미량의 역학적 압력을 인가함으로써 신호 스위치, 라우터 및 버퍼의 기능을 수행할 수 있는 새로운 이중코어 광섬유 덕분에, 데이터 처리 속도가 크게 향상되고 전자장치에서는 감지 기능을 수행할 수 있게 될 것이다.
사우스앰턴대(University of Southampton)의 이 나노역학 광섬유는 서로 1 μm 미만으로 떨어져 매달려 있는 2개의 광 운송 코어를 갖도록 제조되었다. 이 코어들은 서로 충분히 가깝기 때문에 광학적으로 결합될 수 있다. “나노역학 광섬유는 이전 광섬유들처럼 빛을 전송만 하지는 않는다. 내부의 코어 구조가 동적으로 설계되었기에 정밀한 역학적 운동이 가능하다. 이러한 역학적 운동은 아주 작은 압력을 인가함으로써 발생되며, 기본적인 빛의 특성 몇 가지를 이용하여 새로운 기능과 능력을 광섬유에 부여할 수 있다”고 EPSRC 포토닉스제조혁신센터(Centre for Innovative Manufacturing in Photonics) 부센터장이자 광전자연구센터(Optoelectronics Research Centre) 연구원인 웨이 로(Wei H. Loh)는 말했다.
코어들 중 하나의 위치를 불과 수 나노미터만 이동시켜도 빛이 이러한 결합효과에 반응하는 정도가 변화된다고 연구진은 말했다. 만일 결합효과가 충분히 강하다면, 빛은 즉시 한 광섬유에서 다른 광섬유로 점프한다. “두 개의 선로가 있는 터널을 진행하는 기차가 선로를 뛰어넘어서 같은 속도로 길을 계속 간다고 생각해보라”고 로는 말했다. 이 유연한 광섬유 현가 시스템은 아주 약간의 압력에도 쉽게 반응하여 두 코어들이 가까워지거나 멀어짐으로써, 한 코어에서 다른 코어로 신호가 언제 얼마나 넘어가는지가 조절될 수 있고, 그 결과 실제 광섬유 내부에서 광 스위치의 기능을 재현할 수 있다.
이런 능력은 또한 달성하기가 어려운 광학 버퍼링(optical buffering)도 가능하게 할 수 있다. “우리의 나노역학 광섬유 구조를 이용하면, 두 코어들을 가깝게 이동시킴으로써 광섬유를 통과하는 빛의 전파 시간을 제어할 수 있으며, 따라서 빛 형태의 데이터를 버퍼링, 즉 지연시킬 수 있다”고 로는 말했다. 버퍼는 다수의 데이터 흐름이 하나의 라우터에 동시에 도착할 때 필수적이다. 다시 말해서, 버퍼가 하나의 데이터 흐름을 지연시키면 다른 흐름이 자유롭게 진행할 수 있게 된다.
이번 광섬유는 중심부가 텅 비어 있는 특수한 모양의 유리 튜브를 가열하여 늘여서 제작되었다. 텅 빈 중심부에는 두 개의 코어들이 내부 벽에 매달려 있다. 원래의 이러한 구조는 광섬유가 인출되어 원하는 두께로 늘어날 때에도 유지된다. 나노역학 이중코어 광섬유가 직접 제작된 것은 이번이 처음이라고 연구진은 말했다. 다른 종류의 다중코어 광섬유도 제작된 적이 있지만, 코어들이 유리 속에 포함되어 있었으며 기계적으로 고정되었다. 그와 같은 디자인에서 데이터를 라우팅, 스위칭 및 버퍼링하기 위해서는 빛을 광섬유 밖으로 빼내서 전자적인 영역에서 처리한 뒤, 다시 광섬유 속으로 집어넣어야 하므로 성가시고 비용이 많이 든다. 새 공정은 전통적인 광섬유 제조법을 활용함으로써 수백 미터에서 수 킬로미터 길이의 이중코어 광섬유의 제작을 가능하게 만들었다. 이러한 길이는 원거리통신에서 필수적이다.
광섬유에 도입된 이러한 MEMS(microelectromechanical systems) 기능은 감지분야와 같은 다른 분야에도 영향을 끼칠 수 있을 것으로 연구진은 기대하고 있다. “언젠가는 나노역학 광섬유가 자동차 감지기, 비디오 게임 제어기, 투사형 디스플레이 및 기타 일상적인 분야에 사용되는 실리콘 기반의 MEMS 칩을 대체할 수 있을 것”이라고 로는 말했다. 이 광섬유는 압력에 매우 민감하고 쉽게 긴 길이로 인출될 수 있기 때문에, 교량이나 댐 및 기타 건물 속에 통합됨으로써 구조적인 손상을 나타내는 미묘한 변화를 알려줄 수 있을 것이다.
향후에는 더 긴 길이에서 이 광섬유가 시험될 예정이며, 스위칭이나 다른 기능들을 수행하는 정확도가 향상될 것이다. 그러한 광섬유는 향후 3년에서 5년 이내에 원거리통신 분야와 산업용 시스템의 최적화에 착수할 수 있을 것이라고 연구진은 말했다. 이번 연구는 켈리포니아 주 애너하임에서 열리는 ‘OFC/NFOEC 2013’에서 발표될 예정이며 ‘Optics Express’에 논문으로 발표되었다.
*그림1 : 이중코어 나노역학 광섬유의 구조
*그림2 : 나노역학 광섬유의 실제 단면과 극도로 확대된 영상. 가운데 있는 이중 코어들은 각각 중심부에서의 폭이 0.5μm이며 지지하고 있는 유리필라멘트는 폭이 약 0.2 μm이다.
출처 : http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=52621
