(연구개요) EU의 지원을 받는 과학자들은 니오브산리튬을 기반으로 한 초고속 조정 가능 레이저를 개발함
- 스위스 연구원들은 장치를 통해 전송되는 빛의 주파수 또는 강도를 제어할 수 있는 니오브산리튬(LiNbO3) 기반의 신형 레이저를 개발함
- EU가 지원하는 MICROCOMB, OMT, HOT, QUSTEC 연구 프로젝트는 광학 거리 측정 기술에 큰 영향을 미칠 것으로 보임
(연구배경) 니오브산리튬은 고속 전기 광학 변조기에 가장 널리 사용되는 재료 중 하나임
※ 니오븀, 리튬 및 산소로 구성된 합성 염인 니오브산리튬은 통신 시장에서도 광범위하게 사용
- ‘Optics.org’에 게시된 뉴스 기사에 따르면 그 유용성은 “많은 광 출력을 처리”하고 “전기장이 가해지면 광학 특성을 변경”하는 기능에 있음
- 그러나 연구진이 ‘Nature’ 저널에 발표한 연구에서 설명했듯이, 최근 발전으로 니오브산리튬을 기반으로 조정 가능한 집적 레이저가 입증되었지만, 주파수 가변이 가능한 좁은 선폭의 집적 레이저를 시연하기 위한 이 플랫폼의 완전한 잠재력은 아직 달성되지 않음
(연구내용) 니오브산리튬과 질화규소의 결합
- 이를 개선하기 위해 연구팀은 니오브산리튬과 질화규소(Si3N4)를 결합해 새로운 유형의 하이브리드 집적 파장가변 레이저를 제작함
- 먼저, 실리콘 질화물을 기반으로 하는 광 집적 회로는 스위스의 OMT 및 HOT 프로젝트 코디네이터이자 MICROCOMB 프로젝트 파트너인 로잔느공과대학(EPFL)에서 제조됨
- 회로는 MICROCOMB, OMT 및 스위스에 본사를 둔 HOT 프로젝트 파트너인 IBM Research Europe에서 리튬니오브산염 웨이퍼와 접함됨
연구 저자는 접근방식을 다음과 같이 설명함
- “우리의 플랫폼은 이전에 입증된 칩렛 수준 통합과 달리 웨이퍼 수준에서 직접 결합을 통해 초저손실 질화규소 광자 집적회로와 박막 니오브산리튬의 이기종 통합을 기반으로 하며, 미터당 8.5dB의 낮은 전파 손실을 특징으로 하여 레이저 다이오드에 자체 주입 잠금을 통해 좁은 선폭 레이징(3kHz의 고유 선폭)을 가능하게 한다“
- ”공진기의 하이브리드 모드는 좁은 선폭을 유지하면서 높은 선형성과 낮은 히스테리시스로 초당 12 x 1015Hz의 속도로 전기광학 레이저 주파수 튜닝을 허용한다“
(연구결과) 연구팀의 접근방식은 빛 감지 및 거리 측정 응용 분야에 사용되는 레이저에 필요한 품질을 산출함
- 그 결과 레이저는 저주파 노이즈(안정된 주파수를 시사)와 빠른 파장 동조를 보여주었음
- 이어진 광학 범위 실험에서 레이저를 사용하여 고정밀 거리를 측정함
- 이 결과에서 주목할 만한 점은 레이저가 낮은 위상 노이즈와 빠른 초당 페타헤르츠 튜닝을 동시에 제공한다는 것으로, 이는 이러한 칩 스케일 통합 레이저로는 이전에 결코 달성할 수 없었음
- 통합 레이저 외에도 MICROCOMB, OMT, HOT, QUSTEC 프로젝트의 지원을 받아 개발된 하이브리드 플랫폼은 양자 컴퓨팅을 위한 통신용 통합 트랜시버 및 마이크로웨이브 광 트랜스듀서를 개발하는 데 사용될 수도 있을 것으로 기대
HOT (Hybrid Optomechanical Technologies)
- 펀딩 : EXCELLENT SCIENCE – Future and Emerging Technologies(FET)
- 기간 : 2017.01.01.~2021.06.30.
- 예산 : 약 1,000만 유로 (EU 지원 1,000만 유로)
- 총괄 : ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE (스위스)
OMT (Optomechanical Technologies)
- 펀딩 : EXCELLENT SCIENCE – MSCA
- 기간 : 2016.10.01.~2020.09.30.
- 예산 : 약 390만 유로 (EU 지원 390만 유로)
- 총괄 : ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE (스위스)
QUSTEC (International, Interdisciplinary and Intersectoral doctoral programme in Quantum Science and Technologies)
- 펀딩 : EXCELLENT SCIENCE – MSCA
- 기간 : 2019.05.15.~2025.07.14.
- 예산 : 약 846만 유로 (EU 지원 423만 유로)
- 총괄 : EUCOR – The European Campus (독일)
MICROCOMB (Applications and Fundamentals of Microresonator Frequency Combs)
- 펀딩 : EXCELLENT SCIENCE – MSCA
- 기간 : 2019.01.01.~2022.12.31.
- 예산 : 약 404만 유로 (EU 지원 404만 유로)
- 총괄 : University of Bath (영국)
