한국과학기술원(KAIST) 이한석 교수팀은 호주국립대 최덕용 교수, 예일대 피터 라키치 교수, 한국원자력연구원 고광훈 박사, 중국 닝보대학교 롱핑 왕 교수 연구팀과 공동으로 중적외선 파장 대역에서 고성능 광원인 '브릴루앙 레이저'(Brillouin laser)를 초소형 반도체 칩 위에 구현하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.

브릴루앙 레이저는 물질 내 빛과 음파의 상호작용을 통해 매우 안정적이고 잡음이 적은 레이저 빛을 만들어 내는 광원이다. 가시광선이나 근적외선 영역에서는 구현된 바 있으나, 중적외선 영역에는 적용하기 쉽지 않았다.

가시광선과 근적외선에서 광소자 제작에 사용됐던 많은 물질이 중적외선 파장에서는 빛을 강하게 흡수해 이용이 어렵고, 중적외선의 특징인 빛과 분자 사이 강한 상호작용으로 인해 광 손실이 추가로 발생, 고성능 광소자를 제작하기 어려웠다.

연구팀은 중적외선에서 높은 투과도를 보이지만 가공이 까다로운 칼코겐화합물 유리를 독창적인 기법으로 성형, 고품질의 광공진기(레이저에 필요한 빛을 가두는 장치)를 제작했다.

이어 중적외선 광소자에서 생기는 광 손실을 정량 분석하고 억제하는 기술을 개발, 중적외선 파장 광 손실이 기존의 30분의 1에 불과한 고성능 광소자 칩을 개발하는 데 성공했다.

중적외선 파장 대역의 소형 저잡음 레이저 개발을 통해 분자의 특성을 세밀하게 분석하거나 빛을 이용해 화학 반응을 정밀하게 제어하는 연구에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications) 지난 19일 자에 실렸다.