<Advanced Materials> 표지논문 발표
액정레이저 장치의 소형화 가능성 제시

정보전자신소재공학과 최석원 교수팀이 발진장치 하나로 여러 파장의 레이저를 발생시키는 액정레이저를 개발했다.

일반적으로 레이저 소자 하나가 한 가지 파장의 빛을 발생시키기 때문에 다양한 파장의 레이저를 얻으려면 여러 개의 발진장치가 필요하다. 그러나 최석원 교수팀이 개발한 액정레이저는 온도조절을 통해 다양하게 빛의 파장을 조절할 수 있고, 기존 레이저 발진장치에서 필요한 거울이 없어도 레이저를 발진할 수 있어 액정레이저 장치의 소형화가 가능하다.

연구결과는 재료과학 분야의 권위 있는 학술지 <어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)> 3월 11일자 온라인판에 게재된 데 이어 표지논문으로 발표될 예정이다. 논문 제목은 'Liquid-Crystalline Blue Phase Laser with Widely Tunable Wavelength'다.

자체 개발한 3차원 나노 구조의 '블루 페이즈' 활용
레이저 발진장치는 가늘고 긴 공진기 양쪽에 빛을 증폭하는 거울이 달려 있고, 그 사이에 고체, 액체, 반도체 등의 레이저 매질이 채워진다. 최석원 교수팀은 레이저 매질로 3차원 나노 구조의 '블루 페이즈(blue phase)'를 활용했다.

블루 페이즈는 응답 속도가 빨라 차세대 액정재료로 주목받고 있지만, 온도가 1~2도만 변해도 액정상태를 잃어버리고 액정레이저의 장점 중 하나인 파장가변성이 20나노미터(nmㆍ1나노미터는 10억분의 1미터) 미만으로 제한적이라는 한계가 있다. 최석원 교수팀은 25도 이상의 온도변화에도 액정상태를 유지하고, 100nm 이상의 파장가변성을 이끌어내는 블루 페이즈 혼합물을 개발해 이를 극복했다.

최석원 교수는 "자체 개발한 블루 페이즈 혼합물의 광결정(photonic crystal)을 이용해 거울이 필요 없는 공진기를 갖는 레이저 발진장치를 만들 수 있다"면서 "이번에 개발한 액정레이저는 의료용, 홀로그래피, 디스플레이 등에 활용되는 레이저 발진장치를 소형화하는 데 기여할 수 있을 것"이라고 설명했다.

3차원 나노 구조의 블루 페이즈를 활용한 액정레이저의 상용화를 위해 최석원 교수팀은 레이저를 발진시킬 때의 에너지를 낮추기 위한 연구를 진행하고 있다. 이 에너지를 낮춰야 레이저를 발진하는 시간이 단축돼 연속 발진이 가능하기 때문이다.

"블루 페이즈 연구 결과를 체계화해 방향성 제시할 것"
최석원 교수는 "<어드밴스드 머티리얼즈>에서 이번 논문은 상위 15% 내에 드는 우수한 연구 결과라는 평가를 받았다"며 "경희대학교 교수와 학생이 주 저자로 참여한 논문으로 연구의 탁월성을 인정받아 자부심을 느낀다"고 말했다.

2008년 경희대학교에 임용된 이후, <저널 오브 머티리얼즈 케미스트리(Journal of Materials Chemistry)>, <소프트 매트(Soft Matter)>, <케미컬 커뮤니케이션즈(Chemical Communications)> 등에 블루 페이즈 연구 결과를 표지논문으로 발표해온 최석원 교수는 앞으로도 블루 페이즈 연구에 몰두할 계획이라고 밝혔다. 블루 페이즈의 연구 결과를 체계화해 독창성, 방향성을 제시하겠다는 것이 그의 목표다.

송명훈 울산과기대 교수팀과 공동으로 진행한 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업으로 추진됐다.