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KAIST、時空境界を利用して微弱光の周波数変換

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December, 6, 2018, Seoul--KAISTの研究チームは、時空境界を利用して光の周波数(色)を変換する技術を開発した。研究の焦点は、半導体表面に薄い金属構造を作製した以前の研究結果よりも遙かに自由度が高い時空境界を実現することである。そのような時空境界は、光の色を変換できる超薄膜光デバイスに適用可能と期待されている。
 その光周波数変換デバイスは、精密計測や通信技術で重要な役割を果たす。また、そのデバイスは、主に光非線形をベースにして開発されている。
 光強度が非常に強いなら、光学媒体は非線形応答し、そのような周波数2逓倍あるいは周波数混合などの非線形光学現象が観察できる。そのような光学非線形現象は、通常、高強度レーザと非線形媒体間の相互作用によって実現される。
 代替法としては、周波数変換は、外部刺激を用いた光の進行で媒体の光学特性を時間的に改良することによって観察される。この方法の周波数変換は,弱い光でも観察できるので、そのような技術は通信技術で特に有用である。
 しかし、外部刺激による媒体の急激な光学特性変更と、後続の光周波数変換技術は、摂動領域でしか研究されていなかった。また、これらの理論的結果を実用的なアプリケーションで現実にすることは難しかった。
 そのような概念を実現するために、機械工学部のBumki Min教授のチームは、Wonju Jeon教授、物理学部のFabian Rotermund教授と協力した。研究チームは、原子構造を真似た金属マイクロ構造をアレンジすることで人工光学材料(メタマテリアル)を開発し、人工材料の光学特性を急激に変えることで時空境界を創ることに成功した。
 以前の研究は媒体の屈折率をわすかに変えただけだったが、今回の研究は、媒体のスペクトル特性を自由に設計して変えるプラットフォームとして時空境界を提供できた。これを使うことで研究チームは、光周波数を大きく制御できるデバイスを開発した。
 Min教授は、「光の周波数変換は、設計可能であり予測可能である、したがってわれわれの研究は多くの光学アプリケーションに適用可能である。この研究は、光学分野で時間変化媒体研究プロジェクトに新たな方向を示すものである」とコメントしている。