시간결정 구조에서 구현한 자발방출·레이저 유사현상 실험적 검증

초록

마이크로파 LC 공진기 배열을 시간주기적으로 변조해 만든 포톤틱 타임 크리스털(PTC)에서, 백색 잡음으로 LDOS를 직접 측정하였다. 모멘텀 갭 근처 LDOS는 흡수형·분산형 로렌츠형으로 분해되며, 변조 강도가 클수록 갭 주파수에서 LDOS 피크가 커져 해당 주파수에서 자발방출이 최대가 됨을 확인했다. 변조에 의한 이득이 손실을 초과하면 좁은 대역의 자체진동(레이저)으로 전이한다. 실험 결과는 비헐미티안 플루터 이론과 정량적으로 일치한다.

상세 분석

본 연구는 시간에 따라 전기용량을 주기적으로 변조하는 LC 공진기 배열을 마이크로파 전송선에 결합해 1차원 포톤틱 타임 크리스털(PTC)을 구현하였다. 변조 주파수 Ω가 공진기 밴드의 두 배에 근접하면 양·음 주파수 밴드가 플루터 복제에 의해 혼합되어 모멘텀 갭이 형성되고, 그 가장자리에서는 예외점(EP)이 나타난다. 비헐미티안 플루터 해밀토니안 H_F(k) 를 이용해 그린함수 G_F(k,ω)를 계산하면, 복소 admittance Y_F(k,ω) 의 허수부가 모멘텀‑해상도 LDOS ρ_k(ω) 를 정의한다. 두 개의 인‑갭 모드 ω_± = Ω_± – iΓ_± 가 LDOS 피크를 지배하며, 각 모드의 비정규화된 전장 강도 I_α(k) 의 실·허수 성분이 각각 대칭·비대칭 로렌츠 형태의 가중치를 결정한다. 특히, 허수 성분 Im