“천조 분의 1, 세계 최고 안정성”...6G테라헤르츠파 생성기술 개발

KAIST 김승우·김영진 교수팀

국내 연구진이 차세대 6G 무선통신, 양자 분광 기술, 군용 레이더 기술에 적용할 수 있는 세계 최고 수준의 안정성을 갖춘 테라헤르츠파(THz) 응용기술을 개발했다.

카이스트(KAIST)는 기계공학과 김승우, 김영진 교수 공동연구팀이 차세대 6G 이동통신 대역으로 알려진 테라헤르츠 대역에서 세계 최고 수준의 안정도를 가지는 초안정 테라헤르츠파 생성 원천기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

차세대 테라헤르츠파 기술을 선점하기 위해서는 핵심 테라헤르츠 소자들에 대한 개발, 평가 및 선점이 필수적이다. 하지만 테라헤르츠 전송, 변조 및 검출 소자들에 대한 평가를 수행할 수 있는 초안정 표준급 테라헤르츠 신호 생성에 어려움이 컸었다.

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

연구팀은 천조분의 일의 안정도를 가지는 매우 정밀한 광주파수 대역의 시간 표준을 안정화하는 펨토초 레이저 광빗(주파수 표준으로 활용할 수 있는 광대역 레이저)으로부터 두 개의 레이저를 추출·합성해 테라헤르츠파를 생성했다. 이 과정에서 연구팀은 다양한 잡음을 면밀히 분석하고, 광빗의 우수한 안정도를 유지하기 위해 잡음 보상·제어 기술을 개발했다. 이후 전대역에서 시간 표준 수준의 안정도(천조분의 일)를 가지는 것을 실험적으로 검증했다. 이는 세계 최고 수준의 광 시계 안정도를 테라헤르츠 대역에서도 새로이 실현할 수 있음을 의미한다.

이 기술은 세계 최고 수준의 초안정 테라헤르츠파를 생성할 수 있어, 차세대 6G 통신 대역에서 초고속 통신을 실현하고, 6G 통신 기기 간 주파수 표준으로 이용될 수 있다.

KAIST 기계공학과 신동철 연구원이 제1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월 11일 게재됐다.

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”며 “차세대 6G 무선통신 대역에서 가장 우수한 안정도를 선점한 것에 의미가 있고 테라헤르츠 핵심 소자 평가 등에 응용돼 테라헤르츠 대역 표준 확립에 도움될 것”이라고 말했다.

구본혁 기자

nbgkoo@heraldcorp.com

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