[신성장 혁신센터] 한국과학기술원 결맞는 엑스선 연구단‥고출력 펨토초 레이저 기술 축적

한국과학기술원(KAIST) 결맞는 엑스선 연구단(단장 남창희)은 고출력 펨토초(10의15승분의 1초)레이저를 이용해 X-선 광원을 개발·응용하는 연구를 하고 있다.

아주 강한 레이저 펄스와 원자의 상호작용에서 발생하는 빛은 파장이 연X-선 영역에 이르고 결맞음성이 뛰어나며 사용된 레이저 펄스보다 훨씬 짧은 펄스폭을 가지는 특성이 있다.

이 중 '결맞는 X-선'은 펨토초 테라와트 레이저를 특정 기체에 쏠 때 발생하는 X-선이 여러 겹으로 합쳐지며 생기는 빛이다.

결맞는 X-선의 특성을 이용해 연X-선 간섭계를 개발하면 차세대 고집적 반도체 생산에 사용될 리소그라피 광학계를 실용적으로 검증할 수 있는 장비로 활용할 수 있으며 극초단 X－선은 원자 이온화 과정과 분자 해리 과정의 동역학적 변화를 규명하는 데에 적합하다.

연구단은 이 같은 우수한 결맞는 X-선 광원을 이용하기 위한 기술들을 다수 개발했다.

현재까지 강한 고차조화파 발생, 아토초(10의18승분의 1초) 펄스 측정, 엑스선 간섭계 개발과 고반복으로 작동하는 5펨토초 0.2테라와트 레이저 개발에도 성공했다.

또 아토초 펄스를 발생하기 위해 필수적인 10펨토초 미만의 고출력 레이저의 절대위상을 안정화시키는 기술인 '직접잠금방식'을 개발, 이를 바탕으로 테라와트 5 펨토초 레이저, 10 테라와트 펨토초 레이저 등을 자체 제작했다.

결맞는 엑스선을 이용한 나노 계측 및 극초단 분광학 연구도 성공적으로 진행하고 있다.

이들의 연구 결과는 '피지컬 리뷰' 등 해외 저널에 게재돼 연구성과를 인정받았다.

연구단은 앞으로 100 아토초 이하의 펄스폭을 가지는 아토초 펄스 생성과 아토초 물리 연구, 상대론적 영역에서 발생하는 고차조화파 등의 새로운 연구 분야에 도전하고 있다.

남창희 단장은 "고차조화파를 이용한 결맞는 엑스선의 발생은 경제성과 응용성이 뛰어나 화학 정밀가공 등에 폭넓게 활용될 수 있다"고 설명했다.

남 단장은 "고출력 펨토초 레이저 장비와 극자외선 분광기 전자 에너지 분광기 등을 직접 제작하며 축적된 고차조화파 발생 기술과 펨토초 레이저 개발 기술을 바탕으로 아토초 물리, 3차원 나노 영상기술 등의 새로운 분야를 개척해 가겠다"고 강조했다.

이상은 기자 selee@hankyung.com