한국 연구진 세계에서 가장 작은 고성능 나노레이저 개발
한국 연구진 세계에서 가장 작은 고성능 나노레이저 개발
국내 연구팀이 세계에서 가장 작은 고효율·초소형 나노레이저를 개발하는 데 성공했다.
빛의 특성을 제어하는 방법은 최근 첨단과학 분야에서 각광받는 연구 주제다.
빛의 각운동량을 조절해 대용량 광통신이나 양자 정보통신 등 여러 분야에 응용할 수 있기 때문이다.
많은 연구자가 빛을 증폭하는 장치인 레이저 개발에 몰두하는 이유다.
과학기술정보통신부(과기정통부)는 박홍규 서울대 물리천문학부 교수 연구팀이 호주국립대 키브샤 교수 연구팀과
공동으로 세계에서 가장 작은 고효율·고성능 나노레이저를 개발하는 데 성공, 27일(현지시간) 국제 학술지 ‘네이처 포토닉스’에 발표했다고 밝혔다.
기존에 필터와 레이저 장치를 결합하는 방법으로 사용하던 레이저는 크기가 수십 마이크로미터(㎛)이상으로 크면서도 성능이 낮았다.
초소형 레이저 장치의 경우 작은 에너지에도 동작했지만, 회전하는 물체의 운동량인
각운동량의 특성까지 초소형 레이저 빛에 담는 것은 이제껏 성공한 사례가 없었다.
빛의 각운동량을 계산·조절하는 것은 레이저 개발의 핵심이다.
각운동량이 다른 빛들을 이용해 통신할 경우 동시에 송출되는 데이터의 양을 늘릴 수 있어 대용량 광통신을 가능케 한다.
연구팀은 레이저의 빛을 구현하기 위해 필요한 빛을 가둬놓는 장치인 ‘광공진기’를 개발했다.
특히 연구팀이 개발한 것은 인공 결정체에서 원자의 위치에 원자 대신 공기구멍을 넣은 ‘디스클리네이션 광공진기’다.
응집물리학과 광학에서 각각 전자와 빛을 계산하는 방법이 유사하다는 점에 착안했다.
디스클리네이션(회전 어긋나기)은 결정체 속 원자 배열에 교란이 생기는 것을 말한다.
연구팀이 제작한 광공진기를 통해 레이저 빛을 관측했더니 0, 1, 2 등이 다양한 궤도 각운동량을 가지며 시계 또는
반시계 방향으로 돌아가는 소용돌이 레이저 빛이 생김을 확인했다.
이 소용돌이 레이저는 디스클리네이션 광공진기를 통해 생성하는 데 처음으로 성공한 초소형 광원이다.
이번 광공진기의 크기는 그동안 학계에 보고된 것에 비해 3.75배 더 작고 레이저의 효율은 24배 늘어났다.
크기가 작음에도 불구하고 구조적 결함이 발생해도 빛의 손실이나 변형이 발생하지 않았다.
박 교수는 “디스클리네이션 공진기라는 새로운 레이저 구조를 개발하고 초소형 소용돌이 나노레이저를 처음 선보인 데 의의가 있다”며
“새로운 나노레이저는 편광 특성까지 원하는 대로 제어할 수 있어 새로운 고집적 광자·양자회로 연구에 그 가치가 매우 클 것으로 예상된다”라고 밝혔다.
과학기술정보통신부(과기정통부)는 박홍규 서울대 물리천문학부 교수 연구팀이 호주국립대 키브샤 교수 연구팀과
공동으로 세계에서 가장 작은 고효율·고성능 나노레이저를 개발하는 데 성공, 27일(현지시간) 국제 학술지 ‘네이처 포토닉스’에 발표했다고 밝혔다.
기존에 필터와 레이저 장치를 결합하는 방법으로 사용하던 레이저는 크기가 수십 마이크로미터(㎛)이상으로 크면서도 성능이 낮았다.
