[사이언스칼럼] 특별한 빛, 레이저

  • 오피니언
  • 사이언스칼럼

[사이언스칼럼] 특별한 빛, 레이저

이강희 한국표준과학연구원 광도측정그룹 책임연구원

  • 승인 2025-01-23 17:02
  • 신문게재 2025-01-24 18면
  • 임효인 기자임효인 기자
clip20250123094255
이강희 한국표준과학연구원 광도측정그룹 책임연구원
전구, 형광등, LED 등 다양한 광원들이 우리 생활 속에서 중요한 역할을 하지만, 그중 레이저는 다른 광원들과 비교할 때 훨씬 더 다양한 분야에서 활발히 활용된다. 예를 들어 슈퍼마켓에서 활용하는 레이저 바코드 스캐너는 물체의 정보를 빠르게 인식할 때 사용되며, 레이저 포인터는 발표 시 내용을 지시하는 데 활용된다. 이 외에도 레이저는 금속을 자르거나 용접하는 정밀 가공 분야, 라식수술이나 피부치료와 같은 의료 분야에서도 사용된다. 최근에는 레이저를 활용한 무기도 개발하고 있으며, 미사일보다 빠르고 정확하게 소형 비행체를 요격할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

다른 광원들과는 다르게 레이저가 특별히 더 많은 곳에 활용되는 이유는 레이저가 가진 몇 가지 독특한 특징 때문이다. 우선 대부분의 레이저 빛은 잘 퍼지지 않고 직진하며, 일반적인 태양광이나 형광등 빛과는 달리 특정한 한 가지의 선명한 색상을 가진다. 또한 다소 생소한 개념일 수 있으나, 레이저 빛은 높은 결맞음(coherence)을 가져 여러 상황에서 물결무늬와 같이 나타나는 간섭 현상을 관측할 수 있다. 이 높은 결맞음 성질 덕분에 레이저 빛은 매우 작은 지점에 모으기도 쉽다.

이러한 레이저의 독특한 특징을 이해하기 위해서는 유도방출복사(Stimulated Emission of Radiation)라는 현상을 알아야 한다. 사실, 레이저(Laser)는 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation'의 약자이며 그 이름 안에 이미 유도방출복사란 말이 들어가 있다. 여담이지만, 유도방출복사를 처음 이론적으로 예측한 사람은 상대성 이론으로 유명한 알베르트 아인슈타인이다. 남들이 1개도 이루기 어려운 업적을 무수히 많이 이룬 것을 보면 천재는 다르긴 다른 모양이다.

유도방출복사란 어떤 물체에 빛이 들어오면 그 빛에 의해 유도되어 추가로 빛이 방출되는 현상이다. 이때 방출된 빛은 들어오는 빛과 동일한 성질을 갖는데, 이를 유도방출복사의 자체 일관성(self consistency)이라고 부른다. 레이저 내부에서 똑같은 성질을 가진 유도방출된 빛이 거울 2개로 이루어진 반복 반사 구조를 통해 반복적으로 더해져 증폭(Light Amplification)되며, 이것이 레이저가 다른 광원과 다르게 특별해지는 이유이다. 처음 발생했던 빛이 똑같은 성질을 가진 채 계속 증폭되기 때문에 보통의 레이저에서 나오는 빛은 방향, 파장, 위상, 편광 등 빛이 가질 수 있는 모든 물리적 특성이 단일화된다.

이 단일성 덕분에 첨단 과학기술 분야에서 레이저는 없어서는 안 될 아주 중요한 도구이다. 최첨단 초미세 반도체 공정에 활용하는 극자외선을 생성시키기 위해 레이저를 사용하며, 최근에 큰 주목을 받는 양자 컴퓨터를 만들 때도 사용한다. 특히, 단일성은 측정의 기준점이 되기 때문에 측정표준과 관련된 과학기술을 연구하는 한국표준과학연구원(KRISS)에서 그 활용 비중이 높다. KRISS에서는 레이저 빛의 일정한 주파수를 원자시계가 내는 신호와 동기화하여 정확한 시간을 구현하거나, 선명한 간섭 현상을 측정하여 길이를 정밀하게 측정한다. 또한, 빛의 세기의 기본 단위인 cd(칸델라)를 정확히 정의하는 데에도 레이저 빛을 활용하며, 초정밀 압력측정 및 미세 화학 물질 분석에도 레이저를 사용하고 있다.

레이저는 과학 혁신을 이끄는 핵심 도구로 자리매김하면서 수많은 노벨상 수상자를 배출하기도 했다. 기초 이론 및 초기 개발에 대한 공로로 1964년 노벨 물리학상을 받은 찰스 타운스, 니콜라이 바소프, 알렉산드르 프로호로프를 시작으로 최근에는 아토초 레이저 기술의 발전에 대한 공로로 피에르 아고스티니, 페렌츠 크라우스, 앤 륄리에에게 2023년 노벨 물리학상이 돌아갔다. 독자분들도 다음번에 레이저 포인터를 사용할 때, 단순히 발표 도구로서만 생각하기보다 레이저가 첨단 과학기술 분야에서 활약하는 초특급 에이스라는 사실을 떠올려보시면 좋을 듯하다. 그리고 앞으로도 계속해서 과학자들이 레이저 기술을 활용해 새로운 혁신을 일으킬 수 있도록 응원해 주시기를 바란다. 이강희 한국표준과학연구원 광도측정그룹 책임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 역투 펼치는 한화이글스 새 외국인 투수 짐머맨
  2. 경주의 대표 관광지 '금장대'
  3. 숨통 튼 홈플러스…영업 정상화까진 '첩첩산중'
  4. 천안시의회 권오중 의원, 독립기념관 품은 흑성산 자락 대규모 수목장 조성 전면 재검토 촉구
  5. 닻 올린 유성 장대 A구역, 조합설립인가… 시공사 선정 등 후속 절차 진행
  1. [취임 인터뷰] 대전 역세권부터 빵타워까지…황인호표 동구 혁신 시동
  2. 천안시, 천흥2일반산단 승인·고시…북부권 첨단산업 클러스터 본격화
  3. 신한철 전 중도일보 상무 별세
  4. 민선 9기 대전시 조직개편 추진... AI와 시민에 방점
  5. [오늘과내일] 가슴에 불 지르는 지방의회 원구성

헤드라인 뉴스


1.1조원 `새빛가속기` 첫 삽… 오창, 국가첨단연구 거점 도약

1.1조원 '새빛가속기' 첫 삽… 오창, 국가첨단연구 거점 도약

국가 전략기술 경쟁력을 좌우할 초대형 연구시설인 한국새빛가속기(KLS) 건설이 충북 청주 오창에서 본격적으로 시작됐다. 첨단 연구장비를 국내에서 안정적으로 활용할 수 있는 기반이 마련되면서 반도체와 바이오, 이차전지 등 미래 산업의 연구개발 역량을 높이는 전환점이 될 것이라는 기대가 커지고 있다. 방사광가속기는 전자를 빛의 속도에 가깝게 가속해 만들어지는 강력한 방사광을 이용하는 연구시설이다. 원자 수준에서 물질의 구조와 특성을 분석할 수 있어 신소재 개발과 신약 연구, 반도체 공정 개선 등 첨단 산업 전반에서 활용되는 국가 핵심..

"상가 공실, 전국 최대 수준" 세종시, 민관 협력으로 해법 찾는다
"상가 공실, 전국 최대 수준" 세종시, 민관 협력으로 해법 찾는다

"전국 최대 수준의 공실률, 이로 인한 정주 여건 악화와 만족도 저하 우려." 민선 5기 세종시정에서 이 같은 문제를 해결하기 위한 민관 협력 기구와 정책 이행을 위한 추진단이 구성돼 본격적인 활동에 나설 전망이다. 단순히 상권 활성화를 위한 의견 수렴에 머물지 않고, 부서 간 벽을 허문 기구를 통해 의사 결정을 내린 뒤 현실화까지 동력을 끌어가겠다는 취지다. 27일 한국부동산원에 따르면 올해 1분기 기준 세종지역 일반상가 공실률은 21.5%로 전국에서 가장 높은 수준을 기록했다. 특히 이 가운데 중대형 상가(3층 이상 또는 연면적..

세종 찾은 김민석 "국회 완전 이전 불가피, AI 의사당으로"
세종 찾은 김민석 "국회 완전 이전 불가피, AI 의사당으로"

김민석 전 총리(더불어민주당)가 27일 세종시를 찾아 국회 완전 이전을 전제로 한 전 세계 유일의 'AI 의사당 건립' 필요성을 주장했다. 이날 오전 세종시청을 찾은 김 총리는 금주 당권 경쟁 본선 레이스 시작을 알리며 국가의 중원이자 중심인 충청권, 특히 세종에서 집권당의 첫 전대를 개시한다는 의미를 부각했다. 그는 여의도에 지역구를 둔 국회의원으로서 2033년 건립 예정인 국회 세종의사당의 완전 이전 필요성을 강조하고 나섰다. 분원 이전으로 국정 운영의 중심인 정부와 여의도 국회, 세종의사당으로 쪼개진다면, 과도한 행정 비효율을..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 여름방학에 배우는 사자소학 여름방학에 배우는 사자소학

  • ‘덥다 더워’…쉴 새 없이 돌아가는 에어컨 실외기 ‘덥다 더워’…쉴 새 없이 돌아가는 에어컨 실외기

  • 역투 펼치는 한화이글스 새 외국인 투수 짐머맨 역투 펼치는 한화이글스 새 외국인 투수 짐머맨

  • ‘우린 더위 몰라요’…한화생명볼파크 썸머 페스티벌 ‘우린 더위 몰라요’…한화생명볼파크 썸머 페스티벌