실리콘칩서 빛이 생성한 음파로 광신호 제어하는 기술 세계 첫 개발

신희득 포스텍 물리학과 교수 연구팀

신희득 포스텍 물리학과 교수 연구팀은 실리콘 칩에서 빛이 만든 음파를 간섭시켜 광파 신호를 조절하는 기술을 개발했다. 포스텍 제공

국내 연구팀이 실리콘 칩에서 생성된 음파를 이용해 광신호를 증폭하거나 감쇄하는 방법을 세계 최초로 개발했다.

신희득 포스텍 물리학과 교수 연구팀은 실리콘 칩에서 빛이 만든 음파를 이용해 광파 신호를 증폭하거나 감쇄하는 광신호처리 기술을 세계 최초로 구현했다고 22일 밝혔다.

광신호처리는 빛의 세기나 편광이나 위상을 이용하는 기술로 최근 주목받고 있다. 이를 구현하는 광집적회로는 빛의 생성, 변이, 제어, 검출 등의 전 과정을 하나의 칩 위에서 작동하도록 개발된 장치다. 완벽한 집적화를 위한 공정과 빠르고 효율적인 빛의 제어 방법은 미래기술을 위한 도전적인 연구 분야로 주목받고 있다.

빛을 이용해 신호를 처리하면 전자를 이용할 때보다 발열이 적다. 빛의 속도를 이용할 수 있는 것도 장점이다. 광신호처리는 구조물에 빛을 쏘면 빛이 음파를 만들고 산란하는 현상인 ‘브릴루앙 현상’을 주로 활용한다. 하지만 단순히 음파를 만들고 빛이 산란하는 것을 측정하는 데 그쳐 광신호처리를 다른 분야에 응용하는 데는 어려움이 있었다.

연구팀은 여러 개의 광로를 파서 만든 음파가 간섭하는 현상을 이용한 광신호처리법을 개발했다. 나노 공정작업을 통해 머리카락 굵기 100분의 1보다 얇은 광도파로를 실리콘 칩에 제작했다. 광도파로는 빛이 이동하는 길이다. 이후 빛이 물질과 상호작용해 물질을 변형시키는 힘인 광력을 이용해 두 개의 광도파로에서 만든 음파가 세 번째 광도파로에 도달하는 시간을 조절했다.

실리콘 칩 내에서 두 음파가 보강 간섭과 상쇄 간섭을 하면서 1만 배 이상 대비를 갖도록 하는데 성공했다. 마이크로파 신호를 자유롭게 증폭하거나 감쇄하는 것이다. 연구팀은 이를 발전시켜서 펄스 형태 신호의 세기를 조절할 수 있다는 것도 처음 선보였다.

신 교수는 “나노구조물에서 음파 간섭현상을 이용한 광신호처리를 처음으로 구현했다”며 “연구를 통해 광신호처리와 센싱 기술에 새로운 방향을 제시한 만큼 광역학계에 새로운 응용을 기대한다”고 말했다. 이번 연구결과는 지난달 19일 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]