고성능 실리콘 막 메타표면 기반 중적외선 변조기

메타표면은 센싱, 비선형 광학, 양자 포토닉스 등 다양한 분야에서 빛을 서브파장 수준으로 제어할 수 있게 하지만, 낮은 Q 인자와 약한 진폭 대비 간의 상충 관계, 그리고 주로 정적인 특성으로 인해 활용에 제약이 있었습니다. 특히 중적외선(mid-IR) 영역에서는 저손실 재료의 부족으로 성능과 확장성 문제가 더욱 심화되었습니다. 본 연구에서는 고 Q 공명, 강력한 진폭 대비, 그리고 웨이퍼 규모 제조 가능성을 겸비한 능동 조절형 단결정 실리콘 막 메타표면을 개발했습니다. 이 플랫폼은 중적외선 영역에서 최대 3000에 이르는 기록적인 Q 인자를 달성했습니다. 두 가지 동적 변조 방식을 구현했습니다. 첫째, 줄 가열을 통한 전기-열 튜닝 방식은 CMOS 호환 전압에서 50% 이상의 변조 깊이와 최대 14.5 kHz의 속도를 보였습니다. 둘째, 실리콘 내 캐리어 생성을 이용한 초고속 전광 변조 방식은 나노초 응답 시간과 서브-GHz 속도를 구현했습니다. 이러한 결과는 실리콘 막 메타표면이 능동형 중적외선 포토닉스를 위한 확장 가능한 플랫폼임을 입증하며, 향후 중적외선 광학 소자 개발에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.