광선을 빠르게 조정하는 새로운 기술

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-12

영국 연구진이 이전에 달성하지 못한 속도로 광선을 조정하는 새로운 음향 광학 소자를 개발했다. 이 새로운 기술은 실시간으로 신속하게 움직일 수 있는 홀로그램과 같은 도구를 만들기 위한 좀 더 나은 광학 장비를 가능케 할 것이다. 브리스톨 대학(University of Bristol)의 초음파학부 교수인 Bruce Drinkwater와 던디 대학(University of Dundee)의 Mike MacDonald 박사가 공동으로 수행한 이 연구는 Optics Express에 발표되었다. 64개의 작은 압전 소자로 이루어진 이 장비의 배열은 마치 높은 주파수의 확성기와 같은 역할을 한다. 이렇게 복잡하게 생성된 음장(sound field)은 빛의 방향을 돌릴 수 있다. 음장이 변화함에 따라, 광선의 모양도 바뀐다. 기계 공학부 교수인 Drinkwater는 “이러한 재구성은 매우 빠르게 일어날 수 있으며, 오직 음장의 속도에 의해 제한된다. 이 도구의 주요 장점은 잠재적으로 초당 수백만 번이라는 매우 높은 변환 비율(refresh rates)을 제공한다는 것이다. 이는 미래의 레이저 기반 장비가 현재 가능한 것보다 훨씬 더 빠른 속도로 재구성될 수 있음을 의미한다. 이전의 가장 빠른 속도는 초당 겨우 몇 천 변환 비율에 불과했다”고 말했다. 이러한 발전은 향상된 현미경이나 그것들을 좀 더 빠르게 재구성하여, 좀 더 나은 형태의 덫을 생성하도록 하는 새로운 세대의 광학 핀셋 등의 광학 수차를 자동으로 보상하거나, 재구성할 수 있게끔 하는 렌즈만들 수 있는 잠재력을 제공한다. 던디 대학 바이오 포토닉스 연구소를 이끌고 있는 Mike MacDonald 박사는 “우리가 보여준 것은 음을 이용하여, 홀로그램이 실시간으로 만들어지는 광학 홀로그래피(optical holography)의 한 형태로 간주할 수 있을 것이다. 이를 위한 이전의 시도들은 우리가 음장을 제어하여 달성하는 수준에 다가오지 못했으며, 이는 우리에게 빛을 이용하여, 이들 장비를 제어하는데 있어 훨씬 더 큰 유연성을 제공한다. “이 장비는 공간 광 변조기(spatial light modulators)와 같은 기존의 홀로그래피 장비들보다 훨씬 더 신속히 빛을 다룰 수 있는 잠재력이 있으며, 또한 훨씬 더 높은 레이저 출력을 허용한다. 이는 물질의 레이저 가공에서의 빔 성형이라든가, 신호 대역폭을 향상시키기 위하여, 궤도 각운동량(orbital angular momentum)을 이용한 자유 공간 광 통신에서의 좀 더 빠른 그리고 고출력의 광선 제어 등과 같은 응용의 문을 열 것이다. 이 기술은 최근 비엔나에서 시행된 시연회에서 입증되었다”고 Drinkwater 박사는 말했다. “이 새로운 기술을 이용한 응용의 폭은 광대하다. 광학 소자는 디스플레이나 통신, 그리고 과학 장비 등과 같은 여러 곳에서 쓰이고 있다”고 그는 덧붙였다. 레이저 빔의 성형과 조향 기능은 광학적 공정이나 현미경의 수차 보정과 같은 많은 광 응용에 매우 중요하다. 각 응용의 특정한 요구 사항에 따라, 이들 기능은 레이저 빔의 위상을 제어하는 다양한 도구를 사용하여 현재 달성되고 있다. 공간 광 변조기(SLMs)에서 광학 수차 보정을 위해 사용되고 있는 변형 거울은 홀로그래피나 광 핀셋, 그리고 현미경과 같은 다양한 범위의 응용에서 일반적으로 선택되고 있다. (그림) 뒤틀린 빛(twisted light)을 만드는 새로운 광학 빛살 형성 장비의 모습이다. Mod.jpg http://phys.org/news/2015-01-technology-enables-ultra-fast.html