KAIST, 차세대 광통신 소재 ‘빛 손실’ 정밀 규명

바륨 타이타네이트 굴절률·흡수 특성 분석

광통신 부품 설계 정확도 높이고 손실 예측

카이스트는 전기및전자공학부 장민석 교수 연구팀이 미국 캘리포니아공과대학교, 한국표준과학연구원 등과 공동으로 바륨 타이타네이트(BTO)의 광학적 특성을 규명했다고 8일 밝혔다. ⓒ카이스트

차세대 광통신 소재인 바륨 타이타네이트의 빛 전달·흡수 특성이 정밀하게 규명되면서 광통신 부품의 신호 손실을 줄일 기반이 마련됐다.

카이스트(KAIST)는 전기및전자공학부 장민석 교수 연구팀이 미국 캘리포니아공과대학교, 한국표준과학연구원 등과 공동으로 바륨 타이타네이트(BTO)의 광학적 특성을 규명했다고 8일 밝혔다.

바륨 타이타네이트는 전기를 가하면 빛이 통과하는 특성이 달라지는 소재다. 전기 신호를 빛에 실어 보내는 광변조기 등 차세대 광통신 부품에 활용된다.

광통신 부품을 설계하려면 빛의 진행과 흡수 정도를 나타내는 굴절률과 소멸계수를 알아야 한다. 하지만 바륨 타이타네이트는 내부 결정 영역마다 방향이 달라 정확한 측정에 어려움이 있었다.

연구팀은 결정 방향이 비교적 일정한 두 종류의 단결정 시료에 ‘뮬러 행렬 분광 타원법’을 적용했다. 빛의 반사·투과 과정에서 나타나는 변화를 분석해 소재 고유의 광학적 특성을 도출한 것이다.

측정 범위는 자외선부터 원적외선까지 193㎚에서 40㎛에 이른다. 특히 2㎛에서 10㎛ 영역에서는 10⁻⁵ 수준의 미세한 소멸계수까지 정량화해 빛의 손실을 예측할 수 있도록 했다.

또한 결정 영역의 방향과 비율을 반영해 소재 전체의 광학적 반응을 계산하는 방법도 제시했다. 연구 결과는 광변조기와 양자 광회로 등 차세대 광학 부품 설계에 활용될 것으로 기대된다.

이번 연구에는 KAIST 강지원 박사과정생과 미국 제이에이 울람의 니나 홍 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 연구 결과는 지난달 20일 국제학술지 ‘ACS 포토닉스’에 온라인 게재됐다.

장민석 KAIST 교수는 “이번 연구는 오랫동안 베일에 싸여 있던 바륨 타이타네이트의 빛 반응 특성을 밝혀, 소재의 ‘빛 사용 설명서’를 마련한 것”이라고 말했다.