빛을 머리카락의 1000분의 1크기보다 

작은 공간에 영구적으로 가둘 수 있는 원리 규명

- 광결정에서의 연속준위속박상태 생성원리 규명 

- 고효율 나노레이저, 양자암호통신개발 등에 활용기대 

 

□ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 고등광기술연구소(소장 박지웅) 집적광학연구실 이성구 연구원과 기철식 수석연구원은 광결정*내에서 빛을 머리카락크기의 1000분의 1보다 작은 공간에 거의 영원히 가두는 연속준위속박상태** 생성원리를 이론적으로 규명하였다.

*광결정: 굴절율이 주기적으로 변하는 구조물로 특정주파수영역에서 빛을 강하게 반사함

**연속준위속박상태(bound state in the continuum, BIC): 속박에너지보다 큰 연속준위에너지를 갖는 전자가 공간적으로는 속박된 양자역학적상태로 최근 광결정에서 빛(광자)에 대해 발견됨

∘ 본 연구팀이 개발한 광결정내에서의 연속준위속박상태 생성원리의 이론적 모델은 다양한 광구조물에서도 적용될 수 있어 연속준위속박상태를 이용한 광소자설계 및 개발에 활용할 것으로 기대된다.

□ 광결정을 이용한 연속준위속박상태에 대한 연구는 많이 되어 왔지만 연속준위속박상태형성에 대한 이론적 모델이 제시되지 않고 체계적인 이론적 탐구가 이루어지지 않아 연속준위속박상태를 구현하는 광결정구조의 설계와 이를 이용한 광결정 광소자 응용에 어려움이 있었다.

∘ 본 연구팀은 박막도파로* 광결정에서 서로 다른 도파모드들의 결합에 의해 연속준위속박상태가 생성됨을 이론적 모델로 체계적으로 규명하였다. 서로 같은 대칭성**을 가지는 모드들 간의 소멸간섭에 의해서 연속준위속박상태가 생성되고 또한, 서로 다른 대칭성을 가지는 모드들 간의 불완전한 소멸간섭에 의해서는 박막 위 혹은 아랫방향으로만 빛이 방출되는 현상도 발견하였다.

*박막도파로: 두께가 1마이크론 (10-6m)이하인 얇은 막으로 빛을 가두어 전파시킬 수 있음

**대칭성: 박막도파로의 도파모드는 자기장의 공간적분포가 도파로의 중심을 기준으로 상하 대칭적인 짝수모드와 비대칭적인 홀수모드가 있음

□ 이성구 연구원과 기철식 수석연구원은 “이번 연구성과는 광결정에서 연속준위속박상태 생성원리에 대한 물리적 이해와 이론적 모델을 제시한 것에 의의가 있다”면서 “향후 이론적 모델이 연속준위속박상태를 이용한 광결정 나노레이저, 고감도광센서, 양자암호통신기술개발 등에 활용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.

□ 이성구 연구원, 김성한 연구원, 기철식 수석연구원이 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부, 교육부, 지스트 연구원(GRI)의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ‘Nanophotonics’에 온라인으로 8월 3일에 게재되었다. <끝> 

 그림_(a)빛이 박막도파로 광결정에 가두어져 있는 모습  (b)박막도파로 광결정위로 방출되는 모습