“광 데이터 전송 속도 1만 배 이상 빨라진다”…구리 전선에 그래핀 합성

▲그래핀과 링 공진기가 융합된 소자를 이용한 고반복률 레이저 펄스 형성의 모식도. 일반적인 모드 잠금 레이저의 파장 성분을 제어해 반복률을 극적으로 향상시킨다. (사진제공=한국과학기술연구원)

구리 전선에 그래핀을 합성해 광 데이터 전송 속도가 1만 배 이상 빨라지는 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 광전소재연구단 송용원 박사팀이 펨토초로 동작하는 광섬유 펄스 레이저 발진기에 그래핀이 포함된 추가의 공진기를 삽입, 펄스를 기존보다 1만 배 이상 빠르게 발생시킬 수 있게 만들었다고 3일 밝혔다. 데이터 통신에 적용하면 데이터의 전송 및 처리 속도가 많이 늘어날 것으로 기대된다.

KIST 연구진은 레이저 빛의 파장과 세기가 시간에 따라 변화하는 특성이 상관관계(푸리에변환)로 엮인 것에 주목했다. 여기에 송 박사는 세기가 약한 빛은 흡수해 사라지게 하고 강한 빛만 통과시켜 세기를 증폭시키는 특성이 있는 그래핀을 공진기에 융합, 레이저 세기 변화를 매우 빠른 속도로 정확하게 조절되게 해 펄스의 반복속도를 높게 만들 수 있었다.

일반적으로 그래핀은 촉매금속 표면에서 합성한 후 이것을 분리하여 원하는 기판의 표면으로 옮기게 되는데, 이 과정에서 그래핀이 손상되거나 이물질이 유입되는 문제가 있었다. KIST 연구진은 구하기 쉬운 구리 전선 표면에 직접 그래핀을 형성시키고, 광섬유를 감아 공진기로 사용함으로써 제조 공정에서 발생하는 효율 저하의 문제점을 해결했다.

그 결과 기존 ㎒ 수준의 반복 속도를 보이던 펄스 레이저의 한계를 극복하여 57.8㎓의 반복 속도를 얻을 수 있었다. 또한, 레이저를 흡수하면 열이 국소적으로 발생하는 그래핀의 특성을 이용해 추가의 레이저를 소자에 가해줘 그래핀 공진기의 특성을 튜닝할 수 있게 만들었다.

송 박사는 “공진기와 그래핀 기반의 초고속 펄스 레이저 개발로 나노소재 기반의 광정보 소자 분야의 기술 선도와 시장 선점을 가능하게 할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

연구 결과는 나노기술 분야 국제 저널인 ‘ACS Nano’ 최신 호에 게재됐다.