혁신적 소형 광증폭기, 잡음 없는 우주·광통신 약속

찰머스 공과대학교 연구진이 우주통신과 광통신 양쪽을 혁신할 것으로 기대하는 광증폭기를 개발했습니다. 새 증폭기는 고성능이며, 불과 몇 밀리미터 크기 칩에 통합 가능할 만큼 콤팩트하고, 결정적으로 과잉 잡음을 발생시키지 않습니다.

광통신의 중요성과 과제

광통신은 매우 긴 거리 정보 전송을 가능하게 합니다. 우주통신, 해저 광케이블 인터넷 트래픽 등 다양한 애플리케이션에 유용합니다.

무선파 대신 빛 기반 통신으로 화성 고해상도 이미지를 빠르게 전송할 수 있습니다. 정보는 레이저 빔으로 운반돼 행성 송신기에서 지구나 달 수신기로 고속 전송 가능합니다. 광통신은 해저 광케이블이나 무선 전송으로 전 세계 인터넷 사용도 가능하게 합니다.

두 먼 지점 간 정보를 운반하는 빛은 도중 전력을 잃기 때문에 다수 광증폭기가 필요합니다. 증폭기 없이 광케이블에서 100km 내 신호 99%가 사라집니다.

커 효과 기반 잡음 없는 증폭

광통신 잘 알려진 문제는 증폭기들이 신호 품질을 크게 저하시키는 과잉 잡음을 추가한다는 것입니다. 찰머스 프로젝트 빛 증폭은 커 효과(Kerr effect)라 알려진 원리 기반으로, 현재까지 상당한 과잉 잡음 없이 빛을 증폭하는 유일한 알려진 접근법입니다. 이 원리는 이전에 시연된 적 있지만, 이전 버전들은 너무 부피가 커 유용하지 않을 정도로 콤팩트하지 않았습니다. 새 증폭기는 단 몇 밀리미터 크기 작은 칩에 들어맞으며, 수천 배 더 컸던 이전 증폭기들과 비교됩니다.

추가 장점: 연속파 동작 및 비용 효율성

또한 새 증폭기들은 충분히 높은 성능 수준을 제공해 더 드물게 배치할 수 있어 더 비용 효율적 옵션입니다. 펄스 동작만이 아닌 연속파(CW) 동작에서도 작동합니다.

"여기서 우리가 시연하는 것은 극도로 낮은 잡음으로 최초의 CW 동작을 콤팩트 집적 칩에서 달성한 것입니다. 이는 다양한 애플리케이션에서 실용적 사용을 위한 현실적 기회를 제공합니다. 증폭기를 매우 작은 모듈에 통합 가능해 훨씬 더 나은 성능의 더 저렴한 솔루션을 얻을 수 있어 장기적으로 상업 플레이어들에게 매우 흥미롭습니다."라고 페테르 안드레크손 교수가 말했습니다. "통신뿐만 아니라 양자컴퓨터, 다양한 센서 시스템, 위성에서 대기 측정을 통한 지구 모니터링 시 계측학 등 많은 실용적 용도가 있을 수 있습니다."