반도체의 재료로 가장 많이 사용되어 온 실리콘은 가격이 저렴하면서도 높은 순도로 제작할 수 있어 지금까지 전자공학계에서 활발하게 활용된 물질이었다. 하지만 전자공학 분야와는 달리 빛을 이용하는 광학분야에서 실리콘은 다양한 광학적 장점에도 불구하고 자체 발광하는 성질을 가지고 있지 않아 실리콘 기반의 광증폭기 또는 레이저로 개발하기는 쉽지 않았다.
우리대학과 미국 예일대 공동연구팀이 이런 실리콘 칩 위에서 빛과 소리진동의 상호작용을 이용해 광 증폭을 처음으로 관측하는 데 성공했다.
우리대학 신희득(물리) 교수, 예일대 피터 라키치 교수 연구팀이 ‘네이처 포토닉스’지를 통해 발표한 이 연구 성과는 물질이 지닌 한계를 나노구조 설계로 극복함으로 생겨난 광증폭이라는 점에서 관심을 받고 있고, 실리콘 기반의 새로운 광소자나 실리콘 레이저 소자를 개발할 수 있는 기반 기술로 주목을 모으고 있다.
연구팀은 우선 최근에야 보도된 실리콘 광도파로에서 관측된 브릴루앙 효과에 주목했다. 이는 빛이 결맞음이 있는 소리진동에 의해 산란하는 현상으로 광통신분야에서 광섬유 노이즈의 주된 원인으로 알려져 있는 현상이지만, 이 연구에서는 강한 브릴루앙 효과를 유도하기위해 새로운 형태의 실리콘 광도파로의 구조를 만들어 소리진동과 빛의 상호작용을 강화시켰다.
연구의 공동 제1저자인 신희득 교수는 “물질 자체의 성질이 아니라 나노 구조 설계를 통해 실리콘에서 빛을 증폭시킨 연구”라며 “불가능을 가능하게 만든 이 실험은 빛과 소리진동의 결합이란 발상으로 광신호처리 연구의 새로운 패러다임을 열 것”이라고 전망했다.
이 연구는 미국방위고등연구계획국(DARPA)과 POSTECH 연구비 지원 사업의 지원을 통해 수행됐다.