초미세 공간 통과한 빛이 변신했다

[파이낸셜뉴스] '초미세 공간을 통과한 빛이 변신했다.' 국내 연구진이 그동안 이론적으로만 존재했던 방법을 실제 실험을 통해 증명해 냈다. 국제 협업연구를 통해 얻어낸 이번 연구성과는 향후 빛 알갱이 하나의 색깔까지 바꿔 양자 암호 통신에 응용될 수 있을 것으로 예상된다.

한국연구재단은 고려대학교 물리학과 박홍규 교수와 호주국립대학교 키브샤 교수 연구팀이 나노실린더 구조에 빛을 가둬 빛의 색깔을 원하는 대로 바꿀 수 있는 광소자를 개발했다고 17일 발표했다. 연구팀은 "작은 공간에 빛을 가둔다는 측면에서 광소자와 레이저의 동작 원리가 같은 만큼 향후 나노실린더 구조를 활용한 나노레이저 연구도 추진할 계획"이라고 밝혔다.

지금까지 빛을 제어하는 방법은 광섬유 경계면에서 일어나는 전반사와 광결정에서 나타나는 특정 파장 빛의 반사가 전부였다. 21세기 들어서야 아주 작은 나노구조에 빛을 한군데로 모아 제어하고 파장을 바꾸는 제3의 방법이 이론적으로만 존재했었다.

연구팀은 머리카락 100분의 1 굵기의 가느다란 나노실린더에 적외선 영역의 빛을 가두자 가시광선 영역의 빛이 출력되는 현상을 직접 관측했다.

붉은 빛이 극한의 좁은 공간에 갇히면 청색의 빛으로 빠져나오는 빛의 비선형성을 강화시킨 결과이다. 입사한 빛을 다양한 다른 색깔(파장)의 빛으로 변환시킬 수 있는 가능성을 실험을 통해 실제 확인한 것이다.

나노실린더 구조와 크기를 최적화하고 입사되는 빛을 도넛 모양으로 만들어 파장변환이 극명하게 나타나도록 함으로써 관찰이 가능했다.

약한 빛이 입사하더라도 나노실린더를 이루는 화합물 반도체(AlGaAs)와 강하게 상호작용하면서 빛의 파장변환 효율이 크게 높아지도록 설계한 것이다.

실제 이렇게 만들어진 나노광소자를 이용한 결과 기존 나노구조체 대비 빛의 파장변환 효율을 100배 이상 높일 수 있었다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구지원사업의 지원으로 진행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 '사이언스'에 17일 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자