[시리즈 연재] 5-2편 펨토초 레이저는 어떻게 만들어 지는가?

5-1편에서 나노초 레이저 원리 중 하나인 Q-switch에 대해서 아주 간단히 살펴봤습니다. 해당 기술로보통은 나노초대이며, 특수한 설계에서는 수백~수십 피코초까지도 가능합니다. 그보다 더 빠른 펄스를 만들려면 새로운 방법이 필요하고 그게 오늘 다룰 'Mode-Locking'방식입니다. 이 방법으로 피코초 그리고 펨토초 수준까지 짧은 펄스를 만들 수 있습니다.

잠깐 이 나노초, 피코초 그리고 펨토초에 대해서 얼마나 짧은 순간인지 상기시켜드리기 위해 프롤로그 일부를 다시 가져왔습니다.

우리에게 가장 익숙한 시간 단위인 1초에 빛은 약 30만 km를 가는데, 이는 서울-부산 거리를 400 km로 했을 때 750번 이동할 수 있습니다. 자동차로 시속 100 km 속도로 약 '4개월' 동안 쉬지 않고 달려야 하는 거리를 빛은 겨우 '1초'만에 갑니다. 200 펨토초는 그렇게 빠른 빛이 겨우 0.06 밀리미터, 겨우 머리카락 두께와 비슷한 수준밖에 가지 못하는 아주 짧은 시간입니다.

무려 200 펨토초가 이정도니깐, 2 피코초면 빛이 0.6 밀리미터를 가는 셈입니다 (1000 펨토초 = 1 피코초). 2 나노초가 되면 600 밀리미터니 빛이 60 cm 정도 갑니다. 초고속 카메라로 예를 들면 Vision Research의 Phantom TMX 7510 (한화 약 5억원 수준)은 FAST 옵션 사용 시 1280 × 32 픽셀에서 최대 약 175만 fps를 촬영할 수 있는데 이는 프레임 간 간격으로 환산하면 약 571 나노초 수준입니다. 그러니 지금 이 시리즈에서 다루는 '찰나'의 시간이 얼마나 짧은지 어느정도 감이 잡히실 것이라 생각합니다.

레이저에서 모드란 그럼 도대체 무엇일까요? 이 질문을 답하기 위해서 조금 돌아갈 필요가 있습니다.

3편에서 갖고온 그림입니다. 객실2까지 호텔 로비로 손님을 옮기는...