2016년 2월 15일 제103호
미래기술
ewsletter
뉴스레터 관련 문의처 | 창의미래연구소 THz포토닉스창의연구센터 박경현 센터장(T. 042-860-1343)
창의미래
http://www.etri.re.kr
인류의 마지막 미개척 전파 대역인 테라헤르츠(THz)파 대역 기술은 수많은 원천 기술과 새로운 응용 분야의 개척이 가능한 미래 지향적이면서도
파급력이 큰 기술 분야이다. 이번 호에서는 THz포토닉스창의연구센터의 연구 개발 내용을 소개하고, THz 포토닉스 미래 기술 비전인 파면제어
기술에 대하여 살펴보고자 한다.
THz포토닉스창의연구센터의 기술 개발과 미래 비전
2 ETRI THz포토닉스창의연구센터 - THz 포토닉스 소자 및 모듈
1 테라헤르츠(THz) 포토닉스
테라헤르츠파는 적외선과
밀리미터파 사이에 존재하는
0.1~10 THz 대역의 전자기
파로 비금속 또는 비극성
물질에 대한 투과도가 좋고,
물질의 분자지문 분석이
가능한 전파이다. 따라서
THz파는 천문 관측으로부터,
분광, 보안, 영상, 비파괴
측정, 유/무선 통신 등 넓은
활용 분야를 갖는 인류의 마지막 꿈의 전파 대역이다. 아직 태동기인 THz 기술은
실용화를 위하여 광원과 검출기의 출력과 감도의 향상이 무엇보다 중요하며,
보다 작고, 가볍고, 경제적이면서도 고출력, 고감도인 발생기와 검출기 기술을
제공할 수만 있다면 향후의 기술과 시장을 전적으로 주도할 수 있다.
ETRI THz포토닉스창의연구센터(센터장 박경현 박사)에서는 소형화, 저가격화가
가능한 포토닉스 기반의 THz 기술 개발에 주력하여 독자적인 기술로 단일 칩
파장 튜닝 이중모드 반도체 레이저(DML: Dual Mode Laser) 및 세계에서 가장
작은 THz 연속파 분광 시스템, THz 연속파 영상 시스템 등을 개발하였고, 관련
기술을 매년 혁신하며, 국내 최고, 세계 최고의 테라헤르츠 연구 그룹을 향해
나아가고 있다.
THz 포토닉스 부품/시스템 분야의 원천 연구에서부터 상용화 시스템까지 신개념
신소자 창출을 위한 다양한 연구를 진행한 결과, 센터 초기 대비 30dB 이상의
안정적 출력 향상을 얻었으며, 지속적인 성능 개선이 이루어지고 있다.
THz 반도체 비팅 광원
주파수 가변 범위가 1.5THz 이상이면서도 가변 영역에서 안정적인 위상 특성을
갖는 DML과 이중 파장 레이저(DWL: Dual Wavelength Laser)를 개발한 데 이어,
반도체 증폭기(SOA: Semiconductor Optical Amplifier)가 집적된 소자 등
다양한 형태의 단일 칩 THz 비팅(beating) 광원을 개발, 초소형 THz 시스템의
기술적 근간을 확보하고 있다.
THz 발생기 (포토믹서)
포토믹서는 비팅 광을 THz파로 전환해주는 THz 발생기이다. THz 기술의 산업적
응용성을 넓히기 위해서는 작고 경제적이면서도 고효율, 고출력이 가능한
THz파 발생기의 개발이 핵심적이다. 이를 위하여 저온 성장 반도체 포토믹서,
EC-PD(Evanescent Coupled Photo Diode), UTC-PD(Uni-Traveling Carrier
PD) 및 나노전극구조 포토믹서 등 다양한 형태의 THz 발생기를 개발하였다.
THz 검출기
고감도·저잡음 THz 검출기는 THz 시스템의 또 하나의 핵심 부품이다. 저온 성장
반도체 포토믹서 검출기를 포함, SBD(Schottky Barrier Diode) 단일 칩/어레이 칩
검출기를 개발하였으며, 그래핀 FET를 이용한 검출기, 도파로-혼 안테나 결합형
검출기 등, 다양한
THz 응용 시스템의
용도에 맞도록, 통신,
영상, 분광 등의 목적에
따라 다각도의 THz
파 검출기를 개발,
시스템에 적용하고
있다.
<테라헤르츠파와 그 응용 분야>
<SBD칩 기반 THz파 검출 소자>
<THz파 발생용 포토믹서 개발>
<반도체 단일 칩 비팅광원 개발>
2016년 2월 15일 제103호
미래기술
이전 뉴스레터는 다음 링크에서 다시 보실 수 있습니다.
▶▶ https://www.etri.re.kr/kor/bbs/list.etri?b_board_id=ETRI18
THz 연속파 분광/영상/통신 시스템
THz 연속파를 기반으로 세계에서 가장 작은 분광 시스템을 개발하여 약품 검사
및 식품의 이물질 검사 등의 적용 가능성을 시연하였고, 동일 시스템 기반의
다양한 THz 연속파 두께측정 기술을 개발하였다. 또한, THz 영상을 실시간으로
얻을 수 있는 SBD 어레이 기반 THz 영상 시스템을 개발하였고, THz파를
반송파로 하는 THz 무선통신 시스템을 개발하였다. 지속적인 연구 개발을 통하여
핵심 소자의 성능이 향상됨에 따라 새로운 다양한 기법의 적용이 가능해지고
있으며, 이를 통해 지속적 성능 개선이 이루어지고 있기 때문에, THz 비파괴 검사,
THz 무선 통신 등 다양한 산업 분야에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
3 ETRI THz포토닉스창의연구센터 - THz 포토닉스 응용 시스템
THz 기술의 파급력과 중요성을 고려한 기술 발전 비전을 토대로, THz 핵심 기술
로드맵에 따르는 연구 개발을 진행하고 있다. 특히 ETRI의 고유 임무인 정보통신
분야에 있어, THz파 무선 통신기술 개발을 통하여 미래 통신 환경에서 우리나라의
기술적 우위 확보에 중심이 되고자 노력하고 있다. THz파는 현재의 무선주파수
보다 천 배 이상 높은 주파수 대역으로 국제적 무선 자원 할당상의 제약이 거의
없고, 자유공간 광통신에 비해 기상과 대기 오염에 의한 영향을 훨씬 적게 받기
때문에 미래 무선통신의 주요 자원이 될 것이다. 한편, 현재의 THz 기술은
가격, 출력, 크기 면에 있어 극복해야 할 기술적 제약이 있는 것 또한 사실이다.
THz포토닉스창의연구센터에서는 현재 기술의 한계를 뛰어넘을 수 있는 독자적
대안으로 파면제어 기술을 제안, 이로부터 세계 최고의 연구 성과와 기술 자산을
확보하는 것을 목표로 관련된 연구를 진행하고 있다.
파면제어 기술
파면제어 기술이란 전자기파의 위상을 제어, 그 시·공간적 분포를 원하는 형태로
가공하는 기술을 의미한다. 특히 최근 정밀 공정 기술의 발달과 함께, 나노광학
등의 분야에서 파면을 미시적, 능동적으로 제어할 수 있는 다양한 신기술이
대두됨에 따라, 기존의 기술로는 도달할 수 없었던 다양한 응용 기술 개발의
가능성이 예견되고 있는 분야이다.
THz 파면제어 기술
THz 기술에 파면제어 기술을 적용, 멀티소스 어레이 기반의 파면제어 기술을
개발한다면, THz파의 단점인 낮은 출력 효율과 공간적 전송 손실을 극복할 수
있을 것으로 기대되고 있다. 또한 해당 기술을 통하여 THz 빔 성형과 함께
공간/파장/시간 등의 다중화 기술을 개발, THz 무선 통신 기술의 현실적 응용성을
높이기 위하여 관련 기술을 개발하고 있다.
향후 THz파 공간 변조기와 어레이형 THz파 발생기 및 검출기를 개발함과
함께, 실시간 파면제어 기술 등을 개발, 파면제어 기반의 THz 무선 통신 기술
및 시스템을 개발하여 차세대 무선 통신 기술의 기틀을 마련하고자 관련 연구를
진행 중이다.
THz 파면제어 기술의 비전과 전망
THz 무선통신을 위한 파면제어 기술은 파면제어 기반의 THz 이미징 기술 및
에너지 전송 기술 등으로 용이하게 확장될 수 있다. 이를 통하여 칩간/랙간 통신,
건물간 통신, 의료 이미징, 산업용 비파괴 이미징, 환경 방재, 무선 전력 전송 등에
활용 가능한 신개념의 THz 파면제어 기술을 개발할 계획이다. THz포토닉스창의
연구센터에서는 THz 포토닉스 기술과 차별화된 THz 파면제어 기술을 바탕으로
세계 최고의 기술을 개발, 원천 기술 확보를 통하여 국가 과학 기술 발전에 이바지
할 것을 목표로 연구 개발 역량을 집중하고 있다.
4 THz 포토닉스 기술의 미래와 비전 - 파면제어 기술
<THz 연속파 분광, 영상, 무선통신 시스템>
<파면제어 기술 분야>
<이차원 어레이 소스에 의한 THz 파면제어 기술의 개념도>
<파면제어 기술 로드맵>
