우주-지상 간 실시간 소통하며 우주 연구를 정밀히 하도록 돕는 기술이 나왔다. 향후 우주 광통신, 6G 표준 주파수 실현 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.
한국과학기술원(KAIST)은 김승우·김영진 기계공학과 교수 공동연구팀이 '대기를 통한 광주파수 전송 및 펨토초 레이저 안정화 기술'을 개발했다고 5일 밝혔다. 이는 우주-지상과 광-시간을 동기화하는 원천 기술이다.
'펨토초 레이저 광빗'은 시간·주파수 표준으로 활용할 수 있는 광대역 레이저, 빛스펙트럼이 머리빗을 닮아 붙인 이름이다.
기술 개발에 앞서 해당 연구팀은 1000조 분의 1초에 달하는 시간 폭을 갖는 정밀한 펨토초 레이저 광빗에 기반한 시간 표준을 개발한 바 있다. 연구팀은 이를 효과적으로 활용하기 위해 안정화된 레이저 전송으로 다양한 환경에서도 시간 표준을 효율적으로 적용할 수 있는 연구에 집중했다.
우선 대기에서 받은 레이저를 펨토초 레이저 광빗 안정화에 활용했다. 결과적으로 수백THz 주파수 영역에서 4THz 대역폭에 이르는 안정화 효과를 얻을 수 있었다. 안정적인 광빗으로 다양한 분야에 적용할 수 있는 점도 증명했다. 대표적인 예가 차세대 지상-우주간 시간 동기화로 진행하는 우주 물리 응용연구다.
공동 연구팀은 대기를 통과하는 '레이저 시간 표준 특성'을 유지하는 데도 성공했다. 이후 전송된 레이저를 펨토초 레이저 광빗 안정화에 적용했다. 결과적으로 펨토초 레이저가 수 km 떨어진 시간 표준에 해당하는 안정도를 갖는 것도 검증했다.
제1 저자인 양재원·이동원 기계공학과 박사는 "지상-위성 간 광-시간 동기화에 관한 원천기술 개발로 최근 관심이 높아지고 있는 우주의 다양한 측정 응용에 활용할 수 있다는 걸 검증하게 됐다"고 전했다. 본격적으로 상용화할 경우 차세대 우주 광통신뿐만 아니라 6G 표준 주파수 실현 등에도 적용할 수 있다는 설명이다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '빛: 과학과 응용(Light: Science and Applications)'에 8월12일 11권 253호에 게재됐다. 논문명은 'Frequency comb-to-comb stabilization over a 1.3-km free-space atmospheric optical link’'다.
이번 연구는 한국연구재단 과학기술분야 기초연구사업-개인연구사업-리더연구(국가과학자)지원을 받아 수행했다.
김미정 기자 kimj7521@aitimes.com
