일본산업뉴스요약

광통신, 고온에서도 안정
정보통신연구기구, 반도체 레이저 개발

정보통신연구기구의 마쓰모토(松本) 연구원 연구팀은 와세다대학과 공동으로 고온에서도 안정적으로 움직이는 통신용 반도체 레이저를 개발했다. 반도체 일부에 특정 물질을 섞어 넣어 열에 강하게 만들었다. 냉각장치를 항상 병용하지 않아도 통신 방해를 잘 받지 않기 때문에 온도가 상승하는 기기에 탑재하기 좋다. 데이터센터나 자율주행 차의 비용 저하로 이어진다.

반도체 레이저는 반도체에 전류를 흐르게 해서, 발생하는 빛을 통신 등에 사용한다. 실용화되어 있는 레이저는 사용한 전력의 대부분이 열로 변해버린다. 주위 온도도 상승하면, 흐르는 전류가 증가해 소비전력이 커지거나 파장이 길어져 통신 신호가 방해를 받는다. 통신이 제대로 되지 않는 것이 문제였다.

마쓰모토 연구팀은 반도체 레이저의 칩 위에 베릴륨이나 아연, 아르곤을 섞어 넣은 층을 만들었다. 그리고 고온에서 일정 시간 가열하면 반도체가 열에 강한 성질을 갖게 되었다. 마쓰모토 연구원은 “이 방법은 다른 목적을 위해 연구하고 있었지만 반도체 레이저의 내열성 개선에 응용할 수도 있을 것으로 생각했다”라고 말한다.

이렇게 만들어진 레이저는 섭씨 70~80도와 같은 고온 속에서도 본래의 성능을 유지했다. 기존의 레이저와 비교해 고온에 대한 전류 안정성을 나타내는 수치가 현재의 세계 최고 수준의 7배, 파장의 변화도 5분의 1로 억제할 수 있었다.

현재, 데이터센터나 차량탑재 센서의 통신에는 전기신호를 사용하는 대규모집적회로(LSI) 등을 사용한다.

전기신호는 정보를 처리하는데 적합하지만 빛은 대용량의 정보를 전송하는데 유리하다. 통신량이 더욱 증가할 미래에는 양자의 이점을 조합한 회로를 많이 사용할 것으로 전망된다.

LSI도 전류가 흐르면 발열하는데다 전자회로를 자동차에 탑재할 경우는 엔진을 중심으로 고온이 된다. 개발한 레이저라면 안정적으로 동작할 것으로 기대하고 있다.

지금까지 레이저의 동작을 안정시키기 위해서는 펠티에소자라는 냉각장치를 병설할 필요가 있었지만 1개당 수천엔~1만엔으로 고가이면서 소비전력도 크다. 비용이 증가하기 때문에 자동차 등에서 사용하는 사례는 적었다. 개발한 레이저는 펠티에소자를 사용할 필요가 없거나 사용한다고 해도 조금만 사용하면 된다고 한다. 이미 미국에서 특허를 취득했고 일본에서도 출원하였다.

차세대통신규격 ‘5G’의 보급이나 자율주행 차의 실현으로 통신량이 증가할 것으로 판단한 기업들의 문의가 많다고 한다. 앞으로는 기업에 기술이전을 하거나 공동연구 개발을 모집해서 성능 데이터를 수집한다. 그 후에 양산화 기술을 개발해 5년 이내의 실용화를 목표한다.

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