거대 비선형 메타표면을 이용한 비선형 광원

Abstract

광학 메타표면으로부터 발생되는 비선형 광학반응은 초고분해능 이미징, 효율적인 주파수 변환, 그리고 매우 완화된 phase matching 조건 등의 흥미로운 응용으로 연구가 진행되고 있다. n-도핑된 다중 양자 우멸 (Multi-Quantum Wells) 구조는 자연 비선형 크리스탈에 비해 3-4 오더 높은 비선형 유전율을 갖도록 설계될 수 있음이 알려져 있고, 최근 본 저자가 주도한 다중 양자우물 구조의 높은 비선형 유전율과 플라즈모닉 공진구조를 결합한 비선향 메타표면 연구가 발표되었다. 이 연구에 사용된 비선형 메타표면은 유효 비선형 유전율의 분극성질을 플라즈모닉 공진구조에 의해 원하는 방향으로 설계가 가능하며, 다중 양자 우물구조의 비선형 유전율을 더 증대할 수 있다. 본 연구에서는 다중 양자 우물 구조의 최적화 및 제 2 고조파 발생 (Second-harmonic generation) 비선형 반응에 최적화 된 메타표면을 제작하였고, 1.2x106 pm/v 의 유효 비선형 유전율을 얻었다. 또한 나노 공진구조의 위상배열을 통해 발생된 비선형 광의 진행방향을 원하는 방향으로 연속적으로 조절가능한 구조를 제안 및 실험적으로 검증하였다.