▲ 반도체 나노와이어 동종접합으로 조립된 멀티채널 파장분할 멀티플렉서(Multi-channel Wavelength division multiplexer(WDM)) .

중국 연구진이 나노와이어가 동종접합된 나노~마이크로(μn) 크기의 디멀티플렉서 부품을 개발해 여러 파장의 광신호를 효과적으로 분리·전송하게 됐다.

중국과학원 화학연구소 소속 광화학 중국과학원 중점 실험 연구팀은 나노 크기의 재료로 광학 디멀티플렉서(Optical demultiplexer)를 제작해 μn규모에서 광자회로를 구성했다고 밝혔다.

연구진의 이같은 성과는 ‘기체상 제어가능 성장방법’으로 반도체 나노와이어 동종접합의 개발을 통해 가능했다.

연구팀은 두 단계 기체 상 방법을 통해 산화 아연 나노와이어 동종접합을 합성했다. 뿐만 아니라 단일 나노와이어 동종접합을 통해 나노와이어 광자회로를 개발하고 보라색과 녹색 광신호의 분리와 전송을 구현했다.

나노와이어의 직경에 따라 특정 파장의 광신호는 차단되는 해당 직경(Corresponding cutoff diameter)이 있다. 이 직경보다 작은 도파관 채널(Waveguide channels)에서는 광신호의 전달이 막힌다.

나노와이어에서 광신호 전송은 주로 광(光)제한능에 대한 나노와이어 캐비티(cavity)에 의존해 직경이 다른 나노와이어는 서로 다른 파장의 광 신호를 제한한다.

광학 디멀티플렉서는 광신호 회로에서 전송과 처리를 담당하는 나노광자회로의 핵심 부품으로 나노레이저, 광 신호 센서, 검출기를 연결한다.

기존의 광학 디멀티플렉서 부품은 일반적으로 광자 결정체, 회절 격자(Diffraction gratings) 등 대형 재료를 조립해서 μn크기에서 광신호 전송과 처리가 어려웠다.

반도체 나노와이어는 비교적 큰 굴절률을 갖고 전송신호 소모가 덜해 하위 파장에서 광 신호를 효과적으로 전송할 수 있다. 이같은 특성 때문에 개발된 재료는 디멀티플렉서 부품을 개발하는데 이상적이다.

연구팀의 관련 연구 성과는 국제 학술지인 ‘선진재료(Advanced Material) 최신호의 표지 논문에 선정됐다.