초록 ▼

□ 연구개요
빛의 세기와 분산을 조절하는 광부품을 나노구조가 반복되어 구성되는 메타표면으로 설계하여 구성한다. 이를 통해 매우 짧은 광펄스의 펄스폭을 조절하여 기존의 광펄스를 조절하는 광소자를 매우 작게 소형화하여 광펄스를 조절하는 새로운 소형광소자의 가능성을 탐색한다. 1 um에서 작동하는 광펄스 조절 메타표면구조를 설계하기 위하여 a-Si을 도입하여 실제 광펄스 조절 메타표면 구조를 설계하고 설계한 구조를 실제 제작하여 검증한다 .이틀 토대로 차세대 광펄스 조절 소자의 기반을 마련한다.

□ 연구 목표대비 연구결

□ 연구개요
빛의 세기와 분산을 조절하는 광부품을 나노구조가 반복되어 구성되는 메타표면으로 설계하여 구성한다. 이를 통해 매우 짧은 광펄스의 펄스폭을 조절하여 기존의 광펄스를 조절하는 광소자를 매우 작게 소형화하여 광펄스를 조절하는 새로운 소형광소자의 가능성을 탐색한다. 1 um에서 작동하는 광펄스 조절 메타표면구조를 설계하기 위하여 a-Si을 도입하여 실제 광펄스 조절 메타표면 구조를 설계하고 설계한 구조를 실제 제작하여 검증한다 .이틀 토대로 차세대 광펄스 조절 소자의 기반을 마련한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 근적외선 부근에서 광펄스를 조절하는 메타표면 구조 설계
a-Si을 이용하여 약 1 um에서 위상을 통하여 광펄스를 조절하는 나노구조물을 제안하고 이 나노구조물의 어레이인 메타표면을 이용하여 실제 1 um에서 광펄스가 조절됨을 엄밀한 광설계 시뮬레이터인 FDTD(finite-difference time-domain)을 이용하여 설계 검증하는 것을 목표로 하였다. 이를 통해 기존의 매우 큰 부피를 차지하는 광펄스 조절기를 매우 작은 소형구조물인 메타표면으로 구성하는 가능성을 제안하는 연구를 진행하였다. 실제 a-Si 물질을 이용하여 광펄스가 약 90%의 투과율을 가지며 약 85 %가 축소된 나노구조물을 설계할 수 있었다.
- 설계한 구조를 실제 제작하여 실험적으로 검증
광설계 시뮬레이터로 설계한 메타표면 기반 광펄스 조절기를 실제 제작하여 실험적으로 검증하려 하였다. 이를 위하여 1 um에서 흡수가 없는 a-Si의 나노구조물 제작을 실험적으로 진행하였고, 또한 좀 더 효과가 높은 Au 나노구조물은 실험이 좀더 용이하고 실제 응용관점에서 사용이 더 편리한 광섬유 위에 직접 제작하려 하였다. 2차년도에 실험을 진행하여 a-Si의 나노구조물을 직접 제작하는데 성공하였다. 더불어 실제 광소자로 사용하고자 하는 광섬유 위의 나노구조물 제작도 실제 샘플제작에 성공하였다. 하지만, 제작된 샘플의 실제 광펄스 조절 측정 실험은 현재 진행 중이며 광섬유 위에 제작한 샘플에 대해서는 유의미한 광펄스의 변화를 관측한 상태이다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 연구과제의 1차 목표인 나노구조물을 이용한 광펄스 조절기를 직접 설계하였다. FDTD simulator를 이용하여 a-Si과 Au 나노구조물로 이루어진 메타표면 기반 광펄스 조절기가 가능함을 이론적으로 검증하였고, 실제 제작가능한 구조물을 제안하였다. 설계에서의 능력이 향상되고 원하는 구조물을 설계할 수 있는 능력이 함향됨에 따라 추후 새로운 구조물을 설계하거나 또는 새로운 광부품 소자를 설계할 때 이를 이용한 정밀 설계가 가능할 것으로 기대된다.
- 시뮬레이션을 통하여 설계한 나노구조물을 제작하기 위하여 1um대의 흡수가 없는 a-Si의 나노구조물을 제작하는 실험을 진행하였다. 반도체공정인 이빔 리쏘그래피와 건식식각 공정을 이용하여 a-Si의 나노구조물 제작을 진행하였고, 실제 구조물을 제작하는 데 성공하였다. 또한, 설계 구조의 실험적 검증만을 위한 것이 아닌 실제 응용분야로의 확대를 위하여 1um의 광펄스가 잘 작동하는 광섬유 위에 또다른 메타표면 구조물인 Au 나노구조물을 제작시도하였다. 광섬유 위에 구조물의 제작을 위하여 새로운 장비 척을 제작하였고 이를 통하여 광섬유 위에 리트프오프 방법으로 나노구조물을 제작하는데 성공하였다. 이러한 제작방법은 추후 광펄스 실험이 매우 용이한 광섬유 측정실험에서 매우 유용한 샘플을 만들어 낼 수 있을 것으로 기대되며 광펄스 조절 외에도 나노구조물을 이용한 새로운 형태의 광부품들을 설계하여 실험적으로 검증하는 기본 플랫폼으로 사용할 수 있을 것으로 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 18
• 끝페이지 ... 34