[신희득교수 연구실] Active Information Manipulation via Optically Driven Acoustic-Wave Interference

Caption: 음파 간섭을 통한 광신호처리 구현 개략도

실리콘 광도파로에 입사한 펌프 빛(파랑선)의 위상에 따라서 음파가 간섭을 일으키고 이 음파에 의해 프로브 빛(초록선)의 산란을 조절할 수 있음을 표현했다.

포스텍(포항공대) 신희득 교수 연구팀이 광 주파수 영역에서 에너지 차이 보존을 세계 최초로 관측했다.

물리학과 신희득 교수 연구팀은 실리콘 칩에서 빛에 의해 생성된 음파를 이용해 광파 신호를 증폭 또는 감쇄할 수 있음을 세계 최초로 구현했다. 이 연구성과는 세계적인 권위지인 ‘나노 레터(Nano Letters)’에 게재됐다. 이번 연구는 최초로 음파의 간섭을 이용해 광-음파 상호작용을 제어함으로써 광역학계를 이용한 신호처리나 센싱 등 다양한 응용분야로의 발전 가능성을 보여줄 수 있는 연구로 평가된다.

빛을 이용한 신호 처리는 전자를 이용한 신호 처리보다 발열이 적고 빛의 빠른 속도를 이용할 수 있다는 장점이 있다. 최근에 나노 포토닉스 구조물에서 빛이 음파에 산란하는 브릴루앙 현상을 이용한 광신호처리 기술이 구현되었으나, 지금까지의 연구결과는 단순한 음파의 생성과 빛의 산란을 측정한 것이기에 광신호처리나 센싱 등의 응용분야로의 발전을 위해서는 능동적인 광-음파의 제어를 통한 광신호처리의 가능성을 보여줄 필요가 있다. 

이에 연구팀은 실리콘 칩에서 생성된 음파의 간섭을 이용해 능동적인 광신호처리 방법을 제시했다. 우선, 나노 공정작업을 통해 머리카락 두께의 100분의 1보다 얇은 3개의 광도파로를 실리콘 칩에 나란히 제작했다. 광력을 이용해서 두 광도파로에서 음파를 생성하고 그것이 세 번째 광도파로에 도달하는 시간을 조절함으로써 두 음파를 간섭시켰다. 연구팀은 이를 통해 실리콘 칩 내에서 음파의 보강 간섭과 상쇄 간섭 간에 10,000배 이상의 대비를 갖는 마이크로파 신호가 증폭·감쇄되는 것을 관측하였고, 이를 발전시켜 펄스 형태 신호의 세기를 조절할 수 있음을 세계 최초로 구현하였다.