1차원 다중 광밴드갭 구조를 이용한 액정 레이저 제작 및 특성 연구

Abstract

서로 다른 굴절률과 두께의 두 가지 유전 물질이 교대로 주기를 이루며 만들어진 다층 박막 구조에서 광밴드갭(photonic band gap) 특성이 나타나는 것은 익히 알려져있다. 유전 함수에 의해 주어지는 이러한 광밴드갭의 광학적 특성은 브래그 법칙에 부합해서 나타나게 되고 이렇게 브래그 법칙을 만족하는 파장에서 나타나는 광밴드갭에 의해 다층 박막 구조는 특정 반사색 특성을 보이게 된다. 하지만 브래그 법칙에 의한 단일 주기의 다층 구조를 통해서는 다중 반사색 또는 다중 광밴드갭 특성을 보일 수 없다. 이에 본 연구에서는 결함(defect) 구조를 포함하는 새로운 다중 광밴드갭 시스템을 설계하고 두 종류의 졸-겔 물질을 통해 실험적으로 이를 구현하였다. 구현된 다중 광밴드갭 시료들의 광학적 측정 및 분석을 통해 다중 광밴드갭 시스템의 광학적 특성을 조절하는 매개변수들을 찾을 수 있었으며 베르만의 4x4 행렬법을 이용한 전산모사를 통해 구현된 다중 광밴드갭 시료들의 광학적 특성이 타당함을 증명할 수 있었다. 이렇게 구현된 다중 광밴드갭 시스템의 다중 반사 특성을 이용한 단일 졸-겔 미소 공진기를 구성하고 이로부터 픽셀화된 적색-녹색-청색(RGB) 액정 레이저를 발진시킬 수 있었다. 이 레이저들은 비교적 낮은 문턱 에너지 값을 갖고 레이저 간섭무늬에서 보이는 높은 결맞음성을 지닌다는 것이 실험적으로 증명되었다. 제시된 연구를 통해 새로운 광학적 특성을 이용해 광자결정과 액정을 이용한 새로운 광학 응용으로 발전될 수 있기를 기대하는 바이다.