일반적으로 99.999% 이상의 반사율을 초고반사율이라고 하며, 고예리도(high finesse) 광공진기(optical cavity)를 필요로 하는 자이로스코프, 중력파 측정, 초고정밀 광시계 뿐만 아니라, 미래 레이저 무기체계 개발 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히, 고출력 레이저 무기체계의 경우, MW급 레이저 개발뿐만 아니라, 고출력 레이저를 타겟에 조사할 수 있는 99.9995% 이상의 초고반사 광학 코팅 기술이 필요하며, 이는 반사로 인한 손실을 5 ppm이하로 낮춰야 하는 매우 도전적인 기술이다. 공진기 감쇠 분광 기술(Cavity Ring-Down Spectroscopy, 이하 CRDS)은 이와 같은 초고반사 코팅면의 반사율을 측정할 수 있는 기술로서, 반사 전·후 광량의 상대적 변화를 측정하는 분광광도법(spectrophotometry)과 달리 반사율 측정 정밀도가 광원의 출력 변화에 제한되지 않는다. 원리적으로 CRDS는 공진기 형태로 구성된 광학계의 총 손실(total loss)을 측정함으로써 광학면의 반사율을 결정하는 방식이다. 구체적으로, 공진기 내로 주입된 광의 시간에 따른 감쇠 형태를 공진기 출력 신호를 통해 측정함으로써 감쇠 시정수(decay time constant)를 결정하게 되고, 이로부터 공진기 손실을 분석할 수 있다. 수학적으로, 공진기 손실은 공진기 길이와 감쇠 시정수에 의해 결정되는데, 감쇠 시정수와 공진기 손실은 서로 반비례 관계를 가진다. 즉, 공진기 손실이 클수록 광량 감쇠 속도가 빨라지기 때문에 시정수가 작아지게 되고, 반대로 공진기 손실이 작을수록 광량 감쇠 속도가 느려지기 때문에 시정수는 커지게 된다. 실제로, 테스트 거울의 초고반사율을 측정하기 위해서는 공진기 내에 테스트 거울이 있을 때와 없을 때의 공진기 손실을 모두 측정해야 하며, 그 두 손실 값의 차이를 통해 테스트 거울의 반사율을 결정하게 된다. 실제로 5 ppm 수준의 반사 손실 분해능을 획득하기 위해서는 CRDS를 이용한 반사율 측정 불확도 분석이 반드시 필요하다. 초반사율 측정 불확도에는 크게 5가지 불확도 요인들이 존재하며, 각각은 공진기 내 매질(공기)의 소멸계수 불확도, 기본 공진기 길이 측정 불확도, 테스트 공진기 길이 측정 불확도, 기본 공진기 감쇠 시정수 측정 불확도, 테스트 공진기 감쇠 시정수 측정 불확도이다. 기존 선행 연구에서는 이와 같은 불확도 평가를 통해 대략 0.8 m 길이의 공진기에서 99.999572%의 초고반사율 측정 불확도로 0.25 ppm을 보고한 바 있다. 미터랩과 광기술원은 그 동안 지속적인 연구협력을 통해 초고반사 코팅 및 측정과 관련된 연구개발과제를 기획하기 위해 노력해왔으며, 앞으로도 국방 분야뿐만 아니라 다양한 응용분야에도 적용할 수 있는 가능성을 모색하고자 한다.
