국내 연구팀이 타이타늄 사파이어 레이저를 이용해 세계 최고 출력기록을 달성하는 데 성공했다.
미국 · 일본 · 유럽 등의 연구진을 제치고 초강력 레이저 개발 경쟁에서 우위를 차지한 값진 연구결과로 평가받고 있다.
광주과학기술원(GIST · 총장 선우중호) 고등광기술연구소(소장 이인원) 이종민 교수팀은 극초단 레이저 펄스를 효과적으로 증폭시키는 펄스증폭기술(CPA)을 채택한 타이타늄 사파이어 레이저 시스템으로부터 레이저의 펄스폭 30펨토초(fs · 1000조분의 1초), 펄스당 에너지 30줄(Jule) 이상을 얻었으며 최종적으로 1페타와트(Petawatt, 1000조 와트)이상의 최고치인 첨두출력을 달성했다고 14일 밝혔다.
이 같은 연구결과는 지난 2000년 초 일본광양자연구센터가 기록한 세계 최고기록 0.87페타와트를 갱신한 것으로, 광학 및 레이저 분야 최고 전문지인 `옵틱스 레터스(Optics Letters)` 9월 15일자에 소개된다.
특히 이 교수팀은 기존 핵융합을 발생시키는 네오디뮴 글래스(Nd Glass)를 이용한 페타와트급 출력이 나노초(10억분의 1초)인데 반해 이 보다 100만배 더 짧은 펨토초에 최고 출력을 달성했다는 점에서 의미가 있다고 설명했다. 연구팀이 채택한 타이타늄 사파이어 레이저를 이용한 초강력 레이저 제작과 이를 이용한 펨토과학 기술은 향후 노벨상 수상이 유력한 분야로 꼽히고 있다.
이 교수팀은 지난 2003년부터 지식경제부의 지원으로 극초단 광양자빔 연구시설 설치 및 운영사업을 수행하면서 펨토초 초강력 레이저를 개발해왔다. 펨토초 초강력 레이저를 물체에 입사시켜 발생하는 다양한 2차 선원을 이용할 경우 너무 작고 빨라서 눈으로 볼 수 없는 미시 세계의 현상을 관찰할 수 있게 된다. 또 원자 · 전자 · 반물질 · 쿼크 등의 입자들의 생성과 가속, 우주 천체 물리, 핵물리 등의 관련 분야 및 학문 발전에도 크게 기여할 수 있다.
이 교수는 “과거에는 이러한 페타와트 이상의 레이저 출력을 달성하기 위해서는 축구장 규모의 공간이 필요했지만 이번에 개발된 펨토초 초강력 레이저는 펄스폭이 아주 짧아 작은 실내체육관 규모에서도 출력을 낼 수 있는 차세대 레이저 시스템”이라며 “펨토초 초강력 레이저를 이용해 초소형 전자가속기 실용화 개발, 의료용 소형 양성자 및 이온 가속기 실용화 개발, 의료 및 과학용 고분해능 X선 레이저 현미경 실용화 개발, X선 레이저 실용화 및 응용 기술 개발 등에 적극 나설 것”이라고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.co.kr
