국내 대학 연구팀이 전기 신호만으로 하나의 광학칩을 열영상 센서와 분광기, 적외선 카메라 등 다양한 장치로 활용할 수 있는 ‘소프트웨어 정의(Software-defined) 광학칩’을 세계 최초로 개발했다. 연구팀은 연구 성과가 위성과 우주탑재체를 비롯한 차세대 광학 시스템의 소형화와 다기능화를 앞당길 핵심 기술이 될 것으로 기대하고 있다.

KAIST는 항공우주공학과 김현정 교수 연구팀이 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 주에이전 후 교수 연구팀과 공동으로 빛을 원하는 방식으로 제어할 수 있는 초소형 광학칩을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구팀은 메타표면 기반의 중적외선 공간광변조기를 이용해 광학칩의 각 픽셀을 전기적으로 독립 제어하는 데 세계 최초로 성공했다. 이를 통해 하드웨어를 교체하지 않고도 하나의 칩이 다양한 광학 센서 역할을 수행할 수 있는 기반을 마련했다.

또 전력 공급이 제한된 우주 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있는 비휘발성 광학 소재를 적용하고, 반도체 소자를 이용해 원하는 픽셀만 선택적으로 제어하는 기술을 구현했다. 실험에서는 6×6 픽셀을 모두 독립적으로 제어했으며 1만6700회 이상의 반복 구동에서도 안정적인 성능을 유지했다.

연구팀은 이번 기술이 위성과 우주탑재체를 비롯해 발사체 상태 진단, 우주정거장 열 감시, 적외선 영상, 광통신 등 다양한 광학 시스템에 활용될 것으로 기대했다.

김현정 교수는 “이번 연구는 하나의 광학칩이 임무에 따라 다양한 기능을 수행하는 ‘소프트웨어 정의 센서’ 시대의 기반을 제시한 것”이라며 “MIT와의 공동연구를 바탕으로 실제 우주 시스템에 적용할 수 있는 기술로 발전시켜 나가겠다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 신진연구사업과 혁신연구센터사업(IRC)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’​에 게재됐다.