IBS, 고출력 레이저 빔으로 세계 최고 레이저 세기 구현

"극한 영역에서 새로운 물리 현상 탐구에 기여"

국내 연구진이 극한 물리 영역의 실험까지 가능케 하는 세계 최고 수준의 초강력 레이저 세기를 구현하는 데 성공했다.

기초과학연구원(IBS)은 초강력 레이저과학 연구단 남창희 단장(광주과학기술원 교수) 연구팀이 초강력 레이저를 1㎠당 1.1＊10의 23제곱 세기로 모으는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

연구단은 자체 개발한 세계에서 가장 높은 출력의 4페타와트급(1페타와트는 1천조 와트) 레이저 빔을 지름 1㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ)의 초소형 공간에 집속하는 데 성공했다.

레이저 세기를 높이려면 얼마나 작은 공간에 출력을 집중시킬 수 있느냐가 관건이다.

레이저 빔을 펨토초(1천조분의 1초)로 가능한 한 짧은 시간에 좁은 공간에 압축해 순간적으로 최대의 에너지를 내야 한다.

하지만 빔의 증폭·전송 과정에서 공간적인 위상 왜곡이 생겨 레이저 빔을 좁은 공간에 모으는 데 한계가 있었다.

연구팀은 2019년 지름 1.5㎛ 공간에 레이저를 모은 데 이어 이번에는 그보다 더 작은 공간에 레이저를 집속시키는 데 성공했다.

레이저 빔의 파면 왜곡을 높은 분해능으로 보정할 수 있는 대구경 변형 거울과 레이저 빔을 효율적으로 집속할 수 있는 대구경 비축 포물면 거울이 사용됐다.

이를 통해 1㎠당 1.1＊10의 23제곱 세기의 초강력 레이저를 구현하는 데 성공했다.

2004년 미국 미시간 대학 연구팀이 1㎠당 10의 22제곱 세기에 도달한 이후 처음이다.

강한 전기장의 세기가 있어야 하는 양자전기역학(QED·전기를 띤 하전입자와 빛의 상호작용을 다루는 학문) 분야 물리 현상 실험에 기여할 것으로 기대된다.

남창희 단장은 "지구상에 존재한 적 없었던 강력한 레이저는 초신성 폭발 등 우주에서 일어나는 천문현상과 비슷한 환경을 제공할 수 있다"며 "극한 영역에서의 새로운 물리 현상을 탐구하는 데 기여할 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '옵티카'(Optica) 이날 자 온라인판에 실렸다.

/연합뉴스