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0.001mm 공간에 빛 가두는 이론 나왔다...나노레이저 등 응용 기대

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0.001mm 공간에 빛 가두는 이론 나왔다...나노레이저 등 응용 기대

2020.08.19 11:59
GIST 연구팀, 광결정 이용 기술 빛 속박 이론 규명
왼쪽은 빛이 박막도파로 광결정에 갇혀 있는 모습이다. 오른쪽은 박막도파로 광결정위로 방출되는 모습이다. GIST 제공
왼쪽은 빛이 박막도파로 광결정에 갇혀 있는 모습이다. 오른쪽은 박막도파로 광결정위로 방출되는 모습이다. GIST 제공

미세한 공간에 빛을 가둘 수 있는 이론적 원리가 규명됐다. 새로운 광소재 개발에 응용해 나노 레이저의 효율을 높이거나 보안성 높은 미래 통신 기술인 양자암호통신 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.


광주과학기술원(GIST)은 기철식 고등광기술연구소 집적광학연구실 수석연구원과 이성구 연구원팀이 빛을 0.001mm 두께의 얇은 막을 이용한 구조를 이용해 빛을 영원히 가둘 수 있는 상태를 만들 수 있음을 이론적으로 밝히고 원리를 규명했다고 19일 밝혔다. 


연구팀은 두께가 0.001mm인 얇은 막으로 빛을 가둬 전파시킬 수 있는 ‘박막도파로’ 광결정에 주목했다. 광결정은 굴절율이 주기적으로 변하는 구조물로 특정 주파수 영역의 빛을 강하게 반사하는 성질이 있다. 연구팀은 서로 다른 특성을 지닌 박막도파로를 결합시켜서 빛을 그 안에 영원히 가둘 수 있게 만들 수 있다는 사실을 입증했다.


박막도파로는 중심을 기준으로 자기장이 위아래로 대칭인 모드와 비대칭인 모드가 있는데, 연구팀은 서로 같은 대칭성을 갖는 모드 사이에서 소멸간섭이라는 현상이 나타나고 이 경우 빛 알갱이가 미세한 공간에 갇히는 상태가 형성된다는 사실을 이론적으로 밝혔다.

 

이렇게 입자가 미세한 공간에 갇힌 상태를 속박상태라고 한다. 보통 에너지가 바닥상태(속박에너지)보다 큰 입자는 불안정해 속박상태를 보이지 않는데, 에너지가 여러 수준(준위)에 걸쳐 있는 빛 알갱이(광자)가 광결정에서 이런 현상을 발생시킨다는 사실이 최근 발견됐다. 연구팀은 이 현상을 생성해 다양한 광구조물에 적용할 가능성을 열었다.

 

연구를 이끈 GIST 연구진이 한 자리에 모였다. 왼쪽부터 기철식 수석연구원, 이성구 연구원, 김성한 연구원이다. GIST 제공
연구를 이끈 GIST 연구진이 한 자리에 모였다. 왼쪽부터 기철식 수석연구원, 이성구 연구원, 김성한 연구원이다. GIST 제공

연구팀은 “광결정 나노레이저나 고감도 광센서, 양자암호통신기술 개발 등에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 나노광학 분야 국제학술지 ‘나노포토닉스’ 3일자에 발표됐다.

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