공명 회절 격자에 의한 완전 흡수

Abstract

빛의 에너지를 광소자로 완전히 전달하는 것은 광소자가 가지는 기능을 극대화 시킬 수 있기에 그 중요성이 있다. 외부로부터 입사되는 광 신호를 도파로 구조로 전달하거나 나노 크기의 구조에 빛의 에너지를 전달하는 등의 기술에 있어 빛의 간섭성에 기반한 critical coupling에 대한 연구는 전달 효율의 극대화를 가져다 줄 수 있는 기본 원리이다. 표면 플라즈몬은 입사 파장보다 작은 수십 나노 크기의 구조에서 공명 모드로 존재할 수 있는 장점을 가지고 있다. 표면 플라즈몬을 이용한 공진기에서의 critical coupling에 대한 연구는 다른 광소자와의 상호 작용이나 공진기가 가지는 기능을 극대화 하는데 그 의미가 있다. 본 논문에서는 표면 플라즈몬 모드를 여기시킬 수 있는 금속 회절 격자에서 critical coupling현상이 일어나는 조건에 대해 살펴보았다. 손실을 가지는 단일 모드 공진기에서의 입/출력을 temporal coupled theory를 이용해 분석하고 완전 흡수 현상이 일어나기 위한 조건을 구하였다. 또한 다양한 구조에서의 표 면 플라즈몬 모드의 분산 관계를 통해 모드 특성을 살펴보고 앞서 구한 조건을 만족하기 위한 구조를 도출하였다. 표면 플라즈몬 공명 회절 격자의 구조인자에 대한 critical coupling 조건의 의존성을 전산모사를 통해 도출하고 실험 결과와 전산모사의 결과를 비교 분석하였다. Critical coupling 조건의 두 변수를 온도와 이득 매질을 이용하여 조절할 수 있음을 전산모사를 이용하여 연구하였다. 실험 결과와 전산모사의 결과를 비교함으로써 동일한 경향을 보이는 것을 확인하였다. 이를 통해 완전 흡수가 일어나지 않는 구조에서 온도와 이득 매질을 이용하여 완전 흡수현상이 일어나게 할 수 있음을 검증하였다.