d라이브러리

파장 영역을 자유롭게 조절할 수 있는 자유전자레이저가 국내에서 개발됐다. 한국원자력연구소 고출력레이저 기술개발팀 이종민 이병철 박사팀은 전자빔을 가속시키고, 전자빔이 휠때 발생하는 방사광을 언듈레이터로 증폭시키는 방법을 이용해 ㎜영역의 자유전자레이저를 발진시키는데 성공했다고 밝혔다. 이 팀은 전자를 방출하고 가속시키는 것에서부터 마지막 출력까지의 전체 시스템을 개발했다.

자유전자레이저는 종래의 레이저를 만드는 방법과는 전혀 다르다. 기존의 ${CO}_{2}$레이저를 예로 들면 ${CO}_{2}$가스를 여기시키고 다시 바닥상태로 돌아올 때 방출되는 빛을 증폭시켜 얻는다. 따라서 특정 파장대의 레이저만을 얻을 수 있다. ${CO}_{2}$는 10.6μ, 야그레이저는 1.06μ, 엑시머레이저는 0.3-0.4μ 영역의 레이저만 발생시킬 수 있는 것이다. 그러나 자유전자레이저는 좀더 폭넓은 영역에서 원하는 파장대를 임의로 선택해 사용할 수 있으며 전자빔의 상태에 따라 출력을 조절할 수 있는 장점이 있다.

이종민 박사는 "${CO}_{2}$ 레이저의 경우 주로 가공에 쓰이는데 알루미늄 등을 가공할 때 파장이 조금 다른 영역이 있었으면 좋겠다는 생각을 누구나 하게 된다"며 "자유전자레이저는 바로 이럴 때 효율적으로 사용할 수 있다"고 자유전자레이저의 특성을 설명했다. 그렇기 때문에 자유전자레이저는 '차세대 레이저' '꿈의 레이저'로 불린다.

자유전자레이저를 이처럼 부각시키는 이유는 ㎜ 영역은 물론 마이크로파 적외선 가시광선 자외선 X선에까지 레이저의 '영토'를 확장시킬 수 있기 때문이다. 미국 로렌스리버모어연구소와 로스알라모스연구소에서는 오래전부터 군사목적으로 사용될 수 있는 자유전자레이저를 개발하고 있으나 실용화 단계에는 이르지 못하고 있다. 미국 스탠퍼드 대학에서도 X선 영역의 자유전자레이저를 개발하고 있다.

이들이 개발하고 있는 X선 영역의 자유전자레이저는 다름 아닌 스타워스에서 제기된, 대륙간 탄도미사일을 공중에서 격추시킬 수 있는 강력한 군사무기로 활용될 수 있는 것.

일본에서는 자유전자레이저만을 전문적으로 연구하기 위한 연구소가 설립될 정도로 자유전자레이저에 대한 관심이 높다.

자유전자레이저는 영역별로 응용분야가 조금씩 다르다. 자외선 영역은 고집적반도체를 만들 때 사용하는 석판기술이나 비파괴검사에 쓰이며, 가시광선 영역은 가공이나 의료용(암치료)에, 적외선영역은 생물학적 분자구조를 살피는 데 활용된다. 이번에 원자력연구소팀이 개발한 ㎜ 영역의 레이저는 에너지를 전송하는 데 할용될 수 있다. 예를 들어 무인위성에 전원을 공급한다고 할 때 ㎜레이저나 마이크로레이저에 실어 보낼 수 있다.

이종민 박사는 "1단계로 소규모시스템을 개발했고 올해부터 2단계로 실용시스템을 개발해 전력 송전에 활용할 계획"이라고 밝혔다. 아무튼 국내에서도 이번 개발을 계기로 기초과학은 물론 원자력 의료 국방 등에 폭넓게 활용될 자유전자레이저에 대한 관심이 증폭될 것으로 보인다.