국민대학교(총장 정승렬) 과학기술대학 나노전자물리학과 노희소 교수 연구팀이 SCI 국제학술지 ‘ACS Photonics’ 최신호에 ‘Inversely Designed Compact 12-Channel Mode Decomposition Spectrometer for On-Chip Photonics’라는 제목의 연구 논문을 게재했다.

이번 연구는 국민대 과학기술대학 나노전자물리학과 노희소 교수와 최지훈 연구원을 비롯하여 Northwestern 대학 물리학과 Koray Aydin 교수 및 경상대학교 홍영기 교수가 공동으로 참여했다. 

광학 시스템에서 스펙트럼 분석은 빛을 특성화하는데 매우 중요한 역할을 한다. 특히 On-chip Photonics에서 스펙트로 미터의 소형화는 다양한 분야에서 연구됐다. 그러나 기존 방식의 스펙트로미터는 광 집적 회로에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 이를 극복하기 위한 방법으로, 파장에 따른 구조 내부에서의 빛의 변화를 측정하여, 최적화를 통해 입사 스펙트럼을 재구축하는 방법이 활발히 연구돠되고 있다. 

국민대 노희소 교수 연구팀은 Adjoint Solver 역설계 (Inverse Design)을 이용하여 초소형의 Mode 분광계를 설계하였다. 이를 이용하여 산란 영역에서 다중 Mode로 분리된 빛을 정렬하여 최초의 스펙트럼을 재구축할 수 있다. 이를 통해 초소형의 높은 해상력을 가지는 On-chip 스펙트로미터를 제작하였다.

노 교수는 “이번 연구 성과를 통해, On-chip 상에서 간단하게 설계할 수 있고, 또한 실리콘 공정으로 쉽게 제작 가능한 초소형 고해상도 스펙트로미터의 가능성을 발견했다며 “이는 차세대 광 집적 회로에서 광학특성을 분석할 수 있는 광소자로서 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.