KAIST는 광학 칩과 광섬유를 이용해 손바닥만 한 작은 장치로부터 2조분의 1 수준의 주파수 안정도를 가지는 초안정 마이크로파를 발생하는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.
기계공학과 김정원 교수와 물리학과 이한석 교수 공동연구팀이 개발한 새로운 기술은 기존의 마이크로파 발생 기술들보다 월등하게 우수한 위상잡음과 주파수 안정도의 마이크로파를 핸드폰 크기 면적의 작은 장치로부터 생성할 수 있다.
향후 5·6G 통신과 전파망원경을 이용한 △천체 관측 △군용 레이더 △휴대용 양자 센서 △초고속 신호 분석 기술 등의 다양한 분야에서 획기적인 성능 향상이 가능하다.
권도현 KAIST 기계공학과 박사와 정동인 나노과학기술대학원 박사가 공동 제1 저자로 참여한 공동연구팀의 이번 논문은 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 지난 19일에 게재됐다.
최근 초소형 마이크로공진기를 이용해 광 펄스를 생성하는 마이크로콤 기술이 급격하게 발전하고 있다.
마이크로콤은 이론적으로 펨토초 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.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 광섬유를 이용해 마이크로콤의 주파수를 안정화하는 기술을 개발했다. 그 결과 생성된 22-기가헤르츠 마이크로파의 시간 오차를 상용 고성능 신호 발생기보다 6배 향상된 10펨토초 수준으로 낮출 수 있었고 주파수 안정도는 2조분의 1 수준까지 낮출 수 있었다.
김정원 KAIST 기계공학과 교수는 "개발된 초안정 기술을 통신, 레이더, 데이터 변환기와 전파망원경 등 다양한 분야들에 적용하기 위한 후속 연구들을 진행 중"이라고 말했다
이한석 KAIST 물리학과 교수는 "향후 성능을 더욱 끌어올리고자 실리콘 칩 상에 구현된 핵심 소자인 마이크로공진기의 광학적 특성을 개선하는 연구를 수행 중"이라고 말했다.