OSA (FiO/LS) 2015 加藤 拓巳

Research

2015 OSA (FIO/LS) 귀국 보고서

카토 타쿠미

1. 개요

10월 18일부터 22일까지 Optical Society of America가 주최하는 Frontiers in Optics 2015에 참가했다. 본 학회에는 2012년도 참가 이후 3년 만의 참가였다. 국내 학회와는 달리 미세광공진기 분야의 보고가 많아 최신 연구 동향을 조사하기 위해 많은 세션을 사다리를 타고 돌아다녔는데, 스탠포드 대학의 Vuckovic, ETH의 Faist 등 저명한 연구자들의 초청강연이 있어 매우 유익했다. 캐나다에서お世話になったINRSのMorandotti教授のグループやOISTのNic Chormaic教授のグループなど見知った研究者も散見され、国際学会とはいえある程度固定されたメンバーが学会に参加していることも気づかされた。 그들에게도 타나베 연구소가 그런 존재가 될 수 있도록 앞으로도 국제학회에 적극적으로 투고하고 싶다는 생각이 들었다.

2. 자신의 발표에 관하여

FTu2E "Influence of Raman scattering on Kerr frequency comb in a silica toroidal microcavity,"라는 제목으로 구두 발표를 하였다. 내용은 9월의 응용물리학회에서 보고한 내용과 동일하지만, 영어 발표임에도 불구하고 이번 발표가 더 좋았다고 느꼈으며, 10분이라는 짧은 시간에 무엇을 전달할 것인지를 명확히 하여 준비한 것이 좋았다고 생각된다. 질문은 다음 두 가지였다.

  • FSR이 수십 GHz인 경우, 사광파 혼합이 라만 산란에 대해 지배적인가?
  • 시뮬레이션의 계산 파라미터와 관련하여.

FSR이 어느 정도 크기일 때 사광파 혼합과 라만 산란 중 어느 쪽이 지배적인지 명확하게 알 수 있도록 분산과 비선형 계수의 파라미터를 뿌린 자료가 있으면 매우 알기 쉽다는 것을 알 수 있었다.

3. 연구동향 조사

Kerr frequency comb 관련]
FM1D.2 Stabilized on-chip optical frequency combs *UCLA Chee Wei Wong 등
SiN 링을 이용한 컴 발생 보고. 카컴의 안정화 연구는 지금까지도 많이 존재했지만, 온칩이라는 명제는 없었다. 본 연구는 FSR의 작은 카컴(수십GHz)을 발생시켜 menlo사의 파이버컴과 간섭시키면서 높은 안정성을 얻었다고 한다. 내용보다는 UCLA의 그룹이 카컴을 발표했다는 것에 주목했다.

FM2D.3 마이크로 공진기에서의 자동 결정론적 빗 생성: 열 이동 극복을 위한 연구 *Purdue Univ.
카컴을 어떻게 하면 확실하게 솔리톤 상태로 유도할 수 있는지에 대한 보고. 카오스 상태에서의 공진기 내부 파워의 진동이 이후의 상태를 불확정하게 만든다는 점에 착안하여, 카오스 상태를 피하면서 솔리톤 상태로 이행하는 조건을 검토하고 있다. 시뮬레이션에는 열광학 효과를 추가하지 않았기 때문에, 실험에서는 열광학 효과의 영향을 어떻게 피할 수 있는지에 초점을 맞추었다.

FTu3E.2 Quantum cascade laser Kerr frequency comb generation *EPFL Kippenberg 등
중적외선 대역의 콤 광원을 목표로 한 카컴에 관한 보고. 공진기는 MgF關係공진기. 펌프광은 양자 캐스케이드 레이저. 에바네센트 커플러는 칼코게나이드 파이버이다. 분산이 좋지 않아 그다지 좋은 결과를 얻지 못했지만, 공진기의 구조적 분산을 고안하면 개선이 가능하다고 함. SiN 링을 사용하는 방식도 연구하고 있으며, 이쪽도 중적외선 대역에 적응하기 위해 몇 가지 고안하고 있는 것 같지만, 아직 실험 결과는 나오지 않았다.

FW3C.1 Soliton Induced Cherenkov Radiation Using Photonic Chip on a Broadband Frequency Combs *EPFL Kippenberg et al.
SiN 링을 이용한 카컴에 관한 보고. 분산파를 이용하여 광대역 통신을 실현하는 것. 2f-3f에 의한 carrier-envelope-offset의 절대 측정 등 카컴 분야의 왕도적인 내용이었다. 흥미로웠던 것은 모드 크로싱에 의한 스펙트럼의 붕괴에 관한 것이었다. 예를 들어, TE의 수차 모드만 고려했을 때, 이상적인 솔리톤을 얻었다고 하더라도, 어느 한 쪽의 종방향 모드가 TE의 수차 모드와 교차해 버리면 스펙트럼이 무너진다. 따라서 가능한 한 모드 크로싱을 피하도록 설계하고 싶다. 한편, 분산 설계를 위해서는 도파관 폭을 굵게 하는 등 단일 모드 조건을 고집할 수 없기 때문에 모드 크로싱은 어느 정도 어쩔 수 없다는 인식이 있다. 시험적으로 도파관의 일부를 가늘게 하여 싱글 모드 조건을 만드는 연구를 하고 있는 것 같다. 이론적으로는 테이퍼 파이버와 마찬가지로 싱글 모드만 존재하게 될 것이다. 테이퍼파이버와 같은 현상이 일어난다면, 넓은 에바네센트 빛을 이용한 원자 트랩이나 거기에서 단일 광자 발생 등 테이퍼파이버를 이용하여 연구되고 있는 것들과 연결될지도 모른다.

FW6C.5 옥타브 범위의 마이크로 캐비티 커 주파수 빗, 실리콘 칩에서 고조파 분산파 방출 *NIST Diddams, Papp, Srinivasan 등
청강하지 못한 포스트 데드라인 발표. SiN 링을 이용하여 1~2 µm로 퍼지는 컴을 관찰했다는 보고. 고안한 것은 분산파(dispersive-wave)가 발생하는 파장을 1 µm와 2 µm 부근으로 설계한 것이다. 또 다른工夫로는 도파관과 공진기 사이의 커플링의 조정을 들 수 있다. 보통 펌프 파장의 커플링만 고려되고 다른 파장은 무시되기 쉬운데, 이를 굽은 도파관을 이용하여 고려하였다. 실제로 1550nm 펌프에서 1~2 µm로 퍼지는 콤을 관찰하고 있지만, 솔리톤 형성에는 이르지 못한 것으로 보인다.

4. 기타

FM2D.1 나노 광 구조의 저전력 비선형 광학 *Stanford Vuckovic
나노포토닉스이지만 실리콘이 아닌 GaAs, GaP, SiC 등을 중심으로 한 연구 소개, GaAs nanobeam에서 χ(2)를 이용한 DFG에 관하여, GaAs의 결정면을 고안하여 제작하면 효율적으로 발생한다고 함. Photon blockade ⇔ Photon induced tunneling. Photon induced tunneling 등 단일 광자 수준의 연구도 많다. 포토닉 결정구조를 이용한 것 등 왕도적인 나노포토닉스 연구를 소개하는 한편, 2015년 Nature Photonics에 보고된 것과 같이 기존의 양식을 깨뜨리는 연구를 대조적으로 소개하여 청중의 웃음을 자아냈다. 그러나 앞으로는 최적화 알고리즘을 이용한 이러한 설계가 나노포토닉스의 중심이 될지도 모른다.
소형 광대역 온칩 파장 디멀티플렉서의 역설계 및 시연, Alexander Y. Piggott, Jesse Lu, Konstantinos G. Lagoudakis, Jan Petykiewicz, Thomas M. Babinec, and Jelena Vučković,. Nature Photonics (2015) (arXiv:1504.00095)

FM2D.5 자극된 Brillouin 산란에 의해 생성된 초협대역 가변형 마이크로파 필터 *Sydney Eggleton 등
Forward Brillouin 산란을 이용한 연구. 이 연구와 관련하여 흥미로운 것은 장치이다. 실리콘 나노와이어를 사용하기 전까지는 좋지만, 기판과 접촉하고 있으면 음파와의 상호작용인 Brillouin 산란의 효율을 높일 수 없다. 그렇다면 기판에서 실리콘 나노와이어를 분리하면 되는데, 본 연구에서는 silica pillar 구조를 채택하고 있다. 이를 통해 포논의 누출을 방지하고, optical mode와 phonon mode의 강한 상호작용을 보장할 수 있을 것으로 보인다. 그러나 광결정 분야의 눈으로 보면, 에어브릿지 구조라는 해답이 금방 눈에 들어온다. 실제로 에어브릿지를 사용하는 것과 같은 시도에 대해 소개된 것 같은데. 같은 포토닉스 분야에서도 조금만 방향을 바꾸면 돌파구를 만들 수 있을 것 같은 느낌을 주는 보고였다.

FTu3E.1 중적외선 및 THz 양자 캐스케이드 레이저 주파수 빗 ETH Faist
Faist에 의한 양자 캐스케이드 레이저(QCL)의 튜토리얼. QCL의 설계에 관해서는 전혀 이해할 수 없었지만, 중적외선~테라헤르츠 영역을 목표로 하고 있다는 것은 분명하다. QCL 분야와 경쟁하지 않고, QCL을 이용하여 발전시켜 나가는 연구가 바람직하다고 개인적으로 느꼈다. 그런 의미에서 중적외선 대역에서 카컴을 발생시키기 위해 QCL을 광원으로 사용하는 것은 정설인 것 같다.

FW3E.6 Silicon NanoDimers for Magnetic and Electric Field Hotspots *Data Storage Institute, 싱가포르
금 등을 나노 갭으로 접근시키면 플라즈몬에 의해 그 틈새에 강력한 전기장이 발생한다는 것은 잘 알려져 있다. 전기장에 관한 연구는 널리 진행되고 있는 반면, 자기장에 관한 연구는 많지 않다. 본 연구는 유전체(실리콘)를 나노갭으로 접근시켰을 때 발생하는 전기장과 자기장에 대해서도 분석, 실험하고 있다. 여기하는 빛의 편광에 따라 electric dipole과 magnetic dipole 중 어느 쪽이 여기되는지 변화한다.