포항공대 전자전기공학과 권오대 교수 연구팀은 마이크로 (1/1,000,000) 또는 나노 (1/1,000,000,000) 암페어 (A)급 초저전류로 구동되는 광양자테 레이저들을 수백만∼수억 개를 집적할 수 있는 야광 나노잠자리 눈 같은 “오메가 칩 (Ω, [Optical-Mega] Chip)”1)을 개발하였다.

기존 광접속 기술 집적화는 1K를 넘지 못하고, 칩들 사이의 광정보 전달은 5∼10년, 칩내의 광정보 전달기술은 15년 이후에 가능하다고 보는 것이 차세대 광접속 기술 전망이다. 그러나 권오대 교수는 "광양자테 (Photonic Quantum Ring) 레이저"2) 기술을 이용한 오메가 칩은 이를 10여년 이상 앞당길 수 있다고 한다.

기존 반도체 레이저들과 달리 광양자테 레이저는 마이크로 또는 나노 암페어급 극소전류 발진이 가능하고, 뛰어난 온도 안정성을 가지고 있어 소자 크기 및 간격 등을 조정한 고집적 칩 레벨 설계가 가능하다.

따라서 초기 단일소자에서 8×8 (64개) 16×16 (256개) 칩으로 그리고 1K, 4K 급으로 집적·개발하였으며, 최근 소자의 소형화, 소자간 간격 조정 등의 설계 조건으로 16K (16,000개), 64K (64,000개) 고집적 칩을 설계 제작하였다.

소자 개발의 노하우를 더욱 발전시켜 메가 (Mega, 1,000,000) 급으로 확장한 오메가 칩 제작이 가능하다. 최근 논문 발표 및 특허권을 확보중인 “광양자테 홀 (PQR Hole : Photonic Quantum Ring Hole)"3) 레이저 발명으로 기존 광양자테 레이저 보다 쉬운 제작 공정을 통하여 수백만～수억 개로 집적도를 높인 오메가 칩 개발도 가능하게 되었다.

방위각 인식 능력을 가진 광양자테 레이저 오메가 칩을 사용하여 주행 차량 흐름인식, 차선인식, 충돌 방지 능력 등의 기술을 이용하면 21세기 도로자동화 ITS가 가능하게 되며 물류자동화도 가능하다.

참고로, 2000년 6월 19일자 'Time'지가 선정한 21세기 10대 기술 중 하나인 21세기 지능형 교통 시스템 (ITS: Intelligent Transportation System)은 운전자가 없는 자동 주행형식의 완전자동화 도로 시스템이며 이는 10-20년 후에 가능할 것으로 기술 로드맵이 예측하고 있다.

광양자테 레이저가 발광 표면의 법선으로부터의 방위각 변화에 따라 각기 다른 파장의 빛을 3차원으로 방출하는 현상을 이용하면 차량의 충돌/경보/방지를 위한 거리 및 각도 감지 센서가 된다. 21세기 광 ITS 관련 미국특허획득 및 차량충돌방지 시스템에 관련된 여러 개의 한국특허가 이미 출원되었다.

소형 오메가 레이저 칩은 기존 반도체 레이저는 물론 “발광다이오드 (LED)”4) 광원의 구동 전류보다도 휠씬 낮은 문턱전류를 가지고 있어서 초절전형 광원으로 자리매김하게 되어서 되었다.

발광다이오드 시장은 2002년에는 약 $34억, 2005년에는 $50억으로 연평균 11.3% 성장할 것으로 예상되며, 모바일 뿐 아니라 조명, 도로교통 표지판까지 그 활용 범위가 크게 넓어지고 있다.

한편 발광다이오드 시장은 해외 대기업들의 특허 협약으로 인해 시장진입이 어려움에 처해있으나, 광양자테는 원천특허기술을 가지고 있기 때문에 특허 문제에 있어서도 자유롭다.

광양자테 레이저는 기존의 발광다이오드보다 뛰어난 색감과 시야각을 자랑하며, 잠자리 눈과 같이 만든 칩은 동류의 발광다이오드보다 빛세기가 월등히 높다. 현재는 적색 광양자테 레이저 및 칩을 개발하였고, 청록색 광양자테 웨이퍼가 차후 출현할 때 즉시 적색, 녹색, 청색 광원 개발을 완성할 수 있을 것이다.

인터넷 등 광통신 초고속 기간망에서 각 가정까지 확산되는 가입자망 측에는 무엇보다도 저렴하고 단순 견고한 광단말기 (예 : TV setup box)가 대량으로 필요하다.

랩에서 발명한 광양자테 홀 레이저 및 오메가 칩과 광섬유간의 “버트-커플링 (butt-coupling)”5)은 홀 소자의 특이한 모양으로 인하여 유달리 견고하고 광결합 특성이 매우 우수하다. 이렇게 특이한 버트-커플링 방식은 대외적으로 인정받아 대학산업기술지원단 (UNITEF)에서 약 3천만 원 정도의 특허출원경비를 포상 받게 되었다.

DNA나 단백질 등을 연구하는 바이오분야에서는 마이크론 정도의 크기를 가지는 물체를 접촉 없이 제어하기 위해 레이저를 어렵게 조작하여 “라귀에르-가우시안 ( LG: Laguerre-Gaussian) 빔”6)을 만들어서 바이오칩용 광포획 (optical trapping), 광분류 (optical sorting) 등에 이용하지만, 랩의 광양자테 홀 레이저는 근원적으로 LG빔 특성이 내재하는 까닭에 광양자테 홀 오메가 칩은 마이크론에서 나노미터 크기까지의 실제 DNA나 단백질 등의 생체분자를 분리 결합할 수 있는 기술로 발전할 것으로 기대된다.