우리 연구진이 국제 공동연구로 차세대 광통신 소재의 빛 움직임 및 흡수 특성을 규명했다. '빛 사용 설명서'를 만든 것이다. 더욱 빠른 광통신 부품 설계 기반을 마련했다.
한국과학기술원(KAIST·총장 배충식)은 장민석 전기 및 전자공학부 교수팀이 해리 앳워터 미국 캘리포니아공대 교수팀, 한국표준과학연구원, 미국 제이에이 울람(J.A. Woollam)과 함꼐 '바륨 타이타네이트(BTO)' 굴절률과 빛 흡수 특성을 자외선부터 원적외선까지 폭넓은 파장 영역에서 정밀 규명했다고 8일 밝혔다.
BTO는 전기를 가하면 빛 통과 특성이 달라지는 소재다. 전기 신호를 빛에 실어 보내는 부품인 '광변조기' 등에 쓰일 차세대 소재로 주목받는다.
이런 광통신 부품을 만들려면 소재 안에서 빛이 어떻게 진행하고 얼마나 약해지는지 알아야 한다. 이에 필요한 값이 '굴절률'과 '소멸계수'다.
하지만 BTO 안에는 방향이 서로 다른 작은 결정 영역인 '도메인'이 섞여 있다. 영역마다 방향이 달라 빛에 반응하는 방식도 달라 소재 본래 특성을 정확히 알아내기 어려웠다.
연구팀은 빛이 소재를 통과하거나 반사될 때 진동 방향 변화를 측정하는 '뮬러 행렬 분광 타원법'을 활용했다. 도메인 방향이 비교적 일정한 두 종류의 단결정 시료를 분석해, 여러 방향의 반응이 섞이는 영향을 줄이고 소재 고유의 특성을 알아냈다.
분석 범위도 넓혔다. 연구팀은 자외선부터 원적외선의 193나노미터(㎚)~40마이크로미터(㎛) 영역을 세 구간으로 나눠, 각 구간 특성에 맞게 분석했다. 이를 통해 빛 파장과 결정 방향에 따른 굴절률과 흡수 특성을 정밀 도출했다.
거의 흡수되지 않는 빛의 미세 손실도 측정했고, 여러 도메인이 섞인 결정 전체가 빛에 어떻게 반응하는지 계산하는 방법도 제시했다.
이번 성과는 BTO 활용 시 '빛 사용 설명서'를 마련한 셈이다. 부품 제작·수정의 시간과 비용을 크게 줄일 수 있다.
장민석 교수는 “이번 연구를 바탕으로 빛 손실을 줄이고 정보를 빠르게 전달하는 광통신 부품과 정밀한 양자 광소자 개발에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
연구 결과는 'ACS 포토닉스'에 10월 20일 온라인 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
