전기공학자 권오대 포항공대 교수(세계 최고에 도전한다:3)

◎광교환기 기술개발 획기적 전기 마련/극소 전류로 대용량의 광속 신호처리 가능/레이저 이용한 물류 자동화 1∼2년내 실용화

【포항=이동구 기자】 21세기는 초당 100만의 100만배의 비트(테라비트)의 디지털 신호가 초고속망을 달리는 시대가 될 것이다.

이러한 초고속망 신호들을 분별하고 분배하는 기술은 광교환 기술 외에는 없다.광교환 기술이 있으면 광통신 기술과 함께 광컴퓨터 시대가 열리는 것이다.

그러나 아직 광컴퓨터는 넘어야 할 과제가 많다.

○연구 10년만에 개가

전자 속도의 수백배가 되는 광속을 어떻게 최대한 활용할 것인가,파장 간섭 문제에서 자유로울 수 있는 광자에 어떻게 대규모 병렬처리 활동 공간을 제공하고 유도할 것인가,수많은 파장들에 서로 다른 신호들을 실어서 한꺼번에 신속히 처리하는 파장 분할 송수신을 어떻게 구현할 것인가.

또 아무런 에너지원이 없어도 일단 발신만 하면 마냥 직진하는 광자의 속성을 어떻게 키워 줄 것인가,발신과 수신 과정에서 아직은 전자의 도움을 받아야 하는 번거로움에서 광자를 어떻게 해방시켜 갈 것인가 등 많은 과제들이 있다.

특히 대용량의 광속 신호처리를 가능케 하려면 극소 전류로 작동하는 반도체 레이저 광원을 찾고 이것을 대규모 집적화하는 반도체 칩 기술이 필수적이다.

포항공대 전자전기공학과 권오대 교수(52)가 세계 최초로 개발한 μΑ(마이크로암페어)급 반도체 레이저가 광컴퓨터 개발에 필수적인 여러 과제들 중의 하나다.

권교수가 마이크로암페어급 반도체 레이저 개발에 나선 것은 지난 88년부터다.

미국 슬러셔 박사,일본의 이이가 박사 등 세계적인 석학들이 이 분야의 연구에 매진하며 그동안 상당한 업적을 남겼다.

그러나 권교수는 연구 10년만에 세계 최초로 새로운 반도체 레이저를 개발했다.세계 기술보다 한발 앞섬으로써 국내의 광컴퓨터,광교환기 기술이 세계를 선도할 날을 꿈꾸게 하고 있다.

세계 최초로 반도체 레이저를 개발한 것은 꾸준한 연구·개발의 노력 때문이겠지만 그보다 더욱 결정적인 것은 학계의 기존 연구과제에 대한 ‘의문’이었다.

그동안 세계 모든 학계가 반도체 표면에서 방출되는 수직방출형 레이저와 앞정형 레이저에 관심을 쏟고 있을 때 권교수는 반도체 전극 등 주변의 빛에 의문을 갖고 연구를 시작했다.

그결과 전극 주변에서 세계가 놀랄 새로운 빛,극소 전류로 작동하는 반도체 레이저를 발견하게 된 것이다.

즉 100분의 1 암페어의 대형 수직형 반도체 레이저(VCL)안에서 WG(Whispering Gallery=속삭이는 갤러리)형 레이저가 1백만분의 1 암페어 이하의 전류로 발생되고 있음을 확인한 것이다.

이 신형 레이저 소자에서 빛이 3차원 공간을 방사상으로 방출하며 또한 그 빛이 760­795㎚(나노미터)파장 영역에서 보는 각도에 따라 무지개 같은 여러색의 파장을 가지는 특이한 광원임도 확인됐다.

○미 벨연구소 등 관심

권교수는 이것으로 조만간 100만분의 1 암페어의 전류에서 동작하는 세계 최초의 레이저를 실용화하려고 하는 것이다.

이것이 실현되면 집적도가 높은광 IC 제작에 획기적인 전기를 마련하는 것으로 21세기 광컴퓨터,광교환기기술에 획기적인 전환점이 될 것이다.

광컴퓨터의 연구 개발은 그동안 미국의 벨연구소가 메카 역할을 해왔다.

국내에서는 지난 80년중반부터 광컴퓨터를 위한 레이저 소자들에 관한 연구가 한국 과학 기술원과 한국 전자통신 연구소 등에서 수행되었다.

그러나 이번 포항공대 권교수의 마이크로 암페어급 반도체 레이저 개발로 미국 벨연구소와 IBM사가 많은 관심을 보이기 시작했다.

지난해 11월 벨연구소와 IBM사는 권교수를 초청,연구논문을 발표토록 했다.

이때 발표된 ‘양자 테형 마이크로 암페어급 3차원 다파장 갤러리 레이저’란 논문을 발표해 관심을 끌었다.

논문 발표후 이 분야 세계 권위자인 슬러셔 박사가 권교수에게 찬사를 보냈다고 한다.

특히 벨연구소는 아직 국내 기술력으로 제작이 불가능한 장파장 레이저용 반도체 웨이버를 권교수에게 건네며 공동연구를 제의하기도 했다.

아울러 차세대 광컴퓨터 개발의 무게중심도 포항공대로 옮겨질 가능성도 꿈같은 얘기가 아닌 현실로 다가오고 있다.

사실 권교수가 개발한 레이저와 이론을 아직 의심의 눈초리로 보는 국내·외 학자들이 많은 것도 사실이다.권교수는 보충 연구와 실험 결과를 통해 계속 보완해 나가며 산업화,상품화해 나가는 데 박차를 가하고 있다.

레이저를 이용한 물류자동화 기술에 응용하기 위해 삼성전자,산업과학기술 연구원 등과 함께 이미 공동연구에 착수해 1∼2년내에 실용화할 계획이다.

○산업·상품화에 박차

“국내 광전자 분야를 육성하는 데 최선을 다하겠다”는 각오로 무인년을 맞은 권교수는 최근 세계학회에 발표할 연구 논문(도넛형 공진기내에서 방사상으로 방출하는 다파장 레이저)준비에 여념이 없다.

그는 양자 및 광전자,양자 물리와 현대 광학에 기초를 둔 레이저 현상 및 분광현상 응용,반도체 레이저,레이저를 이용한 박막연구 및 차세대 소자와 극미세 공정개발 등 자신의 전문분야에서 이미 세계적 수준에 도달해 있는 것으로 평가받고 있다.

특히 반도체 레이저의 개발 및 고체레이저 펌핑 연구와 OEIC용 GaAs계 광 스위치 개발 등의 연구업적을 올리기도 했다.

◎마이크로 암페어 반도체 레이저란/아주 적은 전류로 작동하는 신형 소자/3차원 빛 방출 무지개형 다파장 출력/기존 실리콘반도체 칩과 집적화 실현

마이크로암페어(μΑ) 반도체 레이저는 기존의 mΑ(밀리암페어)급 레이저에 소모되는 전류의 1천분의 1정도 밖에 안되는 아주 적은 전류로 작동하는 실리콘 반도체를 말한다.

이 신형 소자는 칩과의 집적화를 가능케 함으로서 차세대 광컴퓨터 및 광교환기 개발을 앞당길 수 있게 한다.

80년대 이후 전자 대신 광신호를 활용하는 초고속 광컴퓨터 및 광교환기 개발을 위한 연구가 세계 도처에서 진행되어 왔다.

특히 대용량의 광속 신호처리를 가능케 하려면 극소 전류로 작동하는 반도체 레이저 광원을 구현하고 이것을 대규모 집적하는 반도체 칩 기술이 필수적이다.

초당 10억비트(테라비트)의 디지털 신호가 초고속망을 달리는 21세기는 이러한 광교환 기술과 광컴퓨터 기술로 비로소 가능하기 때문에 80년대부터 μΑ(마이크로암페어=1백만분의1 암페어)급 극소 전류 반도체 레이저 탐구가 활발하게 진행되고 있다.

이번 포항공대 권오대 교수가 개발한 μΑ급 반도체 레이저는 집적화와 제작이 용이하며 삼차원으로 방출하는 무지개형 다파장 출력의 장점까지 지닌 것으로 기존의 실리콘 반도체 칩과의 집적화를 실현할 수 있게 한다.특히 이 반도체 레이저는 기존의 표면방출형 레이저(VCL)의 양자 우물형 활성층에서 자연적으로 형성되는 양자테두리(RING)형 공진기가 별도로 발진되는 신개념을 도입한 것이다.

양자 테두리가 ‘속삭이는 갤러리(Whispering Gallery=WGG)모드 발진이라는 특수효과를 수반하기 때문에 수 mΑ(밀리암페어=1천분의 1 암페어)로 작동하는 보통 수준의 표면방출형 레이저 구조에서도 수 μΑ급의 극소전류 WG레이저가 발진할 수 있음이 확인되었다.

이 레이저는 3차원 공간을 방사상으로 방출하며 또한 그 빛이 760∼795나노미터(나노미터는 10억분의 1 미터)파장 영역에서 보는 각도에 따라 무지개 같은 여러 색의 파장을 가지는 특이한 광원이다.

이렇게 극소 전류로 발진 가능한 3차원 무지개 레이저 소자는 장래의 자유공간 광교환 및 광 컴퓨터 응용에 새로운 지평을 제공할 수 있을 것이다.

□권오대 교수 약력

△69 서울대 공학사(전기공학)

△75 미국라이스대 공학석사(전기공학)

△78 미국 라이스대 공학박사(전기공학)

△78∼79 미국 코넬대 레이저분광연구실 포스트닥 연구원

△80∼82 코넬대 통계물리/응용물리연구부 책임연구원

△82∼86 미국 다우사 중앙연구소 자성체/광전자연구부 책임연구원

△93∼94 미국 AT&T Bell연구소 첨단광전자연구부 객원연구원

△86∼현재 포항공대 전자전기공학과 부교수,교수