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KAIST, 비공진 방식 레이저 원천 기술 개발

다양한 파장·광 특성…의료·국방 등 활용 기대

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2021-01-12 13:00 송고
실험에서 구현한 ‘빛 통발’ 형태의 레이저 캐비티(사진제공:KAIST)© 뉴스1

기존에 활용할 수 없었던 소자와 재료로 레이저를 구현할 수 있는 새로운 비공진 방식의 레이저 제작기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

12일 KAIST에 따르면 물리학과 박용근, 이상민, 신소재공학과 김도경 교수 공동연구팀은 불투명한 이득 물질(gain material)에서도 빛을 가둘 수 있는 공진기 구조를 내부에 만드는 새로운 방식의 레이저를 개발했다.

마치 `통발' 형태의 공간에서 빛이 갇힌 채로 주변 이득 물질에 의해 계속 산란되면서 증폭되는 원리다.

이 새로운 레이저는 이득 물질이 꼭 투명할 필요가 없으므로 다양한 불투명 소재들을 활용해 새로운 레이저를 만들 수 있다.

박용근 교수 연구팀은 크리스탈 구조로 만들 수 없는 소재로 레이저를 구현하기 위해 공진기 사방을 모두 산란체로 막는 아이디어를 구상했다.

물고기 통발의 구조처럼 산란체로 사방이 막혀있고 좁은 입구를 가진 `빛 통발' 형태의 텅 빈 공간을 공진기로 활용하는 방식이다.

연구팀은 불투명한 이득 물질로 제작된 산란체 내부에 작은 공간을 파내어 레이저 공진 공간을 만들었다.

이렇게 만들어진 구형 공간의 벽면에서 빛이 반사될 때마다 증폭하도록 제작했다.

연구팀은 제안한 형태의 `빛 통발'에서 성공적인 레이저 발진을 구현하는 데 성공했다.

왼쪽부터) 이겨레 박사, 김도경 교수, 이상민 교수, 박용근 교수(사진제공:KAIST)© 뉴스1

3차원 공간에서 무작위로 형성되는 공동 내 빛의 경로 때문에, 구현된 레이저는 일반적인 공진(resonant) 기반 레이저와 다르게 비공진(non-resonant) 형태로 발진 됐다.

연구팀이 개발한 레이저의 가장 큰 특징은 투명한 이득 물질을 필요로 하지 않는다는 점이다.

새로운 소재를 레이저 이득 물질로 활용할 수 있으므로 레이저에서 나오는 빛의 파장을 크게 확장할 수 있고, 국방 목적과 같은 고출력 레이저로도 활용될 수 있다.

KAIST 물리학과 이겨레 박사, 신소재공학과 마호진 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈' 1월4일자에 게재됐다.


km5030@news1.kr

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