강하게 결합된 준유도 모드의 동적 편광 제어

근적외선 영역에서 3차 고조파 생성(THG) 효율을 높이는 것은 비선형 광학 소자 발전에 필수적입니다. 이는 적외선 레이저 기술의 장점을 초고속 광학, 양자 광원, 고해상도 이미징 등 첨단 응용 분야로 확장하는 데 기여합니다. 본 연구에서는 THG 효율 향상을 위해 주기적인 사각 나노큐브 배열과 통합된 이중층 도파관 구조를 제안합니다. 이 구조는 TE 및 TM 편광된 준유도 모드(QGM) 공명 간의 강력한 결합을 구현합니다. 이를 통해 입사 편광 각도를 조절하여 공진 Q-인자 및 결합 강도를 동시에 동적으로 제어할 수 있습니다. 반사 스펙트럼과 고유 주파수 다이어그램에서 관찰된 뚜렷한 회피 교차(avoided crossing)는 강한 결합 영역을 명확히 보여줍니다. 하이브리드 시스템 내 모드 간 에너지 교환을 통해 기존 유도 모드 공명 대비 이론적 Q-인자가 두 자릿수 향상됨을 고유 모드 분석으로 확인했습니다. 특히 상위 대역 TM-유사 모드의 유도 모드 공명(GMR)을 활용하여 10^12에 달하는 이론적 Q-인자를 달성했습니다. 주파수 섭동법을 이용한 3차 고조파 변환 효율 분석 결과, 국부장 강화만을 고려했을 때 최대 10^-2 수준의 높은 효율을 달성할 잠재력이 있음을 시사합니다. 이 연구는 고효율 비선형 광학 소자 개발에 새로운 방향을 제시합니다.