스토리

빛의 파형을 실시간으로 관측하는 성능 장비 개발


 

오실로스코프는 심전도 모니터와 같이, 눈으로는 볼 수 없는 물리 현상을 전압 또는 전류로 바꿔 실시간으로 모니터에 그려낸다. 물리, 화학, 기계, 재료, 토목, 의학, 농업 등 다양한 분야에서 측정을 위한 핵심 장비로 활용 중이다. 

 

한국원자력연구원(원장 박원석)은 1테라(1012)헤르츠의 대역폭과 초당 75.7테라샘플링의 속도로 빛의 파형을 왜곡 없이 관측할 수 있는, 현존 최고 성능의 초고속 오실로스코프를 개발했다고 21일 밝혔다. 전자기파의 파형을 기존보다 10배 정밀하게 관측할 수 있어 향후 전자기파 연구에 다양하게 활용될 것으로 기대한다. 

 

기존의 오실로스코프는 두 전극 사이를 통과하는 전자빔이 측정하고자 하는 전자기파에 의해 휘는 궤적을 연속적으로 측정하는 원리로 작동한다. 연구원이 새로 개발한 초고속 오실로스코프는 이전과는 구조부터가 다른데, 금속판 사이 작은 틈을 통과하는 전자기파를 가로 막대 형태의 전자빔이 도장 찍듯 한 번에 기록한다.

 


 

현재 상용 오실로스코프의 최대 대역폭은 100기가(109)헤르츠로 알려져 있다. 이 경우, 100기가헤르츠 이상의 주파수로 진동하는 전자기파를 입력하면 신호의 왜곡도가 심해져 측정할 수 없다. 진동하며 진행하는 전자기파는 그 자체의 정보뿐 아니라 거쳐지나가는 물질과의 상호작용을 통해 물질의 정보도 포함한다. 이 때문에 1테라헤르츠까지 관측하는 이번 장비가 초고속 분광학 등 빛을 이용한 물성 연구에 큰 도움을 줄 것으로 기대한다.

 

연구를 주도한 백인형 박사는 “이번 기술개발로 가까운 시일 내에 과학자들이 꿈꿔왔던 페타(1015)헤르츠, 즉 일천조분의 일 초 동안 진동하는 전자기파의 파형까지 실시간 관측 가능할 것으로 예상한다.”라며, “이미 실험을 통해 초당 페타샘플링의 데이터 수집이 가능함을 입증한 바 있다. 앞으로 전자빔의 두께를 수백 나노미터 단위까지 압축시키는 데 연구를 집중할 계획이다.”라고 전했다.

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