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연구 분야
기술 도입 효과 및 상용화 단계
경제적/시장 적용 및 기대 효과
비선형 광섬유 레이저 시장은 연평균 10.3% 성장하여 2028년 15억 달러 규모에 이를 것으로 예상되며, 특히 통신, 의료, 첨단 제조 분야에서의 수요 증가가 기대됩니다. 기술 도입 시 관련 시장 선점이 가능합니다.
전 세계 초고속 레이저 시장은 2032년까지 66억 7천만 달러 규모로 성장할 전망입니다. 특히 광섬유 레이저는 우수한 효율과 안정성을 바탕으로 시장을 주도하고 있어, 본 기술 도입은 고부가가치 첨단 제조 시장에서 강력한 경쟁 우위를 확보하게 할 것입니다.
AI 기반 6G 통신 인프라, 양자 컴퓨팅, 바이오 포토닉스 등 미래 산업에서 비선형 광학 기술의 중요성이 커지고 있습니다. 관련 기술에 대한 선제적 투자는 차세대 기술 표준을 선도하고 새로운 시장을 창출하는 기회가 될 것입니다.
연구실에서 최근에 진행되고 있는 관심 연구 분야
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초고성능 비선형 광섬유 및 광소자 기술
본 연구실은 초고성능 비선형 광섬유 및 광소자 개발에 중점을 두고 있습니다. 비선형 광섬유는 일반적인 광섬유와 달리, 강한 광 강도 하에서 다양한 비선형 광학 현상을 유도할 수 있는 특수한 구조와 재질을 갖추고 있습니다. 특히, Bismuth oxide, ZBLAN, 실리카 기반의 고비선형 광섬유, 그리고 포토닉 크리스탈 파이버(PCF), 홀리 파이버 등 다양한 신소재 및 구조의 광섬유를 설계하고 제작하여, 기존의 한계를 뛰어넘는 비선형 특성을 구현하고 있습니다. 이러한 비선형 광섬유를 활용하여, 파장 변환, 광 신호 증폭, 초고속 광 펄스 생성, 광 신호 처리 등 다양한 응용 분야에 맞는 광소자를 개발하고 있습니다. 예를 들어, 1m 미만의 초단 길이에서 1100 W-1km-1 이상의 초고비선형 계수를 갖는 Bismuth oxide 기반 광섬유를 이용한 파장 변환기, 광 증폭기, 위상 컨쥬게이터 등은 기존 실리카 광섬유 기반 소자 대비 월등한 효율과 집적도를 자랑합니다. 또한, 광섬유 내에서의 브릴루앙 산란 억제, 고출력 펄스 전송, 다채널 광신호 처리 등 실용적 문제 해결에도 집중하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 광통신, 양자광학, 센서, 의료용 광기기 등 다양한 분야에서의 혁신적 기술 발전을 이끌고 있습니다. 본 연구실은 소재 개발부터 소자 설계, 시스템 응용까지 전주기적 연구를 수행하며, 국내외 유수 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해 실용화 및 상용화에도 앞장서고 있습니다.
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2차원 나노소재 기반 초고속 광섬유 레이저 및 포화흡수체 연구
본 연구실은 2차원 나노소재(MXene, MAX phase, Topological Insulator, TMDC 등)를 기반으로 한 초고속 광섬유 레이저 및 포화흡수체(Saturable Absorber, SA) 개발에 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 2차원 소재는 기존의 벌크 소재와 달리, 원자 단위의 얇은 두께와 독특한 전자·광학적 특성으로 인해, 초단 펄스 레이저의 모드잠금, Q-스위칭, 광변조 등에 매우 유리한 특성을 보입니다. 특히, V4C3, Nb4C3, Ti3C2Tx 등 다양한 MXene 소재와 Bi2Te3, Bi2Se3, CoSb3 등 Topological Insulator, MoSe2, WS2, ReSe2 등 TMDC 소재를 직접 합성 및 박리하여, 광섬유 플랫폼(측면연마, D-형, 클래딩 에칭 등)에 적용한 포화흡수체를 제작하고 있습니다. 이들 소재는 1.5~2.1 μm 대역의 광섬유 레이저에서 펨토초~피코초 단위의 초단 펄스 생성, 광대역 모드잠금, 고출력 Q-스위칭 등 다양한 동작을 실현하며, 기존 상용 반도체 기반 SA 대비 넓은 동작 대역과 우수한 내구성, 저비용 제작의 장점을 가집니다. 이러한 연구는 차세대 광통신, 양자광학, 정밀 계측, 의료용 레이저 등 다양한 분야에서 초고속·고출력·고신뢰성 광원 개발에 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 본 연구실은 소재의 이론적 특성 분석(DFT 계산 등)부터 실제 소자 제작, 레이저 시스템 구현, 응용 실증까지 통합적으로 연구를 진행하며, 세계적으로도 독보적인 연구성과를 창출하고 있습니다.
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광섬유 기반 양자광학 및 광신호 처리 기술
본 연구실은 광섬유를 기반으로 한 양자광원 및 광신호 처리 기술 개발에도 적극적으로 참여하고 있습니다. 특히, ZBLAN, 플루오르화 섬유 등 특수 광섬유를 활용한 단일광자쌍 생성, 파장 변환, 광자 얽힘 등 양자광학적 현상을 실험적으로 구현하고, 이를 양자암호통신, 양자센싱 등 실용적 응용으로 확장하는 연구를 수행하고 있습니다. 예를 들어, spontaneous four-wave mixing(SFWM) 및 intermodal SFWM을 이용한 가시광 및 L-band 대역의 편광 얽힘 광자쌍 생성, ZBLAN 기반의 고출력 펄스 레이저, 고효율 광자쌍 소스 개발 등은 국내외 양자광학 연구에서 높은 평가를 받고 있습니다. 또한, 광섬유 기반의 다양한 광신호 처리 소자(마이크로파 필터, 광섬유 센서, 광변조기 등) 개발을 통해, 차세대 광통신 및 센서 네트워크의 핵심 기술을 선도하고 있습니다. 이러한 연구는 양자정보통신, 고정밀 계측, 생체·환경 센서 등 미래 첨단 산업의 기반 기술로서, 본 연구실은 이론적 모델링, 수치해석, 실험적 검증, 시스템 통합 등 전방위적 연구를 통해 세계적 경쟁력을 확보하고 있습니다.