• 광학세계
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• 통권144호
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• pp.16-24
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• 2013

펨토초는 1000조 분의 1초를 말한다. $10^{-15}$를 의미하는 단위명이 펨토(Femto)이기 때문에 붙여진 이름이다. 눈을 한 번 깜박이는 시간이 약 10분의 1초, 총알이 물체를 통과하는 데 걸리는 시간이 약 100만 분의 5초인 점을 감안하면 펨토초는 상상하기도 힘들 정도로 빠른 시간인 셈이다. 이런 펨토초 동안 벌어지는 물리, 화학, 생물학적 현상을 연구하는 학문이 펨토과학이며 주로 펨토초 레이저를 이용해 관찰한다. 현재 전 세계적으로 펨토초의 극히 짧은 시간에 1000조 와트(페타와트)의 고출력 레이저를 발생시킬 수 있는 광양자빔 연구시설 구축 사업이 활발하게 진행되고 있다. 국내에서는 광주과학기술원(GIST) 고등광기술연구소가 '극초단 광양자빔 연구시설 설치 운영사업(사업책임자: 이종민 교수)'을 통해 국가 대형 레이저 연구시설인 '페타와트 극초단 초강력 레이저 연구시설(PULSER)'을 최근 구축 완료했다. 이번호에서는 21세기를 이끌 신성장동력 중 하나로 각광 받고 있는 펨토과학기술의 국내 연구 현황과 페타와트 극초단 초강력 레이저 연구시설(PULSER)에 대해 자세히 소개하고자 한다.

• 한국광학회지
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• 제35권4호
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• pp.143-149
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• 2024

대기 중을 진행하는 레이저 빔에 대기 요동이 미치는 영향을 단일 위상판 모델 및 다수 위상판 모델로 분석하고 비교하였다. 파장이 1064 nm 이고 반지름이 10 mm인 레이저 빔을 1인치 광학계로 시준하여 3 km를 진행하는 경우에 대해 대기 요동 강도를 나타내는 구조 상수 C_n²를 10^-17부터 10^-14까지 변화시켜가며 단노출 빔 형상을 단일 및 다수 위상판 모델로 확인하였다. 구조 상수에 따른 레이저 빔의 변화를 정량화하기 위해 장노출에 대한 유효 수광 출력과 빔 크기 값을 사용하였으며, 구조 상수가 증가함에 따라 이 값들은 단일 및 다수 위상판 모델에서 공통적으로 증가하는 경향을 보였다. 구조 상수인 C_n²가 2×10^-15보다 작은 경우 하나의 위상판 사용 대비 다수의 위상판 사용 사이에 1.5% 이내의 장노출 유효 수광 출력과 빔 크기 차이만 발생하였지만, 그 이상인 경우 결과값의 차이가 지속적으로 증가하였다. 즉 3 km 진행하는 레이저빔은 구조 상수 2×10^-15 이상에서 다수 위상판 모델을 사용해야 함을 확인하였다.

• 한국광학회지
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• 제35권4호
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• pp.150-156
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• 2024

자유 공간 광 통신 또는 레이저 전력 전송과 같은 장거리 레이저 빔 전파 연구의 핵심 요소 중 하나는 레이저 빔의 전송 효율이다. 본 논문에서는 레이저 에너지 전송의 효율을 개선하기 위해 레이저 빔의 공간적 분포를 변형하는 방법을 제안하였으며, 특히 수퍼 가우시안 빔을 대상으로 수치 해석을 진행해 그 유효성을 확인하였다. 송신기의 광학 시스템에 의해 결정된 회절 한계 반지름 이내로 수신되는 전력의 양을 기준으로, 2차 수퍼 가우시안 레이저 빔이 1 km 거리를 전파할 때 단일 채널과 다중 채널에서 모두 전송 효율이 개선되는 것을 확인하였다. 또한 1 km 전파거리를 전제로 기본 가우시안 빔과 2차 수퍼 가우시안 빔을 사용하는 상황을 비교하였을 때, 전송 효율 개선률이 단일 채널 레이저에서 1.2% 이상, 3채널 및 7채널에서는 각각 4,2% 및 4.6% 이상이라는 결과를 얻었다. 레이저 빔의 전파거리가 750 m에서 1,250 m 사이인 경우, 2차 수퍼 가우시안 빔의 전송효율 개선률은 단일, 3채널, 7채널일 때 각각 1.2%, 4.1%, 4.0% 이상으로 전송 효율의 우위가 유지되었다.