이상신 광운대 교수 연구팀, 초소형 다기능 광섬유 메타팁 기술 개발
이상신 광운대 교수 연구팀, 초소형 다기능 광섬유 메타팁 기술 개발
  • 백두산 기자
  • 승인 2021.05.18 15:32
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머리카락 굵기 크기의 초고속 유무선 통신용 광 인터커넥트 구현
크기와 두께 획기적으로 축소한 다양한 신개념 광부품 개발 ‘기대’
광운대 연구팀이 개발한 소용돌이 빔 및 평행빔 생성이 가능한 다기능 광섬유 메타팁 및 이를 적용한 초소형 광 인터커넥트. 사진=광운대 제공
광운대 연구팀이 개발한 소용돌이 빔 및 평행빔 생성이 가능한 다기능 광섬유 메타팁 및 이를 적용한 초소형 광 인터커넥트. 사진=광운대 제공

[대학저널 백두산 기자] 광운대학교(총장 유지상)는 전자공학과 이상신 교수가 이끄는 연구팀이 호주국립대 최덕용 교수와의 공동연구를 통해 나노 메타표면을 광섬유 팁에 접목한 초소형 다기능 광섬유 메타팁을 개발하는데 성공했다고 18일 밝혔다.

초소형 다기능 메타팁은 통신용 광섬유 케이블의 단면에 메타표면 디바이스가 접목된 구조로, 이번 연구를 통해 크기와 두께가 획기적으로 축소돼 경제성 있는 다양한 신개념 광부품 개발이 이뤄질 것으로 기대되고 있다.

본 연구팀에 의해서 개발된 다기능 광섬유 메타팁은 근적외선 광통신 파장대역에서 동작하며, 빛의 편광 상태에 따라 평행 빔 또는 소용돌이 빔을 제공하는 기능을 갖는다. 평행 빔은 진행 경로가 나란한 평행으로 나아가는 발산성이 거의 없는 빔을 나타내며, 소용돌이 빔은 빛이 진행하면서 이동축을 중심으로 소용돌이 형태의 모양을 갖는 빛을 일컫는다.

기존의 광섬유 단면에서 출력되는 빛은 일정한 발산각도를 가지며 자유공간으로 전파되기 때문에, 광섬유 간의 데이터 전송 시 렌즈의 도움을 받아야 한다. 그렇기 때문에 많은 부피를 차지하게 되고 높은 비용이 발생한다.

반면, 이번에 개발된 광섬유 메타팁은 단면의 초박형 메타표면에 의해 광섬유로부터 출력된 빛을 입력 받아 별도의 렌즈 없이 평행 빔을 형성한다. 실제로, 한 쌍의 광섬유 메타팁 간에 평행 빔을 통해 초고속 데이터 전송이 가능한 초소형 무선 광 인터커넥트를 구현했다.

또한 광섬유 메타팁은 소용돌이 빔을 이용하여 마이크론 크기의 초소형 입자, 세포 등을 자유자재로 조작할 수 있는 광학 집게로 구현할 수 있다. 이를 통해 바이오, 양자 기술 등의 분야로 활용 가능하다. 특히, 이 소용돌이 빔은 물체와 만나면 회전시키거나 움직일 수 있어 광학 집게나 광학스패너, 광학 모터로 응용할 수 있다는 사실이 확인되면서 최근 많은 관심을 받고 있다.

이상신 교수는 “초박형 다기능 메타표면 소자를 광섬유에 접목할 수 있는 핵심 기술을 최초로 확보했다는 것이 큰 의미가 있다”며 “이를 기반으로 향후 다기능 메타표면 소자를 광섬유와 집적함으로써 크기와 두께 등이 획기적으로 축소된 다양한 신개념 광부품 개발이 가능할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 중견연구자지원사업과 교육부가 지원하는 이공분야 대학중점연구소지원사업을 통해 수행됐으며, 연구성과를 인정받아 Wiley에서 발간하는 광학/물리응용 분야의 국제학술지인 레이저포토닉스 리뷰(Laser & Photonics Reviews, IF=10.655) 온라인판 5월호 표지논문으로 선정됐다.


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