[대학저널 정성민 기자] 국내 연구진이 변환광학(좌표 변환에 따른 굴절률 공간 제어를 통해 빛 경로를 조절하는 메타물질 연구 분야)을 이용, 초소형 레이저 핵심소자인 광-공진기 설계 기술 개발에 성공했다.
주인공은 최무한 경북대 교수와 민범기 KAIST 교수 공동연구팀. 광-공진기는 공진현상(어떤 계의 고유 진동 수가 외부 구동파 진동 수와 일치할 때 파의 진폭이 크게 증가하며 진동이 오래 지속되는 현상)을 이용해 특정 진동 수의 전자기파(빛)를 일정 시간 동안 가두는 장치다. 현재 광-공진기를 원형으로 만들면 매우 오래 머무르는 빛(속삭임의 회랑 모드)이 얻어진다는 것은 잘 알려져 있다. 그러나 공진기 밖으로 빠져 나오는 빛이 모든 방향으로 균일해 성능이 저하되는 단점도 있다.
연구팀은 변환광학을 이용, 매우 높은 품위값(빛이 공진기 안에 얼마나 오랫동안 갇혀있는가를 나타내는 정량적 지표)과 빛의 방출 방향성을 동시에 갖는 변형된 속삭임의 회랑 모드를 구현하는 방법을 개발했다. 이를 통해 기존 대비 1000배 이상 공진기 안에 빛이 오랫동안 머물도록 함으로써 높은 주파수 분해능을 갖는 고품질의 빛이 한쪽 방향으로만 나올 수 있도록 하는 광-공진기 설계 원리를 최초로 제시했다.
최 교수는 "이번 연구성과는 차세대 광-정보처리 소자 설계의 원천기술"이라면서 "앞으로 고효율 초소형 레이저, 차세대 광-바이오센서 개발 등에 적용될 수 있다. 음파, 탄성파 등 다양한 물리적 파동에서 발생하는 공진 모드를 설계하는 방법론으로 확장되면 재료공학, 나노과학 등에 영향을 줄 수 있을 것"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 교육부 이공학개인기초연구지원사업(기본연구), 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 글로벌프론티어사업의 지원으로 수행됐다. 세계적 학술지 <네이처 포토닉스(Nature Photonics)> 9월 26일자에 연구논문이 게재됐다.
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