20세기 중반에 발명된 반도체의 전자 집적회로 소자기술로 시작된 전자공학은 수십 나노미터급 이하의 미세 공정 기술과 수 기가급 고속 동작 속도 수준으로 발전을 거듭하며 현재의 슈퍼컴퓨터나 스마트폰의 기술로 이어지면서 전자공학의 전성기를 이루고 있다. 그러나 최근 컴퓨터나 스마트폰 등에 많이 사용되고 있는 중앙처리소자(CPU) 소자의 성능은 고속 및 고집적화 되는 과정에서 발열문제가 심각한 문제로 대두되고 있으며, IT 기기들의 저전력 소모 방안에 대한 요구가 날로 커지고 있다.

21세기의 핵심이자 지식 기반형 선도과학, 광과학
인하대학교광자과학연구실(김경헌교수)은전자 소자들의 발열문제를 극복하고 저전력 소모형 고신호처리 소자 구현이 가능하도록 하는 차세대 광배선 및 광집적회로 소자에 대한 연구 및 광자(빛 알갱이)를 검출할 수 있는 단일광자검출기 기술, 기존의 전자집적회로 기술을 보완할 수 있는 광자집적회로 요소 기술에 대한 연구를 진행하고 있다.

김경헌 교수는 “자체적인 단일광자검출기 개발과정을 통해 실용화 가능한 온도에서 세계 최고 수준 저잡음 특성의 단일광자검출기 기술을 확보하였고, 1차원 광자결정 구조에서 위상공액현상에 의한 비선형 특성이 높게 나타나는 실험 결과를 처음으로 관측하였다”며 또한“기존의 반도체 공정 기술을 활용할 수 있는 비결정성 실리콘을 이용한 광자회로 소자의 개발로 초고속 완전 광 신호처리 기능 소자를 구현하였다”고 전했다. 특히 광자과학연구실은 나노급 광자집적 회로와의 하이브리드 집적 저전력 반도체광원으로 사용될 표면 방출 레이저의 고속 신호처리 기술에 대한 응용 연구를 수행함과 동시에, 이들 반도체광원소자에 대한 국내 산업체의 국제적인 경쟁력 확보를 위한 IEC 표준화 활동, 중소기업에서 요구하는 산업체 응용에 적합한 광섬유레이저에 대한 신기술을 개발하여 지원하고있다.

전자의 시대에서 광자의 시대로
근래에 들어와 인터넷의 발달과 스마트폰, 고화질 영상 기술 등의 발전으로 대용량 정보처리 및 통신, 정보 저장 기술의 수요가 날로 커지고 있다. 아울러 기존의 집적형 전자회로 소자 기술도 고속성과 저전력 소모형 구조에서 극단적인 한계치에 다다르고 있다. 이러한 기술의 한계를 극복하기 위한 차세대 기술로 저전력 소모형 단일광자 기반 양자통신 기술용 고속 저잡음 단일광자검출 기술과 고속 신호처리를 위한 광배선 및 광집적회로 소자에 대한 연구를 진행하고 있는 광자과학연구실은 차세대 양자통신 및 양자컴퓨터에 핵심이 되는 단일광자검출기 기술을 국내 KIST 연구팀과 산업체와의 협력으로 실용화 가능한 온도 수준에서의 세계 최고 수준의 저잡음 특성을 확보하였다. 또한, 나노 광자집적회로소자에 대한 연구 분야도 나노급 광소자의 초정밀 색 분산 특성 및 전기광학 특성, 굴절률 특성의 측정에 관련된 신기술을 개발하여 자체 고유 지적재산권 확보와 국제 저널에 연구 결과를 발표하였으며, 국내 나노종합팹센터와의 협력 연구를 통해 기존의 전자집적회로 기술을 보완할 수 있는 차세대 기술인 광자집적회로 요소 기술에 대한 연구를 수행하고 있다. 김경헌 교수는“1차원 광자결정 구조에서의 위상공액현상에 의한 높은 비선형광학 특성을 처음으로 발견하여 국제 학술대회에서 발표하였고, 저전력 반도체 광원으로 사용도가 커져 갈 표면방출레이저의 고속 신호처리 응용기술 연구와 동시에 표면방출 레이저 광원 소자의 규격에 대한 IEC 국제 표준 문서도 3건을 등록하여 국내 고유 기술력의 국제화에 노력하고 있다”고 전했다.

20세기가 전자시대라고 한다면 21세기는 광자시대라는 학계의 전망 속에 최근 다양한 정밀 센서 및 계측, 통신, 신호처리 분야에서도 광소자들의 응용이 증대되고 있으며, 차세대에는 나노급 정밀 광자집적회로 소자 기술의 응용이 크게 부각되어 기존의 전자 소자의 한계성을 새로운 광자집적회로 소자들이 보완을 하면서 광 및 전자의 집적화 시대가 다가올 21세기 네트워크 시대의 무궁한 발전을 열어갈 것으로 기대되고 있다.