[논문 리뷰] Light propagation in optically induced Fibonacci lattices

Martin Boguslawski, Nemanja Lučić외 3명|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 19.

Photonic Crystals and Applications참고 문헌 13인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 Bessel 빔 웨이브가이드 작성 기법을 사용하여 광학적으로 유도된 퀀티퍼리오딕 피보나치 격자를 광학적 성질을 띤 스트론티움 바륨 니오브산(SBN)에서 구현하였으며, 격자 주기로 A 및 B 요소를 사용하였다. 피보나치 격자에서는 일반적인 격자 구조에 비해 가우시안 빔의 확산이著しく 느려지는 것으로 나타났으며, 이는 퀀티퍼리오딕 질서에 의한 빛의 국소화를 시사한다.

ABSTRACT

We report on the optical induction of Fibonacci lattices in photorefractive strontium barium niobate by use of Bessel beam waveguide-wise writing techniques. Fibonacci elements A and B are used as lattice periods. We further use the induced structures to execute probing experiments with variously focused Gaussian beams in order to observe light confinement owing to the quasiperiodic character of Fibonacci word sequences. Essentially, we show that Gaussian beam expansion is just slowed down in Fibonacci lattices, as compared with appropriate periodic lattices.

연구 동기 및 목표

• 광학적으로 유도된 피보나치 격자를 이용한 퀀티퍼리오딕 구조 내 빛의 전파를 탐구하기 위해.
• 광학적 성질을 띤 물질 내 퀀티퍼리오딕 질서가 주기적 격자에 비해 빛을 더 효과적으로 국소화할 수 있는지 조사하기 위해.
• 피보나치 수열의 배열 방식이 광학적 성질을 띤 웨이브가이드 내 빔 역학에 미치는 영향을 실험적으로 검증하기 위해.

제안 방법

• Bessel 빔 웨이브가이드 작성 기법을 활용하여 광학적으로 유도된 피보나치 격자를 광학적 성질을 띤 스트론티움 바륨 니오브산(SBN)에 형성하였다.
• 격자 구조는 피보나치 단어 순서에 따라 번갈아가는 주기 A와 B로 정의된다.
• 유도된 격자 내에서 빔의 진화를 연구하기 위해 다양한 초점 거리를 가진 가우시안 빔을 프로브로 사용하였다.
• 유사한 매개변수를 가진 기준 주기적 격자와의 비교를 통해 피보나치 격자와 주기적 격자 간의 빔 확산 역학을 분석하였다.
• 광학적 효과 덕분에 물리적 가공 없이 실시간으로 재구성 가능한 격자 형성이 가능하다.
• 전파 거리에 따른 빔 너비 변화 측정을 통해 빛의 국소화 정도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학적으로 유도된 피보나치 격자 내에서 빛의 전파가 주기적 격자에 비해 빔 확산이 감소하는가?
• RQ2 피보나치 수열의 퀀티퍼리오딕 질서가 광학적 성질을 띤 웨이브가이드 내 빔 국소화에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 다양한 초점 조건을 가진 가우시안 빔이 피보나치 격자 내에서 어떻게 진화하는가?
• RQ4 광학적 유도 기법이 빛의 역학을 탐색하기에 적합한 안정적이고 명확한 피보나치 격자를 생성할 수 있는가?
• RQ5 관측된 빔 확산 저하 현상이 퀀티퍼리오딕 잠재력 조절의 직접적인 결과인가?

주요 결과

• 유사한 주기적 격자에 비해 피보나치 격자에서는 가우시안 빔의 확산이 둔화되며, 이는 효과적인 빛의 국소화를 시사한다.
• 피보나치 수열의 퀀티퍼리오딕 성질은 밴드 갭이 존재하지 않더라도 빔 확산을 감소시킨다.
• 유사한 주기 길이를 가진 주기적 구조에 비해 피보나치 격자 내에서 빔 넓이의 증가 정도가著명히 낮다.
• 유도된 격자는 전파 거리 동안 구조적 정밀도를 유지하여 빔 역학의 신뢰성 있는 탐색이 가능하다.
• 광학적 유도 기법은 안정적이고 재구성 가능한 피보나치 격자를 성공적으로 생성하여, 퀀티퍼리오딕 시스템 내 파동 국소화 연구에 적합하다.