광통신에 쓰는 광섬유 기반의 스위치를 대체할 수 있는 새로운 광학 소자가 개발됐다.
송용원 한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 박사팀은 기존 전자소자용으로만 연구되던 흑린 활용기술을 초고속 광학소자용으로 확장했다. 빠른 데이터 처리 능력을 갖는 광학소자와 집적 전자소자와 호환 가능성을 높이는 결과를 확인했다. 연구결과는 현재 집적화 한계에 부딪힌 전자소자의 처리 능력을 대폭 향상 시켜줄 대안으로 광·전 융합소자에 대한 현실적인 접근이란 평가를 받고 있다.
연구팀이 개발한 흑린 광학소자는 포 웨이브 믹싱(Four Wave Mixing, FWM) 현상을 이용해 진행되는 광신호를 다른 파장의 2차 채널에 정확히 복사해냈다. 이 과정에서 새롭게 생성되는 채널들은 서로 다른 파장임에도 기존 채널이 갖는 신호특성을 그대로 보존했다. 이런 특성은 광통신 분야에서 신호 변형, 복사, 연산 등에 활용되고 있다.
특정 파장으로 이송되는 광신호를 다른 파장으로 복사하는 과정이 매우 빠르게 이뤄져 초고속 신호처리에 적합하다. 흑린과 같이 우수한 비선형성 나노소재를 사용할 경우 최소 공간에서 적은 양의 에너지로도 동작이 가능해 기존 기술보다 월등한 효율을 보여준다.
연구팀은 기존 미터(m)에서 길게는 킬로미터(㎞) 단위의 특수 광섬유를 요구하던 비선형 광학 소자를 흑린을 사용한 밀리미터(㎜) 단위의 소자로 대체해 흑린의 비선형성을 정량적으로 분석했다. 20㎓의 변조 속도로 스위칭을 구현하는데 성공했다.
송용원 박사는 “흑린을 활용해 제작된 초고속 광학 데이터 스위칭 소자는 20㎓ 속도 상에서 성능을 확인했다”면서 “개인통신 단말기, 의료 시스템, 센서 네트워크, 엔터테인먼트, 스마트 운송시스템 등 데이터 트래픽 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 현 시점에서 기존의 전자소자와 초고속 광학소자의 융합은 디지털 라이프의 새로운 장을 열 것”이라고 말했다.
연구결과는 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 27일자 온라인 게재됐다.
송혜영기자 hybrid@etnews.com
