초록 ▼

연구개요
본 연구의 목표는 공간적 구조와 시간적 변동성(시간적 구조)을 동시에 가지는 시변(time-varying) 광 구조를 이용하여 전자기파를 시공간적으로 제어 할 수 있는 방법을 제시하는 것으로, 시변 광 구조와 빛의 상호작용에 관한 이론적 이해를 토대로 기존 정적(time-invariant) 구조에서 구현 불가능한 전자기파 제어특성 제시 및 해당 시변 소자를 설계/개발하는 것을 골자로 한다. 시변 물질의 광학적 특성에 대한 이론/실험적 이해는 상당히 부족한 상황이었으며, 실제로 제작할 수 있는 시변 물질의 제안 및 실험

연구개요
본 연구의 목표는 공간적 구조와 시간적 변동성(시간적 구조)을 동시에 가지는 시변(time-varying) 광 구조를 이용하여 전자기파를 시공간적으로 제어 할 수 있는 방법을 제시하는 것으로, 시변 광 구조와 빛의 상호작용에 관한 이론적 이해를 토대로 기존 정적(time-invariant) 구조에서 구현 불가능한 전자기파 제어특성 제시 및 해당 시변 소자를 설계/개발하는 것을 골자로 한다. 시변 물질의 광학적 특성에 대한 이론/실험적 이해는 상당히 부족한 상황이었으며, 실제로 제작할 수 있는 시변 물질의 제안 및 실험적 구현은 보고된 바가 없는 상황이었다. 이에 궁극적으로, 본 과제에서는 더욱 일반적인 시변 구조 관점에서의 연구를 통해 로렌츠 비가역성, 운동량 밴드갭에 의한 전자기파 증폭 현상, 도플러 효과 등의 현상에 대한 이해를 제시하고, 이를 기반으로 하여 빛을 시공간적으로 제어할 수 있는 광 소자를 개발하고자 하였다.

연구 목표대비 연구결과
1. 시공간 변이 물질을 해석할 수 있는 수치계산기법 개발: 1차원 균일매질의 유효 유전율이 시간에 따라 변하는 경우를 수치해석적으로 분석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 이를 이용한 시공간 변이 물질 연구 결과를 논문으로 출간하였다.

2. 작은 외부 환경의 변화에도 광학적 특성이 크게 변화 할 수 있는 광구조체 연구: 광구조체를 이루는 나노공명자의 형태 및 나노공명자 간의 상호작용이 광구조체의 광학적 물성에 어떤 영향을 줄 수 있는지를 분석하였다. 분석 결과를 논문으로 출간하였다.

3. 복잡한 구조를 갖는 시공간 광 구조체의 광학 특성을 해석할 수 있는 수치계산기법 개발: 나노공명자와 반도체 소자가 결합된 형태의 광구조체가 실제로 나타낼 수 있는 광반응성을 예측할 수 있는 수치계산 알고리즘을 개발하였다. 이를 이용하여 논문을 출간하였다.

4. 시공간 변이 광 구조체를 실제로 구현할 수 있는 디자인 제시하고 이를 기반으로 한 시공간 변이 광 구조체의 제작 및 실험: 실제로 측정 가능한 시공간변이 광학적 특성을 나타내는 시공간 변이 광구조체의 정확한 디자인을 제시, 제작하였고 실험을 진행하였다. 실험 결과를 논문으로 출간하였다.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
시공간에 대해서 물성이 변화하는 광학 매질 연구는 빛의 공간적 제어를 뛰어넘어 시공간적으로 제어할 수 있는 방법을 제공하는 차세대 광소자로 활용 될 것으로 기대되고 있다. 본 연구는 다음의 기대효과를 가질 수 있다.

첫째, 학문적 관점에서, 맥스웰 방정식을 더욱 깊이 탐구하는 방향이라는 것에 있다. 파동함수의 주파수(w)와 시간(t) 관계를 핵심으로 한 인공 광학 물질 연구는 운동량(k)와 위치(r)의 관계가 핵심이 되어 왔던 기존의 연구로부터 새로운 광학소자 개발의 장을 열 것으로 기대 된다.
둘째로 시공간변이 광학매질의 실제적 구현 연구는 정적 광학물질의 구현에 비해 난이도가 매우 높아 실제로 구현된 바가 없었다. 시공간변이 매질은 파라매트릭 증폭소자, 전자기파 조향 소자, 비가역적 투과/반사 등 정적 물질에서는 기대하기 어려웠던 차세대 광학 소자의 기본을 다질 것으로 기대 되고 있어 시공간변이 광학매질의 실제적 구현은 첨단 광학소자 개발에 있어 선구자적 입지를 확보할 수 있을 것으로 기대한다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 9
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 9
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 10
• 6. 자체점검표 ... 10
• 7. 참고문헌 ... 11
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 14
• 끝페이지 ... 24