무질서한 광모드 속성 밝혀
차세대 레이저 제어기술 개발 

서울대학교 물리천문학부 전헌수 교수

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 5월 수상자로 서울대학교 물리천문학부 전헌수 교수를 선정했다.
‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 뽑아 과기정통부 장관상과 상금 1,000만 원을 수여하는 시상이다.
과기정통부와 연구재단은 전헌수 교수가 무질서한 광모드의 속성을 규명하고, 차세대 레이저로 주목받는 무작위 레이저 제어 기술을 개발해 나노광학의 지평을 넓힌 공로를 높이 평가했다고 밝혔다.
무작위 레이저(random laser)는 무질서한 광학적 구조 내부에서 자발적으로 발현되는 빛의 공명 모드를 이용하는 차세대 레이저로 기존 레이저의 구조적 단순함을 초월하여 다양한 기능 창출이 기대된다.
1960년 5월 16일 미국의 물리학자 시어도어 메이먼은 빛을 제어해 세계 최초의 레이저를 선보였다.
유네스코는 이날을 정보통신, 에너지 등 첨단과학기술을 이끈 광학과 광기술의 중요성을 알리기 위해 ‘세계 빛의 날’로 제정했다.
전헌수 교수는 미세 공간에서 빛의 흐름을 제어하는 광자결정 구조 연구로 광자학의 도약과 산업적 응용가능성을 이끌었다.
관련 성과는  2019년 7월 네이처포토닉스(Nature Photonics) 표지 논문으로 선정됐다.
전헌수 교수는 일정 수준 이상의 무질서도에서 결정구조가 파괴되는 점에 주목하고 무질서 정도에 관계없이 항상 결정구조가 유지되는 광자결정 합금 시스템을 개발해 문제해결의 돌파구를 찾았다.
연구팀은 직접 설계·제작한 무질서한 광자결정 플랫폼을 이용한 실험을 통해 무질서한 광자학 시스템에서 앤더슨 국지화 현상이 일어날 수 있으며, 그 본질은 광띠꼬리(Photonic band-tail) 모드임을 체계적으로 규명했다.
앤더슨 국지화 현상은 무질서한 구조 내부에 전자나 광자가 공간적으로 매우 좁은 영역에 국한 되는 현상으로 이때 전자나 광자의 평균산란거리는 무질서 정도에 따라 변한다고 알려졌다.
또한, 무작위 레이저 소자의 무질서 정도와 양상을 조절해 다중모드 레이저 발진을 단일모드 발진으로 전환하는 등 무작위 레이저의 제원도 인위적으로 조절 가능함을 증명했다.
이는 전기장·열·압력 같은 외부요인 없이 구조적 특성만을 소자 설계에 반영해 얻은 최초의 성과이다.
전헌수 교수는 “이번 성과는 무질서한 광학적 매질에 대한 기초연구에서 광소자 개발의 응용 가능성까지 전주기적으로 탐구한 결과”라며 “무질서한 광자구조에 대한 물리학적 이해의 깊이를 더해 지금까지 불가능했던 비범한 광소자의 출현을 기대한다”고 수상소감을 밝혔다.