KAIST, 초소형·저전력·저잡음 브릴루앙 레이저 구현 성공

한국과학기술원(KAIST)은 경북대학교 및 호주국립대학교와의 공동연구팀이 초소형·저전력·저잡음 브릴루앙 레이저를 구현하는 데 성공했다고 23일 밝혔다. 브릴루앙 레이저란 빛이 상호작용을 통해 음파를 생성하고 산란되는 '브릴루앙 산란' 현상으로 만들어지는 레이저다. 초소형·저전력·저잡음 광원은 차세대 초정밀 광센서 구성에 필요한 핵심 소자다.
공동연구팀은 기존에 주로 사용된 물질보다 브릴루앙 산란 현상이 수백 배 잘 일어나는 칼코겐화합물 유리를 기반으로 브릴루앙 레이저를 개발함으로써 성능을 극대화했다. 칼코겐화합물 유리는 화학적 불안정성으로 인해 칩 상에서 식각을 통한 성형이 어렵다는 근본적인 약점이 있지만 연구팀은 증착 과정에서 자발적으로 광소자가 구성되는 새로운 제작 기법을 개발해 이런 문제를 해결했다.
공동연구팀은 자체 개발한 이 제작 기법을 활용해서 칼코겐화합물 유리 기반 고성능 브릴루앙 레이저를 반도체 칩 상에 초소형 광소자의 형태로 구현하는 데 성공했다. 또 기존 기록보다 100배 이상 낮은 펌프 에너지로도 레이저 구동이 가능함을 밝혔다.
이번 연구는 소형화 및 저전력 구동에 성공했다는데 의의가 있다. 이는 상용화를 위한 필수적인 요소이기 때문이다. 공동연구팀이 개발한 브릴루앙 레이저는 현재 자율주행에 필요한 거리뿐만 아니라 회전관성 센서의 감도를 획기적으로 개선하는 등 차세대 광센서 개발에 널리 활용될 것으로 기대받고 있다.
이번 연구를 주도한 교신저자 이한석 KAIST 교수는 "칼코겐화합물 유리는 다양한 분자의 흡수선이 존재하는 중적외선 대역에도 적용 가능해 분자 분광에 기반한 환경감시 및 헬스케어 분야까지 그 응용범위를 넓힐 수 있을 것"이라고 말했다. 또 다른 교신저자인 최덕용 호주국립대학교 교수는 "연구 과정에서 개발된 공정기법은 다양한 물질의 이종 결합(hybrid integration)을 가능하게 해 미래 양자 인터넷의 핵심 소자인 고효율 양자 광원 및 양자 메모리 분야에도 응용될 수 있다"고 강조했다.
[이종화 기자]