| 반사경에 의존하지 않는 단일 방향 복사 구현 | ||
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 베이징대학교 정보과학기술대학 전자학부 펑차오(彭超) 연구팀은 미국 매사추세츠공과대학교, 펜실베이니아대학교 등의 연구팀과 공동으로 토폴로지광자학 관점에서 단일층 실리콘 기판 위에서 반사경에 의존하지 않는 방향성 복사를 구현하는 방법을 제안하였다. 해당 성과는 "Nature"에 온라인으로 게재되었다. 단일 방향 복사는 대규모 광자집적 및 광자칩 개발의 핵심기술로서 고성능 격자결합기(grating coupler), 고에너지효율 레이저 및 레이저레이더 광학안테나 등에 광범위하게 응용된다. 기존 대부분 분산식 브래그 격자 반사경, 금속 반사경 등 거울면 반사를 통해 달성하지만 온칩 집적시 반사경 부피가 크고 구조가 복잡하며 가공이 어려울 뿐더러 부가적 소모 및 색분산을 동반하는 문제가 존재한다. 집적광자장치 연구에서 해결이 시급한 상기 핵심문제를 감안해 연구팀은 위상학적 전하(topological charge) 제어로부터 접근해 광자결정(photonic crystal) 평판에서 단일 방향 복사의 특수 공명상태 즉 단일 방향 복사 도파모드 공명상태를 구현하였다. 일차원 광자결정에서 경사 측벽을 통해 구조 수직적 대칭성 및 면내 대칭성을 동시에 파괴시킴으로써 시스템 중 연속영역 속박상태가 보유되는 정수 위상학적 전하를 한 쌍의 반정수(half integer) 위상학적 전하로 분열시킴과 아울러 평판 상하 양측 표면에 크기가 다른 복사를 형성한다. 이때 대칭성 파괴를 유지하는 한편 매개변수 조절을 통해 한쪽 표면의 짝을 이룬 반정수 위상학적 전하를 정수 위상학적 전하로 재합병함으로써 거울면에 의존하지 않는 1개 표면만 향하는 복사에너지의 단일 방향 복사 도파모드 공명상태를 형성한다. 연구팀은 자체적으로 개발한 경사 식각 공법으로 샘플을 제조하였다. 실험에서 관측한 비대칭 복사비는 27.7데시벨에 달했는데 이는 99.8% 이상의 광자에너지가 한쪽으로 방향성 복사되며 기존 설계에 비해 1~2개 수량급 향상된 것으로 단일 방향 복사 도파모드 공명상태의 유효성 및 우월성을 입증한다. 해당 기술은 온칩 광포트의 삽입 소모를 뚜렷이 줄이고 고밀도 광연결 및 광자칩 기술의 발전을 크게 촉진시킬 전망이다. 정보출처 : http://www.cas.cn/kj/202004/t20200424_4742320.shtml |
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