나노기술 및 정책 정보

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주파수 영역에서 빗을 형성하는 주기적인 빛의 펄스는 감지 및 거리 측정에 널리 사용됨. 칩 통합 솔루션을 향한 이 기술의 소형화를 위한 핵심은 링 모양의 마이크로 공진기에서 소산성 솔리톤을 생성하는 것임. 소산 솔리톤은 비선형 공진기의 둘레를 순환하는 안정적인 펄스임.

첫 번째 시연 이후 소산 솔리톤 형성 과정이 광범위하게 연구되어 오늘날 교과서 지식으로 간주되며, 전 세계 여러 연구 그룹에서 몇 가지 추가 개발 방향을 적극적으로 연구하고 있음.

이러한 방향 중 하나는 결합된 공진기에서 솔리톤을 생성하는 것으로, 많은 공진기의 집합적 효과는 다른(공간적) 차원을 활용하여 더 나은 성능과 주파수 빗 제어를 보장함.

그러나 추가 공진기의 결합이 솔리톤 생성 프로세스를 어떻게 변경하느냐에 대해서는 서로 영향을 미치는 모든 종류의 동일한 발진기가 더이상 별개의 요소 집합으로 간주될 수 없고, 혼성화 현상으로 인해 이러한 시스템의 여기는 모든 요소에 영향을 미치며 시스템은 전체적으로 처리되어야 함.

두 개의 결합된 발진기에서 혼성화가 가장 간단하게 일어나는데, 결합된 진자와 분자를 형성하는 원자뿐만 아니라 결합된 광학 마이크로 공진기 모드는 혼성화를 경험함. 그러나 다른 시스템과 달리 관련 모드의 수가 많기 때문에 광자 이합체의 솔리톤은 두 공진기를 포함하는 하이브리드 모드에서 생성되며, 이는 하이브리드화 매개 변수에 액세스할 수 있는 경우 또 다른 제어 수준을 추가하게 됨.

스위스 로잔 연방 공과대학교(EPFL) 및 IBM 유럽의 연구진은 소산 솔리톤과의 생성 시연 및 두 개의 미세 공진기로 구성된 광자 분자에서 일관된 주파수 빗을 발생시킴.

이합체에서 솔리톤의 생성은 두 공진기 링에서 두 개의 역 전파 솔리톤을 의미하며, 이합체의 모든 모드 뒤에 있는 기본 전기장은 반대 방향으로 회전하는 두 개의 기어와 유사함. 이것이 광 이합체의 솔리톤을 기어 솔리톤이라고 하는 이유임.

두 공진기에 히터를 각인하여 하이브리드화를 제어하면서 연구진은 솔리톤 기반 주파수 빗의 실시간 튜닝을 시연함.

하이브리드화 된 (기어) 솔리톤 생성 외에 단순한 이합체 배열조차도 다양한 발생 현상, 즉 단일 입자 (공진기) 수준에서 존재하지 않는 현상을 보여줌.

이 현상은 상호작용이 에너지 진동으로 이어지는 두 하이브리드 모드 제품군에서 동시에 솔리톤을 생성한 결과임.

본 연구 성과는 Nature Physics ("Emergent nonlinear phenomena in a driven dissipative photonic dimer")에 게재됨.