KAIST '불투명 소재' 활용 새 비공진 방식 레이저 제작기술 개발

'빛 통발'형태의 비공진 방식 레이저 원천기술
다양한 파장과 광 특성으로 의료, 생명과학, 국방 등 활용범위 커

[대전=뉴시스] KAIST가 구현한 '빛 통발' 형태의 레이저 캐비티. 이득물질로 제작한 산란체 표면에 반구 형태의 캐비티와 반원통 형태의 채널을 제작했다.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 물리학과 박용근·이상민 교수, 신소재공학과 김도경 교수 공동연구팀이 새로운 비공진 방식의 레이저 제작기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

일반적인 레이저는 거울 등을 이용해 빛을 가두는 공진기 내부에 빛을 증폭시키는 소재(이득 물질)를 배치하는 방식으로 제작된다.

하지만 이 방식은 공진기 내부에서 빛의 경로가 일정하게 유지돼야 레이저가 작동하기 때문에 매우 투명한 크리스탈 구조의 이득물질에서만 레이저가 구현될 수 있어 특수한 소재가 필요하다.

이번에 KAIST 공동연구팀은 불투명한 이득 물질에서도 빛을 가둘 수 있는 새로운 방식의 레이저를 개발했다.

빛이 공간에 갇힌 채 주변 이득 물질에 의해 계속 산란되면서 증폭되는 원리를 이용한 새로운 레이저 기술은 기존에 이득 물질로 사용되지 못했던 다양한 불투명 소재들을 활용할 수 있다.

연구팀은 크리스탈 구조로 만들 수 없는 소재로 레이저를 구현키 위해 공진기 사방을 모두 산란체로 막았다.

연구팀 관계자는 "물고기 통발의 구조처럼 산란체로 사방이 막혀있고 좁은 입구를 가진 '빛 통발' 형태의 텅 빈 공간을 공진기로 활용하자는 아이디어에서 시작했다"며 "불투명한 이득 물질로 제작된 산란체 내부에 작은 공간을 파 레이저 공진 공간을 만들고 이렇게 만들어진 구형 공간의 벽면에서 빛이 반사될 때마다 증폭토록 한 것"이라고 설명했다.

연구팀은 빛 통발에서 성공적인 레이저 발진을 구현하는 데도 성공했다. 3차원 공간에서 무작위로 형성되는 공동 내 빛의 경로 때문에 구현된 레이저는 일반적인 공진(resonant) 기반 레이저와 다르게 비공진(non-resonant) 형태로 발진된다.

연구팀의 이번 레이저는 불투명한 성질 때문에 기존 레이저 이득 물질로 활용되지 못했던 다양한 소재들을 활용할 수 있어 레이저 빛의 파장을 크게 하거나 고출력 레이저로도 적용이 가능해 의료나 생명과학, 국방 등 다양한 분야서 활용될 수 있다.

KAIST 물리학과 이겨레 박사, 신소재공학과 마호진 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 4일로 게재됐다. 논문명 : Non-resonant power-efficient directional Nd:YAG ceramic laser using a scattering cavity.

이겨레 박사는 "구현된 레이저는 비공진 레이저이면서 동시에 높은 에너지 효율과 방향성을 갖는다"며 "기존 레이저로 활용하지 못했던 새로운 재료로 레이저를 발진시킬 수 있어 다양한 파장과 광 특성을 가진 새로운 소자 개발이 가능하고 이를 통해 여러 분야로 적용이 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.

☞공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com