KAIST, 칩 스케일 초저잡음 펄스 신호 발생기술 개발

기사입력 : 2020년09월17일 13:00

최종수정 : 2020년09월17일 13:00

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = KAIST는 물리학과 이한석 교수와 기계공학과 김정원 교수 공동연구팀이 실리카 마이크로공진기를 이용해 매우 낮은 잡음으로 펄스 신호를 주기적으로 발생할 수 있는 신기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

마이크로공진기(microresonator)는 특정 공진 주파수에서 공진을 일으킬 수 있도록 한 마이크로미터~밀리미터 크기 소자다. 굴절률 차이에 의한 내부전반사로 공진기 내부에서 광 파워가 공진 형태로 집약되는 특성을 보인다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 정동인 박사과정(앞), 권도현 박사과정. [사진=KAIST] 2020.09.17 swiss2pac@newspim.com

이 기술을 이용하면 3밀리미터(mm) 지름의 칩으로부터 22기가헤르츠(GHz)의 높은 반복률과 2.6펨토초(385조 분의 1초)의 매우 낮은 펄스 간 시간 오차를 동시에 가지는 광 펄스열(optical pulse train)을 발생시킬 수 있다.

따라서 초고속 광대역 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter, ADC)의 샘플링 클럭이나 5G·6G 통신용 초 저잡음 마이크로파 신호원으로 활용이 기대된다.

펨토초 수준의 펄스 폭을 가지는 광 펄스를 생성하는 모드 잠금 레이저(mode-locked laser)는 광 주파수 빗 분광학(optical frequency comb spectroscopy, 2005년 노벨 물리학상)이나 펄스 확장 증폭 기술(chirped pulse amplification, 2018년 노벨 물리학상)과 같이 기초과학 분야에서 매우 중요한 광원으로 활용되고 있다.

최근에는 펨토초 펄스를 레이저 장비가 아닌 칩-스케일의 마이크로공진기 소자에서 생성하는 마이크로콤(micro-comb) 기술이 활발하게 연구되고 있다. 특히 기존의 모드 잠금 레이저가 100메가헤르츠(MHz) 정도의 반복률을 가진 것에 비해 마이크로콤은 기존보다 100배 이상인 수십 기가헤르츠(GHz) 이상의 높은 반복률을 가지기 때문에 다양한 ICT 시스템의 개발 및 제작 등에 폭넓게 적용될 것으로 기대되고 있다.

마이크로콤은 이론적으로는 1펨토초 수준의 매우 낮은 시간 오차를 가질 수 있을 것으로 예측됐지만, 기존에는 측정의 한계 때문에 이러한 성능을 정확하게 규명할 수 없었고 잡음 성능을 최적화할 수도 없었다.

공동연구팀의 이번 연구는 이한석 교수팀이 보유한 1억 이상의 매우 높은 Q인자를 갖는 온칩 마이크로공진기 제작기술과 김정원 교수팀이 보유한 100아토초(100아토초는 1경분의 1초) 분해능의 펄스 간 타이밍 측정기술의 결합으로 가능했다.

Q인자(Quality factor)는 진동자나 공진기(resonator)가 얼마나 오랫동안 에너지(여기서는 빛)를 담아둘 수 있는지를 나타낸다.

공동연구팀은 기존 연구보다 100배 이상 정밀한 타이밍 측정기술을 이용해 펄스 간 시간 오차를 정확하게 측정할 수 있었고, 그 결과를 이용해 마이크로공진기의 최적 동작 조건을 찾아냄으로써 마이크로콤의 잡음 성능을 획기적으로 높일 수 있었다.

공동연구팀 관계자는 이 신기술을 활용할 경우 다양한 온-칩 광신호처리 시스템의 구현이 가능하다고 봤다. 그는 특히 아날로그-디지털 변환기의 경우 샘플링 클럭의 지터 성능에 의해 제한되고 있는데, 이번 연구의 타이밍 성능은 22기가헤르츠(GHz)의 샘플링 속도에서 12비트의 유효 비트 수(ENOB)를 달성할 수 있어 기존 장비의 성능을 뛰어넘을 것으로 예상했다.

이한석 교수는 "펄스 발생효율과 잡음 성능을 더욱 개선하기 위한 새로운 광소자 구성기법을 연구 중ˮ이라고 말했다.

김정원 교수도 "개발된 기술을 매우 낮은 위상잡음의 K-밴드 마이크로파 신호원과 초고속 아날로그-디지털 변환기용 샘플링 클럭으로 활용하는 후속연구를 진행 중ˮ이라고 밝혔다.

KAIST 나노과학기술대학원 정동인 박사과정 학생과 기계공학과 권도현 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 공동연구팀의 이번 논문은 국제학술지 '옵티카'에 지난 28일 게재됐다.

한편, 이번 연구는 정보통신기획평가원 양자센서핵심원천사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

swiss2pac@newspim.com

[관련기사]

GAM - 해외주식 투자 도우미

머스크, "로보택시용"이라며 테슬라 리스 차량 회수...실제로는 중고차로 재판매

[홍콩 대장주] 메이퇀 ③ 신성장 동력의 '폭발적 성장'

라씨로 - 국내주식 투자 도우미

제이엘케이, '뇌졸중 플랫폼' 연구용 구독 모델 사업 추진..."신규 시장 확대"

HLB글로벌 "자회사 '바이바이오' 건기식 등 신사업 추진...B2C 사업 확장"

[뉴스핌 베스트 기사]

사진

이정후, MLB 첫 2경기 연속 대포 [서울=뉴스핌] 장환수 스포츠전문기자= 이정후가 미국 진출 후 처음으로 2경기 연속 홈런포를 쏘아 올렸다. 샌프란시스코는 그동안 이정후가 홈런을 친 6경기(지난해 2경기)에서 100% 승률을 거뒀지만 처음으로 승리 공식이 깨졌다. 이정후는 15일(한국시간) 샌프란시스코 오라클파크에서 열린 애리조나와 홈경기에서 4-8로 추격한 7회 투런 홈런을 날렸다. [샌프란시스코 로이터=뉴스핌] 장환수 스포츠전문기자= 샌프란시스코 이정후가 15일 애리조나와 홈경기에서 7회 2점 홈런을 날린 뒤 맷 윌리엄스 코치의 환영을 받으며 3루 베이스를 돌고 있다. 2025.05.15 zangpabo@newspim.com 전날 애리조나전 8회 3점 홈런에 이어 이틀 연속 아치를 그린 이정후는 시즌 6호 홈런을 기록했다. 그러나 샌프란시스코는 7-8로 아쉽게 졌다. 지난해 데뷔한 이정후가 2경기 연속 홈런을 친 것은 이번이 처음이다. 지난달 14일 뉴욕 양키스전에서 연타석 홈런을 쳐 한 경기 홈런 2개를 발사한 적은 있었다. 3번 7회 무사 1루에서 네 번째 타석에 선 이정후는 애리조나 세 번째 투수인 우완 라인 넬슨을 맞아 원볼 투스트라이크에서 4구째 시속 138㎞ 체인지업을 받아쳐 우중간 펜스를 넘겼다. 타구 속도는 시속 164㎞가 나왔고 비거리는 120m였다. 넬슨은 지난해 애리조나에서 선발로 뛰며 10승(6패 평균자책점 4.24)을 기록한 빅리그 4년차 유망주다. 3번 중견수로 출전한 이정후는 1회 3루수 파울 플라이, 3회 3루수 땅볼, 5회 좌익수 뜬공으로 물러났다. 5회 타구는 애리조나 좌익수 루어데스 구리엘 주니어가 펜스 앞까지 달려가 잡아내는 호수비가 아니었으면 장타가 됐을 타구였다. 2점 차로 뒤진 9회에는 선두 타자로 나가 좌익수 뜬공으로 아웃됐다. 이날 범타로 물러난 네 타석에선 공이 모두 왼쪽으로 밀렸다. [샌프란시스코 로이터=뉴스핌] 장환수 스포츠전문기자= 애리조나 좌익수 루어데스 구리엘 주니어가 15일 샌프란시스코와 원정경기에서 5회 이정후의 깊숙한 타구를 러닝 캐치로 잡아내고 있다. 2025.05.15 zangpabo@newspim.com 5타수 1안타 2타점 1득점을 기록한 이정후는 4경기 연속 안타 행진을 벌였지만 시즌 타율은 0.286로 약간 내려갔다. 2경기에서 5타점을 쓸어 담은 이정후의 타점은 29개로 늘어나 윌머 플로레스(33개)에 이어 팀 내 2위를 기록했다. 전날 애리조나를 10-6으로 꺾고 4연패에서 탈출했던 내셔널리그 서부지구 3위 샌프란시스코는 이날 패배로 4위 애리조나에 2경기 차로 쫓기게 됐다. 샌프란시스코는 9회 이정후가 아웃된 뒤 1사 만루 기회를 만들었다. 마이크 여스트렘스키의 삼진 후 라몬테 웨이드 주니어의 밀어내기 볼넷으로 1점 차까지 추격했으나 크리스천 코스가 중견수 뜬공으로 잡혀 역전에 실패했다. 샌프란시스코는 하루 휴식 후 17일 애슬레틱스와 홈 3연전을 시작한다. zangpabo@newspim.com 2025-05-15 08:58

사진

'서부지법 난동' 첫 선고 2명 모두 실형 [서울=뉴스핌] 조승진 기자 = 윤석열 전 대통령의 구속영장 발부 전후인 지난 1월 18∼19일, 서부지법에서 발생한 난동 사건으로 구속기소된 95명 중 2명이 1심에서 실형을 선고받았다. 서울서부지법 형사6단독(재판장 김진성)은 14일 오전 특수건조물침입 등의 혐의로 기소된 김 모 씨와 소모 씨에 대한 선고 공판에서 김 모 씨에게 징역 1년 6개월, 소모 씨에게 징역 1년을 선고했다. 이날 선고는 서부지법 난동 사태 발생 4개월여 만에 나온 첫 선고다. 앞서 검찰은 김씨에게 징역 3년, 소씨에게 징역 2년을 구형했다. 지난 1월19일 오전 서울 마포구 서울서부지방법원 청사 유리창과 벽면이 파손되어 있다. 이날 윤석열 대통령 구속영장이 발부되자 윤 대통령 지지자들이 서울서부지법에 난입해 유리창을 깨고 집기를 훼손하는 등 난동을 부려 경찰이 강제진압에 나섰다. [사진=뉴스핌 DB] 선고는 김 씨부터 진행됐다. 재판부는 "이 사건은 특수건조물 침입, 공용 물건 손상, 특수 공무집행 방해"라며 "피고인이 증거에 관해서 자백하고 있고 보관 증거가 있어서 유죄로 인정된다"고 했다. 이어 "이 사건은 다중위력을 보인 범행이고, 범행 대상은 법원"이라며 "피고인을 포함해서 많은 사람들이 하나의 사건에 연관되었고, 당시 발생한 전체 범행의 결과는 참혹하다"고 설명했다. 그러면서 "대한민국 사법부의 영장 발부 여부를 정치적 음모로 해석 규정하고, 그에 대한 즉각적인 응징, 보복을 이뤄야 한다는 집념과 집착이 이뤄낸 범행"이라고 했다. 재판부는 "다만 이 사건은 공동 범행이 아니라 단독 범행이기 때문에 피고인의 행위에 대해서만 평가한다"면서도 "다중의 위력을 보였다는 부분은 범죄사실에 포함되므로 고려한다"고 말했다. 이어 "피고인은 벽돌 등을 던져, 법원 건물 외벽 타일을 깨뜨렸고, 법원 경내로 들어가 침입했다"며 "법원 내부 진입을 막고 있던 경찰관들을 몸으로 밀어 폭행했다"고 했다. 다만 "피고인이 진지한 반성 태도를 보이고, 우발적으로 범행에 이르게 된 점, 초범인 점, 그밖에 양형 제반 사항을 고려해 징역 1년 6개월에 처한다"고 밝혔다. 이어진 소 씨의 선고에서 재판부는 "피고인이 자백하고 있고 보관 증거 있어 유죄"라고 했다. 그러면서 "피고인은 법원 경내로 들어간 다음 당직실 유리창을 통해 건물 1층 로비까지 들어가 침입했다"며 "화분 물받이로 창고 플라스틱 문을 긁히게 하고, 부서진 타일 조각을 던져 법원 건물 외벽 타일을 손괴했다"고 말했다. 다만 "피고인이 진지한 반성으로 보이고, 우발적 범행에 이르게 된 점, 초범인 점, 그밖에 양형 제반 사항을 고려해 징역 1년에 처한다"고 밝혔다. 이번 선고에 앞서 재판부는 "어제 딸에게 산책하며 '아빠가 어려운 사건을 선고한다'고 했더니 '이재명 사건이냐, 윤석열 사건이냐?'고 묻더라"며 "더 어려운 사건이 있겠구나 싶었지만, 결단과 선고 순간에는 어렵고 쉬운 사건이 없다고 생각한다"고 말했다. 이어 "이 판결문을 머릿속으로 썼다가 지웠다 수없이 반복했다. 오늘 선고를 할지 말지도 많이 고민했다"고 했다. 그러면서 "오늘 선고가 정답이라고 생각지 않는다. 다만 결정과 결단의 문제라고 생각한다"며 "이 선고가 피고인의 남은 인생을 좌우하지 않는다고 생각하고, 남은 생은 피고인 본인답게 살아달라"고 당부했다. 또 "이 사건과 같은 날 있던 전체 사건을 포함해 법원, 경찰 모두 피해자라고 생각한다"며 "그날 직접 피해를 본 법원, 경찰 구성원분들과 지금도 피해를 수습할 관계자분들 노고에 감사하다. 기자들을 포함해 지금도 피해를 수습하는 과정인 거 같다"고 덧붙였다. 이어 "마지막으로 대한민국 어려운 시기에 시민들께서 사법부뿐 아니라 경찰, 검찰, 법원 전체에 지속적으로 관심을 가져주시길 바란다"고 강조했다. chogiza@newspim.com 2025-05-14 11:05