포스텍, 실리콘 칩에서 음파 간섭 통한 광신호처리 구현

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포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 신희득 물리학과 교수 연구팀이 실리콘 칩에서 빛에 의해 생성된 음파를 이용해 광파 신호를 증폭 또는 감쇄할 수 있음을 세계 최초로 구현했다고 22일 밝혔다.

실리콘 칩에서 빛에 의해 생성된 음파를 광파 신호를 증폭 및 감쇄할 수 있음을 구현한 연구팀. 왼쪽부터 김형빈 씨, 신희득 교수.
<실리콘 칩에서 빛에 의해 생성된 음파를 광파 신호를 증폭 및 감쇄할 수 있음을 구현한 연구팀. 왼쪽부터 김형빈 씨, 신희득 교수.>

빛을 이용한 신호 처리는 전자를 이용한 신호 처리보다 발열이 적고 빛의 빠른 속도를 이용할 수 있다는 장점이 있다. 최근 나노 포토닉스 구조물에서 빛이 음파에 산란하는 브릴루앙 현상을 이용한 광신호처리 기술이 구현됐지만 지금까지 연구결과는 단순한 음파의 생성과 빛의 산란을 측정한 것이었다. 광신호처리나 센싱 등 응용분야로 발전하기 위해서는 능동적인 광-음파의 제어를 통한 광신호처리의 가능성을 보여줄 필요가 있다.

브릴루앙 산란을 이용한 능동적 광신호 처리 개념도
<브릴루앙 산란을 이용한 능동적 광신호 처리 개념도>

연구팀은 실리콘 칩에서 생성된 음파의 간섭을 이용해 능동적인 광신호처리법을 제시했다. 우선, 나노 공정작업을 통해 머리카락 두께의 100분의 1보다 얇은 3개의 광도파로를 실리콘 칩에 나란히 제작했다. 광력을 이용해 두 광도파로에서 음파를 생성하고 그것이 세 번째 광도파로에 도달하는 시간을 조절함으로써 두 음파를 간섭시켰다.

이를 통해 실리콘 칩 내에서 음파의 보강 간섭과 상쇄 간섭 간에 1만배 이상의 대비를 갖는 마이크로파 신호가 증폭·감쇄되는 것을 관측했고, 이를 발전시켜 펄스 형태 신호의 세기를 조절할 수 있음을 세계 최초로 구현했다.

신희득 교수는 “나노구조물에서 음파의 간섭현상을 이용한 광신호처리를 최초로 구현했다”라며 “광신호처리 및 센싱 기술에 새로운 방향을 제시하며 광-역학계 응용을 기대한다”고 했다.

이번 연구성과는 세계적인 권위지인 '나노 레터(Nano Letters)'에 게재됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com