NRF, ‘나노레이저’ 개발

제작된 레이저 구조 = 제작된 사각격자(붉은색 표시) 레이저 구조의 전자현미경 사진. 사각격자의 네 모서리 부분에서 모서리 상태가 나타나며 이들 상태가 서로 가까워지면 결합go 새로운 상태가 나타난다. [사진 = NRF]

소모전력을 크게 낮춘 ‘나노레이저’가 개발됐다. 새로운 나노광학 분야를 개척할 수 있을 뿐 아니라, 향후 광집적회로의 우수한 광원을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

한국연구재단(NRF)은 박홍규 고려대 교수 연구팀이 새로운 위상학적 상태를 구현, 구조가 흐트러지거나 흠집이 생겨도 작은 공간에 빛을 안정적으로 집속할 수 있는 나노레이저를 개발했다고 19일 밝혔다.

이번에 개발된 레이저는 기존 가장자리 상태를 이용한 레이저보다 크기는 5배 이상 작고 소모전력은 80배 이상 낮아졌다.

기존 위상레이저가 빛의 손실이 커 영하 270도의 저온에서 동작하는데 반해 상온에서도 동작할 수 있다. 작은 크기에도 불구하고 빛을 집속하는데 영향을 미치지 않기 때문이다.

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나노레이저의 상용화를 위해서는 상온에서의 안정적 동작뿐 아니라 레이저 소자의 소형화가 꼭 필요하다. 하지만 소자가 작아지면서 생기는 구조적 결함으로 인한 레이저 성능 저하가 문제였다.

대각선 양쪽 모서리에서 레이저 빛이 동시에 모이는 위상상태는 이번 연구를 통해 새롭게 관측됐다.

모서리 상태 위상을 이용, 더 안정적이고 우수한 광원으로 쓰일 수 있는 나노레이저 개념을 제시, 광소자 상용화를 앞당길 실마리가 될 것으로 기대된다.

이번 연구의 성과는 국제학술지‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 11월 13일 게재됐다.