국내 대학 연구진이 빛을 활용해 신호 흔들림을 크게 줄인 초고주파 신호 생성 기술을 개발했다. 차세대 6세대 이동통신(6G)과 자율주행 레이더, 우주 관측 등에 활용될 핵심 기술로 주목된다.

한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 김정원 교수 연구팀과 물리학과 이한석 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 ‘마이크로콤(Micro-comb)’ 기반 광학 칩 기술로 초저잡음·초고안정 밀리미터파 신호를 구현했다고 15일 밝혔다.

밀리미터파는 30~300기가헤르츠(GHz) 대역 주파수로 넓은 대역폭을 활용할 수 있어 6G 통신과 정밀 감지, 차세대 레이더 분야 핵심 기술로 꼽힌다. 하지만 기존 전자식 신호원은 주파수가 높아질수록 잡음과 신호 흔들림이 커지는 한계가 있었다.

연구팀은 손톱보다 작은 광학 칩 내부에서 정밀한 빛 주기를 생성하는 마이크로콤 기술을 활용해 문제 해결에 나섰다. 연구진은 광학 기준 신호와 마이크로콤을 정밀하게 동기화해 장기적인 주파수 흔들림을 크게 줄였다.

그 결과 22GHz 대역에서 세계 최고 수준의 초저잡음 성능을 확보했다고 KAIST측은 설명했다. 또 신호 반복 속도를 높이면서도 안정성을 유지해 44GHz와 66GHz 대역에서도 높은 시간 정밀도를 구현했다. 연구팀은 이를 통해 초고속 통신 환경에서도 신호 충돌과 오차를 최소화할 수 있을 것으로 보고 있다.

이번 연구에서는 ‘완전 솔리톤 결정(Perfect Soliton Crystal)’ 상태를 활용해 고주파 신호 불안정성을 줄인 점도 핵심 성과로 꼽힌다. 솔리톤은 형태가 무너지지 않고 일정하게 유지되는 특수한 파동이다. 연구팀은 광학 칩 내부 빛 신호를 일정한 간격으로 배열해 안정적인 초고주파 신호를 생성했다.

KAIST측은 이번 기술이 상용화되면 초고속 통신 데이터 전송 신뢰성과 자율주행·국방 레이더 정밀도를 높이고, 블랙홀 관측 같은 초고해상도 우주 관측 기술에도 활용될 수 있을 것으로 기대했다.

김정원 교수는 “마이크로콤 기반 신호원의 성능을 세계 최고 수준으로 높이고 이를 고주파 대역까지 확장한 데 의미가 있다”며 “100GHz 이상은 물론 300GHz 이상 서브밀리미터파 영역까지 확장하는 연구를 진행 중”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘레이저 앤드 포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews)’와 ‘옵티카(Optica)’에 각각 게재됐다.