KAIST 물리학과 이한석·이용희 교수팀
브릴루앙 레이저, 100배 낮은 전력으로 작동
환경감시·헬스케어 관련 센서에도 적용 가능
향후 양자 인터넷 핵심 부품에 응용될 수 있어

브릴루앙 레이저의 제작원리, 구동원리 및 응용분야. KAIST 제공

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[파이낸셜뉴스] 한국인 과학자들이 기존보다 100배 적은 전력으로도 작동할 수 있는 초소형 레이저를 만들어냈다. 이 레이저는 주파수 흔들림이 거의 없어 자율주행차에 쓰이는 차세대 초정밀 센서에 활용이 가능하다.

한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 이한석·이용희 교수팀이 국제 공동연연구를 통해 초소형·저전력·저잡음 '브릴루앙 레이저'를 구현하는 데 성공했다고 23일 밝혔다. 브릴루앙 레이저는 같은 특성의 빛을 복제하는 '브릴루앙 산란'을 기반으로 빛을 생성, 증폭하는 레이저를 말한다.

연구진은 기존 사용 물질보다 성능이 뛰어난 칼코겐화합물 유리로 브릴루앙 레이저를 개발해 성능을 극대화했다. 연구진이 개발한 브릴루앙 레이저는 소형화와 저전력으로 작동해 상용화를 위한 필수 요소를 갖췄다.

연구진은 브릴루앙 레이저 광원 개발이 자율주행에 필요한 거리뿐만 아니라 회전관성 센서의 감도를 획기적으로 개선하는 등 차세대 광센서 개발에 널리 활용될 것으로 전망했다.

이번 연구를 주도한 이한석 교수는 "칼코겐화합물 유리는 다양한 분자의 흡수선이 존재하는 중적외선 대역에도 적용 가능해 분자 분광에 기반한 환경감시 및 헬스케어 분야까지 그 응용범위를 넓힐 수 있을 것"이라고 내다봤다. 또 최덕용 교수는 "연구 과정에서 개발된 공정기법은 다양한 물질의 이종 결합을 가능케 해 미래 양자 인터넷의 핵심 부품인 고효율 양자 광원과 양자 메모리 분야에도 응용될 수 있다"고 말했다.

칼코겐화합물 유리는 화학적 불안정성으로 인해 칩 상에서 식각을 통한 성형이 어렵다는 약점이 있다. 연구진은 얇은 막으로 입히는 과정에서 자발적으로 광 부품이 구성되는 새로운 제작법을 개발해 이 문제를 해결했다.

연구진이 개발한 방법은 겨울철 지붕 위에 쌓인 눈의 형태가 지붕의 형태에 의해 정해지므로 눈을 직접 만지지 않고서도 지붕의 형태만을 조절해 원하는 눈의 형태를 얻는 것에 비유할 수 있다. 즉, 현재 반도체 공정 기술로 가공하기 쉬운 산화규소를 이용해 바닥구조를 적절히 형성하면, 그 위에 칼코겐화합물 유리를 증착하는 것만으로도 우수한 성능의 광 부품이 자발적으로 형성되는 현상을 최초로 입증한 것이다.

연구진은 자체 개발한 제작 기법을 활용해 칼코겐화합물 유리 기반 고성능 브릴루앙 레이저를 반도체 칩 상에 초소형 광부품의 형태로 구현하는 데 성공했다. 또 기존 기록보다 100배 이상 낮은 펌프 에너지로도 레이저 작동이 가능함을 밝혔다.

삼성미래기술육성사업에 선정, 지원받은 이번 연구는 경북대 최무한 교수, 호주국립대 최덕용 교수팀과 함께 진행해 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스' 11월 23일자에 게재됐다.

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monarch@fnnews.com 김만기 기자

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