6G 표준 이끌 초안정적 테라헤르츠파 만들었다

KAIST, '1000조분의 1' 수준 안정성 가진 테라헤르츠파 생성 기술 개발

한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 김승우·김영진 교수팀이 광 시간 표준에 안정화된 광빗으로부터 두 개의 광주파수를 추출, 포토믹서를 통해 테라헤르츠파를 만들어냈다. KAIST 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 기계공학과 김승우·김영진 교수팀이 차세대 6G 이동통신 대역인 테라헤르츠 대역에서 세계 최고 수준 '1000조 분의 1'의 안정도를 가지는 초안정 테라헤르츠파 생성 원천기술을 개발했다. 이 원천기술은 차세대 6G 무선통신, 양자 분광 기술, 나아가 군용 레이더 기술 등 다양한 분야에 응용될 전망이다.

초안정 테라헤르츠파를 만든 신동철 KAIST 기계공학과 연구원은 3일 "차세대 6G 무선통신 대역에서 가장 우수한 안정도를 선점한 것"이라며 "테라헤르츠 핵심 소자 평가 등에 응용돼 테라헤르츠 대역 표준 확립에 도움될 것"이라고 말했다.

KAIST에 따르면 기존 테라헤르츠파 생성 방식은 상대적으로 낮은 주파수 안정도를 가지는 마이크로파 원자시계에 기반한 것으로, 최근 개발된 광 시계와 비교했을 때 수천 배 이상 낮은 안정도를 보여 왔다.

차세대 테라헤르츠파 기술을 선점하기 위해서는 핵심 테라헤르츠 소자들에 대한 개발과 평가, 선점이 필수적이다. 테라헤르츠 전송과 변조, 검출 소자들에 대한 평가를 수행해야 하지만 초안정적인 표준급 테라헤르츠 신호를 만들어내는데 어려움이 있으며, 관련 핵심 부품들을 만드는 것도 한계가 있었다.

연구진은 이를 극복하기 위해 1000조분의 1의 안정도를 가지는 매우 정밀한 광주파수 대역의 시간 표준을 안정화하는 펨토초 레이저 광빗으로부터 두 개의 레이저를 추출하고 합성해 테라헤르츠파를 만들었다. 이 과정에서 다양한 잡음을 분석, 광빗의 우수한 안정도를 유지하기 위해 잡음 보상·제어 기술을 개발했다.

이 테라헤르츠파를 이용해 실험한 결과, 광빗의 넓은 대역폭 특성을 활용한 것으로, 전대역에서 시간 표준 수준의 안정도를 가졌다. 연구진은 "이는 세계 최고 수준의 광 시계 안정도를 테라헤르츠 대역에서도 새로이 실현할 수 있다는 것을 의미한다"고 설명했다.

한편, 연구진은 이번 연구결과를 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자