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권오필 교수팀, 빛 특성 바꿀 수 있는 광학 소재 개발
제목 권오필 교수팀, 빛 특성 바꿀 수 있는 광학 소재 개발
등록일 2018-12-05 조회수 343
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우리 학교 권오필 교수 연구팀이 새로운 결정 설계 기술을 도입해 빛의 주파수를 변화시킬 수 있는 고효율의 비선형 광학 소재를 개발했다. 이 기술을 이용하면 주파수로 대표되는 빛의 특성을 바꿀 수 있어 레이저와 초고속 광통신 등의 광학 소자로 널리 활용될 수 있을 전망이다.

권오필 아주대 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)와 이상민 한국과학기술원 교수(물리학과) 연구팀은 화학 구조의 변화를 통해 광학 소재를 설계하는 방식이 아닌, 여러 개의 구성요소를 섞는 방식으로 새로운 비선형광학 소재를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

이번 연구 성과는 소재 분야 저명 학술지인 <어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈(Advanced Functional Materials)> 11월28일자 표지 논문으로 선정됐다. 논문 제목은 “유사-공결정화를 통해 설계된 비선형광학 및 테라헤르츠용 3성분 유기 단결정(Organic Three-Component Single Crystals with Pseudo-Isomorphic Cocrystallization for Nonlinear Optics and THz Photonics)”이다.

광학 연구에 쓰이는 유기 비선형광학 결정은 물질 내에서 주파수를 비롯한 빛의 특성을 조절 할 수 있는 소재로 높은 관심을 받고 있다. 낮은 주파수의 빛을 높은 주파수로 바꿀 수 있고, 반대로 높은 주파수의 빛을 낮은 주파수로도 바꿀 수 있다.

빛의 핵심 특성인 주파수를 바꿀 수 있다면, 빛의 특성 조절을 통해 다양한 방식으로 빛을 활용할 수 있게 된다. 예를 들어 눈으로 볼 수 없는 적외선의 빛을 높은 주파수의 가시광선으로 바꿀 수 있어 눈으로 확인할 수 있게 되고, 이와는 반대로 적외선의 빛을 이용해 낮은 주파수인 테라헤르츠파를 만들어 낼 수도 있다.

또한 빛의 특성을 조절해 빛을 이용하는 다양한 분석 장비에서 그동안 측정하지 못하던 소재를 분석할 수 있게 되거나, 이전에 비해 더 넓은 부분을 볼 수도 있게 된다.

아주대·카이스트 연구팀이 개발해 낸 것이 바로 빛의 주파수를 바꿀 수 있는 고효율의 비선형광학 소재다. 연구팀은 새로운 결정 설계기술을 도입해 이 같은 소재를 개발해냈다.

기존에 개발되어 주로 사용되어 오던 비선형광학 소재는 이온성 비선형광학 소재다. 이온성 비선형광학 소재는 양이온 하나와 음이온 하나로 이루어진 2성분계로, 소재의 특성을 변환시키는 데 한계가 있었다. 주로 새로운 화학구조를 도입해 소재 특성을 제어해야 했기 때문.

이에 아주대·카이스트 연구팀은 음이온 두 개를 동시에 사용하는 3성분계를 도입해 2성분계와는 현저히 다른 진동 특성에 기인한 광변환 특성의 개선을 이뤄냈다. 또 유사-공결정화기법 을 사용함으로써 기존의 3성분계에서는 찾아보기 힘든 광학 투명도를 구현해냈다.

연구팀은 “높은 광학 투과도를 가지는 광학소재 개발법은 비선형광학 소재뿐 아니라 다양한 광학 소재에도 적용이 가능할 것”이라며 “높은 광학 투명도는 광학 소재가 가져야 할 필수 요소로, 광학 투명도가 낮다는 것은 불투명한 유리로 창밖을 보는 것에 비유할 수 있다”고 설명했다.


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