[논문 리뷰] Radiation Peculiarities in Chiral Photonic Crystals

A. H. Gevorgyan, K. B. Oganesyan외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 05.

Photonic Crystals and Applications참고 문헌 10인용 수 16

한 줄 요약

이 논문은 등방성 결함을 가진 코일 광학 격자(CPCs)에서 결함 모드 및 복사 특성을 조사하며, 결함층 두께를 조절하여 레이저 방출 파장과 대역폭을 동적으로 제어할 수 있음을 입증한다. 주요 발견은 조절 가능한 협대역 필터링/거울 효과, 이례적인 복사 강화, 저임계 레이저 발진 및 복사 억제를 포함하며, 이는 설계된 군속도, 분산 및 비대칭성 특성에 의해 가능하다.

ABSTRACT

The peculiarities of defect modes and reflection spectra of chiral photonic crystals (CPC) with an isotropic defect for various thicknesses of the defect layer was investigated. The peculiarities of the spectra of photonic density of the state (DOS) and those of the intensity at the center of the defect were investigated, too. It was shown that there is one more possibility of tuning of laser emission - by the change of the defect layer thickness - in CPCs doped with laser dyes (with resonance atoms) and with an isotropic defect. It was shown that the given system can work as a tunable narrow-band filter (or mirror) with tunable wavelength width and tunable location of frequency of the complete transmittance (reflection) band. The radiation peculiarities of these systems were discussed. It was shown that in certain conditions an anomalous strong radiation can be observed for defect modes, and low - threshold laser generation is possible, again, for these modes. It was also shown that radiation suppression is possible for defect modes. The peculiarities of group velocity, group velocity dispersion and nonreciprocity were studied.

연구 동기 및 목표

• 등방성 결함을 가진 코일 광학 격자(CPCs)의 스펙트럼적 및 복사 특성을 조사하기 위해.
• 결함층 두께가 결함 모드 행동 및 광학 밀도 상태(DOS)에 미치는 영향를 분석하기 위해.
• 레이저 염료로 도핑된 CPCs에서 레이저 방출 및 필터링 특성의 조절 가능성을 탐구하기 위해.
• 특정 결함 모드 조건에서 이례적인 복사 강화 또는 복사 억제가 가능해지는 조건을 검토하기 위해.
• 시스템 내 군속도, 군속도 분산 및 비대칭성 특성을 연구하기 위해.

제안 방법

• 등방성 결함을 가진 코일 광학 격자에서 광학 밀도 상태(DOS) 및 투과 스펙트럼의 수치 시뮬레이션.
• 결함 중심에서의 강도 분포를 결함층 두께의 함수로 분석하기 위해.
• 공명 원자 또는 레이저 염료로 도핑된 CPCs에서 레이저 방출 특성의 모델링을 위해.
• 분산 관계 분석을 통해 군속도 및 군속도 분산을 조사하기 위해.
• 대칭성 및 전파 방향 분석을 통해 비대칭 행동을 평가하기 위해.
• 전달 행렬 방법 및 고유모드 분석을 사용하여 투과, 반사 및 전자기장 국소화를 계산하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 등방성 결함층 두께는 코일 광학 격자에서의 결함 모드 주파수 및 대역폭에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 특정 결함 모드 조건에서 시스템이 저임계 레이저 생성을 지원할 수 있는가?
• RQ3 CPCs의 결함 모드에서 이례적인 복사 강화 또는 억제가 가능한 메커니즘은 무엇인가?
• RQ4 군속도 및 군속도 분산은 결함층 두께 및 구조적 매개변수에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 시스템은 어느 정도의 비대칭 투과 또는 반사 특성을 나타낼 수 있는가?

주요 결과

• 결함층 두께 조절을 통해 코일 광학 격자의 완전 투과 또는 반사 밴드의 중심 주파수 및 대역폭을 동적으로 제어할 수 있다.
• 일부 결함 모드에서 강력한 이례적 복사 방출이 관측되어 빛-물질 상호작용이 향상될 잠재력이 있음을 시사한다.
• 고 Q 인자 결함 모드와 강한 전자기장 국소화 덕분에 저임계 레이저 발진이 시스템에서 가능하다.
• 특정 구조적 및 재료 조건에서 복사 억제가 달성되어 배경이 없는 신호 전송이 가능하다.
• 비대칭 투과 및 반사 스펙트럼을 보이며, 전방 및 후방 전파에서 비대칭 행동이 관측된다.
• 군속도 및 군속도 분산은 결함층 두께를 통해 조절 가능하여 펄스 전파 역학을 제어할 수 있다.