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.

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<연구에 참여한 이한석 KAIST 물리학과 교수>

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.

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<김정원 KAIST 교수>

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