전자공학과

​원통형 벡터 빔 다중화를 통한 차세대 양방향 광통신 기술 개발

- 고속·저지연 데이터 전송 및 양자통신으로의 확장 가능성 제시 -

- 국제 저명 학술지 Laser & Photonics Reviews (IF: 10.0, Q1)에 게재 -

[왼쪽부터 이상신 교수, 이진가 박사(광운대)]

본 연구는 광섬유 끝단에 나노미터 크기의 구조를 인위적으로 배열해 빛의 위상과 편광을 정밀하게 제어할 수 있는 인공 광학 구조인 메타표면(Metasurface)을 집적하여 빛의 모드를 정밀하게 제어하고, 동일한 장치에서 신호의 송수신을 동시에 수행할 수 있는 양방향 광통신 시스템을 구현한 것이다. 이를 통해 원통형 벡터 빔(Cylindrical Vector Beam, CVB)과 자유공간 가우시안 빔 간 모드 변환을 가능하게 하였으며, 다중화와 역다중화를 모두 수행할 수 있음을 입증하였다. 다중화는 동일한 광 경로에서 여러 신호를 동시에 전송함으로써 통신 용량과 효율을 크게 향상시키는 핵심 기술이다.

실험에서는 3채널 CVB 다중화와 파장 분할 방식을 결합하여 총 75Gbps의 데이터 전송 속도를 달성했으며, −12.2 dBm의 수신 전력에서 평균 비트 오류율 3.8 × 10⁻⁹을 기록하였다. 이 성능은 대규모 스마트 교통 시스템에서 수많은 차량 간 실시간 정보 교환을 지원하거나, 도시 규모 네트워크에서 초저지연 통신을 구현할 수 있는 수준임을 보여준다.

더 나아가 본 연구는 양자통신 분야로의 응용 가능성도 지니고 있다. CVB 모드를 활용하면 얽힌 광자쌍의 안정적인 전송이 가능해 장거리 양자 키 분배(QKD) 및 초보안 데이터 전송 등 미래 양자 인터넷 구축에도 중요한 기반 기술이 될 수 있다.

한편, 이번 연구는 교육부가 지원하는 이공분야 대학 중점연구소 지원사업과 과학기술정보통신부가 지원하는 중견연구자지원사업 등을 통해 수행되었다.