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김승우, 김영진 교수, 성능 저하 없는 광주파수 초정밀 전송기술 개발
〈 김영진 교수, 양재원, 김병수 박사과정, 김승우 교수 〉
우리 대학 기계공학과 김승우, 김영진 교수 공동연구팀이 펨토초 레이저 광빗*을 대기로 전파하는 도중에 발생하는 왜곡을 실시간으로 제어하고 보정할 수 있는 다채널 광주파수의 초정밀 전송 원천기술을 개발했다. * 펨토초 레이저 광빗: 시간/주파수 표준으로 활용 가능한 광대역 펄스 레이저
연구팀은 이번 기술이 차세대 우주-지상간 광대역 초고속 광통신 구현과 차세대 항법장치 성능 개선에 이바지할 것으로 기대한다고 밝혔다.
강현재 연구원이 1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’ 9월 30일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Free-space transfer of comb-rooted optical frequencies over an 18 km open-air link).
대기를 전파하는 레이저는 대기의 온도, 압력, 습도 및 바람 등의 영향을 받아 광주파수 및 위상의 안정도가 크게 떨어진다. 특히 대기가 핵심적으로 분포하는 고도 10km 이하의 대류권에서는 이와 같은 현상이 심하게 발생한다.
이러한 혹독한 대기 환경을 겪는 레이저는 고유한 특성을 잃어버려 초기에는 우수한 안정도를 갖는 레이저라도 대기를 통과한 뒤에는 우수성을 잃게 된다.
연구팀은 문제 해결을 위하여 주파수 표준에 안정화된 펨토초 레이저 광빗에서 레이저들을 추출하고 그중 하나의 파장을 이용해 대기 환경변화를 실시간으로 추적했다. 이를 음향 광학 장치를 통해 대기 환경변화를 제어함으로써 레이저의 우수한 특성이 유지될 수 있도록 했다.
연구팀은 1초 측정 시 1/1,000,000,000,000,000(천조분의 일)초의 오차를 갖는 우수한 안정도의 펨토초 레이저 광빗을 대기(18 km)에 전파시키고, 통과하는 중에 발생하는 대기의 영향을 정밀하게 측정하고 제어하는 데 성공했다.
그 결과 레이저의 성능이 대기를 통과하기 전과 후의 큰 차이가 없는, 우수한 안정도로 전송하는 다채널 광주파수 초정밀 대기전송 기술을 개발했다.
연구팀이 이용한 펨토초 레이저 광빗은 4 테라헤르츠(THz)에 이르는 광대역 주파수를 보유한 레이저로, 각각의 주파수를 하나의 레이저로 이용할 수 있어 확장성이 매우 크며 보상 채널의 한 파장으로 전체 대역을 보상해줌으로써 펨토초 레이저 광빗의 특성을 그대로 전파할 수 있다.
이 기술을 이용하면 기존의 마이크로파를 통한 지상-우주간 인공위성 통신의 통신용량 한계를 극복하고 시간 표준을 분배함으로써 항법장치의 성능을 개선할 수 있다. 또한, 빛의 직진성을 통해 에너지 효율을 획기적으로 개선하고 도청 및 감청에 대한 보안성 또한 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
주저자인 강현재, 양재원 연구원은 “대기 중으로 전파하는 레이저가 대기 영향을 받아도 레이저의 특성을 그대로 유지해 전송될 수 있다는 것을 보여줬다. 이는 광섬유를 통해 전파하던 레이저를 공간의 제약을 뛰어넘어 활용할 수 있다는 가능성을 보여주는 결과이다”라며 “광시계 분배 및 동기화로 차세대 항법장치의 성능 개선과 인공위성-지상간 초고속 광통신 연구에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 과학기술분야 기초연구사업-개인연구사업- 리더연구(국가과학자)지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 펨토초 레이저 광빗 기반 광파수의 초정밀 생성 및 대기 전송
2019.10.22 조회수 10691 -
김승우 교수, 국가과학자 선정
우리 학교 기계공학과 김승우 교수가 교육과학기술부와 한국연구재단에서 주관하는 2012년 국가과학자로 선정됐다.
국가과학자 사업은 세계적 수준의 선도연구자를 발굴해 연간 최대 15억원의 연구비를 10년간 지원하는 것으로, 2006년부터 올해까지 10명이 국가과학자로 선정됐다.
김승우 교수는 펨토초(femto second·1 펨토초는 1000조분의 1초)를 이용한 초정밀 계측 분야를 선도해온 공학자다. 펨토초 레이저는 1000조분의 1초 간격으로 빛을 쏘는 레이저로, 이를 이용하면 1000조분의 1초 단위까지 잴 수 있는 시계를 만들 수 있다.
김 교수는 펨토초 시계를 이용한 측정법으로 수백㎞ 밖의 물체 위치를 10억분의 1m 오차도 없이 측정할 수 있는 기술을 개발, 지리정보의 정밀도를 수백 배 이상 끌어올릴 길을 열었다.
또 2008년 가속기 등 고출력 대형 설비가 필요 없는 "초소형 극자외선 레이저"를 세계 최초로 개발해 일반 실험실에서도 X-선과 극자외선 광원(光源)을 자유롭게 활용할 길을 열었다.
그의 연구는 지적재산권 확보와 시제품 개발을 통해 국내 고부가가치 첨단 자본재 산업에 공헌했다는 평가를 받고 있다. 그는 최근 10년간 네이처 등 국내외 학술지에 논문 79편을 발표하고 국내특허 32건, 국제특허 13건을 등록했다.
2012.08.28 조회수 10971 -
김승우 기계공학과 교수 '측정과학상' 수상
우리대학 김승우 기계공학과 교수가 "세계측정의 날"을 기념하여 한국표준과학연구원에서 포상하는 "측정과학상" 수상자로 선정됐으며 시상식은 20일 오전 11시부터 한국표준과학연구원에서 기념행사와 함께 진행된다.
김교수는 지난 20여 년간 정밀 광계측 연구를 통해 측정과학기술 발전에 기여한 공로를 인정받았으며 지난해 10월에는 교육과학기술부와 한국연구재단으로부터 "이달의 과학기술자상" 수상자로 선정된 바 있다.
2010.05.19 조회수 12877