투명망토 원리 이용해 빛 오래 가두는 공진기 개발

경북대 최무한 교수팀, 초소형 레이저·광 바이오센서에 적용

국내 연구진이 '투명망토'의 원리를 이용해 빛을 오랫동안 가둘 수 있는 공진기 기술을 개발했다.

한국연구재단은 경북대 최무한 교수·KAIST(한국과학기술원) 민범기 교수 공동연구팀이 투명망토 이론을 이용해 '광-공진기' 설계기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

광-공진기는 공진현상(특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상)을 이용해 특정 진동수의 전자기파나 빛을 일정시간 가두는 장치로, 레이저의 핵심 소자이다.

빛을 오랫동안 가두기 위해 공진기를 원형으로 만들어 천장이 둥근 실내 공간에서 작은 소리까지 멀리 잘 전달되는 원리인 '속삭임의 회랑(whispering gallery mode)'을 일으키는 기술이 사용되고 있다.

하지만 공진기 밖으로 빠져나오는 빛이 모든 방향으로 같아 성능이 떨어진다는문제가 있었다.

연구팀은 투명망토에 쓰이는 '변환 광학' 이론을 이용해 원형 공진기 안에서도빛이 한쪽 방향으로만 나올 수 있도록 설계했다.

변환 광학은 굴절률을 제어해 빛의 경로를 조절하는 연구 분야로, 투명망토와같은 '메타물질'(자연계에 존재하지 않는 새로운 광학특성을 가진 물질)을 제작하는원리로 쓰인다.

변환 광학의 원리를 이용해 공진기 내부의 굴절률 분포를 조절하면, 원형이 아닌 형태의 공진기에서도 속삭임의 회랑 효과를 낼 수 있다고 연구팀은 설명했다.

기존 공진기에 비해 빛이 머무르는 시간이 1천배 이상 길고, 주파수 분해능이높은 고품질의 빛을 한쪽 방향으로만 내보내는 것이 가능하다.

앞으로 정밀도가 높은 초소형 레이저 기술이나 차세대 광·바이오 센서 기술에적용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 교육부 이공학개인기초연구지원사업(기본연구), 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 글로벌프론티어사업의 지원을 받았다. 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 포토닉스'(Nature Photonics) 지난달 26일자 표지논문으로 실렸다.

최무한 교수는 "변환 광학 분야와 광-공진기 연구 분야를 융합한 최초의 사례"라면서 "음파·탄성파 등에 적용해 공진 모드를 설계하면 재료과학·나노과학 등에도활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>