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광자공학용 나노구조 고분자

전문가 제언: ○ 광자결정 광섬유(PCF: Photonic Crystal Fiber)나 광자띠간격 섬유(PBGF: Photonic Band Gap Fiber), 또는 Bragg 거울 등의 기초가 되는 전광시대 광자공학의 핵심 부품인 광결정(PC: Photonic Crystal)은 통상 실리카 유리로 제조되어 왔으나 3차원 구조가 힘들었다. 최근 낮은 온도에서 가공이 가능하고 저가이며 양산성이 우수한 고분자 광결정 (PPC)이 연구되고 있다. 이는 굴절률을 폭넓게 조절가능한 장점도 있으나 통상 고온과 습기환경에서 손실이 큰 단점이 있다.

○ 광결정은 굴절률(즉 투자율이 일정한 경우는 유전율)이 주기적으로 공간에서 변하여 빛의 결 맞는 산란(coherent scattering)을 일으키고, 광의 전파모드를 변경시키는 재료이다. 일반적으로 광결정은 특정 파장범위에 대해 빛의 모든 방향으로의 전파가 금지되는 광자띠간격(PBG)을 가진다. 고분자 광결정(PPC: Polymer Photonic Crystal)은 PBG는 갖지 않지만, 이와 비슷한 특성을 보이는 저지대(stopband)를 가져, 특정 방향과 파장범위에서 빛의 전파를 억제한다. 즉 이 파장범위에서는 빛이 반사만 되고 투과가 힘들게 된다.

○ 본문은 고분자 광결정(PPC)에서 저지대의 파장과 주기성 거리 및 실효 굴절률 사이의 Bragg와 Snell의 법칙의 소개와, PPC의 제법인 콜로이드 결정과 블록공중합체로부터의 자기조립법 그리고 마이크로 가공의 최신 기법을 설명하고 있다. 마이크로 가공에는 고분자의 가교 및 감광성의 장점과 두 개의 펄스 레이저 빔 사용에 의해 가능해진 3차원 구조 가공기술이 돋보였다. 이에는 고분자에 분산된 액정에 대한 홀로그램 패턴화 및 두 광자 유도 고분자 중합 기술이 있어 금후 유망해 보인다.

○ 광데이터 기록기술에서 짧은 파장의 청색광 이용과 폴리카보네이트 상 피트를 이용하는 최대 100GB의 Blu-ray Disc나 HD-DVD의 최신 기술이 Tapestry라는 홀로그램에 저장되는 최대 300GB의 시험 중의 기술로 혁신을 일으킬 것이다. 또한 금후 지문이나 사진과 같은 고도의 보안을 요하는 광기록 기술이 큰 시장을 형성할 것이다. 광집적 시대에 필수 부품이 될 광도파로에서도 생산성이 우수한 고분자 재료로 연구되고 있으나 온도, 습도, 강인성 등 장기신뢰성에 주의가 필요할 것이다.

저자: Chantal Paquet, Eugenia Kumacheva
자료유형: 학술정보