초록 ▼

□ 연구개요
우리는 선행연구에서 특이점(exceptional point) 근방에서 피터만(Petermann) 효과를 연구하여 많은 성과를 얻었다. 본 연구에서는 선행연구에서 만든 양자이론을 더욱 발전시켜서 특이점 근방과 특이점에도 적용할 수 있는 양자이론을 완성하였다.
특이점 부근에서 샤논 엔트로피를 정의하고 그 성질을 규명하였다. 이러한 이론 연구와 동시에 우리는 비대칭 미소 공진기를 이용한 실험연구를 통해 특이점에서 피터만 효과에 의한 자발방출률 증가를 검증하기 위해서 새로운 미소 공진기를 개발하여 변형도 제어를 향상

□ 연구개요
우리는 선행연구에서 특이점(exceptional point) 근방에서 피터만(Petermann) 효과를 연구하여 많은 성과를 얻었다. 본 연구에서는 선행연구에서 만든 양자이론을 더욱 발전시켜서 특이점 근방과 특이점에도 적용할 수 있는 양자이론을 완성하였다.
특이점 부근에서 샤논 엔트로피를 정의하고 그 성질을 규명하였다. 이러한 이론 연구와 동시에 우리는 비대칭 미소 공진기를 이용한 실험연구를 통해 특이점에서 피터만 효과에 의한 자발방출률 증가를 검증하기 위해서 새로운 미소 공진기를 개발하여 변형도 제어를 향상시키고 안정도를 높이고자 하였다. 아울러 고전적 변수요동에 의해 특이점에서 레이징 선폭이 마치 피터만 인자에 비례하여 증가하는 것처럼 보인다는 것을 이론적으로 규명하여 단지 레이저 선폭 측정만으로는 피터만 인자의 증가를 증명할 수 없음을 보였다. 그 외 음향 펜로즈 공진기를 도입하여 특이점 근방에서 음향 모드의 증폭을 연구하는 기반을 마련하고 실험적으로 반쪽 조명 모드를 발견하고 이론적으로 분석하여 인접 모드들의 파동 중첩에 의해 발생함을 규명하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구목표는 비 허미션 계의 양자화 이론에 근거하여 특이점 부근의 피터만 인자 증가를 이론적으로 검증하는 것과 특이점 부근에서 피터만 인자 증가의 실험적 결과를 확보하는 것이다. 첫 번째 목표는 충실히 달성하였다. 구체적으로, Chang과 Siegman의 이론을 발전시켜서 특이점 근방에서 적용될 수 있는 양자화 이론을 정립하였고두 모드가 레이저 발진을 일으킬 때 특이점 근방에서 레이징 문턱이 줄어들고 출력이 향상함을 보였다. 특이점에서 파동함수가 복잡한 분포를 보이는데 착안하여 샤논엔트로피를 정의하고 특이점에서 샤논 엔트로피의 극대화가 일어나고 변수변화에 대한 기울기가 무한대가 됨을 보였다. 고전적인 변수요동에 의해 특이점에서 레이징 선폭이 마치 피터만 인자에 비례하여 증가하는 것처럼 보임을 이론적으로 보임으로써 선폭증가로는 피터만 인자의 증가를 증명할 수 없음을 입증하였다. 두 번째 목표는 아직 달성하지 못했다. 기존 미소공진기를 이용하여 특이점 근방에서 피터만 인자가 수십배 증가함을 관측하였으나 안정적인 재현을 확보하지 못하였다. 보다 안정적으로 특이점에 접근하기 위해 마이크로 플루이딕 공진기를 새롭게 개발하여 개선된 변수 제어도 및 안정도를 얻음으로써 향후 진전된 실험결과를 얻을 수 있는 발판을 마련하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
2015년 이후로 특이점 연구는 폭발적으로 증가하였다. 여러 다른 물리계에서 특이점 현상이 구현되고 새로운 물리 및 응용성이 발견되었다. 우리는 2009년부터 미소공진기에서 특이점 연구를 진행하면서 특이점에서 원자의 자발방출이 크게 증가할 수 있다는 결과를 이론적으로 얻고 이를 이용한 레이저 개발을 진행해 왔다. 우리가 개발한 비 허미션 물리계의 양자이론, 특이점 근방에서의 레이저 모델 및 샤논 엔트로피증가 연구는 특이점 연구분야의 발전에 상당히 기여할 것이다. 앞으로 새로 개발한마이크로 플루이딕 미소 공진기로 레이징 문턱의 감소 및 출력 증가, 그리고 광통계 증가를 실험적으로 달성하는 일이 남아 있는데, 그 결과들은 포토닉스 분야에 특이점 현상의 응용으로 큰 반향을 불러올 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 1) 합법칙과 완전성의 검증 ... 6
• 2) Cheng-Siegman 이론과 MIT 그룹 이론의 비교 ... 6
• 3) 공진 모드 장(field) 분포 이미징 ... 7
• 4) 개선된 액체노즐 디자인 및 압력조절 장치의 개선 ... 8
• 5) 신뢰도 높은 새로운 액체노즐의 개발 - 마이크로 플루이딕 액체 노즐 ... 8
• 6) 신뢰도 높은 새로운 액체 노즐의 개발 - 기존 노즐 제작 과정 개선 및 자동화 ... 9
• 7) 레이징 신호 세기를 이용한 EP의 관측 ... 9
• 8) 오른스타인-울렌벡(Ornstein-Uhlenbeck) 시뮬레이션을 통한 특이점 근방에서의 선폭증가 탐구 ... 10
• 9) 타원형 공진기에서의 Lamb 효과와 교차회피 ... 11
• 10) 미소 공진기에서 발생하는 모드 회피와 샤논 엔트로피 연관성 연구 ... 12
• 11) 미소 공진기에서 발생하는 예외점 근방에서 샤논 엔트로피의 변화 ... 12
• 12) 펜로즈 공진기에서 반쪽 조명 모드의 관측 ... 13
• 13) 펜로즈 공진기의 터널링 현상과 반쪽 조명모드에 관한 연구 ... 14
• 14) 이동하는 광격자와 광자기 포획에서 발생하는 비평형정상상태의 관측 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 16
• 5. 연구성과 ... 18
• 끝페이지 ... 22