1페니보다 작은 새로운 레이저로 초고속으로 물체 측정 가능

로체스터 대학과 캘리포니아 대학 산타바바라 캠퍼스의 연구진은 1페니 동전보다 작은 레이저 장치를 개발했습니다. 이 장치는 자율주행차에 사용되는 LiDAR 시스템부터 중력파 탐지에 이르기까지 모든 것에 동력을 공급할 수 있다고 합니다. 중력파 탐지는 우주를 관찰하고 이해하기 위한 가장 정교한 실험 중 하나입니다.

광학 계측학이라고도 하는 레이저 기반 측정 기술은 물체와 재료의 물리적 특성을 연구하는 데 사용될 수 있습니다.

그러나 현재의 광학적 계측법은 정밀한 레이저파 제어를 달성하기 위해 크고 값비싼 장비가 필요하기 때문에 간소화되고 비용 효율적인 시스템을 구축하는 데 병목 현상이 발생합니다.

Light: Science & Applications 에 게재된 논문에 설명된 새로운 칩 스케일 레이저는 매우 빠른 속도(초당 약 10조 회)로 광범위한 빛 스펙트럼에 걸쳐 색상을 매우 정밀하게 변경하여 매우 빠르고 정확한 측정을 수행할 수 있습니다.

기존의 실리콘 광자공학과는 달리, 레이저는 리튬 니오베이트라는 합성 물질로 만들어졌으며, 전기장이 존재할 때 물질의 굴절률이 변하는 포켈스 효과라는 물리적 현상을 활용합니다.

"우리의 설계로 이미 이점을 얻을 수 있는 여러 가지 응용 분야가 우리를 목표로 하고 있습니다." 전기 및 컴퓨터 공학과 광학과의 학장 교수인 Qiang Lin의 지도를 받는 박사 과정생인 Shixin Xue의 말입니다. 두 교수 모두 이 논문의 저자 중 한 명입니다.

"첫 번째는 자율주행차에 이미 사용되고 있는 LiDAR입니다. 하지만 주파수 변조 연속파 LiDAR라는 더 진보된 형태는 넓은 튜닝 범위와 레이저 주파수의 빠른 튜닝이 필요한데, 저희 레이저가 바로 그런 역할을 할 수 있습니다."

연구진은 레이저를 이용해 회전하는 디스크 위의 LiDAR 시스템을 구동하고 장난감 블록으로 만든 문자 U 와 R을 식별하는 방법을 시연했습니다.

그들은 미니어처 시연을 확장하여 고속도로 주행 속도와 거리에서 차량과 장애물을 감지할 수 있다고 말합니다.

연구진은 또한 칩 스케일 레이저가 파운드-드레버-홀(PDH) 레이저 주파수 잠금에 어떻게 사용될 수 있는지 보여주었습니다. PDH는 레이저의 노이즈를 좁히고 안정화하며 줄이는 데 사용되는 일반적인 기술입니다.

"매우 정밀하게 시간을 측정할 수 있는 광학 시계에 사용할 수 있는 매우 중요한 공정이지만, 이를 위해서는 많은 장비가 필요합니다."라고 Xue는 말하며, 일반적인 설정에는 데스크톱 컴퓨터 크기의 장비, 예를 들어 고유 레이저, 절연체, 음향 광학 변조기, 위상 변조기가 필요할 수 있다고 덧붙였습니다.

"저희 레이저는 이 모든 것을 전기적으로 조정할 수 있는 아주 작은 칩에 통합할 수 있습니다."

이 연구는 일부적으로 국방 고등 연구 계획국(DARPA)의 범용 마이크로스케일 광학 시스템을 위한 레이저(LUMOS)와 미국 국립 과학 재단의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250602154859.htm