국내 연구진이 변형된 공진기에 빛을 1000배 이상 오래 가두는 방법을 개발했다. 고효율 초소형 레이저 개발에 단초를 제공했다는 평가다.
최무한 전자공학부 교수와 민범기 카이스트 기계공학과 교수 연구팀은 투명망토 연구분야의 이론적 토대인 변환광학을 이용, 초소형 레이저의 핵심소자인 고품질 방향성 빛을 내보내는 광공진기 설계기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
광공진기는 공진현상을 이용해 특정 진동수의 전자기파를 일정시간 동안 가두어주는 장치이다. 기존 광공진기를 원형으로 만들면 매우 오랫동안 머무라는 빛이 얻어진다는 것은 알려져있지만 공진기 밖으로 빠져 나오는 빛은 모든 방향으로 균일해 성능이 저하되는 단점이 있었다.
연구팀은 변환광학을 이용해 매우 높은 품위값과 빛의 방출 방향성을 동시에 갖는 방법을 개발했다. 이를 통해 기존보다 1000배 이상 공진기안에 빛이 오랫동안 머물도록해 높은 주파수 분해능을 갖는 고품질 빛이 한쪽 방향으로만 나올수 있게 하는 광공진기 설계 원리를 찾아냈다.
이번 연구는 광 기반 바이오 및 가스센서의 측정 정밀도를 수천배 이상 끌어올릴 수 있는 초소형 단방향 레이저 설계 핵심 원천기술이라는 점에서 의미가 크다. 또 최근 활발히 연구되고 있는 메타물질 분야와 초소형 광공진기 연구분야를 융합한 최초 연구결과라는 점도 주목받을 만하다.
최무한 교수는 “이번 연구성과는 차세대 광-정보처리 소자 설계의 원천기술이다. 앞으로 고효율 초소형 레이저, 차세대 광-바이오센서 개발 등에 적용될 수 있으며, 음파, 탄성파 등 다양한 물리적 파동에서 발생하는 공진 모드를 설계하는 방법론으로 확장되면 재료공학, 나노과학연구에 영향을 줄 수 있다”고 말했다.
이 연구성과는 교육부 이공학개인기초연구지원사업(기본연구), 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행되었다. 최근에는 관련 논문이 세계적인 학술지 `네이처 포토닉스(Nature Photonics)`에 게재되었고 표지에도 소개됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
