NIST 과학자들, '모든 파장' 레이저를 만들다

NIST 연구진이 실리콘 웨이퍼 위에 특수 소재를 적층해, 전자 칩처럼 빛을 처리하는 집적 포토닉스 칩을 만들었다.

핵심은 서로 다른 기능을 가진 재료를 3차원으로 쌓는 방식이다.

• lithium niobate: 들어온 빛의 색을 바꾸고, 전기적으로 제어해 변환과 스위칭을 돕는다.
• tantalum pentoxide (tantala): 하나의 레이저 색을 받아 가시광 전체와 넓은 적외선 영역으로 바꿀 수 있다.
• 이를 통해 한 칩 안에서 빛의 생성, 변환, 라우팅을 동시에 처리한다.

연구진은 약 50개의 손톱 크기 칩과 칩당 10,000개의 포토닉 회로를 웨이퍼 한 장에 집적했고, 각 회로는 서로 다른 색의 출력을 낸다.

이 기술은 특히 양자 컴퓨터와 광학 원자시계에 중요하다. 원자 종류마다 필요한 레이저 파장이 다른데, 기존의 맞춤형 레이저는 크고 비싸며 전력 소모도 컸다. 칩 기반 레이저가 가능해지면 더 작고 저렴하며 휴대 가능한 장치로 이어질 수 있다.

적용 가능성은 양자 분야에 그치지 않는다.

• AI 시스템 간 고속 신호 전달
• VR 디스플레이용 광학 개선
• 정밀 항법, 통신, 바이오메디슨

아직 대량생산 단계는 아니지만, NIST는 스타트업 Octave Photonics와 함께 확장 가능성을 검증하고 있다.