유도 라만 산란을 통한 미세 광 공진기에서의 라만 콤 발

미세광 공진기는 장시간, 작은 부피에 빛을 가두는 소자로, 연속광(CW)을 입력하면 공진기 내의 광에너지를 크게 할 수 있다. 여기서 비선형 광학 효과의 사광파 혼합을 일으켜 공진 주파수와 일치하는 주파수 성분을 가진 빗살무늬 스펙트럼의 빛을 발생시킬 수 있다(광카컴). 이 광카컴은 주파수 축에서 10 GHz에서 수 THz의 넓은 모드 간격을 가지며, 광통신, 마이크로파 발진기, 듀얼컴 분광, 행성 탐사를 위한 광주파수컴 교정 광원 등의 응용이 기대됩니다. 또한 사광파 혼합을 이용하는 방법 외에도 유도 라만 산란(SRS)을 통한 라만컴 발생에 대한 연구도 보고되고 있다.

SRS는 빛과 물질의 분자 진동이 상호작용하여 캐리어 주파수보다 낮은 주파수의 빛이 발생하는 현상입니다. 그 시프트 주파수는 매질 분자의 고유 진동 모드에 의해 결정되기 때문에 매질에 따라 라만 이득 스펙트럼의 모양이 달라집니다. 이 SRS는 광증폭이나 레이저 발진에 이용되는데, 레이저 발진을 위해서는 광펄스 여기와 같이 비교적 큰 입력 파워가 필요합니다. 그러나, 미세광공진기의 높은 빛 가두기 성능을 이용하면 임계치 펌프 파워를 크게 낮출 수 있기 때문에, CW 레이저에서 쉽게 SRS를 발생시킬 수 있습니다. 이때 광대역 라만 이득이 여러 공진 모드를 여기하는 조건에서는 그 공진 주파수와 일치하는 다주파수 라만컴이 발생한다.

사광파 혼합에 의한 광카컴에서는 위상정합 조건을 만족하면서 스펙트럼이 넓어지기 때문에 각 주파수 성분의 위상을 맞출 수 있습니다. 반면, 라만콤에서는 이 위상정합 조건과 무관하게 스펙트럼이 넓어지기 때문에 보통은 각 주파수 성분의 위상이 일치하지 않습니다. 그러나 몇몇 연구 그룹에서 위상 동기화된 라만콤의 발생이 보고되어 소형 펄스 레이저 광원이나 마이크로파 발진기, 센서, 광간섭 단층 촬영 등의 응용이 기대되고 있다. 그러나 라만콤의 발생 과정이나 스펙트럼 형상 제어, 그 파라미터 의존성 등은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 실리카 유리의 광대역 라만 이득 스펙트럼을 이용하여 실리카 막대 마이크로 광공진기에서의 라만콤의 파라미터 의존성과 그 발생 과정을 규명하였다.