한국 연구팀 세계에서 가장 작은 고효율 초소형 나노레이저 개발

한국 연구팀 세계에서 가장 작은 고효율 초소형 나노레이저 개발

한국 연구팀은 세계에서 가장 작은 고효율 초소형 나노레이저를 개발하였습니다. 서울대학교 박홍규 교수 연구팀과 호주 국립대학 키브샤 교수 연구팀의 협력으로 디스클리네이션 광공진기를 개발하였고, 이 장치를 통해 관찰된 레이저는 그동안 하계에 보고된 레이저보다 3.75배 작고 효율은 24배 높았습니다. 이 연구 결과는 네이처 포토닉스에 개제되었습니다.

 

목차

국내 연구팀 초소형 고효율 레이저 개발

초소형 레이저 개발의 중요성

광공진기로 초소형 고효율 레이저 개발

 

국내 연구팀 초소형 고효율 레이저 개발

한국의 연구팀이 세계에서 가장 작은 고효율 초소형의 나노레이저를 만들어냈습니다. 이 연구는 서울대학교 박홍규 교수 연구팀과 호주 국립대학 키브샤 교수 연구팀의 협력으로 이루어졌으며, 발표된 연구결과는 국제 학술지 네이처 포토닉스에서 확인할 수 있습니다.

빛의 특성을 제어하는 연구는 최근 첨단과학 분야에서 매우 중요한 주제로 각광받고 있습니다. 빛의 운동량을 조절하여 광통신이나 양자 정보통신 등 다양한 분야에 유용하게 사용될 수 있기 때문에 많은 과학자들이 새로운 레이저 개발에 노력을 기울이고 있습니다.

 

초소형 레이저 개발의 중요성

레이저의 기존 사용 방식은 필터와 레이저를 합친 방식으로 크기가 수십 마이크로미터 이상이었으며 성능은 낮았습니다. 초소형 레이저 장치의 경우에는 작은 에너지로도 작동할 수 있기는 했지만 현재까지 각운동량의 특성까지 초소형 레이저 빛에 담는 사례는 없었습니다.

** 각운동량 : 회전하는 물체의 운동량

 

빛의 각운동량을 계산하고 조절하는 것은 레이저 개발의 중요한 부분입니다. 다른 각운동량을 가진 빛을 사용하여 통신한 경우 동시에 전송되는 데이터의 양을 증가시킬 수 있어 대용량 광통신이 가능해집니다.

 

광공진기로 초소형 고효율 레이저 개발

연구팀은 광공진기라는 장치를 개발했습니다. 연구팀이 개발한 디스클리네이션 광공진기는 인공 결정체에서 원자의 위치에 원자 대신 공기구멍을 넣은 것입니다. 응집물리학에서 전자를 계산하는 법과 광학에서 빛을 계산하는 방법이 유사하다는 아이디어에서 착안하여 개발하였습니다.

** 디스클리네이션 : 결정체 속 원자 배열에 교란이 생기는 현상

 

연구팀은 개발한 디스클리네이션 광공진기를 사용하여 레이저 빛을 관측하였고, 이 결과 다양한 궤도의 각운동량을 가지며 소용돌이 모양으로 돌아가는 레이저가 생기는 것을 확인하였습니다. 이 소용돌이 레이저는 디스클리네이션 광공진기를 통해 처음으로 성공적으로 만들어진 초소형 광원입니다.

디스클리네이션 광공진기의 레이저는 그 동안 학계에 보고된 레이저 보다 3.75배 작고, 효율은 24배 개선되었습니다. 또한, 소형으로 일부 구조적 결함이 발생해도 빛의 손실이나 변형이 없었습니다.

 

소용돌이 레이저 개념도