초록 ▼

□ 연구개요
오늘날의 IT, BT, NT, 항공우주를 포함한 첨단산업을 주도하는 핵심기술들은 하드웨어 면에서 초정밀이라는 특성을 공유한다. 이러한 초정밀의 산업적 수요에 대응하여, 오래전부터 빛의 진공 공간에서의 일정속도 가설에 근거하여, 레이저 광의 주파수와 파장을 기준으로 한 다양한 측정 기술이 개발되어 활용되고 있다. 이러한 시간과 길이를 대상으로 한 초정밀의 실제적 실현을 위한 광기술은 오늘날에 이르러는 보다 개선된 정밀도를, 보다 넓은 영역에서, 보다 높은 생산성으로, 보다 안정도 있게 구현할 수 있는 극초정밀의 영역

□ 연구개요
오늘날의 IT, BT, NT, 항공우주를 포함한 첨단산업을 주도하는 핵심기술들은 하드웨어 면에서 초정밀이라는 특성을 공유한다. 이러한 초정밀의 산업적 수요에 대응하여, 오래전부터 빛의 진공 공간에서의 일정속도 가설에 근거하여, 레이저 광의 주파수와 파장을 기준으로 한 다양한 측정 기술이 개발되어 활용되고 있다. 이러한 시간과 길이를 대상으로 한 초정밀의 실제적 실현을 위한 광기술은 오늘날에 이르러는 보다 개선된 정밀도를, 보다 넓은 영역에서, 보다 높은 생산성으로, 보다 안정도 있게 구현할 수 있는 극초정밀의 영역으로의 지속적 발전이 진행되고 있다. 이러한 과정에서, 현재 사용되는 레이저 광원들의 상대적으로 좁은 파장대역, 제한된 가간섭성, 그리고 주파수 안정도의 한계로 인해 효과적인 산업적 대응이 한계에 이른 상태이다. 본 연구에서는 현재의 초정밀 광기술의 기술적 한계를 근원적으로 극복하고 미래의 극초정밀 기술을 견인할 수 있는 펨토초 레이저에 대한 연구를 수행하였다. 구체적으로는 펨토초 레이저를 기반으로 기존의 적외선과 가시광선을 넘어선 테라헤르츠선, 극자외선, 그리고 X선 영역에 이르는 광주파수 전체를 포괄하는 광역 대역에서 고안정도, 고가간섭 광원의 원천 기술의 확립하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 펨토초 레이저를 중심으로 하는 광자기술에 근거한 차세대 첨단산업이 요구하는 초정밀 구현을 위한 기초 및 응용 연구를 수행하였다. 첫 주제는 광섬유를 기반으로 하여 극초단, 고출력 펨토초 레이저 시스템을 개발하는데 있다. 새로운 펄스 발진시스템을 개발하고, 펄스폭을 축소하기 위한 모드 잠금의 안정화 제어기술을 확보한다. 궁극적으로 10^-15의 주파수 안정도를 갖는 펨토초 레이저 기반의 광빗 안정화를 실현하였다. 두 번째 주제는 광범위의 주파수 대역에서 고유의 주파수 안정도를 유지하는 레이저 특성을 갖는 가간섭 광원들을 개발하였다. 앞서 개발된 펨토초 광빗을 기반으로, 이로부터 출력되는 고에너지의 광자를 여러 물질내의 전자와의 비선형 반응을 유도하여, THz에서 EUV 그리고 X-선에 이르는 대역의 빛의 생성원리를 규명하고 이들의 원천기술을 확보하였다. 세 번째의 주제는 개발된 레이저 광원들의 각각의 개별 특성을 활용한 초정밀 측정에의 응용 기술에 대한 연구를 수행한다. 먼저, 펨토초 레이저의 안정화된 광빗을 기준으로 시간, 주파수 그리고 거리와 형상 측정에 대한 초정밀 원천기술을 확보하였다. 그리고 확보된 광원의 원천기술을 반도체와 디스플레이의 생산, 무선RF 및 광통신, 그리고 LIDAR와 분광에 대한 우주산업에서의 산업적 응용의 가능성을 실제 실험을 통해 검증하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
펨토초 레이저는 차세대 물리, 화학, 생명 등의 다양한 분야에서의 기초 과학과 더불어 IT, NT, BT의 미래 첨단산업이 요구하는 응용 기술의 진보를 유도하면서, 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 펨토초 레이저의 초정밀 공학 분야에서의 측정과 가공의 원천기술을 확보에 중점을 두어 추진되었다. 연구의 결과물로는 펨토초 레이저의 광원 자체와 이를 이용한 다양한 광대역 광원들의 제작에 관련된 지적재산권과 시제품들이 개발되어, 다양한 응용 분야에서의 초정밀 기술의 기초를 마련하는 역할을 수행하였다. 이러한 펨토초 레이저의 원천 기술의 국내의 확보는 국내 고부가가치 첨단 자본재 산업의 경쟁력 확보 및 시장 선점에 많은 공헌을 할 것으로 기대된다. 더불어 특화된 형태를 지니는 각각의 측정 대상들에 최적화된 광원 및 진보된 초정밀 가공/측정의 핵심기술들을 개발하여 차세대 첨단산업을 지원하고, 나아가서는 나노, 우주, 생명 등의 기초과학 분야의 연구를 선도하는데 큰 공헌을 할 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 본 연구의 필요성 및 중요성 ... 4
• 1-2. 본 연구의 목표 ... 6
• 1-3. 연구의 세부 목표 및 연차별 주요 연구 내용 ... 7
• 1-4. 연구 추진 체계 ... 16
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 19
• 2-1. Ultra-Precision Metrology Group ... 19
• 2-2. Coherent EUV Generation Group ... 40
• 2-3. Next-generation Space Missions Group ... 53
• 2-4. Ultra-Precision Manufacturing Group ... 68
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 75
• 1) 정성적 연구개발성과 (연구개발결과) ... 75
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 168
• 3) 목표 달성 수준 ... 168
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 171
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 175
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 177
• 6. 참고문헌 ... 181
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 189
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 254
• 끝페이지 ... 265