육안으로는 거의 보이지 않을 정도로 작은 장치가 미래의 광학 감지 칩의 핵심이 될 수 있습니다. 콜로라도 대학교 볼더(University of Colorado Boulder) 연구팀은 광 손실을 크게 줄여 화학 탐지, 항법 장비, 심지어 양자 측정과 같은 응용 분야에 대한 가능성을 열어줄 수 있는 고성능 "경주장" 광학 마이크로 공진기를 개발했습니다. 관련 논문은 Applied Physics Letters 최신호에 게재되었습니다.
이번 연구 결과는 칩 위에 광도파관 마이크로 공진기를 만드는 것이다. 마이크로 공진기의 두께는 사람 머리카락의 1/10에 불과합니다. 마이크로 공진기는 "빛을 가두는" 마이크로 장치로 이해될 수 있습니다. 빛은 그 안에서 지속적으로 순환하며 점차 강도를 축적합니다. 빛이 충분히 강하면 과학자들은 빛을 사용하여 다양한 특수 광학 작업을 수행할 수 있습니다. Bright, 논문의 제1저자
Lu에 따르면 그들의 목표는 이 장치가 더 낮은 광 출력에서 효율적으로 작동할 수 있도록 하는 것입니다.
팀은 경마장을 닮은 긴 모양의 장치인 "경주장" 공진기에 중점을 두었습니다. 자동차는 고속으로 주행할 때 갑자기 직각으로 회전할 수 없고, 빛의 전파도 마찬가지이기 때문에 도로나 철도에서 흔히 볼 수 있는 '오일러 곡선'이라는 부드러운 곡선 디자인을 특별히 채택했습니다. 너무 급격하게 구부러지면 "미끄러집니다".
이러한 부드러운 굴곡을 사용하면 광학 손실이 크게 줄어들어 광자가 공진기 내부에 더 오래 머무를 수 있으므로 상호 작용이 향상됩니다. 빛 손실이 너무 많으면 공진기가 충분한 빛을 축적할 수 없어 성능이 크게 저하됩니다.
마이크로 공진기는 클린룸에서 전자빔 리소그래피를 사용하여 제작되었습니다. 빛의 파장에 의해 제한되는 기존의 포토리소그래피와 달리 이 기술은 -나노미터 이하의 정밀도를 달성할 수 있으며 마이크로-규모의 광학 구조를 처리하는 데 적합합니다. 기기의 크기가 극히 작기 때문에 아주 작은 먼지나 결함이라도 빛의 전파에 영향을 미칠 수 있으므로 깨끗한 환경이 중요합니다.
재료 선택도 똑같이 중요합니다. 연구팀은 일종의 칼코게나이드 반도체 유리 소재를 사용했다. 이러한 유형의 재료는 투명성이 높고 비선형 특성이 강하여 광소자에 매우 적합합니다. 그러나 가공이 어렵기 때문에 성능과 제조 난이도 사이의 균형이 필요합니다. 굽힘 손실을 줄임으로써 팀은 현재의 첨단 소재 플랫폼에 필적하는 성능을 갖춘 초-저-손실 장치를 성공적으로 만들었습니다.
연구팀은 이 마이크로 공진기가 앞으로 광전자 시스템의 핵심 부품이 될 것으로 기대되며 마이크로레이저, 생화학 센서, 양자 네트워크 소자 등에 활용될 수 있다고 밝혔다. 궁극적인 목표는 이 기술을 대규모로 제조할 수 있는 광칩으로 개발하는 것이다.
