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[18.10.02] 송석호 한양대 교수, 전주파수대역에서 작동하는 광다이오드개발 2018/10/02

/한양브리핑 2018/10/02 추천 0 / 신고 0 조회 : 196

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/heAk

내용
송석호교수, 全주파수대역에서 작동하는 광다이오드 개발
= 세계 최고 권위지 「네이처(Nature)」 에 게재, 3일 출간

  송석호(57) 한양대 물리학과 교수 연구팀이 모든 광(光)통신 주파수 대역에서 작동이 가능한 광다이오드 소자를 개발했다. 현재 일반 광통신에서 사용하는 소자들의 주파수 대역은 일부 좁은 대역에서만 사용하지만, 새롭게 개발한 소자는 모든 대역에서 사용할 수 있다. 이번 연구로 새롭게 개발한 광다이오드는 향후 차세대 이통통신과 국가기간망 사업, 우주개발 분야에까지 활용할 수 있는 길을 텄다는 평가가 나온다. 송 교수팀의 연구결과는 과학 분야 세계 최고 권위지인 「네이처(Nature)」에 게재돼 3일 출간됐다.

  송 교수팀이 개발한 신 개념 광다이오드는 ‘열린-양자역학(open quantum mechanics)’ 이론에 바탕을 두고 있다. 기존 광다이오드에 관한 연구는 주로 에너지가 많이 소모되는 ‘비선형 현상’이나 매우 좁은 주파수 대역에서만 일어나는 ‘공명(resonance) 현상’에 기반을 두고 개발됐다. 반면 송 교수팀은 ‘열린-양자역학계에서의 비대칭적 에너지 흐름 (비대칭적 에너지 흐름이란 광 신호가 한 쪽 방향으로는 손실이 없이 잘 전달되는데 반해 반대 방향으로는 잘 전달되지 못하는 현상을 말한다. 이러한 광 신호 흐름의 공간적 및 시간적 대칭성이 없어지는 현상은 기존 기술로는 구현하기가 힘들었다.) 이라는 새로운 원리를 광소자 기술에 도입, 기존 기술의 단점인 에너지 손실 및 주파수 대역의 한계를 극복했다. 다시 말해 에너지 소모를 줄이고 처리 속도도 빨라 ‘꿈의 장치’로 불리는 광CPU(중앙처리장치) 제작도 가능하다는 것이다.

  송 교수팀의 이번 연구는 나노기술(NT)과 정보통신기술(ICT)을 융합함으로써 고집적화된 광컴퓨터 및 광통신 회로망 구현의 핵심이 되는 ‘나노광소자 설계‧구현 기술’을 실용화할 수 있는 방향을 제시하고 있다는 점에서 기술적 가치가 높다. 또한 열린-양자역학 이론 및 수학적 대칭성‧특이성을 도입해 기존 물리적 한계를 극복하려는 시도와 더불어, 열린-양자역학 이론을 실험적으로 검증하고 발전시키기 위한 광(光)과학 영역의 개척에 기여했다는 점에서 학문적 의미도 크다.

  송 교수가 교신저자인 이번 연구는 한양대의 윤재웅·최영선 박사가 공동1저자로 참여했고 캐나다 오타와대 연구팀이 함께 했다. 과학기술정보통신부가 시행하는 글로벌프런티어사업(파동에너지극한제어연구단), 기초연구사업(중견연구), 학문후속세대양성사업(대통령포닥펠로우십)이 이번 연구를 지원했다. (끝)

    
                                                                                      
                                                        (송석호 교수)                            (완쪽부터, 송석호 교수, 윤재웅 박사, 최영선 박사, 김건표 박사과정생)


 ■ 논문명 : 
전체 광통신 대역에서 일어나는 득이점 주변 시간-비대칭성(Time-asymmetric loop around an exceptional point over the full optical communications band)

■ 저자정보 : 
송석호 교수(단독교신저자, 한양대학교), 
윤재웅 박사, 최영선 박사(이상 공동제1저자, 한양대학교), 
Pierre Berini 교수, 한철웅 박사(이상 참여저자, University of Ottawa, Canada), 

■ 연구원리 : 
열린-양자역학 (open quantum mechanics) 비대칭적 에너지 흐름원리를 나노광학 기술에 도입하여, 기존 나노광학 기술로는 실현이 어려운 국소영역에서 발생하는 에너지 손실문제를 극복하고, 광신호 흐름의 공간적 및 시간적 대칭성을 붕괴시킬 수 있는, 새로운 개념의 광통신 집적회로용 광-다이오드 소자를 개발함.

 
(광-다이오드 구조도) 실리콘 광조파로를 따라 광 신호가 순방향 및 역방향으로 전달되고 있다.
 
(광-다이오드 작동원리) 순방향(위)과 역방향(아래) 광신호 전달과정이 비-대칭적 모양을 갖는다. 순방향으로는 많은 광신호 에너지 (붉은색) 전달이 이루어지고 있는데 반하여, 역방향으로 진행하는 광신호의 에너지는 수평방향으로는 전달되지 못하고 위 아래로 (연두색) 퍼지고 만다.)

 

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