초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 광자결정 플랫폼에 전기구동형 마이크로히터를 집적화하여 나노 공진기의 선형 및 비선형 광성능(동작파장, 광효율)을 각각 선택적으로 제어할 수 있는 신기능성 단일 광소자 구현을 목표로 하였다. 세부 목표로는 광자결정 광플랫폼에 집적할 수 있는 전기구동형 마이크로히터를 통해 선형 및 비선형 광성능 (동작 파장, 광효율)을 선택적으로 제어할 수 있는 구조에 대한 열전도 및 열광학효과 해석을 통한 마이크로 히터 및 광소자 최적화 설계하였다. 또한, 광자결정 나노 공진기와 넓은 전자밴드갭(광대역 동작) 및 2차 비

□ 연구개요
본 연구는 광자결정 플랫폼에 전기구동형 마이크로히터를 집적화하여 나노 공진기의 선형 및 비선형 광성능(동작파장, 광효율)을 각각 선택적으로 제어할 수 있는 신기능성 단일 광소자 구현을 목표로 하였다. 세부 목표로는 광자결정 광플랫폼에 집적할 수 있는 전기구동형 마이크로히터를 통해 선형 및 비선형 광성능 (동작 파장, 광효율)을 선택적으로 제어할 수 있는 구조에 대한 열전도 및 열광학효과 해석을 통한 마이크로 히터 및 광소자 최적화 설계하였다. 또한, 광자결정 나노 공진기와 넓은 전자밴드갭(광대역 동작) 및 2차 비선형 계수를 갖는 실리콘 카바이드(silicon carbide: SiC)를 이용한 선형 및 비선형 광소자를 구현하며, 전기구동형 마이크로 히터를 집적화할 수 있는 제작 기술을 확립하였다. 이를 통해서 파장 가변 및 고효율을 선택적으로 제어할 수 있는 신기능성 단일 광소자 구현하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
광자결정 나노 공진기의 선형 및 비선형 광성능(동작 파장 λ1 λ2, 광효율 η1, η2: 1,2는 선형과 비선형을 나타냄)은 재료적 특성과 기하학적 파라미터(유전상수, 주기성, 구멍크기, 두께)에 의해서 결정된다. 따라서 공진기 제작 후에는 광성능을 가변할 수 없어서 복수의 소자를 제작하여 나열하기 때문에 집적화 및 소자 응용 범위가 제한적이다.이러한 문제점을 해결하기 위해서 본 연구에서는 광자결정 플랫폼상에서 광손실없이 공진기의 광특성을 제어할 수 있는 열광학효과를 이용하여 공진기의 선형 및 비선형 광성능을 선택적으로 제어할 수 있는 단일 나노 광소자를 개발하였다.
● 본 연구에서 제안하는 광자결정 광플랫폼에 마이크로히터를 집적화하여 공진기의 선형 및 비선형 광성능의 선택 제어 단일 광소자 개발”은 다음과 같은 세부적으로 진행함.
▶ 1차년도: 마이크로 히터의 열광학 효과에 의한 나노 공진기의 특성 모델 및 이론 정립
● 열광학 구조에 의한 굴절율 변화(Δn)에 고려한 선형 광소자 모델
- 동작파장변화에 따른 선형 광소자 특성 (공진파장 가변 범위 Δλ, 소비 전력 도출)
- 위상변화에 따른 선형 광소자 특성 (공진파장 λ1 detuning, Qin_system, 선형 효율 ηlinear 최적화 변수 도출)
● 열광학 구조에 의한 굴절율 변화(Δn)에 고려한 비선형 광소자 모델
- 동작파장변화에 따른 비선형 광소자 특성 (공진 가변 범위 Δλ1,Δλ2, 비선형 결합 계수 β값 변화량, 임계 입력광 및 소비 전력 도출)
- 위상변화에 따른 비선형 광소자 특성 (공진 파장 λ1,λ2 detuning 범위, Qin_system, 비선형 효율 ηnonlinear 최적화 θ 도출 )
▶ 2차년도: 마이크로 히터 구조 및 나노 공진기의 최적화, 제작 기반 기술 확립
● 열전도 해석, 열광학 및 선형 나노 공진기 최적화
- 동작파장변화에 따른 선형 광소자 특성 (공진파장 가변 범위 Δλ, 파장가변형 열광학 구조 최적화 )
- 위상변화에 따른 선형 광소자 특성 (공진파장 λ1, 광결합 Qin, Qv,, 위상 조절용 열광학구조 최적화)
● 열전도 해석, 열광학 구조 및 비선형 광소자 최적화
- 동작파장변화에 따른 비선형 광소자 특성 (공진 가변 범위 Δλ1,Δλ2, 비선형 결합 계수 β값 변화량, 소비 전력)
- 위상변화에 따른 비선형 광소자 특성 (공진 파장 λ1,λ2 detuning 범위, Qin_system, 비선형 효율 ηnonlinear 최적화 변수 도출 )
● 마이크로 히터와 광소자 제작 기반 마련 (전자빔리소그래피, 금속 증착 및 형성, 전기적 특성 및 열평가, 광소자 패터닝 기술)
▶ 3차년도: 마이크로 히터의 열광학효과에 의한 나노 공진기의 선형/비선형 광성능 선택 제어가능한 단일 광소자 제작 및 평가실리콘 카바이드 나노 광소자 및 마이크로 히터 집적화 기술 개발
- 실리콘 카바이드 나노 광소자 마이크로 히터 집적화 (구조 보호막 형성, 후처리 세정 기술 최적화, 하부제거, 칩본딩 최적화, 위상조절용 및 파장 가변 효과 평가)
● 파장 및 효율 가변 나노 광소자 평가 및 피드백
- 선형 특성 평가 (위상 제어용 전력에 따른 비선형 효율 ηlinear, 광동작 파장 가변형 전력에 따른 결합 공진파장 λ1, Q값, 편광평가 )
- 비선형 특성 평가(위상 제어용 입력 전력에 따른 비선형 효율, 전력에 따른 λ1,λ2, 전체Q값,)

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 광자결정 광플랫폼에 전기구동형 마이크로히터를 집적화하여 나노공진기의 선형/비선형 광성능 제어의 자유도를 크게 향상시킨다. 이는 기존 연구의 새로운 돌파구를 마련함으로써 나노 광학 분야에 파급 효과가 클 것으로 기대된다. 양자 결함 등과의 결합을 통해 새로운 연구가 발현되며, 학문적, 기술적 기여도는 다음과 같이 요약할 수 있다.
● 기존 나노 선형·비선형 광소자의 정적인 특성의 한계점 극복과 돌파구를 마련하여 다양한 광원 생성, 광센서 및 이미징 등 분야의 기반 기술을 제공할 것이다.
● 전기구동형 열광학 구조의 최적화 설계는 기존 나노 광소자 및 색 중심 결합, 양자광학 등에도 적용 가능하여 학술적으로 파급 효과는 크다.
● 전기구동형 열광학 구조가 집적화된 나노 광소자 제작 공정은 나노 광소자의 응용에 대한 새로운 접근법을 제시하며, 나노 광소자 제어 및 집적화 기술 향상에도 크게 이바지할 것이다.
● 나노 광학 분야의 고급 인재를 양성함으로써 첨단 기술 분야 인력 수급에도 크게 기여할 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 마이크로 히터의 열광학효과에 의한 동작 파장 및 효율 제어 선형/비선형 광소자 모델링 ... 5
• 2) 나노 공진기의 선형/비선형 고효율 구조 설계 ... 6
• 3) 온도 상승에 따른 실리콘카바이드의 굴절률 및 광자결정 나노공진기의 파장 변화 조사 ... 7
• 4) 광자결정 광플랫폼과 전기 구동형 열광학 구조인 마이크로 히터의 개별 제작 기술 ... 8
• 5) 마이크로 히터 전기적 특성과 열상승 온도등 평가 ... 9
• 6) 마이크로 히터 전기적 구동에 의한 광학 특성 평가 ... 10
• 7) 반사기 위상 조절를 통한 비선형 광소자 효율 증대 구현 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 18