‘광대역 무선통신’은 4차 산업혁명시대의 핵심 기술로 꼽힌다. 인공지능(AI), 로봇, 자율주행기술이 일상화됨에 따라 한정된 통신자원을 여럿이 나누어 써야 하기 때문이다. 하지만 수많은 이용자가 동시에 끊김 없이 사용가능한 광대역 통신망을 구축하는 것은 쉽지 않은 일이다.

이 가운데 국내 연구진이 레이저(빛)을 활용해 안정도가 매우 높은 광대역 6세대(6G) 통신파 생성 기술 개발에 성공했다. KAIST 김승우·김영진 기계공학과 공동연구팀은 세계 최고 수준의 안정도를 가지는 ‘초안정 테라헤르츠(㎔)파’ 생성 원천기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

테라헤르츠파는 초당 1테라비트(Tbps)의 속도로 데이터를 전송하는 초고속 통신파다. 이는 5G보다 약 50배 빠른 속도다. 하지만 현재 일반적으로 사용되는 마이크로파 원자시계 기반 테라헤르츠파 생성 방식은 안정성이 크게 좋지 않다는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해 최근 미국과 일본에선 빛을 이용한 ‘광격자시계’를 사용하고 있다. 이 기술은 기존 생성기술 대비 수천 배 이상 안정도가 높다. 그러나 국내선 아직 관련 기술 연구 및 개발이 거의 이뤄지지 않은 실정이다.

이 같은 문제를 극복하고자 KAIST 연구팀은 ‘펨토초 레이저 광빗’을 이용한 테라헤르츠파 생성기술을 새롭게 고안했다. 펨토초 레이저 광빗은 시간·주파수 표준으로 활용 가능한 수백만 개의 주파수가 중첩된 레이저 묶음이다. 연구팀은 이 펨토초 레이저에서 두 가닥의 레이저를 추출·합성해 테라헤르츠파를 생성하는 방식이다. 

연구팀은 새로운 생성방식으로 만든 테라헤르츠파로 안정도 테스트를 진행했다. 그 결과, 1000조분의 1의 매우 높은 안정도를 가지는 테라헤르츠파를 생성하는데 성공했다. 또 생성한 테라헤르츠파가 밀리헤르츠(m㎐) 수준의 정확도로 실시간 변조 가능하다는 것을 검증했다. 초저주파부터 초고주파까지 자유자재로 통신 전파를 변경할 수 있어, 광대역 통신서비스에도 적합하다는 뜻이다.

연구의 제1 저자로 참여한 신동철 연구원은 “이번에 개발한 펨토초 레이저 광빗 기반 테라헤르츠파 생성 기술의 안정도는 세계 최고 수준의 광 시계 안정도와 맞먹는 수준”이라며 “차세대 6G 무선통신 기술 개발 및 테라헤르츠파 대역 표준 확립에 도움이 될 것”이라고 기대했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 2월 11일자로 게재됐다.