광학칩·광섬유로 통신·레이더 성능 높였다

KAIST, 초안정 마이크로파 발생 기술 개발
시간오차 6분의1, 주파수안정도 2조분의 1로

광학 칩과 광섬유로 초안정 마이크로파를 발생하는 기술을 이용해 5G·6G 통신, 군용 레이더, 휴대용 양자 센서 등에 적용할 수 있다. KAIST 제공

[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