3차 조화파 생성 기법을 통한 나노구조체의 열적 비선형 거동에 대한 연구

Abstract

플라즈모닉 나노구조체에서 강한 광전기장의 증폭이 발생하여 비선형 현상이 발생한다. 이러한 나노구조체의 플라즈모닉 장 증폭을 이용한 고차조화파생성기법은 중요한 비선형 현상중 하나이다. 이 방법은 간단하고 작은규모의 시스템으로 구축이 가능하며 레이저의 반복률을 저하시키지 않고 결맞는 극자외선 펄스의 생성이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 현상을 나타내는 여러 나노구조체들 가운데 나비넥타이 형태의 나노구조체가 매우 강한 장 증폭을 가지며 상대적으로 가공하기 쉬운 이점을 가지고 있다. 하지만 이러한 나노구조체는 열적으로 손상받기 쉬워 매우 짧은 수명을 보인다. 이 논문에서는 FDTD 시뮬레이션을 통해서 나비넥타이형 나노구조체의 설계변수를 확정하고 집속이온빔 장비를 이용하여 나노구조체를 제작하였다. 그 후, 3차조화파 생성실험을 통해서 나노구조체의 고차조화파 생성 성능을 평가한다. 실험결과는 레이저의 강도 변화에 따라 두 구간의 강도에서 서로 다른 형태의 변형이 나노구조체에 나타나는 것으로 나타났다. 첫번째는 나노구조체의 틈새 영역이 서로 연결되는 변형이었으며 두번째는 나노구조체의 완전한 파손이다. 나노구조체의 기능을 손실케하는 변형은 두 번째의 완전한 파손이 발생했을 때이다. 이러한 변형은 입사되는 레이저로 인한 온도상승에 의한 결과이다.결과적으로, 0.2 TW/cm2의 레이저 강도 한계값을 얻었으며, 100배 이상 증폭이 일어나는 공간내에서는 고차조화파 생성이 가능한 전기장의 강도를 한계값 이하에서 확보가 가능하다는 결론을 내렸다.