박홍규 서울대 교수팀 구현 성공
'디스클리네이션 광공진기' 개발
"편광 특성도 원하는 대로 제어"
국제 학술지 게재 "연구 큰 가치"
세계에서 가장 작으면서 성능은 기존 장치를 뛰어넘는 초소형 소용돌이 나노레이저가 개발됐습니다.

오늘(28일) 과학기술정보통신부에 따르면 박홍규 서울대 교수 연구팀은 호주국립대학교 키브샤 교수팀과 공동 연구로 고효율·고성능 초소형 나노레이저 기술 개발에 성공했습니다.

최근 광학 분야에서는 빛이 회전하는 정도인 각운동량을 조절하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

빛의 각운동량을 조절하면 대용량 광통신 등 여러 분야에 응용할 수 있기 때문입니다.

기존에는 빛이 각운동량을 갖게 하는 필터와 레이저 장치를 결합하는 방법을 이용했는데, 이는 기기 크기가 머리카락 한 가닥 두께인 수십 마이크로미터(㎛, 1㎛는 100만 분의 1m) 이상으로 크기가 크고 성능이 떨어지는 한계가 있었습니다.

또 작은 에너지에도 동작하는 초소형 레이저 장치는 성능은 뛰어나지만 각운동량을 가질 수 없어 이전에 보고된 연구와는 완전히 다른 접근이 필요한 상황이었습니다.


이에 연구팀은 응집물리학과 광학에서 전자와 빛을 기술하는 계산식이 유사하다는 점에 착안해 레이저 장치에 필요한 광공진기를 독창적인 방법으로 설계해 문제 해결의 실마리를 찾았습니다.

연구팀은 인공 결정체에서 원자의 위치에 원자 대신 공기구멍을 넣는 방법으로 새로운 레이저 구조인 '디스클리네이션 광공진기'를 개발하고, 레이저에서 나오는 빛이 돌아가는 소용돌이 나노레이저를 구현하는 데 성공했습니다.

개발된 광공진기의 크기는 그동안 학계에 보고된 것에 비해 3.75배 더 작고, 레이저 효율은 24배 늘어난 것으로 나타났습니다.

박 교수는 "개발된 나노레이저는 편광 특성까지 원하는 대로 제어할 수 있어 새로운 고집적 광자·양자 회로 연구에 그 가치가 매우 클 것으로 예상된다"고 밝혔습니다.

한번 이번 연구 결과는 이날 국제 학술지 '네이처 포토닉스'에 게재됐습니다.


JIBS 제주방송 김재연(Replaykim@jibs.co.kr) 기자
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