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Wire-grid (WG) nanoresonator generating linearly polarized light with high efficiency based on the Purcell effect = 퍼셀효과를 통해 고효율의 선편광된 빛을 발생시키는 선 격자 나노공진기 연구
서명 / 저자 Wire-grid (WG) nanoresonator generating linearly polarized light with high efficiency based on the Purcell effect = 퍼셀효과를 통해 고효율의 선편광된 빛을 발생시키는 선 격자 나노공진기 연구 / Meensoo Choe.
저자명 Choe, Meensoo ; 최민수
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2015].
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Linear polarizers scatter or absorb the light polarized in one direction, so unpolarized light passing through the polarizer becomes linearly polarized. Among the most frequently used applications of linear polarizers is a liquid crystal display (LCD). The polarizer has inherent efficiency limitation of 50% because of its fundamental working principle. Also luminescent materials in LCDs possess loss due to their non-radiative decay pathways. In this thesis, wire-grid (WG) nanoresonators were proposed as linearly polarized light emitters that can achieve high efficiency based on the Purcell effect. In addition, truncated bowtie structures, which had been actively studied for their high Purcell effect by many researchers, were optimally designed for the polarized emitter purpose and their performance is compared to WG nanoresonators Finite difference time domain (FDTD) method was used to design and characterize these two classes of structures numerically. The reciprocity theorem was utilized for reducing the computational load. New efficiency was compared with original efficiency defined as output power polarized in one direction over original emitter power in vacuum. Polarization ratio and new quantum efficiency were calculated to estimate new efficiency. Moreover, useful volume ratio, defined as the fractional region of the structure having higher efficiency than the reference, was calculated and compared. Localized surface plasmon resonance (LSPR) at 580nm helped increase the efficiency at truncated bowtie structures. Also Fabry-Perot resonances in the vertical direction and the structure geometry led to higher efficiency at WG structures. Both of optimized structures showed higher efficiency than the reference efficiency set as 0.25. However, the efficiency of truncated bowtie was close to 0.25, while that of WG structure was much higher at near 0.37. Moreover, useful volume ratio showed big contrast in two structures: 0.17% and 7.87% for the truncated bowtie and WG structure respectively. Compared to the truncated bowtie nanoantenna, WG structure had higher efficiency and much useful volume, exhibiting high potential for polarized emitter applications. The efficiency was analyzed in the view of the emitter in the thesis. Further research can be conducted to include the efficiency including the excitation mechanism.

선편광판은 한쪽 방향으로 편광된 빛을 산란시키거나 흡수함으로써, 편광되지 않았던 빛을 선편광된 빛으로 만드는 광학소자이다. 이 소자는 액정 디스플레이의 작동에 반드시 필요한 부품이기에 많이 사용되고 있다. 하지만 액정 디스플레이의 작동에 사용되는 선편광판은 근본적으로 50%의 빛만이 투과하게 되어 손실이 발생한다. 또한 액정 디스플레이에 사용되는 형광물질 또한 빛을 방출할 때에 비방출 경로를 어느정도 따르게 되어 손실이 발생한다. 이 논문에서는 퍼셀효과에 의해 고효율의 선편광된 빛을 방출하는 선 격자 나노공진기가 제안되었다. 게다가 많은 연구자들이 활발하게 연구해 왔던 나비넥타이 모양 나노공진기를 교효율의 편광된 빛이 나오도록 최적화하였고 두 구조체의 성능이 비교되었다 두 구조체는 유한 차분 시간 영역방법을 바탕으로 한 전산모사를 사용하여 디자인되고 분석되었다. 또한 컴퓨터의 부하를 줄이기 위하여 전자기파의 상환정리가 사용되었다. 선편광판을 통해 한쪽 방향으로 편광된 빛의 양을 방사체에서 방출한 빛의 양으로 나눠준 값을 효율이라 정의하고 대조군으로 정했다. 그리고 두 개의 나노공진기가 도입된 후의 효율을 이와 비교하였다. 또한 대조군보다 높은 효율을 보이는 부분의 비율을 사용가능한 부피비로 정의하여 계산하고 비교하였다. 나비넥타이 나노공진기에서는, 국소 표면 플라즈몬 공진이 효율을 올리는 도구로 사용되었다. 그리고 선 격자 나노공진기에서는 구조체의 수직방향으로 패브리 페로 공진이 일어나고 구조체의 기하학적 특성으로 인해 높은 효율이 만들어 질 수 있었다. 두 개의 구조체 모두 0.25 로 정의된 대조군의 효율보다 높았지만 상대적으로 큰 차이를 보였다. 나비넥타이 구조체는 0.25 근처의 값을 보인 반면에 선 격자 구조체는 약 0.37 의 값을 보여주였다. 게다가 사용가능한 부피비도 각각 0.17%와 7.87%을 보여주어 큰 차이를 보였다. 선 격자 나노공진기는 나비넥타이 나노공진기와 비교하여, 높은 효율과 사용가능한 부피비를 보였고 이는 편광된 방사체를 사용하는 적용분야에 사용할 가능성을 가지고 있다. 이 논문에서는 방사체의 관점에서 효율을 정의하고 분석하였지만 앞으로 들뜸 기구까지 고려하여 연구할 수 있다.

서지기타정보

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청구기호 {MMS 15029
형태사항 xi, 60p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 최민수
지도교수의 영문표기 : Jonghwa Shin
지도교수의 한글표기 : 신종화
Including Appendix
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 신소재공학과,
서지주기 References : p.
주제 Bowtie structure
Wire-grid (WG) structure
Fluorescence enhancement
High polarization ratio
The Purcell effect
나비넥타이
선 격자
형광 증강
편광
퍼셀효과
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