<첨단기술현장>(14)광통신-차세대 광통신의 발전 동향(4.끝)미국 NIST을 찾아

세계 광전자 소자 산업 규모는 현재 500억달러에 달하고 있다. 또 광전자 소자가 필요한 장치산업 규모는 무려 2000억달러에 이르는 것으로 추산되고 있다.

이러한 광전자 산업에서 미국 국립표준연구원(NIST)의 광전자연구소는 측정기술과 표준 및 추적성 연구뿐만 아니라 광전자와 관련된 다양한 제조기술의 연구를 수행하고 있다. 광전자연구소는 이같은 4가지 핵심기술 연구결과를 산업계와 소비자에게 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

광전자연구소의 연구분야는 크게 광전자 소자인 광원과 광 검출기 연구, 광섬유와 집적광학 연구, 광 소자 연구 및 광전자 제조기법 연구로 나눌 수 있다.

이 연구소가 연구를 수행하는데 있어 필요한 대부분의 연구 재원은 정부로부터 조달되며 연구 결과는 기업 및 일반인들에게 개방되고 있다.

광전자연구소는 산학 공동연구 협정에 의해 특정연구도 일부 수행하고 있다. 또 주요 광전자 산업체 기구들인 광전자개발협회(ODIA), 레이저·광전자제조협회(LEOMA), 광디스크제조협회(ODMA) 등과 긴밀한 협조체제를 구축해 연구를 수행하고 있다. 광전자연구소의 각 연구원은 NIST를 대표해 TIA와 IEC, ISO, ANSI 등 광전자 관련 분야의 각종 표준기구에서 활발하게 활동하고 있다.

광원과 광 검출기 분야의 연구와 관련해 광전자연구소는 현재 연속 발진하는 레이저 및 펄스 레이저에서 발광하는 빛의 특성 규명을 위한 측정 방법과 표준의 개발을 추진하고 있다.

광전자연구소는 이러한 연구과정을 통해 3년 이내에 레이저에서 발생하는 빛 에너지 측정결과에 대한 불확실성을 현재의 절반 수준으로 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또 자외선은 물론 적외선 영역에서 방출되는 파장을 조율할 수 있는 반도체 레이저의 개발을 목표로 활발한 연구활동을 진행하고 있다.

고속측정 기술 분야에서는 광전자 시스템에 관련된 광원과 광 검출기의 시간적 측정을 비롯해 표준 및 방법론을 연구하고 있다.

현재의 기술로는 10Gbps까지 시분할 다중이 가능한 광통신 시스템이 사용되고 있으며 최근에는 20Gbps 또는 40Gbps까지의 광 시분할 다중방식에 의한 전송 기술 연구가 전세계적으로 진행되고 있다.

디지털뿐만 아니라 아날로그 시스템에서 허용 오차범위가 엄격해질수록 주파수 특성 측정에 대한 불확실성의 감소가 더욱 절실히 요구됨에 따라 광전자연구소는 1550나노미터의 대역장파장 광통신용 파장의 위상에 대한 교정 서비스가 가능하도록 하는 연구도 수행하고 있다.

또 단일 파장을 사용한 전송속도가 높아질수록 광섬유 분산특성에 대한 연구가 필요하므로 분해능력을 현재 150fs(펨토초=10●¹●초)에서 30fs로 개선시켜 변조 위상의 편이를 측정할 수 있는 편광모드분산 표준원기의 개발을 진행하고 있다.

단일 광섬유에 사용하는 파장 수효가 증가할수록 스펙트럼과 비선형 효과에 대한 측정기법의 향상이 요구된다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 광섬유 증폭기(EDFA)의 증폭 이득 측정 방법의 개선을 추진하는 한편 2년 이내에 광 증폭기 이득 측정을 위한 표준 원기의 개발을 추진하고 있는 것이다.

한편 광섬유를 통신에 사용하는 경우 광섬유 센서를 사용하면 여러가지 장점을 얻을 수 있다.

즉 전기·자기장의 간섭을 제거할 수 있으며 다양한 센서를 광섬유에 다중화하는 기술을 활용할 수 있다. 하지만 광 에너지의 생성과 감시에 광섬유 센서를 이용한 경우에는 이러한 방식의 표준과 교정이 필수적인 요소가 된다.

즉, 이러한 방식을 이용한 광 에너지 생성 정도를 감시하는 경우에는 광통신 시스템의 수명이 다할 때까지 측정의 신뢰성이 보장되어야 하고 또한 측정의 표준이 필요하게 되는 것이다.

광전자연구소는 이같은 문제를 해결하기 위해 광섬유 센서를 이용하는 시스템의 추적 표준과 편광에 의한 전류 및 전기·자기장 센서 및 광섬유 격자 센서를 포함한 연구를 수행하고 있으며 최근에는 광 디스크, 광섬유 시험장비, 광섬유 제조업체에 대한 지원사업도 전개하고 있다.

또한 미약한 자기장을 검출하기 위해 광-자기 결정체를 기반으로 한 광섬유 센서를 개발했으며 광섬유 브래그(Bragg) 격자의 측정 기능을 개선할 수 있는 기법과 스펙트럼 반사 특성을 규명하기 위한 표준원기의 개발을 추진하고 있다.

광섬유 및 개별 소자는 파장분할다중(WDM) 광 전송시스템의 파장 교정과 광소자 방법에 대한 연구로서 서로 다른 파장의 수효가 증가할수록 대역폭이 증가한다.

이 경우 사용되는 광소자에는 현재 산업체에서 개발중인 광소자 등을 포함해 다양한 광소자가 있는데 향후 WDM 광전송 기술에서는 파장 사이의 간격이 좁아지고 또한 사용 대역이 더 넓어지게 될 것으로 예상되고 있다.

따라서 효율적인 시스템을 개발하기 위해서는 파장 및 편광 의존형 WDM 광소자의 특성 규명과 제어 기법이 필요하다.

광전자연구소는 이러한 필요를 충족시키기 위해 새로운 WDM 측정 기법과 장비 교정을 위한 표준원기의 개발을 진행하고 있으며 이러한 연구내용에는 WDM용 파장 표준, 광섬유의 감광성 연구와 편광의존 손실 및 파장 편이 방식이 포함되어 있다.

광전자연구소는 앞으로 2년안에 WDM용 L밴드와 1300나노미터용 파장 표준원기를 개발할 수 있을 것으로 예상하고 있다.

유전체 연구에서는 광소자 재료에 대한 고속 비파괴검사 기술과 저렴한 광통신용 레이저 기술, 초고속 광 A/D 변환 기술, 광 결정체 성장기술 분야에 주력하고 있다.

특히 WDM 광 통신 분야에 LiNbO3가 고속 변조기의 재료로 널리 사용됨에 따라 ●●O₃ 재료에 대한 광학적 비선형 특성을 규명했다.

또 ITU규격을 만족하는 파장 간격을 지닌 분산 어레이 브래그 반사 레이저(arrayed DBR laser)의 개발을 추진하고 있으며 향후에는 광 크리스털의 설계 및 제작 기법을 수립할 계획이다.

광전자연구소는 이와 함께 단결정체에 의해 10기가헤르츠까지 동작하는 수동 모드 록 반도체 도파로 레이저의 시범 제작에도 나서고 있다.

<덴버(미국)=김성욱기자 swkim@etnews.co.kr 정은아기자 eajung@etnews.co.kr 강성수 ETRI교환·전송기술연구소 책임연구원 sskang@etri.re.kr>