리튬 나이오베이트 나노포토닉스 기반 광대역 초연속 스펙트럼

초연속 광원은 이미징, 센싱, 주파수 콤 안정화 등 다양한 분야에 활용됩니다. 기존에는 주로 3차 비선형성을 이용했지만, 2차 초연속 스펙트럼 생성(QSCG)은 더 강력한 비선형성과 3파 혼합을 통한 상향 및 하향 변환 능력으로 에너지 효율과 스펙트럼 확장성 면에서 잠재력이 큽니다. 하지만 집적 광도파로에서 QSCG는 아직 초기 단계이며, 스펙트럼 범위나 에너지 효율 면에서 3차 비선형성 기반 기술을 크게 넘어서지 못했습니다. 본 연구는 분산 제어된 리튬 나이오베이트 나노도파로에서 순수 2차 비선형성을 이용한 초연속 스펙트럼 생성을 수치 및 실험적으로 탐구합니다. 특히 포화된 2차 고조파 생성(SHG)에 의한 스펙트럼 확장과 차이 주파수 생성(DFG)을 통한 중적외선 확장 간의 균형에 초점을 맞춥니다. 한 소자에서는 준영 분산 프로파일과 단일 분극 주기를 활용하여 피코줄(pJ) 수준의 펌프 에너지로도 견고하고 에너지 효율적인 다중 옥타브 QSCG를 달성했습니다. 다른 소자에서는 광대역 DFG의 위상 및 군속도 정합을 동시에 구현하여 350 nm에서 5 µm에 이르는 리튬 나이오베이트의 거의 전체 투명도 창을 커버하는 중적외선 영역까지 스펙트럼을 확장했습니다. 이러한 QSCG의 코히어런스를 확인하여 3.8 옥타브 주파수 콤 생성을 입증했습니다. 본 연구 결과는 DFG 보조 QSCG가 접근하기 어려운 중적외선 영역까지 코히어런트한 집적 스펙트럼을 확장할 수 있음을 보여주며, 캐스케이드 2차 비선형성만을 기반으로 하는 광대역 리튬 나이오베이트 주파수 콤 설계의 새로운 방향을 제시합니다.