이일항 인하대 정보통신대학원 교수 집적형 광자기술연구센터 소장
21세기 세계가 겪는 변화 중 가장 근원적이고 혁명적인 것은 정보사회의 도래다.
정보통신은 시대적 요구를 수용하고 한계를 극복하기 위해 역사적으로 몇 단계의 혁명적인 변화를 거치며 발전해 왔다. 19세기 이전 기계식 방식은 전기의 발명과 함께 전동식으로 대체됐고, 20세기 직전 발견된 전자는 전기 시대를 전자 시대로 접어들게 했다. 이후 진공관 시대를 거쳐 1948년의 반도체의 발명은 20세기 전자 시대를 더욱 찬란한 문명으로 발전시켰다.
20세기 전자 시대의 두 가지 핵심은 전자의 놀이터인 반도체와 전자의 고속도로인 통신이다. 반도체를 기반으로 대용량 메모리 등 정보 저장에 중심 역할을 맡고 있는 전자소자는 그 크기가 작아지고 집적밀도가 높아짐에 따라 그 동안 예측돼 왔던 무어의 법칙이라든가 그 밖의 법칙들을 더 이상 적용하기 어렵게 만들고 있다. 또 구리 동선으로 만든 전자의 고속도로는 1960년대부터 체증을 보이기 시작했다. 목소리만 전달하던 전화의 시대에서 데이터와 영상을 보내야 하는 컴퓨터 중심의 정보통신 수요가 급격히 증대했기 때문이다.
통신에서는 20세기 중반 구리중심의 전자 시대가 한창 진행될 때 용량에 한계를 감지한 과학자들이 속도가 빠른 광자라는 입자에 눈을 돌리기 시작해 마침내 1960년대 초 레이저와 광섬유의 발명과 함께 광통신을 탄생시켰다. 전송용량도 메가에서 기가, 이제는 테라비트를 내다보는 인터넷 혁명을 불러왔다. 인터넷은 광통신 없이는 불가능했던 현대문명이다. CD나 DVD 등도 모두 광자 덕분으로 일어난 기술혁명이다. 전자에만 취해있던 세계가 어느새 광자로 뒤덮이기 시작한 것이다.
도시, 건물, 가정, 자동차, 비행체, 선박, 전화, 컴퓨터 등 매크로-네트워크에서 시작해 반도체 칩 등 마이크로ㆍ나노-네트워크 구석구석에 이르기까지 `20세기 전자시대'를 만들었던 동선 네트워크가 광 배선 네트워크로 바뀌면서 `21세기 광자시대'가 열리는 것이다.
그러나 광자 문명이 완성되려면 아직도 갈 길은 멀다. 광섬유에 의한 매크로 광통신은 집 앞에까지 와 있지만, 그 이후 각 지붕 밑에 놓여있는 통신영역과 정보통신 등 아직도 구리 동선이 지배하고 있는 영역은 수 미터 이하, 센티미터, 밀리미터, 마이크로 미터, 나노미터, 분자, 원자 단위까지 내려가면서 실리콘 반도체 소자에까지 이르고 있어, 지속적인 연구개발이 필요하다. 이제 이 영역으로 마이크로ㆍ나노 광자회로들이 침투하지 않으면, 병목현상은 그대로 남게 돼 `21세기 광자혁명'은 완성될 수 없다.
20세기 전자시대를 지배했던 세계 굴지의 전자 기업들과 세계 최고의 대학들은 현재 `실리콘 전자공학'에서 `실리콘 광자공학'을 연구하기 시작했다. 실리콘 광자기술이 실리콘 반도체 전자기술의 한계를 극복해 줄 것으로 기대하고 있기 때문이다.
광자는 LED, 유기반도체 등 에너지 절약형 고도 조명, 물체를 안보이게 만드는 메타물질, 항공안전 등에 활용될 밀리미터파, 지능형 광자센서, 양자통신, 양자컴퓨터는 물론 질병의 치료, 환경과 기후 변화 예측 기술 등 그 활용도가 실로 무궁무진하다. 광자가 없이는 21세기 정보화 사회를 이룰 수 없다.
21세기 세계가 겪는 변화 중 가장 근원적이고 혁명적인 것은 정보사회의 도래다.
정보통신은 시대적 요구를 수용하고 한계를 극복하기 위해 역사적으로 몇 단계의 혁명적인 변화를 거치며 발전해 왔다. 19세기 이전 기계식 방식은 전기의 발명과 함께 전동식으로 대체됐고, 20세기 직전 발견된 전자는 전기 시대를 전자 시대로 접어들게 했다. 이후 진공관 시대를 거쳐 1948년의 반도체의 발명은 20세기 전자 시대를 더욱 찬란한 문명으로 발전시켰다.
20세기 전자 시대의 두 가지 핵심은 전자의 놀이터인 반도체와 전자의 고속도로인 통신이다. 반도체를 기반으로 대용량 메모리 등 정보 저장에 중심 역할을 맡고 있는 전자소자는 그 크기가 작아지고 집적밀도가 높아짐에 따라 그 동안 예측돼 왔던 무어의 법칙이라든가 그 밖의 법칙들을 더 이상 적용하기 어렵게 만들고 있다. 또 구리 동선으로 만든 전자의 고속도로는 1960년대부터 체증을 보이기 시작했다. 목소리만 전달하던 전화의 시대에서 데이터와 영상을 보내야 하는 컴퓨터 중심의 정보통신 수요가 급격히 증대했기 때문이다.
통신에서는 20세기 중반 구리중심의 전자 시대가 한창 진행될 때 용량에 한계를 감지한 과학자들이 속도가 빠른 광자라는 입자에 눈을 돌리기 시작해 마침내 1960년대 초 레이저와 광섬유의 발명과 함께 광통신을 탄생시켰다. 전송용량도 메가에서 기가, 이제는 테라비트를 내다보는 인터넷 혁명을 불러왔다. 인터넷은 광통신 없이는 불가능했던 현대문명이다. CD나 DVD 등도 모두 광자 덕분으로 일어난 기술혁명이다. 전자에만 취해있던 세계가 어느새 광자로 뒤덮이기 시작한 것이다.
도시, 건물, 가정, 자동차, 비행체, 선박, 전화, 컴퓨터 등 매크로-네트워크에서 시작해 반도체 칩 등 마이크로ㆍ나노-네트워크 구석구석에 이르기까지 `20세기 전자시대'를 만들었던 동선 네트워크가 광 배선 네트워크로 바뀌면서 `21세기 광자시대'가 열리는 것이다.
그러나 광자 문명이 완성되려면 아직도 갈 길은 멀다. 광섬유에 의한 매크로 광통신은 집 앞에까지 와 있지만, 그 이후 각 지붕 밑에 놓여있는 통신영역과 정보통신 등 아직도 구리 동선이 지배하고 있는 영역은 수 미터 이하, 센티미터, 밀리미터, 마이크로 미터, 나노미터, 분자, 원자 단위까지 내려가면서 실리콘 반도체 소자에까지 이르고 있어, 지속적인 연구개발이 필요하다. 이제 이 영역으로 마이크로ㆍ나노 광자회로들이 침투하지 않으면, 병목현상은 그대로 남게 돼 `21세기 광자혁명'은 완성될 수 없다.
20세기 전자시대를 지배했던 세계 굴지의 전자 기업들과 세계 최고의 대학들은 현재 `실리콘 전자공학'에서 `실리콘 광자공학'을 연구하기 시작했다. 실리콘 광자기술이 실리콘 반도체 전자기술의 한계를 극복해 줄 것으로 기대하고 있기 때문이다.
광자는 LED, 유기반도체 등 에너지 절약형 고도 조명, 물체를 안보이게 만드는 메타물질, 항공안전 등에 활용될 밀리미터파, 지능형 광자센서, 양자통신, 양자컴퓨터는 물론 질병의 치료, 환경과 기후 변화 예측 기술 등 그 활용도가 실로 무궁무진하다. 광자가 없이는 21세기 정보화 사회를 이룰 수 없다.
