성을 살펴보고 도파로 구조에 금속 등의 물질을 추가함으로써 진행하는 빛의 도파 특성 및 집속 특성에 변화를 주어 이를 비선형 광학소자로 응용하고자 하였다. 구체적으로 찰코지나이드(As2S3) 매질과 금속(Au)을 결합한 구조에서 장거리 표면 플라즈몬 모드의 최적화된 설계를 위하여 도파로를 진행하는 빛의 파장에 따른 유효굴절률, 전파손실, 모드 분포 및 분산 특성을 전산모사를 통하여 알아보았다. 다양한 폭과 두께를 가지는 금속 띠에 대한 장거리 표면 플라즈몬 모드의 특성

본 연구과제는 3차 비선형 특성을 가진 유전체를 도파하는 빛의 특성을 살펴보고 도파로 구조에 금속 등의 물질을 추가함으로써 진행하는 빛의 도파 특성 및 집속 특성에 변화를 주어 이를 비선형 광학소자로 응용하고자 하였다. 구체적으로 찰코지나이드(As2S3) 매질과 금속(Au)을 결합한 구조에서 장거리 표면 플라즈몬 모드의 최적화된 설계를 위하여 도파로를 진행하는 빛의 파장에 따른 유효굴절률, 전파손실, 모드 분포 및 분산 특성을 전산모사를 통하여 알아보았다. 다양한 폭과 두께를 가지는 금속 띠에 대한 장거리 표면 플라즈몬 모드의 특성을 살펴보았는데, 그 결과 표면 플라즈몬 효과에 의하여 진행되는 빛의 경우 찰코지나이드 유리의 높은 정상분산 특성으로 인하여 솔리톤 전송이 가능하지 않으나, 도파로 위, 아래 계면으로는 전반사 진행하고, 횡방향으로는 표면 플라즈몬 특성에 의하여 도파되는 복합구조 도파로(hybrid structure waveguide)를 구성할 경우 솔리톤 진행이 가능한 비정상 영역의 도파로를 제작 할 수 있음을 밝혀내었다. 이러한 비정상 분산 값을 가지는 도파로는 향후 비선형 플라즈몬 도파로의 응용에 매우 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 제안된 복합 도파로에서 진행하는 펄스가 매우 낮은 문턱세기의 출력(수W 첨두출력, 평균출력 10 mW 이하)에서도 광대역 광원 재생 등의 현상 일어 날 수 있음을 전산모사를 통하여 확인하였다. 실험적으로는 반도체 공정를 기반으로 하여 실리콘 웨이퍼 위에 도파로 제작을 시도하여 건식, 습식 에칭 방법 등을 이용하여 1μm 근처의 폭을 가지는 찰코지나이드 도파로를 성공적으로 제작하였다. 또한 비선형 광학실험을 수행하기 위하여 포화 흡수체 기반의 광섬유 펄스레이저 광원을 성공적으로 제작하였으며 이를 기 제작된 찰코지나이드 기반 표면 플라즈몬 도파로를 펄스레이저와 결합하여 비선형광학 실험을 수행함으로써 도파로의 비선형 계수 및 분산 특성을 확인하였고, 편광에 따라 투과 스펙트럼 상의 좁은 스펙트럼 특성을 확인하였다. 마지막으로 SPM 실험 및 사광파 혼합(Four-wave mixing) 실험을 통하여 제안한 도파로의 비선형 특성을 증명하였다. 연구 결과로부터 제안된 표면 플라즈몬 복합구조 도파로는 향후 이를 기반으로 하는 비선형 광학소자 연구에 매우 중요한 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 9
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 9
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 9
• III. 연구성과 ... 10