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| 펨토초 레이저 광빗을 대기로 전파하는 도중에 발생하는 왜곡을 실시간으로 제어하고 보정할 수 있는 다채널 광주파수의 초정밀 전송 원천기술을 개발한 김승우·김영진 교수 공동연구팀 연구는 국제 학술지‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’에 9월 30일 게재됐다.(자료출처=네이처 커뮤니케이션즈/제공=카이스트) |
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 김승우·김영진 교수 공동연구팀이 펨토초 레이저 광빗을 대기로 전파하는 도중에 발생하는 왜곡을 실시간으로 제어하고 보정할 수 있는 다채널 광주파수의 초정밀 전송 원천기술을 개발했다고 22일 밝혔다.
대기를 전파하는 레이저는 대기의 온도, 압력, 습도 및 바람 등의 영향을 받아 광주파수 및 위상의 안정도가 크게 떨어진다.
특히 대기가 핵심적으로 분포하는 고도 10km 이하의 대류권에서는 이와 같은 현상이 심하게 발생한다.
이러한 불안정한 대기 환경을 겪는 레이저는 고유한 특성을 잃어버려 초기에는 우수한 안정도를 갖는 레이저라도 대기를 통과한 뒤에는 우수성을 잃게 된다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 주파수 표준에 안정화된 펨토초 레이저 광빗에서 레이저들을 추출하고 그중 하나의 파장을 이용해 대기 환경변화를 실시간으로 추적했다.
연구과정을 보면 음향 광학 장치를 통해 대기 환경변화를 제어함으로써 레이저의 우수한 특성이 유지될 수 있도록 했다.
이후 1초 측정 시 1/1,000,000,000,000,000(천조분의 일)초의 오차를 갖는 우수한 안정도의 펨토초 레이저 광빗을 대기(18 km)에 전파시키고 통과하는 중에 발생하는 대기의 영향을 정밀하게 측정하고 제어했다.
이 연구결과에 의하면 레이저의 성능이 대기를 통과하기 전과 후의 큰 차이가 없는 우수한 안정도로 전송하는 다채널 광주파수 초정밀 대기전송 기술을 개발했다.
연구진은 이 기술을 통해 기존의 마이크로파를 통한 지상-우주 간 인공위성 통신의 통신용량 한계를 극복하고 시간 표준을 분배함으로써 항법장치의 성능을 개선할 수 있을 것으로 분석했다.
또 빛의 직진성을 통해 에너지 효율을 획기적으로 개선하고 도청·감청에 대한 보안성도 확보할 수 있을 것으로 기대했다.
강현재·양재원 연구원은 “대기 중으로 전파하는 레이저가 대기 영향을 받아도 레이저의 특성을 그대로 유지해 전송될 수 있다는 것을 보여줬다”며 “광시계 분배 및 동기화로 차세대 항법장치의 성능 개선과 인공위성-지상간 초고속 광통신 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이 연구는 한국연구재단의 과학기술분야의 지원으로 수행됐고 국제 학술지‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’에 9월 30일 게재됐다.
