어떤 레이저 색상이 마음에 듭니까?

어떤 레이저 색상이 마음에 듭니까?

국립 표준 기술 연구소(NIST)와 메릴랜드 대학의 연구자들은 눈에 보이지 않는 근적외선 레이저광을 빨강, 오렌지, 노랑, 녹색 등의 가시 레이저색의 파노피 중 어느 하나로 변환 할 수 있는 마이크로칩 기술을 개발하였습니다. 그들의 연구는 집적 마이크로칩에 레이저광을 발생 시키는 새로운 접근법을 제공 합니다. 이 기술은 정확히 지정된 파장에서 가시 레이저광으로 구동해야 하는 원자 또는 고체 시스템에 의존하는 정밀한 타임키핑 및 양자정보과학에 응용할 수 있습니다. 이러한 접근방식은 부피가 큰 탁상 레이저나 일련의 서로 다른 반도체 재료 없이 단일 소규모 플랫폼을 사용하여, 이러한 광 범위한 파장에 접근 할 수 있음을 시사 합니다. 이러한 레이저를 마이크로 칩 상에 구축하는 것으로, 레이저를 광 이나 양자 통신 시스템에 필요한 소형 광 회로에 저비용으로 통합할 수 있습니다. 이 연구는 10월 20일호 Optica에서 보고 되었으며, NIST의 최첨단 측정 과학기술을 소형화하여 산업, 의학, 방위, 학계 이용자에게 직접 배포할 수 있는 프로그램인 NIST on a Chip에 기여하고 있습니다. 가장 정확하고 정확한 실험 시계의 핵심을 이루는 원자 시스템과 양자 정보과학의 새로운 툴은 온 세상에서 공식적인 시간을 설정하기 위해서 사용되는 훨씬 낮은 주파수의 마이크로파와는 대조적으로 고주파 가시(광학) 레이저광에 의존해 동작 합니다. 과학자들은 현재 실험실 밖에서 사용 할 수 있도록, 컴 팩트하고 저소비 전력으로 동작하는 원자 광학계의 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 비전을 실현하기 위해서는 여러 요소가 필요한데, 중요한 요소인 하나는 작고 가볍고 저 전력으로 동작하는 가시광선 레이저 시스템에 대한 액세스입니다. 연구자들은 통신에 사용되는 근적외선 파장을 통해 작고 고성능 레이저를 개발하는데 큰 진전을 보였지만, 가시파장에서 동등한 성능을 구현하기는 힘들었습니다. 과학자 중에는 반도체 재료를 사용하여 콤팩트한 가시광선 레이저를 만들어 내는 것으로 진보한 사람도 있었습니다. 이에 비해 NIST와 메릴랜드대 칼리지파크의 Xiyuan Lu 씨, Kartik Srinivasan 씨 등은 빛에 대한 비선형 반응이 현저한 질화규소라는 물질에 착안해 다른 접근법을 채택하였습니다. 질화 규소 등의 재료에는 다음과 같은 특수한 특성이 있습니다. 입사광의 강도가 충분하면 그 출사광의 색이 입사광의 색과 반드시 일치한다고는 할 수가 없습니다. 왜냐하면 비선형 광학 재료의 결합 전자가 고강도 입사광과 상호작용하면 전자는 입사광과는 다른 주파수 또는 색으로 그 빛을 재방사하기 때문입니다. 이 효과는 거울로부터 빛이 튀거나 렌즈를 통해 굴절하거나 하는 일상적인 체험과는 대조적입니다. 그럴 경우는 빛의 색은 항상 변하지 않습니다. 루 교수와 동료들은 근적외선 입사광을 두 개의 다른 주파수로 변환하는 3차 광학 파라메 트릭 발진으로 불리는 방식을 채택했습니다. 한쪽 주파수는 입사광선보다 높고 가시범위 내에 있으며 다른 쪽 주파수는 낮고 적외선 깊숙이 퍼져 있습니다. 연구자들은 테이블 탑의 대형 광학기기에서 서로 다른 색의 빛을 만들어내기 위해 수년간 OPO를 채택해왔지만, 이 새로운 NIST 주도의 연구는 대량 생산의 가능성을 내포한 마이크로칩 상에서 특정 가시광선 파장을 생성하기 위해 이 효과를 적용한 최초의 연구입니다. OPO법을 소형화하기 위하여 연구자들은 근적외선 레이저광을 면적 100만분의 1평방미터 미만의 링 모양의 장치인 마이크로공진기를 향하여 실리콘 칩 상에서 제조하였습니다. 이 마이크로 공진기 내부의 빛은 소산되기 전에 5,000회 정도 순환하여 비선형 영역에 접근하기에 충분한 강도를 만들어 내어 그리하면 두 개의 서로 다른 출력 주파수로 변환 됩니다. 가시색과 적외선 색상을 만들기 위해 팀은 마이크로 칩마다 크기가 조금씩 다른 수십 개의 마이크로 공진기를 제작하였습니다. 연구자들은 서로 다른 마이크로공진기가 서로 다른 색의 출력 빛을 생성할 수 있도록 이들 차원을 신중하게 선택하였습니다. 연구팀은 이 전략에 따라 파장이 비교적 작은 1개의 근적외선 레이저로 특정 가시광선과 적외선 색상을 폭넓게 만들어낼 수 있음을 보여주었습니다.