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광주파수 초정밀 전송···대기 통과 시 성능 저하 줄여

KAIST, 펨토초 레이저 광빗 왜곡 보정 기술 개발
차세대 우주-지상 광대역 초고속 광통신 구현 기대
레이저가 대기 영향을 받아도 특성을 유지해 전송될 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

KAIST(총장 신성철)는 김승우·김영진 기계공학과 교수 공동연구팀이 펨토초 레이저 광빗(광대역 펄스 레이저)의 왜곡을 실시간으로 보정하는 다채널 광주파수의 초정밀 전송 원천기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

대기 중으로 전파하는 레이저는 대기의 온도·압력·습도·바람 등의 영향을 받아 광주파수·위상의 안정도가 크게 떨어진다. 특히 대기가 밀집된 고도 10km 이하 대류권에서는 이와 같은 현상이 심하다.

혹독한 대기 환경에 영향을 받은 레이저는 고유한 특성을 잃어버린다. 초기에는 우수한 안정도를 보인 레이저라도 대기를 통과한 뒤에는 우수성을 잃게 된다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 펨토초 레이저 광빗에서 레이저들을 추출하고 그중 한 파장을 이용해 대기 환경변화를 실시간으로 추적했다. 이후 음향 광학 장치를 이용해 대기 환경변화를 제어함으로써 레이저의 우수한 특성이 유지되도록 했다.

펨토초 레이저 광빗 기반 광파수의 초정밀 생성과 대기 전송. <사진=KAIST 제공>펨토초 레이저 광빗 기반 광파수의 초정밀 생성과 대기 전송. <사진=KAIST 제공>

연구팀은 1초 측정 시 천조분의 일초의 오차를 갖는 안정된 펨토초 레이저 광빗을 대기에 전파하고, 통과하는 중에 발생하는 대기의 영향을 정밀하게 측정·제어하는 데 성공했다. 이를 통해 레이저의 성능이 대기를 통과하기 전과 후 큰 차이가 없는 다채널 광주파수 초정밀 대기전송 기술을 개발했다.

이 기술을 이용하면 기존 마이크로파를 통한 지상과 우주 사이의 인공위성 통신용량 한계를 극복할 것으로 보인다. 또한 빛의 직진성을 통해 에너지 효율을 획기적으로 개선하고 도청·감청을 피할 수 있을 것으로 기대된다.

강현재·양재원 연구원은 "광섬유를 통해 전파하던 레이저가 공간의 제약을 뛰어넘어 사용될 수 있음을 보여주는 결과"라며 "광시계 분배, 동기화로 차세대 항법장치의 성능 개선과 인공위성-지상 간 초고속 광통신 연구에도 활용될 수 있다"고 말했다.

연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications) 9월 30일 자 온라인판에 게재됐다.
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