초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종목표
광주파수 대역의 분광 측정을 기반으로 하는 양자 센서의 신뢰성 확보를 위해, 양자 기술 기반의 고정확도(high-accuracy) 원자 주파수 표준, 고정밀도(high-precision) 광주파수 안정화 기술 및 초소형(miniaturized) 나노포토닉스 기반 광주파수빗을 결합한 고신뢰도(highly-reliable) 양자센서 광주파수 합성기를 개발하고자 함. 고신뢰성 양자센서를 위한 초소형 고정확도 광주파수 합성기 개발의 핵심 요소 기술은 다음과 같음.

■ 효율적인

□ 연구개발 목표 및 내용
○ 최종목표
광주파수 대역의 분광 측정을 기반으로 하는 양자 센서의 신뢰성 확보를 위해, 양자 기술 기반의 고정확도(high-accuracy) 원자 주파수 표준, 고정밀도(high-precision) 광주파수 안정화 기술 및 초소형(miniaturized) 나노포토닉스 기반 광주파수빗을 결합한 고신뢰도(highly-reliable) 양자센서 광주파수 합성기를 개발하고자 함. 고신뢰성 양자센서를 위한 초소형 고정확도 광주파수 합성기 개발의 핵심 요소 기술은 다음과 같음.

■ 효율적인 온 칩 Kerr comb (Kerr 비선형성을 이용한 광주파수빗) 모듈 개발
■ 광소자가 집적된 칩스케일 Rb 증기셀 및 분광모듈 개발
■ Kerr comb 안정화 기술 개발
■ 온 칩 시스템 구성을 위한 포토닉스 인터페이스 개발

○ 전체내용
- 대규모 현장적용을 위한 초정밀 양자 센서의 신뢰성 확보를 위해서는 보정이 필요없는 원자 기반의 주파수, 시간 표준이 요구됨. 이와 같은 초고정밀 신호는 전압, 전류, 전파 기반의 신호보다는 광신호의 형태로 생성, 관리, 분배하는 것이 신뢰성 측면에서 유리함.
- 따라서, 본 연구는 다양한 환경을 갖는 현장에서의 측정 신뢰성 확보를 위하여 원자 주파수 기반의 초소형 (주파수 안정화 장치 ≤8,000cm³, 원자 분광 모듈≤6,000cm³), 고정확도 (주파도 정확도≤5x10^-11) 고정밀도 (주파수 안정도 ≤10^-12) 저전력 (Kerr comb 동작 파워 ≤10mW) 광주파수 합성기를 위한 요소 기술을 개발함.

주요 성능치
■ 원자 증기셀에 잠금된 광주파수의 정확도: 5x10^-11 이내
■ 증기셀에서 획득한 Rb 분광 신호 Q인자(Q-factor): 10⁸ 이상
■ 실리카 기반 온 칩 광공진기를 이용한 Kerr comb 최저 동작파워 및 펄스폭: 10 mW, 125 fs
■ SiN 소재 집적 광도파로의 단위 길이당 손실: 0.05 dB/cm 이하
■ 광도파로 기반 안정화 장치의 반복률 주파수 안정도(1초 이내 안정도): 10^-12 이내
■ 주파수 안정화 장치 부피: 8,000 cm³ 이내, 원자 분광 모듈 부피: 6,000 cm³ 이내

□ 연구개발성과
■ 세계적 수준의 양자센서 핵심 기술 4건 확보 및 관련 특허 출원/등록: 광주파수빗을
이용한 초안정 주파수 발생 기술, 고효율의 광섬유-칩 인터페이스 기술, 원자 증기셀
설계 및 제작 기술 등 4건의 핵심 기술을 확보함.
■ 논문의 표준화 영향력 지수 (mrnIF) 80 이상 달성: 연구기간 동안 다수의 우수 논문
을 출판하였고, 이를 통해 종합 표준화 영향력 지수(mrnIF) 목표를 초과 달성함.
■ 출판된 논문의 피인용수 110회 이상: 출판된 논문들의 총 인용수가 110회를 초과함.

□ 연구개발성과 활용 계획 및 기대 효과
■ 현장적용 양자센서의 정확도 보정을 위한 초소형 표준신호 생성장치로 활용
■ 중력, 주파수, 자기장, 전기장과 같은 물리량 측정시 고전 센서의 한계 극복
■ 양자기술 기반 원자시계의 기준주파수는 고성능 일반 센서 보정용으로 활용 가능
■ 국내 광모듈 산업 및 부품업체의 기술고도화/사업다각화로 고부가가치 선진 산업으로 유도
■ 국내 양자 관련 산업체의 글로벌 경쟁력 강화 유도 및 유관 산업 발전 견인
■ 신개념 융복합 서비스 출현 환경 조성으로 관련 산업계의 고용창출 증대

(출처 : 요약문 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 최종보고서 ... 2
• 요 약 문 ... 4
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1) 기술 개발의 필요성 ... 7
• 2) 기술 개발의 개요 및 우수성 ... 7
• 3) 연구개발과제의 핵심 요소 기술 및 주요 연구 개발 내용의 범위 ... 9
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 1. 실리카 광공진기 기반 낮은 동작파워 솔리톤 잠금 기술 개발 ... 11
• 2. 광섬유 광학을 이용한 광공진기 주파수빗 안정화 장치의 개발 ... 17
• 3. 광공진기 주파수빗 반복률 안정화 시스템의 소형화 ... 19
• 4. 온 칩 시스템 구성을 위한 포토닉스 인터페이스 개발 ... 20
• 5. 칩스케일 Rb 진공 증기셀(vapor cell) 제작을 위한 웨이퍼 접합 공정 확립 ... 23
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 39
• 1) 연구수행 결과 ... 39
• 2) 목표 달성 수준 ... 54
• 4. 목표 미달 또는 미흡한 사항에 대한 원인분석 ... 55
• 1) 목표 미달 또는 미흡한 연구결과에 대한 원인(사유) 자체분석 내용 ... 55
• 2) 미달 또는 미흡한 결과물에 대한 보완 활동 ... 55
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 55
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 56
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 58
• 1) 향후 5년간 성과활용·확산 활용방안 및 계획(활동계획) ... 58
• 2) 주요 성과활용 (기대)성과목표 ... 59
• 3) 성과활용·관리 추진체계 ... 60
• 4) 기타 ... 60
• 7. 연구개발성과에 대한 후속연구 및 추가 개발 계획 ... 61
• 8. 연구개발비 사용실적 ... 62
• 끝페이지 ... 64