한국생산기술연구원은 비행 중인 드론을 격추시킬 정도의 강한 출력을 낼 수 있는 '3킬로와트(㎾)급 광섬유 레이저 광원'을 개발했다고 23일 밝혔다.

레이저 무기에는 빛이 100% 반사되는 전반사를 이용해 광속으로 빔을 쏠 수 있는 광섬유 기반의 레이저가 주로 적용되며 ㎾급 고출력 레이저 가공기는 이미 반도체, 디스플레이, 자동차, 조선 등 제조분야에서 절단이나 용접, 드릴링과 같은 다양한 용도로도 사용되고 있다.

하지만 레이저 성능을 결정하는 핵심부품인 광원 모듈은 미국, 독일, 일본 등에서의 수입에 의존하고 있어 광원기술 국산화가 절실한 실정이다.

일반적으로 광섬유 레이저의 출력이 ㎾급으로 높아지면 수㎜ 두께의 강철도 자를 수 있지만 출력이 증가할수록 광섬유가 과열되거나 원하지 않는 레이저 빛이 발생하는 비선형 문제가 생겨 출력이 제한되고 광섬유 손상이 발생한다.

이로 하나의 광섬유를 광원으로 사용하는 '단일채널 단일모드' 레이저가 각광받지만 아직 상업적으로 이용 가능한 출력은 약 2㎾ 수준에 머물러 왔다.

생기원 디지털헬스케어연구부문 정훈 박사와 한양대학교 ERICA캠퍼스 나노광전자학과 김지원 교수가 이끄는 공동연구팀은 2년간의 연구 끝에 단일채널 단일모드 출력을 최대 3㎾까지 높일 수 있는 광섬유 레이저 광원 개발에 성공하고 시제품을 ㈜한화에 납품했다.

이 성과는 현재 국내에서 개발된 광섬유 레이저 광원 중 가장 높은 출력이며 해외 상용 제품들의 출력이 모두 3㎾ 이내라는 것을 고려하면 세계 기술과 어깨를 나란히 한다.

연구팀은 레이저의 비선형 현상 저감과 빔 품질 향상을 위한 효과적인 방열 구조설계를 완성시켜 3㎾급의 출력을 달성할 수 있었다고 설명했다.

이 기술이 상용화되면 산업분야에서 레이저 절단·용접공정의 생산성 증대는 물론 국방분야에서 기동식 대공방어 레이저 무기 및 폭발물 원거리 처리도 할 수 있다.

또 2개 이상의 광섬유 레이저 채널을 하나로 묶는 '파장 빔 결합(Spectral Beam Combining·SBC)' 방식에도 유리해 100㎾ 이상의 높은 출력과 효율적 미사일 방어에 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

이번 성과는 ㈜한화의 지원을 받아 이뤄졌으며 한화는 이 기술을 향후 폭발물 처리기 및 대공용 소형 레이저 무기 개발에 활용할 방침이다.

정훈 박사는 "이번 광원기술은 최적화 연구가 동시에 이뤄져 산업에 바로 적용 가능한 단계로 향후 단일 출력을 10㎾까지 끌어올릴 계획"이라면서 "관련부품인 특수 광섬유, 레이저 다이오드, 신호광·펌프광 컴바이너 등의 국산화 연구도 기업과 병행 중"이라고 밝혔다.