중국 연구진이 벤치탑 장비 성능을 뛰어넘는 초소형·고해상도 칩 분광기 개발에 성공했다.

중국 동남대학교 젠화 니·준펑 루 교수 공동 연구팀은 '버니어 캘리퍼' 개념을 적용한 실리콘 포토닉스 기반의 연산 분광기를 개발했다고 11일(현지시간) 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '포토닉스'(PhotoniX)에 게재됐다.

분광기는 빛을 파장별로 분석해 물질을 식별하는 핵심 장치다. 기존에는 고해상도를 위해 빛의 경로가 길어야 해 소형화에 한계가 있었다. 간섭계 기반 공진기는 크기를 줄일 수 있지만, 작동 대역폭이 좁아지는 문제가 있었다.

연구팀은 반지름 10마이크로미터(µm)에 불과한 마이크로링 공진기(MRR) 두 개를 직렬로 연결하는 '광학 버니어 필터' 방식으로 이 문제를 해결했다. 이를 통해 160나노미터(nm)의 넓은 작동 범위를 확보하면서도 장치 크기를 획기적으로 줄였다.

개발된 분광기는 0.002제곱밀리미터(㎟) 미만의 면적에 불과하지만, 평균 1.35피코미터(pm), 최고 0.74pm의 초고해상도를 구현했다. 엔비디아 젯슨 AI 보드를 활용한 연산 처리를 통해 해상도를 더욱 높였다.

연구팀은 실제 기체 분자 분광 실험에서 시안화수소의 흡수선 49개를 상용 벤치탑 분광기보다 높은 정확도로 식별하며 성능을 입증했다.

이번 성과는 '랩온어칩'(lab-on-a-chip)이나 모바일 감지 기술 등 고성능 휴대용 센서 개발의 길을 열었다는 평가를 받는다.