Wire-grid (WG) nanoresonator generating linearly polarized light with high efficiency based on the Purcell effect

Abstract

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.