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요즘이야기

피부관리부터 전투기까지, 레이저의 무한도전!

2016년 5월 16일

여러분은 ‘레이저’ 하면 무엇이 가장 먼저 떠오르세요? 같은 질문을 친구에게 했더니 “피부치료? 프린터기?” 라고 답하네요. 블로그지기는 어릴 적 만화 속에서 보았던 레이저 광선총이 가장 먼저 떠오르던데 말이죠. 예전에 레이저는 무기를 만드는 재료라고 생각했습니다. 1960년 세계 최초로 레이저 발진장치를 만든 물리학자 메이먼(T.H. Maiman)이 기자회견장에서 가장 많이 받은 질문 또한 ‘레이저는 죽음의 광선인가?’였다고 하는데요. 그러한 오해를 뒤로 하고 이제는 수많은 분야에서 능력을 발휘하고 있는 ‘레이저’의 활약상을 함께 알아볼까요?


20세기, 강렬한 빛의 발견

‘레이저(Laser)’란 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation의 첫머리글자를 딴 것으로, 우리 말로 하면 ‘유도방출 과정에 의한 빛의 증폭’이란 뜻입니다. 한 마디로 인위적으로 빛 에너지를 강화했다는 말인데, 참 어렵죠? 레이저의 기초이론이 되는 유도방출 현상의 연구는 1916년 아인슈타인(A. Einstein)의 논문에서 비롯되었는데요. 그는 닐스 보어(N. H. D. Bohr)의 자발방출과 다른 유도방출을 제안했고, 훗날 이것이 ‘레이저’의 중요한 기초 원리가 됩니다.

닐스 보어와 아인슈타인, 찰스 타운스의 모습

(왼쪽부터) 닐스 보어와 아인슈타인, 찰스 타운스(오른쪽) ⓒwikimedia.org

이후 1955년 뉴욕 컬럼비아 대학교의 타운스 그룹이 최초로 마이크로파 증폭 실험에 성공하였고, 1961년 루비를 광원으로 한 최초의 레이저인 ‘루비 레이저’ 발견을 시작으로 기체, 고체 및 반도체, 액체를 활용한 많은 종류의 레이저가 탄생했습니다. 국내에서는 1960년대 초 재외과학자들의 귀국과 한국원자력연구소 설립으로 본격적인 연구가 시작되었는데요. 국내 최초 헬륨-네온 레이저 개발을 시작으로 본격적으로 레이저 관련기술의 개발에 박차를 가한 시기는 1970년부터라고 합니다.

21세기, 레이저의 무한한 가능성

레이저는 오늘날 많은 분야에서 다양한 목적으로 사용되고 있습니다. 그 중 가장 대중화된 분야는 바로 의학계인데요. 레이저가 의료분야에서 사용된 건 1960년대부터였습니다. ‘코히어런트 레이저(Coherent laser)’를 생산해 세계 최초로 수술에 적용했고, 저강도 레이저는 상처치료에도 활용되었습니다. 1990년대 말부터 현재까지는 고강도 레이저 또한 치료 효과 가능성에 대한 연구가 이어지고 있답니다.

병원 수술 장면으로 레이저를 이용해 의사가 수술을 하고 있다.

최근에는 안과에서 망막 치료와 시력교정시술에, 피부과에서 주근깨나 여드름 흉터를 제거하는 피부 미용에 레이저가 주로 사용됩니다. 또 미세한 부위에 빛 에너지를 집중시킬 수 있는 특징 덕분에 각종 암 치료는 물론 다양한 외과 수술에도 유용한데요. 출혈이 거의 없어 수술 부위를 육안으로 보면서 제거할 수 있고, 수술 후 통증이 적고 흉터가 많이 남지 않는 장점으로 갈수록 레이저 수술이 늘어나는 추세랍니다.

레이저의 화려한 광선은 각종 축제나 행사에서도 활용되는데요. 늦은 밤 축제의 대미를 장식하는 데서부터 다양한 컨셉의 레이저쇼, 홀로그램 공연 등 남녀노소 모두에게 흥미로운 볼거리를 제공하고 있습니다.

총 2장의 이미지 중 왼쪽은 레이저쇼의 한 모습으로 와인잔 두개가 건배하는 모습, 오른쪽에는 위조 지폐를 레이저로 감별하는 모습의 사진이다.

(왼쪽부터)레이저 쇼의 한 장면, 위조 지폐를 감별하는 모습 ⓒwikimedia.org

일상 속에서는 어떨까요. 고속도로에서 과속 차량을 단속하기 위해 거리와 속도를 측정한다거나, 스포츠 경기 중 공의 속도를 잴 때 사용되는 기술 속에 모두 레이저가 숨어 있다는 사실, 잘 모르셨죠? 또 위조를 방지를 위해 홀로그램 등의 특수 장치를 화폐에 삽입하거나 자동차 헤드라이트, 블루투스 키보드, 젤네일 LED램프 등에도 모두 레이저 기술이 활용되고 있답니다. ‘죽음의 광선’이라 불리던 레이저가 이제 우리 삶에 없어서는 안 될 필수 요소가 되었다고 해도 과언이 아니죠?

미래의 레이저, 어디까지 활용할 수 있을까?

그렇다면 앞으로 레이저는 또 어떤 분야까지 그 능력이 확대될까요? 영화광이라면 주목! 조만간 영화 <스타워즈>에서나 보았던 레이저 발사 전투기를 실물로 볼 수 있는 날이 올지도 모르겠습니다. 미국은 최근 전술전투기용 레이저 발사 장치 장착 계획을 발표했는데요. 이를 위해 작은 레이저를 모아 고출력 레이저광으로 바꾸는 연구가 한창이라고 합니다.

영화 스타워즈 속 광선검을 들고 있는 장면

영화 <스타워즈: 깨어난 포스> 스틸 이미지ⓒ루커스필름, 배드 로봇 프로덕션/ 네이버영화

이 밖에도 항공기용 레이저포는 이미 지상 시험 단계에 있다고 하는데요. 빛의 간섭 현상으로 실현 불가능한 것으로 여겨졌던 영화 속 광선검 또한 현실화에 대한 연구와 논쟁이 여전히 현재 진행형이랍니다. 또 프로젝터, 스마트카 등의 제품 개선을 위한 기술 접목은 물론 우주 공간에서의 실시간 레이저 통신 또한 성공이 임박했다는 소식이 들리는데요. 이렇게 끝을 모르고 확장되는 무한 능력 덕분에 어쩌면 10년 즈음 후에는 집에서 레이저 광선검으로 과일을 깎아 먹는 모습이 흔해질지도 모르겠네요.

 

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