비용이 많이 드는 분광계 없이도 펨토초 찰나 빛을 포착할 수 있는 기술이 개발됐다. 원자나 분자 단위 미시 세계에서 일어나는 자연 현상을 관찰하는데 유용할 것으로 기대된다.
포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 포스텍 물리학과와 막스플랑크 한국-포스텍연구소(MPK) 김동언 교수, 부산대 광메카트로닉스공학과 김승철 교수·알렉산더 글리세린 박사 공동연구팀이 분광계 없이도 펨토초 찰나 빛의 특성을 정확히 알 수 있는 펄스 측정 기술을 개발했다고 5일 밝혔다. 분광계를 사용하지 않아도 돼 측정 비용과 절차를 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
기존에는 찰나의 빛 특성을 알기 위해 하나의 펄스를 균일하게 둘로 쪼갬으로써 시간 정보를 간접적으로 확인하는 방법이 사용됐다. 다만 동일한 펄스 복사본을 사용하는 과정에서 펄스 스펙트럼 위상이 손실돼 구체적인 정보를 얻기 어려웠다.
이 때문에 추가적인 분광 측정으로 스펙트럼 위상을 재구성하거나 직접 감지하는 다양한 광학 계측 방법이 개발됐다. 현재는 '프로그(FROG)'나 '스파이더(SPIDER)'라는 방법이 가장 널리 사용된다. 하지만 여전히 실험 과정이 복잡하고 분광계를 사용해야 한다.
연구팀은 두 개의 펄스 중 하나를 약하게 만들어 동일성을 깨는 전략을 세웠다. 펄스의 세기를 불균형하게 만들어 동일성을 깨면, 위상 정보가 보존됨을 보이고, 이 위상 정보를 추출해 완벽한 펄스 특성을 파악할 수 있음을 보였다. 이 기술로 6펨토초의 레이저 펄스에 대한 측정 결과와 기존 프로그 기술로 측정한 값과 비교해 일치성이 매우 높은 것을 증명했다.
연구팀은 이 새로운 기술을 펭귄(PENGUIN:불균형세기 위상활용 비선형 추출)이라고 명명했다. 이 기술을 도입하면 극고속 비방사 전기장을 정확히 측정할 수 있다. 극고속 비방사 전기장은 스펙트럼 정보를 알기 어려운 현상으로 지금까지 정확한 측정이 불가능했다. 즉, 이번 연구성과는 스펙트럼 정보 없이도 찰나의 빛의 시간적 특성을 알 수 있도록 한 획기적인 결과다.
한국연구재단과 한국기술진흥원 역량개발사업 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 국제 학술지 '빛:과학과 응용(Light:Science & Applications)'에 게재됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
