다이아몬드 거울은 강철을 태워버릴 만큼 강력한 레이저를 견뎌냅니다.

고출력 레이저는 제조부터 우주 통신까지 모든 분야에 활용되며 더욱 강력한 버전이 계속 개발되면서 광선의 조종을 담당하는 구성 요소에 대한 재고가 필요합니다. 이것은 하버드 엔지니어 팀이 다이아몬드에서 가장 강력하다고 알려진 재료 중 하나를 사용하여 강철을 태울 수 있을 만큼 강한 레이저 빔을 견딜 수 있는 새로운 거울을 만드는 데 사용되었습니다.

이 견고한 새 미러는 오늘날 고출력 연속파 레이저 시스템의 일부 단점을 해결하기 위해 개발되었습니다. 이러한 레이저에서 빔의 방향을 지정하는 데 사용되는 거울은 다양한 광학 특성을 지닌 얇은 재료 층으로 구성됩니다. 해당 레이어 중 하나에 작은 결함이 있으면 레이저가 반사되는 대신 거울을 통해 타서 전체 작업이 취소됩니다.

더 간단한 접근 방식은 전체 거울에 단일 재료를 사용하여 결함 가능성을 제한하는 것일 수 있지만, 찾을 수 있는 가장 견고한 재료 중 하나를 집어 작업에 적용하는 것만 큼 간단하지 않습니다. 새로운 다이아몬드 거울을 형성하기 위해 연구팀은 양자 광학 및 통신에 사용하기 위해 다이아몬드에 나노 규모 구조를 조각하기 위해 원래 개발된 최첨단 에칭 기술을 활용해야 했습니다.

논문의 첫 번째 저자인 Haig Atikian은 "우리는 양자 응용을 위해 개발한 것을 사용하고 좀 더 고전적인 용도로 사용하면 어떨까 생각했습니다."라고 말했습니다.

여기에는 이온 빔을 사용하여 3 x 3 mm(0.1 x 0.1 인치) 크기의 얇은 다이아몬드 시트 표면에 미세한 골프 티 모양 구조를 에칭하는 작업이 포함되었습니다. 이러한 구조는 다이아몬드 거울에 반사 특성을 부여하며, 과학자들은 내구성을 유지하는 데 도움이 되는 최적의 지점인 98.9% 반사율에 도달했습니다.

논문의 공동 저자인 Neil Sinclair는 "99.999% 반사되는 반사판을 만들 수 있지만 10-20개 층으로 이루어진 반사판은 저전력 레이저에는 적합하지만 확실히 고출력을 견딜 수는 없습니다"라고 말했습니다.

과학자들은 강철을 태워버릴 만큼 강한 미 해군의 연구에 사용되는 10kW 레이저 앞에 새 거울을 배치하여 테스트했습니다. 거울은 전혀 손상되지 않은 채로 나왔습니다.

"이 연구의 장점은 3x3mm 다이아몬드의 750미크론 지점에 10킬로와트 레이저가 집중되어 있다는 점입니다. 이는 매우 작은 지점에 많은 에너지가 집중되어 있다는 것입니다. 우리는 그것을 태우지 않았습니다.”라고 Atikian이 말했습니다. "레이저 시스템이 점점 더 전력 소모가 많아짐에 따라 광학 부품을 더욱 견고하게 만드는 창의적인 방법을 찾아야 하기 때문에 이는 중요합니다."

과학자들은 기술의 상용화를 모색하고 있으며, 새로운 다이아몬드 거울이 반도체 제조 및 국방에서부터 우주 통신 및 산업 제조에 이르는 분야를 발전시키는 데 사용될 것이라고 상상합니다.

논문의 수석 저자인 Marko Loncar는 "우리의 단일 재료 거울 접근 방식은 다중 재료 스택으로 형성된 기존 거울에 해로운 열 응력 문제를 제거합니다."라고 말했습니다. "이 접근 방식은 고출력 레이저의 새로운 응용 분야를 개선하거나 창출할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다."

이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 게재됐다.

출처: 하버드 대학교