전편에서 이어진다.

올해가 아니고 2018년 노벨 물리학상도 레이저 관련 업적이 받았는데, 그 기술을 CPA(chirped pulse amplification)라고 한다. 강력한 레이저 펄스를 만들어 내는 일은 SF 영화 스타트렉에 나오는 광자어뢰 (photon torpedo) 같은 데 쓸 수도 있겠지만, 그 보다는 과학자들이 극도록 강력한 전기장에서 일어나는 물리현상에 관심이 있기 때문이다. 지난 이야기에서 설명한 Ti:S 레이저에서 펨토초 수준의 극초단(ultrahort) 펄스가 나오지만 개별 펄스가 아주 센 것은 아니다. 간단히 계산해 보면 약 1 와트의 광출력을 내는 레이저를 어렵지 않게 만들 수 있는데, 여기서 펨토초 펄스가 100 메가헤르츠(초당 1억개)로 나온다고 하면 펄스 하나당 10 나노줄(nJ)의 에너지를 갖는다. 펄스 하나의 에너지는 크지 않지만 펨토초 수준의 짧은 시간에 그 에너지가 다 나오므로 펄스 폭이 짧을 수록 순간적으로 가해지는 시간당 에너지는 더 높다. 펄스를 압축 할수록 피크에서의 빛의 세기 (전기장의 세기)가 강해지는 것이다. 

이렇게 짧은 펄스에 에너지가 모여있다고 해도 10 나노줄의 에너지는 그리 큰 것이 아니다. 이정도 세기의 펄스는 증폭해야 아주 강력한 레이저 펄스를 만들 수 있는데, 얼마 전에 보고된 우리나라 광주 과기원과 IBS의 남창희 교수 팀에서 기록한 바에 의하면 10 펨토초 펄스 하나당 10줄의 에너지를 갖도록 증폭한 것이 있다. 위에 언급한 쉽게 만들 수 있는 10 나노줄 에너지에서 10억(10^9)배 증폭된 것이다. 이처럼 세기가 약한 레이저 펄스를 광학적으로 증폭하는 방법은 역시 펌프 레이저를 이득 매질(gain medium)에 넣어주고 이와 동시에 세기가 약한 짧은 펄스를 넣어주는 것이다. 마치 가정의 오디오에 있는 ...