光데이터 속도 1만배 이상 높였다

그래핀이 포함된 공진기 삽입해
펄스레이저 반복 속도 57.8GHz 달성
일반 구리 전선에 그래핀을 직접 합성해
제조 공정의 한계 극복

[아시아경제 황준호 기자] 펄스 레이저를 활용해 데이터 전송 속도를 1만배 높이는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원의 광전소재연구단 소속 송용원 박사의 연구팀은 펨토초로 동작하는 광섬유 펄스 레이저 발진기에 그래핀이 포함된 공진기를 삽입해, 기존보다 1만배 이상 데이터를 빠르게 처리할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 이번 연구성과는 국제 학술지인 ACS 나노의 최신호에 실렸다.

펄스 레이저는 빛이 아주 짧은 시간 동안 반복되는 출력 형태의 레이저다. 시간에 따라 세기가 일정하게 지속되는 연속 레이저보다 에너지를 크게 집속시킬 수 있는 성질을 가졌다. 만약 여기에 디지털 신호를 실으면 펄스당 1비트(bit)의 데이터를 저장할 수 있다. 펄스가 반복되는 속도가 빠르면 빠를수록 더 많은 데이터를 전송할 수 있게 되는 것이다.

펄스 레이저의 반복속도 한계를 넘다

연구팀은 레이저 빛의 파장과 세기가 시간에 따라 변화하는 특성이 상관관계(푸리에변환)로 엮인 것에 주목했다. 레이저 내에 공진기를 삽입하면 펄스 레이저의 파장을 주기적으로 필터링하고, 이를 통해 레이저 세기 변화의 양상을 바꿀 수 있다.

송 박사는 세기가 약한 빛은 흡수해 사라지게 하고 강한 빛만 통과시켜 세기를 증폭시키는 특성이 있는 그래핀을 공진기에 융합했다. 이를 통해 레이저 세기 변화를 빠르고 정확하게 조절해 펄스의 반복속도를 높였다. 연구팀은 흔히 볼 수 있는 구리 전선 표면에 직접 그래핀을 형서하고 괌섬유를 감아 공진기로 활용해 효율 저하의 문제도 해결했다. 일반적으로 그래핀은 촉매금속 표면에서 합성한 후 이것을 분리해 원하는 기판의 표면으로 옮기게 되는데, 이 과정에서 그래핀이 손상되거나 이물질이 유입되는 문제가 있었다.

57.8GHz의 반복속도

연구팀은 이를 통해 기존 MHz 수준의 반복 속도를 보이던 펄스 레이저의 한계를 극복했다. 57.8GHz의 반복 속도를 얻은 것이다.

이성재 한국과학기술연구원 소속 연구원은 "데이터 트래픽에 대한 수요가 계속 폭발적으로 증가하고 있는 현시점에서 초고속으로 동작하고 특성을 튜닝할 수 있는 극초단 펄스 레이저는 급변하는 데이터 처리 환경에 적응할 수 있는 새로운 방안을 제시할 수 있을 것"라고 말했다.

송용원 박사는 "공진기와 그래핀 기반의 초고속 펄스 레이저 개발로 나노소재 기반의 광정보 소자분야의 기술 선도와 시장 선점을 가능하게 할 것으로 기대한다"라고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr