글쓴이 최고관리자
등록일 20-12-17 20:52
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이종원 교수 연구팀 "중적외선 레이저 한 대로 여러 대 보유 효과 가능"
작고 얇은 평면 구조체(메타표면)를 통해 장파장 중적외선을 파장이 더 짧은 중파장 중적외선으로 바꾸는 기술이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 전기전자공학과 이종원 교수 연구팀이 입사되는 빛의 원편광(원형으로 진동하며 뻗어가는 빛 성분) 회전 방향에 따라 빛 파장을 선택적으로 바꾸는 새로운 메타표면을 개발했다고 17일 밝혔다.
연구팀에 따르면 메타표면은 빛 파장보다 훨씬 크기가 작은 인공 구조물인 '메타아톰'이 표면에 빼곡하게 배열된 평면 구조체다.
개발된 메타표면에 입사된 빛은 원편광 회전 방향에 따라 파장이 2분의 1 또는 3분의 1 크기로 줄어든 새로운 파장의 빛으로 변환된다.
이 특성을 이용하면 상용화된 장파장 중적외선 레이저 빛을 메타표면에 쏘아 파장이 짧은 중파장 중적외선 영역 빛을 쉽게 얻을 수 있다.
중적외선을 이용한 흡수분광분석은 물질 분석법 중 가장 높은 정확도와 식별력을 가지고 있다.
흡수분광분석은 빛을 물질에 흡수시켜 성분을 분석하는 것을 말하는데, 기존 중적외선 영역 빛을 내는 레이저 광원은 나노미터(㎚·100만분의 1㎜) 두께의 반도체를 수천 겹가량 쌓아 만들기 때문에 제조 과정이 까다롭다.
또 광원 하나 가격도 비쌀뿐더러 광원 하나로 전체 중적외선의 일부만 만들 수 있다는 문제가 있다.
연구팀이 개발한 메타표면을 사용하면 하나의 중적외선 레이저로 3∼12㎛(마이크로미터·1000분의 1㎜) 중적외선 대부분 영역을 포함하는 빛 생성이 가능하다.
상용화된 9∼12㎛ 가변파장 중적외선 레이저 빛의 우원편광 성분으로는 4.5∼6㎛의 파장 대역 빛을, 좌원편광 성분으로는 3∼4㎛의 파장 대역 빛을 만들 수 있다.
이종원 교수는 "상용화된 중적외선 레이저와 하나의 메타표면을 이용해 여러 대의 중적외선 레이저를 보유한 것과 같은 효과를 얻을 수 있음을 증명했다"며 "개발된 메타표면은 광대역 중적외선 광원 뿐만 아니라 고효율 비선형 홀로그램, 초고감도 카이랄 센서, 비선형 광 정보처리 소자 등 다양한 신개념 평면 광학 소자에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지인 '나노 레터스'(Nano Letters) 11월 11일 자로 출판됐다. 연구 지원은 한국연구재단 중견연구자지원 사업, 나노·소재 기술개발 사업 등을 통해 이뤄졌다.
이종원 교수 연구팀(우측 하단 이종원 교수). UNIST 제공
메타아톰 구조 및 원편광 반응 선택성 (왼쪽) 개발된 비선형 카이랄 메타표면 개념도. 빛의 편광 방향에 따라 반사되는 빛의 진동수(파장)가 달라진다. 우원편광(RCP)일 때는 진동수가 2배(파장 1/2배, 제2고조파), 좌원편광(LCP)일 때는 진동수가 3배(파장 1/3배, 제3고조파)로 바뀐다. (가운데) 제2고조파 발생 (SHG)에 대한 비선형 원형 이색성 실험 및 시뮬레이션 결과. (오른쪽) 제3고조파 발생 (THG)에 대한 비선형 원형 이색성 실험 및 시뮬레이션 결과. UNIST 제공
개발된 메타표면의 이미지 및 원형이색성 (왼쪽) 비선형 카이랄 메타표면을 이용한 선택적 고조파 발생 및 고조파 빔 조향(위상 조절을 통해 빛을 원하는 곳으로 보내는 것)개념도. (가운데) 제작한 비선형 메타표면의 주사 전자현미경 이미지. (오른쪽) 두 원편광에 대한 제2 및 제3고조파 빔조향 측정결과. UNIST 제공
작고 얇은 평면 구조체(메타표면)를 통해 장파장 중적외선을 파장이 더 짧은 중파장 중적외선으로 바꾸는 기술이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 전기전자공학과 이종원 교수 연구팀이 입사되는 빛의 원편광(원형으로 진동하며 뻗어가는 빛 성분) 회전 방향에 따라 빛 파장을 선택적으로 바꾸는 새로운 메타표면을 개발했다고 17일 밝혔다.
연구팀에 따르면 메타표면은 빛 파장보다 훨씬 크기가 작은 인공 구조물인 '메타아톰'이 표면에 빼곡하게 배열된 평면 구조체다.
개발된 메타표면에 입사된 빛은 원편광 회전 방향에 따라 파장이 2분의 1 또는 3분의 1 크기로 줄어든 새로운 파장의 빛으로 변환된다.
이 특성을 이용하면 상용화된 장파장 중적외선 레이저 빛을 메타표면에 쏘아 파장이 짧은 중파장 중적외선 영역 빛을 쉽게 얻을 수 있다.
중적외선을 이용한 흡수분광분석은 물질 분석법 중 가장 높은 정확도와 식별력을 가지고 있다.
흡수분광분석은 빛을 물질에 흡수시켜 성분을 분석하는 것을 말하는데, 기존 중적외선 영역 빛을 내는 레이저 광원은 나노미터(㎚·100만분의 1㎜) 두께의 반도체를 수천 겹가량 쌓아 만들기 때문에 제조 과정이 까다롭다.
또 광원 하나 가격도 비쌀뿐더러 광원 하나로 전체 중적외선의 일부만 만들 수 있다는 문제가 있다.
연구팀이 개발한 메타표면을 사용하면 하나의 중적외선 레이저로 3∼12㎛(마이크로미터·1000분의 1㎜) 중적외선 대부분 영역을 포함하는 빛 생성이 가능하다.
상용화된 9∼12㎛ 가변파장 중적외선 레이저 빛의 우원편광 성분으로는 4.5∼6㎛의 파장 대역 빛을, 좌원편광 성분으로는 3∼4㎛의 파장 대역 빛을 만들 수 있다.
이종원 교수는 "상용화된 중적외선 레이저와 하나의 메타표면을 이용해 여러 대의 중적외선 레이저를 보유한 것과 같은 효과를 얻을 수 있음을 증명했다"며 "개발된 메타표면은 광대역 중적외선 광원 뿐만 아니라 고효율 비선형 홀로그램, 초고감도 카이랄 센서, 비선형 광 정보처리 소자 등 다양한 신개념 평면 광학 소자에 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.
연구 결과는 국제 학술지인 '나노 레터스'(Nano Letters) 11월 11일 자로 출판됐다. 연구 지원은 한국연구재단 중견연구자지원 사업, 나노·소재 기술개발 사업 등을 통해 이뤄졌다.
출처: https://news.naver.com/main/read.nhn mode=LSD&mid=sec&sid1=101&oid=082&aid=0001052472
