광쌍안정성 (Optical Bistability)
한 줄 정의: 같은 입력광 세기에서 출력광이 두 가지 안정한 값 중 하나를 가지며, 이전 상태에 따라 결정되는 현상입니다.
쉽게 풀면
입력 빛을 서서히 세게 하면 어느 순간 출력이 갑자기 커지고, 다시 약하게 하면 더 낮은 세기에서야 출력이 떨어집니다. 그래서 중간 세기 구간에서는 출력이 '높은 상태'와 '낮은 상태' 둘 다 가능하고, 어느 쪽인지는 이전 이력에 달려 있습니다. 이런 이력(히스테리시스) 특성이 광쌍안정성입니다.
왜 중요한가
빛으로 0과 1을 저장하는 광메모리, 광스위치, 광논리소자 연구의 기반 개념입니다. 마이크로링·광결정 공진기의 열광학·커 비선형 응답을 분석하는 논문에서도 자주 관측·보고됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"실리콘 마이크로링 공진기에서 입력 파워 증가·감소 시 투과 스펙트럼이 서로 다른 경로를 따르는 열광학 쌍안정성이 관측되었다."
공진기가 빛에 의해 데워지며 공진이 이동해, 올릴 때와 내릴 때 결과가 달라지는 이력 현상이 보였다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
일반적으로 비선형 매질(세기에 따라 굴절률이나 흡수가 변함)과 되먹임(공진기)이 함께 있어야 합니다. 굴절률 변화에 의한 분산형 쌍안정성과 흡수 포화에 의한 흡수형 쌍안정성으로 나뉩니다. 공진기 미세도가 높을수록 낮은 파워에서 나타나지만, 열 효과에 의한 쌍안정성은 응답이 느리다는 한계가 있습니다.
주의할 점
측정에서 보이는 삼각형 모양 공진 스펙트럼이 반드시 빠른 광학 비선형에 의한 것은 아니며 열 효과인지 구분해야 합니다. 광학 커효과 항목이 세기 의존 굴절률 자체를 다룬다면, 이 항목은 그 비선형성이 되먹임과 결합해 생기는 두 상태 현상입니다.