펨토초 레이저 안정화 기술 개발→차세대 우주광통신 활용

[아이뉴스24 정종오 기자] 10의15승분의 1(천조분의 일)초를 ‘펨토초’라고 부른다. 국내 연구팀이 펨토포 레이저 안정화 기술 개발에 성공했다. 이를 응용하면 차세대 우주광통신은 물론 6G 표준 주파수 실현 등에 활용할 수 있다.

GPS 위성 사이 시간 동기화로 내비게이션 위치 측정 정밀도를 높일수 있는 등 초정밀 시간 표준의 상호 비교, 검증을 위해 2012년 독일 표준연구원과 막스플랑크 양자광학연구소는 광섬유를 이용한 광시계를 비교 연구했다.

이는 광섬유 매설구간 활용으로 공간적 제약이 있어 최근 활발해지는 시간표준의 비교, 전송 연구와 다양한 표준 주파수 응용기술에 대응하는 데 큰 어려움이 있어 왔다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)는 기계공학과 김승우, 김영진 교수 공동연구팀은 대기 중으로 광신호를 전송해 공간의 제약을 뛰어넘는 차세대 우주-지상 간 광-시간 동기화의 원천 기술인, 대기를 통한 광주파수 전송 과 펨토초 레이저 안정화 기술을 개발했다고 5일 발표했다.

시간은 모든 물리량 중에서 가장 기본이 되는 물리단위로 다양한 물리단위를 정의하는 데 활용된다. 이 때문에 우수한 시간 표준을 개발하는 것은 차세대 우주 규모의 측정 분야에서 다양한 물리량을 정확하고 정밀하게 측정을 가능케 한다.

이를 위해 먼저 연구팀은 1천조분의 일 초에 해당하는 시간 폭을 가지는 매우 정밀한 펨토초 레이저 광 빗에 기반한 시간 표준을 개발했다.

대기를 통해 전송받은 레이저를 펨토초 레이저 광 빗 안정화에 활용해 수백 테라헤르츠(THz) 주파수 영역에서 4테라헤르츠(THz)의 대역폭에 이르는 안정화 효과를 얻을 수 있었다.

안정화된 광 빗을 통해 실질적으로 다양한 분야에 이 기술이 활용될 수 있음을 연구팀은 증명했다. 차세대 지상-우주 간 시간 동기화를 통해 다양한 응용연구가 수행될 수 있음을 뜻한다. 200~500기가헤르츠(GHz)의 주파수를 사용하는 차세대 통신 주파수 대역인 6G 실현을 위해서는 핵심 지역에 해당 주파수를 정밀하게 전송해야만 하는데 이에 활용 가능하다.

KAIST 기계공학과 양재원 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구(논문명 : Frequency comb-to-comb stabilization over a 1.3-km free-space atmospheric optical link)는 국제 학술지 `빛: 과학과 응용(Light: Science and Applications)' 8월 12일자에 실렸다.

주저자인 양재원, 이동일 연구원은 "지상-위성 간 광-시간 동기화에 관한 원천기술 개발을 통해 최근 관심이 높아지고 있는 우주의 다양한 측정 응용에 활용할 수 있다는 것을 실질적으로 검증을 수행했다ˮ고 말했다.

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