결합 공진기 시스템을 이용한 브릴 루언 레이저

빛의 주파수는 통신 파장대에서 많이 사용되는 1550nm의 경우 193THz인 반면, 마이크로파의 주파수는 일반적으로 GHz 대역과 큰 차이가 있다. 이번 연구는 빛을 마이크로파로 주파수 변환시키는 시스템을 온칩으로 구현할 수 있다는 것을 실험적으로 보여준 연구이다.
그렇다면 왜 빛을 통해 마이크로파를 발생시키는 방법이 필요할까요? 마이크로파를 그대로 전송하려고 하면 동축 케이블에 의한 전송 손실이 크기 때문에 원거리 전송이 불가능하다. 또한 수정 진동자 등으로 전기적으로 마이크로파를 발생시키려고 하면 발생시키는 마이크로파의 주파수가 클수록 노이즈가 커진다는 문제가 있습니다.
그래서 최근 이러한 문제를 해결하기 위해 광학적으로 마이크로파를 발생시키는 연구가 많이 이루어지고 있습니다. 빛에서 마이크로파를 발생시키는 방법은 주파수가 다르고 위상이 일치하는 두 개의 광파를 광검출기로 검출하여 그 주파수 차이에 대응하는 마이크로파를 얻을 수 있는 구조를 이용하고 있습니다. 이 방법을 사용하면 광섬유로 전송이 가능하기 때문에 원거리 전송이 가능합니다.
이를 위해서는 "위상이 일치하는" 두 개의 빛을 준비하는 것이 중요하다. 이것이 저소음화로 이어집니다. 이를 실현하는 방법 중 하나로 Brillouin 레이저가 있습니다. Brillouin 레이저는 유도 Brillouin 산란을 강화하는 시스템을 말합니다. 유도 Brillouin 산란을 효율적으로 일으키기 위해서는 고강도의 광강도를 미세한 공간에 가두는 것이 필요하며, 이를 충족시키기 위해 광 공진기가 사용됩니다. 선행연구에서 단일 공진기에서의 Brillouin 레이저는 실증되었으나, 공진기의 크기를 정확하게 제어할 필요가 있고, 공진기의 크기도 mm 크기로 비교적 큰 편이었다. 이번 연구에서는 두 개의 광공진기를 사용하여 이러한 제작 과정의 어려움을 해소하고, 더 작은 시스템(100 μm)에서 브릴리언트 레이저를 구현하는 데 성공했다.