광학칩·광섬유로 통신·레이더 성능 높였다

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 김정원·이한석 교수팀이 광학 칩과 광섬유를 이용해 매우 안정적인 마이크로파를 만드는 기술을 개발했다. 이 기술을 이용하면 현재 사용하고 있는 신호발생기보다 시간오차를 6분의 1이하로 줄일 수 있으며, 주파수 안정도를 2조 분의 1 수준으로 낮출 수 있다.

26일 연구진에 따르면, 이 기술은 5G·6G 통신, 군용 레이더, 휴대용 양자 센서 등의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

또한 전파망원경에 활용하면 기존에는 관측할 수 없었던 블랙홀의 '사건의 지평선(event horizon)' 같은 새로운 천체 현상들을 탐사할 수 있을 것이라고 전망했다.

1㎞ 길이의 광섬유는 열 기계적 잡음 한계에 의한 이론적인 길이 안정도가 1000조분의 1 수준으로 매우 우수하면서도, 부피가 작고 매우 가벼우면서 가격도 저렴한 장점이 있다. 연구진은 이 광섬유로 주파수 안정화 장치를 손바닥 정도 크기인 108㎜ × 73㎜ × 54㎜로 만들었다.

그 결과 생성된 22㎓ 마이크로파의 시간 오차를 상용 고성능 신호 발생기보다 6배 이상 향상된 1000조분의 1 수준으로 낮출 수 있었으며, 주파수 안정도는 2조분의 1 수준까지 낮출 수 있었다.

김정원 교수는 "이번에 개발된 초안정 기술을 통신, 레이더, 데이터 변환기와 전파망원경 등 다양한 분야들에 적용하기 위한 후속 연구들을 진행 중"이라고 말했다.

또한 이한석 교수는 "향후 성능을 더욱 끌어올리고자, 실리콘 칩 상에 구현된 핵심 소자인 마이크로공진기의 광학적 특성을 개선하는 연구를 수행 중"이라고 밝혔다.

한편, 최근 초소형 마이크로공진기를 이용해 광 펄스를 생성하는 마이크로콤 기술이 급격하게 발전하고 있다.

마이크로콤은 광 펄스가 나오는 속도를 수십 ㎓에서 THz까지 높일 수 있어 고주파 마이크로파나 밀리미터파 생성이 쉽고 시스템의 소형화가 가능해 다양한 정보통신기술 시스템의 대역폭 향상과 성능 개선에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

마이크로콤은 이론적으로 1000조분의 1초 수준의 펄스 간 시간 오차를 가지지만, 소형 소자의 특성상 주변 환경에 의해 쉽게 변해 장시간 그 성능을 유지하는 데에 어려움이 있었다.

이를 해결하기 위해 마이크로콤을 기계적으로 안정한 장치에 주파수 잠금해 안정도를 향상할 수 있으나, 지금까지는 이러한 안정화 장치가 매우 복잡하고 진동에 민감하며 부피가 커서 초소형 마이크로콤이 가지는 장점을 살릴 수 없고 실험실 밖 응용에 활용할 수 없었던 문제가 있었다.

[e-mail] 김만기 기자