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국내 레이저 연구의 ‘거목’남창희 교수[펌] | ||
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국내 레이저 연구의 ‘거목’남창희 교수 고출력 펨토초 레이저 개발 … 첨단 핵심기술 레이저 연구 큰 성과 레이저의 활용도는 계속 넓어지고 있다. 최근 각광을 받고 있는 NT, BT, IT 등도 모두 레이저 기술을 기반으로 하고 있다. 이에 미국, 유럽, 일본 등 선진국들은 레이저 기술개발에 총력을 기울이고 있다. 이달의 과학기술자상 5월 수상자(62회)로 선정된 남창희 교수(한국과학기술원)는 척박한 국내 레이저 연구분야에서 독보적인 위치를 차지하고 있다. 남 교수는 극히 짧은 시간에 엄청난 출력을 내는 레이저를 개발하고, 그것을 이용해서 X선을 발생시키는 데 성공했다. 이러한 남 교수의 연구는 국내 레이저 관련 연구수준이 뒤떨어진 상태에서 세계적 수준의 연구결과를 발표했다는 점에서 의의가 크다고 할 수 있다. 고유기술 이용 시스템 자체개발 성공 레이저는 단색성, 지향성(퍼지지 않는 성질), 결맞음성(줄맞춤 성질)과 같은 독특한 성질을 갖고 있어 일반적인 빛으로 할 수 없는 다양한 용도가 있다. 이제 레이저는 기초과학뿐만 아니라 공학, 의학에서도 널리 활용되고 있고 콤팩트디스크 플레이어나 바코드 스캐너 등 일상생활에서도 폭넓게 쓰이고 있다. 레이저 기술은 지난 10년 동안 발전을 거듭해서 엄청난 출력을 내는 초고출력 레이저가 등장했으며 지극히 짧은 펄스폭을 갖는 레이저도 개발돼 다양한 용도에 활용되고 있다. 레이저의 작동영역을 파장이 긴 순으로 보면 적외선, 가시광선, 자외선 등의 넓은 영역을 포함하고 있으며 파장이 더욱 짧은 X선 영역에서도 레이저와 같은 특성을 갖는 광원을 개발하기 위해 많은 연구를 하고 있다. 레이저 특성을 갖는 결맞는 X선 발생 연구는 펨토초 테라와트 티타늄사파이어 레이저를 자체기술로 개발함으로써 가능해졌으며, 이를 초강력 레이저강 물리 분야에 활용함으로써 시작됐다. 1990년대에 빠른 속도로 발전된 펨토초 레이저기술과 펨토초 펄스의 효율적 증폭 기술의 결합은 펨토초 테라와트 레이저의 소형화를 가능하게 했다. 기존의 테라와트 레이저는 대형장치가 요구됐으나, 펨토초 테라와트 레이저는 대학 규모의 연구실에서도 설치가 가능해 미국, 프랑스, 독일, 일본 등 선진국에서 이를 건설해 레이저 가속기, 레이저 핵변환, X선 레이저, 고차조화파 엑스선 등의 초강력 레이저장 물리연구에 활용되고 있다. 남 교수는 전 세계 총 전기출력에 해당하는 3테라와트(1조와트)에 해당하는 레이저광을 원자에 접속해서 레이저 특성을 갖는 X선을 발생시키는 데 성공했다. 남 교수는 20펨토초(1,000조 분의 1초) 동안 3테라와트의 출력을 내는 티타늄사파이어 레이저 장치를 지난 1998년 4년 연구를 통해 개발했으며, 이 레이저를 아르곤, 네온, 헬륨 등의 기체원자에 집속(빛을 조그마한 점에 모음)시켜 연X선 영역에서 레이저특성을 갖는 결맞는 X선을 발생시켰다. 남 교수는 “레이저 부문은 발전가능성이 무한한 신개척분야”라며 “레이저 기술이 발전되지 않으면 NT, BT, IT 기술은 더 이상 발전하기 어렵다”고 설명했다. 펨토초 테라와트 레이저는 매우 값이 비싼 장치이기 때문에 선진국에서나 활용하던 장비였다. 그러나 남 교수는 수년간의 각고 끝에 ‘장파장 주입법’이라는 고유기술을 이용해서 시스템을 자체 개발하는 데 성공한 것이다. 연구과정의 어려움에 대해 남 교수는 “이 분야는 특성상 연구비가 엄청나게 들어간다”며 “연구비가 부족해서 고가의 실험장비를 구입하기 어려웠다”고 털어놨다. 이러한 어려움 가운데 이번에 남 교수가 개발한 펨토초 테라와트 레이저는 기존의 테라와트 레이저 시스템에 비해 그 규모가 훨씬 작아서 제작비용을 크게 줄일 수 있다. 펨토초 테라와트 레이저 시설의 건설비용이 낮아졌다고 하지만 상용제품을 구입하는 경우 적어도 50만∼100만달러 이상 소요돼야 했다. 그러나 남 교수는 “일부 장비만 수입하고 대부분 시설을 자체 제작함으로써 건설비용을 20만 달러 정도로 줄일 수 있었다”고 말한다. 이는 그동안 국내 연구가 고가의 연구장비를 수입에 의존하는 선진국 의존형 연구에서 탈피한 좋은 예라고 볼 수 있다. X선 홀로그램 등 응용 분야 ‘무한대’ 그 동안 남 교수는 결맞는 X선 발생분야에서 세계적 수준의 연구결과를 일궈냈다. 강한 펨토초 레이저를 가스상태의 원자에 집속시킬 때 발생하는 고차조화파 X선의 급속한 청색변이(짧은 파장쪽으로 이동하는 현상)에 대한 연구결과를 지난 1999년 9월 물리분야의 대표적인 학술지인 미국물리학회에서 발간하는 피지칼 리뷰 레터에 발표했으며, 이 논문은 2년 동안 25회나 인용됐다. 이러한 남 교수의 연구업적은 세계적으로 인정돼 국제 X선 레이저학술회의, 국제광공학학회, 미국 레이저 및 광전자 학회, 국제관성핵융합학술회의, OECD 전지구 과학포럼 워크숍 등의 학술회의에서 초청논문을 발표하기도 했다. 또 ‘물질의 구조와 동력학 연구를 위한 거대시설’ 전지구 과학포럼 워크숍의 고출력 레이저 시설에 대한 보고에서도 그 연구결과가 인용될 정도로 남 교수의 연구업적은 세계 최고수준에 올라 있다. 또 남 교수는 미국에서 열리는 국제 X선 레이저 학술회의에도 초청논문 발표자로 선정되는 영예를 안았다. 고출력 펨토초 레이저는 기초과학 분야뿐 아니라 시력교정용 레이저, 극미세 재료가공 등 새로운 응용분야로 활용이 확대되고 있다. 또한 남 교수의 연구성과는 X선 홀로그램과 초고속 연상 계측 등에 응용될 전망이다. 그러나 향후 연구실적에 따라 응용분야는 무궁무진할 것으로 예상된다. 
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| Toal 18 |
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