컨텐츠 바로가기
67965704 0372021050667965704 08 0805001 itscience 7.1.4-RELEASE 37 헤럴드경제 0 false true false false 1620309687000

韓 개발 ‘초강력 레이저’ 세계 신기록 달성

댓글 첫 댓글을 작성해보세요
주소복사가 완료되었습니다

- IBS 초강력 레이저과학 연구단, 1023 W/cm2 세기 초강력 레이저 구현

- 극한 영역에서의 새로운 물리현상 탐구 기대

헤럴드경제

페타와트(PW) 레이저 실험 모습.[IBS 제공]

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>


[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 레이저 세기의 세계 신기록을 세웠다. 이를 통해 레이저 기술은 극한 물리현상 탐구의 이정표라 할 수 있는 제곱센티미터 당 1023 와트(1023 W/cm2)대로 진입했다.

기초과학연구원(IBS) 초강력 레이저과학 연구단 남창희 단장(광주과학기술원 교수) 연구팀이 초강력 레이저를 1.1×1023 W/cm2 세기로 모으는 데 성공했다고 6일 밝혔다. 1023 W/cm2 이상의 레이저 세기에서는 극도로 강한 전기장이 형성, 양자전기동역학 이론이 예측하는 물리 현상을 직접 실험해 볼 수 있을 것으로 기대된다.

IBS 초강력 레이저과학 연구단은 지난 2016년 4 페타와트(PW) 레이저 개발에 성공, 세계에서 가장 높은 출력의 레이저를 보유하고 있다. 4 PW는 전 세계 발전 용량의 1천 배에 해당하는 출력이다. 레이저의 ‘세기’는 출력을 얼마나 작은 공간에 집중시키는지를 의미하며, 각종 물리 현상 탐구의 중요한 지표가 된다. 2004년 미국 미시간 대학이 1022 W/cm2 세기에 처음 도달한 이후 지금까지 1023 W/cm2 에 도달한 연구진은 없었다. 현재 유럽연합의 ELI 빔라인, 미국의 EP-OPAL, 중국의 SEL 등이 1023 W/cm2 레이저를 목표로 건설 중이다.

강력한 레이저 세기의 구현을 위해서는 에너지를 가능한 한 짧은 시간과 좁은 공간에 압축해 순간적으로 최대의 에너지를 내야 한다. 초강력 레이저가 펨토 초(10~15초 동안 지속되는 레이저) 동안 지속되는 이유다. 그러나 빔의 증폭·전송 과정에서 공간적인 위상 왜곡이 발생해, 레이저 빔을 좁은 공간에 모으는 데는 한계가 있었다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 대구경 변형거울과 대구경 비축 포물면 거울을 새롭게 제작했다. 대구경 변형거울은 레이저 빔의 파면 왜곡을 높은 분해능으로 보정하는 데에, 대구경 비축 포물면 거울은 레이저 빔의 효율적 집속에 각각 사용된다. 그 결과 4 페타와트 레이저 빔을 지름 1 마이크로미터의 초소형 공간에 모을 수 있었다. 이는 이전에 같은 레이저를 지름 1.5 마이크로미터 공간에 모은 데 비해 면적 대비 2배 이상 향상된 수치다.

헤럴드경제

레이저 마지막 단계인 표적 챔버 내부. 이전 단계에서 증폭된 4 PW 레이저 빔은 금으로 코팅된 노란색 대구경 포물면 거울에 반사되어 좁은 공간에 모이게 되고, 이를 다시 대물렌즈가 달려있는 카메라(사진에서 붉은 색)를 통해 감지한다.[IBS 제공]

<이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다>


지구상에 존재한 적 없던 강력한 레이저는 초신성 폭발 등 우주에서 일어나는 천문현상과 비슷한 환경을 제공할 수 있다. 이때 레이저 세기에 따라 물질과의 상호작용이 완전히 달라진다. 양자전기동역학 이론은 강력한 전기장 하에서는 진공에서 전자와 양전자 쌍이 생성될 것으로 예측한다. 초강력 레이저를 이용해 이러한 현상을 실험적으로 입증할 수 있다.

남창희 단장은 “이번 연구를 통해 IBS의 초고출력 레이저 시설이 세계 최고임을 입증했다”며 “극한 영역에서의 새로운 물리 현상들을 탐구할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구결과는 광학 분야 국제학술지 ‘옵티카(Optica)’ 5월 6일(한국시간) 온라인 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

- Copyrights ⓒ 헤럴드경제 & heraldbiz.com, 무단 전재 및 재배포 금지 -
기사가 속한 카테고리는 언론사가 분류합니다.
언론사는 한 기사를 두 개 이상의 카테고리로 분류할 수 있습니다.