나노기술 및 정책 정보

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미국 에너지 부(DOE)의 나노기술 센터(Center for Integrated Nanotechnologies) 연구원들은 테라 헤르츠 주파수에서 작동하는 초소형 고출력 협빔 레이저를 개발함. 이러한 주파수는 가시광선을 넘어서며, 레이저는 많은 이미징 및 스캐닝 응용 분야에서 잠재력을 가지고 있음. 그러나 이전의 테라 헤르츠 레이저는 작동하기에 충분한 온도를 유지하기 위한 부피가 큰 실험실 장치가 필요했으며, 새로 개발된 장치는 실험실 외부에서 작업할 수 있는 설계에서 한 번에 세 가지 주요 성능 목표(고출력, 타이트 빔 및 넓은 주파수 튜닝)를 달성한 최초의 테라 헤르츠 레이저 장치임. 그 결과 전력 증가, 소음 감소 및 해상도 증가를 제공하였고, 이를 통해 화학 감지 및 의료 영상 분야에서보다 안정적이고 저렴한 애플리케이션이 가능하게 됨.

레이저는 실험실 조건 밖에서 작동하므로 새로운 원격 애플리케이션이 가능함. 포토닉 와이어 레이저 (PWL)는 반도체 칩 위에 구축된 레이저 유형으로, 나노미터 크기의 보어와 밀리미터 길이의 캐비티가 있음. 주변의 고속 전자 장치와 통합된 칩에 여러 개가 나란히 있을 수 있으며, 인접한 여러 PWL을 결합하면 광선을 동기화하여 동일하거나 여러 파장에서 방출하고 전력을 결합할 수 있음.

연구원들은 광 레이저 와이어의 고유한 기능을 활용하여 동시에 실현하기 어려운 세 가지 성능을 모두 달성했으며, 인접한 분자가 결합된 화학 접합 유형에서 접근법에 대한 영감을 얻었음. 이 포토닉 와이어 쌍을 어레이에 배치함으로써 연구원들은 쌍의 출력을 결합하여 빔 발산을 최소화하면서 단일 고출력 빔을 생성함. 개별 결합된 레이저를 조정하면 넓은 주파수 범위에서 레이저를 조정할 수 있음. 그리하여 이 새로운 방식은 조정 가능한 레이저 주파수, 고출력 및 타이트한 빔 패턴의 세 가지 중요한 성능을 동시에 달성함.

본 연구는 Nature Photonics("Phase-locked photonic wire lasers by p coupling")에 게재됨.