우주에서 지상까지 '초고속 광통신'…KAIST, 원천기술 개발

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우주와 지상 간 초고속·초정밀 광통신을 가능하게 하는 원천기술이 우리나라에서 개발됐다. 이 기술을 활용하면 인공위성에서 지상이나 동료 위성으로 정보를 전달하는 통신 성능을 극대화할 수 있다.

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 김승우·김영진 기계공학과 교수, 강현재·양재원 박사과정팀이 '펨토초 레이저 광빗(Optical Comb)'을 활용한 다채널 광주파수 초정밀 전송 원천기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 펨토초 레이저 광빗을 기반으로 대류권 내 18km 거리에서 광주파수 전송 검증에도 성공했다.
<연구팀은 펨토초 레이저 광빗을 기반으로 대류권 내 18km 거리에서 광주파수 전송 검증에도 성공했다.>

그동안 위성~지상 간 통신은 주로 마이크로파를 썼는데 마이크로파는 파장이 길어 에너지가 넓게 퍼진다. 원하는 지역에 전송하려면 소모 에너지가 크다. 주파수가 낮아 통신 용량에도 제한이 있고 보안도 취약하다.

최근 광섬유를 통신 기반으로 활용하는 방법이 나왔지만 먼저 망을 설치해야 해 비효율적이다. 레이저를 활용하는 방법 모색도 있었는데 이 경우 레이저가 대기를 통과하며 기존 특성을 잃어버리는 문제가 있었다.

연구팀은 펨토초 레이저 광빗을 활용해 기존 문제를 모두 해소했다. 펨토초 레이저 광빗은 오차가 천조분의 1초에 불과한 광대역 펄스 레이저다. 마치 빗처럼 여러 개 레이저 다발이 존재한다. 시간이나 주파수 표준으로도 활용 가능할 정도로 흔들림(선폭)이 작아 정밀하고, 수백만개 광주파수를 보유한다.

기술 개발 연구진. 사진 왼쪽부터 김영진 교수, 양재원, 김병수 박사과정, 김승우 교수.
<기술 개발 연구진. 사진 왼쪽부터 김영진 교수, 양재원, 김병수 박사과정, 김승우 교수.>

레이저 활용 시 문제점이던 대기 영향은 '보상채널'을 활용해 해결했다. 한 개 주파수를 대기 왜곡 정보를 측정하는데 활용하고, 이 정보를 전체 채널 최적화에 썼다. 이 방법으로 대기를 통과한 후에도 전과 큰 차이가 없는 다채널 광주파수 초정밀 대기전송 기술을 확보했다.

이 기술은 우주와 지상 간 인공위성 통신용량 한계를 극복할 수 있고, 위성 시간 표준 동기화로 항법장치 성능을 개선할 수 있다. 위성 수집 데이터를 초고속으로 주변위성이나 지상에 전송하는 것에도 응용 가능하다.

강현재 연구원은 “대기 영향을 받아도 레이저 특성을 유지하는 기술을 개발했다”며 “이 기술은 차세대 항법장치 성능 개선, 위성과 지상 간 초고속 광통신연구에도 활용할 수 있어 활용도가 높다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com