한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 박용근·이상민 물리학과 교수, 김도경 신소재공학과 교수 공동연구팀이 기존에는 활용할 수 없었던 소자와 재료로 레이저를 구현할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
보통 레이저는 거울 등을 이용해 빛을 가두는 구조(공진기) 내부에 빛을 증폭시키는 레이저 소재(이득 물질)을 배치하는 방식이다. 공진기 내부에서 빛 경로가 일정하게 유지돼야 작동한다. 매우 투명한 크리스탈 구조 이득 물질에서만 레이저가 구현될 수 있었다. 한정된 소재를 써야 했다.
연구팀은 불투명한 이득 물질을 활용할 수 있는 길을 찾았다. 마치 통발과 같은 형태를 가진 공간에 빛을 가두고, 주변 이득 물질이 이 빛을 산란시켜 증폭하는 원리다. 이득 물질이 투명할 필요가 없다. 다양한 불투명 소재들을 활용, 새로운 레이저를 만들 수 있다.
박용근 교수팀이 공진기 사방을 모두 산란체로 막는 아이디어를 구상했다. 물고기 통발처럼 산란체로 사방이 막혀있고, 좁은 입구를 가진 공간을 공진기로 활용했다.
연구팀은 불투명한 이득 물질로 만든 산란체 내부에 작은 공간을 파내, 레이저 공진 공간을 만들었다. 이를 활용해 만든 레이저는 비공진(non-resonant) 형태다.
연구팀은 새로운 소재를 레이저 이득 물질로 활용할 수 있게 되면서, 레이저 빛 파장을 크게 확장하거나, 국방 목적 고출력 레이저 활용도 가능해졌다고 설명했다.
공동 제1 저자이자 교신저자인 이겨레 KAIST 물리학과 박사는 "구현 레이저는 비공진 레이저면서 동시에 높은 에너지 효율과 방향성을 가진다“며 ”기존에는 레이저로 활용하지 못했던 새로운 재료로 레이저를 발진시킬 수 있어 의료, 생명과학, 산업기술, 국방 등 여러 분야 적용이 가능할 것으로 기대한다“고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
