이상신 교수 연구팀(전자공학과),

무선 광통신 링크 구현을 위한 근적외선 초박형 평면 역반사기 기술 개발

- 초고속 무선광통신용 초박형 역반사기 기술 개발 ？

- 무선 광통신을 이용한 초소형 무선 원격 감시 기술 기대 -

본교 전자공학과 이상신 교수팀이 호주국립대 최덕용 교수와의 공동연구를 통해 초박형 평면 역반사기를 개발하고 이를 이용하여 무선 광통신 링크를 구성하는데 성공했다. 이러한 연구는 기존의 무선 광통신 모듈의 소형화를 촉진시키고 무선광통신 기술 및 무선 원격 감시 기술 등에 활용될 것으로 기대되고 있다.

원거리에서 방사된 레이저 빔을 역반사(재귀반사)하는 역반사기는 매우 낮은 전력을 소모하면서 신호를 보낼 수 있는 수동형 송신기로써 주로 사용된다. 따라서 이러한 역반사기는 현재 항공우주, 방위산업 분야에서 레이저 추적 시스템에 적용하기 매우 적합하여 이를 응용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 무인기, 인공위성, 드론, 항공기 등을 이용한 무선 광통신체계를 구축함에 있어서 기존의 역반사기 구조(코너 큐브, 고양이눈 구조)는 상대적으로 부피, 무게, 그리고 비용 측면에서 개선이 되어야 한다. 또한 변조기를 직접 시키기 위해서는 평면형 구조가 요구된다.

이 교수 연구팀은 이러한 단점을 보완하기 위하여 메타표면 기술을 이용함으로써 부피와 무게가 매우 작고 가벼운 초박형 평면 역반사기를 개발하였으며, 이를 이용한 광학 링크를 구성하고 실험을 통해 무선 광통신 모듈로서의 가능성을 확인하였다.

본 연구팀에 의해서 개발된 초박형 평면 역반사기는 볼록렌즈의 역할을 하는 메타표면과 오목거울의 역할을 하는 메타표면이 적층형으로 구성되어 있다. 메타표면은 수백나노 크기의 '메타아톰' 구조물의 배열로 구성된 기하학적인 평면을 일컬으며 빛의 위상을 자유자재로 조절할 수 있다. 근적외선 광통신 파장대역에서 동작하며, 외부에서 들어오는 빛을 반사하여 다시 원래방향으로 평행하게 반사시킨다.

이 소자를 이용하여 구성된 초고속 데이터 광학 링크는 약 9 Gbps 전송률을 가지는 신호에 대해 낮은 비트 오류율(bit error rate, BER)을 유지하였고, 약 50도 범위의 넓은 수용각을 보여주었다. 이 기술을 이용하면 무선 광통신용 무인이동체의 소비전력, 탑재 중량을 낮출 수 있다.

이상신 교수는 “기존의 반사기를 소형화 및 초경량화하고 무선 광통신 모듈로서의 가능성을 검토했다는 것에 큰 의미가 있으며, 향후 이를 무인기에 탑재함으로써 차세대 초소형 무선광통신 기술 개발이 가능할 것이다”라고 연구의 의미를 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 중견연구자지원사업과 교육부가 지원하는 이공분야 대학중점연구소지원사업을 통해 수행되었으며, 연구성과를 인정받아 Wiley에서 발간하는 광학/물리응용 분야의 국제학술지인 어드밴스트 옵티컬 머테리얼스 (Advanced Optical Materials, IF=9.926) 온라인판 11월호 표지논문으로 선정되었다.

(참조: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.202170089)

[Advanced Optical Materials에 게재된 커버 이미지]

[논문 게재 정보]

제목: Flat Retroreflector Based on a Metasurface Doublet Enabling Reliable and Angle-Tolerant Free-Space Optical Link

출판정보: 2021년 11월 5일 (volume 9, issue 21)

논문링크: https://doi.org/10.1002/adom.202100796