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국내 연구진 "기존 성능 100배 이상의 브릴루앙 레이저 구현 성공"

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[헬로티]


KAIST와 경북대학교, 호주국립대학교 교수연구팀은 공동연구를 통해 초소형·저전력·저잡음 브릴루앙 레이저를 구현하는 데 성공했다고 23일 밝혔다.


▲브릴루앙 레이저의 제작원리, 구동원리 및 응용분야 소개


주파수의 흔들림이 거의 없는 초소형·저전력·저잡음 광원은 차세대 초정밀 광센서 구성에 필요한 핵심 소자다. 


KAIST 물리학과 이한석, 이용희 교수 공동연구팀과 경북대학교 최무한 교수, 호주국립대학교 최덕용 교수로 이루어진 공동연구팀은 기존에 주로 사용돼온 물질보다 브릴루앙 산란 현상이 수백 배 잘 일어나는 칼코겐화합물 유리를 기반으로 브릴루앙 레이저를 개발해 성능을 극대화했다.


칼코겐화합물 유리는 화학적 불안정성으로 칩 상에서 식각을 통한 성형이 어렵다는 문제가 있었다. 연구팀은 증착 과정에서 자발적으로 광소자가 구성되는 새로운 제작 기법을 개발해 이 문제를 해결했고, 칼코겐화합물을 통한 기존보다 100배 이상 성능의 브릴루앙 레이저를 개발한 것이다. 


연구팀이 개발한 제작 기법을 비유하자면 겨울철 지붕 위에 쌓인 눈의 형태가 지붕의 형태에 의해 정해지기 때문에 눈을 직접 만지지 않고서도 지붕의 형태를 조절해 원하는 눈의 형태를 얻는 것으로 비유할 수 있다.


즉, 현재 반도체 공정 기술로 가공하기 쉬운 산화규소를 이용해 바닥구조를 적절히 형성하면, 그 위에 칼코겐화합물 유리를 증착하는 것만으로도 우수한 성능의 광소자가 자발적으로 형성되는 현상을 최초로 입증한 것이다. 


공동연구팀은 이 기법을 활용해 칼코겐화합물 유리 기반 고성능 브릴루앙 레이저를 반도체 칩 상에 초소형 광소자의 형태로 구현하는 데 성공했다. 또 기존 기록보다 100배 이상 낮은 펌프 에너지로도 레이저 구동이 가능하다고 밝혔다. 


공동연구팀은 소형화 및 저전력 구동은 상용화를 위한 필수적인 요소이기에 이번 브릴루앙 레이저 광원 개발은 자율주행에 필요한 거리뿐만 아니라 회전관성 센서의 감도를 획기적으로 개선하는 등 차세대 광센서 개발에 널리 활용될 것으로 기대가 크다고 밝혔다. 


이한석 교수는 “칼코겐화합물 유리는 중적외선 대역에도 적용 가능해 분자 분광에 기반한 환경감시 및 헬스케어 분야까지 응용범위를 넓힐 수 있을 것”이라고 말했다. 


최덕용 교수는 “이번에 개발한 공정기법은 다양한 물질의 이종 결합(hybrid integration)을 가능하게 해 미래 양자 인터넷의 핵심 소자인 고효율 양자 광원 및 양자 메모리 분야에도 응용할 수 있다”고 강조했다.






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