KOSEN 한인과학기술자네트워크

본 연구실에서는 외부공진형 반도체 레이저를 이용하여 알카리족 원자(루비듐, 세슘)들에 대한 고분해 레이저 분광, 원자결맞음 분광 (전자기유도투과, 전자기유도흡수), 원자간섭계, 느린 빛과 빠른 빛, 광저장 등 다양한 연구를 진행하고 있다. 레이저의 선폭을 축소시킨 외부공진형 반도체 레이저를 이용한 고분해 원자분광학은 원자의 핵 스핀에 의한 초미세구조와 자기부준위을 확인할 수 있는 정밀한 고분해 분광이다. 이러한 고분해 레이저 분광 기술은 원자의 에너지 구조를 이해할 수 있을 뿐 아니라 레이저의 주파수를 원자 전이선에 안정화시키는데 응용된다. 레이저 주파수 안정화 기술은 최근에 노벨 물리학상을 수상한 레이저 쿨링 (Laser cooling) 과 Bose-Einstein Condensation (BEC)을 위한 핵심기술이며 오늘날 우리가 가장 정밀하게 측정할 수 있는 물리량인 시간과 주파수의 표준을 위한 원자시계 개발 연구에 필수적이다. 3준위 이상의 다중원자계와 레이저와의 상호작용으로 원자결맞음 현상에 대한 연구를 수행하고 있다. 원자결맞음에 의해서 나타나는 대표적인 현상으로 전자기유도투과 (Electromagntically Induce Transparency; EIT), 원자밀도포획 (Coherent Population Trapping; CPT)이 있다. EIT의 대표적인 특징은 원자전이선에 공진하는 주파수를 레이저가 흡수하지 않고 투과하는 것과 스펙트럼의 선폭이 매우 좁다는 것이다. 일반적으로 원자 분광 스펙트럼의 선폭은 여기준위의 자발방출률에 의해서 제한된다. 그러나, 원자결맞음 효과에 의해서 EIT의 선폭은 수십 Hz까지 좁은 선폭을 얻을 수 있다. 좁은 분광 스펙트럼은 분광학적인 측면에서도 흥미롭지만, 많은 응용연구가 가능하다. 1)매우 좁은 스펙트럼은 주파수 기준으 로써 매우 좋기 때문에 원자시계 (atomic clock)와 같이 정확한 주파수 측정에 응용할 수 있다. 최근에 이러한 연구결과로써 루비듐 원자에서 CPT atomic clock에 대한 연구결과를 발표하였다. 2) 전이선에 축퇴된 자기부준위 (Zeeman sublevels) 사이에 원자결맞음 분광을 하는 경우에 좁은 분광 스펙트럼의 특성을 이용하여 미세한 외부자기장을 측정할 수 있게 된다. 이것은 원자자계연구로 이어져서 현재까지 가장 미세한 자기장을 측정할 수 있는 것으로 알려진 극저온에서 동작하는 초전도체 소자를 대체할 수 있는 감도를 가진 원자자계 개발이 가능할 것으로 알려져 있다. 이러한 정밀한 원자자계는 인간의 몸에서 발생되는 생체자기장 측정 및 미세 금속탐지 기술로 응용될 수 있는 미래 유망 기술로써 2008년 MIT에서 발표한 미래유망기술로 선정되기도 하였다. 3) EIT와 CPT에 대한 고분해 분광 연구를 바탕으로 결맞음원자매질에서 광속제어 연구와 광저장 연구를 수행하고 있다. 광속제어와 광저장 연구는 양자통신에 필요한 광자 메모리로써 최근에 활발하게 연구되고 있으며, 본 연구실에서도 광자를 이용한 광저장 연구에 많은 관심을 가지고 있다. 4) 결맞음 원자매질에서 비선형 현상연구이다. 일반적으로 매질과의 상호작용에서 비선형 현상은 높은 출력을 가진 레이저를 이용하여 연구가 이루어졌다. 결맞음 원자매질에서는 낮은 레이저 출력으로도 높은 비선형성을 관측할 수 있다. 본 연구실에서도 결맞음 원자매질을 이용한 사광자혼합 (Four Wave Mixing; FWM) 에 관심을 가지고 있으며, 이를 응용한 광스위치 개발과 스펙트럼폭이 좁은 비고전광 생성과 이를 이용한 광자속도제어와 광저장에 많은 관심을 가지고 있다.