1,000,000,000,000,000분의 1 안정성 가진 테라헤르츠파 만든다

KAIST, 초안정 테라헤르츠파 생성 기술 개발...6G 표준 활용 기대

세계 최고 수준의 안정도를 가지는 초안정 테라헤르츠파 생성 원천 기술을 개발했다고 KAIST(총장 이광형)가 3일 밝혔다. 차세대 6G 무선통신, 양자 분광 기술, 군사용 레이더 기술을 실현하고, 6G 통신 기기 간 주파수 표준으로 이용될 수 있으리란 기대다.

6G 통신 대역으로 쓰일 차세대 테라헤르츠파 기술을 선도하려면 테라헤르츠 소자에 대한 개발과 평가가 필요하다. 하지만 테라헤르츠 전송, 변조 및 검출 소자들에 대한 평가를 수행할 수 있는 초안정 표준급 테라헤르츠 신호 생성에 어려움이 있었다.

기존 테라헤르츠파 생성 방식은 상대적으로 주파수 안정도가 낮은 마이크로파 원자시계에 기반한 것이라, 최근 개발된 광 시계에 비해 안전도가 수천 분의 1 이상 수준이다.

광 시간 표준 기반 초안정 테라헤르츠파 생성 기술 (자료=KAIST)

KAIST 기계공학과 김승우, 김영진 교수 공동연구팀은 천조분의 일(1/1,000,000,000,000,000)의 안정도를 가지는 매우 정밀한 광주파수 대역의 시간 표준을 안정화하는 펨토초 레이저 광빗으로부터 두 개의 레이저를 추출 및 합성해 테라헤르츠파를 생성했다. 광빗이란 빛의 스펙트럼이 머리빗과 닮았다 하여 붙은 이름이다. 광빗의 안정도를 유지하기 위해 잡음 보상·제어 기술도 개발했다.

이후 광빗의 넓은 대역폭 특성을 활용해 테라헤르츠파를 생성하고, 전 대역에서 시간 표준 수준의 안정도(천조분의 일)를 가지는 것을 검증했다.

이는 세계 최고 수준의 광 시계 안정도를 테라헤르츠 대역에서도 새로이 실현할 수 있음을 의미한다고 연구진은 설명했다.

주저자인 신동철 연구원은 "펨토초 레이저 광빗을 매개로 한 테라헤르츠 생성 기술 개발을 통해 세계 최고 수준의 광 시계 안정도를 테라헤르츠 영역으로 확장할 수 있음을 실험적으로 검증했다"라며 "차세대 6G 무선통신 대역에서 가장 우수한 안정도를 선점한 것에 의미가 있고, 테라헤르츠 핵심 소자 평가 등에 응용돼 테라헤르츠 대역 표준 확립에 도움이 될 것"이라고 말했다.

이 연구는 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 최근 실렸다.