한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 이한석 물리학과 교수, 김정원 기계공학과 교수 공동연구팀이 '실리카 마이크로공진기'를 이용, 초 저잡음 펄스 신호를 주기적으로 발생시키는 신기술을 개발했다고 17일 밝혔다.
마이크로공진기는 특정 공진 주파수에서 공진을 일으킬 수 있도록 한 매우 작은 소자다.
개발 기술을 이용하면 3밀리미터(㎜) 지름의 칩으로 22기가헤르츠(㎓)의 높은 반복률(1초 동안 지나가는 펄스의 수)과 2.6 펨토초(385조 분의 1초)의 매우 낮은 펄스 간 시간 오차를 동시에 가지는 광 펄스열을 낼 수 있다.
초고속 광대역 아날로그-디지털 변환기(ADC) 샘플링 클럭이나 5G·6G 통신용 초 저잡음 마이크로파 신호원으로 활용이 기대된다. 최근에는 칩 스케일 마이크로공진기 소자로 펨토초 펄스를 생성하는 '마이크로콤' 기술이 활발하게 연구되고 있다.
이번 연구는 이한석 교수팀이 보유한 1억 이상 'Q 인자'를 갖는 온칩 마이크로공진기 제작기술, 김정원 교수팀이 보유한 100아토초(1경분의 1초) 분해능의 펄스 간 타이밍 측정기술 결합으로 가능했다. Q 인자는 진동자나 공진기가 얼마나 오랫동안 에너지를 담아둘 수 있는지를 나타낸다.
연구팀은 기존 연구보다 100배 이상 정밀한 타이밍 측정기술을 이용해 펄스 간 시간 오차를 정확하게 측정했고, 그 결과로 마이크로공진기 최적 동작 조건을 찾아냈다. 마이크로콤의 잡음 성능을 획기적으로 높일 수 있었다.
이 신기술을 활용해 다양하면서, 기존 장비 성능을 뛰어넘는 온-칩 광신호처리 시스템 구현이 가능하다고도 내다봤다.
이한석 교수는 “펄스 발생효율과 잡음 성능을 더욱 개선하기 위한 새로운 광소자 구성기법을 연구 중”이라고 말했다.
김정원 교수는 “개발된 기술을 매우 낮은 위상잡음의 K-밴드 마이크로파 신호원과 초고속 아날로그-디지털 변환기용 샘플링 클럭으로 활용하는 후속연구를 진행 중”이라고 밝혔다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
