'오차 100만년에 1초' 광섬유 클럭 개발…정확도 1천배 향상

KAIST 김정원 교수 "ICT·국방·우주·환경 등에 활용 전망"

국내 연구진이 전자시스템 간 공조에 사용되는클럭(clock)의 오차를 100만년에 1초로 줄여 기존 기술보다 정확도를 1천배 높일수 있는 광섬유 클럭 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 강성모) 기계항공공학부 김정원 교수 연구팀은 12일 초고속 광섬유 레이저에서 발생하는 테라헤르츠(THz) 주파수를 이용해 0.1초 간발생하는 오차가 333조분의 1초인 클럭 발진기 원천기술을 개발했다고 밝혔다.

이 연구 결과는 국제학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports, 11월 4일자) 온라인판에 게재됐다.

클럭 발진기는 시간 간격이 일정한 신호를 발생시켜 전자시스템들이 이 신호에맞춰 정확하게 동작하게 하는 장치이다. 음악 연주에서 메트로놈과 같은 역할을 한다.

이 클럭 발진기는 각종 정보통신 시스템뿐 아니라 입자가속기·천체관측장치 같은 거대 과학시설, 초정밀 계측 장비, 레이더, GPS 및 위성항법 시스템 등 전 분야에서 핵심 역할을 한다.

지금까지는 특수 제작된 공진 회로를 이용한 라디오파나 마이크로파 발진기 등을 이용한 방식이 주로 사용됐으나 크기가 크고 기계적 안정도가 떨어지며 수억원이상의 고가여서 실험실 밖 응용에는 한계가 있었다.

연구팀은 신뢰성이 높고 가격경쟁력이 확보된 광통신용 광섬유 부품을 활용한새로운 방식으로 클럭 발진기를 개발해 이 문제를 해결했다.

초고속 광섬유 레이저에서 발생하는 넓은 스펙트럼 내의 두 광주파수(optical frequency) 차이를 이용했다. 기존 전자 발진기는 기가헤르츠(GHz) 영역에서 동작하지만 이 기술은 테라헤르츠(THz) 주파수를 이용, 약 1천배 민감하게 시간 차를 측정한다.

또 광섬유 케이블에서는 빛이 전파되는 시간이 매우 일정하게 유지되는 점을 이용, 테라헤르츠 주파수의 높은 분해능으로 측정된 시간차를 광섬유 케이블 내 빛의전파 시간에 정확하게 맞췄다.

이 클럭 발진기는 국제전기통신연합(ITU)이 정한 클럭 신호원 성능기준인 0.1초간 시간오차(timing jitter)가 3펨토초(333조분의 1초)로 측정됐다. 100만년 동안 1초의 오차가 발생하는 셈이다.

연구진은 이 기술은 별도의 고가 소자 없이 세계적 수준의 클럭 발진기 성능을얻을 수 있고 상용화 시 제작비용도 기존 최고 성능 발진기의 10분의 1 이하라며 아날로그-디지털 변환기·고성능 신호 분석기 등 ICT 시스템, 레이더·원격 탐사·위성항법 등 국방, 우주, 환경 기술 분야에 활용될 수 있을 것이라고 밝혔다.

김 교수는 "이 기술은 군용 레이더, 보안 분야와 연관성 때문에 주요 장비의 수출이 금지된 경우가 많아 순수 국내 기술로 개발한 것에 의의가 있다"며 "앞으로 유리기판 위에 시스템을 구현해 칩 스케일의 고성능 클럭으로 발전시킬 계획"이라고말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>