▲ 광학기준신호를 기반으로 잡음 억제, 완전 솔리톤 파동 이용하여 주파수 증가한 초소형 광공진기 칩(AI 생성 이미지/사진=KAIST)  © 특허뉴스

차세대 6G 통신과 우주 탐사 기술의 핵심인 ‘초정밀 고주파 신호’를 빛으로 구현하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기존 전자식 신호원의 한계를 넘어, 고주파에서도 흔들림이 거의 없는 세계 최고 수준의 안정성을 확보했다는 점에서 통신·국방·우주 산업 전반에 파급력이 예상된다.

KAIST는 기계공학과 김정원 교수 연구팀과 물리학과 이한석 교수 연구팀이 공동으로 초소형 광학 칩 ‘마이크로콤(Micro-comb)’을 활용해 초저잡음·초고안정 밀리미터파 신호를 생성하는 데 성공했다고 밝혔다. 밀리미터파는 6G 통신과 정밀 레이더의 핵심 주파수지만, 기존 방식에서는 주파수가 높아질수록 잡음과 불안정성이 증가하는 문제가 있었다.

연구팀은 빛의 주기를 정밀하게 제어하는 마이크로콤 기술에 ‘광학 기준 신호 동기화’를 적용해, 장시간 동안 10⁻¹⁸ 수준의 초고안정 주파수를 구현했다. 또한 22GHz 대역에서 –125 dBc/Hz 수준의 낮은 위상잡음을 기록하며, 기존 신호원의 성능 한계를 크게 넘어섰다. 이는 장시간 운용에서도 거의 흔들리지 않는 고주파 신호를 의미한다.

특히 이번 연구는 고주파로 갈수록 불안정해지는 기존 한계를 ‘완전 솔리톤 결정(Perfect Soliton Crystal)’이라는 물리 상태로 극복했다는 점에서 주목된다. 연구팀은 빛의 펄스를 일정하게 배열해 44GHz, 66GHz 대역에서도 3펨토초(fs) 수준의 초정밀 타이밍을 유지하는 데 성공했다. 이는 초당 수십억 번의 신호가 오가는 환경에서도 오차 없이 동기화가 가능하다는 의미다.

이번 성과는 단순한 실험적 결과를 넘어, 초소형 광학 칩 기반 신호원이 실제 산업 시스템으로 확장될 수 있는 가능성을 제시했다. 향후 상용화될 경우 6G 통신의 데이터 신뢰성을 높이고, 자율주행·국방 레이더의 정밀도를 획기적으로 개선할 수 있다. 나아가 블랙홀 관측 등 초고해상도 우주 탐사에도 활용될 수 있는 기반 기술로 평가된다.

김정원 교수는 “마이크로콤 기반 신호원을 세계 최고 수준으로 끌어올리고 이를 고주파 영역까지 확장한 것이 핵심 성과”라며 “향후 100GHz 이상, 나아가 300GHz 이상의 차세대 통신·우주 관측 기술로 확장해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

KAIST 안창민 박사와 김정원 교수가 주저자로, 이한석 교수가 공동저자로 참여한 이번 연구는 광학·통신 분야 국제 학술지인 Laser & Photonics Reviews와 Optica에 각각 게재되며 기술적 완성도를 인정받았다.

결국 이번 성과는 ‘빛’이 차세대 통신과 우주 기술의 기준 신호로 자리 잡을 수 있음을 보여준다. 6G 시대의 경쟁력은 속도가 아니라 ‘얼마나 정확하게 신호를 유지하느냐’에 달려 있다는 점에서, 이번 연구는 그 기준을 다시 쓴 사례로 평가된다.

논문명은 Optical-to-microcomb stability transfer for ultrastable timing and microwave/millimeter-wave generation와 Preserving ultralow timing jitter in microcombs with repetition-rate multiplication via perfect soliton crystal formation이다.