10-14초 동안 벌어지는 물질의 빛 흡수 과정 관찰하기
투명한 물질은 일반적으로 빛을 흡수하지 않지만, 2광자 흡수(two-photon absorption)라는 비선형 광학효과에 의해 빛을 흡수하기도 한다. 이러한 비선형 광학효과는 현미경 기술에 응용되어 보통의 가시광선 현미경이 도달할 수 없는 생체조직 깊숙한 곳의 암세포를 탐지하는데 성공하게 되면서 최근 들어 많은 관심을 받게 되었다. 생체 조직은 대부분 물로 이루어져 있어 거의 투명하다. (단지, 세포벽이나 조직 경계에서 산란이 심해져서 투명하게 보이지 않을 뿐이다.) 파장이 짧은 빛일수록 이미지를 선명하게 만들 수 있지만 파장이 짧으면 광자에너지도 크다. 현미경 이미지를 얻기 위해서 짧은 파장의 빛을 볼록렌즈로 초점에 모으면 생체 조직에 손상을 입힐 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 빛을 생체조직에 보낼 때는 파장이 긴 빛을 쓰되 영상을 얻을 때는 비선형 현상을 통해서 짧은 파장의 빛으로 영상을 얻는 2광자 현미경 방법이 인기를 끌고 있다 [1].현미경에서는 빛의 위상 변화를 이해하고 조절하는 것이 선명한 이미지를 얻는데 매우 중요하지만, 정작 투명물질에서 일어나는 2광자 흡수 현상 자체에 의한 빛의 위상 변화에 대한 정보는 측정의 어려움 때문에 그 동안 알려지지 않았다. 우리 연구그룹은, 우리 물리학과의404호 연구실에서 직접 개발한 펨토초 위상변화 분광기술(femtosecond phase-change spectroscopy)을 사용해서 투명한 물질에서 빛의 2광자 흡수 현상에 의한 펨토초 레이저 펄스의 위상변화를 측정하는데 성공했다 [2]. 이 방법은 10 펨토초 정도에 일어나는 비선형 현상을 세밀하게 관찰할 수 있도록 해준다. 앞으로 여러 가지 투명한 물질의 비선형 광학특성 분석하는데 널리 사용될 수 있을 것이다. *참고로, 1펨토초는 10-15초이다.
2광자 현미경의 위력을 보여주는 사진. 왼쪽은 짧은 파장의 빛을 이용하는 1광자 현미경 오른쪽은 긴 파장의 빛을 이용하고 2광자 흡수 현상을 이용하는 2광자 현미경이다. 왼쪽은 초점부근 전체에 영향을 미치는 반면 오른쪽은 초점 근처의 아주 작은 영역에만 영향을 미친다. 사진은 다음 웹사이트로부터 가져왔다: http://mcb.berkeley.edu/labs2/robey/content/2-photon-imaging |
=참고문헌=
[1] 위키피디아 https://en.wikipedia.org/wiki/Two-photon_excitation_microscopy
[2] 우리 연구진의 최근 연구 https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-44-10-2542