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Wavelength-scale directional microdisk lasers based on asymmetric backscattering from rayleigh sacatterers = 레일리 산란자에 의한 비대칭적 역산란을 이용한 방향성을 가진 파장 크기의 마이크로디스크 레이저
서명 / 저자 Wavelength-scale directional microdisk lasers based on asymmetric backscattering from rayleigh sacatterers = 레일리 산란자에 의한 비대칭적 역산란을 이용한 방향성을 가진 파장 크기의 마이크로디스크 레이저 / Min-Kyung Kim.
저자명 Kim, Min-Kyung ; 김민경
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2014].
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초록정보

A unique property of micro-disk/ring resonators is that they can support traveling waves due to their chiral symmetry structure. However, microdisk lasers with perfectly symmetric geometries and gain distributions provide standing wave modes because they support both the clockwise and counterclockwise propagating wave of the equal amplitude at the same time. In order to overcome this limitation and achieve the directional emission from the microdisk lasers, we propose partially directional wavelengthscale microdisk semiconductor lasers based on asymmetric backscattering of whispering gallery modes from two Rayleigh scatterers. The mode-splitting characteristics showed that the resonance spectrum even becomes almost one peak depending on the relative locations of two scatterers, which indicates the eigenmodes are close to an exceptional point. From the eld distribution simulations, we found that the eigenmodes close to an exceptional point exhibit relatively high chiralities. Partially directional microdisk lasers were also demonstrated experimentally. To visualize the chirality, a waveguide was fabricated such that the coupled light from a microdisk is scattered at the ends of the waveguide and captured by a CCD camera. The general trend of the experiment result was similar to that of the simulation result. We believe that the proposed partially directional microdisk design provide various potential applications including optical signal processing and integrated photonics.

본 연구는 두개의 레일리 산란자를 마이크로디스크의 경계에 두어 마이크로디스크 레이저의 공진 모드의 방향성을 제어하는 방법을 제안한다. 이는 크기가 다른 두 개의 레일리 산란자에 의한 속삭이는 회랑 모드의 비대칭적 역산란에 기반하며, 두 산란자의 상대적 위치를 조절하여 역산란의 비대칭 정도를 제어하는 원리를 이용하였다. 레일리 산란자를 전기 쌍극자로 간주하여 공진 모드에 미치는 영향을 수학적으로 모델링 하였고, 2 차원 유한요소법과 3차원 시간영역 유한차분법을 이용하여 검증한 결과, 특정 조건에서 마이크로디스크 레이저의 공진 모드인 속삭이는 회랑 모드의 방향성이 상대적으로 높아지는 것을 확인하였다. 실험적으로 이를 증명하기 위해 InGaAsP/InGaAs 반도체로 마이크로디스크 레이저를 제작하였다. 공진 모드의 방향성을 가시화하기 위해 마이크로디스크 레이저의 근처에 도파관을 두었고, 도파관의 양 끝에서 산란되는 빛의 비대칭성의 전반적인 경향성이 2차원 유한요소법에서의 예측과 유사함을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 방향성 있는 마이크로디스크 레이저는 광 통신 및 광 신호 처리 등 다양 응용에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MEE 14021
형태사항 ⅴ, 44 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김민경
지도교수의 영문표기 : Kyoung-Sik Yu
지도교수의 한글표기 : 유경식
수록잡지명 : "Controlled manipulation of mode splitting in an optical microcavity by two Rayleigh scatterers". Optics Express, v.18.no.23, 23535-23543(2010)
수록잡지명 : "Structure of whispering-gallery modes in optical microdisks perturbed by nanoparticles". Physical Review A, v.84.no.6, 063828(2011)
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 전기및전자공학과,
서지주기 References : p. 41-43
주제 microdisk
Rayleigh scattering
chirality
exceptional point
미소원반
레일리 산란
카이랄성
예외점
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