광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구소는 기초기술 연구 및 광 관련 고급인력 양성의 요람이다.
이 연구소는 우리나라 연구진이 자체 기술로 만든 세계 최고 성능의 레이저 시설이라는 점에서 주목받고 있다.
국내 연구진은 고등광기술연구소 시설에 바탕을 두고 2012년 11월 세계 최초로 아토초(1000경초) 극자외선 광원을, 지난해 11월에는 레이저 기반 고에너지 입자빔을 발생시키는 데 성공했다. 최고 성능의 시설을 갖고 있는 만큼 전 세계에서도 러브콜을 받고 있다.
고등광기술연구소는 광학, 물리학 등 기초 과학기술에 바탕을 두고 생성된 과학기반산업인 광산업의 발달을 위해 지난 2001년 5월 설립됐다. 우수한 광과학과 광기술 연구진을 집중시켜 원천핵심기술과 응용기술 개발에 구슬땀을 쏟고 있다.
고등광기술연구소는 외부와 차단된 형태다. 사각형 체임버, 원통형 체임버가 설치된 연구실 안에서 전자빔, 양성자빔 발생을 실험하는 연구원들도 특수 소재의 연구복을 입어야 한다. 대부분의 실험 지시는 고출력 레이저의 위험성을 고려해 컨트롤타워에서 이뤄지고 있다.
레이저빔 연구는 세계 최고 수준이다. 이미 펨토초 초강력 레이저를 이용해 하전입자(전자양성자)를 소규모 실험실 수준에서 수 기가전자볼트(Gev·10억전자볼트), 수십 메가전자볼트(MeV)까지 가속할 수 있는 기술을 개발했다.
펨토초 페타와트 레이저 기반 하전입자 가속은 지난 10여년간 전 세계적으로 고 에너지 입자빔을 얻으려 연구 경쟁이 치열한 분야다. 소형 입자가속기와 의료용으로 활용하려면 전자는 10GeV, 양성자는 200MeV까지 가속하는 것이 필요하다.
연구진은 30펨초토 1페타와트 레이저를 2단 기체 표적과 박막형 플라스틱(F8BT) 표적에 조사해 전자 및 양성자 빔의 에너지를 크게 증대할 수 있었다.
레이저빔 기술은 현재 양성자빔을 이용한 가속기 치료기 등이 병원 등에 보급돼 암치료에 응용되고 있다. 국제 협력 프로젝트도 활성화되고 있어 지난해 프랑스팀, 체코 레이저 팀과 협력 연구를 수행한 후 올해에는 일본과도 공동연구를 추진 중이다.
연구소의 주요 역할은 핵심 원천기술 개발을 위한 기초연구에 집중돼 있다. 정보기술(IT)·생명기술(BT)·나노기술(NT)과의 융합기술을 실용화하는 레이저 광원 개발 연구를 진행 중이다. 나노광학·양자광학·비선형 광학 등 광학 전 분야를 아우르고 있다.
연구소는 레이저가 만들어내는 플라즈마를 이용해 기가전자볼트의 에너지를 가진 안정된 전자빔 가속을 달성했다.
연구소는 광섬유 레이저 핵심 기초 기술, 자외선 근접장 나노광학현미경, 초미세 레이저 가공기술, 극초단 분광기술 개발 등을 수행하고 있다.
남창희 GIST 초강력레이저과학연구단장은 “레이저빔 연구는 극한 전기장, 레이저장 상황을 만들어 다양한 물리적 현상을 연구하는 기초학문인 동시에 레이저 기반 입자 가속기와 암 치료기를 개발하는 데도 유용하게 쓰일 수 있는 분야”라고 말했다.
광주=서인주기자 sij@etnews.com