Journal Club 2012년도 | Tanabe Photonic Structure Group

Journal Club

연도별(4월-12월)

2012년도

발표 내용:

광다이오드(광 아이솔레이터)는 광소자를 조합하여 광회로를 제작할 때 매우 중요한 소자이다. 광회로에 내장 가능한 광다이오드는 COMS 공정에 의해 Si 기판 상에서 제작이 가능하고 소자 크기가 작다는 조건이 요구되지만, 이러한 조건을 만족하는 광다이오드에 관한 연구 사례는 존재하지 않았다. 이러한 배경에서 본 논문에서는 Si 위에 CMOS 공정을 이용하여 제작 가능한 마이크로 링 공진기를 기반으로 한 광 다이오드를 보고한다.
본 Journal club에서는 본 논문에서 보고된 광 다이오드의 동작 원리를 중심으로 설명할 예정이다.

발표 내용:

양자 정보처리를 위해서는 단일 광자를 안정적으로 얻을 수 있는 광자 발생원이 필요합니다. 최근 상온에서 안정된 단일 광자 소스가 될 수 있는 다이아몬드의 NV 중심으로부터의 발광이 주목받고 있습니다. 또한, NV 중심에 의한 발광과 플라즈몬을 결합하면 단일광자 발생이 강화된다는 사실이 밝혀지고 있습니다.
이번에 소개하는 논문은 다이아몬드 기판 위에 NV 중심을 포함한 원통형 구조를 제작하고, 여기에 은 코팅을 하여 보다 효율적인 단일 광자 발생이 가능한 소자를 제작하였음을 보고하는 것입니다. 하향식 방법을 사용하였기 때문에 단일 광자 소스의 대량 생산이 가능하며, 향후 단일 광자 소스를 이용하여 대규모로 실험할 수 있는 발판이 되는 연구입니다.
키워드; 질소-공허 중심, 플라즈몬, 단일 광자, 퀀텀 광학

발표 내용:

빛의 제어에서 궁극적인 목표는 단일 광자를 이용한 것입니다. 그러나 단일 광자의 비선형 광학 효과는 매우 작기 때문에 실현이 어렵다. 이러한 종류의 연구는 Cavity QED에서 달성되었지만, 아직 실용적이고 로우스트적인 방법으로 달성된 사례는 없다.

이번에 소개하는 논문은 회절 한계 이하의 크기의 나노와이어 상에서 표면 플라즈몬의 성질을 이용하여 단일 광자로 광트랜지스터를 제안하는 논문입니다. 내용은 모두 시뮬레이션으로 설명되어 있지만, 향후 기존의 Cavity QED의 시스템과 결합하여 더욱 발전시킬 예정입니다.

핵심 단어; 표면 플라즈몬, 단일 광자, 퀀텀 광학

발표 내용:

'광속을 넘을 수 없다'는 것은 널리 알려진 사실이지만, 이는 진공 상태에서 단일 물질의 이야기이다. 군속도의 개념을 이용하면 광속보다 빠른 속도라는 값을 도출할 수 있다. 본 논문에서는 'fast light'라고 불리는 광속보다 빠르게 전파되는 광 펄스를 생성하고, 이를 이용하여 디지털 정보인 '1 or 0'을 전달하는 실험을 하였다. 실제 광속에서의 정보 전달과 'fast light'로의 정보 전달을 비교하여, '정보 전달'에서도 결국 광속을 넘을 수 없다는 1960년대부터 논의되어 온 문제를 실험적으로 증명하였다.
본 Journal club에서는 'fast light'의 개념, 실험 방법에 대해 중점적으로 이야기하고자 합니다.

발표 내용:

미세한 광 공진기 안에 빛을 가두는 능력과 집적성이 뛰어난 광결정이라는 것이 있다. 그러나 이 공진기와 광섬유의 궁합이 좋지 않아 다른 디바이스와의 연결이 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 에폭시 수지를 이용하여 광섬유에 직접 포토닉 크리스탈을 접착함으로써 포토닉 크리스탈과 광섬유를 일체화한 디바이스에 대해 소개한다. 내용은 주로 이 장치를 이용한 4개의 광학 측정으로 구성되어 있으며, 4번째 마지막 광학계는 모두 광섬유에 의해 집적되어 있다.
Journal Club에서는 장치의 제작법과 광학 측정을 중심으로 이 장치가 앞으로 어떻게 발전해 나갈 것인지에 대해서도 소개할 예정이다.

발표 내용:

"최근 '클로킹'이라고 불리는 물체를 보이지 않게 하는 기술이 주목받고 있다. 파장 이하의 크기의 구조를 사용함으로써 굴절률 분포를 자유롭게 설계할 수 있기 때문에 결과적으로 광선의 전파 경로를 자유롭게 조작할 수 있게 된다. 본 논문에서는 실리콘상의 미세구조를 이용하여 광 영역에서의 클로킹을 실험적으로 확인하는 데 성공했다.
Journal Club에서는 클로킹 기술의 발전 상황 및 그 원리에 대해 중점적으로 설명할 예정입니다.

발표 내용:

테이퍼 광섬유 표면에 원자 트랩 실현
레이저를 이용한 원자 트랩은 많이 이용되고 있다. 양자 효과의 관측, 이용에는 원자 트랩이 필수적이다. 광섬유를 이용한 원자 트랩은 내부를 중공으로 만들어 원자를 그 안에 넣는 방식이었기 때문에 연결이 어려웠다. 그래서 본 논문에서는 테이퍼 광섬유를 이용하여 세슘 원자를 에바네센트 장에서 트랩하는 데 성공하였다. 테이퍼 광섬유에 입력하는 레이저의 파장과 강도를 조정하여 광섬유 표면 근처에 포텐셜 트랩을 생성하고, 그곳에 약 2000개의 세슘 원자를 트랩했다.
Journal Club에서는 광트랩 기법에 대해 자세히 설명할 예정이다.

발표 내용:

기계적 진동자와 광공진기 모드의 양자 코히어런트 결합 최근, 매우 미세한 공간에 빛을 가두는 미세 광공진기를 이용하여 빛과 기계 진동의 모드를 결합시키려는 시도가 이루어지고 있다. 이는 빛의 복사압을 이용하여 기계진동을 여기시키고, 기계진동에서 빛을 여기시키는 코히어런트 결합이다. 기존에는 마이크로파-기계진동의 코히어런트 결합까지만 실현된 반면, 본 논문에서는 광-기계진동의 양자 수준에서의 코히어런트 결합을 목표로 하였다. 그리고 실험을 통해 약한 고전광 펄스를 이용한 여기로 시간 영역에서 평균 1개 이하의 양자 수준에서 빛과 미세 기계진동자 사이의 에너지 교환이 일어난다는 것을 밝혔다.
본 Journal club에서는 EIT와 OMIT의 설명, anit-crossing에 대해 중점적으로 이야기하고자 합니다.

발표 내용:

공간광학계를 이용한 양자회로는 간섭의 불안정성과 조정의 번거로움이 문제점으로 지적되어 왔다. 이러한 배경을 바탕으로 본 연구에서는 양자컴퓨터의 기본 게이트 중 하나인 CNOT 게이트를 Si 칩 위에 기존의 반도체 공정으로 제작하였다. 본 연구는 광자 간섭의 안정화뿐만 아니라 양자회로의 소형화 및 집적화에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
본 Journal club에서는 광자에 의한 CNOT 게이트가 실현되기까지의 역사적 경위와 게이트의 동작 원리 등 기초적인 부분을 중심으로 설명할 예정이다.

발표 내용:

기계식 진동자와 광 공진기 모드의 양자 코히어런트 결합.
최근, 매우 미세한 공간에 빛을 가두는 미세광공진기를 이용하여 빛과 기계진동의 모드를 결합시키려는 시도가 이루어지고 있다. 이는 빛의 방사압을 이용하여 기계진동을 여기시키고, 기계진동에서 빛을 여기시키는 코히어런트 결합이다. 기존에는 마이크로파-기계진동의 코히어런트 결합까지만 실현된 반면, 본 논문에서는 광-기계진동의 양자 수준에서의 코히어런트 결합을 목표로 하였다. 그리고 실험을 통해 약한 고전적 광 펄스를 이용한 여기에 의해 시간 영역에서 평균 1개 이하의 양자 수준에서 빛과 미세 기계진동자 사이의 에너지 교환이 일어난다는 것을 밝혔다.
본 Journal club에서는 opto-mechanics라고 불리는 이 분야의 기초적인 개념부터 본 실험에서 달성한 사항, 앞으로의 전망에 대해 설명하고자 한다.

발표 내용:

본 논문에서는 Pressure Sensitive Paint (PSP)라는 감압도료에 관한 논문을 소개하고자 한다. PSP는 주로 항공기 등의 풍동 실험에서 사용되며, 기체 표면에 가해지는 압력을 측정하는 것으로 최근 발전해 온 기술이다. 기존의 표면 측정은 모델 표면에 무수히 많은 구멍(압력공)을 만들고, 거기서부터 배관을 연결하여 측정했지만, PSP의 측정은 표면에 산소소광제를 분사하는 것만으로 측정이 가능하기 때문에 비용이 저렴하고, 작업이 간단하며, 기존의 점 측정이 아닌 면 측정이 가능하다는 장점이 있습니다. 라는 장점이 있습니다. 이번에는 이 PSP를 비행기 Beechcraft 65의 날개 부분에 분사한 후, 실제로 센다이 공항과 후쿠시마 사이를 비행시켜 비행 중에 어떤 결과를 얻을 수 있는지에 대해 보고합니다. 현재 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)의 인턴십에 참가하고 있기 때문에 이번 논문을 소개하게 되었습니다. 따라서 JAXA에 대한 이야기도 조금 섞어서 이야기해보고자 합니다.

발표 내용:

표면 플라즈몬 폴라리톤(SPP)을 이용한 광회로에서 SPP의 국소화와 검출 효율을 동시에 높이는 것은 어려웠다. 본 연구에서는 플라즈몬과 나노세선 FET의 근접장 커플링을 이용한 새로운 SPP 검출 방법을 제안하였다. 나노 크기이면서도 10%라는 높은 효율로 검출이 가능하며, 신호를 증폭하여 검출하는 것도 가능하다는 점이 특징이다. 본 발표에서는 원리 및 플라즈몬을 이용한 장점에 대해 중점적으로 설명할 예정이다.

발표 내용:

본 논문에서는 세라믹 YAG를 이용한 레이저로 단결정 YAG에 해당하는 110K의 고출력을 달성한 것을 발표합니다. 세라믹은 원칙적으로 단결정에 적합하지 않지만, 단결정의 제작 방법이 완전히 확립되어 있지 않은 점과 세라믹의 제작 공정의 개선으로 이번 결과를 달성할 수 있었습니다. 이번에는 세라믹 YAG와 단결정 YAG의 각각의 레이저・소자의 성능, 그리고 생산적인 면의 비교를 중심으로 강의합니다.

발표 내용:

불확정성 원리에 의해 이중 슬릿을 통과한 단일 광자의 궤적을 관찰하는 것은 원칙적으로 불가능하다. 그러나 본 논문에서는 "weak measurement"이라는 방법을 이용하여 평균적인 광자의 궤적을 관찰하는데 성공하였다. 본 발표에서는 사용된 원리와 실험 방법에 대해 중점적으로 설명할 예정이다.

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Journal Club이란?
타나베 포토닉 구조 연구실에서 개최하는 공개 논문 윤강입니다. 대학원생 이상의 학생이, 광과학, 재료, 바이오사이언스 등, 빛과 그 주변기술에 관련하는 논문을 조사해, 알기 쉽게 해설합니다.

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