(왼쪽부터)논문 커버, 전 가시광 영역에서 발생한 레이저 스펙트럼 데이터와 레이저 발생 사진, 경상국립대 정미윤 교수(제1저자 및 교신저자).(사진=경상국립대 제공)

레이저는 많은 분야에서 활용돼 오고 있으며 정밀한 측정과 연구를 요구하는 첨단 분야에서도 아주 중요한 광학 소자 가운데 하나다. 특히 파장가변 레이저 개발의 필요성은 증가하고 있으나 연속 파장가변이 가능한 넓은 스펙트럼 영역을 확보하기가 어렵고 고가의 경비가 요구되며 제작하기에도 많은 시간이 소요된다.

경상국립대학교 자연과학대학 물리학과 정미윤 교수팀(최현종 석사과정, 남영우 교수, 알바트레이스 곽금철 박사 공동 연구)은 광자결정(photonic crystal)인 콜레스테릭액정(cholesteric liquid crystal, CLC)이 채워진 웨지형태의 CLC 웨지셀(wedge cell)에 단 한 번의 낮은 전압(< 6Vrms)을 인가해 이 CLC 셀 내의 웨지방향으로 전기장 세기 구배(electric field gradient)를 형성해 온도 구배를 형성함으로써 가시광선 전체 범위(450~673nm)에서 연속적으로 레이저의 파장을 조정 가능한 레이저 어레이를 단 10분 이내에 구현하는 데 세계 최초로 성공했다.

또한 연구팀은 CLC 셀 내에서 형성되는 광 밴드갭(photonic bane gap)의 위치를 500nm 이상의 파장 영역에서 조정이 가능함을 보였다. 이 광학적 특성을 이용하면 파장가변 레이저뿐만 아니라 다기능성(Multifunctional) 광학 소자(원형 편광기, 광 밴드 패스 필터, 광 노치필터, 미러 등의 기능을 동시에 가짐)를 만들 수 있다.

이 연구 결과는 국내 특허등록을 완료해 원천기술 권한을 확보했고 레이저 소자 생산 비용을 획기적으로 낮출 수 있고 레이저 성능과 효율은 높임으로써 상용화 가능성을 높였다.

이 기술은 앞으로 능동 파장가변 레이저를 필요로 하는 광(光)산업(파장가변 레이저, 광통신 시스템, 분광학, 센서, 의료 진단 등)의 혁명적인 발전을 가져올 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구 결과는 2024년 7월 국제 저명 학술지 《레이저 및 포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews》(Research article, Citation Impact(2023 CiteScore (Scopus): 14.2, 2023 Journal Impact Factor (Clarivate): 9.8)에 게재됐다. 또한 이 논문의 우수성과 가치를 인정받아 저널의 뒤표지(백 커버: Back Cover)로 선정돼 온라인에 게재됐다.

이 연구는 한국연구재단(NRF)의 기초과학 연구프로그램의 ‘지역 우주과학자 과제’로부터 지원받아 수행했다.