격자 구조에서의 단방향성 발진과 흡수의 이론적 연구

Abstract

본 논문에서는 단일 공진기 구조에서 구조적 비대칭성에 의한 빛의 단방향성 특성을 활용한 소자들을 제안하였다. 단일 공진 구조에서 빛의 단방향성을 구현하기 위해 과거에 여러 논문들이 제안되었다. 특히 2-ports system에서 단방향성을 구현하기 위해서는 한쪽 포트에 금속이나 브래그 격자 구조와 같은 반사기를 위치시킴으로써 단방향성을 구현하는데, 이는 공정상의 복잡도가 높아지게 되며 그에 따른 공정오차가 발생하고, 또한 반사기의 설계 구조에 따른 파장 제한 생기게 된다. 이를 극복하기 위해서, 공진모드를 제어할 수 있는 광결정을 이용하게 되는데, 광결정의 비대칭성을 이용하여 빛의 단방향성을 가지는 구조에 대한 연구들이 이전에 제안된 바 있다. 하지만 관련 연구들의 이론적 입증이나 활용성에 대해서는 아직까지 초기 단계에 있다. 본 논문을 통해 Slab Waveguide Grating(SWG) 구조에서 구조의 비대칭성에 의한 빛의 단방향성과 이를 활용한 레이저와 완전 흡수체의 가능성을 확인하였다. 1장에서는 본 논문의 중요성과 배경 지식에 대해서 설명하였다. 2장에서는 비대칭 단일 공진기 구조에 두 개의 공진모드가 있을 때, Temporal Coupled Mode Theory(TCMT)를 이용하여 passive system에서 빛의 단방향성 조건을 도출하였다. 3장에서는 SWG 구조가 레이저 로서의 활용성을 보였다. 3.1절에서는 TCMT를 통해 lasing 조건을 유도하였고, 3.2절을 통해 수치해석적으로 단방향 발진이 가능함을 확인하였다. 4장에서는 단일 공진기에서 완전 흡수 소자를 제안하였다. 4.1절은 TCMT를 이용하여 단일 공진기에서 두 공진 모드 간의 간섭에 의한 완전 흡수조건을 도출하였고, 4.2절에서 수치해석적 결과를 나타냈다. 본 논문을 통해, SWG 구조의 비대칭성에 의한 빛의 단방향성이 발생하는 구조를 제안하였다. 그리고 해당 구조에서 TCMT를 이용해 빛의 단방향성을 활용한 레이저 구조와 완전 흡수 구조의 디자인 방법을 제안하였고, 수치해석적 결과들을 통해 가능함을 확인하였다.