안정성 가진 6G 테라헤르츠파 생성 기술 나왔다

[아이뉴스24 정종오 기자] 차세대 6G 무선통신, 양자 분광 기술, 나아가 군용 레이더 기술을 실현하고 6G 통신 기기 간 주파수 표준으로 이용될 수 있는 넓은 대역의 테라헤르츠파(100기가헤르츠) 응용 기술이 개발됐다. 눈에 띄는 성능 향상을 가져올 것으로 예상된다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 기계공학과 김승우, 김영진 교수 공동연구팀이 차세대 6G 이동통신 대역으로 알려진 테라헤르츠 대역에서 세계 최고 수준의 안정도를 가지는 초안정 테라헤르츠파 생성 원천기술을 개발했다고 3일 발표했다.

차세대 테라헤르츠파 기술을 선점·선도하기 위해서는 핵심 테라헤르츠 소자들에 대한 개발, 평가와 선점이 필수적이다. 테라헤르츠 전송, 변조와 검출 소자들에 대한 평가를 수행할 수 있는 초안정 표준급 테라헤르츠 신호 생성에 어려움이 있었다. 핵심 소자들에 대한 접근에 지금까지 제한이 존재해 왔다.

기존의 테라헤르츠파 생성 방식은 상대적으로 낮은 주파수 안정도를 가지는 마이크로파 원자시계에 기반을 뒀다. 최근 개발된 광 시계와 비교해 수천 배 이상 낮은 안정도를 보여 왔다.

이를 극복하기 위해 연구팀에서는 1천조분의1의 안정도를 가지는 매우 정밀한 광주파수 대역의 시간 표준을 안정화하는 펨토초 레이저 광빗(빛의 스펙트럼이 머리빗과 닮았다 하여 붙여진 이름)으로부터 두 개의 레이저를 추출, 합성해 테라헤르츠파를 생성했다.

이 과정에서 연구팀은 다양한 잡음을 자세히 분석하고 광빗의 우수한 안정도를 유지하기 위해 잡음 보상, 제어 기술을 개발했다. 이후 광빗의 넓은 대역폭 특성을 활용해 테라헤르츠파를 생성했다. 전대역에서 시간 표준 수준의 안정도(천조분의 일)를 가지는 것을 실험적으로 검증했다.

KAIST 기계공학과 신동철 연구원이 제1 저자로 참여한 이번 연구(논문명: Photonic comb-rooted synthesis of ultra-stable terahertz frequencies)는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 2월 11일자에 실렸다.

주저자인 신동철 연구원은 "펨토초 레이저 광빗을 매개로 한 테라헤르츠 생성 기술 개발을 통해 최고 수준의 광 시계 안정도를 테라헤르츠 영역으로 확장할 수 있음을 실험적으로 검증했다ˮ며 "차세대 6G 무선통신 대역에서 가장 우수한 안정도를 선점한 것에 의미가 있고 테라헤르츠 핵심 소자 평가 등에 응용돼 테라헤르츠 대역 표준 확립에 도움을 줄 수 있을 것ˮ이라고 말했다.