KAIST MSMOL
양자대학원 강명수
KAIST MSMOL(Micro/Submicro Optics Laboratory) 연구실은 저차원 마이크로 및 서브마이크로 구조에서의 비선형 및 양자 광학 현상을 심도 있게 탐구하는 선도적 연구 그룹입니다. 본 연구실은 빛과 물질의 상호작용을 극대화할 수 있는 미세구조 광도파로, 나노와이어, 광공진기 등 첨단 광학 플랫폼을 활용하여 기존의 한계를 뛰어넘는 새로운 광학적 현상과 응용 기술을 개척하고 있습니다.
연구실의 주요 연구 분야는 비선형 광학, 양자광학, 광도파로 및 공진기 기반의 다중 솔리톤 동역학, 비평형 복잡계 현상, 그리고 혁신적 광소자 및 센서 개발 등입니다. 특히, 저차원 구조에서의 빛-물질 상호작용을 통해 초고효율 광주파수 변환, 양자광원, 광정보처리, 정밀 센싱 등 다양한 첨단 응용을 실현하고 있습니다. 이러한 연구는 실험적 접근과 이론적 모델링, 수치해석이 유기적으로 결합되어 진행되며, 세계적 수준의 연구 성과를 지속적으로 창출하고 있습니다.
연구실은 다중 모드 비선형 광학, 광공진기 내 솔리톤 동역학, 카오스 및 동기화 현상, 광 기반 뉴럴 네트워크 등 복잡계 동역학 연구에도 주력하고 있습니다. 이를 통해 차세대 광정보처리, 인공 신경망, 양자정보통신 등 미래 지향적 기술의 기반을 마련하고 있습니다. 또한, 광공진기를 이용한 고정밀 무게 측정 장치, 광도파로 기반의 고효율 주파수 변환 소자, 양자광원 등 혁신적 광소자 및 센서 개발을 통해 학문적·산업적 파급효과를 극대화하고 있습니다.
연구실은 다양한 국내외 연구 프로젝트와 산학협력을 통해 첨단 광학 기술의 실용화와 산업적 응용에도 적극적으로 기여하고 있습니다. 또한, 우수한 연구 인력 양성에도 힘쓰며, 대학원생 및 학부생, 박사후연구원 등 다양한 인재들이 참여하여 창의적이고 도전적인 연구를 수행하고 있습니다.
KAIST MSMOL 연구실은 앞으로도 저차원 광학 시스템을 기반으로 한 혁신적 연구와 기술 개발을 통해, 미래 광학 및 양자정보과학 분야를 선도하는 글로벌 연구 허브로 성장해 나갈 것입니다.
Optomechanics
Fiber Lasers
Nonlinear Optics
저차원 마이크로/서브마이크로 구조에서의 비선형 및 양자 광학 현상
본 연구실은 저차원 마이크로 및 서브마이크로 구조에서 빛과 물질의 상호작용을 기반으로 한 비선형 및 양자 광학 현상을 심도 있게 연구하고 있습니다. 이러한 구조에서는 빛의 파장과 유사한 크기의 구조적 특성이 빛의 전파 및 상호작용에 독특한 영향을 미치며, 기존의 벌크 시스템과는 차별화된 새로운 광학적 현상들이 나타납니다. 연구진은 다양한 미세구조 광도파로, 광섬유, 나노와이어 등을 활용하여, 비선형 광학 효과(예: 고조파 발생, 라만 산란, 포톤 간 상호작용 등)와 양자 광학 현상(예: 양자 얽힘, 단일광자 생성 등)을 실험적으로 규명하고 있습니다.
특히, 이러한 저차원 구조에서는 빛과 물질의 상호작용이 극대화되어, 기존보다 훨씬 낮은 에너지로도 강력한 비선형 효과를 유도할 수 있습니다. 이를 통해 초고효율의 광주파수 변환, 양자광원 개발, 새로운 광정보 처리 방식 등이 가능해집니다. 또한, 미세구조의 설계와 제어를 통해 원하는 광학적 특성을 맞춤형으로 구현할 수 있어, 차세대 광소자 및 양자정보기술의 핵심 기반이 되고 있습니다.
이러한 연구는 실험적 접근뿐만 아니라, 이론적 모델링과 수치해석을 병행하여 현상의 근본 원리를 밝히고, 새로운 응용 가능성을 탐색하는 데 중점을 두고 있습니다. 궁극적으로는 저차원 광학 시스템을 활용한 혁신적 광소자 개발, 양자정보통신, 정밀 센싱 등 다양한 분야로의 확장과 실용화를 목표로 하고 있습니다.
광도파로 및 공진기 기반의 다중 솔리톤 동역학과 비평형 현상
연구실은 고품위 광도파로 및 광공진기를 이용한 다중 솔리톤 동역학, 비선형 소산계에서의 비평형 현상, 그리고 복잡계 동역학에 대한 실험적 및 이론적 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 솔리톤은 비선형 광학 시스템에서 나타나는 안정적인 파동 패턴으로, 광섬유 레이저, 광공진기 등에서 다양한 형태로 생성 및 제어될 수 있습니다. 본 연구실은 다중 솔리톤의 생성, 상호작용, 충돌, 동기화, 그리고 카오스적 거동 등 복잡한 동역학 현상을 실험적으로 관찰하고, 이를 정밀하게 제어하는 방법을 개발하고 있습니다.
특히, 비선형 소산 광공진기에서의 다중 솔리톤 동역학은 광정보 처리, 초고속 신호처리, 광 기반 뉴럴 네트워크 등 첨단 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 연구진은 광공진기 내에서의 비평형 현상, 예를 들어 솔리톤 상전이, 동기화, 카오스, 정보처리 등 다양한 현상을 실험적으로 규명하고, 이를 바탕으로 새로운 광학적 기능을 구현하는 데 주력하고 있습니다. 또한, 이러한 시스템에서의 비선형 현상은 자연계의 다양한 다체계 동역학을 광학적으로 모사하는 데에도 활용될 수 있습니다.
이와 같은 연구는 고정밀 광학 실험, 첨단 레이저 기술, 수치해석 및 이론적 모델링이 유기적으로 결합되어 진행됩니다. 이를 통해 차세대 광소자, 초고속 광정보처리, 인공 신경망 구현 등 미래 지향적 광학 기술의 토대를 마련하고 있습니다.
비선형 광학 및 양자광학 기반의 혁신적 광소자 및 센서 개발
본 연구실은 비선형 광학 및 양자광학 현상을 활용하여 혁신적인 광소자 및 정밀 센서 개발에도 집중하고 있습니다. 예를 들어, 광공진기를 이용한 고정밀 무게 측정 장치, 광도파로 기반의 고효율 주파수 변환 소자, 양자광원 및 양자정보처리 소자 등이 대표적입니다. 이러한 소자들은 기존의 전자기반 센서나 소자에 비해 월등한 민감도, 속도, 집적도, 그리고 양자적 특성을 활용한 새로운 기능을 제공합니다.
특히, 광공진기 기반의 정밀 센서는 미세한 질량 변화, 힘, 변형, 온도 등을 실시간으로 감지할 수 있어, 기초과학 연구뿐만 아니라 산업 현장, 바이오센서, 환경 모니터링 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 또한, 비선형 광학 현상을 이용한 주파수 변환 소자는 광통신, 분광학, 양자정보통신 등에서 핵심적인 역할을 하며, 양자광원 및 양자정보처리 소자는 미래 양자컴퓨팅 및 양자암호통신의 기반 기술로 주목받고 있습니다.
이러한 연구는 실험적 구현과 더불어, 소자의 이론적 설계, 성능 분석, 최적화 등 전 과정을 포괄적으로 다루고 있습니다. 이를 통해 세계적 수준의 혁신적 광소자 및 센서 기술을 선도하고, 학문적·산업적 파급효과를 극대화하는 것을 목표로 하고 있습니다.
1
Quantum optical induced-coherence tomography by a hybrid interferometer
Eun Mi Kim, Sun Kyung Lee, Sang Min Lee, Myeong Soo Kang, Hee Su Park
, 1970
2
Efficient harmonic generation in an adiabatic multimode submicron tapered optical fiber
Chang Kyun Ha, Kee Hwan Nam, Myeong Soo Kang
, 1970
3
Optomechanical engineering of quasi-continuous-wave background in mode-locked fiber laser
Ki Sang Lee, Dae Seok Han, Chang Kyun Ha, Kyoung Jun Moon, Myeong Soo Kang
, 1970
1
(통합EZ)기능성 광도파로 공진기 기반 비선형 특이 상태 및 복잡 동역학의 탐색 및 응용(2024년도)
2
KRISS-KAIST 양자대학원 설립 운영(2023년도)
3
(통합EZ)고품위 광도파로 공진기 기반 초고반복률 솔리톤 광원 개발(2022년도)
