Optical harmonic generations have promising applications such as optical computing, advanced lithography, imaging, sensing, and photon energy upconversion. To overcome the weak nonlinear
coefficients of natural materials that limit the harmonic generation efficiency, nonlinear metamaterials of various designs have been studied. The artificial unit cells of subwavelength scale metaldielectric composites enable extraordinary control and local intensification of incident electromagnetic waves, which helps to increase the effective nonlinearity by orders of magnitude. In this study, patterned-mirror metasurfaces with magnetic resonances are suggested and investigated. Both random and regular patterns are considered to convert near-infrared light to visible light. These two categories of patterns have complementary properties in linear and nonlinear optics. Finite differential time domain (FDTD) simulation is used to design the structural parameters of the pattern and to characterize their optical properties. Fabrications of random and regular pattern are performed based on thermal annealing and capillary force lithography, respectively. Nonlinear optical characterization is conducted with a femto-second laser setup.
조화파 발생은 원래 주파수의 배수의 주파수를 가지는 빛을 생성하는 현상으로, 광컴퓨터, 리소그라피, 영상기술, 센서, 및 파장변환에 의한 광에너지 소자 등에 응용이 기대되는 현상이다. 자연물질은 광학적 비선형 계수가 작아서 조화파 발생 효율이 작기 때문에 이를 극복하기 위해 메타물질로 조화 신호 발생을 증폭하는 연구가 진행되어 왔다. 파장보다 작은 금속과 비금속의 복합 구조체로 만들어진 메타물질은 자연에서 볼 수 없는 빛의 조절기능을 가능하게 하고, 입사하는 빛의 세기를 국소적으로 증폭 시키는 것이 가능하기에 비선형 현상을 수 크기 차수 이상 증대시킬 수 있다. 본 연구에서는, 근적외선 영역의 파장을 가시광선으로 변환하는 메타물질로서, 광학 자기공명 격자거울을 제안한다. 이 격자거울의 패턴은 무작위적인 금속입자의 배열, 정렬된 배열을 포함한다. 이 두 종류의 패턴은 선형, 비선형 광학성질에 있어서 상호보완적인 특정을 보인다. 유한 차분 시간 영역 전산모사를 통해 설계와 물리적인 현상의 이론적 관측이 진행 되었다. 고온 어닐링과 모세관현상 리쏘그래피를 이용하여 무작위 패턴과 정렬 패턴을 각각 제작하였다. 비선형 광학 성질은 펨토초 레이저를 이용한 측정장치를 통해 측정되었다.
