빛을 공진기에 1천배 이상 오래 가두는 기술 개발

고 이수영 경북대 교수 등 연구팀 <네이처 포토닉스> 논문
레이저용 초정밀 빛 생성 바이오센서 등에 응용 기대

연구팀의 논문이 실린 9월26일(현지시각)치 <네이처 포토닉스> 표지. 맨 위(붉은 화살표)에 이번 호의 가장 중요한 논문으로 소개돼 있다.

국내 연구진이 공진기에 빛을 1천배 이상 오래 가둬 레이저용 초정밀 빛을 생성할 수 있는 공진기 설계 기술을 개발했다.

최무한 경북대 전자공학부 교수와 민범기 한국과학기술원(카이스트) 기계공학과 교수 공동연구팀은 3일 “투명망토 연구분야의 이론적 토대인 변환광학을 이용해 초소형 레이저의 핵심소자인 고품질의 방향성 빛을 내보내는 광-공진기 설계 기술을 개발했다”고 밝혔다. 연구팀의 연구성과는 국제학술지 <네이처 포토닉스> 9월26일(현지시각)치에 표지 주요논문으로 실렸다.

중국 베이징 인근 천단공원의 회음벽이나 영국 세인트바울성당 돔에서 작은 소리를 내면 벽을 따라 멀리 떨어진 맞은 편에까지 들리는 원리처럼, 빛도 원형의 공진기에서 경계면을 따라 오랜 시간 갇혀 있는 현상이 생긴다. 이를 ‘속삭임의 회랑 모드’라 하는데, 바울성당의 돔 주위에 그림을 전시한 갤러리(회랑)에서 유래했다. 빛이 공진기에 오래 갇혀 있으면 품질 곧 분해능이 높아진다. 문제는 원형 공진기에서는 빛이 계속 반사돼 빼내오지 못하고, 찌그러뜨린 공진기에서는 빛이 오랜 시간 머물지 못해 고품질의 빛을 얻을 수 없다는 데 있었다.

빛을 1천배 이상 오래 가두는 광-공진기 설계기술을 개발한 연구팀. 왼쪽부터 최무한 경북대 전자공학부 교수, 민범기 한국과학기술원 기계공학과 교수(이상 공동 교신저자), 고 이수영 경북대 교수, 김유신 학생, 유정완 기초과학연구원 연구원(이상 공동 제1저자). 경북대 제공

연구팀은 변환광학을 이용해 찌그러진 공기진에서도 빛이 기존보다 1000배 오랜 시간 머물도록 하고, 품질이 높아진 빛을 한쪽 방향으로 나올 수 있도록 설계한 광-공진기 설계 기술을 개발했다. 변환광학은 빛이 굴절하는 정도를 조작해 빛의 경로를 조절하는 메타물질 연구의 한 분야이다. 이런 메타물질을 이용하면 투명망토를 만들 수 있다. 연구팀은 2012년부터 본격적인 연구를 시작했으나 연구를 주도해오던 논문의 공동 제1저자인 이수영 경북대 교수가 2014년 뇌졸중으로 사망하면서 한때 위기를 맞기도 했다. 최무한 교수는 “독일 막스플랑크연구소에서 공진기를 연구하던 이수영 교수 등이 참여해 마이크로 공진기 분야의 오랜 난제를 풀 수 있었다. 광-공진기 설계 기술은 혈액 속의 표적분자를 추적한다든지, 초정밀 가스센서, 암 분자 검출기 등에 응용되는 등 초소형 단방향 레이저 설계의 핵심 원천기술이다”라고 말했다.

이근영 선임기자 [e-mail]