빛의 소용돌이를 모서리에 가뒀다…차세대 광자칩 '성큼'

빛의 안정성과 데이터 전송 용량을 동시에 높인 차세대 광자칩 핵심 기술이 개발됐다.

국제 공동 연구팀은 프랙탈 구조를 이용해 빛을 특정 지점에 가두는 '위상 코너 상태'와 대용량 데이터 전송에 유리한 '광학 소용돌이'를 세계 최초로 결합하는 데 성공했다고 3일(현지시간) 국제학술지 '사이언스 게시판'(Science Bulletin)에 발표했다.

위상 코너 상태는 광자 격자의 모서리에 빛을 고정해 외부 충격이나 구조적 결함에도 신호 손상을 막는 안정성이 특징이다. 광학 소용돌이는 빛이 나선형으로 회전하며 나아가 더 많은 데이터를 실어 나를 수 있다.

기존에는 위상 코너 상태가 만드는 빛의 영역이 매우 좁아, 넓은 공간이 필요한 광학 소용돌이 패턴을 담을 수 없었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 '시에르핀스키 개스킷'이라는 프랙탈 구조를 기반으로 한 광자 격자를 제작했다. 이 독특한 구조는 한 쌍의 코너 상태를 만들어내는데, 이를 중첩시켜 안정적인 '코너 소용돌이 솔리톤'을 구현했다.

특히 이 기술은 높은 출력을 가해야만 형성되던 기존 소용돌이 솔리톤과 달리, 최소한의 전력 조건 없이도 안정적으로 작동하는 장점을 지닌다. 또한 구조적 결함에 대한 저항성도 매우 강한 것으로 확인됐다.

연구팀은 이번 성과가 위상적으로 보호되는 소용돌이 광자칩, 고차원 광학 암호화 하드웨어, 안정적인 온칩(on-chip) 정보 전송 시스템 개발의 토대가 될 것으로 기대했다.