IEEE Photonics Conference 鐵本 智大

이번 학회에서는 앞서 언급했듯이 마이크로캐비티 관련 보고가 많아서 아는 이야기가 많았다. 스프링코로에서 지원을 담당한 고바타케의 SNAP과 고바야시의 opto-mechanics의 유체 센싱에 대한 발표가 모두 있었다. 또한, 메타물질이나 스폿 사이즈 컨버터와 같이 제작이 어려울 것 같은 구조의 연구에 IMEC를 이용하고 있는 연구자들이 여러 명 있었는데, 파운드리의 보급과 정확도 향상 덕분에 제작의 문턱이 낮아지고 있음을 느낄 수 있었다.
다음은 이번 학회에서 특히 관심을 끌었던 몇 가지 발표에 대해 소개하고자 한다.

TuF3.1: X. Jiang, et al., Ultrahigh-Q microcavities with highly directional emission].북경대학의 Xiao 선생님 그룹의 발표. 토로이드를 타원형으로 만들어 방향성을 가진 공간적 입출력을 할 수 있게 한다는 이야기는 알고 있었지만, 이번에 다시 한번 원리에 대해 제대로 들어보았다. 깊은 곳에서는 카오스가 관련되어 있는 것 같지만, 결국은 전반사 조건을 일부만 만족하지 않는 토로이드 구조를 만들고 있는 것 같다. 다만, 그 제작 정밀도의 높이에 놀라지 않을 수 없다. 이를 참고하여 토로이드의 고정밀 공진 파장을 제어할 수는 없을까? 패키지화하기 위해서는 꼭 필요한 기술이라고 생각한다. 공간 커플링의 장점으로 결합 Q값이 안정화되는 것이 있는데, 이를 이용하여 공진 스펙트럼의 mode splitting이 아닌 mode broadening으로 초정밀 센싱을 시도하고 있는 것 같다. 다시 한 번 들어보니 일리가 있다고 생각했다.

WH.4. 3: B. Oner, et al., Broadband one way propagation via dielectric waveguides with unequal effective index].
MZI형 간섭계 구조의 아이솔레이터의 수치해석에 대한 이야기. 원리가 간단하기 때문에 소개하고자 한다. 장치의 구성은 예를 들어 다음과 같다. 왼쪽부터 하나의 도파관이 뻗어 있어 기본 모드만 전파할 수 있도록 설계되어 있다. 이것이 오른쪽으로 갈수록 점차 넓어져 2차 모드의 전파가 허용되는 폭이 되는 지점에서 도파관이 두 개로 나뉘고, 두 개의 도파관은 각각 다른 폭을 가진다. 갈라진 도파관은 1,2차 두 가지 모드가 전파할 수 있는 도파관으로 오른쪽으로 연결된다.
두 개의 도파관은 폭이 다르기 때문에 전파 상수가 다르며, 위상이 π만큼 반전되는 길이로 설정되어 있다. 따라서 두 개의 도파관에 동시에 입력된 빛은 다시 합쳐질 때 2차 홀수 대칭을 갖는 모드를 형성한다. 이때 오른쪽에서 입력된 빛은 테이퍼 구조를 거쳐 왼쪽 도파로 가는 도중에 1차 모드로 이동할 수 없기 때문에 도파할 수 없지만, 왼쪽에서 입력된 빛은 오른쪽 도파로를 2차 홀수 대칭의 모드로 전파할 수 있다. 이렇게 아이솔레이터처럼 동작한다. 분할된 2개의 도파관 폭을 거의 동일하게 만들어서 동작 대역을 넓게 할 수 있는 점이 특징인 것 같다.

WH.4. 4: R. Van Laer 등, 실리콘 광전선에서 4.4dB 브릴루인 이득의 관찰】.
실리콘 와이어를 이용하여 유도적으로 높은 이득의 Brillouin 산란을 여기시켰다는 내용. 기계진동 손실을 줄이기 위해 실리콘 층 아래의 실리카 층을 10nm 정도로 깎아내고, 광자와 포논의 상호작용 거리를 길게(수 cm 정도) 하여 기존의 9배에 달하는 이득 손실비를 얻을 수 있었다. 개념은 포토닉-포노닉 공진기 설계와 동일하다. 도파관형이라면 광공진기 내에 진행파와 후퇴파가 비슷하게 존재할 것 같은데, 두 가지 모두 라만광이 나오는 것일까? 또한, Brillouin 산란의 여기는 쉽게 볼 수 없을 것 같다는 편견을 가지고 있었지만, 빛을 높은 강도로 넣으면 다른 비선형과 동일하게 보인다고 한다. 설계를 충분히 고려하면 여기시킬 수 있을 것 같다고 생각했다. 관심을 가지고 있는 분야이기 때문에 체크해보고 싶다. 또한, 이전에 카토 씨와 이야기한 광역학에 의한 변조에서의 광 커컴 발생과 비슷한 것이 Nature Physics 5, 276-280 (2009)에서 Brillouin 산란을 통해 보이는 것 같다.