▣ 섬유 속에서 광스위치 기능을 최초로 재현

 

2중 코어 나노역학적 광섬유의 구조. 섬유 속에 심 두 개가 위아래에 매달려 있다. 이런 혁신적 구조 덕분에 두 심이 외부 힘에 정밀히 반응해 데이터 전송에 필요한 바에 따라 서로 더 가까워지거나 멀어질 수 있다.

출처: Optics Express

 

 

광섬유(인터넷의 중추)는 영화와 메시지, 음악을 광속으로 전달한다. 광섬유는 효율적이지만, 데이터를 전송하려면 이 엄청나게 가는 유리 가닥들을 느린 신호 스위치, 라우터 및 버퍼에 연결해야 한다. 속도를 떨어뜨리는 이런 걸림돌을 없애기 위해 EPSRC 연구진은 압력을 아주 조금만 가해도 동일한 기능을 할 수 있는 2중 코어 광섬유를 새로 개발했다.
 

빛을 운반하는 2중 코어가 서로 1㎛ 미만 거리로 매달려 있는 이 나노역학적 섬유는 데이터 처리를 크게 개선하고 전자기기 속 센서 역할도 할 수 있을 것이다. 광학회(OSA)의 자유열람 전문지 <Optics Express>에 이 섬유 및 그 용도에 대한 설명이 오늘 실린다. 


EPSRC 혁신적광소자제작센터(Centre for Innovative Manufacturing in Photonics) 부센터장이자 광전자공학연구센터 연구원(두 센터 모두 영국 사우샘프턴대학교에 있음)인 Wei H. Loh는 "나노역학적 광섬유는 기존 광섬유처럼 빛을 전달할 뿐 아니라 내부 코어 구조가 역동적이고 정밀하게 움직일 수 있도록 설계되어 있다. 아주 조금만 압력을 가하면 생기는 이런 움직임은 빛의 기본 성질 중 몇 가지를 활용해 섬유에 새로운 기능과 능력을 부여할 수 있다"고 말했다.


2중 코어(빛 형태로 데이터를 나르는 통로)가 광 연결될 만큼 서로 근접한 섬유를 만들어 이 같은 혁신을 달성했다. 빛의 성질로 인해 빛 자체는 내부에 그대로 있지만, 광자의 영향이 섬유의 코어 너머까지 미칠 수 있다. 연구진은 코어 중 하나의 위치를 불과 수 나노미터 옮겨 빛이 이 연결 효과에 반응하는 강도를 변화시켰다. 

 

나노역학적 섬유의 실제 단면과 엄청나게 확대한 모습. 가운데에 보이는 심 두 개는 각각 중심부 폭이 0.5㎛ 밖에 안 되며, 받치는 유리 장섬유의 폭은 0.2㎛ 정도이다. 이 작은 구조는 더 큰 광섬유 형태를 가열해 잡아당겨 만들었다. 출처: Optics Express

 


이 연결 효과의 강도가 충분하면, 빛이 즉시 한 섬유에서 다른 섬유로 옮겨간다. "기차가 선로 2개인 터널 속을 달리다가 선로를 바꿔 같은 속도로 계속 가는 것을 생각해보면 된다"고 Loh는 설명했다.


이 섬유의 유연한 현수 시스템(suspension system, 懸架裝置, 지지장치)은 아주 작은 압력에도 쉽게 반응하고 2중 코어의 거리가 더 가까워지거나 멀어지게 하여 신호가 하나의 코어에서 다른 코어로 옮겨가는 시기와 방법을 제어하므로 실제 섬유 속에서 광 스위치 기능을 최초로 재현한다. 


바로 이 덕분에 광 버퍼링도 가능할지 모르겠다. 연구진에 따르면, 실현하기가 매우 어려운 일이었다고 한다. "우리 나노역학적 섬유 구조로는 2중 코어간의 거리를 좁혀 섬유를 통한 빛 전파 시간을 제어할 수 있기 때문에 데이터를 묶어 두는 게 가능하다"고 Loh는 말했다.
여러 데이터 스트림이 라우터에 동시에 도착할 때 버퍼는 필수이다. 버퍼는 스트림 하나를 묶어 두므로 또 다른 스트림이 자유로이 이동할 수 있다.
 

이 섬유를 만들기 위해 연구진은 속이 비고 코어 2개가 내벽에 매달려 있는 [see image 1] 특수한 모양의 광 유리관을 가열해 늘였다. 잡아당겨 원하는 두께로 늘여도 원래 구조가 유지된다.
 

연구진에 따르면, 나노역학적 2중 코어 섬유가 직접 만들어진 건 이번이 처음이다.
다른 종류의 다심 섬유가 이전에 만들어졌지만, 코어가 유리에 둘러싸여 갇혀 있다. 그런 설계로는 데이터 라우팅이나 스위칭, 버퍼링을 할 때 광섬유에서 빛을 꺼내 전자 영역에서 처리한 후 섬유에 다시 넣어야 했다.
때문에 번거롭고 비용이 많이 든다. "우리 연구의 영향은 MEMS(마이크로 전자기계 시스템) 기능이 섬유 속에 들어가 섬유 내에 더 많은 기능이 통합된 것"이라고 Loh는 말했다.


신공정은 기존 광섬유 제조법을 이용하므로 통신에 필수인 수 백 미터에서 수 킬로미터 길이의 2중 코어 섬유를 제작하는 것이 가능하다.


이렇게 MEMS 기능이 광섬유 속에 들어가면, 감지 같은 다른 분야도 영향을 받게 될 것으로 연구진은 예상하고 있다. "나노역학적 섬유는 언젠가는 자동차 센서, 비디오 게임 컨트롤러, 투영화면(projection display) 등 일상적 용도에 사용되는 실리콘계 MEMS 칩을 대신하게 될 것"이라고 Loh는 관측했다.
이 섬유는 압력에 아주 민감하고 아주 길게 손쉽게 늘일 수 있으므로 다리, 댐 등 건축물에도 통합해 구조적 손상 징후일지 모를 미묘한 변화를 파악할 수 있을 것이다. 


다음 단계는 섬유를 더 긴 길이에서 시험하는 것과 스위칭 등 기능의 정밀도를 높이는 것이다. 연구진은 앞으로 3-5년 내에 나노역학적 섬유가 통신 및 산업 시스템을 개선시키기 시작할 수 있기를 기대하고 있다.


URL : http://phys.org/news/2012-12-dynamic-dual-core-optical-fiber-routes.html

 

<출처>Phys.Org, December 19, 2012

Posted by TopARA

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