차세대 6G 무선통신, 양자 분광기술, 군용 레이더기술을 실현하고 6G 통신기기 간 주파수 표준으로 이용될 수 있는 광대역 테라헤르츠파 응용 기술이 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김승우·김영진 기계공학과 교수팀이 차세대 6G 이동통신 대역으로 알려진 테라헤르츠 대역에서 세계 최고 수준 안정도를 가지는 초안정 테라헤르츠파 생성 원천기술을 개발했다고 밝혔다.
차세대 테라헤르츠파 기술을 선점·선도하려면 핵심 소자 개발, 평가와 선점이 필수적이다. 하지만 테라헤르츠 전송, 변조·검출소자 평가를 수행할 수 있는 초안정 표준급 테라헤르츠 신호 생성에 어려움이 있다.
기존 테라헤르츠파 생성 방식은 상대적으로 낮은 주파수 안정도를 가지는 마이크로파 원자시계에 기반한다. 최근 개발된 광시계에 비해 수천 배 이상 안정도가 낮다.
연구팀은 펨토초 레이저 광빗으로부터 2개 레이저를 추출·합성해 테라헤르츠파를 생성했다. 펨토초 레이저 광빗은 시간과 주파수 표준으로 활용할 수 있는 광대역 레이저다. 빛 스펙트럼이 머리빗과 닮아 이렇게 불린다.
이 과정에서 연구팀은 다양한 잡음을 분석하고 광빗의 우수한 안정도를 유지하기 위해 잡음 보상·제어 기술을 개발했다. 광빗의 넓은 대역폭을 활용해 테라헤르츠파를 생성했고, 전대역에서 시간표준 수준 안정도(1000조분의 1)를 실험으로 검증했다. 이는 세계 최고수준 광시계 안정도를 테라헤르츠 대역에서도 실현 가능함을 의미한다.
이 기술은 차세대 6G 통신 대역에서 초고속 통신을 실현하고, 6G 통신기기 간 주파수 표준으로 이용할 수 있다.
주저자인 신동철 KAIST 연구원은 “펨토초 레이저 광빗을 매개로 한 테라헤르츠 생성기술을 개발해 세계 최고수준 광시계 안정도를 테라헤르츠 영역으로 확장할 수 있음을 실험적으로 검증했다”며 “테라헤르츠 대역표준 확립에 도움이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 2월 11일 게재됐다. 한국연구재단 과학기술 분야 기초연구사업-개인연구사업-리더연구(국가과학자)지원을 받아 수행됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
