| 마이크로 캐비티 광학 연구에서 새로운 성과 확보 | ||
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 최근, 베이징대학 인공미세구조·중시계물리국가중점실험실 "첨단광학혁신연구팀" 샤오윈펑(肖雲峰) 연구원과 궁치황(龔旗煌) 원사가 이끄는 프로젝트팀은 카오스(Chaos) 보조 기반 광자 운동량 쾌속 전환 새원리를 제안하였고 초고 큐 인자(Q factor) 광학 마이크로 캐비티와 나노 규모 도파관의 초광대역 커플링을 구현하여 마이크로 나노 광학 소자의 근거리장 결합이 반드시 위상정합(즉 운동량보존)의 조건을 만족시켜야 하는 구속에서 벗어나게 하였다. 관련 연구성과는 "Science"에 게재되었다. 운동량보존은 자연계에서 가장 보편적인 객관 법칙이며 시공간 성질을 반영한다. 서로 다른 광학 구조 사이에서의 광자의 결합 과정은 반드시 운동량보존 법칙을 준수하기에 많은 중요한 광자학의 응용을 구속하고 있다. 광학 마이크로 캐비티는 광자를 장시간 아주 작은 공간에 국소화시킬 수 있으며 또한 에너지 축적 효과로 인하여 빛과 물질의 상호 작용이 대폭 증강되는데 이는 기초 광물리 및 광자학 연구의 중요한 플랫폼으로 되고 있다. 광학 마이크로 캐비티 응용의 핵심 전제 조건은 광학 마이크로 캐비티와 광도파관 사이의 효과적 결합 즉 에너지 교환이다. 국제 학술계에서는 주로 도파관 모드와 마이크로 캐비티 모드의 상호 작용 구축을 통하여 효과적인 결합을 구현하고 있다. 해당 과정에서 반드시 운동량 매칭 조건을 만족하여야 한다. 즉 광선이 도파관과 마이크로 캐비티에서 전송되는 과정에서 운동량이 일치하여야 한다. 프로젝트팀은 광학 마이크로 캐비티의 기하학적 형태를 정밀하게 설계하여 전통 마이크로 캐비티의 회전 대칭성을 개변시켰으며 국부적 광필드 분포를 조절하여 독립된 초고 큐 인자 회음벽 모드를 지원함과 아울러 대량의 반연속 카오스 모드를 획득하였다. 회전 대칭 마이크로 캐비티와는 달리 카오스 운동은 광자의 각운동량을 끊임없이 변화시켰다. 특히 마이크로 캐비티 내 카오스 광자 운동은 무규칙성이 아니고 특정된 단기적인 동역학적 규칙을 준수하였으며 더 나아가 입사 광자의 각운동량이 피코초 시간 척도에서 카오스 운동에 따른 작은데서 큰데로의 쾌속 전환을 구현하였다. 또한 광자 각운동량이 카오스 운동에서의 쾌속 전환을 기반으로 나노 규모 도파관과 회음벽 광학 모드의 초광대역 결합을 구현하였다. 카오스 보조 기반 운동량 전환 새메커니즘은 보편성을 보유하고 있기에 집적 광자학, 광학 네트워크, 양자정보 처리 등 분야에서 중요한 역할을 발휘할 전망이다. 카오스 구동 기반 동역학은 도파관 모드와 마이크로 캐비티 국소 모드의 연결을 구축하여 아주 넓은 스펙트럼 범위에서 도파관 모드와 마이크로 캐비티 국소 모드의 결합을 구현하였으며 또한 본질적으로 광학 마이크로 캐비티를 연구하는 새로운 방법을 제안함과 아울러 광학 카오스에서 물리학의 적용성을 구현하였다. 정보출처 : http://www.most.gov.cn/kjbgz/201807/t20180718_140713.htm |
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